KR20180076920A - 데릭 로드 테스트 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20180076920A
KR20180076920A KR1020160181615A KR20160181615A KR20180076920A KR 20180076920 A KR20180076920 A KR 20180076920A KR 1020160181615 A KR1020160181615 A KR 1020160181615A KR 20160181615 A KR20160181615 A KR 20160181615A KR 20180076920 A KR20180076920 A KR 20180076920A
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김건호
박종식
심재욱
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대우조선해양 주식회사
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B63C5/00—Equipment usable both on slipways and in dry docks
    • B63B2737/00—

Abstract

본 발명은 데릭 로드 테스트 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명에 따르면 조선소 야드의 해저 지반에 석션 앵커(suction anchor)를 관입하고, 해상구조물에 설치된 데릭으로부터 연장된 드릴파이프와 석션 앵커를 연결하여 로드 테스트(load test)를 실시하는 데릭 로드 테스트 시스템을 구축하여 조선소 야드 내에서 손쉽게 데릭에 대한 로드 테스트를 실시할 수 있다.

Description

데릭 로드 테스트 시스템 및 방법 {Derrick Load Test System and Method}
본 발명은 데릭 로드 테스트 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조선소 야드의 해저 지반에 석션 앵커(suction anchor)를 관입하고, 해상구조물에 설치된 데릭으로부터 연장된 드릴파이프와 석션 앵커를 연결하여 데릭에 대한 로드 테스트(load test)를 실시하는 데릭 로드 테스트 시스템 및 방법에 관한 것이다.
산업이 발전함에 따라 석유와 같은 지구 자원의 사용량이 점차 증가하고 있으며, 이에 따라 원유의 안정적인 생산과 공급이 중요한 문제로 떠오르고 있다. 이에 따라, 유전의 개발에 적합한 시추 설비를 구비한 시추선과 같은 해양구조물이 개발되어 왔다.
최근에는 시추 장비를 탑재하고 자체 동력으로 항해할 수 있는 선체를 갖는 시추선(drill ship)이나 반잠수형 시추 리그(semi-submersible drilling rig) 등이 개발되고 있다.
이러한 부유식 시추 설비에는 해저의 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 시추할 수 있도록 데릭 시스템(derrick system)이 구비되고, 데릭에는 고 하중의 시추 장비들이 설치되므로, 데릭에 대한 로드 테스트가 실시되어야 한다.
종래에는 반잠수식 시추 리그의 경우, 선체 하부에 형성된 폰툰 사이(문풀이 형성되는 곳)로 물체를 밀어 넣을 수 있는 공간이 있어서, 무거운 물체를 밀어 넣은 후 데릭 로드 테스트 구조물에 의해 무거운 물체를 끌어올리며 데릭 시스템에 로드를 가하는 방법으로 데릭 로드 테스트를 실시하였다.
하지만, 상기와 같은 방법은 밀어 넣을 수 있는 물체의 무게와 크기에 한계가 있어 정확한 테스트는 불가능하고, 문풀이 형성되는 공간으로부터 무거운 물체를 끌어올리며 이루어지는 테스트는 물체와 선체와의 충돌 위험성이 존재하는 등 안정성 측면에서도 문제가 있다.
한편, 시추선의 경우에는 반잠수식 시추 리그와 달리 문풀이 형성되는 공간으로 물체를 이동시킬 방법이 없어 상기와 같은 방법으로 데릭 로드 테스트를 실시하는 것이 불가능하다.
종래에 시추선을 드라이 웰(dry well)의 해저 바닥에 기형성된 폐시추공을 이용하여, 폐시추공의 웰헤드에 별도의 테스트 웰헤드를 결합하여 시추 장비에 대한 테스트를 수행하는 방법이 제시된 바 있다.
이와 같은 방법을 이용하는 경우, 실제 유정의 심해 환경과 유사한 환경에서 테스트가 가능하며, 데릭에 대한 로드 테스트 뿐만 아니라 BOP 관련 테스트도 실시할 수 있다는 점에서 장점이 있지만, 이제 막 건조가 끝난 시추선을 테스트를 위해 먼 바다로 나가야 한다는 점에서 효율성이 떨어지고, 안전상의 문제 및 고비용 때문에 중단된 실정이다.
