KR20180023426A - 시추선의 발전 시스템 및 그의 발전 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엔진의 동축에 설치된 브레이크 장치를 통해 엔진의 부하 변동이 있는 호이스팅과 로어링의 반복적인 시추 작업시라도 엔진의 RPM을 일정하게 유지시킴으로써 일정한 주파수를 갖는 전력을 생산할 수 있게 한 시추선의 발전 시스템 및 그의 발전 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 시추선에 있어서, 엔진; 상기 엔진의 동축과 연결되는 발전기; 상기 발전기에 의해 생산된 전력을 전달받으며, 부하 변동이 있는 호이스팅과 로어링의 반복적인 시추 작업을 수행하기 위한 드로 워크(Draw works); 상기 동축에 설치되어, 상기 동축의 회전속도를 조절하는 브레이크 장치; 및 상기 드로 워크의 호이스팅 또는 로어링시 상기 엔진의 RPM을 수신하여 수신된 RPM이 일정하게 유지되도록 상기 브레이크 장치를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 시추선의 발전 시스템이 제공된다.

Description

시추선의 발전 시스템 및 그의 발전 방법{GENERATING SYSTEM OF DRILL SHIP AND METHOD FOR GENERATING THEREOF}
본 발명은 시추선의 발전 시스템 및 그의 발전 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진의 동축에 설치된 브레이크 장치를 통해 엔진의 부하 변동이 있는 호이스팅과 로어링의 반복적인 시추 작업시라도 엔진의 RPM을 일정하게 유지시킴으로써 일정한 주파수를 갖는 전력을 생산할 수 있게 한 시추선의 발전 시스템 및 그의 발전 방법에 관한 것이다.
근래에 접어들어 국제적으로 급격한 산업화 현상 및 공업발전 추이에 따라 한정된 지구 자원은 점차 바닥을 내보이고 있으며 이에 따른 원유의 안정적인 생산 및 공급은 대단히 중요한 사안이 되고 있다. 따라서, 최근에는 해저에 있는 석유 채굴기술의 발달과 더불어 대형 석유회사들은 지금까지 경제성을 상실했던 군소 한계유전(marginal field)이나 심해 유전의 개발에 적합한 시추설비를 구비한 시추선의 필요성을 절실히 느끼고 있고, 이에 대한 개발을 적극 모색하고 있는 현실이다.
시추선은 해양에서 원유나 가스 등의 해양 지하자원을 탐사하여 시추하는 장비이다. 시추선은 해상 플랫폼의 설치가 불가능한 심해 지역이나 파도가 심한 해상에서 원유나 가스 등의 채취 작업이 가능하도록 하고, 구조에 따라 반잠수식 시추장비(semisubmersible drilling rig)와 드릴쉽(drill ship)이 있으며, 해상에서의 작업을 수행하기 위하여 고도의 제작 기술이 요구된다.
해상 시추를 수행하는 시추선은, 드릴링 작업시 호이스팅(Hoisting)과 로어링(Lowering)의 반복적인 작업과정에서 드로 워크(Draw works)에 작용하는 부하가 호이스팅에서 로어링으로 또는 로어링에서 로이스팅으로 구간 변경시 짧은 시간내 매우 큰 값으로 변동하게 된다.
이에 시추선에 설치된 디젤 엔진은 물리적 특성상 호이스팅/로어링시에 RPM 변화에 따라 발전기에 생산되는 전력의 주파수 변화가 생긴다. 또한, 질량이 무거운 관성체이므로 호이스팅/로어링시에 따른 안정화에 걸리는 시간이 다소 길다.
이러한 이유로 시간에 따른 주파수 변화를 최소화하기 위해서 선급에서는 기준시간(예를 들면, 5초)내에 기준치(예를 들면 ±1%)내로 주파수 안정화되어야 하는 조건, 호이스팅/로어링으로 인한 변화 동안 허용가능치(예를 들면 ±10%) 이상으로 주파수가 변화되면 안되는 조건을 규정하고 있다.
그러나, 실질적으로 드릴쉽/반잠수 시추선의 드로 워크는 호이스팅/로어링 모션이 빠른 경우, 짧은 시간내에 엔진에서 많은 부하변동이 생기므로 엔진의 RPM이 일정하게 유지되지 않아 엔진과 연결된 발전기를 통해서도 일정한 주파수를 갖는 전력 생산이 불가능한 실정이다. 만일, 무리하게 드로 워크를 운전할 경우 엔진의 손상 및 엔진과 연결된 발전기에 의해 생산된 전력의 주파수 불안정으로 인해 블랙 아웃(Black out)이 발생할 수 있다. 드릴링 중 블랙 아웃 발생은 웰(well)의 폭파를 발생시킬 수도 있다.
