KR20180039584A - 자체-조정 릴 조립체 장치, 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반적으로 릴 엄빌리컬에 대한 일정한 장력을 유지할 수 있는 컴퓨터 제어 릴 장치 및 시스템 그리고 그것들을 사용하는 방법에 관한 것이다.

Description

자체-조정 릴 조립체 장치, 시스템 및 방법

일반적으로, 본 발명은 자체-조정 컴퓨터 제어 릴 조립체를 위한 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 해상 릴의 엄빌리컬(umbilical)에 대한 일정한 장력 및 일정한 미끄러짐 설정(slippage setting)을 엄빌리컬에 대한 권취반경이 변하고 전개 방향이 역전될 때에 유지할 수 있는 신규하고 개선된 릴 조립체를 제공한다.

해저 폭발 방지기 스택이 유정 및 가스정의 굴착(시추)(drilling)을 용이하게 하기 위해 해저바닥까지 하강될 때, 전형적으로 약 19 인치의 내경을 갖는 긴 도관을 갖고 굴착 작업을 위한 메인 도관으로서 역할을 하는, 굴착 라이저를 통해 하강된다. 이러한 도관의 외부측 상에는 그것을 수중에서 더 가벼워지게 하는 부유 재료, 초크 및 킬 라인(choke and kill line)으로 불리는 고압 순환 라인, 및 제어 엄빌리컬이 있을 것이다. 제어 엄빌리컬은 유압, 전기, 광섬유, 또는 이들의 조합의 엄빌리컬일 수 있다.

엄빌리컬은 라이저 상의 고압 라인에 클램핑되고 그에 따라 굴착 라이저는 전개된 라인의 중량을 지지한다. 엄빌리컬은 릴에 의해 표면에서 취급되며, 릴은 굴착 라이저가 하강될 때에 엄빌리컬을 분배하여야 하고, 굴착 라이저가 회수될 때 엄빌리컬을 재권취하여야 한다. 엄빌리컬은 호스, 와이어 로프, 케이블, 호스, 광섬유, 전기 또는 이들의 조합의 엄빌리컬일 수 있다.

이들 릴의 제1 제어 단계는 모터를 제어하는 밸브를 릴 상에 갖고 단순하게 굴착 라이저의 이동을 추종하는 것이다. 이것은 엄빌리컬을 제1 시브를 거쳐, 느슨한 루프 아래로, 그리고 제2 시브를 거쳐 다시 위로 보내고, 이어서 라이저에 클램핑되는, "서비스 루프(service loop)"로써 실현되었다.

다음의 제어 단계는 단순하게 공기 스로틀을 사용하여 엄빌리컬을 항상 장력 상태로 놓는 것이다. 굴착 라이저가 하강될 때, 그것은, 재생(regeneration)과 약간 유사하게, 모터를 공압 공급부에 대해 작동시켜 공기를 공기 시스템 내로 다시 펌핑하거나, 발생된 공기를 릴리프 밸브를 횡단하여 덤핑한다. 발생된 공기를 덤핑하는 것이 실행 가능한데, 공기 시스템 내로 다시 펌핑하기에는 공압 공급부가 너무 높은 압력일 수 있기 때문이다. 꽉 찬 스풀로부터 빈 스풀까지 전개되는 엄빌리컬에 대한 권취반경이 3/1 정도로 크게 변함에 따라, 외부 랩(wrap)에서의 1,000 lbs.의 엄빌리컬 장력이 내부 랩에서는 3,000 lbs.로 바뀔 것이다. 이것은 릴을 모니터링하여 장력을 적절한 범위로 억제하는 인력이 있어야 한다는 것을 의미한다. 또한, 릴에 대한 제동이 요망됨에도 굴착 라이저가 하강될 때에 발생하는 높은 장력을 방지하는 슬립 클러치(slip clutch)가 있어야 하고, 외부 랩에서의 1,500 lbs.의 슬립 클러치 설정이 내부 랩에서는 4,500 lbs.의 슬립 클러치 설정으로 변한다.

이것은 모든 이들 경우에, 진행 중인 작업 중에 항상 엄빌리컬 장력을 모니터링 및 제어하는 데 인력이 투입되어야 한다는 것을 의미한다. 공간이 제약된 고가의 해양 굴착 장비에서의 이러한 인원수 추가는 폭발 방지기 스택 및 굴착 라이저가 운전되고 그에 따라 인력 투입이 최대에 있는 중요한 때에 요구된다.

엄빌리컬 장력을 모니터링 및 제어하기 위한 추가된 인력 투입에도, 엄빌리컬이 내부 랩으로부터 분배 중인 때에 이러한 높은 안전성의 미끄러짐 설정을 위해 이용할만한 어떤 해결책도 없었다. 이들 해양 굴착 장비에 대한 인적 요건을 감소시키려는 장기적인 연구에도, 이들 문제에 대해 제안할 어떤 해결책도 없었다.

이러한 문제에 대한 개선을 위한 종래 기술의 시도는 요망된 해결책을 명확하게 제공하지 못했다. 따라서, 릴을 위한 자체-조정 지능형 릴 조립체를 제공하는 장치, 공정 및/또는 시스템에 대한 필요성이 있다. 종래 기술에서의 위에 논의된 제한은 한정적 열거가 아니다. 본 발명은 종래 기술이 실패하였던 릴을 위한 비싸지 않고, 시간 절약형이고, 더 신뢰가능한, 장치, 방법 및 시스템을 제공한다.