종래에 데릭을 리그(rig)에 설치하기 전에 지상에서 조립후, 테스트 로드(test load)를 데릭으로 이동시켜 와이어를 연결한 후 외부의 크레인으로 당겨 실질적으로 데릭이 특정 정하중을 견딜 수 있는지를 검증하는 로드 테스트 방법이 제시된 바도 있다.
하지만, 이 방법은 데릭 자체의 강도 검증은 할 수 있지만, 실제 데릭의 하중이 전달되는 하부 구조물의 전체적인 구조에 대해서는 얼마나 영향이 있는지 증명할 수 없고, 로드 테스트가 지상에서 수행되기 때문에 실제 해상 환경과 유사한 조건에서의 운용을 검증하기 어려우며, 데릭 로드 테스트를 위해 지상에 미리 테스트 장소를 선정하여 보강 및 준설 작업을 해야 하기 때문에, 테스트 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
상술한 바와 같이, 안정성 또는 고비용의 문제로 조선소 및 데릭 제조업체 측은 데릭 로드 테스트 실시에 적극적이지 않은 입장을 보이고 있다.
상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 조선소 야드 내에 데릭 로드 테스트 시스템을 구축하여 신규 시추선이 건조될 때마다 손쉽게 로드 테스트를 실시할 수 있고, 이뿐만 아니라 기건조된 시추선도 언제든지 테스트가 가능한 시설을 구축하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 조선소 야드 내에서 실시되는 데릭 로드 테스트 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 상기 조선소 야드 내의 해저 지반에 석션 앵커를 관입시키고, 해상구조물에 설치된 데릭으로부터 드릴 파이프를 해저 지반으로 하향 연장시켜 상기 석션 앵커와 연결시키고, 상기 드릴 파이프가 상기 석션 앵커와 연결된 상태에서, 상기 드릴 파이프를 승강시킴으로써 로드 테스트가 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 석션 앵커는 상단이 막히고 하단은 뚫려 있으며, 내부는 빈 공간으로 된 원통형의 형상을 가지게 하고, 상기 석션 앵커를 해저 지반에 올려놓은 상태에서, 상기 석션 앵커의 상부에 구비된 석션 펌프를 이용하여 상기 석션 앵커 내부의 해수를 흡입하여 상기 석션 앵커 밖으로 배출시킴으로써, 상기 석션 앵커가 해저 지반에 관입되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 조선소 야드 내에서 실시되는 데릭 로드 테스트 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면, 상기 조선소 야드 내의 해저 지반에 관입되는 석션 앵커를 포함하고, 해상구조물에 설치된 데릭으로부터 하향 연장된 드릴 파이프를 상기 석션 앵커와 연결한 후, 상기 드릴 파이프를 승강시킴으로써 로드 테스트가 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 석션 앵커는 상단이 막히고 하단은 뚫려 있으며, 내부는 빈 공간으로 된 원통형의 형상을 가지고, 상기 석션 앵커 상부에 석션 펌프가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 석션 앵커는 상기 석션 앵커 상부에 돌출되게 형성되는 고리부재를 포함하고, 상기 드릴 파이프와 상기 석션 앵커와의 연결은, 상기 드릴 파이프 하단에 장착되는 걸림부재가 상기 석션 앵커 상단에 형성된 고리부재에 걸림으로써 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 고리부재는 복수 개로 마련될 수도 있다.
상기 고리부재는 링 형상의 고리를 갖는 패드 아이(pad eye)인 것을 특징으로 한다.
상기 걸림부재는 후크(hook) 또는 샤클(shakle)인 것을 특징으로 한다.
상기 데릭으로부터 해저 지반으로 하향 연장된 상기 드릴파이프 상에 로드 셀(load cell)이 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 드릴 파이프는, 상기 데릭의 상부에 설치되어 상기 드릴 파이프를 파지하는 탑 드라이브가 상기 데릭의 일측에 구비된 윈치에 의해 승강 운동함에 따라 함께 승강되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 조선소 야드 내에 구축된 데릭 로드 테스트 시스템에 의하면, 조선소 야드 내에서 신규 시추선이 건조될 때마다 신속하게 데릭에 대한 로드 테스트를 실시할 수 있으며, 신규 시추선뿐만 아니라 기건조된 시추선도 언제든지 테스트가 가능하다는 효과가 있다.