따라서 짧은 시간내에 엔진의 부하 변동이 생기는 드로 워크를 운전할 경우에도 엔진의 RPM을 일정하게 유지시켜 발전기에서 일정한 주파수를 갖는 전력을 생산할 수 있는 개선된 발전 시스템을 구비한 시추선이 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제2016-0023044호(2016.03.03) "해양구조물의 시추설비 및 그 시추설비의 드로 워크 설치구조"
본 발명의 목적은, 엔진의 동축에 설치된 브레이크 장치를 통해 엔진의 부하 변동이 있는 호이스팅과 로어링의 반복적인 시추 작업시라도 엔진의 RPM을 일정하게 유지시킴으로써 일정한 주파수를 갖는 전력을 생산할 수 있게 한 시추선의 발전 시스템 및 그의 발전 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 시추선에 있어서, 엔진; 상기 엔진의 동축과 연결되는 발전기; 상기 발전기에 의해 생산된 전력을 전달받으며, 부하 변동이 있는 호이스팅과 로어링의 반복적인 시추 작업을 수행하기 위한 드로 워크(Draw works); 상기 동축에 설치되어, 상기 동축의 회전속도를 조절하는 브레이크 장치; 및 상기 드로 워크의 호이스팅 또는 로어링시 상기 엔진의 RPM을 수신하여 수신된 RPM이 일정하게 유지되도록 상기 브레이크 장치를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 시추선의 발전 시스템이 제공된다.
상기 브레이크 장치는 상기 동축에 설치되는 디스크와, 상기 디스크에 마찰력을 가해 상기 동축의 회전속도를 조절하는 브레이크 패드를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시추선의 발전 시스템은 상기 발전기의 요구부하량에 따른 발전기의 운전형태가 규정된 ELA(Electrical Load Analysis)를 이용하여 상기 드로 워크가 사용할 최대전력량에 부합하는 연료를 상기 엔진에 공급하기 위한 연료 랙(Fuel Rack)을 더 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러는 상기 드로 워크의 호이스팅시 상기 브레이크 패드에 의해 가압된 상기 디스크를 가압해제하고, 상기 드로 워크의 로어링시 상기 브레이크 패드에 의해 상기 디스크를 가압하도록 상기 브레이크 장치를 동작시키는 액츄에이터를 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 엔진과, 그 엔진의 동축에 의해 연결되어 있는 발전기와, 상기 발전기에 의해 생산된 전력을 공급받으며, 부하 변동이 있는 호이스팅과 로어링의 반복적인 시추 작업을 수행하기 위한 드로 워크를 포함하는 시추선의 발전 시스템을 이용한 발전 방법으로서, 상기 엔진의 RPM을 수신하는 단계; 및 상기 수신된 RPM이 일정하게 유지되도록 상기 동축의 회전속도를 조절하는 브레이크 장치를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시추선의 발전 시스템을 이용한 발전 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 시추선의 발전 시스템을 이용한 발전 방법은 상기 수신하는 단계 이전에, 상기 엔진의 동작모드를 노멀 모드 또는 패스트 드릴링 모드로 설정하는 단계; 및 상기 엔진의 동작모드가 패스트 드릴링 모드인 경우 상기 드로 워크가 사용할 최대전력량에 부합하는 연료를 상기 엔진에 공급하도록 연료 랙을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 조절하는 단계는 상기 호이스팅시의 최대전력량을 예측하여 예측된 최대전력량이 되도록 상기 엔진의 파워를 올리고, 상기 브레이크 장치를 통해 상기 엔진의 RPM을 조절할 수 있다.
상기 조절하는 단계는 상기 드로 워크의 호이스팅시 상기 브레이크 장치의 브레이크 패드에 의해 가압된 디스크를 가압해제하고, 상기 드로 워크의 로어링시 상기 브레이크 장치의 브레이크 패드에 의해 디스크를 가압할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 엔진의 동축에 설치된 브레이크 장치를 통해 엔진의 부하 변동이 있는 호이스팅과 로어링의 반복적인 시추 작업시라도 엔진의 RPM을 일정하게 유지시킴으로써 일정한 주파수를 갖는 전력을 생산할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시추선의 발전 시스템을 설명하기 위한 도면, 및
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시추선의 발전 시스템을 이용한 발전 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시추선의 발전 시스템을 설명하기 위한 도면을 도시하고 있다.
먼저, 도 1을 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 시추선의 발전 시스템은 엔진(10), 엔진(10)의 동축(11)과 연결되어 있는 발전기(20), 엔진(10)의 회전속도(RPM)를 조절하기 위한 브레이크장치(30), 및 브레이크 장치(30)를 제어하는 액츄에이터(25)에 제어신호(가압신호 또는 가압해제신호)를 인가하는 컨트롤러(50)를 포함하여 구성된다.
