KR20160036262A - 시추용 파이프의 핸들링 방법 - Google Patents

시추용 파이프의 핸들링 방법 Download PDF

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Abstract

시추용 파이프의 핸들링 방법이 개시된다.
상기 시추용 파이프의 핸들링 방법은, 문풀 하부의 드릴 스트링을 그립핑부에 의해 상승시켜서 가이드부에 전달하는 단계; 상기 가이드부에 전달된 드릴 스트링으로부터 상기 가이드부에 의해 그립된 부분에 해당하는 드릴 스탠드를 러프넥에 의해 분리시키는 단계; 및 상기 드릴 스트링으로부터 분리된 드릴 스탠드를 상기 가이드부가 상승시켜서 경사부에 경사지게 위치시키는 단계;를 포함한다.

Description

시추용 파이프의 핸들링 방법{Drill pipe handling method}
본 발명은 시추용 파이프의 핸들링 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 파이프의 연결을 위한 시스템을 단순화하고, 파이프의 연결 작업 효율성을 높이도록 구성된 시추용 파이프의 핸들링 방법에 관한 것이다.
국제적인 급격한 산업화 현상과 공업이 발전함에 따라 석유와 같은 지구 자원의 사용량은 점차 증가하고 있으며, 이에 따라 오일의 안정적인 생산과 공급이 전지구적인 차원에서 대단히 중요한 문제로 떠오르고 있다. 이러한 이유로 최근에는 지금까지 경제성이 없어 무시되어 왔던 군소의 한계 유전이나 심해유전의 개발이 경제성을 가지게 되었다. 따라서, 해저 채굴 기술의 발달과 더불어 이러한 유전의 개발에 적합한 시추설비를 구비한 부유식 시추설비가 개발되어 있다.
해저의 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 시추할 수 있도록 각종 시추장비를 갖춘 시추선을 포함한 시추 구조물의 중심부에는 해저의 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 시추하기 위한 드릴 파이프(drill pipe)나 라이저(riser)가 상하로 이동할 수 있도록 문풀(moonpool)이 형성되어 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 시추선의 시추작업을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 데릭(derrick; 2)을 가진 시추선(1)의 중앙에 형성된 문풀(3)을 통해서 라이저(4) 및 드릴 파이프(5)를 하향 전진시킴으로써 해저 바닥(sea bed; 6) 아래의 저유지(reservoir; 12)에 위치하는 유정(well; 13)에 저장되어 있는 해저자원을 시추한다. 라이저(4)는 드릴 파이프(5)를 유정(13)까지 전진시키기 전에 미리 해저 바닥(6)까지 전진되는 부재로서 머드가 되돌아 오는 통로를 제공한다. 라이저(4)가 설치되면 라이저(4) 내부로 드릴 파이프(5)가 해저 지층(11)을 통해 유정(13)까지 하향 전진된다.
이와 같이 라이저(4)를 해저 바닥(6)까지 하향 전진시키거나, 드릴 파이프(5)를 유정(13)까지 전진시킬 경우, 길게 연결된 라이저(4)나 드릴 파이프(5)를 하향 전진시키는 것이 아니라, 짧은 길이의 라이저(4)나 드릴 파이프(5)를 서로 연결하여 하향 전진시킨다. 해저 바닥(6)에는 이상 고압이 드릴 파이프(5)를 타고 올라오는 것을 차단하기 위해 분출 방지용 스택(blowout preventer; BOP)(7)이 설치된다. 해저 지층(11)에서는 시멘트에 의해 케이싱(8)을 고정한 후, 케이싱(7) 내부로는 드릴 비트(10)가 장착된 드릴 파이프(5)를 삽입하여 해저자원을 시추한다. 드릴 비트(10)가 시추할 때 발생되는 열에 의해 드릴 비트(10)가 과열되는 것을 방지하고, 윤활작용을 하여 시추를 더욱 쉽게 하기 위해, 드릴 파이프(5) 속으로는 머드(9)가 공급된다. 이러한 머드는 드릴 비트(10)를 통해 빠져나가 케이싱(8)과 라이저(4)를 통하여 다시 되돌아오게 된다.