종래 기술에 지금도 존재하는 해양 적용분야와 관련하여 이용되는 공지된 타입의 릴에 고유한 위의 단점을 고려하여, 본 발명은 신규하고 개선된 릴 장치 및 시스템 그리고 그것들을 사용하는 방법을 제공한다. 이와 같이, 후속적으로 더 상세하게 설명될, 본 발명의 일반적인 목적은 종래 기술의 디바이스의 장점은 모두 갖고, 단점은 전혀 및/또는 더 적게 갖는, 신규하고 개선된 릴을 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명은 해저 굴착 라이저에 클램핑됨으로써 릴 상의 스풀로부터 전개되는 엄빌리컬에 대한 비교적 일정한 장력 및 비교적 일정한 미끄러짐 하중을 자동적으로 유지하고, 축을 갖는 프레임; 플랜지 및 드럼을 갖는 스풀로서, 상기 스풀은 상기 축 상에 장착되어 상기 해양 엄빌리컬을 보유하도록 구성되는, 스풀; 상기 스풀과 통신하여 상기 스풀을 회전시키도록 구성되는 모터; 상기 엄빌리컬에 대한 비교적 일정한 장력 및 비교적 일정한 미끄러짐 하중을 상기 스풀로부터 전개될 때에 자동적으로 유지하도록 구성되는 인장 디바이스; 및 상기 인장 디바이스 및 상기 모터와 통신하는 처리 컴퓨터로서, 상기 처리 컴퓨터는 상기 비교적 일정한 장력 및 상기 비교적 일정한 미끄러짐 하중을 계산하여 상기 모터를 제어하도록 구성되는, 처리 컴퓨터를 포함하는, 장치, 시스템 및 방법인 것이 고려되어야 한다.

따라서, 본 발명의 더 중요한 특징이, 상당히 넓게, 요약되었고 그에 따라 하기의 그 상세한 설명이 더 양호하게 이해될 수 있고, 관련 기술분야에 대한 본 발명의 기여가 더 양호하게 이해될 수 있다. 물론, 본 명세서에서 이후에 설명될 것이고, 그에 첨부된 청구범위의 특허 대상을 형성할, 본 발명의 추가적인 특징이 있다.

이러한 관점에서, 본 발명의 적어도 하나의 실시예를 상세하게 설명하기 전, 본 발명은 본원에서 구성의 세부사항으로 그리고 하기의 설명에 기재되거나 도면에 도시되는 구성요소의 배열로 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명은 다른 실시예로 실시될 수 있고, 다양한 방식으로 실행 및 수행될 수 있다. 또한, 본 명세서에 채용되는 용어는 설명의 목적을 위한 것이고, 제한적인 것으로서 간주되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다. 이와 같이, 본 기술분야의 통상의 기술자라면 본 개시내용이 기초로 하는 개념이 본 발명의 여러 목적을 수행하는 다른 구조, 방법 및 시스템의 설계를 위한 기초로서 용이하게 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 청구범위는 그러한 동등한 구성을, 그것들이 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않기만 하면, 포함하는 것으로서 간주되어야 한다는 것이 중요하다.

또한, 하기의 요약서의 목적은 미국 특허상표청 그리고 일반적으로 공중, 및 특히 특허 또는 법률 용어에 익숙하지 않은 관련 기술분야의 엔지니어 및 변호사가 본원의 기술적인 개시내용의 성격 및 본질을 개략적인 검토로부터 신속하게 알아낼 수 있게 하는 것이다. 요약서는 청구범위에 의해 판단되어야 하는, 본원의 발명을 한정하도록 의도하지도 않고, 본 발명의 범주에 대해 제한적인 것으로 의도하지도 않는다.

따라서, 본 발명의 목적은 폭발 방지기 스택이 굴착 라이저를 통해 하강되면서 엄빌리컬에 대한 권취반경이 변할 때에 심해 엄빌리컬의 장력의 자동적인 제어를 제공할 수 있는 신규하고 개선된 릴 장치 및 시스템 그리고 그것들을 이용하는 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 폭발 방지기 스택이 굴착 라이저를 통해 하강되면서 엄빌리컬에 대한 권취반경이 변할 때에 심해 엄빌리컬의 스풀 미끄러짐 설정의 자동적인 제어를 제공하는 신규하고 개선된 릴 장치 및 시스템 그리고 그것들을 이용하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 폭발 방지기 스택이 굴착 라이저를 통해 하강되면서 엄빌리컬에 대한 권취반경이 변할 때에 심해 엄빌리컬의 장력을 본질적으로 안전하게 자동적으로 제어하는 방법을 제공하는 신규하고 개선된 릴 장치 및 시스템 그리고 그것들을 이용하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 폭발 방지기 스택이 굴착 라이저를 통해 하강되면서 엄빌리컬에 대한 권취반경이 변할 때에 심해 엄빌리컬의 스풀 미끄러짐 설정을 본질적으로 안전하게 자동적으로 제어하는 방법을 제공하는 신규하고 개선된 릴 장치 및 시스템 그리고 그것들을 이용하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 스풀의 회전 방향을 본질적으로 안전하게 결정할 수 있는 신규하고 개선된 릴 장치 및 시스템 그리고 그것들을 이용하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 공기를 제공하여 미끄러짐 하중을 증가시킬 수 있는 신규하고 개선된 릴 장치 및 시스템 그리고 그것들을 이용하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 추가의 목적은 내구성 및 신뢰성 구성으로 되어 있고, 많은 타입의 릴 및/또는 윈치 적용분야에 이용될 수 있는, 신규하고 개선된 릴 장치 및 시스템 그리고 그것들을 이용하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 추가의 목적은 낮은 제조, 설치 및 노동 비용이 가능하고, 그에 따라 이어서 소비 산업에서 낮은 가격의 판매가 가능하고, 그에 의해 그러한 시스템이 그 분야의 사람들이 경제적으로 입수가능하게 하는, 신규하고 개선된 릴 장치 및 시스템 그리고 그것들을 이용하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 종래 기술의 모든 장점을 제공하면서 동시에 그와 통상적으로 관련되는 단점 중 일부를 극복하는, 신규하고 개선된 릴 장치 및 시스템 그리고 그것들을 이용하는 방법을 제공하는 것이다.