또한, 조선소 야드 내에 석션 앵커(suction anchor)를 설치하는 것만으로 간단하게 로드 테스트 시스템을 구축할 수 있고, 이는 조선소 야드 내에 영구적인 시설을 구축하는 것으로 매우 경제적이다.
신규 시추선이 건조 후 다른 곳으로 이동할 필요 없이 조선소 야드 내에서 바로 로드 테스트를 실시할 수 있으므로 테스트에 소요되는 비용도 절감할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 데릭 로드 테스트 시스템은 지상이 아닌 해상에서 시추 장비의 로드 테스트가 이루어지므로, 로드 테스트에 대한 정확도 및 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 조선소 야드 내에 구축된 데릭 로드 테스트 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 2는 상단에 고리부재가 형성된 석션 앵커의 구조를 도시한 도면으로, (a)는 상단에 하나의 고리부재가 형성된 석션 앵커, (b)는 상단에 복수의 고리부재가 형성된 석션 앵커를 나타낸 것이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기로 한다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 조선소 야드 내에 구축된 데릭 로드 테스트 시스템을 나타낸 개략도이다.
본 발명은 조선소 야드 내에 데릭 로드 테스트 시스템을 구축하여, 시추선의 데릭에 가해지는 하중과 데릭의 하중이 전달되는 해양 구조물의 드릴 플로어 및 그 아래 하부 구조물의 전체적인 구조 변형량 및 장비에 실제 정하중이 걸렸을 때의 영향 등을 파악하기 위한 것이다.
본 실시예에서는 시추선의 예를 들어 설명하지만, 시추선을 비롯하여 반잠수식 시추 리그 등, 데릭이 설치된 모든 해양구조물에 본 발명의 적용이 가능하다.
도 1을 참조하면, 조선소 야드의 해저 지반에 석션 앵커(10, suction anchor)가 관입된다.
석션 앵커(10)는 일반적으로 해양 구조물을 계선 시키고자 하는 지역의 적당한 위치의 해저 지반에 수직 및 수평 하중을 견딜 수 있도록 관입시켜 해양 구조물과 연결된 무어링 체인(mooring chain) 끝단에 연결되는 장치인데, 본 발명에서는 시추선의 데릭(100)에 대한 로드 테스트를 실시하기 위하여 조선소 야드의 해저 지반에 관입되는 것이다.
석션 앵커(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상단이 막힌 원통형의 형상을 가질 수 있다. 하단은 뚫려 있으며 내부는 빈 공간으로 되어 있어, 대략 컵을 뒤집어 놓은 것과 같은 형상이다.
석션 앵커(10)의 상부에는 석션 펌프(11)가 구비될 수 있다. 석션 앵커(10)를 해저 지반(주로 모래, 점토 등) 위에 올려 놓은 상태에서, 석션 펌프(11)로 석션 앵커(10) 내부의 해수를 흡입하여 밖으로 배출하면, 석션 앵커(10)가 서서히 해저 지반으로 관입된다.
해저 지반에 관입된 석션 앵커(10)의 인발 항력은 석션 앵커(10)와 지반이 접촉하고 있는 단면적에 비례하는 마찰력이 주된 힘이며, 마찰력을 키우기 위해서는 석션 앵커의 직경이나 관입 깊이를 키워야 한다.
석션 앵커(10)의 상단에는 고리부재(20)가 돌출되게 형성된다.
고리부재(20)는 후크(hook) 또는 샤클(shakle)등이 걸릴 수 있도록 링 형상의 고리를 가질 수 있으며, 일례로 패드 아이(pad eye)로 구성될 수 있다.
도 2에 상단에 고리부재(20)가 형성된 석션앵커의 구조가 나타나 있다. 도 2의 (a)와 같이 석션 앵커(10)의 상단에 하나의 고리부재(20)가 형성될 수 있으며, 도 2의 (b)와 같이 석션 앵커(10)의 상단에 복수의 고리부재(20)가 형성될 수도 있다.
