KR20160099943A

KR20160099943A - 부유식 생산용 부이 및 그 이동식 설치방법

Info

Publication number: KR20160099943A
Application number: KR1020150022283A
Authority: KR
Inventors: 이창현; 이성제; 정재상; 전석희
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2016-08-23
Also published as: KR101676650B1

Abstract

본 발명의 일면으로서, 설비모듈(10)을 탑재한 부유식 생산용 부이에 있어서: 해저면에 고정되는 GBS(20); 상기 설비모듈(10)의 하측으로 연결되고, 해수과 가스로 부력을 조절하는 부력탱크(30); 및 상기 부력탱크(30)의 하측으로 연결되고, 가스와 오일로 부력을 조절하는 저장탱크(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 해상 유정의 특성상 자주 이동해야 하는 점을 고려하여 모듈에 의한 일체화 구성을 반영함에 따라 설치가 쉽고 설치비용이 적게 소요되며, 설치 초기에 GBS의 내부를 비워서 추가 부력을 확보하여 안정적으로 물위에 진수할 수 있고, 크레인이 들어 올려야 하는 무게의 부담을 경감할 수 있다.

Description

부유식 생산용 부이 및 그 이동식 설치방법{Floating production buoy and Method for installing the same}

본 발명은 해양유정의 오일 생산용 부이에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 부이가 투입되는 유정의 특성상 자주 이동해야 하는 점을 고려하여 구현되는 부유식 생산용 부이 및 그 이동식 설치방법에 관한 것이다.

일반적으로 유정으로부터 원유를 생산해내기 위해서 FPSO나 TLP(tension leg platform) 혹은 자켓(Jacket)과 같은 대형 구조물이 투입되었으나, 이러한 구조물들은 초기 투자비용이 많이 들기 때문에 주로 대형 유정에 투입된다. 따라서 지금까지 경제성이 없다고 판단되었던 한계유정(marginal well)의 개발에 대한 관심이 고조되고 있다.

이에 주요 선진국의 경우 소형 유정(5-10MMbbl) 개발을 위한 생산용 부이 컨셉을 도입하고 있다. 생산용 부이는 기존의 TLP와 비교하여 크기만 작을 뿐 비슷한 구조와 지지 원리를 갖는다. 부이는 기능에 따라서 생산용 부이, 발전용 부이, 오프로딩 부이 등으로 나뉜다.

이와 관련되어 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서, 유럽 공개특허공보 제EP1075584호에 의하면 유정 제어는 무인설비에서 담당하고, 생산된 기름은 파이프라인을 통해서 메인 설비로 전달하는 기술을 제안한다.

또 다른 선행기술문헌으로서, 유럽 등록특허공보 제EP0494497호에 의하면 부이 하부에 연결된 텐돈 사이에 탱크를 설치하고 각 탱크들은 유연한 텐돈으로 연결하는 구성을 제안한다.

그러나, 상기한 선행기술문헌에 의하면 운전을 위한 설비영역(facility area) 및 저장탱크(storage tank) 등의 모듈화에 의한 일체 구성을 제시하지 않으므로 한계유정과 같은 소형의 필드(field)를 개발하는 부유식 부이의 설치 및 해체 용이성을 확보하기 곤란하다.

설사 선행기술문헌에서 각각의 모듈을 일체화하는 구성을 유추할 수 있다고 하더라도 저장탱크에 오일이 로딩됨에 따라 부력 평형이 깨져 히브모션(heave motion)이 심해지고 심지어 해저로 가라앉는 등의 사고를 유발할 우려가 크다.