이들은 본 발명의 특징을 구성하는, 다양한 신규한 특징과 더불어, 본 발명의 다른 목적과 함께, 본 개시물에 부속되어 그 일부를 형성하는 청구범위에 구체적으로 언급된다. 본 발명의 더 양호한 이해, 그 동작 시의 장점, 및 그 사용에 의해 달성되는 특정 목적을 위해, 본 발명의 바람직한 실시예가 도시되는 첨부 도면 및 설명 대상에 대한 참조가 행해져야 한다.

하기의 상세한 설명이 고려될 때, 본 발명이 더 양호하게 이해될 것이고, 위에 기재된 것들 이외의 목적이 명확해질 것이다. 그러한 설명은 부속된 삽화, 그래프, 도면 및 부록을 참조한다.
도 1은 본 발명의 특징을 갖는 릴을 이용하는 해저 장비 시스템을 도시하는 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 일반적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 특징을 이용하는 릴의 사시도를 도시하는 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 일반적인 도면이다.
도 3은 도 2의 릴의 정면도를 도시하는 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 일반적인 도면이다.
도 4는 도 2의 릴의 단부도를 도시하는 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 일반적인 도면이다.
도 5는 본 발명에 이용되는 슬립 클러치의 사시도를 도시하는 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 일반적인 도면이다.
도 6은 대체로 단면선 "6-6"을 따라 취해지는 도 5의 슬립 클러치의 측면도를 도시하는 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 일반적인 도면이다.
도 7은 대체로 단면선 "7-7"을 따라 취해지는 슬립 클러치의 실린더 부분의 절반부 단면도이다.
도 8은 단일의 컴퓨터 모듈을 이용하는 본 발명의 실시예의 개략도를 도시하는 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 일반적인 도면이다.
도 9는 프레임 상의 고정 컴퓨터 모듈 및 스풀 내의 회전 컴퓨터 모듈을 이용하는 본 발명의 실시예의 개략도를 도시하는 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 일반적인 도면이다.
도 10은 도 8 및 9의 개략도의 모듈을 업데이트하는 데 이용되는 독립 모듈을 도시하는 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 일반적인 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예의 개략도를 도시하는 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 일반적인 도면이다.

각종 도면을 참조하면, 참조 부호 10은 일반적으로 릴 엄빌리컬에 대한 일정한 장력을 유지할 수 있는 신규하고 개선된 릴 장치 및 시스템 그리고 그것들을 사용하는 방법을 지시한다. 본 발명(10)은 일반적으로 해상 적용분야와 관련되는 릴 및/또는 윈치에 사용되지만, 본 발명(10)은 해상 적용분야와 무관한 적용분야에 이용될 수 있고, 일반적으로 릴 및/또는 윈치와 관련되는 다른 작업에 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 편의상, 참조 번호 10은 대체로 본 발명, 본 발명의 일부, 본 발명의 바람직한 실시예 등의 지시에 이용될 수 있다.

이제부터, 도 1을 참조하면, 해저 정(20)을 굴착하는 전체적인 시스템의 도면이 도시되고 그에 따라 본 발명의 이용을 예시한다. 굴착 라이저(22)는 중심 파이프(24), 외부측 유체 라인(26), 및 엄빌리컬, 케이블 또는 호스(28)를 갖는 것으로 도시된다.

굴착 라이저(22) 아래에는 가요성 조인트(30), 하부 해양 라이저 패키지(32), 하부 폭발 방지기 스택(34) 그리고 해저바닥(38) 상에 접지되는 정두 또는 정두 시스템(36)이 있다.

정두(36) 아래에서, 제1 케이싱 스트링(40)을 위한 구멍이 굴착되고, 그 제1 케이싱 스트링(40)이 적절한 위치에 접지 및 시멘팅되고, 제2 케이싱 스트링(42)을 위한 구멍이 제1 케이싱 스트링(40)을 통해 굴착되고, 제2 케이싱 스트링(42)이 적절한 위치에 시멘팅되고, 제3 케이싱 스트링을 위한 구멍이 드릴 스트링(46) 상의 드릴 비트(44)에 의해 굴착된다는 것이 관찰될 수 있다.

하부 폭발 방지기 스택(34)은 일반적으로 해저 정두 시스템(36)으로의 연결을 위한 하부 유압 커넥터, 대개 4개 또는 5개의 램 스타일(ram style) 폭발 방지기, 환형 방지기, 및 하부 해양 라이저 패키지(32) 상으로의 커넥터에 의한 연결을 위한 상부 맨드릴을 포함하고, 이것들은 개별적으로 도시되지 않지만 관련 기술분야에 널리 공지되어 있다.

외부측 유체 라인(26) 아래에는 일반적으로 초크 또는 킬 라인을 예시하는, 초크 및 킬(C&K) 커넥터(50) 및 파이프(52)가 있다. 파이프(52)는 때때로 적절할 때에 폭발 방지기 스택의 중심 보어에 대한 유체 유출입을 제공하는, 밸브(54, 56)까지 내려간다. 전형적으로, 킬 라인은 최하부 램 아래에서 폭발 방지기의 보어 내로 진입할 것이고, 무거운 유체를 정까지 펌핑하여 보어 내의 압력을 증가시키거나 압력을 "안정시키는(kill)" 일반적인 기능을 갖는다. 이것의 일반적인 의미는 더 무거운 머드가 굴착공 내에서 순환되는 대신에 지층에 대해 강제되어야 한다는 것이다. 초크 라인은 전형적으로 최하부 램 위에서 굴착공 내로 진입할 것이고, 일반적으로 더 무거운 머드를 정 내로 순환시키는 순환을 가능케 하여 정의 압력 제어를 회복하도록 의도된다. 정상적인 순환은 드릴 스트링(46) 아래로, 그리고 드릴 비트(44)를 통해 수행된다.

