KR20160041592A - 해저 파이프 핸들링 유닛 - Google Patents

해저 파이프 핸들링 유닛 Download PDF

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Abstract

해저 파이프 핸들링 유닛이 개시된다.
상기 해저 파이프 핸들링 유닛은, 해저 바닥에 설치되는 분출 방지용 스택에 설치되고 시추용 파이프가 상하로 관통하도록 상부와 하부에 제 1 및 제 2 개구가 각각 형성되는 하우징; 및 상기 하우징의 내측에 설치되고 상기 시추용 파이프를 서로 연결 및 분리시키는 아이언 러프넥;을 포함하고, 상기 하우징은 상기 분출 방지용 스택의 하부에 설치됨으로써 상기 분출 방지용 스택과 웰헤드 커넥터 사이에 적층된다.

Description

해저 파이프 핸들링 유닛{Subsea pipe handling unit}
본 발명은 해저 파이프 핸들링 유닛에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 해저에서 드릴 파이프, 드릴 비트 등의 교환이 가능하도록 구성된 해저 파이프 핸들링 유닛에 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 종래의 시추용 파이프 조립에 대한 기술은 분출 방지용 스택의 테스트 이후 드릴 파이프를 해수면까지 상승하게 됨으로써 계속적인 시추작업이 어렵게 되고, 이로 인해 시추 작업에 많은 시간과 노력이 소요되는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 해저에서 분출 방지용 스택의 테스트 이후, 드릴 파이프 등과 같은 시추용 파이프를 해수면까지 상승시키지 않고 계속적으로 시추 작업을 수행할 수 있도록 하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 해저 바닥에 설치되는 분출 방지용 스택에 설치되고 시추용 파이프가 상하로 관통하도록 상부와 하부에 제 1 및 제 2 개구가 각각 형성되는 하우징; 및 상기 하우징의 내측에 설치되고 상기 시추용 파이프를 서로 연결 및 분리시키는 아이언 러프넥;을 포함하고, 상기 하우징은 상기 분출 방지용 스택의 하부에 설치됨으로써 상기 분출 방지용 스택과 웰헤드 커넥터 사이에 적층되는, 해저 파이프 핸들링 유닛이 제공된다.
상기 아이언 러프넥에 의해 분리된 BHA를 상기 분출 방지용 스택의 테스트를 수행하도록 내부에 고정시킬 수 있다.
상기 해저 파이프 핸들링 유닛은, 상기 하우징의 내부에 설치되고 상기 시추용 파이프를 고정시키는 슬립 매니플레이터;를 더 포함할 수 있다.
상기 아이언 러프넥은, 상기 분출 방지용 스택의 테스트 수행이 끝난 후 절단 또는 교축된 상기 시추용 파이프를 내부에 고정된 상기 BHA로부터 분리할 수 있다.
상기 해저 파이프 핸들링 유닛은, 내부에 고정된 상기 BHA로부터 분리된 상기 절단 또는 교축된 시추용 파이프를 보관하는 적재부를 더 포함할 수 있다.
상기 아이언 러프넥은, 상기 절단 또는 교축된 시추용 파이프를 분리한 후 시추 작업을 계속 진행하도록 내부에 고정된 상기 BHA와 새로운 시추용 파이프를 체결할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 해저 바닥에 설치되는 분출 방지용 스택 하부에 설치되어 상기 분출 방지용 스택의 테스트를 수행하도록 내부에 BHA를 고정하고 시추용 파이프를 분리 및 연결하는, 해저 파이프 핸들링 유닛이 제공된다.
본 발명에 따르면, 해저에서 분출 방지용 스택의 테스트 이후 드릴 파이프 등과 같은 시추용 파이프를 해수면까지 상승시키지 않고 계속적인 시추 작업을 수행할 수 있도록 하며, 이로 인해 시추 작업에 소요되는 시간과 노력을 줄일 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 시추선의 시추작업을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 해저 파이프 핸들링 유닛을 도시한 단면도이다.
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 해저 파이프 핸들링 유닛을 도시한 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 해저 파이프 핸들링 유닛(100)은 해저 바닥에 설치되는 분출 방지용 스택(blowout preventer; BOP)(310)에 설치되고, 드릴 파이프(dirlling pipe)나 라이저(riser) 등과 같은 시추용 파이프(330)가 상하로 관통하는 하우징(210)과, 하우징(210)의 내측에 설치되는 아이언 러프넥(iron roughneck; 220)을 포함하고, 아이언 러프넥(220)에 의해 시추용 파이프(330)를 서로 연결 및 분리시키도록 함으로써 해저에서 시추용 파이프(330)의 연결 및 분리 작업이 가능하도록 한다. 또한 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 해저 파이프 핸들링 유닛(100)은 하우징(210) 내에 슬립 매니플레이터(slip manipulator; 230)가 설치될 수 있다.
하우징(210)은 해저 바닥에 설치되는 분출 방지용 스택(310)에 설치되고, 시추용 파이프(330)가 상하로 관통할 수 있도록, 상부와 하부에 제 1 및 제 2 개구(211, 212)가 각각 형성될 수 있다. 하우징(210)은 제 2 개구(212)에 시추용 파이프(330)의 상하 이동을 가이드하는 파이프 가이드(213)가 마련될 수 있다. 여기서 파이프 가이드(213)는 시추용 파이프(330)가 상하 이동시 수평방향으로 정해진 범위를 벗어나지 않도록 제한하기 위한 부재이며, 나아가서 상하 이동을 원활하게 위한 회전 지지 부재를 비롯하여 다양한 구조와 방식을 가질 수 있다.
본 실시예의 하우징(210)은 분출 방지용 스택(310)의 하부에 설치됨으로써 분출 방지용 스택(310)과 웰헤드 커넥터(320) 사이에 적층되는데, 이를 위해 하부가 웰헤드 커넥터(320) 상에 결합되는 구조를 가질 수 있고, 상부에 분출 방지용 스택(310)의 고정 내지 결합을 위한 결합부(215)가 마련될 수 있다.
