KR20180096619A - 해저 메탄 수화물 제조 - Google Patents

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Abstract

해저지반(3) 아래의 메탄 수화물 형성물(7)로 하향으로 연장되는 해저 유정(5) 내로 연장되는 배관(41)을 갖는 해양 메탄 수화물 제조 조립체(1)가 개시된다. 수중 펌프(45)는 배관(41)에 배열된다. 메탄 도관(35, 135)은 표면 설치물(49)로부터 하향으로 연장된다. 유정 정두(13) 상에 랜딩된 유정 제어 패키지(15)는 해저 유정(5)의 상부 단부에 위치된다. 또한, 비상 연결해제 패키지(25)는 메탄 도관(35, 135) 및 유정 제어 패키지(15) 사이에 배열된다. 배관(41)은 유정 제어 패키지(15)로부터 현수된다. 본 발명의 다른 측면이 또한 개시된다.

Description

해저 메탄 수화물 제조
본 발명은 해저지반(seabed) 아래의 메탄 수화물 형성물로부터의 메탄의 제조를 위한 방법 및 연관된 조립체에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 메탄 제조를 위해, 해저 오일 및 가스 개수(workover) 작업의 분야로부터 공지되어 있는 장비를 이용한다.
방대한 양의, 때때로 메탄 클라스레이트(clathrate)로서 지칭되는 자연 발생 메탄 수화물이 존재한다. 이러한 형성물의 전형적인 영역은 영구동토(permafrost) 구역 및 특정 압력이 존재하는 해저지반 아래에 있다. 오일 및 가스 유전 내에서, 메탄 수화물은, 탄화수소-인도(conducting) 유동 파이프 내에서 형성되며 이에 의해 이러한 파이프를 차단하는 경향이 있는 것으로서 널리 공지되어 있는 물질이다.
특정 온도 미만 및/또는 특정 압력 초과에서, 메탄 수화물은 고체로서 유지된다. 온도를 증가시키고/거나 압력을 감소시킴으로써, 이는 메탄 및 물로 용해될 것이다. 이를 용해시키기 위한 또 다른 방식은 메탄올과 같은 억제제를 주입하여 압력-온도 평형을 이동시키는 것이다. 국제 특허 출원 공보 WO2012061027은 이러한 주제에 대한 소개를 제공한다.
다수의 국가를 위한 가능한 에너지 공급원으로서, 해저 형성물로부터 메탄을 제조하는 방법을 조사하기 위한 연구가 수행되었다. 메탄은 유의미한 온실 가스이다. 따라서, 메탄은 대기 내로 빠져나가는 것이 방지되어야 한다. 또한, 오일 및 가스 형성물로부터의 널리 공지되어 있는 제조와 비교하여, 고체 상태로부터 메탄을 제조하는 것은 상이한 접근법을 요구할 수 있다.
이러한 형성물로부터 메탄을 제조하기 위한 하나의 공지되어 있는 방식은 형성물에서 압력을 낮추어, 이에 의해 수화물이 메탄 및 물로 분할되도록 하는 것이다.
본 발명의 목적은 바람직하게는 시간 및 비용 둘 모두에 관하여 효율적인 방식으로 해저 메탄 수화물 형성물로부터의 메탄의 제조에 대한 해결책을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 해저 유정(well) 내로 연장되는 배관을 포함하는, 해양 메탄 수화물 제조 조립체가 제공된다. 해저 유정은 해저지반 아래의 메탄 수화물 형성물로 하향으로 연장된다. 수중 펌프가 배관에, 즉 배관의 일부분으로서 배열된다. 메탄 도관은 표면 설치물로부터 해저지반 쪽으로 하향으로 연장된다. 유정 제어 패키지가 유정 정두(wellhead) 상에 랜딩되고, 해저 유정의 상부 단부에 위치된다. 또한, 비상 연결해제 패키지(emergency disconnection package)가 메탄 도관 및 유정 제어 패키지 사이에 배열된다. 본 발명의 제1 측면에 따르면, 배관은 유정 제어 패키지로부터 현수된다(suspended).
일부 구현예에서, 메탄 및 물은 해저에서 분리되며, 개별 도관, 즉 메탄 도관 및 물 도관에서 표면 설치물로 인도된다. 다른 구현예에서, 메탄 및 물은, 전형적으로 표면 설치물 상에서의 분리를 위한 1개의 공통 메탄 (및 물) 도관에서 인도될 수 있다.
본 발명의 제1 측면에 따른 조립체의 경우, 배관이 유정 제어 패키지에 연결되기 때문에 배관 행거(hanger)에 대한 필요성이 없다. 따라서, 배관 행거를, 배관이 이로부터 하향으로 매달린 채로, 해저 랜딩을 위해 유정 정두로 하향으로 낮추는 것을 방지한다. 대신에, 배관은 유정 제어 패키지 (WCP)를 유정 정두 상에 랜딩함으로써 설치된다.
일부 구현예에서, 메탄 도관은 강성 라이저 스트링(riser string)일 것이다.
다른 구현예에서, 메탄 도관은 가요성 움빌리컬(umbilical)일 수 있다. 이러한 구현예에서, 움빌리컬은 움빌리컬 종결 헤드 및 점퍼(jumper)를 통해 연결될 수 있다.
표면 유동 트리(surface flow tree)는 유리하게는 메탄 도관의 상부 단부 상에 그리고 표면 설치물의 드릴 플로어(drill floor) 아래에 배열될 수 있다.
