KR20160032834A - 드릴 비트 교체 시스템 - Google Patents

드릴 비트 교체 시스템 Download PDF

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권정한
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Abstract

해저에서 드릴 비트를 교환할 수 있는 드릴 비트 교체 시스템이 개시된다.
상기 드릴 비트 교체 시스템은, 측면이 개폐될 수 있도록 구성되는 라이저; 해저에 설치되어 드릴 비트를 보관하는 보관대; 상기 보관대를 이송시키는 보관대이송부; 및 상기 라이저 내부에 채워져 있는 머드를 제거하는 해수 분사 장치;를 포함하고, 상기 보관대는 상기 라이저의 측면을 통해 상기 라이저를 출입할 수 있다.

Description

드릴 비트 교체 시스템{Drill Bit Change System}
본 발명은 드릴 비트 교체 시스템에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 드릴 비트 교체 시간을 감소시키기 위한 드릴 비트 교체 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 시추는 지층의 구조나 성상을 알기 위하여, 지각(地殼) 속에 직경이 작은 구멍을 뚫는 것을 말한다. 또한 시추는 지각 내부의 여러 지식을 얻기 위하여 수행될 뿐만 아니라, 석유, 천연가스, 온천, 지하수 등과 같은 지하자원을 채취하기 위한 목적으로도 수행된다.
시추를 위한 작업에 사용되는 드릴 비트는 드릴 스트링의 끝단에 설치되는데, 굴착 방법에 따라, 충격에 의해 암석을 파쇄하여 지각을 천공하는 충격식과, 철관의 끝단에 다이아몬드 초경합금을 끼워 넣은 비트가 지각을 가압하면서 회전함에 따라 지각을 천공하는 회전식 등이 있다.
이와 같은 시추 작업은 해상에서 시추 작업용 선박이나 해양 구조물, 예컨대 드릴쉽(drill ship), 드릴링 리그(drilling rig) 등에 의해 수행되는데, 종래의 시추용 드릴 비트에 대한 기술로는, 한국공개특허 제10-2010-0008587호의 "시추용 드릴 비트"가 있다. 이는 드릴 파이프의 단부에 설치되는 시추용 드릴 비트에 있어서, 상기 드릴 비트의 원통형 몸체의 단부측에 원주 방향을 따라 하나 이상 설치되며, 상기 몸체로부터 펼쳐지거나 오므려질 수 있도록 각각 회동 가능한 분할날과, 상기 분할날을 지지함과 같이 상기 드릴 파이프를 통해 전달되는 머드 압력에 따라 상기 분할날이 펼쳐지거나 오므려지는 작동으로 직경이 가변되도록 하는 지지부재를 포함한다.
그러나, 이와 같이 해저에서 사용되는 시추용 드릴 비트는 사용함에 따라 마모나 손상 등에 의해 교체를 필요로 하는데, 이 경우 선체까지 드릴 스트링을 끌어올려야만 드릴 비트의 교체 작업이 가능해짐으로써, 드릴 비트의 교체 작업에 많은 시간과 노력이 소요될 뿐만 아니라, 드릴 비트의 교체 작업으로 인한 시추 장비의 가동률을 저하시키는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 드릴 스트링을 선체까지 끌어올리지 않고서도 해저에서 드릴 비트의 교체를 가능하도록 하여, 드릴 비트의 교체 작업에 소요되는 시간과 노력을 줄이도록 하고, 시추 장비의 가동률을 높이도록 하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 측면이 개폐될 수 있도록 구성되는 라이저; 해저에 설치되어 드릴 비트를 보관하는 보관대; 상기 보관대를 이송시키는 보관대이송부; 및 상기 라이저 내부에 채워져 있는 머드를 제거하는 해수 분사 장치;를 포함하고, 상기 보관대는 상기 라이저의 측면을 통해 상기 라이저를 출입할 수 있으며, 해저에서 상기 드릴 비트를 교환할 수 있는, 드릴 비트 교체 시스템이 제공된다.
상기 해수 분사 장치는 다수개의 분사 노즐을 포함할 수 있고, 상기 분사 노즐은 펌프의 펌핑에 의해 해수 공급 라인을 통해 해수를 공급 받아 상기 라이저 내부 공간을 향해 해수를 분사할 수 있다.
상기 드릴 비트 교체 시스템은 다수개의 보관대 및 다수개의 해수 분사 장치를 포함할 수 있고, 상기 다수개의 보관대는, 내부에 새로운 상기 드릴 비트를 보관하는 제 1 보관대; 및 내부에 마모된 상기 드릴 비트를 보관하는 제 2 보관대;를 포함할 수 있고, 상기 다수개의 해수 분사 장치는, 상기 제 1 보관대의 상기 라이저 쪽 측면에 설치되는 제 1 해수 분사 장치; 및 상기 제 2 보관대의 상기 라이저 쪽 측면에 설치되는 제 2 해수 분사 장치;를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 내부에 새로운 드릴 비트를 보관하는 제 1 보관대; 내부에 마모된 드릴 비트를 보관하는 제 2 보관대; 및 측면이 개폐될 수 있는 라이저;를 포함하고, 드릴 파이프에 연결된 상기 마모된 드릴 비트가 상기 제 1 보관대 및 상기 제 2 보관대보다 위쪽에 위치하도록 상기 드릴 파이프를 들어올리는 단계; 상기 제 1 보관대의 측면에 설치된 제 1 해수 분사 장치 및 상기 제 2 보관대의 측면에 설치된 