KR20160069750A - 해양구조물과 해양구조물의 설치 방법 및 설치 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해저면에 고정되는 하부구조물과 상기 하부구조물의 상부에 고정되는 상부구조물을 포함하는 고정식 해양구조물의 설치 방법으로서, 상기 하부구조물을 설치 선박에 장착된 크레인을 이용하여 수면 아래로 하강시켜 해저면에 안착시키는 하부구조물안착단계, 상기 설치 선박의 하부에 설치되며 수직하부 방향으로 연장되는 잭킹부를 이용하여 상기 하부구조물의 레그부 상단을 압박하여 하부구조물을 해저면에 고정하는 하부구조물고정단계 및 상기 상부구조물의 상부레그부의 하단을 상기 하부레그부의 상단에 연결하는 상부구조물설치단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

해양구조물과 해양구조물의 설치 방법 및 설치 선박 {a marine structure, a method of construction thereof and a installation ship therefor}

본 발명은 해양구조물과 해양구조물의 설치 방법 및 설치 선박에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 해양구조물을 하부구조물과 상부구조물로 나누어 설치하는 해양구조물과 해양구조물의 설치 방법 및 설치 선박에 관한 것이다.

일반적으로, 해양구조물이라 함은 해상 또는 해저에 설치되는 구조물로서, 수심에 따라 고정식, 반잠수식, 부유식으로 분류되며, 주로 석유 또는 천연가스 등의 에너지원 탐사 및 채취와 같은 해상 작업에 이용되고 있다.

여기서, 해양구조물에는 해상에서 소정의 구조물을 설치하도록 마련되는 선박이 포함된다. 그리고, 선박의 선체는 수면에서 떨어져, 수면 위에 고정된 상태로 작업을 진행해야 할 때도 있다.

예를 들어, 해상에서 풍력발전기를 설치하는 경우, 풍력발전기에 사용되는 기둥 또는 블레이드 등을 설치 위치까지 선박으로 운반 후, 해상에서 설치 작업을 하게 된다.

본 발명은 해저면에 고정되는 고정식 해양 구조물에 관한 것이다.

고정식 해양 구조물은, 잭업 리그, 해양 풍력 발전기, 기상 관측기 등 다양한 구조물이 있으며, 본 발명에서의 고정식 해양 구조물은 이를 모두 포함하는 개념이다.

예를 들어, 잭업 리그(jackup rig)는 복수의 레그(leg)에 의해 해저에 안정적으로 지지되는 해양 구조물이다. 시추 작업을 할 때 승강용 다리로 선체(HULL)를 해면 위로 들어올리고, 해저의 석유, 가스 등을 시추하는 것으로 잭업 플랫폼, 갑판 승강형 시추설비 등으로 명칭되기도 한다. 이러한 잭업 리그는 그 시추작업 중에는 레그(Leg)가 잭다운(jack down)되어 해저에 고정되어 안정성을 확보한다.

종래의 잭업 리그는 도 1에 도시된 바와 같이, 레그 및 선체(hull) 부분이 하나로 결합된 상태에서 해저면에 설치된다.

이 경우, 해저면에 대한 지지력을 확보하기 위해 소위 preloading condition (seabed의 지지력을 확보하기 위해, 선체(hull)에 리그 전체 자중의 2배에 달하는 발라스트수를 채우는 방식)이라는 방식을 사용한다.

선체 무게뿐만 아니라, 발라스트수의 무게 때문에 선체 및 레그에 많은 하중이 부가되며, 많은 구조적 보강을 요구하는 문제점이 있다.

본 발명에 관한 특허선행문헌으로는 출원번호 제10-2007-0129596호가 있다.

본 발명은, 상술한 문제점을 해소하기 위하여, 해저면에 대한 지지력을 확보한 preloading condition에 따른 하중 문제를 해소하며 동시에 효율적인 설치 작업을 가능케 하는 고정식 해양 구조물 및 그 설치 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여 , 해저면에 고정되는 하부구조물과 상기 하부구조물의 상부에 고정되는 상부구조물을 포함하는 고정식 해양구조물의 설치 방법으로서, 상기 하부구조물을 설치 선박에 장착된 크레인을 이용하여 수면 아래로 하강시켜 해저면에 안착시키는 하부구조물안착단계, 상기 설치 선박의 하부에 설치되며 수직하부 방향으로 연장되는 잭킹부를 이용하여 상기 하부구조물의 레그부 상단을 압박하여 하부구조물을 해저면에 고정하는 하부구조물고정단계 및 상기 상부구조물의 상부레그부의 하단을 상기 하부레그부의 상단에 연결하는 상부구조물설치단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 하부구조물안착단계 앞서, 설치 선박을 이용하여 상기 하부구조물을 설치지점으로 운송하는 하부구조물운송단계를 포함한다.