정상적인 굴착 순환에서, 머드 펌프(60)가 굴착 머드(62)를 머드 탱크(64)로부터 인출한다. 굴착 머드(62)는 스탠드파이프(66) 위로 그리고 드릴 스트링(46)의 상부 단부(68) 아래로 펌핑될 것이다. 그것은 드릴 스트링(46) 아래로, 그리고 드릴 비트(44) 외부로 펌핑될 것이고, 드릴 스트링(46)의 외부측과 굴착될 구멍의 보어 사이의 환형 영역(70) 위로, 제2 케이싱 스트링(42)의 보어 위로, 해저 정두 시스템(36), 하부 폭발 방지기 스택(34) 및 하부 해양 라이저 패키지(32)를 통해, 굴착 라이저(22) 위로, 벨 니플(bell nipple)(72) 외부로 그리고 머드 탱크(64) 내로 다시 복귀할 것이다.

지층으로부터의 비정상적으로 높은 압력이 굴착공 내로 진입된 상황 중에, 전형적으로 얇은 벽의 중심 파이프(24)는 수반되는 압력을 견딜 수 없다. 상대적으로 큰 보어의 굴착 라이저의 벽 두께를 압력을 견디기에 충분히 두껍게 하기 보다는, 유동이 초크 라인으로 또는 유체 라인(26) 외부측으로 방향전환된다. 작은 파이프가 상대적으로 두꺼운 벽 두께를 갖고 그에 따라 더 높은 압력을 견디는 것이 더 큰 라이저 파이프가 비례하여 두꺼운 벽을 갖는 것보다 경제적이다.

더 높은 압력이 억제되어야 할 때, 환형 또는 램 폭발 방지기 중 하나가 드릴 파이프 주위에서 폐쇄되고, 드릴 파이프 주위의 환형 영역(70) 위로 나오는 유동이 초크 밸브(54)를 통해 외부로 그리고 파이프(52) 내로 방향전환된다. 유동은 C&K 커넥터(50)를 통해 위로, 중심 파이프(24)의 외경부에 부착되는, 유체 라인(26) 외부측에서 위로, 74로 지시된 초킹 수단을 통해, 그리고 머드 탱크(64) 내로 다시 진행한다.

굴착 라이저(22)의 대향측 상에는 선박(84) 상의 릴(82)로부터 시브(80)를 횡단하여 나오는 케이블 또는 호스(28)가 도시된다. 케이블 또는 호스(28)는 하부 해양 라이저 패키지(32)의 상부(90) 내로 진입하는 것으로 특징적으로 도시된다. 이들 케이블(28)은 전형적으로 유압, 전기, 다중 전기, 또는 광섬유 신호를 반송한다. 전형적으로, 이들 케이블(28) 시스템 중에서 여유분을 위한 적어도 2개가 황색 및 청색으로 특징적으로 도색된다. 엄빌리컬(28)이 하부 해양 라이저 패키지(32)의 상부(90) 내로 진입할 때, 그것들은 전형적으로 제어 포드(92) 내로 진입하여 그 전원 또는 신호를 전달한다. 유압 공급 유체가 하부 해양 라이저 패키지(32) 또는 하부 폭발 방지기 스택(34) 상에 위치되는 하나 이상의 이중 유압 축압기(94)로 전달되어 가압 상태의 유압 유체를 요구될 때까지 저장한다.

이제부터, 도 2를 참조하면, 릴(82)이 더 상세하게 도시된다. 릴(82)은 프레임(100); 리프팅 패드아이(102, 104, 106, 108); 축(113) 및 베어링(114) 상에 장착되는 플랜지(111) 및 드럼(112)을 갖는 스풀(110); 슬립 클러치(116); 모터(118); 스위블(120); 바나나형 장착부(124) 상에 장착되는 레벨윈드 조립체(122); 제어 박스(126); 및 기어 또는 스프로킷(128)을 갖는다. 스위블(120)은 유압, 전기, 광섬유, 또는 이들의 임의의 조합의 스위블일 수 있다. 기어 또는 스프로킷(128)은 스풀(110)에 고정되는 슬립 클러치(116) 상에 장착된다.

릴(82) 상에는 프레임 제어 모듈(130) 그리고 스풀(110) 내부측에 도시되는 스풀 제어 모듈(132)이 또한 도시된다.

이제부터, 도 3을 참조하면, 슬립 클러치(116)와 프레임 제어 모듈(130)의 관계는 스풀(110)이 회전할 때, 각각의 슬립 클러치(116)가 프레임 제어 모듈(130) 근처를 지나가는 것으로 도시된다. 나중에 논의되는 바와 같이, 슬립 클러치(116)가 프레임 제어 모듈(130)을 지나갈 때마다, 그것들은 검출 및 계수되어 스풀(110)의 회전수 및 스풀(110)의 회전 방향 둘 모두를 결정할 것이다. 대안적인 실시예에서, 스풀(110) 상의 또는 그 내의 가속도계가 이러한 능력을 제공할 것이다.

이제부터, 도 4를 참조하면, 슬립 클러치(116A, 116B, 116C)가 관찰되고, 이때에 제4 슬립 클러치(116D)는 제어 박스 또는 패널(126) 뒤에 은폐된다. 이것은 스풀(110)의 각각의 회전 동안에, 스풀 제어 모듈(132)이 4회 출현을 관측할 것이고, 그에 따라 관측횟수를 4로 나누면 실제의 회전수를 획득한다는 것을 의미한다. 접근 커버(134, 136)가 스풀(110)의 단부 상에 도시된다. 이들은 스풀(110)의 내부측에 대한 접근을 허용하고 그에 따라 스풀 제어 모듈(132)을 설치 및 정비할 수 있다.

이제부터, 도 5를 참조하면, 슬립 클러치(116) 중 하나의 사시도가 관찰되고, 그것을 스풀(110)의 측면에 고정하는 장착 볼트(150), 기어 또는 스프로킷(128)과 결합하여 마찰 파지력을 제공하는 브레이크 패드(152, 154), 및 제어된 부하를 제공하여 마찰 슬리핑 하중을 조절하는 실린더(156)를 도시한다.

이제부터, 도 6을 참조하면, 슬립 클러치(116)의 도면이 도 5로부터 취해지는 관점 "6-6"에 따라 도시된다. 기어 또는 스프로킷(128)의 활주가능한 수용을 위한 간극(158)이 브레이크 패드(152, 154) 사이에 도시된다.