이러한 위치결정은 전형적으로 문 풀(moon pool) 데크(deck)의 상승 시에 또는 해수 표면 아래에서 이루어질 수 있다.
본 발명의 제1 측면의 일부 구현예에서, 가요성 호스(hose)는 상기 표면으로부터 비상 연결해제 패키지의 환형 보어(bore)로 하향으로 연장될 수 있다. 비상 연결해제 패키지의 환형 보어는 유정 제어 패키지의 환형 보어와 연통된다. 또한, 유정 제어 패키지의 환형 보어는 이어서 배관과 연통된다.
이러한 일 구현예에서, 메탄 및 물은 해저에서 분리될 수 있고, 물은 가요성 호스를 통해 운반될 것이며, 메탄은 메탄 도관을 통해 운반될 것이다.
일부 구현예에서, 유정 제어 패키지 주 보어는 배관의 전체 길이를 따라 배관 외측의 환형부와 직접 유체 연통될 수 있다. 이는 배관 외측의 환형부를 밀봉하는 유정 보어 패커(packer)가 존재하지 않음을 의미한다.
강성 라이저 스트링을 포함하는 구현예에서, 유정 제어 패키지의 주 보어는 강성 라이저 스트링과 유체 연통될 수 있다. 또한, 유정 제어 패키지 환형 보어는 환형 호스와 유체 연통될 수 있다. 배관은 이어서 유정 제어 패키지 환형 보어에 연결될 수 있다.
다른 구현예에서, 유정 제어 패키지 환형 보어는 배관의 전체 길이를 따라 배관 외측의 환형부와 직접 유체 연통될 수 있다.
환형 호스를 포함하는 구현예에서, 이는 유리하게는 표면 설치물로부터 연장되며 비상 연결해제 패키지에 연결될 것이다. 이러한 구현예에서, 환형 호스, 비상 연결해제 패키지, 유정 제어 패키지 및 배관은 수중 펌프 및 표면 설치물 사이의 연속 유체 경로를 구성할 수 있다.
유리하게는, 본 발명에 따른 해양 메탄 수화물 제조 조립체에서, 배관은 커넥터에 의해 유정 제어 패키지의 일부분에 연결된다. 이는 해저 위치에, 예컨대 유정 정두에 랜딩되는 배관 행거에 연결되지 않는 것으로서 이해될 것이다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 해저 메탄 수화물 형성물 및 표면 설치물 사이에 연장되는 메탄 수화물 제조 스트링 또는 도관을 제공하는 방법이 개시된다. 천공정(drilled well)이 메탄 수화물 형성물 및 해저지반 사이에 연장된다. 상기 방법은 하기 단계를 포함한다:
a) 배관 파이프 세그먼트들을 배관 스트링으로 연결하고, 수중 펌프를 배관 스트링의 일부분으로서 배열하는 단계;
b) 배관 스트링을 표면 설치물로부터 현수시키는 단계;
c) 유정 제어 패키지 위에 배열된 비상 연결해제 패키지에 랜딩 스트링의 저부 단부를 연결하는 단계;
d) 배관 스트링은 표면 설치물로부터 현수된 채로 배관 스트링의 상단 상에 유정 제어 패키지를 랜딩 및 연결하는 단계;
e) 랜딩 스트링 상에서, 유정 제어 패키지가 유정의 상단 상의 유정 정두 상에 랜딩할 때까지 배관 스트링을 상기 유정 내로 낮추는 단계.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 단계 e)는 배관 스트링을 개수면(open water)에 낮추는 단계를 포함한다.
단계 e)에서 배관 스트링을 낮추는 데 사용되는 랜딩 스트링은 일부 구현예에서, 배관 스트링이 유정에 설치되는 경우 메탄 수화물 제조 스트링의 일부분으로서 유지되는 라이저 스트링일 수 있다.
다른 구현예에서, 단계 e)에서 배관 스트링을 낮추는 데 사용되는 랜딩 스트링은 랜딩 와이어일 수 있다.
상기 방법의 일부 구현예에서, 단계 c)는 라이저 스트링의 저부 단부를 비상 연결해제 패키지 주 보어에 연결하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 단계 d)는 배관 스트링을 유정 제어 패키지 환형 보어에 연결하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 따른 방법의 경우, 단계 b)는
i) 저부 데크에서의 설치 스키드(skid)에 배관 스트링을 현수시키는 단계를 포함할 수 있고;
단계 c)는
ii) 상부 데크에서의 라이저 연결부(joint)들을 연결하거나 또는 랜딩 와이어를 준비하는 단계;
iii) 상부 데크 아래의 유정 중앙 위치로부터 밖으로 설치 스키드를 이동시키는 단계;
iv) 유정 제어 패키지 (WCP) 및 비상 연결해제 패키지 (EDP)를 포함하는 스택(stack)을 상부 데크 아래의 유정 중앙 위치 내로 이동시키는 단계;
v) 랜딩 스트링을 비상 연결해제 패키지에 연결하고, 스택을 랜딩 스트링 상에 현수시키는 단계를 포함할 수 있고;
단계 d)는
vi) 설치 스키드를 다시 유정 중앙 위치 내로 이동시키는 단계;
vii) 스택을 설치 스키드 상으로 랜딩하는 단계를 포함할 수 있다.
이러한 구현예에서, 단계 d)는 심지어 하기 단계 중 하나를 추가로 포함할 수 있다:
viii) 설치 스키드 상의 상승 배열부(arrangement)에 의해, 유정 제어 패키지의 저부 부분을 배관 스트링 상의 커넥터와 맞물리게 하는 단계; 또는
ix) 데릭(derrick) 윈치(winch)에 의해, 유정 제어 패키지를 랜딩 스트링 상에 현수된 채로 배관 스트링 상의 커넥터 상으로 낮추는 단계.