1. 유럽 공개특허공보 제EP1075584호 "EXTENDED REACH TIE-BACK SYSTEM" (공개일자 : 2009. 10. 14.) 2. 유럽 등록특허공보 제EP0494497호 "Method and apparatus for production of subsea hydrocarbon formations" (공개일자 : 1997. 5. 3.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 부이가 투입되는 유정의 특성상 자주 이동해야 하는 점을 고려하여 설치가 쉽고 설치비용이 적게 소요되도록 구조적 개선을 반영하는 부유식 생산용 부이 및 그 이동식 설치방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 설치 초기에 GBS의 내부를 비워서 추가 부력을 확보할 수 있어서 안정적으로 물위에 진수하고 크레인이 들어 올려야 하는 무게의 부담을 경감하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면으로서, 설비모듈을 탑재한 부유식 생산용 부이에 있어서: 해저면에 고정되는 GBS; 상기 설비모듈의 하측으로 연결되고, 해수과 가스로 부력을 조절하는 부력탱크; 및 상기 부력탱크의 하측으로 연결되고, 가스와 오일로 부력을 조절하는 저장탱크;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제1실시예로서, 상기 부력탱크는 해수와 가스의 수용량 변경이 가능하도록 승강되는 차단막을 구비하고, 상기 저장탱크는 가스와 오일의 수용량 변경이 가능하도록 승강되는 차단막을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 부력탱크의 가스와 저장탱크의 가스는 가스연통관을 통하여 출입하고, 설비모듈과 저장탱크의 오일은 오일연통관을 통하여 이동하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2실시예로서, 상기 설비모듈은 안내대를 구비하고, 상기 부력탱크는 주름벽으로 형성되고, 상기 저장탱크는 안내대로 승강되는 컬럼을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 설비모듈은 하측으로 인장선재와 윈치를 수용하는 공간을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일면으로서, 설비모듈을 탑재한 청구항 1의 부이를 설치하는 방법에 있어서: (a) 상기 GBS를 중공의 상태로 진수하고, 시멘트를 충진하여 해저면에 고정하는 단계; (b) 상기 부이와 GBS을 연결한 인장선재의 장력을 조절하고, 설비모듈과 유정 사이에 라이저를 연결하는 단계; 및 (c) 상기 단계 (b)의 역순으로 라이저와 인장선재를 해체하고, 부이를 설치선에 선적하여 이동하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 단계 (a) 및 (b)는 ROV를 투입하여 엄빌리컬의 연결과 해체, 라이저의 연결을 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 단계 (c)는 인장선재의 하단을 해체하여 GBS와 분리하고, 분리된 인장선재를 감은 상태로 이동하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 해상 유정의 특성상 자주 이동해야 하는 점을 고려하여 모듈에 의한 일체화 구성을 반영함에 따라 설치가 쉽고 설치비용이 적게 소요되는 효과가 있다.

또한, 설치 초기에 GBS의 내부를 비워서 추가 부력을 확보하여 안정적으로 물위에 진수할 수 있고, 크레인이 들어 올려야 하는 무게의 부담을 경감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 생산용 부이를 나타내는 구성도
도 2는 도 1의 생산용 부이의 작동상태를 나타내는 구성도
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 생산용 부이를 나타내는 구성도
도 4는 도 3의 생산용 부이의 작동상태를 나타내는 구성도
도 5 내지 도 10은 본 발명에 따른 생산용 부이를 설치하는 과정을 나타내는 모식도
도 11 내지 도 14는 본 발명에 따른 생산용 부이를 해체하는 과정을 나타내는 모식도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일면으로서, 설비모듈(10)을 탑재한 부유식 생산용 부이에 관하여 제안한다. 설비모듈(10)은 해저 유정의 오일에 대한 시추, 정제 등의 수행하는 장치들을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 한계유정(marginal well)을 비롯한 소형 유정의 개발에 있어서 자주 이동해야 하는 점을 고려하여 FPSO나 TLP보다 크기가 작은 생산용 부이가 선호된다.

본 발명 따르면 해저면에 고정되는 GBS(20)가 설비모듈(10)과 일체로 이동되도록 구성된다. GBS(20)는 고정식 구조물의 다른 한 종류인 콘크리트 중력식 구조물에 해당한다. GBS(20)의 저면에는 해저면에 삽입하기 위한 다수의 스터드(22)가 형성된다. 설비모듈(10)과 GBS(20) 사이는 후술하는 것처럼 다수의 인장선재(52)를 이용하여 적절한 장력과 부력의 평형을 유지하도록 연결한다.

또, 본 발명에 따르면 해수과 가스로 부력을 조절하는 부력탱크(30)가 상기 설비모듈(10)의 하측으로 연결되는 구조이다. 가스는 특별한 제한이 없으며 경제적 측면에서 공기가 무난하다. 해수와 가스는 비중이 다르므로 그 높이에 따라 부력탱크(30)의 부력을 증감한다. 부력탱크(30)는 해수를 출입시켜 수용량(높이)을 조절하기 위한 해수관(37)을 구비한다.