하우징(210)은 아이언 러프넥(220)에 의해 연결 내지 분리되는 시추용 파이프(330)가 적재되기 위한 적재부(240)가 내측에 마련될 수 있다. 이러한 적재부(240)는 시추용 파이프(330)가 수직된 상태로 다수로 적층되도록 하는데, 이를 위해 예컨대 시추용 파이프(330) 각각이 안착되기 위한 안착홈이 형성될 수 있고, 안착홈의 입구측에 시추용 파이프(330)의 출입을 제한하기 위한 래치나 스토퍼 등을 비롯한 다양한 출입 제한 유닛이 마련될 수 있다.
아이언 러프넥(220)은 하우징(210) 내에서 제 2 개구(212)의 일측에 위치하도록 설치될 수 있고, 다수의 시추용 파이프(330)를 서로 연결 및 분리시키기 위하여, 예컨대 하우징(210) 내측에 설치되는 본체(221)에 상부렌치(upper wrench; 223)와 하부렌치(lower wrench; 224)가 각각 설치될 수 있고, 나아가서 시추용 파이프(330)의 중심 정렬을 위한 센트럴라이저(centralizer; 225)가 설치될 수 있다. 여기서, 본체(221)는 이동부(222)에 의해 제 2 개구(212)를 향하여 전진하거나 반대로 후진하도록 설치됨으로써 시추용 파이프(330)의 연결 및 분리를 위하여 아이언 러프넥(220)이 이동하도록 할 수 있는데, 이러한 이동부(222)는 예컨대 하우징(210) 내의 바닥면에 설치되어 본체(221)가 슬라이딩 가능하게 설치되는 레일과, 본체(221)가 레일을 따라 이동하도록 구동력을 제공하는 구동부를 포함할 수 있다. 여기서 구동부는 일례로 모터와 모터의 회전력을 전달하는 기어들로 이루어지거나, 실린더 등으로 이루어질 수 있다. 또한 이동부(222)는 본체(221)를 수평방향은 물론 수직방향으로도 이송시키도록 구성될 수 있다.
아이언 러프넥(220)은 예컨대 토크렌치로 이루어지는 상부렌치(223)와 스피닝렌치로 이루어지는 하부렌치(224)를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 아이언 러프넥(220)은, 시추용 파이프(330) 상부를 붙잡고 있는 탑 드라이브(top drive)의 작업에 영향을 주지 않기 위하여, 시추선 등에서 일반적으로 사용되는 러프넥의 상부렌치가 스피닝렌치로 이루어지고 하부렌치가 토크렌치로 이루어지는 것과는 반대로 구성된다.
상부렌치(223)는 하부렌치(224)의 힘으로 조이기 힘든 마지막 단계의 시추용 파이프(330) 결합을 위해 강한 힘으로 회전력을 제공할 수 있고, 하부렌치(224)는 시추용 파이프(330)의 연결시, 상부렌치(223)가 강한 힘으로 최종적으로 시추용 파이프(330)를 조이기 전까지 시추용 파이프(330)를 빠르게 회전시키는 렌치일 수 있으며, 상부렌치(223)와 하부렌치(224)가 서로 반대방향으로 회전함으로써 다수의 시추용 파이프(330)를 서로 결합시킬 수 있다.
슬립 매니플레이터(230)는 예컨대 하우징(210) 내에 제 2 개구(212)를 기준으로 아이언 러프넥(220)의 반대편에 설치될 수 있고, 시추용 파이프(330)를 고정시키도록 하는데, 아이언 러프넥(220)에 의해 서로 연결 및 분리되는 시추용 파이프(330)를 고정시킬 수 있다. 슬립 매니플레이터(230)는 아이언 러프넥(220)과 마찬가지로, 이동부(232)에 의해 하우징(210) 내의 바닥면을 따라 왕복 이동하는 본체(231)를 포함할 수 있고, 본체(231)에 액추에이터의 구동력에 의해 회전 동작하는 단일 또는 다수의 아암(233)이 설치될 수 있으며, 아암(233)의 끝단에 시추용 파이프(330)를 액추에이터의 구동력에 의해 그립핑 또는 그립핑 해제하기 위한 그립퍼(234)가 설치될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시례에 따른 해저 파이프 핸들링 유닛(100)은 작동에 필요한 유압이나 전력의 공급과 동작 제어에 필요한 제어신호의 수신을 위한 라인이 분출 방지용 스택(310)의 제어용 MUX 케이블과 함께 이루어지거나, 이와 별도로 마련될 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 해저 파이프 핸들링 유닛(100)에 따르면, 해저에 웰헤드 커넥터(320)와 분출 방지용 스택(310)과 함께 설치 후, 드릴 파이프 등의 시추용 파이프(330)를 하강한 다음, 분출 방지용 스택(310)의 테스트를 마치고, 분출 방지용 스택(310)에 의해 교축되거나 절단된 드릴 파이프 등의 시추용 파이프(330)를 제거하기 위하여, 수면까지 드릴 파이프 등의 시추용 파이프(330)를 이송시킬 필요가 없이, 해저에서 시추용 파이프(330)의 핸들링이 가능하도록 하여, 시추 작업에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 본 실시예의 해저 파이프 핸들링 유닛(100)은 BHA를 분리 및 내부에 고정시킬 수 있고, 분리된 BHA 상부의 드릴 파이프를 아이언 러프넥(220)이 붙잡고 있는 상태에서 분출 방지용 스택(310)의 테스트 수행이 가능하도록 할 수 있다. 또한 절단 내지 교축된 드릴 파이프를 아이언 러프넥(220)을 이용하여 분리 및 적재부(240)에 보관할 수 있고, 시추 작업의 계속적인 진행을 위하여, 내부에 고정한 BHA와 드릴 파이프를 체결함으로써 시추 작업의 연속적인 진행이 가능하도록 한다.
BHA(Bottom of Hole Assembly)는, 스위벨(Swivel), 켈리(Kelly), 다수개의 시추용 파이프(Drill Pipe), 시추용 칼라(Drill Collars) 및 시추용 비트(Drill Bit) 등으로 구성된 드릴 스트링(Drill String)의 아랫 부분을 의미한다. 즉, BHA는 시추용 비트, 시추용 칼라 및 다수개의 시추용 파이프 등이 연결된 부분을 일컫는다.
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.
210 : 하우징 211 : 제 1 개구
212 : 제 2 개구 213 : 파이프 가이드
215 : 결합부 220 : 아이언 러프넥
221 : 본체 222 : 이동부
223 : 상부렌치 224 : 하부렌치
225 : 센트럴라이저 230 : 슬립 매니플레이터
231 : 본체 232 : 이동부
233 : 아암 234 : 그립퍼
240 : 적재부 310 : 분출 방지용 스택
320 : 웰헤드 커넥터 330 : 시추용 파이프