이러한 방법의 일부 구현예에서, 랜딩 스트링은 EDP 및 WCP에 연결되는 라이저 연결부의 조립체일 수 있다. 다른 구현예에서, 랜딩 스트링은 데릭 윈치에 와이어 연결될 수 있다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 표면 설치물 및 메탄 수화물 형성물 사이에 메탄 수화물 제조 조립체를 제공하는 방법이 개시되며, 여기서 해저 유정은 메탄 수화물 형성물로 하향으로 연장된다. 본 발명의 제3 측면에 따르면, 상기 방법은 배관 및 라이저 스트링을 하나의 단일 흐름(run)으로 흐르게 하는(running) 단계를 포함한다.
본 발명의 제4 측면에 따르면, 메탄 수화물 형성물로 하향으로 연장되는 해저 유정에 배관을 랜딩하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 배관, 배관이 그로부터 현수되는 유정 제어 패키지 및 비상 연결해제 패키지를 포함하는 스택을 윈치에 의해 랜딩 와이어 상에 랜딩하는 단계를 추가로 포함한다.
본 발명의 제5 측면에 따르면, 기재 구조체를 갖는 설치 스키드가 제공된다. 본 발명의 제5 측면에 따르면, 기재 구조체는 절개부(cutout)를 갖고, C-플레이트가 절개부에 배열된다.
기재 구조체는 전형적으로 기재 플레이트의 형태일 수 있다.
C-플레이트는, C-플레이트로부터 현수되는 파이프 스트링을 수용하고 지지하도록 적합화된 성분으로서 이해될 것이다. 따라서, C-플레이트는 문자 c의 형상 이외의 형상을 가질 수 있다. 또한, 파이프 스트링을 지지된 위치 내로, 수평적 이동으로 이동시키는 것이 가능할 것이다. 즉, 조작자는 파이프 스트링을, 예를 들어 윈치 케이블/ 윈치 와이어에 현수된 채로 측방향으로 C-플레이트 내로 이동시킬 수 있다. 이어서, 조작자는 C-플레이트 내 수용 프로파일(receiving profile)에 파이프 스트링을 랜딩한 후 윈치 케이블 / 윈치 와이어를 탈착할 수 있다.
본 발명의 제5 측면의 일 구현예에서, C-플레이트는 절개부에서 제거가능하게 지지되도록 적합화된다. C-플레이트는 제거가능하기 때문에, 조작자는, 당해 파이프 스트링을 수용하고 지지하도록 적합화된 C-플레이트를 선택할 수 있다. 전형적으로 파이프 스트링은 표면 설치물로부터 하향으로 매달린 배관 스트링일 수 있다.
또 다른 구현예에서, 설치 스키드는 지지 플랫폼을 갖는 지지 포스트(post)를 포함한다. 지지 플랫폼은 상이한 수직 위치에서 지지 포스트에 고정되도록(locked) 적합화된다.
이러한 일 구현예에서, 지지 플랫폼은 유압 피스톤에 기능적으로 연결될 수 있으며, 이에 의해 지지 플랫폼의 수직 상승이 조정가능하다. 따라서, 각각의 지지 포스트는 개별 유압 잭(hydraulic jack)을 포함할 수 있다. 조작자는 이러한 수단을 사용하여, 유정 제어 패키지를 현수된 배관 스트링 (C-플레이트로부터 걸려 있음)의 상단 상에 부드럽게 랜딩할 수 있다. 대안적으로, 조작자는 데릭 윈치에 의해 유정 제어 패키지를 배관 스트링 커넥터 상으로 부드럽게 낮출 수 있다.
본 발명의 다양한 측면이 상기 개괄적인 용어로 논의되었지만, 구현예의 일부 상세한 예가 도면을 언급하며 하기에 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 해양 메탄 수화물 제조 조립체의 도식도이고;
도 2는 조작자가 도 1에 도시된 조립체를 장착하는 상황에서의 표면 설치물의 도식도이고;
도 3은 배관 스트링을 표면 설치물로부터 현수시키는 데 사용되는 설치 스키드의 투시도이고;
도 4 내지 도 9는 제조 조립체의 조립 과정을 도시하는, 도 2에 상응하는 도식도이고;
도 10은 배관 스트링에 연결되기 전에 설치 스키드 상에 랜딩된 유정 제어 패키지의 투시도이고;
도 11은, 유정 제어 패키지가 라이저 스트링의 저부 단부 상에 현수되어 있는, 도 10에 도시된 유정 제어 패키지의 측면도이고;
도 12는 라이저가 없는, 본 발명에 따른 대안적인 해양 메탄 수화물 제조 조립체의 도식도이고;
도 13은 설치 후의, 도 12에 도시된 구현예의 도식도이고;
도 14는 랜딩 와이어를 사용하여 유정 정두 상에 랜딩되는 배관을 포함하는 스택의 도식도이고;
도 15는 표면 유동 트리의 유리한 위치결정의 도식도이다.
도 1은 본 발명에 따른 해양 메탄 수화물 제조 조립체(1)의 도식도이다. 해저지반(3)에서, 유정(5)은 메탄 수화물 형성물(7)로 하향으로 드릴링되었다. 메탄 수화물 형성물(7)은 전형적으로 해저지반(3) 아래로 약 300 미터일 수 있다. 해저 깊이는 전형적으로 약 1000 미터일 수 있다. 따라서, 해저지반에 그리고 유정 내에 상당한 압력이 존재한다.