이러한 시추 작업에 사용되는 파이프의 조립을 위한 기술로는, 한국공개특허 제10-2011-0029965호의 시추 작업을 위한 파이프 예비 조립 방법이 있다. 이는 시추 작업을 위한 파이프 예비 조립 방법에 있어서, 파이프 운반 장치에 의해 2개 이상의 파이프를 캐트워크에 안착시킨 후, 컨베이어에 의해 상기 2개 이상의 파이프를 함께 파이프 조작 장치 측으로 이송시키는 단계; 2개 이상의 아암을 갖는 상기 파이프 조작 장치에 의해 상기 2개 이상의 파이프를 함께 파지하여 직립시킨 후, 2개 이상의 마우스홀에 각각 삽입하는 단계; 상기 파이프 운반 장치에 의해 다른 2개 이상의 파이프를 캐트워크에 안착시킨 후, 컨베이어에 의해 상기 다른 2개 이상의 파이프를 함께 상기 파이프 조작 장치 측으로 이송시키는 단계; 상기 파이프 조작 장치에 의해 상기 다른 2개 이상의 파이프를 함께 파지하여 직립시킨 후, 상기 마우스홀에 미리 삽입된 상기 2개 이상의 파이프와 각각 연결하는 단계; 연결된 2조 이상의 파이프를 파이프 조작 장치에 의해 셋백 에어리어에 이송 및 보관하는 단계;를 포함한다.
그러나, 이와 같은 시추 작업을 위한 파이프의 조립 방법은 파이프의 연결을 위하여 복잡한 시스템을 필요로 하고, 데릭의 사용을 필요로 함으로 데릭의 높이를 낮추거나 생략하는데 어려움이 따르는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 파이프의 연결을 위한 시스템을 단순화하고, 파이프의 연결 작업 효율성을 높이며, 데릭의 높이를 낮추거나 데릭을 생략할 수 있도록 하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 문풀 하부의 드릴 스트링을 그립핑부에 의해 상승시켜서 가이드부에 전달하는 단계; 상기 가이드부에 전달된 드릴 스트링으로부터 상기 가이드부에 의해 그립된 부분에 해당하는 드릴 스탠드를 러프넥에 의해 분리시키는 단계; 및 상기 드릴 스트링으로부터 분리된 드릴 스탠드를 상기 가이드부가 상승시켜서 경사부에 경사지게 위치시키는 단계;를 포함하는, 시추용 파이프의 핸들링 방법이 제공된다.
상기 시추용 파이프의 핸들링 방법은, 상기 경사부에 위치하는 드릴 스탠드를 적재부에 적재시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 드릴 스탠드는 캔워크, 컨베이어 및 이송롤러 중 어느 하나에 의해 상기 문풀로부터 상기 적재부까지 수평 이동될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 드릴 스트링으로부터 분리된 드릴 스탠드를 문풀 상단에 형성된 경사부를 거쳐 수평이 되도록 선체로 끌어올리는, 시추용 파이프의 핸들링 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 시추용 파이프의 연결을 위한 시스템을 단순화하여 시스템의 제작에 소요되는 시간과 비용을 줄일 수 있고, 시추용 파이프의 연결 작업에 대한 효율성을 높일 수 있으며, 데릭의 높이를 낮추거나 데릭을 생략할 수 있도록 함으로써 시추 구조물의 높이를 감소시킬 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 시추선의 시추작업을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 시추용 파이프의 핸들링 방법에 사용되는 시추용 파이프의 핸들링 시스템을 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 시추용 파이프의 핸들링 방법을 순차적으로 설명하기 위한 개략도이다.
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.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 시추용 파이프의 핸들링 방법에 사용되는 시추용 파이프의 핸들링 시스템을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시례에 따른 시추용 파이프의 핸들링 시스템(100)은 문풀(moonpool; 210) 상단에 마련되고, 드릴 스탠드(pipe stand; 220; 도 5에 도시)가 경사지도록 가이드하는 경사부(110)와, 경사부(110)로부터 드릴 스트링(drill string; 230) 측으로 드릴 스탠드(220)를 수직되게 로딩(loading)하거나, 그 역으로 경사지게 언로딩(unloading)시키는 가이드부(120,130)와, 가이드부(120,130)로부터 드릴 스탠드(220)를 전달받아 드릴 스트링(230)에 연결시키거나, 드릴 스트링(230)으로부터 분리시키는 러프넥(roughneck; 140)을 포함한다. 또한 본 실시례에 따른 시추용 파이프의 핸들링 시스템(100)은 드릴 스탠드(220)를 러프넥(140)으로부터 가이드부(120,130)로 원활하게 전달하기 위하여 그립핑부(150)를 더 포함할 수 있다.
