KR20190076950A - 라이저 조인트 시스템, 웰 드릴링 시스템 및 웰 드릴링 시스템을 위한 방법 - Google Patents

라이저 조인트 시스템, 웰 드릴링 시스템 및 웰 드릴링 시스템을 위한 방법 Download PDF

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KR20190076950A
KR20190076950A KR1020197008037A KR20197008037A KR20190076950A KR 20190076950 A KR20190076950 A KR 20190076950A KR 1020197008037 A KR1020197008037 A KR 1020197008037A KR 20197008037 A KR20197008037 A KR 20197008037A KR 20190076950 A KR20190076950 A KR 20190076950A
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Abstract

본 발명은 라이저 조인트 시스템에 관한 것으로서, 상기 라이저 조인트 시스템은: 채널을 형성하는 라이저 조인트 조립체를 포함하며, 상기 라이저 조인트 조립체는 제1 초음파 신호를 전송하여 제1 초음파 데이터를 얻는 제1 초음파 모듈과 제2 초음파 신호를 전송하여 제2 초음파 데이터를 얻는 제2 초음파 모듈을 포함하되, 제1 초음파 신호의 빔 방향은 채널의 축선에 수직이며, 제2 초음파 신호의 빔 방향은 채널의 축선에 비스듬하게 형성되고; 및 제1 초음파 데이터와 제2 초음파 데이터를 수신하여 제1 정보와 제2 정보를 얻기 위한 처리 모듈을 포함한다. 또한, 본 발명은 웰 드릴링 시스템 및 웰 드릴링 시스템을 위한 방법에 관해서도 기술된다.

Description

라이저 조인트 시스템, 웰 드릴링 시스템 및 웰 드릴링 시스템을 위한 방법
본 발명은 일반적으로 라이저 조인트 시스템, 웰 드릴링 시스템 및 웰 드릴링 시스템을 위한 방법에 관한 것이다.
수십 면 동안, 수면 밑에 탄화수소 구조물을 제작하고 설치하기 위한 노력이 수행되어 왔다. 노후된 육상 생산 웰(production well)의 제한된 생산성으로 인해, 해저 웰(subsea well)로부터 탄화수소 회수에 대한 관심이 점점 더 높아져 갔다. 일반적으로, 연안 웰(offshore well)에서의 드릴링을 위해서, 드릴 파이프에 결부된 회전식 드릴 비트가 해저 밑에 웰을 생성하도록 사용된다. 이러한 드릴 파이프는 한 표면 위치, 보통, 연안 플랫폼 또는 시추선으로부터 드릴 비트를 조절할 수 있게 한다. 또한, 라이저가 전개되어, 표면에서 플랫폼을 해저에 있는 웰헤드(wellhead)에 연결된다. 드릴 파이프는 라이저를 통과하여 드릴 비트가 웰로 안내될 수 있게 한다.
웰 드릴링 동안, 드릴 파이프가 표면 플랫폼으로부터 필요 전력을 전달하면 드릴 비트는 회전된다. 한편, 드릴링 유체가 표면 플랫폼으로부터 드릴 파이프를 통해 드릴 비트로 순환되며, 라이저 또는 케이싱과 드릴 파이프 사이의 공간을 통해 표면 플랫폼으로 회수된다. 드릴링 유체는 웰로부터 나오는 유체의 압력과 균형을 맞추기 위해 정수압을 유지하며 공정 동안에 드릴 비트를 냉각시킨다. 또한, 드릴링 유체는 웰 보어를 생성하는 동안 배출되는 재료와 혼합되어 이 재료들을 폐기하기 위해 표면으로 이송한다.
특정 경우 하에서, 구조물로부터 웰로 유입되는 유체의 압력은 드릴링 유체의 압력보다 높을 수 있다. 이에 따라, 원치 않는 유체가 웰 내로 유입될 수 있는데, 이는 당업계에서 "요동(kick)"으로 알려져 있다. 특정 경우 하에서, 이러한 요동을 인해, 장비들이 파손될 수 있으며 웰 운영자 및 환경에 해를 끼칠 가능성이 크다.