컨덕터 파이프(conductor pipe)(9) 및 케이싱(casing)(11)의 조립체는 유정 정두(13)로부터 해저지반(3)에 그리고 형성물(7)로 하향으로 연장된다.
유정 제어 패키지(15)는 유정 정두(13) 위에 랜딩된다. 유정 제어 패키지 (WCP)(15)는 WCP 주 보어(17) 및 WCP 환형 보어(19)를 갖는다. 주 보어(17)에 2개의 주 보어 밸브(21)가 존재한다. 환형 보어(19)에 2개의 환형 보어 밸브(23)가 존재한다. 유리하게는, 주 보어 밸브(21) 및 환형 보어 밸브(23) 둘 모두 절삭 능력을 갖지 않는다. 따라서, 다른 공지되어 있는 유정 제어 패키지와 비교하여, 이러한 밸브 및 WCP 그 자체는 절삭 밸브를 갖는 WCP보다 더 경량일 수 있다.
비상 연결해제 패키지 (EDP)(25)는 WCP(15)의 상단 상에 랜딩되며 이에 체결된다(secured). EDP(25)는 WCP 주 보어(17)와 함께 정렬되는 EDP 주 보어(27)를 갖는다. EDP 주 보어(27) 내에 주 보어 리테이너(retainer) 밸브(29)가 배열된다. 또한 EDP(25) 내에 WCP 환형 보어(19)와 함께 정렬되는 EDP 환형 보어(31)가 존재한다.
EDP(25) 및 해수 표면(33) 사이에 라이저 스트링(35)이 연장된다. 라이저 스트링(35)은 표면 설치물에 현수된다. 이러한 구현예에서, 표면 설치물은 부동 설치물이다 (표면 설치물은 도 1에 도시되어 있지 않지만, 도 2에 나타내어져 있음). 라이저 스트링(35)의 상부 부분에, 표면 유동 트리(37)가 배열된다.
또한, EDP(25) 및 표면 설치물 사이에 환형 호스(39)가 연장된다. 도 1에 도시되어 있지 않지만, 환형 호스(39)는 바람직하게는 라이저 스트링(35) 상에 클램핑될(clamped) 수 있다 (도 10 참조).
배관(41)이 WCP(15)로부터 하향으로 걸린다. 배관(41)은 메탄 수화물 형성물(7)로 하향으로 연장된다.
배관(41)은 WCP 환형 보어(19)에 연결된다. 결과적으로, 배관(41) 및 케이싱(11) 사이의 환형부(47)는 WCP 주 보어(17) 및 이에 따라 라이저 스트링(35) (EDP 주 보어(27)를 통함)과 유체 연통된다. 이는, 배관이 주 보어에 연결되고 환형부가 환형 보어와 연통되는, 통상의 오일 및 가스 유정 분야로부터 공지되어 있는 개수 작업과 대조적이다.
배관(41)의 저부 단부 위에 약간의 거리를 두고, 전기적 수중 펌프 (ESP)(45)가 배관(41)의 스트링에 배열된다. 전기적 펌프 대신에, 또 다른 유형의 펌프, 예를 들어 유압식 작동 펌프를 또한 사용할 수 있다.
ESP(45)는 유체를 배관(41)을 통해 상향으로 펌핑하는 데 사용된다. 이는 형성물에서의 압력을 낮추며, 이는 메탄 수화물을 물 및 메탄으로 용해되도록 한다. 펌핑 기능에 더하여, ESP(45)는 또한 분리 수단을 나타낸다. 분리 수단의 경우, ESP(45)는 물 및 메탄을 분리한다. 따라서, ESP(45)는 물을 배관(41)을 통해 상향으로 펌핑할 수 있다. 분리된 메탄은 환형부(47)를 통해 상향으로 상승할 것이다. 결과적으로, 메탄은 환형부(47), WCP 주 보어(17), EDP 주 보어(27) 및 라이저 스트링(35)을 통해 표면 유동 트리(37) 쪽으로 운반된다. 물은 배관(41), WCP 환형 보어(19), EDP 환형 보어(31) 및 환형 호스(39)를 통해 표면 설치물 쪽으로 운반된다. ESP(45)는 전형적으로 배관 스트링(41)의 수십 미터를 구성할 수 있다.
메탄 수화물 형성물(7)의 위치에서, 천공된 파이프(8)가 유정(5)에 배열된다. 천공된 파이프(8)는, 물 및 메탄이 이를 통해 통과하여 형성물(7)로부터 유정 보어로 들어가도록 하면서 유정(5)의 무결성을 유지한다.
도 2, 및 도 4 내지 도 9는 메탄 수화물 형성물(7) 및 표면 설치물 사이에 연장되는 해양 메탄 수화물 제조 조립체(1)를 제공하는 방법의 도식도이다. 먼저 도 2를 참조하면, 이는 본원에서 부동 설치물, 예컨대 문 풀을 갖는 선박의 형태인 표면 설치물(49)을 도식적으로 도시한다. 얕은 물에서는, 해저지반 상에 직립하는(standing) 설치물이 대신 사용될 수 있다.
표면 설치물(49)은 상부 데크(51) 및 저부 데크(53)를 갖는다. 이러한 구현예에서, 상부 데크는 드릴 플로어(51)이고, 저부 데크는 문 풀 데크(53)이다. 다른 적용가능한 표면 설치물은 다른 유형의 상부 및 저부 데크를 가질 수 있다.
