KR20170003486U - 머드 교반 시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안의 일 실시예에 따른 머드 교반 시스템은, 머드가 저장되는 머드 피트; 및 상기 머드 피트로 공급되는 머드가 경유하되, 머드의 공급압으로 회전되는 회전체를 포함하는 머드 모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

머드 교반 시스템{Mud mixing apparatus}

본 고안은 머드 교반 시스템에 관한 것이다.

드릴십은 첨단 시추장비를 탑재하고 자체의 동력으로 항해를 할 수 있도록 선박과 유사한 형태로 제작된 해상 구조물로서, 해상 플랫폼의 설치가 불가능한 심해 지역에서 원유나 가스 등의 채취 작업이 가능하고, 일정 지점에서 시추를 종료하고 다른 지점으로 이동하여 다시 시추를 수행할 수 있다는 장점이 있다.

이러한 드릴십은 자체 동력을 이용하여 시추 대상 지역으로 이동하고, 드릴 파이프(drill pipe)에 드릴 비트(drill bit)를 결합하여, 복수의 드릴 파이프를 충분한 길이만큼 연결하여 개구부인 문풀(Moonpool)을 통해 해저면까지 하강시킨 뒤, 드릴 파이프를 회전하여 시추공을 형성한다.

1차로 드릴링이 완료되면, 드릴 파이프를 회수하고 케이싱 파이프(casing pipe)를 시추공에 설치한 뒤, 케이싱 파이프와 시추공 사이에 콘크리트를 채우는 시멘팅(Cementing) 작업을 진행하며, 이러한 작업을 반복 수행함으로써, 일정 깊이를 갖는 시추공의 형태를 유지시킨다.

시추공이 무너지지 않도록 케이싱 파이프가 충분히 설치되면, 라이저(Riser)에 BOP(Blow Out Preventer)를 연결하여 시추공에 결합하게 되며, 이때 라이저의 내부는 드릴 파이프와 케이싱 파이프의 이동 경로가 된다.

그런데 드릴링 과정에서 드릴 비트의 윤활 및 냉각과, 시추공 내부에서 생성되는 암석 덩어리 등의 분쇄물의 처리가 필요하다. 따라서 드릴십은 드릴 파이프의 내부에 머드를 공급하여 드릴 비트의 말단부에서 머드가 배출되도록 하고, 머드가 드릴 비트의 윤활과 냉각을 수행한 뒤 분쇄물과 함께 드릴 파이프의 외부에서 라이저의 내부를 통해 상부로 회수되도록 하는, 머드 순환 시스템(Mud Circulation System)을 사용한다. 회수된 머드는 분쇄물이 걸러진 후 재사용된다.

드릴십은 이러한 머드 순환 시스템을 구동하면서 드릴 비트가 유정에 도달할 때까지 드릴링과 케이싱 및 시멘팅 작업을 반복적으로 수행하는데, 이 경우 케이싱 작업에 사용되는 케이싱 파이프의 직경이 점차 작아짐에 따라, 상대적으로 작은 크기의 드릴 비트를 교체 사용하여 드릴링을 지속적으로 구현할 수 있다.

이와 같이 드릴십은, 파이프와 라이저 등을 설치 및 사용하기 위한 시스템과, 머드를 사용하는 시스템 등을 구비하며, 이러한 시스템을 이용하여 시추 작업을 원활히 구현하기 위한 문풀 구조, 머드 순환 시스템 등을 일정한 공간 내에 배치하여야 하므로, 상당히 높은 기술력이 요구됨에 따라 지속적으로 연구 및 개발이 이루어지고 있다.

본 고안은 종래기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 고안의 목적은 방폭형 전기모터(Ex-type Electrical Motor)와 기어박스 구조를 사용하지 않아 전력 시스템을 간소화할 수 있고 공간을 절약할 수 있는 머드 교반 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 고안의 일 실시예에 따른 머드 교반 시스템은, 머드가 저장되는 머드 피트; 및 상기 머드 피트로 공급되는 머드가 경유하되, 머드의 공급압으로 회전되는 회전체를 포함하는 머드 모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 머드 모터는, 상기 머드 피트에 설치되어 머드가 경유하는 공급라인과 연결되는 배관체; 및 상기 배관체 내부에 마련되어 머드의 공급에 의해 회전되는 회전자(Rotor)를 더 포함하고, 상기 회전체는, 상기 회전자와 연결되어 상기 회전자의 회전에 연동하는 스위블 노즐(Swivel-Nozzle)을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 스위블 노즐은, 한 쌍의 배출구를 포함하며, 상기 한 쌍의 배출구는 편심되고 서로 반대방향으로 형성될 수 있다.