웰 운영자는 이렇게 원치 않는 유체의 유입에 대해 매우 주의하여 인지해야 되며 요동을 탐지하기 위하여 드릴링 유체의 유입 및 배출을 지속적으로 모니터링 해야 한다. 하지만, 표면 플랫폼에서 드릴링 유체를 모니터링 하기 위한 통상적인 장치를 사용하는 것이 어려운데, 그 이유는 이러한 통상적인 장치의 부피 및 복잡성 때문이다. 게다가, 유체의 교란(disturbance)이 웰에서 발생되는 순간과 이러한 교란이 해수면에서 탐지될 때 즉 해수면에서 운영자에 의해 요동 경고가 얻어질 때의 순간 사이에는 시간이 상대적으로 오래 걸리며(예컨대, 수 십분), 그에 따라 요동은 이미 발생된 후이다. 따라서, 수십 년 동안, 관련 업계에서는, 요동을 신속하게 탐지하는 것이 목표가 되어 왔다. 또한, 요동 위험이 탐지되면, 드릴 파이프를 전단하기 위하여 폭발방지기(밑에서는, "BOP"로 지칭됨)가 사용될 수 있다. 하지만, 드릴 파이프의 몇몇 부분들은 전단하기가 어려우며 그에 따라 요동을 방지하기 위한 BOP가 실패하게 된다.
따라서, 드릴 파이프의 위치 및 웰로부터 회수되는 유체를 모니터링하기 위한 신규하고 개선된 시스템 및 방법을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
한 양태에서, 본 발명은 라이저 조인트 시스템에 관한 것으로서, 상기 라이저 조인트 시스템은: 채널을 형성하는 라이저 조인트 조립체를 포함하며, 상기 라이저 조인트 조립체는 제1 초음파 신호를 전송하여 제1 초음파 데이터를 얻는 제1 초음파 모듈과 제2 초음파 신호를 전송하여 제2 초음파 데이터를 얻는 제2 초음파 모듈을 포함하되, 제1 초음파 신호의 빔 방향은 채널의 축선(axial line)에 수직이며, 제2 초음파 신호의 빔 방향은 채널의 축선에 비스듬하게 형성되고; 및 제1 초음파 데이터와 제2 초음파 데이터를 수신하여 제1 정보와 제2 정보를 얻기 위한 처리 모듈을 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 웰 드릴링 시스템에 관한 것으로서, 상기 웰 드릴링 시스템은: 라이저; 드릴링 유체를 웰로 안내하기 위한 드릴 파이프; 라이저에 연결된 라이저 조인트 조립체를 포함하되, 상기 라이저 조인트 조립체와 라이저는 드릴 파이프를 수용하고 드릴 파이프와 라이저 조인트 조립체에 의해 형성된 환형 공간(annular space)을 통해 웰로부터 회수되는 유체를 통과시키기 위한 채널을 형성하며, 상기 라이저 조인트 조립체는 제1 초음파 신호를 전송하여 제1 초음파 데이터를 얻는 제1 초음파 모듈과 제2 초음파 신호를 전송하여 제2 초음파 데이터를 얻는 제2 초음파 모듈을 포함하되, 제1 초음파 신호의 빔 방향은 채널의 축선에 수직이며, 제2 초음파 신호의 빔 방향은 채널의 축선에 비스듬하게 형성되고; 및 제1 초음파 데이터와 제2 초음파 데이터를 수신하여 드릴 파이프에 관한 제1 정보와 웰로부터 회수되는 유체에 관한 제2 정보를 얻기 위한 처리 모듈을 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 웰 드릴링 시스템을 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은: 웰 드릴링 시스템의 라이저 조인트 조립체와 드릴 파이프에 의해 형성된 환형 공간에 유체를 통과시키는 단계; 제1 초음파 신호를 전송하여 제1 초음파 데이터를 얻는 단계; 제2 초음파 신호를 전송하여 제2 초음파 데이터를 얻는 단계를 포함하되, 제1 초음파 신호의 빔 방향은 라이저 조인트 조립체의 축선에 수직이며, 제2 초음파 신호의 빔 방향은 라이저 조인트 조립체의 축선에 비스듬하게 형성되고; 및 드릴 파이프에 관한 제1 정보와 제2 초음파 데이터와 제1 초음파 데이터에 따라 유체에 관한 제2 정보를 얻는 단계를 포함한다.
