KR20160023045A - 머드 탱크의 교반 장치 및 그 머드 탱크의 교반 장치를 이용한 머드 순환시스템 - Google Patents

머드 탱크의 교반 장치 및 그 머드 탱크의 교반 장치를 이용한 머드 순환시스템

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Abstract

본 발명에 따른 머드 탱크의 교반 장치는 교반 샤프트를 자전(自轉)시킴과 아울러 일정 궤적을 따라 공전(公轉)시킴으로써, 교반 영역을 넓혀줄 수 있어 머드를 균일하게 교반할 수 있고, 이를 통해 교반의 효율을 높일 수 있다.

Description

머드 탱크의 교반 장치 및 그 머드 탱크의 교반 장치를 이용한 머드 순환시스템{AGITATING APPARATUS OF MUD TANK AND MUD CIRCULATION SYSTEM USING THE AGITATING APPARATUS}
본 발명은 머드 탱크의 교반에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 교반 샤프트를 자전(自轉)시킴과 동시에 공전(公轉)시킴으로써, 교반 영역을 넓혀줄 수 있어 머드를 균일하게 교반할 수 있는 머드 탱크의 교반 장치 및 그 머드 탱크의 교반 장치를 이용한 머드 순환시스템에 관한 것이다.
일반적으로 육상 및 해양 시추 시스템에서 가장 중요한 역할을 하는 시스템 중의 하나인 머드 순환 시스템(mud circulating system)은 드릴링 머드(drilling mud)의 안정된 공급과 시추 작업을 통해 커팅(cutting)된 암편을 다시 지상으로 끌어 올려주는 역할을 해준다.
머드 탱크의 머드의 밀도 및 점성이 일정하게 유지될수록 좀더 안정적이고 효과적인 시추가 이루어질 수 있으므로, 머드 순환 시스템에는 머드가 저장되는 머드 탱크(mud tank)와, 머드 탱크 내의 머드를 골고루 섞어주는 머드 교반기(mud agitator)가 사용된다.
종래의 머드 교반기는 머드 탱크 내에서 회전을 통해 머드를 교반하는 임펠러와, 상기 임펠러에 회전력을 전달하는 모터 등으로 구성된다.
그런데, 종래의 머드 교반기는 교반 모터에 결합된 임펠러의 위치가 고정된 구조이므로, 머드 탱크 내의 머드를 교반할 수 있는 범위가 협소하여서 전체적으로 머드의 균일한 밀도와 점성을 유지하기에 어려움이 있고, 교반 효율도 떨어지는 문제점이 있다.
공개특허 제10-2013-0049890호
전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 교반 샤프트를 자전(自轉)시킴과 아울러 일정 궤적을 따라 공전(公轉)시킴으로써, 교반 영역을 넓혀줄 수 있어 머드를 균일하게 교반할 수 있고, 이를 통해 교반의 효율을 높일 수 있는 머드 탱크의 교반 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 머드 탱크의 교반 장치와 이송유닛을 이용하여 머드를 시추 장비에 신속하고 원활하게 공급할 수 있는 머드 탱크의 교반 장치를 이용한 머드 순환시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 머드 탱크의 교반 장치는 머드가 저장된 머드 탱크의 상부에 수평방향으로 회전 가능하게 설치되며, 내주 면을 따라 내주 기어 부가 형성되고, 외주 면을 따라 외주 기어 부가 형성되는 회전 링; 상기 회전 링의 외주 기어 부에 결합하는 구동기어; 상기 구동기어를 회전시키기 위하여 상기 구동기어에 결합하는 교반 모터; 상기 회전 링 내부의 중심에 고정 설치되며, 외주 면을 따라 외주 기어 부가 형성되는 센터 고정샤프트; 상기 센터 고정샤프트를 중심으로 상기 회전 링 내부에서 회전 가능하게 설치되며, 상기 센터 고정샤프트의 외주 기어 부와 상기 회전 링의 내주 기어 부에 결합하도록 외주 면을 따라 외주 기어 부가 형성되는 복수 개의 위성기어; 상기 머드 탱크 내부의 머드를 교반하기 위하여 상기 위성기어의 하부에 설치되는 교반 샤프트; 및 상기 교반 샤프트에 결합하는 임펠러를 포함한다.
상기 머드 탱크의 상면에는 상기 교반 샤프트가 관통하는 슬롯이 형성되고, 상기 슬롯은 상기 위성기어의 이동궤적을 따라 형성된다.
상기 교반 모터의 구동으로 상기 구동기어가 회전하면 상기 회전 링이 회전되고, 상기 센터 고정샤프트를 중심으로 상기 위성기어들은 상기 회전 링의 회전방향과 동일 방향으로 회전되도록 구성된다.
본 발명에 따른 교반 장치를 이용한 머드 순환시스템은, 머드를 저장하는 머드 탱크; 상기 머드 탱크의 입구와 출구에 연결되며 상기 머드 탱크로 공급된 머드를 시추선의 사용처로 순환시키기 위한 이송유닛; 및 상기 교반 장치를 포함한다.