드릴 스탠드(220)는, 드릴 스트링(230)의 일부를 이루는 것으로서, 3개 또는 4개의 시추용 파이프가 연결되어 형성된다. 시추 작업시 시추용 파이프의 연결 시간을 단축시키기 위하여, 3개 또는 4개의 시추용 파이프를 미리 연결시켜 문풀 근처에 보관하다가, 드릴 스탠드(220)를 드릴 스트링(230)과 연결시키면서 시추 작업을 계속하게 된다. 문풀 근처에 보관할 때 세워두므로, 드릴 스탠드(Drill Stand)라고 지칭된다.
본 실시례에 따른 시추용 파이프의 핸들링 시스템(100)은 시추 구조물에 형성된 문풀(210)에 마련되는데, 시추 구조물은 해저 시추를 위한 리그선(rig ship)이나 고정식 플랫홈 또는 드릴쉽(drillship)을 비롯하여, 시추 작업을 위해 해양에서 사용되는 모든 구조물이 포함될 수 있다. 또한 드릴 스탠드(220; 도 5에 도시)는 다수의 드릴 파이프(drill pipe), 예컨대 3~4개의 드릴 파이프를 서로 연결하여 이루어질 수 있으며, 드릴 스트링(230)은 이러한 드릴 스탠드(220)가 연속적으로 연결된 조립체로 이루어질 수 있다.
경사부(110)는 일례로 문풀(210) 상단에 문풀(210)과는 별개의 부재로서 경사지도록 마련될 수 있고, 다른 예로서 본 실시례에서처럼 문풀(210)의 상단 모서리에 형성되는 경사면으로 이루어질 수 있으며, 캣워크나 컨베이어 또는 이송롤러 등에 의해 수평으로 이송되는 드릴 스탠드(220)가 경사지도록 가이드하게 된다.
가이드부(120,130)는 경사부(110)에 의해 경사진 드릴 스탠드(220; 도 5에 도시)를 그립핑하여 수직으로 세워서 하강시키고, 수직 상태의 드릴 스탠드(220)를 상승시켜서 경사부(110)에 경사지게 위치시킨다. 가이드부(120,130)는 드릴 스탠드(220)의 하부와 상부를 각각 그립핑하도록 문풀(210) 내에 각각 설치되는 제 1 및 제 2 가이드유닛(120,130)을 포함할 수 있다. 또한 제 1 및 제 2 가이드유닛(120,130)은 드릴 스탠드(220)가 기울어지는 방향을 기준으로 문풀(110) 내의 양측에 서로 대향되도록 설치될 수 있다. 즉 제 1 및 제 2 가이드유닛(120,130)은 본 실시례에서처럼 드릴 스탠드(220)가 기울어지는 방향을 따라 전후로 배열되도록 서로 대향되게 설치될 수 있다.
제 1 가이드유닛(120)은 문풀(210) 내에 수직되게 설치되는 제 1 가이드레일(121)과, 제 1 가이드레일(121)을 따라 승강할 수 있도록 설치되고, 제 1 아암(122)을 수평방향으로 이송시키는 제 1 수평이송구동부(123)와, 제 1 아암(122)의 끝단에 설치되고, 드릴 스탠드(220; 도 5에 도시)를 그립핑하는 제 1 그립퍼(124)와, 제 1 수평이송구동부(123)를 제 1 가이드레일(121)을 따라 승강시키는 제 1 승강구동부(125)를 포함할 수 있다. 여기서 제 1 수평이송구동부(123)는 예컨대 제 1 가이드레일(121)을 따라 이동 가능하게 슬라이딩 결합될 수 있고, 제 1 아암(122)을 모터나 실린더의 구동력을 이용하여 수평 왕복 이송시킬 수 있다. 제 1 그립퍼(124)는 예컨대 모터나 실린더 등과 같은 액추에이터의 구동력에 의해 드릴 스탠드(220)를 그립핑하거나 그립핑 해제할 수 있다. 제 1 승강구동부(125)는 예컨대 모터나 실린더의 구동력을 이용하여 제 1 수평이송구동부(123)를 제 1 그립퍼(124)와 함께, 제 1 가이드레일(121)을 따라 상하 이송시킬 수 있다.