위에 기술된 본 발명의 양태, 특징, 및 이점들과 그 밖의 양태, 특징, 및 이점들은 첨부도면을 참조하여 하기 발명의 상세할 설명에서 보다 자명해 질 것이다:
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 라이저 조인트 시스템의 개략도;
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 라이저 조인트 시스템의 채널을 통과하는 드릴 파이프를 가진 라이저 조인트 시스템의 개략도;
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 라이저 조인트 조립체 주위에 배열된 다수 세트의 트랜스듀서의 개략도;
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 웰 드릴링 시스템의 개략도; 및
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 웰 드릴링 시스템을 위한 방법의 플로차트 다이어그램.
본 발명의 실시예들을 명확하게 기술하기 위하여, 실제 실시예의 모든 특징들이 하나 이상의 특정 실시예들에 기술되는 것은 아니다. 임의의 엔지니어링 또는 디자인 프로젝트에서와 같이, 이러한 임의의 실제 실시예들의 변형예에서, 다수의 실시예들은 한 실시예로부터 또 다른 실시예로 변경될 수 있는, 개발자의 특정 목표, 가령, 시스템-관련 및 비지니스-관련 제한에 상응하도록 제공되어야 한다는 것을 이해해야 한다. 게다가, 이러한 변형은 복잡하며 시간이 많이 소요되지만 통상의 기술자가 본 발명으로부터 디자인, 제작, 및 제조에 있어 반드시 필요한 필수적인 것이라는 것도 이해해야 한다.
그 밖에 달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에 사용되는 기술적인 용어들은 통상의 기술자에게 자명한 것과 같이 동일한 의미를 가진다. 본 명세서에서 사용되는 것과 같이, 용어 "제1", "제2" 등은 임의의 순서, 수량 또는 의미를 나타내는 것이 아니며, 한 요소와 다른 요소를 구분 짓기 위해 사용된다. 또한, 용어 "하나" 및 "하나의"는 수량을 제한하는 것이 아니라, 관련 구성들이 하나 이상 존재한다는 것을 나타내기 위한 것이다. 용어 "또는"은 관련 구성들의 임의의, 몇몇 또는 모두를 포함하고 가리키는 것을 의미한다. 본 명세서에 사용되는 용어 "포함하는" 또는 "구성되는" 및 이들의 변형 용어들은 모두 관련 구성들 및 그에 상응하는 구성 뿐만 아니라 추가적인 구성들을 포함하는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 라이저 조인트 시스템(11)의 개략도이다. 라이저 조인트 시스템(11)은 라이저 조인트 조립체(101)와 처리 모듈(102)을 포함한다.
라이저 조인트 조립체(101)는 채널(14)을 형성하며 제1 초음파 모듈(111)과 제2 초음파 모듈(112)을 포함한다. 제1 초음파 모듈(111)은 채널(14)을 향해 제1 초음파 신호를 전송하여 제1 초음파 데이터를 얻는다. 제2 초음파 모듈(112)은 채널(14)을 향해 제2 초음파 신호를 전송하여 제2 초음파 데이터를 얻는다. 제1 초음파 신호의 빔 방향(301)은 채널(14)의 축선(402)에 수직이며, 제2 초음파 신호의 빔 방향(302)은 채널(14)의 축선(402)에 비스듬하게 형성된다. 본 명세서에서, 용어 "수직"은 "정확하게 수직" 및 "거의 수직"의 의미를 포함하는데, 예컨대, 축선(402)과 빔 방향(301)에 의해 형성된 각도는 70° 내지 110° 사이일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 축선(402)의 반경방향 선(도시되지 않음)과 빔 방향(301)에 의해 형성된 각도는 20° 미만이다. 몇몇 실시예들에서, 축선(402)과 빔 방향(302)에 의해 형성된 각도는 25° 내지 65° 사이일 수도 있다.