구체적으로, 상기 머드 모터는, 상기 머드 피트에 설치되어 머드가 경유하는 공급라인과 연결되는 배관체; 및 상기 배관체 내부에 마련되어 머드의 공급에 의해 회전되는 회전자를 더 포함하고, 상기 회전체는, 상기 회전자와 연결되어 상기 회전자의 회전에 연동하는 임펠러를 포함할 수 있다

본 고안에 따른 머드 교반 시스템은, 머드 교반 장비가 설치되는 방폭구역(Hazardous Area)에서 방폭형 전기모터(Ex-type Electrical Motor)와 기어박스 구조를 이용하지 않고, 머드의 배출압으로 회전되는 머드 모터를 이용하여 공간 절약과 전력 시스템을 간소화 함으로써 운전효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 머드 교반 시스템이 설치되는 선박을 도시한 도면이다.
도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 머드 교반 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 본 고안의 일 실시예에 따른 머드 교반 시스템에서 스위블 노즐을 도시한 도면이다.
도 4는 본 고안의 다른 실시예에 따른 머드 교반 시스템을 도시한 도면이다.

본 고안의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 고안을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 머드 교반 시스템이 설치되는 선박을 도시한 도면이고, 도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 머드 교반 시스템을 도시한 도면이며, 도 3은 본 고안의 일 실시예에 따른 머드 교반 시스템에서 스위블 노즐을 도시한 도면이고, 도 4는 본 고안의 다른 실시예에 따른 머드 교반 시스템을 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 고안의 일 실시예에 따른 머드 교반 시스템(100)은 머드 피트(110) 및 머드 모터(120)를 포함하며, 머드 교반 시스템(100)은 일례로 드릴십(10)에 마련될 수 있으나 이와 달리 해양 구조물에 마련되는 바와 같이 이에 한정되지 않는다.

여기서, 드릴십(10)의 선체(11)에는 뱃머리인 선수와 선미 사이에 문풀(12)(moon pool)이 마련되며, 문풀(12)은 선체(11)를 실질적으로 수직으로 관통하여 형성되는 개구부로 형성된다. 여기서, 문풀(12)은 시추작업을 수행하기 위한, 드릴 장비가 구비되어 시추 작업을 이룬다. 드릴 장비는 문풀(12) 상부에 위치하는 데릭(13)(Derrick)에 마련될 수 있다.

선체(11)는 파이프의 굴착 작업에 의해 얻어지는 진흙, 파쇄된 암석 등과 같은 머드 덩어리를 파이프와 라이저(도시하지 않음)를 통해 끌어올린다. 여기서, 머드는, 드릴 비트(도시하지 않음)가 과열되는 것을 방지하고, 이상 고압이 파이프를 타고 올라오는 것을 방지하기 위해, 드릴링 작업 중에는 펌프(도시하지 않음)에 의해 지속적으로 공급되고 있는데, 이러한 머드는 파이프 내부로 공급되어 드릴 비트에 있는 구멍을 통해 라이저를 통하여 다시 되돌아오게 된다.

머드의 회수과정을 보면, 드릴링 작업을 할 수 있도록 적절히 믹싱된 액체 머드는 펌프에 의해 고압 머드로 생성되어 파이프로 유입되고, 파이프로 유입된 머드는 드릴링 비트의 회전에 의해 발생한 각종 커팅즈(cuttings), 예를 들어 암석 조각, 자갈, 샌드(sand), 실트(silt), 가스(gas), 각종 불순물 등과 함께 되돌아오게 된다.

이렇게 되돌아 끌어 올려진 머드는 재사용되도록 분순물이 걸러지는 작업이 처리된 후, 머드 리턴라인(이하에서는 공급라인으로 명칭함)(90)을 통해 머드 피트(110)(mud pit)로 들어가서 저장되었다가, 펌프에 의해 가압되어 다시 파이프 속으로 공급될 수 있다.

여기서, 머드가 저장되는 머드 피트(110)는 머드에 혼합되는 액체(오일 또는 해수 등의 물성분)에 따라 구분되는 오일베이스피트와 워터베이스피트를 포함할 수 있고, 머드에 혼합되는 액체에 관계없이 머드는 교반 작업을 통해 굳지 않도록 이루어져야 하며, 이를 위해, 머드 모터(120)가 머드 피트(110)에 마련된다.

이러한, 머드 피트(110)는 탱크 형태를 이루어 공급라인(90)을 통해 머드가 공급될 수 있다. 아울러, 머드가 배출되는 라인이 개별로 구비되어 드릴 비트로 공급할 수 있음은 물론이다.

머드 모터(120)는 머드를 교반시켜 머드가 굳는 것을 방지하는 구성으로서, 머드 피트(110)로 공급되는 머드가 경유하되, 전력을 사용하지 않고 구동될 수 있도록 머드의 공급압(머드가 유동하며 발생되는 힘일 수 있음)으로 회전되는 회전체(121)를 포함한다. 여기서, 머드 피트(110)는 머드가 경유되는 공급라인(90)에 마련될 수 있다. 아울러, 머드의 공급압은 머드를 공급하는 펌프에 의해 이루어질 수 있다.