상기 이송유닛은 상기 머드 탱크의 입구와 출구에 양단이 각각 연결되어 시추선의 사용처로 머드를 순환시키는 순환배관; 상기 순환배관에 설치되어 펌핑 작동을 통해 상기 순환배관을 따라 상기 머드를 순환시키는 믹싱 펌프; 및 상기 순환배관에 설치되어 상기 믹싱 펌프의 구동 중지시 상기 순환배관을 폐쇄하는 개폐밸브를 구비한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 교반 샤프트 및 임펠러를 자전시킴과 아울러 일정 궤적을 따라 공전시킴으로써, 교반 영역을 넓혀줄 수 있어 머드를 균일하게 교반할 수 있고, 이를 통해 교반의 효율을 높일 수 있으며, 머드 탱크의 교반 장치와 이송유닛을 이용하여 머드를 시추 장비에 신속하고 원활하게 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 머드 탱크의 교반 장치를 보인 종단면도
도 2a 및 2b는 본 발명에 따른 머드 탱크의 교반 장치를 보인 평면도
도 3은 본 발명에 따른 머드 탱크의 교반 장치를 이용한 머드 순환시스템을 보인 측면 구성도
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 머드 탱크의 교반 장치 및 그 머드 탱크의 교반 장치를 이용한 머드 순환시스템에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 머드 탱크의 교반 장치를 보인 종단면도, 도 2a 및 2b는 본 발명에 따른 머드 탱크의 교반 장치를 보인 평면도 그리고, 도 3은 본 발명에 따른 머드 탱크의 교반 장치를 이용한 머드 순환시스템을 보인 측면 구성도이다.
위 도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 머드 탱크의 교반 장치(100)는 머드 탱크(10)의 상부에 수평방향으로 회전 가능하게 설치되는 회전 링(110)과, 상기 회전링(110)과 결합(치합)하는 구동기어(120)를 구비한다. 여기서, 치합(齒合)이란 기어 부와 기어 부가 서로 이맞물림되는 결합구조를 의미한다.
상기 머드 탱크(100)는 스틸 재질의 사각형 또는 원통형으로 제작될 수 있으나, 상기 머드 탱크(100)의 형상과 사이즈, 그리고 재질 등은 설계조건에 따라 다양하게 제작이 가능하다.
이와 같은 상기 머드 탱크(100)는 머드(M)를 저장하기 위한 것으로, 후술 될 이송유닛(200)의 구동을 통해 시추장비, 예를 들어 드릴 파이프(drill pipe)(20:도 참조)로 머드(M)를 공급한다.
머드(M)는 시추 작업시 윤활제 등의 역할을 하는 유체로서, 벤토나이트(bentonite), 바라이트(barite)와 물 등의 혼합으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 머드 탱크의 교반 장치(100)은 구동기어(120)를 회전시키기 위한 교반 모터(130)와, 상기 회전 링(110) 내부의 중심에 고정 설치되는 센터 고정샤프트(140)를 구비한다. 상기 교반 모터(130)는 서포트(S)에 의해 지지된다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 머드 탱크(10)의 교반 장치(100)은 센터 고정샤프트(140)를 중심으로 회전 링(110) 내부에서 회전 가능하게 설치되는 복수 개의 위성기어(150)를 구비한다. 상기 위성기어(150)는 3개로 구성되고, 120°로 배열될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 머드 탱크의 교반 장치(100)는 머드 탱크(10) 내부의 머드를 교반하기 위하여 위성기어(150)의 하부에 설치되는 교반 샤프트(160)와, 상기 교반 샤프트(160)에 결합하는 임펠러(170)를 포함한다.
좀더 구체적으로, 머드 탱크(10) 내부에는 머드(M)가 저장된다. 상기 머드 탱크(10)의 상면에는 상기 교반 샤프트(160)가 수직으로 관통하는 슬롯(11)이 형성되고, 상기 슬롯(11)은 상기 위성기어(150)의 이동궤적을 따라 원형으로 형성된다.
상기 회전 링(110)은 머드 탱크(10)의 상부에 수평방향으로 회전 가능하게 설치되며, 상기 회전 링(110) 내부 중심에 센터 고정샤프트(140)가 위치되고, 상기 센터 고정샤프트(140)는 머드 탱크(10)의 상면에 고정 설치된다. 상기 센터 고정샤프트(140)는 외주 면을 따라 외주 기어 부(142)가 형성된다.
상기 회전 링(110)은 내주 면을 따라 내주 기어 부(111)가 형성되고, 외주 면을 따라 외주 기어 부(112)가 형성된다.
상기 교반 모터(130)의 회전축(131)에는 구동기어(120)가 결합되고, 구동기어(120)의 외주 기어 부(122)는 회전 링(110)의 외주 기어 부(112)에 치합되도록 구성된다.
상기 위성기어(150)의 외주 기어 부(152)는 회전 링(110)의 내주 기어 부(111)와 센터 고정샤프트(140)의 외주 기어 부(142)에 치합하도록 위치된다.