이제부터, 도 7을 참조하면, 실린더(156)의 절반부 단면도가 도 6의 단면 "7-7"로부터 취해지는 것으로 도시된다. 스프링 와셔(170)가 힘을 피스톤(172) 쪽으로 제공하고, 이것은 이어서 단부(174)를 통해 브레이크 패드(152)에 부하를 인가한다. 피스톤 영역(178) 상의 포트(176)를 통한 조절된 공기 압력이 힘을 제공하여 스프링 와셔(170)의 힘을 상쇄하고, 그에 따라 단부(174) 상의, 그리고 그에 따라, 브레이크 패드(152) 상의 힘을 조절하여 기어 또는 스프로킷(128)이 미끄러지게 하는 데 요구되는 힘을 조정한다. 피스톤(172) 내의 포트(180) 및 포팅(182)을 통한 조절된 공기 압력이 피스톤(172)의 피스톤 영역(184) 상에 작용하여 더 큰 마찰력이 요망될 때에 스프링 와셔(170)의 힘에 추가된다. 피스톤 캡(186)이 나사산(188) 상에서 회전되어 스프링 와셔(170)로부터의 힘의 크기에 대한 초기의 기계적인 조정을 제공한다.

이제부터, 도 8을 참조하면, 박스(200)는 대체로 릴(82)의 기계적인 구성요소를 포함하고, 박스(202)는 대체로 로컬 제어 패널(126)의 구성요소를 포함하고, 박스(204)는 대체로 프레임 제어 모듈(130)의 구성요소를 포함하고, 박스(206)는 대체로 굴착공의 제어 패널의 구성요소를 포함한다.

박스(200)는 스풀(110), 축(113), 슬립 클러치(116A 내지 116D), 공기 스위블(210), 공기 공급부(212), 공기 차단 밸브(214), 기어 또는 스프로킷(218)이 장착되는 공기 모터(216), 피동 기어 또는 스프로킷(220), 및 레벨윈드 구동 모터(222)를 포함한다. 피동 기어 또는 스프로킷(220)은 기어 또는 스프로킷(218)과 정렬된 것으로 도시되고, 4개의 돌출부(224)를 90˚로 갖는 것으로 정면도로써 또한 도시된다. 돌출부(224)는 슬립 클러치(116)의 일부일 수 있지만, 그것들은 다른 수량 및 다른 구성요소로 되어 있을 수 있다. 브레이크(226)가 도시되고, 제어 박스(126)에 의해 조작될 것이다.

박스(202)는 릴의 일정한 토크 제어를 제공하는 공압 제어 박스의 구성요소, 및 그것을 일정한 장력 동작을 갖는 것으로 변경하는 일부 구성요소를 포함하고, 이것은 하기와 같이 설명될 것이다.

박스(204)는 릴을 일정한 장력 동작으로 변환하는 구성요소를 포함하는 제어 박스이다. 근접 센서(들) 또는 감지 구성요소(들)(230, 232)는 음향, 레이저, 마이크로파, 또는 다른 수단을 사용하여 돌출부(224)가 지나갈 때를 검출할 수 있다. 또한, 그것들은 구성요소 둘 모두가 돌출부(224)를 번갈아 감지하지만, 제2 구성요소가 돌출부(224)를 감지하고 나서도 제1 구성요소가 감지를 중단하기 전까지 계속 감지하도록 위치될 것이다. 감지 구성요소(230)는 1차 감지 구성요소이고, 감지 구성요소(232)는 2차 감지 구성요소이다. 감지 구성요소(230)가 먼저 돌출부(224) 중 하나를 감지할 때, 감지 구성요소(232)는 그것이 동시에 감지 중인 지를 알아보도록 체크될 것이다. 감지 구성요소(232)가 돌출부(224)를 감지 중일 때에 감지 구성요소(230)가 감지하기 시작하면, 그것은 릴이 권취 방향으로 회전 중인 것을 의미할 것이다. 감지 구성요소(232)가 돌출부(224)를 감지 중이 아닐 때에 감지 구성요소(230)가 감지하기 시작하면, 그것은 릴이 분배 방향으로 회전 중인 것을 의미할 것이다.

처리 컴퓨터(240)는 초기에 스풀 드럼 직경, 스풀 폭, 스풀 플랜지 직경, 엄빌리컬 직경, 스풀 플랜지의 외경으로부터의 출발 치수, 및 스풀 플랜지의 측면으로부터의 현재의 엄빌리컬 위치까지의 거리에 대한 입력으로써 설정된다. 처리 컴퓨터(240)는 감지 구성요소(230, 232)로부터 결과통지를 받고, 스풀 상의 엄빌리컬의 현재의 랩을 계산하고, 적절한 모터 공기 압력을 결정하고, 그에 따라 적절한 토크 그리고 도 7의 포트(176)에 대한 적절한 슬립 클러치 공기 압력을 제공하여 적절한 미끄러짐 설정을 수행한다. 이들 계산의 일반적인 목적은 엄빌리컬에 대한 일정한 견인 장력, 예컨대 1000 lbs. 및 스풀에 대한 적절한 미끄러짐 설정, 예컨대 1,500 lbs.의 엄빌리컬 장력을 구하는 것이다. 이러한 엄빌리컬 장력 설정 및 미끄러짐 설정은 폭발 방지기 스택의 하강을 시작하는 꽉 찬 스풀로부터 해저바닥 상으로의 그 접지까지 그리고 다시 표면까지 비교적 일정하게 유지되어야 한다. 이것은 모터 토크 및 미끄러짐 설정이 새로운 랩 높이에서 엄빌리컬이 출발할 때마다 변경되어야 한다는 사실, 그리고 또한 단순하게 릴을 역전시키는 것이 하나의 방향으로 도움이 되지만 다른 방향으로는 불리하게 작용하는 마찰 이력현상을 갖는다는 사실을 수반한다.