제 2 가이드유닛(130)은 문풀(210) 내에 수직되게 설치되는 제 2 가이드레일(131)과, 제 2 가이드레일(131)을 따라 승강할 수 있도록 설치되고, 제 2 아암(132)을 수평방향으로 이송시키는 제 2 수평이송구동부(133)와, 제 2 아암(132)의 끝단에 설치되고, 드릴 스탠드(220; 도 5에 도시)를 그립핑하는 제 2 그립퍼(134)와, 제 2 수평이송구동부(133)를 제 2 가이드레일(131)을 따라 승강시키는 제 2 승강구동부(135)를 포함할 수 있다. 여기서 제 2 수평이송구동부(133)는 예컨대 제 2 가이드레일(131)을 따라 이동 가능하게 슬라이딩 결합될 수 있고, 제 2 아암(132)을 모터나 실린더의 구동력을 이용하여 수평 왕복 이송시킬 수 있다. 제 2 그립퍼(134)는 예컨대 모터나 실린더 등과 같은 액추에이터의 구동력에 의해 드릴 스탠드(220)를 그립핑하거나 그립핑 해제할 수 있다. 제 2 승강구동부(135)는 예컨대 모터나 실린더의 구동력을 이용하여 제 2 수평이송구동부(133)를 제 2 그립퍼(134)와 함께, 제 2 가이드레일(131)을 따라 상하 이송시킬 수 있다.
러프넥(140)은 가이드부(120,130)에 의해 하강하는 드릴 스탠드(220; 도 5에 도시)를 드릴 스트링(230)에 연결시키고, 드릴 스트링(230)으로부터 드릴 스탠드(220)를 분리시키는데, 이를 위해 스피닝렌치로 이루어지는 상부렌치와 토크렌치로 이루어지는 하부렌치를 포함할 수 있다. 여기서 상부렌치는 드릴 스탠드(220)와 드릴 스트링(230)의 연결시, 하부렌치가 강한 힘으로 최종적으로 드릴 스탠드(220)를 조이기 전까지 드릴 스탠드(220)를 빠르게 회전시키는 렌치일 수 있고, 하부렌치는 상부렌치의 힘으로 조이기 힘든 마지막 단계의 드릴 스탠드(220) 결합을 위해 강한 힘으로 회전력을 제공할 수 있으며, 상부렌치와 하부렌치가 서로 반대방향으로 회전함으로써 드릴 스탠드(220)를 드릴 스트링(230)에 결합시킬 수 있다. 또한 러프넥(140)은 드릴 스탠드(220)와 드릴 스트링(230)의 결합 지점으로 이동할 수 있도록 모터나 실린더에 의해 이동하거나, 상부렌치와 하부렌치만을 이동시킬 수도 있다.
그립핑부(150)는 러프넥(140)에 의해 분리되는 드릴 스탠드(220; 도 5에 도시)를 그립핑하여 상승시켜서, 가이드부(120,130), 일례로 제 2 가이드유닛(130)에 전달하도록 할 수 있다. 그립핑부(150)는 문풀(210) 내에 설치되는 가이드레일을 따라 승강할 수 있도록 수평되게 설치되고, 드릴 스탠드(220)가 관통하도록 관통홀(151)이 형성되는 승강부재(152)와, 관통홀(151) 내에 드릴 스탠드(220)를 모터나 실린더 등의 구동력에 의해 그립핑 내지 그립핑 해제하도록 설치되는 제 3 그립퍼(153)와, 승강부재(152)를 모터나 실린더 등의 구동력을 이용하여 가이드레일을 따라 승강시키는 제 3 승강구동부(154)를 포함할 수 있다. 여기서 가이드레일은 앞서 설명한 제 1 및 제 2 가이드레일(121,131)이 사용될 수 있으며, 다른 예로서 제 1 및 제 2 가이드레일(121,131)과는 별개로 이루어질 수 있다.
문풀(210)의 내측에는 케이싱(160)이 설치될 수 있는데, 케이싱(160)은 문풀(210)의 내측에 설치될 수 있고, 가이드부(120,130), 러프넥(140) 및 그립핑부(150)가 내측에 각각 설치되는 공간을 제공할 수 있으며, 드릴 스트링(230)이 통과하도록 형성되는 통과홀(161)에 드릴 스트링(230)과 통과홀(161) 사이를 통해서 해수가 유입되는 것을 차단함으로써 상기한 공간의 방수를 유지하도록 하는 실링부재(162)가 설치될 수 있다. 또한 케이싱(160)은 경사부(110)와 별개로 형성되거나, 상단이 경사부(110)의 일부 또는 전부를 이루도록 형성될 수 있다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 시추용 파이프의 핸들링 방법을 순차적으로 설명하기 위한 개략도이다.