상기 회전 링(110)의 회전시, 위성기어(150)는 센터 고정샤프트(140)를 중심으로 회전 링(110) 내부에서 회전하도록 구성된다. 즉, 상기 위성기어(150)는 자전(自轉)과 함께 공전(空轉)하며, 이때 상기 위성기어(150)의 하부에 설치된 교반 샤프트(160) 및 임펠러(170)가 위성기어(150)의 이동궤적으로 따라 이동하면서 머드(M)를 효율적으로 교반할 수 있도록 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 머드 탱크의 교반 장치에서는, 교반 모터(130)의 구동으로 구동기어(120)가 회전하면, 구동기어(120)의 외주 기어 부(122)가 회전 링(110)의 외주 기어 부(112)에 치합되어 있으므로 회전 링(110)이 회전된다.
상기 회전 링(110)의 회전에 이해서 센터 고정샤프트(140)를 중심으로, 위성기어들(150)은 회전 링(110)의 회전방향과 동일 방향으로 자전과 공전을 한다.
자전과 공전에 의해서 위성기어(150)의 하부에 설치된 교반 샤프트(160) 및 임펠러(170)가 위성기어(150)의 이동궤적으로 따라 회전과 동시에 이동하면서 머드(M)를 효율적으로 교반한다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 머드 순환시스템에 대하여 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 머드 순환시스템은 전술한 교반 장치(100)와, 머드 탱크(10)로 공급된 머드(M)를 시추선의 사용처로 순환시키기 위한 이송유닛(200)을 포함한다.
전술한 바와 같이 상기 교반 장치(100)는, 머드 탱크(10)의 상부에 수평방향으로 회전 링(110)이 회전 가능하게 설치되고, 회전 링(110)과 구동기어(120)가 결합(치합)하며, 구동기어(120)가 교반 모터(130)에 의해서 구동된다.
상기 회전 링(110) 내부의 중심에 센터 고정샤프트(140)가 고정 설치되고, 센터 고정샤프트(140)를 중심으로 회전 링(110) 내부에 복수 개의 위성기어(150)가 회전 가능하게 설치된다.
상기 머드 탱크(10) 내부의 머드를 교반하기 위하여 위성기어(150)의 하부에 교반 샤프트(160)가 설치되고, 교반 샤프트(160)에 임펠러(170)가 결합한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이송유닛(200)은 머드 탱크(10)의 입구와 출구에 연결되며, 상기 머드 탱크(10)로 공급된 머드(M)를 시추선의 사용처로 순환시키기 역할을 한다. 이하, 상기 이송유닛(200)의 구성을 좀더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
상기 이송유닛(200)은 머드 탱크(10)의 입구와 출구에 양단이 각각 연결되어 시추선의 사용처로 머드(M)를 순환시키는 순환 배관(210)을 구비한다.
상기 이송유닛(200)은 순환 배관(210)에 설치되어 펌핑 작동을 통해 순환 배관(210)을 따라 머드(M)를 순환시키는 믹싱 펌프(220)를 구비한다.
상기 이송유닛(200)은 상기 순환 배관(210)에 설치되어 상기 믹싱 펌프(220)의 구동 중지시 순환 배관(210)을 폐쇄하는 개폐밸브(230)를 구비한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 머드 순환시스템은 전술한 교반 장치(100)를 이용하여 머드(M)를 원활하게 교반하고, 이송수단(200)으로 교반한 머드(M)를 시추선의 시추 사용처로 공급하는 역할을 한다.
우선, 전술한 머드 교반장치(100)의 작동으로 머드 탱크(10) 내의 머드(M)는 교반되고, 교반된 머드는 믹싱 펌프(220)의 작동으로 출구 측 순환 배관(210)을 통해서 시추 사용처로 공급된 후, 시추장비, 예를 들어 드릴 파이프(drill pipe)(20)로 공급된다. 시추 과정에서 피드백되는 머드(M)는 라이저 파이프(30)를 통해서 입구 측 순환 배관(210)으로 유입된 후, 머드 탱크(10) 내부로 유입된다. 이러한 일련의 과정은 반복적으로 수행된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 교반 샤프트 및 임펠러를 자전시킴과 아울러 일정 궤적을 따라 공전시킴으로써, 교반 영역을 넓혀줄 수 있어 머드를 균일하게 교반할 수 있고, 이를 통해 교반의 효율을 높일 수 있으며, 머드 탱크의 교반 장치와 이송유닛을 이용하여 머드를 시추 장비에 신속하고 원활하게 공급할 수 있다.
이상의 설명에서, 본 발명은 한정된 실시 예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 위성기어는 3개로 구성되고, 120°로 배열되는 것을 일 예로 설명하고 있으나, 설계조건에 따라 그 갯수와 배열 각도는 변경될 수 있다.
10: 머드 탱크
11: 슬롯
20: 드릴 파이프
30: 라이저 파이프
100: 교반 장치
110: 회전 링
111: 내주 기어 부
112: 외주 기어 부
120: 구동기어
122: 구동기어의 외주 기어 부
130: 교반 모터
131: 회전축
140: 센터 고정샤프트
142: 센터 고정샤프트의 외주 기어 부
150: 위성기어
160: 교반 샤프트
170: 임펠러
200: 이송유닛
210: 순환 배관
220: 믹싱 펌프
230: 개폐밸브
M: 머드