계산된 적절한 모터 공기 압력은 라인(250)을 따라, 선택 밸브(252)로, 대형 보어 압력 조절기(254)로, 대형 보어 선택 밸브(256)를 통해, 그리고 이어서 공기 모터(216)로 보내진다. 적절한 공기 모터 압력 신호를 발생시키는 방법은 라인(250) 내의 압력을 압력 트랜스미터(260)를 사용하여 측정하고 그 정보를 와이어(262)를 따라 처리 컴퓨터(240)로 다시 보내는 것이다. 라인(250) 내의 공기 압력이 낮으면, 처리 컴퓨터(240)는 그 신호를 와이어(264)를 통해 밸브(266)로 보내고 그에 따라 밸브를 일시적으로 개방하여 공급 라인(268) 내의 더 높은 공급 압력이 라인(250) 내로 배출되게 한다. 라인(250) 내의 공기 압력이 높으면, 처리 컴퓨터(240)는 그 신호를 와이어(270)를 통해 밸브(272)로 보내고 그에 따라 밸브를 일시적으로 개방하여 라인(250) 내의 압력을 배출하고 그에 따라 압력을 감소시킨다. 처리 컴퓨터(240)는 반복적인 루프로 프로그래밍되고, 그에 따라 그것은 라인(250) 내의 압력을 압력 트랜스미터(260)를 통해 반복적으로 체크하고, 그에 따라 라인(250) 내의 압력이 요구된 압력 밴드 내에 있는지를 지속적으로 확인할 것이다.

모든 엄빌리컬이 특정 랩에 대해 전개되고 릴이 다음의 더 낮은 랩으로부터 전개하기 시작할 때와 같이 엄빌리컬을 전개할 때, 권취반경이 감소되고 그에 따라 스풀/모터 토크 요건이 감소된다. 그때에, 컴퓨터(240)는 라인(250)에 요구되는 더 낮은 압력을 계산하고 그에 따라 밸브(272)를 펄싱하기 시작하여 압력이 적절한 범위 내로 들어올 때까지 수행한다. 대안으로서, 폭발 방지기 스택이 표면으로 복귀하는 동안에 엄빌리컬이 다음의 더 높은 층 상으로 권취되기 시작할 때와 같이 엄빌리컬을 회수할 때, 컴퓨터(240)는 밸브(266)를 펄싱하기 시작하여 라인(250) 내의 압력을 요구된 계산된 수준까지 증가시킬 때까지 수행한다.

마찬가지로, 신호가 처리 컴퓨터(240)에 의해 계산되고, 압력 트랜스미터(260), 압력을 증가시키는 밸브(284), 및 압력을 감소시키는 밸브(286)를 사용하여 슬립 클러치(116A, 116B, 116C, 116D)를 위한 라인(280) 내에 생성된다. 이러한 경우에, 라인(280) 내의 신호는 공기 스위블(210)을 통해 슬립 클러치(116A, 116B, 116C, 116D)로 전달된다. 공기 스위블(210)은 축(113)과 일체형으로 제조될 수 있거나 도 8에 도시된 바와 같이 공기 스위블(210) 상의 슬립(slip)일 수 있다.

박스(206)는 굴착공의 제어실과 같이 원격 위치에 장착되는, 단일의 밸브(290)를 보여준다. 밸브(290)는 2-위치 디텐트형 밸브이고, 현재의 위치에서는, 라인(292) 내의 압력이 단순하게 배출된다. 이것은 라인(250) 내의 공기 신호가 밸브(252)를 통해 조절기(254)로 전달될 것이고, 모터에 대한 압력을 처리 컴퓨터(240)에 의해 결정되는 것에 따라 설정한다는 것을 의미한다. 마찬가지로, 라인(280) 내의 공기 신호는 처리 컴퓨터(240)에 의해 결정되는 것에 따라 밸브(298)를 통해 슬립 클러치(116A, 116B, 116C, 116D)로 전달될 것이다. 밸브(290)가 교번된 디텐트 위치로 이동될 때, 라인(294)으로부터의 더 높은 압력의 공급 공기가 라인(292) 내로 유입되고, 그에 따라 밸브(252)를 시프트하여 수동 스로틀(296)로부터의 압력이 모터 압력을 제어하게 하고, 밸브(298)를 시프트하여 슬립 클러치(116A, 116B, 116C, 116D)로부터 공기 압력을 배출한다. 이것은 릴을 일정한 토크 제어로서 알려져 있는 것으로, 또는 스로틀이 변경될 때까지 현재의 스풀 토크를 단순하게 유지하여 슬립 클러치 설정에 대한 어떤 조정도 없는 릴로 복귀시킨다. 밸브(300)가 브레이크 제어 밸브이다.

적외선 포트(302)는 나중에 설명되는 것과 같은 업로드 모듈이 적절한 정렬을 위해 프로파일(306)과 결합될 때에 처리 컴퓨터(240) 내의 컴퓨터 프로그램을 라인(304)을 통해 리프레시하는 데 사용된다.

이제부터, 도 9를 참조하면, 도 8과 유사한 개략도가 도시되고, 이때에 박스(202)는 동일하다. 릴 박스(200)는 릴 박스(310)로 교체되고, 박스(204)는 박스(312) 및 박스(314)로 교체된다.

또한, 박스(314)는 박스(312) 및 박스(204)와 같이 프레임 상에 위치되는 대신에 박스(310)에 도시된 바와 같이 스풀(110) 내부측에 위치되는 것으로 도시된다. 박스(204)는 단일의 처리 컴퓨터(240)를 제공하여 모터 압력 및 슬립 클러치 압력 둘 모두를 제어하였지만, 이러한 구성에서는, 박스(312)는 모터 압력을 제어하고, 박스(314)는 슬립 클러치 압력을 제어한다. 이것의 하나의 영향은 신호가 스위블을 통해 반대 방향으로 통과한다는 것이고, 또 다른 영향은 박스(314) 내의 배터리 팩(315)을 해저바닥으로 여러 차례 이동하기에 충분하게 크게 하거나 충분한 공급 공기가 커넥터(317) 또는 공기 스위블(210)을 통해 공기 탱크(316) 내에 공급되어 공기 모터(318)를 작동시키고, 이것이 발전기(319)를 구동하여 배터리 팩(315)을 충전 상태로 유지할 수 있으면 스위블을 더 이상 요구할 필요가 없다는 것이다.

