KR20190030354A - 거리 측정 장치 - Google Patents

Abstract

거리 측정 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치는 드릴 플로어 하부에 위치하여 호이스팅 되는 측정 대상물에 레이저를 조사하고 상기 측정 대상물로부터 반사된 상기 레이저를 센싱하여 측정 대상물까지의 거리를 산출하는 레이저 모듈, 사람이나 장비의 간섭으로부터 상기 레이저 모듈을 보호하며 상기 레이저 모듈을 고정하는 고정부 및 상기 고정부에 연결되어 상기 측정 대상물의 수평 방향 변위에 대응하여 상기 레이저 모듈을 함께 이동시키는 이동부를 포함한다.

Description

거리 측정 장치{Distance Measuring Apparatus}

본 발명은 거리 측정 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연속 시추 호이스팅 되는 측정 대상물의 거리를 보다 정확하게 측정할 수 있는 거리 측정 장치에 관한 기술이다.

해양 유정 및 가스정에서 석유자원을 채취하기 위한 시추선의 경우, 시추선에 탑재된 여러 종류의 드릴파이프를 상황에 맞게 연결하여 드릴스트링을 구축하고, 이를 이용해 굴진함으로써 해저면의 시추공을 형성시키게 된다.

특히 기존 시추선에서 드릴스트링을 내리거나 올리는 트리핑(트리핑) 공정은 탑드라이브(Topdrive)라 불리는 장치를 통해 단위 파이프를 들어 올리고, 기 형성된 드릴스트링과 중심축과 높이를 맞춘 후 통(Tong)이라 불리는 루프넥장치가 탑드라이브에 매달린 파이프를 회전시켜 연결하는 방식으로 진행된다.

따라서 트리핑 공정은 파이프가 정지 후 연결 또는 분해되는 과정이 반복되는 불연속 공정이 되어, 전체 시추 공정의 속도를 늦추는 주요 요인이 되는 문제가 있다.

시추에 있어서, 시추 시간은 비용과 직결된다. 트리핑을 단축하기 위해서 연속 트리핑 시스템이 개발되었으며, 이 트리핑 공정은 시추 주요 공정으로 연속적으로 수행할 경우 2배 트리핑 속도 향상되어 최대 10% 정도의 운영 시간을 절감할 수 있다. 연속 트리핑은 정지하지 않고 파이프를 결합하며 내리거나 분해하며 올릴 수 있기 때문에 평균 트리핑 속도를 높일 수 있다. 이외에도 유정의 안정도를 높이고 전력 소모를 줄인다는 장점이 있다.

불연속 트리핑일 경우 권상을 하는데 시간을 줄이기 위해서 권상 시스템이 가지고 있는 최대 속도로 권상을 해야 작업 시간 감소가 가능하다. 이 경우 현재 기술로는 1.5m/s 정도의 권상 최고 속도를 이용하여 최대 0.38m/s 트리핑 속도가 실현 가능하다.

연속 트리핑을 실현하기 위해서는 위의 단락에서 언급한 속도를 유지하면서, Pipe를 체결해야 된다. 이를 위해서는 정해진 위치와 속도와 시간에 Pipe를 체결 해야 된다. 이를 위해 위치를 정확히 측정해서 제어하는 문제가 있다. 기존의 불연속 트리핑 시스템은 Drawworks의 엔코더 값을 받아 위치를 대략적으로 측정한다. Travelling block이 Wire로 구성 되어있기 때문에, Wire의 변형 및 진동에 따라 엔코더 값에 의한 Travelling block의 위치는 부정확한 측면이 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다음과 같다.

첫째, 본 발명은 연속 시추 호이스팅 되는 측정 대상물의 거리를 보다 정확하게 측정할 수 있는 거리 측정 장치를 제공하고자 한다.

둘째, 본 발명은 측정 대상물의 수평 방향 변위에 따라 레이저 모듈도 함께 이동하여 보다 정확한 측정 값을 얻을 수 있는 거리 측정 장치를 제공하고자 한다.

셋째, 본 발명은 보다 정확한 측정 값을 얻기 위하여 측정 대상물과 레이저 모듈의 수평을 유지할 수 있는 거리 측정 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치는 레이저 모듈, 고정부 및 이동부를 포함한다.

상기 레이저 모듈은 드릴 플로어 하부에 위치하여 호이스팅 되는 측정 대상물에 레이저를 조사하고, 상기 측정 대상물로부터 반사된 상기 레이저를 센싱하여 측정 대상물까지의 거리를 산출한다.

상기 고정부는 사람이나 장비의 간섭으로부터 상기 레이저 모듈을 보호하며, 상기 레이저 모듈을 고정한다.

상기 이동부는 상기 고정부에 연결되어 상기 측정 대상물의 수평 방향 변위에 대응하여 상기 레이저 모듈을 함께 이동시킨다.