엔진(10)은 디젤엔진일 수 있다.
엔진(10)과 발전기(20)는 도 1에 도시된 바와 같이 받침대(5)에 배치될 수 있다.
엔진(10)의 동축(15)에는 RPM 센서(152)가 설치되어 RPM 센서(152)를 통해 엔진(10)의 RPM을 측정할 수 있다. RPM 센서(152)는 플라이 휠(15)에 설치될 수 있다. 엔진(10)과 발전기(20)는 커플링(17)에 의해 연결되어 있다.
RPM 센서(152)에 의해 측정된 RPM은 컨트롤러(50)에서 수신한다. 컨트롤러(50)는 수신된 RPM이 일정하게 유지될 수 있도록 브레이크 장치(30)에 제어신호를 인가한다.
브레이크 장치(30)는 동축(11)에 설치된 디스크(32)와, 디스크(32)를 잡거나 풀어주는 브레이크 패드(34)를 포함한다. 브레이크 패드(34)는 디스크(32)에 마찰력을 가해 동축(11)의 회전속도(RPM)을 조절하며, 도 2의 액츄에이터(25)에 의해 동작된다.
액츄에이터(25)는 유압식으로, 컨트롤러(50)로부터 수신된 신호가 가압신호인 경우 액츄에이터(25)를 통해 브레이크 패드(34)를 디스크(32) 쪽으로 가압하여 디스크(32)를 잡아주고, 컨트롤러(50)로부터 수신된 신호가 가압해제신호인 경우 액츄에이터(25)를 통해 브레이크 패드(34)를 디스크(32) 쪽에서 가압해제되어 디스크(32)를 풀어준다.
발전기(20)에서 생산된 전력은 스위치보드(미도시)에 연결되고, 스위치보드에 각 전력소비처(예를 들면 드로 워크 등)가 연결되어 있다.
컨트롤러(50)는 각 전력소비처에서 요구하는 전력을 일정한 주파수로 생산하도록 엔진(10)의 RPM을 수신하여 일정한 RPM을 유지할 수 있도록 브레이 장치(30)를 제어한다.
컨트롤러(50)는 엔진(10)의 동작모드를 노멀 모드 또는 패스트 드릴링 모드로 설정하고, 설정된 동작모드가 노멀모드인 경우 미도시된 조속기만으로 부하변동이 있는 드로 워크에 대한 부하 공급을 한다.
컨트롤러(50)는 엔진(10)의 동작모드가 패스트 드릴링 모드인 경우 부하변동이 있는 전력 소비처, 예를 들면 드로 워크에서 필요로하는 최대전력량을 예측하여 예측된 최대전력량에 부합되도록 엔진(10)에 공급되는 연료를 조절하고, 브레이크 장치(30)를 통해 RPM을 일정하게 조절한다.
각 전력소비처들은 일정한 주파수의 전력을 사용하도록 설계되어 있는데, 부하 변동이 있는 전력 소비처, 즉 드로 워크의 경우 호이스팅 작업이 로어링 작업보다 더 많은 전력이 필요하다. 이에 따라, 컨트롤러(50)는 드로 워크가 호이스팅과 로어링의 반복적인 시추작업을 빠르게 움직여도 호이스팅시의 최대전력량이 되도록 엔진(10)의 파워(kw)를 올려두고 엔진(10)의 RPM을 수신하여 일정한 RPM을 유지할 수 있도록 브레이크 장치(30)를 조절함으로써 부하 변동이 있는 드로 워크가 요구하는 전력을 항상 일정한 주파수로 생산할 수 있다.
특히 컨트롤러(50)는 브레이크 장치(30)를 통해 조절된 엔진(10)의 RPM을 피드백받아 일정한 RPM을 유지할 수 있도록 액츄에이터(25)에 브레이크 장치(30)를 제어하기 위한 제어신호를 인가한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 시추선의 발전 시스템은 발전기(20)의 요구부하량에 따른 운전 형태가 규정된 ELA(Electrical Load Analysis)를 이용하여 드로 워크가 사용할 최대전력량을 예측하고, 예측된 최대전력량에 부합하는 연료량이 엔진(10)에 공급되도록 하는 연료 랙(미도시)를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 시추선의 발전 시스템을 이용한 발전 방법을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3을 참조하면 시추선의 발전 시스템은 부하 변동이 있는 드로 워크에서 사용하는 최대전력량을 예측한다(S11).
시추선의 발전 시스템은 예측된 최대전력량에 부합되도록 엔진(10)에 공급되는 연료량을 연료 랙을 통해 조절한다(S13).