도 2에 도시된 상황에서, 배관(41)은 드릴 플로어(51)에, 배관(41)의 저부 단부 위에 약간의 거리를 두고 ESP(45)를 포함하도록 구성되었다. 이러한 상황에서, 배관(41)은 드릴 플로어(51)로부터 문 풀 데크(53)를 통해 그리고 해수 내로 예를 들어 약 300 미터 하향으로 걸린다. 배관(41)은 파이프 행-오프(hang-off) 배열부(43)에 의해 드릴 플로어(51)에 지지된다. 저부 데크 또는 문 풀 데크(53) 상에서, EDP(25)는 유정 제어 패키지 스키드 (WCP 스키드)(55) 상에 놓여지면서(resting) WCP(15)의 상단 상에 설치된다. WCP 스키드(55)는 제1 카트(57) 상에서 지지된다. 제1 카트(57)는 전형적으로 BOP 카트 (폭발 방지기(blowout preventer) 카트)일 수 있다.
문 풀 데크(53) 상에 제2 카트(59)가 또한 존재한다. 제2 카트(59)는 설치 스키드(61)를 지지한다.
도 3은 투시도로 설치 스키드(61)를 도시한다. 이는 기초 프레임(63)을 갖는다. 4개의 지지 포스트(65)가 기초 프레임(63)으로부터 상향으로 연장된다. 지지 포스트(65)는 지지 플랫폼(67)을 구비한다. 설치 스키드(61)는 하기에 추가로 논의될 바와 같이, WCP(15)를 수용하며 지지하도록 적합화된다. 이러한 위치에서, WCP(15)는 지지 플랫폼(67) 상에서 지지된다. 설치 스키드(61) 상에 랜딩될 때, 지지 플랫폼(67)의 상승이 조정될 수 있으며, 이에 의해 WCP(15)의 상승이 조정될 수 있다. 지지 플랫폼(67)의 상승은 상승 배열부(68)에 의해 조정된다. 일 구현예에서, 상승 배열부(68)는 각각의 지지 포스트(65) 내에 배열된 유압 피스톤을 포함할 수 있다. 이러한 상승 배열부(68)를 사용하여, 조작자는 설치 스키드(61) 상에 지지된 채로 WCP(15)의 수직 위치를 조정할 수 있다.
기초 프레임(63)은 개방 슬롯(slot)(69)을 포함한다. 개방 슬롯(69)은 기초 프레임(63)의 일측으로부터 측방으로 접근가능하다. 또한, C-플레이트(71)는 개방 슬롯(69) 내에 배열되며, 배관(41)의 중량을 수용하고 이를 전달하도록(carry) 적합화된다. 배관(41)은 개방 슬롯(69)에 들어갈 수 있고, 개방 슬롯(69) 내로 이동함으로써 측방으로 C-플레이트(71)에 들어갈 수 있다. 바람직하게는, C-플레이트(71)는 개방 슬롯(69)에 해제가능하게 고정될 수 있는 개별 부분이다. 따라서, 조작자는 배관(41)의 치수에 맞는 C-플레이트(71)를 선택할 수 있다. 통상의 기술자가 알 바와 같이, 제2 카트(59)는 또한 개방 슬롯 또는 공극 (미도시됨)을 사용하여, 배관(41)을 수용할 수 있어야 한다.
도 4에 도시된 상황에서, 설치 스키드(61)는 제2 카트(59)와 함께 이동되어, 배관(41)이 개방 슬롯(69) 및 C-플레이트(71) 내에 위치되도록 한다. 그러나 여전히 배관은 드릴 플로어(51)로부터 지지된다.
도 5에서, 배관(41)의 상부 단부에 배열된 행 오프 숄더(hang off shoulder)(73)가 설치 스키드(61) 내 C-플레이트(71)에 떨어지도록 배관(41)이 낮춰진다. C-플레이트(71)는, 배관(41)의 중량 힘을 C-플레이트(71)를 통해 설치 스키드(61)로 전달하는 배관(41)의 행 오프 숄더와 맞물리는 수용 프로파일을 갖는다. 배관(41)의 낮춰짐은 전형적으로 드릴 플로어(51) 위에서 데릭 윈치 (미도시됨)를 사용하여 수행된다.
여전히 도 5를 참조하면, 제2 카트(59)는, 설치 스키드(61)가 그로부터 하향으로 걸려 있는 배관(41)과 함께 드릴 플로어(51)의 유정 중앙 바로 아래의 위치로부터 제거되도록 이동된다. 이는, WCP 스키드(59) 상에서 지지되는 WCP(15) 및 EDP(25)를 문 풀 (또는 저부 데크(53)) (즉, 드릴 플로어(51)의 유정 중앙의 바로 아래)의 유정 중앙 내로 이동하는 것을 가능하게 한다. 이러한 이동은 제1 카트(57)를 이동시킴으로써 수행된다.
배관(41)이 설치 스키드(61)에 랜딩된 후, 조작자는 라이저 스트링(35)을 데릭에서, 즉 드릴 플로어(51)에 구축(building)하는 것을 시작할 수 있다. 도 5는 드릴 플로어(51) 위의 3개의 라이저 연결부를 도시하며, 이 중 최저부는 응력 연결부이고, 나머지 2개는 표준 라이저 연결부이다.