또한, 상기 상부구조물설치단계에 앞서, 설치 선박을 이용하여 상기 상부구조물을 설치지점으로 운송하는 상부구조물운송단계를 더 포함한다.

다른 한편으로는 상기 상부구조물설치단계에 앞서, 상부구조물에 설치된 추진수단과 상부구조물 자체의 부력을 이용하여 설치지점으로 상부구조물을 운송하는 상부구조물운동단계를 포함하는 것을 고려할 수 있다.

또한, 상기 하부구조물은 적어도 3개 이상의 하부레그부와 상기 레그부의 중간 일측을 상호 연결하는 연결부 및 상기 레그부의 하단에 마련되는 스퍼드캔을 포함하고, 상기 하부구조물안착단계는 상기 연결부에 크레인 와이어를 연결하여 해수면 아래로 하강시키며, 상기 스퍼드캔을 해저면에 안착시키는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 잭킹부는 설치 선박 하면에 마련되며, 길이조절이 가능한 파이프로 이루어지며,상기 하부구조물의 하부레그부의 개수와 동일한 개수가 마련되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부구조물고정단계는 상기 잭킹부의 파이프의 길이가 증가되면서 상기 하부레그부의 상단부에 결합되며, 결합된 상태에서 길이가 보다 증가되어 설치 선박의 하중을 이용하여 상기 하부구조물을 해저면에 고정하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 잭킹부는 텔레스코픽 형태의 다단 파이프로 이루어진 것을 고려할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 해양 구조물은 해저면에 고정되는 하부구조물과 상기 하부구조물의 상부에 고정되는 상부구조물을 포함하며, 상기 하부구조물은 복 수개의 하부레그부를 포함하고, 상부구조물은 상기 하부레그부의 개수와 동일한 개수의 상부레그부를 포함하며, 상기 하부레그부의 상단과 상기 상부레그부의 하단은 상호 탈착 가능한 형태로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 상부구조물의 상부레그부 상단에는 선체가 마련되며, 상기 하부구조물의 하부레그부 하단에는 스퍼드캔이 마련되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 설치 선박은 해상구조물을 설치하기 위한 해상 구조물 설치 선박으로서, 상기 선박의 하면에 설치되며, 수직하부 방향으로 연장되며 복 수개의 길이조절 가능한 파이프로 이루어진 잭킹부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 잭킹부는 텔레스코픽 형태의 다단 파이프로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 선박의 상면에 설치되며, 해상구조물을 선박 상부에서 해저면 아래로 운반하는 크레인을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 해저면에 대한 지지력을 확보하기 위한 preloading condition을 생략할 수 있어 이에 따른 발라스트수 하중 문제를 해소하므로 보강 구조를 최소화하여 비용을 최소화할 수 있다.

또한, 구조물 자체의 간결성뿐만 아니라, 효율적인 설치 작업을 가능케 한다.

그리고, 운송 과정에서도 분리된 형태로 운송이 가능하여 안정성을 높일 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 고정식 해양 구조물을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부구조물운송단계를 나타내는 개념도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부구조물안착단계를 나타내는 개념도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부구조물고정단계를 나타내는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저면에 고정된 하부구조물을 나타내는 개념도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부구조물운송단계를 나타내며, 도 10은 상부구조물설치단계를 나타내는 개념도이다.
한편, 도 11은 본 발명에 따른 해양 구조물 설치 방법을 나타내는 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명에서 설명하는 해양 구조물은, 시추 등을 위한 잭업 지그 뿐만아니라, 해저면에 고정되는 다양한 해양 구조물을 의미하여, 해양 풍력 발전기, 기상 관측기 등을 포함하는 개념이다.