도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 문풀(210) 하부에 위치하는 드릴 스트링(230)을 그립핑부(150)에 의해 상승시켜서 가이드부(120,130), 예컨대 제 2 가이드유닛(130)에 전달한다. 그런 다음 가이드부(120,130)에 전달된 드릴 스트링(230)으로부터 가이드부(120,130), 예컨대 제 2 가이드유닛(130)에 의해 그립된 부분에 해당하는 드릴 스탠드(220)를 러프넥(140)에 의해 분리시킨다. 그리고, 드릴 스트링(230)으로부터 분리된 드릴 스탠드(220)를 가이드부(120,130)가 상승시켜서 경사부(110)에 경사지게 위치시킨다. 그런 다음 경사부(110)에 위치하는 드릴 스탠드(220)를 캣워크나 컨베이어 또는 이송롤러 등에 의해 수평되게 이송시켜서 적재부에 적재되도록 한다. 이때 드릴 스탠드(220)를 데크 상의 연결위치에 위치하는 러프넥(미도시)에 의해 다수의 드릴 파이프로 분리하여 적재부에 적재시킬 수 있다.
그립핑부(150)와 제 1 및 제 2 가이드유닛(120,130)은 도 2에 도시된 구성에 의해 상기한 단계들을 수행하게 되는데, 예를 들면, 그립핑부(150)는 제 3 그립퍼(153)에 의해 드릴 스트링(230)을 그립핑하거나 그립핑 해제하게 되고, 제 3 승강구동부(154)의 구동에 의해 가이드레일, 예컨대 제 1 및 제 2 가이드레일(121,131)을 따라 승강하게 된다. 또한 제 1 및 제 2 가이드유닛(120,130)은 제 1 및 제 2 수평이송구동부(123,133)의 구동에 의해 제 1 및 제 2 아암(122,132)을 반대방향으로 수평이송시킴으로써 제 1 및 제 2 그립퍼(124,134; 도 3에 도시)에 의해 하부와 상부가 그립핑된 드릴 스탠드(220)를 수직되게 세우거나 경사지도록 할 수 있으며, 제 1 및 제 2 승강구동부(125,135)의 구동에 의해 제 1 및 제 2 가이드레일(121,131)을 따라 승강할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 시추용 파이프의 핸들링 방법에 따르면, 시추용 파이프의 연결을 위한 시스템을 단순화하여 시스템의 제작에 소요되는 시간과 비용을 줄일 수 있고, 시추용 파이프의 연결 작업에 대한 효율성을 높일 수 있으며, 데릭의 높이를 낮추거나 데릭을 생략할 수 있도록 함으로써 시추 구조물의 높이를 감소시킬 수 있다.
본 발명은 상기 실시례에 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.
110 : 경사부 120 : 제 1 가이드유닛
121 : 제 1 가이드레일 122 : 제 1 아암
123 : 제 1 수평이송구동부 124 : 제 1 그립퍼
125 : 제 1 승강구동부 130 : 제 2 가이드유닛
131 : 제 2 가이드레일 132 : 제 2 아암
133 : 제 2 수평이송구동부 134 : 제 2 그립퍼
135 : 제 2 승강구동부 140 : 러프넥
150 : 그립핑부 151 : 관통홀
152 : 승강부재 153 : 제 3 그립퍼
154 : 제 3 승강구동부 160 : 케이싱
161 : 통과홀 162 : 실링부재
210 : 문풀 220 : 드릴 스탠드
230 : 드릴 스트링

Claims (4)

  1. 문풀 하부의 드릴 스트링을 그립핑부에 의해 상승시켜서 가이드부에 전달하는 단계;
    상기 가이드부에 전달된 드릴 스트링으로부터 상기 가이드부에 의해 그립된 부분에 해당하는 드릴 스탠드를 러프넥에 의해 분리시키는 단계; 및
    상기 드릴 스트링으로부터 분리된 드릴 스탠드를 상기 가이드부가 상승시켜서 경사부에 경사지게 위치시키는 단계;
    를 포함하는, 시추용 파이프의 핸들링 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 경사부에 위치하는 드릴 스탠드를 적재부에 적재시키는 단계를 더 포함하는, 시추용 파이프의 핸들링 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 드릴 스탠드는 캔워크, 컨베이어 및 이송롤러 중 어느 하나에 의해 상기 문풀로부터 상기 적재부까지 수평 이동되는, 시추용 파이프의 핸들링 방법.
  4. 드릴 스트링으로부터 분리된 드릴 스탠드를 문풀 상단에 형성된 경사부를 거쳐 수평이 되도록 선체로 끌어올리는, 시추용 파이프의 핸들링 방법.
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