이제 도 6을 참조하면, 특정 길이의 라이저 연결부를 구축한 후, 라이저(35)의 저부 단부 (즉, 응력 연결부)는, WCP 스키드(55) 상에서 지지되는 EDP(25)에 연결된다. 연결 후, WCP(15) 및 EDP(25)는 WCP 스키드(55)로부터 들어 올려지고, WCP 스키드(55)는 제1 카트를 유정 중앙으로부터 벗어나도록 이동시킴으로써 제거된다.
도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 설치 스키드(61)는 WCP(15) 및 EDP(25) 아래의 유정 중앙 내로 이동되며, 이는 이제 라이저(35)에 현수된다. 이어서, WCP(15) 및 EDP(25)는 설치 스키드(61)에 떨어진 배관(41)의 상부 단부 쪽으로 낮춰질 수 있다. 도 8은 WCP(15)가 배관(41)의 상부 단부에 연결된 상황을 도시한다. 유리하게는, 연결은 WCP(15)의 저부 단부에서의 펍 연결부(pup joint)(77)를 배관(41)의 상부 단부에서의 커넥터(79)에 고정시킴으로써 이루어진다 (도 11 내지 도 13 참조).
연결이 이루어진 후, 배관(41), WCP(15), EDP(25) 및 라이저 스트링(35)의 저부 부분을 포함하는 전체 스트링은 도 9에 도시되어 있는 바와 같이 설치 스키드(61)로부터 들어 올려질 수 있다. 설치 스키드(61)는 제2 카트(59)와 함께, 드릴 플로어(51) 아래의 유정 중앙 내 그의 위치로부터 제거된다. 이어서, 라이저 연결부를 연결함으로써 라이저 스트링(35)이 구축되면서 조립체는 해수 내로 낮춰질 수 있다.
도 8 및 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 환형 호스(39)는 EDP(25)에 연결된다. 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 스트링이 해수 내로 낮춰질 때, 환형 호스(39)는 라이저 스트링(35)에 클램핑되고, 릴(reel)(75)로부터 풀어진다(reeled out).
배관(41)의 저부 단부가 유정(5)의 상부 단부에 도달할 때, 유정은 개방되고, 물로 채워진다. 따라서, 배관(41)의 저부 단부가 유정, 즉 유정 정두(13) 내로 삽입되는 것을 보장한 후, 조작자는 WCP(15)가 유정 정두(13) 상에 랜딩할 때까지 지속적으로 스트링을 낮춘다. 전형적으로, 원격 조정 장비 (ROV; remotely operated vehicle)를 사용하여 모니터링하고 배관을 유정 정두(13) 내로 인도할 수 있다.
WCP(15)가 유정 정두(13) 상에 랜딩되었을 때, 이는 유정 정두(13)에 체결되며, 배관 환형부(47) 및 WCP 주 보어(17) 사이의 획정된 유체 경로를 이루기 위해 밀봉부(seals)가 활성화된다. 이러한 상황은 도 1에 도식적으로 도시되어 있다. 제조를 시작하기 전에, 물이 환형부(47)로부터 제거된다. 이는 전형적으로 질소를 라이저를 통해 배관(41) 안과 밖으로 주입함으로써 수행된다. 이어서, 물은 환형 호스(39)를 통해 외부로 운반된다. 환형부를 질소로 플러싱(flushing)한 후, EDP(25)의 작동에 의해 제조가 시작될 수 있다.
도 10 및 도 11은 WCP(15), 설치 스키드(61) 및 제2 카트(59) (도 11)를 도시한다.
WCP(15)의 저부 부분을 형성하는 펍 연결부(77)는 배관(41)의 상부 단부, 즉 행 오프 숄더(73) 바로 위의 커넥터(79)로 바로 들어간다. 행 오프 숄더(73)는 C-플레이트(71)의 수용 프로파일 상에 놓여진다.
주목할 만하게는, 펍 연결부(77)는 유정 제어 패키지(15)의 환형 보어(19)에 연결된다. 환형 호스(39)는 비상 연결해제 패키지(25)의 환형 보어(31)에 연결된다.
도 12 및 도 13은 도 1에 도시되어 있는 라이저(35)와 같은 라이저의 스트링이 사용되지 않는 본 발명의 구현예를 도시한다. 대신에, 비상 연결해제 패키지(25), 유정 제어 패키지(15) 및 배관(41)의 조립체가 랜딩 와이어 (미도시됨) 상에 낮춰진다. 랜딩 와이어는 표면 설치물(49) 상의 크레인(crane)에 연결될 수 있다.
도 12에 도시되어 있는 구현예에서, 환형 호스(39)는, WCP(15)의 환형 보어(19)에 또한 연통되는 EDP(25)의 환형 보어(31)에 연결된다. WCP(15)의 환형 보어(19)는 또한 배관(41)에 연결된다. 이는 상기 논의된 도 1에 도시된 구현예와 비교된다. 도 1에서와 같이 EDP(25)의 주 보어(27)에 연결된 라이저(35)를 갖는 대신에, 가요성 움빌리컬(135)이 이러한 주 보어(27)에 연결된다. 따라서, 2개의 가요성 도관이 EDP(25) 및 표면 설치물(49), 즉 환형 호스(39) 및 가요성 움빌리컬(135) 사이에 연장된다. 메탄은 가요성 움빌리컬(135)를 통해 운반되며, 물은 가요성 호스(39)를 통해 운반된다.
가요성 움빌리컬(135)의 안정성을 보장하기 위해, 이는 표면 설치물(49) 및 EDP(25) 사이에 연장되는 포드(pod) 와이어(137)에 클램핑된다.