또, 본 발명에 따르면 가스와 오일로 부력을 조절하는 저장탱크(40)가 상기 부력탱크(30)의 하측으로 연결되는 구조이다. 오일은 설비모듈(10)에서 정제를 거친 것으로서 선적을 위한 오프로딩관(47)을 구비한다. 가스는 전술한 부력탱크(30)의 가스와 동일하게 적용하는 것이 좋다.

이와 같은 부력탱크(30)과 저장탱크(40)는 설비모듈(10)의 하측에 일체로 연결되어 설치선으로 이동되고 설치된다. 설비모듈(10), 부력탱크(30), 저장탱크(40)는 하나의 모듈로서 설치선의 크레인(56)을 이용하여 진수 또는 철수된다.

본 발명의 제1실시예로서, 상기 부력탱크(30)는 해수와 가스의 수용량 변경이 가능하도록 승강되는 차단막(31)을 구비하고, 상기 저장탱크(40)는 가스와 오일의 수용량 변경이 가능하도록 승강되는 차단막(41)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 부력탱크(30)의 차단막(31)은 상측의 해수와 하측의 가스를 분리한 상태로 상하로 이동 가능하게 설치된다. 저장탱크(40)의 차단막(41)은 상측의 가스와 하측의 오일을 분리한 상태로 상하로 이동 가능하게 설치된다. 이에 따라 각각의 차단막(31)(41)이 승강되는 높이에 따라 부력탱크(30)와 저장탱크(40)의 부력 변동이 수반된다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 부력탱크(30)의 가스와 저장탱크(40)의 가스는 가스연통관(33)을 통하여 출입하고, 설비모듈(10)과 저장탱크(40)의 오일은 오일연통관(43)을 통하여 이동하는 것을 특징으로 한다. 가스연통관(33)은 차단막(31)(41)막의 승하강시 간섭되지 않도록 부력탱크(30)의 저면과 저장탱크(40)의 상면을 연통하도록 설치된다. 반면 오일연통관(43)은 설비모듈(10)에서 부력탱크(30)를 통과하여 저장탱크(40)의 저면에 이르도록 설치된다. 이에 오일연통관(43)은 차단막(31)(41)과 슬라이딩 되면서 실링이 유지되도록 구성된다.

물론, 도시에는 생략하나, 가스연통관(33)과 오일연통관(43)은 내부가 아닌 외면을 통하여 연결되도록 구성할 수도 있다. 이 경우 차단막(31)(41)과의 간섭이나 실링 문제가 해소되는 반면 파력 등에 대응하도록 강도를 높여야 한다.

본 발명의 제2실시예로서, 상기 설비모듈(10)은 안내대(15)를 구비하고, 상기 부력탱크(30)는 주름벽(35)으로 형성되고, 상기 저장탱크(40)는 안내대(15)로 승강되는 컬럼(45)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 설비모듈(10)의 안내대(15)는 중앙 부분에 원형의 통공을 구비한다. 저장탱크(40)의 컬럼(45)은 상측으로 연장되어 안내대(15)에 상하운동 가능하게 지지된다. 설비모듈(10)과 저장탱크(40)의 사이는 전술한 부력탱크(30)의 역할을 수행하도록 주름벽(35)으로 연결한다. 주름벽(35)은 강화 고무를 주재로 하여 신축이 용이하도록 구성한다. 다만, 이 경우 주름벽(35)에 의한 부력탱크(30)는 해수가 아닌 가스를 충진한다. 가스연통관(33)은 제1실시예와 동일한 방식으로 적용하고 이외에 설비모듈(10) 측으로 잉여 가스를 배출하는 가스배출관(38)을 추가로 설치한다.

이때, 저장탱크(40)의 내부에는 전술한 차단막(41)을 동일한 방식으로 구비한다. 가스연통관(33)과 오일연통관(43)도 전술한 것처럼 설비모듈(10), 주름벽(35)에 의한 부력탱크(30), 저장탱크(40) 사이에 동일한 방식으로 설치한다. 이에, 주름벽(35)의 신축량 및 차단막(41)이 승강되는 높이에 따라 동일한 방식으로 설비모듈(10)에 대한 부력 변동이 수반된다.