초음파 신호의 빔 방향은 초음파 신호가 2개의 매질(medium)의 경계면(interface)을 통과할 때 변경될 수 있다. 상기 실시예에 따른 제1 초음파 신호의 빔 방향(301)은 거의 반사 및 굴절이 없으며 제1 초음파 모듈(111)로부터 직접 나온 제1 초음파 신호의 빔 방향으로서 정의되는데, 예컨대, 제1 초음파 신호의 빔 방향은 두 매질의 경계면을 통과하지 않는다. 몇몇 실시예들에서, 제1 초음파 신호는 제1 초음파 모듈(111)의 트랜스듀서에 의해 전송되며 빔 방향(301)은 트랜스듀서의 방향, 예컨대, 트랜스듀서의 액슬 라인(axle line)의 방향일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 벽(110)에서의 제1 초음파 신호의 빔 방향은 빔 방향(301)의 거의 동일하다. 이와 비슷하게, 상기 실시예에 따른 제2 초음파 신호의 빔 방향(302)도 거의 반사 및 굴절이 없으며 제2 초음파 모듈(112)로부터 직접 나온 제2 초음파 신호의 빔 방향으로서 정의된다. 몇몇 실시예들에서, 벽(110)에서의 제2 초음파 신호의 빔 방향은 빔 방향(302)과 거의 동일하다.
라이저 조인트 조립체(101)는 단일의 라이저 조인트 또는 복수의 라이저 조인트를 포함할 수 있는데, 예컨대, 어댑터를 통해 서로 연결된 2개의 라이저 조인트를 포함하거나, 혹은 서로 연결된 인접한 라이저 조인트들과 3개의 라이저 조인트를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예들에서, 제1 초음파 모듈(111)과 제2 초음파 모듈(112)은 동일한 라이저 조인트에 위치된다. 몇몇 실시예들에서, 제1 초음파 모듈(111)은 하나의 라이저 조인트에 위치되며 제2 초음파 모듈(112)은 또 다른 라이저 조인트에 위치되는데, 즉 제1 초음파 모듈(111)과 제2 초음파 모듈(112)은 각각 서로 연결된 2개의 라이저 조인트에 위치된다. 몇몇 실시예들에서, 제1 초음파 모듈(111)은 하나의 라이저 조인트에 위치되며 제2 초음파 모듈(112)은 복수의 라이저 조인트에 위치되는데, 예컨대, 제2 초음파 모듈(112)은 각각 복수의 라이저 조인트에 위치된 다수 세트의 트랜스듀서를 포함한다.
도 2를 보면, 웰 드릴링 공정 동안, 드릴 파이프(13)가 채널(14)을 통과하고 드릴링 유체(15)를 웰(도 2에는 도시되지 않음)로 안내하며, 웰로부터 나온 유체(16)는 라이저 조인트 조립체(101)와 드릴 파이프(13)에 의해 형성된 환형 공간(104)을 통과한다. 도 2에 도시된 드릴 파이프(13)가 채널(14)의 중앙에 위치되지만, 웰 드릴링 공정 동안, 드릴 파이프(13)는 채널(14)의 임의의 영역에 위치될 수 있다.
트랜스듀서(122)에 의해 전송된 제1 초음파 신호의 빔(301)은 채널(14)의 축선(402)에 수직이고 즉 빔 방향(301)은 웰 드릴링 공정 동안 드릴 파이프(13)에 수직일 수 있으며, 드릴 파이프(13)에 의해 반사된 제1 초음파 신호의 한 부분은 제1 초음파 모듈(111)에 의해 수신되어(received), 제1 초음파 모듈(111)에 의해 얻어진 제1 초음파 데이터는 드릴 파이프(13)에 관한 정보를 포함한다.
웰 드릴링 공정 동안, 웰로부터 회수되는 유체(16)는 일반적으로 입자(도시되지 않음)를 포함하는데, 이는 유체(16)가 드릴링 유체(15)와 재료, 가령, 웰을 드릴링하는 동안 배출되는 깨어지거나 절단된 암석을 포함하는 절삭부분을 포함하는 재료의 혼합물을 포함하기 때문이다. 이 입자들에 의해 반사된 제2 초음파 신호의 한 부분은 제2 초음파 모듈(112)에 의해 수신되며, 제2 초음파 모듈(112)에 의해 얻어지는 제2 초음파 데이터는 유체(16)에 관한 정보를 포함한다. 또한, 축선(402)에 비스듬하게 형성된 빔 방향(302)은 유체(16)에 관해 더 좋은 정보를 얻기 위해 유용하다.