Claims (6)

  1. 머드가 저장된 머드 탱크의 상부에 수평방향으로 회전 가능하게 설치되며, 내주 면을 따라 내주 기어 부가 형성되고, 외주 면을 따라 외주 기어 부가 형성되는 회전 링;
    상기 회전 링의 외주 기어 부와 결합하는 구동기어;
    상기 구동기어를 회전시키기 위하여 상기 구동기어에 결합하는 교반 모터;
    상기 회전 링 내부의 중심에 고정 설치되며, 외주 면을 따라 외주 기어 부가 형성되는 센터 고정샤프트;
    상기 센터 고정샤프트를 중심으로 상기 회전 링 내부에서 회전 가능하게 설치되며, 상기 센터 고정샤프트의 외주 기어 부와 상기 회전 링의 내주 기어 부에 결합하도록 외주 면을 따라 외주 기어 부가 형성되는 복수 개의 위성기어;
    상기 머드 탱크 내부의 머드를 교반하기 위하여 상기 위성기어의 하부에 설치되는 교반 샤프트; 및
    상기 교반 샤프트에 결합하는 임펠러;를 포함하는 머드 탱크의 교반 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 머드 탱크의 상면에는 상기 교반 샤프트가 관통하는 슬롯이 형성되고, 상기 슬롯은 상기 위성기어의 이동궤적을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 머드 탱크의 교반 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 교반 모터의 구동으로 상기 구동기어가 회전하면 상기 회전 링이 회전되고, 상기 센터 고정샤프트를 중심으로 상기 위성기어들은 상기 회전 링의 회전방향과 동일 방향으로 회전되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 머드 탱크의 교반 장치.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위성기어는 3개로 구성되고, 상기 위성기어는 120°로 배열되는 것을 특징으로 하는 머드 탱크의 교반 장치.
  5. 머드를 저장하는 머드 탱크;
    상기 머드 탱크의 입구와 출구에 연결되며, 상기 머드 탱크로 공급된 머드를 시추선의 사용처로 순환시키기 위한 이송유닛;
    머드가 저장된 머드 탱크의 상부에 수평방향으로 회전 가능하게 설치되며, 내주 면을 따라 내주 기어 부가 형성되고, 외주 면을 따라 외주 기어 부가 형성되는 회전 링;
    상기 외주 기어 부와 결합하는 구동기어;
    상기 구동기어를 회전시키기 위하여 상기 구동기어에 결합하는 교반 모터;
    상기 회전 링 내부의 중심에 고정 설치되며, 외주 면을 따라 외주 기어 부가 형성되는 센터 고정샤프트;
    상기 센터 고정샤프트를 중심으로 상기 회전 링 내부에서 회전 가능하게 설치되며, 상기 센터 고정샤프트의 외주 기어 부와 상기 회전 링의 내주 기어 부에 결합하도록 외주 면을 따라 외주 기어 부가 형성되는 복수 개의 위성기어;
    상기 머드 탱크 내부의 머드를 교반하기 위하여 상기 위성기어의 하부에 설치되는 교반 샤프트; 및
    상기 교반 샤프트에 결합하는 임펠러;를 포함하는 머드 탱크의 교반 장치를 이용한 머드 순환시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 이송유닛은
    상기 머드 탱크의 입구와 출구에 양단이 각각 연결되어 시추선의 사용처로 머드를 순환시키는 순환배관;
    상기 순환배관에 설치되어 펌핑 작동을 통해 상기 순환배관을 따라 상기 머드를 순환시키는 믹싱 펌프; 및
    상기 순환배관에 설치되어 상기 믹싱 펌프의 구동 중지시 상기 순환배관을 폐쇄하는 개폐밸브;를 구비하는 것을 특징으로 하는 머드 탱크의 교반 장치를 이용한 머드 순환시스템.
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