제 2 해수 분사 장치가 작동되어 상기 라이저 내부에 채워져 있는 머드를 제거하는 단계; 비어있는 상기 제 2 보관대가 상기 라이저 내부로 이동하는 단계; 상기 마모된 드릴 비트가 상기 드릴 파이프로부터 분리되는 단계; 상기 마모된 드릴 비트가 상기 제 2 보관대에 보관되는 단계; 상기 제 1 보관대가 상기 라이저 내부로 이동하는 단계; 및 상기 드릴 파이프와 상기 새로운 드릴 비트가 연결되는 단계;를 포함하고, 해저에서 상기 드릴 비트가 교환되는 것을 특징으로 하는, 드릴 비트 교환 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 드릴 스트링을 선체까지 끌어올리지 않고서도 해저에서 드릴 비트의 교체를 가능하도록 하여, 드릴 비트의 교체 작업에 소요되는 시간과 노력을 줄이도록 하고, 시추 장비의 가동률을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 드릴 비트 교체 시스템의 시추 작업시의 상태를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 드릴 비트 교체 시스템의 제 1 단계 작업시의 상태를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 드릴 비트 교체 시스템의 제 2 단계 작업시의 상태를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 드릴 비트 교체 시스템의 제 3 단계 작업시의 상태를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 드릴 비트 교체 시스템의 제 4 단계 작업시의 상태를 개략적으로 도시한 측면도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시례에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시례는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시례에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 해저 드릴 비트 교체 시스템은 시추를 위한 선박, 예컨대 드릴쉽(drillship) 뿐만 아니라, 드릴링 리그(drilling rig)를 비롯하여, 라이저를 이용하여 시추 작업을 수행하는 모든 해양 구조물에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 드릴 비트 교체 시스템의 시추 작업시의 상태를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 드릴 비트 교체 시스템은, 측면이 개폐될 수 있도록 구성되는 라이저(10); 드릴 비트(40a, 40b)를 보관하는 보관대(20a, 20b); 보관대(20a, 20b)를 이송시키는 보관대이송부(30a, 30b); 및 라이저(10) 내부에 채워져 있는 머드를 제거하는 해수 분사 장치(60)을 포함한다.
본 실시예의 라이저(10)는 하단부가 BOP(2)와 연결되고, 측면은 개폐될 수 있도록 구성되어, 시추 작업시에는 라이저(10)가 폐쇄되고, 드릴 비트(40a, 40b) 교환시에는 라이저(10)의 측면이 개방되어 보관대(20a, 20b)가 출입할 수 있도록 한다.
본 실시예의 보관대(20a, 20b)는 내부에 드릴 비트(40a, 40b)를 보관할 수 있도록 구성되는데, 다수개의 보관대 중 일부(20a, 이하, '제 1 보관대'라고 한다.)는 새로운 드릴 비트(40a)를 보관한 상태로 해저에 설치되고, 다수개의 보관대 중 다른 일부(20b, 이하, '제 2 보관대'라고 한다.)는 비어 있는 상태로 해저에 설치된다. 시추 작업에 의해 마모된 드릴 비트(40b)는 제 1 보관대(20a)에 보관되던 새로운 드릴 비트(40a)로 교환되고, 마모된 드릴 비트(40b)는 제 2 보관대(20b)에 넣어져서 보관되다가 시추 작업 후 지상에서 폐기된다.
본 실시예의 보관대이송부(30a, 30b)는, 상면에 보관대(20a, 20b)가 놓이며 보관대(20a, 20b)를 라이저(10) 내부로 이동시키거나, 라이저(10) 내부에 위치한 보관대(20a, 20b)를 라이저(10) 외부로 이동시킨다. 상면에 제 1 보관대(20a)가 놓이는 보관대이송부(30a, 이하, '제 1 보관대이송부'라고 한다.)와 상면에 제 2 보관대(20b)가 놓이는 보관대이송부(30b, 이하, '제 2 보관대이송부'라고 한다.)는 라이저(10)를 중심으로 서로 반대편에 위치할 수 있다.
보관대이송부(30a, 30b)는, 라이저(10)와 BOP(2) 사이를 통과하도록 설치되는데, 보관대이송부(30a, 30b)가 바닥과 수평으로 설치될 수 있도록 BOP(2)와의 높이를 맞추기 위하여, 보관대이송부(30a, 30b)는 테이블(50)의 상면에 설치될 수 있다.
해수 분사 장치(60)는, 라이저(10) 내부에 채워져 있는 머드를 제거하도록, 다수개의 보관대(20a, 20b) 중 라이저(10)와 가장 가까운 쪽에 위치하는 보관대(20a, 20b)의 라이저(10) 쪽 측면에 설치된다. 따라서, 제 1 보관대(20a) 측면에 설치된 해수 분사 장치(60)와 제 2 보관대(20b) 측면에 설치된 해수 분사 장치(60)는, 해수가 분사되기 전에는 라이저(10)를 사이에 두고 서로 마주보게 된다.