도 3을 보면, 몇몇 실시예들에서, 제1 초음파 모듈(111)은 라이저 조인트 조립체(101) 주위에 배열된 복수의 트랜스듀서(121)를 포함하고, 제2 초음파 모듈(112)은 다수 세트의 트랜스듀서(122), 가령, 예를 들어, 2세트의 트랜스듀서(122)를 포함하며, 각각의 트랜스듀서 세트는 라이저 조인트 조립체(101) 주위에 배열된다. 간결하게 기술하기 위하여, 제1 초음파 모듈(111)의 복수의 트랜스듀서들 중 오직 한 트랜스듀서만 도면부호 121로 예시되며, 제2 초음파 모듈(112)의 각각의 트랜스듀서 세트들 중 오직 한 세트의 트랜스듀서 만이 도면부호 122로 예시된다.
몇몇 실시예들에서, 각각의 트랜스듀서(121)는 축선(402)에 수직인 빔 방향(301)을 가진 제1 초음파 신호를 전송하며, 다수의 트랜스듀서(122) 세트 각각은 축선(402)에 비스듬하게 형성된 빔 방향(302)을 가진 제2 초음파 신호를 전송한다.
다시 도 1 및 2를 보면, 처리 모듈(102)은 제1 초음파 데이터와 제2 초음파 데이터를 수신하며, 제1 정보와 제2 정보를 얻는다. 몇몇 실시예들에서, 처리 모듈(102)은 라이저 조인트 조립체(11)와 일체형으로 구성된다. 몇몇 실시예들에서, 처리 모듈(102)은 전기 기기(E-POD) 내에 포함된다. 몇몇 실시예들에서, E-POD는 그 밖의 전자 모듈, 가령, 제1 초음파 모듈(111), 제2 초음파 모듈(112), 처리 모듈(102) 등으로 정보를 수신하고 전송하기 위한 트랜스시버를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 처리 모듈(102)은 배터리, 해저 전력 장치 또는 인접 또는 관련 장치, 예컨대, BOP에 의해 전력을 공급받을 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 제1 정보는 드릴 파이프(13)에 관한 것이다. 몇몇 실시예들에서, 제1 정보는, 이들에만 제한되지는 않지만, 드릴 파이프(13)의 위치, 직경 등을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 처리 모듈(102)은 제1 정보에 따라 드릴 파이프(13)의 비전단 부분(unshearable portion)을 위한 경고를 생성하는데, 예컨대, 비전단 부분이 제1 정보에 따라 실시간으로 탐지될 때, 처리 모듈(102)은 경고를 생성한다. 비전단 부분은 BOP에 의해서 쉽게 전단되지 않는 드릴 파이프(13)의 한 부분을 의미한다. 몇몇 실시예들에서, 비전단 부분은, 이들에만 제한되지는 않지만, 드릴 파이프(13)의 조인트를 포함할 수 있으며, 몇몇 실시예들에서, 처리 모듈(102)은 드릴 파이프(13)의 직경에 따라 비전단 부분을 탐지한다.