상기 고정부는 상기 레이저 모듈 상부에 마련되어 상기 레이저 모듈을 이물질로부터 보호하는 커버를 포함하며, 상기 커버는 상기 레이저가 반사되지 않는 투명한 재질로 형성될 수 있다.

상기 측정 대상물에는 상기 레이저의 반사율을 향상시키기 위한 반사 유닛이 마련될 수 있다.

상기 측정 대상물에는 제 1 수평계가 설치되고, 상기 레이저 모듈 또는 상기 고정부에는 제 2 수평계가 설치되며, 상기 제 1 수평계와 상기 제 2 수평계의 값이 일치하도록 하여 상기 레이저 모듈의 측정값의 정확도를 향상시킬 수 있다.

이를 위하여, 상기 제 1 수평계의 값에 따라, 상기 제 2 수평계의 값이 상기 제 1 수평계와 동일해지도록 상기 레이저 모듈을 회전 및 이동시킬 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 효과에 대하여 설명하면 다음과 같다.

첫째, 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치에 의하면 드릴 플로어의 하부에 레이저를 발광 및 수광하는 레이저 모듈을 두어 측정 대상물까지 레이저를 조사하고, 측정 대상물로부터 반사되는 레이저를 수광하여 측정 대상물까지의 거리를 정확하게 측정할 수 있다.

둘째, 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치에 의하면 이동부를 이용하여 측정 대상물의 수평 방향 변위에 따라 레이저 모듈을 이동시켜 측정 대상물까지의 거리를 정확하게 측정할 수 있다.

셋째, 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치에 의하면 측정 대상물 및 레이저 모듈에 각각 제 1 수평계 및 제 2 수평계를 설치하고, 제 2 수평계의 값이 상시 제 1 수평계의 값과 같도록 레이저 모듈을 회전 및 이동시킴으로써 측정 대상물까지의 거리를 정확하게 측정할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

아래에서 설명하는 본 출원의 바람직한 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 도면에는 바람직한 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 출원은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 측정 대상물 및 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치가 설치되는 개략적인 모습을 나타내는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치를 나타내는 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치의 반사 유닛 및 제 1 수평계가 측정 대상물에 설치된 모습을 나타내는 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치가 측정 대상물까지의 거리를 측정하는 모습을 나타내는 도면;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치가 수평 방향 변위가 발생한 측정 대상물까지의 거리를 측정하는 모습을 나타내는 도면; 및
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치의 제 1 수평계 및 제 2 수평계를 나타내는 도면이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.

그리고, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 동일 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일 명칭 및 동일부호를 사용할 뿐 실질적으론 종래기술의 구성요소와 완전히 동일하지 않음을 미리 밝힌다.

또한, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치를 설명하기에 앞서 연속 트리핑 시스템에 대하여 간단히 설명하면, 연속 트리핑은 정지하지 않고 파이프를 결합하며 내리거나 분해하며 올려 평균 트리핑 속도를 빠르게 할 수 있는 시스템이다. 시추에 있어서, 시추 시간은 비용과 직결되는데, 이 트리핑 공정은 시추 주요 공정으로 연속적으로 수행할 경우 트리핑 속도가 두 배로 향상되어 최대 10% 정도의 운영 시간을 절감할 수 있다. 이외에도 유정의 안정도를 높이고 전력 소모를 줄인다는 장점이 있다. 불연속 트리핑일 경우 권상을 하는데 시간을 줄이기 위해서 권상 시스템이 가지고 있는 최대 속도로 권상을 해야 작업 시간 감소가 가능하다.

연속 트리핑을 실현하기 위해서는 위의 단락에서 언급한 속도를 유지하면서, Pipe를 체결해야 된다. 이를 위해서는 정해진 위치와 속도와 시간에 Pipe를 체결 해야 된다. 이를 위해 위치를 정확히 측정해서 제어하는 문제가 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치는 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 다른 거리 측정 장치에 대하여 설명한다.

도 1은 측정 대상물 및 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치가 설치되는 개략적인 모습을 나타내는 도면이다.