작동에 있어서, 제1실시예 및 제2실시예의 어느 경우에 있어서나 저장탱크(40)가 오일의 유입으로 하강함에 따라 생기는 공간에 가스(공기)를 주입하여 추가 부력을 확보함에 따라 증가된 중량을 보상한다. 이와 같은 방식으로 부이와 인장선재(52)의 부력 평형이 깨지는 문제점을 해결할 수 있다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 설비모듈(10)은 하측으로 인장선재(52)와 윈치(54)를 수용하는 공간을 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 일예로, 저장탱크(40)의 저면에 공간을 형성하고 인장선재(52)와 윈치(54)를 수용한다. 인장선재(52)는 스틸와이어, 복합재 등을 사용하여 저하중, 고인장 구조로 설치한다. 윈치(54)는 인장선재(52)를 길게 늘이거나 권취하는 외에 장력을 조절하도록 설치한다. 이와 같이 인장선재(52)를 내부에 저장함으로써 해저에서 이들을 서로 연결하는 추가 작업이 불필요하다.

한편, 인장선재(52)와 GBS(20)의 연결에 있어서 해체가 용이한 방식을 적용하는 것이 좋다.

본 발명의 다른 일면으로서, 설비모듈(10)을 탑재한 청구항 1의 부이를 설치하는 방법에 관하여 제안한다. 부이는 설비모듈(10), GBS(20), 부력탱크(30), 저장탱크(40)로 구성되고, 설치선에 의해 설정된 해역으로 이동되어 기설치된 유정과 용이하게 연결되거나 분리된다. 설비모듈(10), GBS(20), 부력탱크(30), 저장탱크(40)를 하나의 모듈로 구성하면 이동의 편리성을 높일 수 있다.

본 발명에 따른 단계 (a)는 상기 GBS(20)를 중공의 상태로 진수하고, 시멘트(26)를 충진하여 해저면에 고정하는 과정을 거친다. GBS(20)가 중공의 상태이므로 저용량의 크레인(56)으로 진수가 용이하다. 도 5는 GBS(20)를 포함한 부이를 진수시하는 상태를 나타내고, 도 6은 부이에 엄빌리컬(24)을 연결하는 상태를 나타내고, 도 7은 GBS(20)로 시멘트(26) 등을 충진하는 상태를 나타낸다. 시멘트(26)에 모래 등의 비중이 높은 물질을 채울 수도 있다. 이후 도 8처럼 GBS(20)가 자중에 의하여 조금씩 가라앉는 동안 윈치(54)로 인장선재(52)를 서서히 풀어준다. 도 9처럼 GBS(20)가 해저면에 닿아 윈치(54)가 정지되면 GBS(20)는 저면의 스터드(22)에 의하여 위치가 고정된다.

본 발명에 따른 단계 (b)는 상기 부이와 GBS(20)을 연결한 인장선재(52)의 장력을 조절하고, 설비모듈(10)과 유정 사이에 라이저(12)를 연결하는 과정으로 진행된다. 도 9는 윈치(54)를 이용하여 다수의 인장선재(52)의 장력을 적절한 범위로 조절하는 상태를 나타낸다. 도 10처럼 설비모듈(10)과 유정 사이에 라이저(12)를 연결하고, 설치선과 부이를 연결한 엄빌리컬(24)을 끊으면 설치가 완료된다. 특히, GBS(20)의 안착후 장력계측 센서(도시 생략)에서 계측되는 각 인장선재(52)의 장력을 비교하면서 특정 인장선재(52)에 장력이 과하게 작용하는 것을 방지함이 중요하다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 단계 (a) 및 (b)는 ROV(58)를 투입하여 엄빌리컬(24)의 연결과 해체, 라이저(12)의 연결을 수행하는 것을 특징으로 한다. ROV(58)는 원격조정에 의하여 수중에서 작업을 수행하는 로봇으로서 적은 인원으로 단순하면서 위험한 작업을 수행할 수 있다. ROV(58)는 엄빌리컬(24), 라이저(12) 등에 대한 작업 외에 수중 작업 상태를 감시하는 영상을 전송할 수 있다.