박스(310)는 공기 공급 라인(268)이 밸브(322)를 통해 공기 라인(320), 라인(324)에 의해 인출되고, 공기 라인(326)으로서 공기 스위블(210)로부터 배출되고, 박스(314)로 진행하여 그것을 작동시키는 것을 보여준다. 박스(206) 내의 밸브(290)가 작동되어 압력을 라인(292)에 가할 때마다, 밸브(322)가 시프트되고, 라인(324, 326) 내의 압력이 덤핑되고, 그에 따라 슬립 클러치를 디폴트 상태인 일정한 토크(조정-불가능한) 모드로 복귀시킨다.

박스(312)는 슬립 클러치(116A, 116B, 116C, 116D)에 대한 설정을 제어하는 데 사용된 구성요소(280, 282, 284, 286) 그리고 박스(314) 내에 포함되는 구성요소를 제외하면 도 8의 박스(204)의 모든 구성요소를 포함한다.

적외선 포트(325)는 나중에 설명되는 것과 같은 업로드 모듈이 적절한 정렬을 위해 프로파일(330)과 결합될 때에 처리 컴퓨터(327) 내의 컴퓨터 프로그램을 라인(328)을 통해 리프레시하는 데 사용된다.

박스(314)는 (박스 310에서 보여준 바와 같이) 스풀(110) 내에 위치되고, 그것은 박스(204)가 제공한 기준 정보를 갖지 않는다. 가속도계(350, 352)가 제공되어 나중에 설명되는 바와 같이 회전수 및 회전 방향을 검출한다. 도 8에서 행해진 것과 같이, 이것은 엄빌리컬이, 그것이 스풀 상의 측면 플랜지 중 어느 한쪽에 도달할 때, 다음의 외부 또는 다음의 내부 랩 중 어느 쪽으로 가는 중인 지를 결정하는 데 사용될 것이다.

요구된 슬립 클러치 압력의 계산은 처리 컴퓨터(354)에서 행해지고, 라인(356, 358)을 따라 슬립 클러치(116A, 116B, 116C, 116D)로 보내진다. 밸브(359)가 라인(356, 358) 사이에 제공되고, 공급 공기 라인(326)으로부터 라인(360)을 따른 압력에 의해 개방되어 계산된 신호가 지나가게 한다. 공급 압력이 0까지 감소되면, 라인(360) 내의 공급 신호가 배출되고, 릴은 일정한 토크 동작으로 복귀한다.

신호가 처리 컴퓨터(354)에 의해 계산되고, 도 8에 사용된 압력 트랜스미터(260), 밸브(284), 및 밸브(286)와 유사하게, 압력 트랜스미터(362), 압력을 증가시키는 밸브(364), 압력을 감소시키는 밸브(366)를 사용하여 슬립 클러치(116A, 116B, 116C, 116D)를 위한 라인(356) 내에 생성된다.

적외선 포트(370)는 나중에 설명되는 것과 같은 업로드 모듈이 적절한 정렬을 위해 프로파일(374)과 결합될 때에 처리 컴퓨터(354) 내의 컴퓨터 프로그램을 라인(372)을 통해 리프레시하는 데 사용된다.

이제부터, 도 10을 참조하면, 스풀(110)의 1회 완전 회전 시, 가속도계는 +1g's 및 -1g's를 나타낼 것이고, g 사이클을 회전수로서 계수할 수 있다. 1차 가속도계(331)가 도시된 바와 같이 1-g만큼 변위된 상태에 있을 때, 2차 가속도계(332)는 분배 방향(361)을 향해 도시된 바와 같이 45˚에 위치될 수 있다. 이러한 각도는 예이고, 실제의 각도는 0˚, 90˚, 180˚, 또는 270˚ 이외의 임의의 각도일 수 있다. 1차 가속도계(331)가 0-g's에 있을 때, 2차 가속도계(332)가 +1 또는 -1-g's를 지시하는지는 회전 방향을 알려줄 것이다. 이러한 경우에, g-눈금값이 감소 중이면, 그것은 스풀(110)이 분배 방향으로 회전 중인 것을 의미할 것이다. g-눈금값이 증가 중이면, 그것은 스풀(110)이 권취 방향으로 회전 중인 것을 의미할 것이다. 이러한 정보는 처리 컴퓨터(354)로 피드백되고 그에 따라 엄빌리컬이 층을 래핑하는 단부에 도달할 때에 엄빌리컬에 대해 반경을 가산할지 또는 감산할지를 결정할 수 있다.

이제부터, 도 11을 참조하면, 업로드 모듈(380)은 처리 컴퓨터(240, 327, 또는 354)가 초기에 프로그래밍 또는 리프레시되어야 할 때에 프로파일(306, 330, 374)과의 편리한 결합 및 정렬을 위해 프로파일(382)을 갖는다. 적외선 트랜스미터(384)가 적외선 포트(302, 325, 또는 370)와 결합하여 초기에 적절한 처리 컴퓨터를 프로그래밍 또는 리프레시한다. 처리 컴퓨터(388)는 표준형 컴퓨터로부터 USB를 통해 또는 적절한 캡 프로텍터(392)에 의해 방폭성을 갖게 되는 다른 포트(390)를 통해 업로드된다. 라인(394)이 포트(390)를 처리 컴퓨터(388)에 연결하고, 라인(396)이 이어서 처리 컴퓨터(388)를 적외선 포트(384)에 연결한다.