본 발명은 Travelling block 만 이동하는 기존의 연속 트리핑 시스템과 달리, 도 1에 도시된 바와 같이 Traveling block, Hydra-Tong, Top Drive을 포함하는 네 개의 모듈, 즉 측정 대상물(20)을 호이스팅 하는 연속 시추 시스템에 적용되어 결합 또는 드릴링의 제어를 위해 정밀하게 측정 대상물(20)의 위치를 측정하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치는 레이저 모듈(100), 고정부(110, 130) 및 이동부(140)를 포함한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치를 나타내는 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 레이저 모듈(100)은 드릴 플로어(30)의 하부에 위치한다. 그리고, 레이저 모듈(100)은 호이스팅 되는 측정 대상물(20)에 레이저를 조사하고, 측정 대상물(20)로부터 반사된 상기 레이저를 센싱하여 측정 대상물(20)까지의 거리를 산출한다. 이를 위하여, 도면에 도시되지는 않았지만 레이저 모듈(100)은 레이저를 조사하는 발광부(미도시), 레이저를 감지하는 수광부(미도시), 레이저를 조사한 시점으로부터 레이저가 다시 감지된 시점까지의 시간을 바탕으로 측정 대상물(20)까지의 거리를 산출하는 산출부(미도시)를 포함할 수 있다. 그리고, 산출부는 외부의 제어부와 연결되어 산출된 거리를 외부로 출력할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 고정부(110, 130)는 사람이나 장비의 간섭으로부터 상기 레이저 모듈(100)을 보호하며, 레이저 모듈(100)을 고정한다. 레이저 모듈(100)은 미세한 위치 이동도 측정값에 큰 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 고정부(110, 130)는 드릴 플로어(30) 또는 측정 대상물(20)의 상하 방향 이동을 안내하는 가이드 레일(10)에 레이저 모듈(100)을 견고하게 고정하여 사람이나 장비로부터 오는 충격이나 진동에 의해 레이저 모듈(100)의 위치가 변하는 것을 방지할 수 있다. 이를 위하여, 고정부(110, 130)는 레이저 모듈(100)의 외측면과 밀착되어 레이저 모듈(100)을 감싸는 하우징(110)과, 하우징(110)을 드릴 플로어(30)에 고정하는 프레임(130)을 포함할 수 있다.

또한, 고정부(110, 130)는 레이저 모듈(100)의 상부에 마련되어 레이저 모듈(100)을 이물질로부터 보호하는 커버(120)를 포함할 수 있다. 커버(120)는 레이저가 반사되지 않는 투명한 재질로 형성되어, 레이저 모듈(100)이 측정 대상물(20)까지 레이저를 조사하고, 측정 대상물(20)에서 반사된 레이저를 감지하는 데 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 이를 위하여, 커버(120)의 재질로는 굴절률이 매우 작은 재질이 적용될 수 있다.

이동부(140)는 레이저 센서를 이동시키는 것으로서, 이동부(140)에 대해서는 도면과 함께 상세하게 후술한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치의 반사 유닛 및 제 1 수평계가 측정 대상물에 설치된 모습을 나타내는 도면이다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 측정 대상물(20)에는 레이저의 반사율을 향상시키기 위한 반사 유닛(200)이 마련될 수 있다. 반사 유닛(200)은 측정 대상물(20)에 마련되되, 레이저 광이 도달하는 정확한 위치에 마련되어야 한다. 본 실시예에서 반사 유닛(200)으로는 반사율이 높은 프리즘이 적용될 수 있다. 이와 같이, 측정 대상물(20)에 반사 유닛(200)이 마련됨으로써 레이저 모듈(100)에서의 레이저 검출율을 향상시킬 수 있다. 본 실시예에서는 반사 유닛(200)으로 프리즘이 적용되는 것을 예로 들어 설명하였으나, 반사 유닛(200)으로는 거울이나 금속 등 레이저의 반사율을 높일 수 있는 것이라면 어떤 것이든 적용 가능하다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치가 측정 대상물까지의 거리를 측정하는 모습을 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치가 수평 방향 변위가 발생한 측정 대상물까지의 거리를 측정하는 모습을 나타내는 도면이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 이동부(140)는 드릴 플로어(30) 또는 가이드 레일(10)과 고정부(110, 130) 사이에 배치되어 측정 대상물(20)의 수평 방향 변위에 대응하여 레이저 모듈(100)을 함께 이동시킨다.

측정 대상물(20)인 Traveling block, Hydra-tong, Top-drive 등은 사용용도에 따라 수평이동부(40)에 의해 수평 방향으로 이동이 가능하며, 레이저 모듈(100)으로부터 조사된 레이저 광은 항상 측정 대상물(20)의 반사 유닛(200)에 정확하게 도달해야만 측정 대상물(20)의 정확한 거리 측정이 가능하다. 다시 말하면, 측정 대상물(20)과 레이저 모듈(100)의 정렬이 맞지 않으면 레이저 모듈(100)에서 조사된 레이저가 반사 유닛(200)에 정확히 도달할 수 없으며, 레이저가 반사 유닛(200)에 정확히 도달하지 않으면 레이저의 반사율이 떨어지거나 반사가 되지 않아 레이저 모듈(100)에서 레이저의 검출이 어렵다. 즉, 정확한 측정값을 얻을 수 없다.