본 발명은 해양구조물에 있어서, 해저면(2)에 고정되는 하부구조물(10)과 상기 하부구조물(10)의 상부에 고정되는 상부구조물(20)을 포함하는 고정식 해양구조물에 관한 것이다. 여기서 하부구조물(10)이라 함은 해저면(2)에 고정되는 부분을 의미하여, 상부구조물(20)이라 함은 하부는 해수면(1) 아래에서 하부구조물(10)과 결합되고 상부는 해수면(1) 위로 형성되며, 상부에 선체(hull)(21)가 마련되는 구조물을 의미한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부구조물운송단계를 나타내며, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부구조물안착단계를 나타낸다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부구조물고정단계를 나타낸다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저면에 고정된 하부구조물을 나타낸다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부구조물운송단계를 나타낸며, 도 10은 상부구조물설치단계를 나타낸다.

한편, 도 11은 본 발명에 따른 해양 구조물 설치 방법을 나타내는 순서도이다.

먼저, 도 11에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 고정식 해양 구조물 설치 방법은 하부구조물운송단계, 하부구조물안착단계, 하부구조물고정단계, 상부구조물운송단계, 상부구조물설치단계를 포함한다.

먼저, 하부구조물운송단계는, 도 2에 도시된 바와 같이, 설치 선박(100)을 이용하여 상기 하부구조물(10)을 설치지점으로 운송하는 단계를 의미한다. 한편, 하부구조물(10)에 대한 구체적인 구조는 후설하기로 한다.

그리고, 하부구조물안착단계는 도 3 및 도 4에에 도시된 바와 같이, 상기 하부구조물(10)을 설치 선박(100)에 장착된 크레인(110)을 이용하여 수면 아래로 하강시켜 해저면(2)에 안착시키는 단계를 의미한다.

하부구조물(10)이 해저면(2)에 안착된 이후에는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 하부구조물(10)을 해저면(2)에 고정하는 하부구조물고정단계가 진행된다. 상기 설치 선박(100)의 하부에 설치되며 수직하부 방향으로 연장되는 잭킹부(120)를 이용하여 상기 하부구조물(10)의 하부레그부(11) 상단을 압박하여 하부구조물(10)을 해저면(2)에 고정하는 단계를 의미한다.

이와 같이 하부구조물(10)이 해저면(2)에 고정된 상태에서 상부구조물(20)의 설치가 이루어진다.

먼저, 상부구조물(20)을 설치지점으로 운송하는 상부구조물운송단계가 진행된다.

상부구조물운송단계는 1) 설치 선박(100)을 이용하여 설치지점으로 운송하는 방식과, 2) 상부구조물(20)에 설치된 추진수단과 상부구조물(20) 자체의 부력을 이용하여 설치지점으로 상부구조물(20)을 운송하는 방식으로 나누어 살펴 볼 수 있다.

상부구조물(20)이 설치지점에 운송된 후에는 상기 상부구조물(20)의 상부레그부(22)의 하단을 상기 하부레그부(11)의 상단에 연결하는 상부구조물설치단계가 진행된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 하부구조물(10)은 적어도 3개 이상의 하부레그부(11)와 상기 레그부의 중간 일측을 상호 연결하는 연결부(13) 및 상기 레그부의 하단에 마련되는 스퍼드캔(spudcan)(12)을 포함한다.

상술한, 하부구조물안착단계에서는 상기 연결부(13)에 크레인(110) 와이어(111)를 연결하여 해수면(1) 아래로 하강시키며, 상기 스퍼드캔(spudcan)(12)을 해저면(2)에 안착시키게 된다.

스퍼드캔(spudcan)(12)(spudcan)이라 함은 해저면(2)에 해양구조물을 고정함에 있어서, 해양구조물이 해저면(2) 하방으로 지나치게 함몰되는 것을 방지하고, 나아가 조류 등에 의해 측면 방향으로 미끄러지는 형상을 방지하는 구성에 해당한다.

한편, 상기 잭킹부(120)(jacking system)는 설치 선박(100) 하면에 마련되어 상기 하부구조물(10)을 하부로 압박하여 고정시키는 구성을 의미한다.

잭킹부(120)는 도 5 및 도 6에 도시되 바와 같이, 길이조절이 가능한 파이프로 이루어지는 것을 고려할 수 있다.