도 13에 도시되어 있는 구현예는 도 12에 도시되어 있는 구현예와 유사하다. 그러나, 도 13에 도시되어 있는 구현예에서는, 가요성 움빌리컬(135)가 포드 와이어에 클램핑되지 않는다. 그 대신에, 이는 움빌리컬 종결 헤드(160)로 하향으로 연장된다. 점퍼(161)가 움빌리컬 종결 헤드(160)를 EDP(25)에 연결한다.
도 14는 메탄 수화물 형성물(7)로 하향으로 연장되는 해저 유정(5)에 배관(41)을 랜딩하는 방법을 도시한다. 상기 방법은, 배관(41), 그로부터 배관(41)이 현수되는 유정 제어 패키지(15) 및 비상 연결해제 패키지(25)를 포함하는 스택을, 데릭(54)에 설치된 데릭 윈치(52)에 의해 랜딩 와이어(50) 상에 랜딩하는 단계를 포함한다. 데릭 윈치 대신에, 다른 구현예는 크레인을 포함할 수 있다. 또한, 표면 설치물(49)은 도 14에 도시되어 있는 것 이외의 다른 유형, 예컨대 선박 또는 해저지반 상에 직립하는 설치물일 수 있다. 도 14에 도시되어 있는 바와 같이, 도시된 스테이지에서 유정(5) 및 주위 해수 사이에 사주(barrier)가 존재하지 않는다. 랜딩 후, WCP(15)는 유정 정두(13)와 함께 밀봉되며, 이에 의해 유정(5)을 밀봉한다.
도 15는 표면 유동 트리(37)의 유리한 위치결정을 도시한다. 이러한 구현예에서, 표면 유동 트리(37)는 드릴 플로어(51) 아래로 배열된다. 랜딩 연결부(38)가 드릴 플로어(51)를 통해 연장된다. 또한 인장 링(tension ring)(40) 및 스위블(swivel)(42)이 도시되어 있다.

Claims (22)

  1. 해양 메탄 수화물 제조 조립체(1)로서,
    - 해저지반(seabed)(3) 아래의 메탄 수화물 형성물(7)로 하향으로 연장되는 해저 유정(well)(5) 내로 연장되는 배관(41);
    - 상기 배관(41)에 배열된 수중 펌프(45);
    - 표면 설치물(49)로부터 하향으로 연장되는 메탄 도관(35, 135);
    - 상기 해저 유정(5)의 상부 단부에 위치된 유정 정두(wellhead)(13) 상에 랜딩된 유정 제어 패키지(15);
    - 상기 메탄 도관(35, 135) 및 상기 유정 제어 패키지(15) 사이에 배열된 비상 연결해제 패키지(emergency disconnection package)(25)
    를 포함하며;
    상기 배관(41)이 상기 유정 제어 패키지(15)로부터 현수되는(suspended) 것을 특징으로 하는, 해양 메탄 수화물 제조 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 메탄 도관이 강성 라이저 스트링(riser string)(35)인 것을 특징으로 하는 해양 메탄 수화물 제조 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 메탄 도관이 가요성 움빌리컬(umbilical)(135)인 것을 특징으로 하는 해양 메탄 수화물 제조 조립체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 유동 트리(surface flow tree)(37)가 상기 메탄 도관(35, 135)의 상부 단부 상에 배열되고, 상기 표면 유동 트리(37)가 드릴 플로어(drill floor)(51) 아래에 위치되는 것을 특징으로 하는 해양 메탄 수화물 제조 조립체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 가요성 호스(hose)(39)가 표면(33)으로부터 상기 비상 연결해제 패키지(25)의 환형 보어(bore)(31)로 하향으로 연장되며, 상기 비상 연결해제 패키지(25)의 환형 보어(31)가 상기 유정 제어 패키지(15)의 환형 보어(19)와 연통되고, 상기 유정 제어 패키지(15)의 환형 보어(19)가 상기 배관(41)과 연통되는 것을 특징으로 하는 해양 메탄 수화물 제조 조립체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 유정 제어 패키지 주 보어 (17)가 상기 배관(41)의 전체 길이를 따라 상기 배관(41) 외측의 환형부(47)와 직접 유체 연통되는 것을 특징으로 하는 해양 메탄 수화물 제조 조립체.
  7. 제2항에 있어서, 상기 유정 제어 패키지(15)가 상기 강성 라이저 스트링(35)과 유체 연통되는 유정 제어 패키지 주 보어(17), 및 환형 호스(39)와 유체 연통되는 유정 제어 패키지 환형 보어(19)를 포함하며, 상기 배관(41)이 상기 유정 제어 패키지 환형 보어(19)에 연결되는 것을 특징으로 하는 해양 메탄 수화물 제조 조립체.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유정 제어 패키지 환형 보어(19)가 상기 배관(41)의 전체 길이를 따라 상기 배관(41) 외측의 환형부(47)와 직접 유체 연통되는 것을 특징으로 하는 해양 메탄 수화물 제조 조립체.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배관(41)이 커넥터(79)에 의해 유정 제어 패키지(15)의 일부분에 연결되는 것을 특징으로 하는 해양 메탄 수화물 제조 조립체.