하나 또는 복수의 고리부재(20)는 석션 앵커(10) 상단에 용접됨으로써 형성될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 시추선의 갑판 상부에 드릴 플로어(미도시)가 위치하고, 드릴 플로어(미도시) 상에 데릭(100)이 설치된다. 데릭(100)의 상부에는 드릴 파이프를 회전시키기 위한 탑 드라이브(110)가 설치된다.
시추선의 데릭 로드 테스트가 개시되면, 시추선에서 탑 드라이브(110)에 의해 파지된 드릴 파이프(120)는 문풀(200)을 통과하여 해저 지반에 관입된 석션 앵커(10) 측으로 하향 연장된다.
연장된 드릴 파이프(120) 끝단에는 후크 또는 샤클 등의 걸림부재(130)가 장착되어, 석션 앵커(10) 상부에 형성된 고리부재(20)에 걸리게 되고, 이로써 데릭(100)으로부터 하향 연장된 드릴 파이프(120)와 석션 앵커(10) 간의 연결이 이루어진다.
석션 앵커(10)의 상단에 복수의 고리부재(20)가 형성되는 경우에는, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 복수의 고리부재(20) 각각은 로프 또는 체인 등을 통하여 하나의 걸림부재(130) 측에 연결됨으로써, 데릭(100)으로부터 하향 연장된 드릴 파이프(120)와 석션 앵커(10)의 연결이 이루어진다.
상기와 같은 연결이 이루어진 상태에서, 드릴 파이프(120)를 파지하고 있는 탑 드라이브(110)를 상승 또는 하강시키면서 데릭 로드 테스트가 수행된다.
석션 앵커(10) 상단에 하나의 고리부재(20)만 형성하고 드릴 파이프(120) 측과 연결하여 로드 테스트를 수행하는 경우, 하나의 고리부재(20) 부분만 집중 하중을 받게 되는 반면, 석션 앵커(10) 상단에 복수의 고리부재(20)를 형성하고 드릴 파이프(120) 측과 연결하여 로드 테스트를 수행하는 경우에는 그만큼 가해지는 힘이 분산되기 때문에 비교적 안전하다.
해저 지반으로 하향 연장된 드릴 파이프(120) 상에 로드 셀(140)이 설치될 수 있다. 바람직하게는 도면에 도시된 바와 같이 걸림부재(130)가 장착되는 곳의 상단에 바로 인접하게 로드 셀(140)이 설치될 수 있다. 하지만, 로드 셀(140)이 설치되는 위치가 여기에 한정되는 것은 아니다. 로드 셀(140)은 바닷물에 잠기지 않게 하기 위하여 시추선의 문풀(200)이 형성되는 곳 또는 그보다 더 상부에 설치될 수도 있다.
탑 드라이브(110)가 승강 운동하면, 탑 드라이브(110)에 의해 파지된 드릴 파이프(120) 역시 함께 승강되고, 상기 드릴 파이프(120) 상에 설치된 로드 셀(140)을 통해서, 데릭(100)의 변형량을 측정하여 데릭(100) 및 데릭(100) 관련 구조물들의 강도 검증에 대한 로드 테스트가 가능하다.
여기서 탑 드라이브(120)의 승강 운동은 드릴 플로어(미도시) 상에서 데릭(100)의 일측에 구비된 윈치(미도시)에 의해 이루어질 수 있다. 여기서 윈치(미도시)는 시추 작업시 시추 파이프의 교환, 탑 드라이브의 승강 등에 필요한 구동력을 발생시키는 대용량의 리프팅 장치일 수 있다.
본 발명에 따른 조선소 야드 내에 구축된 데릭 로드 테스트 시스템에 의하면, 조선소 야드 내에 석션 앵커(suction anchor)를 설치하는 것만으로 간단하게 로드 테스트 시스템을 구축할 수 있고, 이는 조선소 야드 내에 영구적인 시설을 구축하는 것으로 매우 경제적이다.
조선소 야드 내에서 건조된 신규 시추선은 건조 후 다른 곳으로 이동할 필요 없이, 조선소 야드 내에서 신속하게 로드 테스트를 실시할 수 있고, 신규 시추선뿐만 아니라 기건조된 시추선도 언제든지 테스트가 가능하다.