특히, 상기 하부구조물(10)의 하부레그부(11)의 개수와 동일한 개수가 마련되는 것이 바람직하며, 일반적으로 3개 이상이 마련된다. 그리고 파이프 상호 간의 간격 또한 하부구조물(10)의 하부레그부(11) 사이의 간격과 동일하여, 각각의 파이프가 각각의 하부레그부(11)의 상단에 끼워지거나, 걸쳐진 상태에서 동시에 하부로의 압박을 진행하는 것이 바람직하다.

구체적인 작동에 있어서, 상기 잭킹부(120)의 파이프의 길이가 증가되면서 상기 하부레그부(11)의 상단부에 끼워지거나 걸쳐진 상태로 결합되고, 결합된 상태에서 길이가 보다 증가되어 설치 선박(100)의 하중을 이용하여 상기 하부구조물(10)을 해저면(2)에 고정하게 된다.

그리고, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 잭킹부(120)는 텔레스코픽 형태의 다단 파이프로 이루어지는 것을 고려할 수 있다. 이 밖에도 단일 파이프를 선박에 설치된 유압장치 등을 이용하여 해수면(1) 아래로 상하운동시키는 다양한 방법을 고려할 수 있다.

한편, 해양 구조물의 구조의 측면에서 살펴보면, 본 발명에 따른 고정식 해양 구조물 해저면(2)에 고정되는 하부구조물(10)과 상기 하부구조물(10)의 상부에 고정되는 상부구조물(20)을 포함한다.

여기서, 상기 하부구조물(10)은 복 수개의 하부레그부(11)를 포함하고, 상부구조물(20)은 상기 하부레그부(11)의 개수와 동일한 개수의 상부레그부(22)를 포함하며, 상기 하부레그부(11)의 상단과 상기 상부레그부(22)의 하단은 상호 탈착 가능한 형태로 이루어진다.

하부구조물(10)과 상부구조물(20)은 분리된 상태에서 운송되어 수중에서 상호 결합된다.

상기 상부구조물(20)의 상부레그부(22) 상단에는 풍력발전설비, 시추 설비 또는 기상 관측 설비 등이 탑재되는 선체(hull)(21)가 마련된다.

한편, 본 발명의 해상구조물을 설치하기 위한 해상 구조물의 관점에서 살펴보면, 상기 설치 선박(100)에는 크레인(110)과 잭킹부(120)가 마련된다.

특히 잭킹부(120)는 수직하부 방향으로 연장되며 복 수개의 길이조절 가능한 파이프로 이루어지며, 텔레스코픽 형태의 다단 파이프로 이루어지는 것을 고려할 수 있다.

또한, 상기 선박(100)의 상면에 설치되며, 하부구조물(10)과 하부구조물(10)을 선박(100) 상부에서 해저면(2) 아래로 운반하는 크레인(110)을 포함한다.

여기서의 선박(100)은 바지선을 고려할 수 있으며, 명칭에 관계없이 위와 같은 기능을 수행하는 다양한 형태의 선박을 고려할 수 있다.

다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함하여 본 발명에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다고 할 것이다. 아울러, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 할 것이다.

이상에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 상기 실시예는 물론, 본 발명에 기존의 공지기술을 단순 주합하거나 본 발명을 단순 변형한 실시 또한, 당연히 본 발명의 권리 범위에 해당한다고 보아야 할 것이다.

1 : 해수면
2 : 해저면
3 : 레그부
4 : 스퍼드캔(spudcan)
5 : 선체(hull)
10 : 하부구조물
11 : 하부레그부
12 : 스퍼드캔(spudcan)
13 : 연결부
20 : 상부구조물
21 : 선체(hull)
22 : 상부레그부
100 : 설치 선박
110 : 크레인
111 : 와이어
120 : 잭킹부

Claims (13)