해수 분사 장치(60)는 다수개의 분사 노즐(61)을 포함하고, 분사 노즐(61)은 펌프의 펌핑에 의해 해수 공급 라인을 통해서 해수를 공급 받아 라이저(10) 내부 공간을 향해 해수를 분사할 수 있다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 드릴 비트 교체 시스템의 드릴 비트 교체 작업을 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 드릴 비트 교체 시스템의 드릴 비트 교체 작업의 제 1 단계는, 드릴 파이프(1)를 들어올리는 단계; 및 라이저(10) 내부에 채워져 있는 머드를 제거하는 단계;를 포함한다.
드릴 비트(40b)가 지나갈 수 있는 통로를 만들기 위하여 보관대(20a, 20b)를 라이저(10) 바깥쪽에 위치시킨 후 드릴 비트(40b)가 보관대(20a, 20b)보다 위쪽에 위치할 때까지 드릴 파이프(1)를 들어올린다.
라이저(10)를 사이에 두고 서로 마주보도록 제 1 보관대(20a) 측면에 설치된 해수 분사 장치(60) 및 제 2 보관대(20b) 측면에 설치된 해수 분사 장치(60)를 위치시킨 후, 제 1 보관대(20a) 측면에 설치된 해수 분사 장치(60) 및 제 2 보관대(20b) 측면에 설치된 해수 분사 장치(60)를 작동시켜, 해수 분사 장치(60)에서 분사되는 해수가 라이저(10) 내부에 채워져 있는 머드를 제거할 수 있도록 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 드릴 비트 교체 시스템의 드릴 비트 교체 작업의 제 2 단계는, 2 보관대(20b)가 제 2 보관대이송부(30b)에 의해 라이저(10) 내부로 이동하는 단계이다.
해수 분사 장치(60)가 순간적으로 머드를 제거하더라도 라이저(10) 위쪽의 머드가 계속 아래로 내려올 수 있으므로, 머드가 보관대(20b)가 움직이는 경로를 막지 않도록, 해수 분사 장치(60)를 작동시키면서 동시에 보관대(20b)를 라이저(10) 내부로 이동시킬 수 있다.
또한, 다수개의 제 2 보관대(20b) 중 비어있는 제 2 보관대(20b)가 라이저(10) 내부에 위치할 수 있도록 제 2 보관대(20b)에게 자리를 마련해 주기 위하여, 제 1 보관대(20a)도 제 1 보관대이송부(30a)에 의해 라이저(10)와 반대 방향으로 이동할 수 있다. 제 2 보관대(20b) 측면에 설치된 해수 분사 장치(60)는 제 1 보관대(20a) 측면에 설치된 해수 분사 장치(60)와 접촉하게 된다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 드릴 비트 교체 시스템의 드릴 비트 교체 작업의 제 3 단계는, 마모된 드릴 비트(40b)가 드릴 파이프(1)로부터 분리되는 단계; 및 드릴 파이프(1)로부터 분리된 마모된 드릴 비트(40b)가 제 2 보관대(20b)에 보관되는 단계;를 포함한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 드릴 비트 교체 시스템의 드릴 비트 교체 작업의 제 4 단계는, 제 1 보관대(20a)가 제 1 보관대이송부(30a)에 의해 라이저(10) 내부로 이동하는 단계; 및 드릴 파이프(1)에 새로운 드릴 비트(40a)가 연결되는 단계;를 포함한다.
다수개의 제 1 보관대(20a) 중 새로운 드릴 비트(40a)를 보관하고 있는 제 1 보관대(20a)가 라이저(10) 내부에 위치할 수 있도록 제 1 보관대(20a)에게 자리를 마련해 주기 위하여, 제 2 보관대(20b)도 제 2 보관대이송부(30b)에 의해 라이저(10)와 반대 방향으로 이동할 수 있다. 제 1 보관대(20a) 및 제 2 보관대(20b)는, 제 1 보관대(20a) 측면에 설치된 해수 분사 장치(60)는 제 2 보관대(20b) 측면에 설치된 해수 분사 장치(60)와 접촉한 상태에서 이동할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 드릴 비트 교체 시스템에 의하면, 드릴 스트링을 선체까지 끌어올리지 않고서도 해저에서 드릴 비트의 교체를 가능하도록 하여, 드릴 비트의 교체 작업에 소요되는 시간과 노력을 줄일 수 있고, 시추 장비의 가동률을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 드릴 비트 교체 시스템은, 해수 분사 장치를 포함하므로 라이저 내부에 채워져 있는 머드를 제거하면서 보관대를 이동시킬 수 있어, 오작동을 줄이고 신속하게 드릴 비트를 교체할 수 있다.
본 발명은 상기 실시례들에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
1 : 드릴 파이프 2 : BOP
10 : 라이저 20a : 제 1 보관대
20b : 제 2 보관대 30a : 제 1 보관대이송부
30b : 제 2 보관대이송부 40a, 40b : 드릴 비트
50 : 테이블 60 : 해수 분사 장치
61 : 분사 노즐