그리고 본 발명에 따른 데릭 로드 테스트 시스템은 지상이 아닌 해상에서 시추 장비의 로드 테스트가 이루어지므로, 로드 테스트에 대한 정확도 및 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 특정 실시예를 중심으로 하여 설명하였지만, 본 발명의 취지 및 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술 분야에 있을 수 있으며, 따라서 전술한 설명 및 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다.
10 : 석션 앵커
11 : 석션 펌프
20 : 고리부재
100 : 데릭
110 : 탑 드라이브
120 : 드릴 파이프
130 : 걸림부재
140 : 로드 셀
200 : 문풀

Claims (10)

  1. 조선소 야드 내에서 실시되는 데릭 로드 테스트 방법에 있어서,
    상기 조선소 야드 내의 해저 지반에 석션 앵커를 관입시키고,
    해상구조물에 설치된 데릭으로부터 드릴 파이프를 해저 지반으로 하향 연장시켜 상기 석션 앵커와 연결시키고,
    상기 드릴 파이프가 상기 석션 앵커와 연결된 상태에서, 상기 드릴 파이프를 승강시킴으로써 로드 테스트가 이루어지는 것을 특징으로 하는 데릭 로드 테스트 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 석션 앵커는 상단이 막히고 하단은 뚫려 있으며, 내부는 빈 공간으로 된 원통형의 형상을 가지게 하고,
    상기 석션 앵커를 해저 지반에 올려놓은 상태에서,
    상기 석션 앵커의 상부에 구비된 석션 펌프를 이용하여 상기 석션 앵커 내부의 해수를 흡입하여 상기 석션 앵커 밖으로 배출시킴으로써,
    상기 석션 앵커가 해저 지반에 관입되는 것을 특징으로 하는 데릭 로드 테스트 방법.
  3. 조선소 야드 내에 구축되는 데릭 로드 테스트 시스템에 있어서,
    상기 조선소 야드 내의 해저 지반에 관입되는 석션 앵커를 포함하고,
    해상구조물에 설치된 데릭으로부터 하향 연장된 드릴 파이프를 상기 석션 앵커와 연결한 후, 상기 드릴 파이프를 승강시킴으로써 로드 테스트가 이루어지는 것을 특징으로 하는 데릭 로드 테스트 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 석션 앵커는 상단이 막히고 하단은 뚫려 있으며, 내부는 빈 공간으로 된 원통형의 형상을 가지고,
    상기 석션 앵커 상부에 석션 펌프가 구비되는 것을 특징으로 하는 데릭 로드 테스트 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 석션 앵커는 상기 석션 앵커 상부에 돌출되게 형성되는 고리부재를 포함하고,
    상기 드릴 파이프와 상기 석션 앵커와의 연결은, 상기 드릴 파이프 하단에 장착되는 걸림부재가 상기 석션 앵커 상단에 형성된 고리부재에 걸림으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 데릭 로드 테스트 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 고리부재는 복수 개로 마련되는 것을 특징으로 하는 데릭 로드 테스트 시스템.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 고리부재는 링 형상의 고리를 갖는 패드 아이(pad eye)인 것을 특징으로 하는 데릭 로드 테스트 시스템.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 걸림부재는 후크(hook) 또는 샤클(shakle)인 것을 특징으로 하는 데릭 로드 테스트 시스템.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 데릭으로부터 해저 지반으로 하향 연장된 상기 드릴파이프 상에 로드 셀(load cell)이 설치되는 것을 특징으로 하는 데릭 로드 테스트 시스템.
  10. 청구항 3에 있어서,
    상기 드릴 파이프는, 상기 데릭의 상부에 설치되어 상기 드릴 파이프를 파지하는 탑 드라이브가 상기 데릭의 일측에 구비된 윈치에 의해 승강 운동함에 따라 함께 승강되는 것을 특징으로 하는 데릭 로드 테스트 시스템.
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CN109540494A (zh) * 2018-12-21 2019-03-29 天津大学 一种吸力锚试验装置和试验方法
KR20210094072A (ko) 2019-02-26 2021-07-28 히다치 아스테모 가부시키가이샤 완충기
WO2022160417A1 (zh) * 2021-02-01 2022-08-04 浙江大学 一种用于吸力锚出平面测试的离心机加载装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109540494A (zh) * 2018-12-21 2019-03-29 天津大学 一种吸力锚试验装置和试验方法
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