1. 해저면(2)에 고정되는 하부구조물(10)과 상기 하부구조물(10)의 상부에 고정되는 상부구조물(20)을 포함하는 고정식 해양구조물의 설치 방법으로서,
   상기 하부구조물(10)을 설치 선박(100)에 장착된 크레인(110)을 이용하여 수면 아래로 하강시켜 해저면(2)에 안착시키는 하부구조물안착단계;
   상기 설치 선박(100)의 하부에 설치되며 수직하부 방향으로 연장되는 잭킹부(120)를 이용하여 상기 하부구조물(10)의 레그부 상단을 압박하여 하부구조물(10)을 해저면(2)에 고정하는 하부구조물고정단계; 및
   상기 상부구조물(20)의 상부레그부(22)의 하단을 상기 하부레그부(11)의 상단에 연결하는 상부구조물설치단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고정식 해양 구조물의 설치 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 하부구조물안착단계 앞서,
   설치 선박(100)을 이용하여 상기 하부구조물(10)을 설치지점으로 운송하는 하부구조물운송단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고정식 해양 구조물의 설치 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 상부구조물설치단계에 앞서,
   설치 선박(100)을 이용하여 상기 상부구조물(20)을 설치지점으로 운송하는 상부구조물운송단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고정식 해양 구조물의 설치 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 상부구조물설치단계에 앞서,
   상부구조물(20)에 설치된 추진수단과 상부구조물(20) 자체의 부력을 이용하여 설치지점으로 상부구조물(20)을 운송하는 상부구조물운송단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고정식 해상 구조물의 설치 방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 하부구조물(10)은 적어도 3개 이상의 하부레그부(11)와 상기 레그부의 중간 일측을 상호 연결하는 연결부(13) 및 상기 레그부의 하단에 마련되는 스퍼드캔(spudcan)(12)을 포함하고,
   상기 하부구조물안착단계는,
   상기 연결부(13)에 크레인(110) 와이어(111)를 연결하여 해수면(1) 아래로 하강시키며, 상기 스퍼드캔(spudcan)(12)을 해저면(2)에 안착시키는 것을 특징으로 하는 고정식 해상 구조물의 설치 방법.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 잭킹부(120)는,
   설치 선박(100) 하면에 마련되며, 길이조절이 가능한 파이프로 이루어지며,상기 하부구조물(10)의 하부레그부(11)의 개수와 동일한 개수가 마련되는 것을 특징으로 하는 고정식 해상 구조물의 설치 방법.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 하부구조물고정단계는,
   상기 잭킹부(120)의 파이프의 길이가 증가되면서 상기 하부레그부(11)의 상단부에 결합되며, 결합된 상태에서 길이가 보다 증가되어 설치 선박(100)의 하중을 이용하여 상기 하부구조물(10)을 해저면(2)에 고정하는 것을 특징으로 하는 고정식 해상 구조물의 설치 방법.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 잭킹부(120)는 텔레스코픽 형태의 다단 파이프로 이루어진 것을 특징으로 하는 고정식 해상 구조물의 설치 방법.
   
9. 해저면(2)에 고정되는 하부구조물(10)과 상기 하부구조물(10)의 상부에 고정되는 상부구조물(20)을 포함하며,
   상기 하부구조물(10)은 복 수개의 하부레그부(11)를 포함하고, 상부구조물(20)은 상기 하부레그부(11)의 개수와 동일한 개수의 상부레그부(22)를 포함하며,
   상기 하부레그부(11)의 상단과 상기 상부레그부(22)의 하단은 상호 탈착 가능한 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고정식 해상 구조물.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 상부구조물(20)의 상부레그부(22) 상단에는 선체(hull)(21)가 마련되며,
    상기 하부구조물(10)의 하부레그부(11) 하단에는 스퍼드캔(spudcan)(12)이 마련되는 것을 특징으로 하는 고정식 해상 구조물
    
11. 해상구조물을 설치하기 위한 해상 구조물 설치 선박(100)으로서,
    상기 선박의 하면에 설치되며, 수직하부 방향으로 연장되며 복 수개의 길이조절 가능한 파이프로 이루어진 잭킹부(120)를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 구조물 설치 선박(100).
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 잭킹부(120)는,
    상기 잭킹부(120)는 텔레스코픽 형태의 다단 파이프로 이루어진 것을 특징으로 하는 해상 구조물 설치 선박(100).
    
13. 제11항에 있어서,
    상기 설치 선박(100)의 상면에 설치되며, 해상 구조물을 상기 설치 선박(100) 의 상부에서 해저면(2) 아래로 운반하는 크레인(110)을 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 구조물 설치 선박(100).

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