예를 들어, 머드 모터(120)는 파이프 형태의 외관을 이루는 배관체(120A)의 내부에 회전자(120B)가 구비되는데, 공급라인(90)을 통해 유입되는 머드가 배관체(120A) 내부로 주입되면, 상부에서 하부로 배출되는 과정에서 머드가 나선형을 따라 회전자(120B)를 밀게 됨으로써 회전자(120B)가 회전되는 원리로 이루어질 수 있다. 이와 같이 머드의 공급에 의해 회전되는 회전자(120B)에 회전체(121)가 연결되어 회전자(120B)를 따라 회전체(121)가 회전될 수 있다.

회전체(121)는, 머드 모터(120)의 단부에 마련되어 머드의 공급압에 의해 회전되는 스위블 노즐(121A)(Swivel-Nozzle)로 이루어질 수 있다. 스위블 노즐(121A)은 머드가 분출되는 배출구(1211)를 가지고, 머드의 공급압으로 회전되는 회전자(120B)에 연동되는 스위블 노즐(121A)이 머드 모터(120)의 외관에 간섭되지 않고 자유롭게 회전되어 꼬이는 것이 방지될 수 있다.

여기서, 머드 모터(120)의 회전자(120B)가 회전시 스위블 노즐(121A)이 함께 회전되어 배출구의 방향이 변동됨으로써 스위블 노즐(121A)의 배출구(1211)를 통해 머드가 다방향으로 분사됨으로써 스위블 노즐(121A) 주변의 머드 및 스위블 노즐(121A)로부터 분사되는 머드가 퍼지게 되어 머드가 교반될 수 있다.

아울러, 도 3에 도시한 바와 같이 스위블 노즐(121A)의 배출구(1211)는 양측에 한 쌍으로 마련될 수 있는데, 이때 한 쌍의 배출구(1211)는 편심되며 서로 반대 측으로 대향할 수 있고, 이 경우 각각의 배출구(1211)로부터 배출되는 머드의 분사력에 의해 반작용이 발생하여 스위블 노즐(121A)의 회전력은 커질 수 있다.

한편, 도 4에 도시한 바와 같이, 회전체(121)는 머드 모터(120)의 단부에 마련되는 임펠러(121B)로 이루어질 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 머드 모터(120)는 머드의 주입에 의해 회전자(120B)가 회전될 수 있는데, 이러한 회전자(120B)에 임펠러(121B)가 연결되어 회전자(120B)에 연동하여 회전할 수 있다.

여기서, 머드 모터(120)에 회전체(121)인 스위블 노즐(121A)과 임펠러(121B)과 함께 적용되거나 개별로 적용되는 바와 같이 다양한 변형예가 가능하다.

이와 같이 본 실시예는, 머드 교반 장비가 설치되는 방폭구역(Hazardous Area)에서 방폭형 전기모터(Ex-type Electrical Motor)와 기어박스 구조를 이용하지 않고, 머드의 배출압으로 회전되는 머드 모터를 이용하여 공간 절약과 전력 시스템을 간소화 함으로써 운전효율을 향상시킬 수 있다.

이상 본 고안을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 고안을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 고안은 이에 한정되지 않으며, 본 고안의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 고안의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 고안의 영역에 속하는 것으로 본 고안의 구체적인 보호 범위는 첨부된 실용신안청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

10: 드릴십 11: 선체
12: 문풀 13: 데릭
90: 공급라인 100: 머드 교반 시스템
110: 머드 피트 120: 머드 모터
120A: 배관체 120B: 회전자
121: 회전체 121A: 스위블 노즐
1211: 배출구 121B: 임펠러

Claims (4)

1. 머드가 저장되는 머드 피트; 및
   상기 머드 피트로 공급되는 머드가 경유하되, 머드의 공급압으로 회전되는 회전체를 포함하는 머드 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 머드 교반 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 머드 모터는,
   상기 머드 피트에 설치되어 머드가 경유하는 공급라인과 연결되는 배관체; 및
   상기 배관체 내부에 마련되어 머드의 공급에 의해 회전되는 회전자(Rotor)를 더 포함하고,
   상기 회전체는, 상기 회전자와 연결되어 상기 회전자의 회전에 연동하는 스위블 노즐(Swivel-Nozzle)을 포함하는 것을 특징으로 하는 머드 교반 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 스위블 노즐은,
   한 쌍의 배출구를 포함하며, 상기 한 쌍의 배출구는 편심되고 서로 반대방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 머드 교반 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 머드 모터는,
   상기 머드 피트에 설치되어 머드가 경유하는 공급라인과 연결되는 배관체; 및
   상기 배관체 내부에 마련되어 머드의 공급에 의해 회전되는 회전자를 더 포함하고,
   상기 회전체는, 상기 회전자와 연결되어 상기 회전자의 회전에 연동하는 임펠러를 포함하는 것을 특징으로 하는 머드 교반 시스템.
   

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