본 발명에 따른 단계 (c)는 상기 단계 (b)의 역순으로 라이저(12)와 인장선재(52)를 해체하고, 부이를 설치선에 선적하여 이동하는 과정으로 진행된다. 이는 부이의 이동을 위하여 해체하는 과정으로서 도 11처럼 라이저(12)를 해체한 다음 도 12처럼 인장선재(52)를 해체하는 과정을 거친다. 물론 이러한 작업에 있어서 전술한 ROV(58)를 활용하는 것이 좋다. 윈치(54)를 풀어서 인장선재(52)의 장력을 해제한 상태에서 결속부를 언로크시킨다. 이후 GBS(20)를 제외한 설비모듈(10), 부력탱크(30), 저장탱크(40)는 하나의 모듈로 크레인(56)에 의하여 설치선에 선적된다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 단계 (c)는 인장선재(52)의 하단을 해체하여 GBS(20)와 분리하고, 분리된 인장선재(52)를 감은 상태로 이동하는 것을 특징으로 한다. 도 13은 ROV(58)를 사용하여 인장선재(52)의 하단에서 GBS(20)와 연결되는 부분을 해체하는 상태를 나타내고, 도 14는 윈치(54)를 사용하여 인장선재(52)를 감는 상태를 나타낸다. 물론 분리된 GBS(20)는 추후 재사용하거나 별도로 수거한다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 설비모듈 15: 안내대
20: GBS 22: 스터드
24: 엄빌리컬 26: 시멘트
30: 부력탱크 31: 차단막
33: 가스연통관 35: 주름벽
37: 해수관 40: 저장탱크
41: 차단막 43: 오일연통관
45: 컬럼 47: 오프로딩관
52: 인장선재 54: 윈치
56: 크레인 58: ROV

Claims

설비모듈(10)을 탑재한 부유식 생산용 부이에 있어서:
해저면에 고정되는 GBS(20);
상기 설비모듈(10)의 하측으로 연결되고, 해수과 가스로 부력을 조절하는 부력탱크(30); 및
상기 부력탱크(30)의 하측으로 연결되고, 가스와 오일로 부력을 조절하는 저장탱크(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 부유식 생산용 부이.
청구항 1에 있어서,
상기 부력탱크(30)는 해수와 가스의 수용량 변경이 가능하도록 승강되는 차단막(31)을 구비하고, 상기 저장탱크(40)는 가스와 오일의 수용량 변경이 가능하도록 승강되는 차단막(41)을 구비하는 것을 특징으로 하는 부유식 생산용 부이.
청구항 2에 있어서,
상기 부력탱크(30)의 가스와 저장탱크(40)의 가스는 가스연통관(33)을 통하여 출입하고, 설비모듈(10)과 저장탱크(40)의 오일은 오일연통관(43)을 통하여 이동하는 것을 특징으로 하는 부유식 생산용 부이.
청구항 1에 있어서,
상기 설비모듈(10)은 안내대(15)를 구비하고, 상기 부력탱크(30)는 주름벽(35)으로 형성되고, 상기 저장탱크(40)는 안내대(15)로 승강되는 컬럼(45)을 구비하는 것을 특징으로 하는 부유식 생산용 부이.
청구항 1에 있어서,
상기 설비모듈(10)은 하측으로 인장선재(52)와 윈치(54)를 수용하는 공간을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 부유식 생산용 부이.
설비모듈(10)을 탑재한 청구항 1의 부이를 설치하는 방법에 있어서:
(a) 상기 GBS(20)를 중공의 상태로 진수하고, 시멘트(26)를 충진하여 해저면에 고정하는 단계;
(b) 상기 부이와 GBS(20)을 연결한 인장선재(52)의 장력을 조절하고, 설비모듈(10)과 유정 사이에 라이저(12)를 연결하는 단계; 및
(c) 상기 단계 (b)의 역순으로 라이저(12)와 인장선재(52)를 해체하고, 부이를 설치선에 선적하여 이동하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 부유식 생산용 부이의 이동식 설치방법.
청구항 6에 있어서,
상기 단계 (a) 및 (b)는 ROV(58)를 투입하여 엄빌리컬(24)의 연결과 해체, 라이저(12)의 연결을 수행하는 것을 특징으로 하는 부유식 생산용 부이의 이동식 설치방법.
청구항 6에 있어서,
상기 단계 (c)는 인장선재(52)의 하단을 해체하여 GBS(20)와 분리하고, 분리된 인장선재(52)를 감은 상태로 이동하는 것을 특징으로 하는 부유식 생산용 부이의 이동식 설치방법.