이후, 시추선의 발전 시스템에 포함된 컨트롤러(50)는 RPM 센서(152)를 통해 측정된 엔진(10)의 RPM을 수신한다(S15).
컨트롤러(50)는 수신된 RPM이 일정하게 유지되도록 브레이크 장치(30)를 제어한다(S17). 브레이크 장치(30)는 액츄에이터(25)에 의해 동작된다.
컨트롤러(50)는 수신된 RPM이 기준 RPM보다 높은 경우 액츄에이터(25)에 브레이크 패드(34)를 디스크(32)쪽으로 가압하기 위한 가압신호를 인가하고, 수신된 RPM이 기준 RPM보다 낮은 경우 액츄에이터(25)에 브레이크 패드(34)를 디스크(32)쪽에서 가압해제하기 위한 가압해제신호를 인가한다. 이에 따라 부하변동이 있는 드로 워크에서 호이스팅과 로어링의 반복적인 시추작업을 수행하더라도 드로 워크에서 필요로 하는 최대전력량만큼 엔진(10)의 파워를 올려두고 브레이크 장치(30)를 조정하여 드로 워크가 요구하는 전력을 항상 일정한 주파수로 생산할 수 있다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
10 : 엔진 11 : 동축
20 : 발전기 25 : 액츄에이터
30 : 브레이크 장치 32 : 디스크
34 : 브레이크 패드 50 : 컨트롤러
152 : RPM 센서

Claims (8)

  1. 시추선에 있어서,
    엔진;
    상기 엔진의 동축과 연결되는 발전기;
    상기 발전기에 의해 생산된 전력을 전달받으며, 부하 변동이 있는 호이스팅과 로어링의 반복적인 시추 작업을 수행하기 위한 드로 워크(Draw works);
    상기 동축에 설치되어, 상기 동축의 회전속도를 조절하는 브레이크 장치; 및
    상기 드로 워크의 호이스팅 또는 로어링시 상기 엔진의 RPM을 수신하여 수신된 RPM이 일정하게 유지되도록 상기 브레이크 장치를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 시추선의 발전 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 브레이크 장치는
    상기 동축에 설치되는 디스크와, 상기 디스크에 마찰력을 가해 상기 동축의 회전속도를 조절하는 브레이크 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 시추선의 발전 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 발전기의 요구부하량에 따른 발전기의 운전형태가 규정된 ELA(Electrical Load Analysis)를 이용하여 상기 드로 워크가 사용할 최대전력량에 부합하는 연료를 상기 엔진에 공급하기 위한 연료 랙(Fuel Rack)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시추선의 발전 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 드로 워크의 호이스팅시 상기 브레이크 패드에 의해 가압된 상기 디스크를 가압해제하고, 상기 드로 워크의 로어링시 상기 브레이크 패드에 의해 상기 디스크를 가압하도록 상기 브레이크 장치를 동작시키는 액츄에이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 시추선의 발전 시스템.
  5. 엔진과, 그 엔진의 동축에 의해 연결되어 있는 발전기와, 상기 발전기에 의해 생산된 전력을 공급받으며, 부하 변동이 있는 호이스팅과 로어링의 반복적인 시추 작업을 수행하기 위한 드로 워크를 포함하는 시추선의 발전 시스템을 이용한 발전 방법으로서,
    상기 엔진의 RPM을 수신하는 단계; 및
    상기 수신된 RPM이 일정하게 유지되도록 상기 동축의 회전속도를 조절하는 브레이크 장치를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시추선의 발전 시스템을 이용한 발전 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 수신하는 단계 이전에,
    상기 엔진의 동작모드를 노멀 모드 또는 패스트 드릴링 모드로 설정하는 단계; 및
    상기 엔진의 동작모드가 패스트 드릴링 모드인 경우 상기 드로 워크가 사용할 최대전력량에 부합하는 연료를 상기 엔진에 공급하도록 연료 랙을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시추선의 발전 시스템을 이용한 발전 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 조절하는 단계는
    상기 호이스팅시의 최대전력량을 예측하여 예측된 최대전력량이 되도록 상기 엔진의 파워를 올리고, 상기 브레이크 장치를 통해 상기 엔진의 RPM을 조절하는 것을 특징으로 하는 시추선의 발전 시스템을 이용한 발전 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 조절하는 단계는
    상기 드로 워크의 호이스팅시 상기 브레이크 장치의 브레이크 패드에 의해 가압된 디스크를 가압해제하고,
    상기 드로 워크의 로어링시 상기 브레이크 장치의 브레이크 패드에 의해 디스크를 가압하는 것을 특징으로 하는 시추선의 발전 시스템을 이용한 발전 방법.
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