Claims (7)

  1. 해저 바닥에 설치되는 분출 방지용 스택에 설치되고 시추용 파이프가 상하로 관통하도록 상부와 하부에 제 1 및 제 2 개구가 각각 형성되는 하우징; 및
    상기 하우징의 내측에 설치되고 상기 시추용 파이프를 서로 연결 및 분리시키는 아이언 러프넥;을 포함하고,
    상기 하우징은 상기 분출 방지용 스택의 하부에 설치됨으로써 상기 분출 방지용 스택과 웰헤드 커넥터 사이에 적층되는, 해저 파이프 핸들링 유닛.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 아이언 러프넥에 의해 분리된 BHA를 상기 분출 방지용 스택의 테스트를 수행도록 내부에 고정시키는, 해저 파이프 핸들링 유닛.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 하우징의 내부에 설치되고 상기 시추용 파이프를 고정시키는 슬립 매니플레이터;를 더 포함하는, 해저 파이프 핸들링 유닛.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 아이언 러프넥은,
    상기 분출 방지용 스택의 테스트 수행이 끝난 후 절단 또는 교축된 상기 시추용 파이프를 내부에 고정된 상기 BHA로부터 분리하는, 해저 파이프 핸들링 유닛.
  5. 청구항 4에 있어서,
    내부에 고정된 상기 BHA로부터 분리된 상기 절단 또는 교축된 시추용 파이프를 보관하는 적재부를 더 포함하는, 해저 파이프 핸들링 유닛.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 아이언 러프넥은,
    상기 절단 또는 교축된 시추용 파이프를 분리한 후 시추 작업을 계속 진행하도록 내부에 고정된 상기 BHA와 새로운 시추용 파이프를 체결하는, 해저 파이프 핸들링 유닛.
  7. 해저 바닥에 설치되는 분출 방지용 스택 하부에 설치되어 상기 분출 방지용 스택의 테스트를 수행하도록 내부에 BHA를 고정하고 시추용 파이프를 분리 및 연결하는, 해저 파이프 핸들링 유닛.
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