Claims (4)

  1. 측면이 개폐될 수 있도록 구성되는 라이저;
    해저에 설치되어 드릴 비트를 보관하는 보관대;
    상기 보관대를 이송시키는 보관대이송부; 및
    상기 라이저 내부에 채워져 있는 머드를 제거하는 해수 분사 장치;를 포함하고,
    상기 보관대는 상기 라이저의 측면을 통해 상기 라이저를 출입할 수 있으며,
    해저에서 상기 드릴 비트를 교환할 수 있는, 드릴 비트 교체 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 해수 분사 장치는 다수개의 분사 노즐을 포함하고,
    상기 분사 노즐은 펌프의 펌핑에 의해 해수 공급 라인을 통해 해수를 공급 받아 상기 라이저 내부 공간을 향해 해수를 분사하는, 드릴 비트 교체 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 드릴 비트 교체 시스템은 다수개의 상기 보관대 및 다수개의 상기 해수 분사 장치를 포함하고,
    상기 다수개의 보관대는,
    내부에 새로운 상기 드릴 비트를 보관하는 제 1 보관대; 및
    내부에 마모된 상기 드릴 비트를 보관하는 제 2 보관대;를 포함하고,
    상기 다수개의 해수 분사 장치는,
    상기 제 1 보관대의 상기 라이저 쪽 측면에 설치되는 제 1 해수 분사 장치; 및
    상기 제 2 보관대의 상기 라이저 쪽 측면에 설치되는 제 2 해수 분사 장치;를 포함하는, 드릴 비트 교체 시스템.
  4. 내부에 새로운 드릴 비트를 보관하는 제 1 보관대;
    내부에 마모된 드릴 비트를 보관하는 제 2 보관대; 및
    측면이 개폐될 수 있는 라이저;를 포함하고,
    드릴 파이프에 연결된 상기 마모된 드릴 비트가 상기 제 1 보관대 및 상기 제 2 보관대보다 위쪽에 위치하도록 상기 드릴 파이프를 들어올리는 단계;
    상기 제 1 보관대의 측면에 설치된 제 1 해수 분사 장치 및 상기 제 2 보관대의 측면에 설치된 제 2 해수 분사 장치가 작동되어 상기 라이저 내부에 채워져 있는 머드를 제거하는 단계;
    비어있는 상기 제 2 보관대가 상기 라이저 내부로 이동하는 단계;
    상기 마모된 드릴 비트가 상기 드릴 파이프로부터 분리되는 단계;
    상기 마모된 드릴 비트가 상기 제 2 보관대에 보관되는 단계;
    상기 제 1 보관대가 상기 라이저 내부로 이동하는 단계; 및
    상기 드릴 파이프와 상기 새로운 드릴 비트가 연결되는 단계;를 포함하고,
    해저에서 상기 드릴 비트가 교환되는 것을 특징으로 하는, 드릴 비트 교환 방법.
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CN107165588A (zh) * 2017-07-26 2017-09-15 西南石油大学 一种海底卧式换钻头更换装置
CN107386997A (zh) * 2017-07-26 2017-11-24 西南石油大学 一种换钻头更换装置
CN112253016A (zh) * 2020-12-22 2021-01-22 烟台虹月电子商务有限公司 一种钻井口内钻杆辅助升降输送装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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