  10. 해저 메탄 수화물 형성물(7) 및 표면 설치물(49) 사이에 연장되는 메탄 수화물 제조 스트링을 제공하는 방법으로서, 천공정(drilled well)(5)이 상기 메탄 수화물 형성물(7) 및 해저지반(3) 사이에 연장되며, 상기 방법이
    a) 배관 파이프 세그먼트들을 배관 스트링(41)으로 연결하고, 수중 펌프(45)를 상기 배관 스트링(41)의 일부분으로서 배열하는 단계;
    b) 상기 배관 스트링(41)을 상기 표면 설치물(49)로부터 현수시키는 단계;
    c) 유정 제어 패키지(15) 위에 배열된 비상 연결해제 패키지(25)에 랜딩 스트링(35)의 저부 단부를 연결하는 단계;
    d) 상기 배관 스트링(41)은 상기 표면 설치물(49)로부터 현수된 채로 상기 배관 스트링(41)의 상단 상에 상기 유정 제어 패키지(15)를 랜딩 및 연결하는 단계;
    e) 상기 랜딩 스트링(35) 상에서, 상기 유정 제어 패키지가 유정(5)의 상단 상의 유정 정두(13) 상에 랜딩할 때까지 상기 배관 스트링(41)을 상기 유정(5) 내로 낮추는 단계를 포함하며;
    단계 e)가 상기 배관 스트링(41)을 개수면(open water)에 낮추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서, 단계 e)에서 상기 배관 스트링(41)을 낮추는 데 사용되는 상기 랜딩 스트링(35)이, 상기 배관 스트링(41)이 상기 유정(5)에 설치되는 경우 상기 메탄 수화물 제조 스트링의 일부분으로서 유지되는 라이저 스트링(35)인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제10항에 있어서, 단계 e)에서 상기 배관 스트링(41)을 낮추는 데 사용되는 상기 랜딩 스트링이 랜딩 와이어인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    단계 c)가 상기 라이저 스트링(35)의 저부 단부를 비상 연결해제 패키지 주 보어(27)에 연결하는 단계를 포함하고;
    단계 d)가 상기 배관 스트링(41)을 유정 제어 패키지 환형 보어(19)에 연결하는 단계를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 방법.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 b)가
    i) 저부 데크(deck)(53)에서의 설치 스키드(skid)(61)에 상기 배관 스트링(41)을 현수시키는 단계를 포함하고;
    단계 c)가
    ii) 상부 데크(51)에서의 라이저 연결부(joint)들을 연결하거나 또는 랜딩 와이어를 준비하는 단계;
    iii) 상기 상부 데크(51) 아래의 유정 중앙 위치로부터 밖으로 상기 설치 스키드(61)를 이동시키는 단계;
    iv) 상기 유정 제어 패키지(15) 및 상기 비상 연결해제 패키지(25)를 포함하는 스택(stack)을 상기 상부 데크(51) 아래의 상기 유정 중앙 위치 내로 이동시키는 단계;
    v) 상기 랜딩 스트링(35)을 상기 비상 연결해제 패키지(25)에 연결하고, 상기 스택을 상기 랜딩 스트링(35) 상에 현수시키는 단계를 포함하고;
    단계 d)가
    vi) 상기 설치 스키드(61)를 다시 상기 유정 중앙 위치 내로 이동시키는 단계;
    vii) 상기 스택을 상기 설치 스키드(61) 상으로 랜딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 단계 d)가 하기 단계 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
    viii) 상기 설치 스키드(61) 상의 상승 배열부(arrangement)(68)에 의해, 상기 유정 제어 패키지(15)의 저부 부분(77)을 상기 배관 스트링(41) 상의 커넥터(79)와 맞물리게 하는 단계; 또는
    ix) 데릭(derrick) 윈치(winch)에 의해, 상기 유정 제어 패키지(15)를 상기 랜딩 스트링(35) 상에 현수된 채로 상기 배관 스트링(41) 상의 커넥터(79) 상으로 낮추는 단계.
  16. 표면 설치물(49) 및 메탄 수화물 형성물(7) 사이에 메탄 수화물 제조 조립체를 제공하는 방법으로서, 해저 유정(5)이 상기 메탄 수화물 형성물(7)로 하향으로 연장되고, 배관(41) 및 라이저 스트링(35)을 하나의 단일 흐름(run)으로 흐르게 하는 것(running)을 특징으로 하는 방법.
  17. 메탄 수화물 형성물(7)로 하향으로 연장되는 해저 유정(5)에 배관(41)을 랜딩하는 방법으로서, 상기 배관(41), 상기 배관(41)이 그로부터 현수되는 유정 제어 패키지(15) 및 비상 연결해제 패키지(25)를 포함하는 스택을 윈치(52)에 의해 랜딩 와이어(50) 상에 랜딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 기재 구조체(63)를 갖는 설치 스키드(61)로서,
    - 상기 기재 구조체(63)가 절개부(cutout)(69)를 포함하고;
    - C-플레이트(71)가 상기 절개부(69)에 배열되는 것
    을 특징으로 하는 설치 스키드(61).
  19. 제18항에 있어서, 상기 C-플레이트(71)가 상기 절개부(69)에서 제거가능하게 지지되도록 적합화되는 것을 특징으로 하는 설치 스키드(61).
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 지지 플랫폼(67)을 갖는 지지 포스트(post)(65)를 포함하며, 상기 지지 플랫폼이 상이한 수직 위치에서 상기 지지 포스트(65)에 고정되도록 적합화되는 것을 특징으로 하는 설치 스키드(61).
  21. 제20항에 있어서, 상기 지지 플랫폼(67)이 유압 피스톤에 기능적으로 연결되며, 이에 의해 상기 지지 플랫폼(67)의 수직 상승이 조정가능한 것을 특징으로 하는 설치 스키드(61).
  22. 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 설치 스키드(61)가 드릴 플로어(51) 아래로 표면 설치물(49)의 문 풀(moon pool) 데크(53) 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 설치 스키드(61).
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