업로드 모듈(380)이 인출되어 릴 상의 처리 컴퓨터를 리프레시할 때, 그것은 종종 해상 굴착 장비의 위험한 폭발 취약 영역 내에 있게 마련이다. 이러한 이유로, 사용되는 모든 모듈은 방폭성을 가져야 한다. 이러한 경우에, 업로드 모듈을 조작하는 데 요구되는 스위치는 고체 포팅 재료(397) 내에 매설되는 자성 스위치이다. 이전에 설명된 다른 모듈 역시도 동일한 구성으로 되어 있을 가능성이 높을 것이다. 자석(400)이 오프 및 온(402), 엔터, 업로드 모드(404)에서의 업로드 또는 다운로드 모드(406)에서의 다운로드, 눈금값 증가(408), 눈금값 감소(410)와 같은 기능을 갖는 스위치를 조작하는 데 사용된다. 판독값(412)은 조정될 현재의 모드의 눈금값을 표시할 것이다. 오프 및 온, 업로드, 및 다운로드 버튼만이 사용될 가능성이 높고, 대부분의 프로그래밍은 간단하게 포트(390)를 통해 입력될 것이다.

따라서, 본 발명(10)은 해양 엄빌리컬을 위한 릴 조립체로서, 축을 갖는 프레임; 플랜지 및 드럼을 갖는 스풀로서, 상기 스풀은 상기 축 상에 장착되어 상기 해양 엄빌리컬을 보유하도록 구성되는, 스풀; 상기 스풀과 통신하여 상기 스풀을 회전시키도록 구성되는 모터; 상기 엄빌리컬에 대한 비교적 일정한 장력 및 비교적 일정한 미끄러짐 하중을 상기 스풀로부터 전개될 때에 자동적으로 유지하도록 구성되는 인장 디바이스; 및 상기 인장 디바이스 및 상기 모터와 통신하는 처리 컴퓨터로서, 상기 처리 컴퓨터는 상기 비교적 일정한 장력 및 상기 비교적 일정한 미끄러짐 하중을 계산하여 상기 모터를 제어하도록 구성되는, 처리 컴퓨터를 포함하는, 릴 조립체를 고려한다.

따라서, 본 발명(10)은 또한 해양 엄빌리컬을 위한 릴 조립체로서, 상기 인장 디바이스는 상기 프레임에 부착되고, 상기 스풀과 결합하도록 구성되고, 상기 처리 컴퓨터와 통신하는, 적어도 하나의 슬립 클러치를 포함하고; 상기 인장 디바이스는 상기 스풀에 부착되고, 상기 스풀의 회전 방향을 검출하도록 구성되고, 상기 처리 컴퓨터와 통신하는, 적어도 2개의 근접 센서를 포함하고; 상기 인장 디바이스는 상기 스풀에 부착되고, 상기 스풀의 회전 방향을 검출하도록 구성되고, 상기 처리 컴퓨터와 통신하는, 적어도 2개의 가속도계를 포함하고; 상기 처리 컴퓨터와 무선 통신하는 컴퓨터 업로드 모듈을 추가로 포함할 수 있는, 릴 조립체를 고려한다.

위에 개시된 특정 실시예는 예시일 뿐이며, 본 발명은 본 명세서의 교시의 이익을 갖는 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백한 상이하지만 동등한 방식으로 변형 및 실시될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 보여준 구성 또는 설계의 세부사항에 대한 어떤 제한도, 아래의 청구범위에 기재된 것과 같은 것을 제외하면, 의도되지 않는다. 따라서, 위에 개시된 특정 실시예는 변경 또는 변형될 수 있고, 모든 그러한 변화는 본 발명의 범주 및 사상 내에 있는 것으로 간주된다는 것은 분명하다. 따라서, 본 명세서에서 청구된 보호범위는 아래의 청구범위에 기재된 것과 같다.

본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않으면서 본 명세서에 설명된 다양한 부품 및 요소의 조합, 동작, 및 배열 면에서의 변화가 행해질 수 있다. 또한, 전술된 명칭, 제목, 주제 및 대체적인 분류는 편의상 제공되고, 그에 따라 제한적인 것으로 간주되지 않아야 한다.

Claims (5)

1. 해양 엄빌리컬을 위한 릴 조립체이며,
   축을 갖는 프레임;
   플랜지 및 드럼을 갖는 스풀로서, 상기 스풀은 상기 축 상에 장착되어 상기 해양 엄빌리컬을 보유하도록 구성되는, 스풀;
   상기 스풀과 통신하여 상기 스풀을 회전시키도록 구성되는 모터;
   상기 엄빌리컬에 대한 비교적 일정한 장력 및 비교적 일정한 미끄러짐 하중을 상기 스풀로부터 전개될 때에 자동적으로 유지하도록 구성되는 인장 디바이스; 및
   상기 인장 디바이스 및 상기 모터와 통신하는 처리 컴퓨터로서, 상기 처리 컴퓨터는 상기 비교적 일정한 장력 및 상기 비교적 일정한 미끄러짐을 계산하여 상기 모터를 제어하도록 구성되는, 처리 컴퓨터
   를 포함하는, 릴 조립체.
2. 제1항에 있어서, 상기 인장 디바이스는, 상기 프레임에 부착되고, 상기 스풀과 결합하도록 구성되고, 상기 처리 컴퓨터와 통신하는, 적어도 하나의 슬립 클러치를 포함하는, 릴 조립체.
3. 제1항에 있어서, 상기 인장 디바이스는, 상기 스풀에 부착되고, 상기 스풀의 회전 방향을 검출하도록 구성되고, 상기 처리 컴퓨터와 통신하는, 적어도 2개의 근접 센서를 포함하는, 릴 조립체.
4. 제1항에 있어서, 상기 인장 디바이스는, 상기 스풀에 부착되고, 상기 스풀의 회전 방향을 검출하도록 구성되고, 상기 처리 컴퓨터와 통신하는, 적어도 2개의 가속도계를 포함하는, 릴 조립체.
5. 제1항에 있어서, 상기 처리 컴퓨터와 무선 통신하는 컴퓨터 모듈을 추가로 포함하는, 릴 조립체.

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