따라서, 정확한 측정값을 얻기 위해서는 측정 대상물(20)의 수평 방향 변위에 대응하여 레이저 모듈(100)을 이동시켜 측정 대상물(20)과 레이저 모듈(100)의 정렬을 맞추어야 한다. 예를 들어, 측정 대상물(20)이 기준 위치에서 수평 방향으로 10cm만큼 이동하였다면, 이동부(140)는 고정부(110, 130)를 수평 방향으로 10cm만큼 이동시킬 수 있다. 이동부(140)는 신축 가능한 유압 실린더 또는 모터에 의해 신축되는 구동기를 포함할 수 있다. 그러나, 이동부는 도면에 도시된 것 및 상술하는 것 외에도 레이저 모듈(100)을 수평 방향으로 이동시킬 수 있는 것이라면 어떤 것이든 적용 가능하다.

프레임(130)은 드릴 플로어(30)의 내부로 삽입 가능하게 구성되어 이동부(140)의 신축에 따라 드릴플로어(30)의 내부로 삽입되거나, 드릴플로어(30)의 외측으로 돌출될 수 있다.

한편, 측정 대상물(20)에는 제 1 수평계(310)가 설치되고, 레이저 모듈(100) 또는 고정부(110, 130)에는 제 2 수평계(320)가 설치될 수 있다(도 2 내지 도 5 참조). 측정 대상물(20)과 레이저 모듈(100)의 수평이 맞지 않으면 레이저 모듈(100)에서 조사된 레이저가 반사 유닛(200)에 정확히 도달할 수 없으며, 레이저가 반사 유닛(200)에 정확히 도달하지 않으면 레이저의 반사율이 떨어지거나 반사가 되지 않아 레이저 모듈(100)에서 레이저의 검출이 어렵다. 즉, 정확한 측정값을 얻을 수 없다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치의 제 1 수평계 및 제 2 수평계를 나타내는 도면이다.

따라서, 측정 대상물(20)과 레이저 모듈(100)에 각각 제 1 수평계(310) 및 제 2 수평계(320)를 설치하고, 도 6에 도시된 바와 같이 제 1 수평계(310)과 제 2 수평계(320)의 값이 동일하게 함으로써 측정 대상물(20)과 레이저 모듈(100)의 수평을 맞출 수 있다. 보다 상세하게는, 측정 유닛에 설치된 제 1 수평계(310)의 값에 따라 이동부(140)를 통하여 레이저 모듈(100)을 이동 또는 회전시켜 제 2 수평계(320)의 값을 제 1 수평계(310)와 동일하게 조정할 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예의 거리 측정 장치에 의하면, 기존에는 엔코더 값을 기반으로 측정 대상물(20)의 위치를 대략적으로 측정하였다면, 본 실시예에서는 레이저 모듈(100)이 마련되어 연속 시추 호이스팅 하는 측정 대상물(20)까지의 거리를 정확하게 측정할 수 있다.

특히, 본 실시예의 거리 측정 장치는 측정 대상물(20)의 수평 방향 변위 및 회전을 레이저 모듈(100)에 동일하게 적용함으로써 측정값의 정확도를 향상시킬 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

20: 측정 대상물 100: 레이저 모듈
110: 하우징 120: 커버
130: 프레임 140: 이동부
200: 반사 유닛 310: 제 1 수평계
320: 제 2 수평계

Claims (5)

1. 드릴 플로어 하부에 위치하여 호이스팅 되는 측정 대상물에 레이저를 조사하고, 상기 측정 대상물로부터 반사된 상기 레이저를 센싱하여 측정 대상물까지의 거리를 산출하는 레이저 모듈;
   사람이나 장비의 간섭으로부터 상기 레이저 모듈을 보호하며, 상기 레이저 모듈을 고정하는 고정부; 및
   상기 고정부에 연결되어 상기 측정 대상물의 수평 방향 변위에 대응하여 상기 레이저 모듈을 함께 이동시키는 이동부;
   를 포함하는 거리 측정 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 고정부는,
   상기 레이저 모듈 상부에 마련되어 상기 레이저 모듈을 이물질로부터 보호하는 커버를 포함하며, 상기 커버는 상기 레이저가 반사되지 않는 투명한 재질로 형성되는 거리 측정 장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 측정 대상물에는,
   상기 레이저의 반사율을 향상시키기 위한 반사 유닛이 마련되는 거리 측정 장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 측정 대상물에는 제 1 수평계가 설치되고, 상기 레이저 모듈 또는 상기 고정부에는 제 2 수평계가 설치되며, 상기 제 1 수평계와 상기 제 2 수평계의 값이 일치하도록 하여 상기 레이저 모듈의 측정값의 정확도를 향상시키는 거리 측정 장치.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 이동부는,
   상기 제 1 수평계의 값에 따라, 상기 제 2 수평계의 값이 상기 제 1 수평계와 동일해지도록 상기 레이저 모듈을 회전 및 이동시키는 거리 측정 장치.

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