몇몇 실시예들에서, 제2 정보는 환형 공간(104)을 통과하는 유체(16)에 관한 것이다. 몇몇 실시예들에서, 제2 정보는, 이들에만 제한되지는 않지만, 유량, 속도 프로파일, 유체(16)의 특성 등을 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 처리 모듈(102)은 제1 초음파 데이터에 따른 제1 정보를 얻고 제2 초음파 데이터에 따른 제2 정보를 얻는다. 위에서 논의된 것과 같이, 웰 드릴링 공정 동안, 제1 초음파 모듈(111)에 의해 얻어진 제1 초음파 데이터는 드릴 파이프(13)에 관한 정보를 포함할 수 있고 제2 초음파 모듈(112)에 의해 얻어진 제2 초음파 데이터는 유체(16)에 관한 정보를 포함할 수 있으며, 그 뒤 처리 모듈(102)은 제1 초음파 데이터를 처리하여 제1 정보를 얻으며 제2 초음파 데이터를 처리하여 제2 정보를 얻는다. 몇몇 실시예들에서, 처리 모듈(102)은 제1 알고리즘으로 제1 초음파 데이터를 처리함으로써 제1 정보를 얻고, 제2 알고리즘으로 제2 초음파 데이터를 처리함으로써 제2 정보를 얻는다. 제1 초음파 데이터도 유체(16)에 관한 정보를 포함할 수 있고, 제2 초음파 데이터도 드릴 파이프(13)에 관한 정보를 포함할 수 있지만, 드릴 파이프(13)에 관한 더 좋은 정보는 보통 제1 초음파 데이터에 따라 얻어질 수 있으며, 유체(16)에 관한 더 좋은 정보는 보통 제2 초음파 데이터에 따라 얻어질 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 처리 모듈(102)은 제1 초음파 데이터와 제2 초음파 데이터에 따라 제1 정보를 얻는다. 몇몇 실시예들에서, 처리 모듈(102)은 예를 들어, 제2 알고리즘으로 제2 초음파 데이터를 처리함으로써 제2 정보를 얻고, 예를 들어, 제1 알고리즘으로 제1 초음파 데이터와 제2 정보를 처리함으로써 제1 정보를 얻는다. 즉 제2 알고리즘에 따라 얻어진 제2 정보는 제1 정보를 얻기 위해 제1 알고리즘에 제공된다.
몇몇 실시예들에서, 처리 모듈(102)은 제1 초음파 데이터와 제2 초음파 데이터에 따라 제2 정보를 얻는다. 몇몇 실시예들에서, 처리 모듈(102)은 예를 들어, 제1 알고리즘으로 제1 초음파 데이터를 처리함으로써 제1 정보를 얻고, 예를 들어, 제2 알고리즘으로 제2 초음파 데이터와 제1 정보를 처리함으로써 제2 정보를 얻는다. 즉 제1 알고리즘에 따라 얻어진 제1 정보는 제2 정보를 얻기 위해 제2 알고리즘에 제공된다.
드릴 파이프(13)와 유체(16)는 채널(14)에서 서로 상호작용한다. 따라서, 제1 초음파 데이터와 제2 초음파 데이터 둘 모두에 따라 제1 정보를 얻는 것이 유용하며 제1 초음파 데이터와 제2 초음파 데이터 둘 모두에 따라 제2 정보를 얻는 것이 유용하다. 예를 들어, 속도 프로파일을 포함하는 제2 정보는 어떻게든 드릴 파이프(13)의 위치 및/또는 직경을 나타낼 수 있으며, 드릴 파이프(13)의 위치를 지속적으로 아는 것은, 예컨대, 환형 공간(104) 내의 유체(16)의 동력학적 모델을 구현하기 위하여, 보다 정확한 제2 정보를 얻는데 유용할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 처리 모듈(102)은 라이저 조인트 조립체(101)와 일체형으로 구성된다. 몇몇 실시예들에서, 처리 모듈(102)은 그 밖의 전자 모듈과 함께 E-POD에 포함되며, E-POD는 라이저 조인트 조립체(101)와 일체형으로 구성된다. 몇몇 실시예들에서, 라이저 조인트 조립체(101)와 처리 모듈(102)은 해수면 밑에 위치되도록 구성된다. 라이저 조인트 조립체(101)와 처리 모듈(102)을 일체형으로 구성하면, 비용이 줄어들고 바다 속 환경에서의 안정성이 증가된다.
상기 실시예들에 따른 라이저 조인트 시스템(11)은 드릴 파이프(13)의 위치와 웰로부터 회수되는 유체(16) 둘 모두를 모니터링할 수 있으며, 라이저 조인트 시스템(11)이 바다 속에 위치되면 바다 속을 모니터링할 수 있다. 게다가, 라이저 조인트 시스템(11)이 해저에 위치되거나 해저에 가까이 위치되면, 요동(kick)이 신속하게 탐지될 수 있으며 해저 가까이에는 흔들림이 적기 때문에 상대적으로 높은 안정성이 구현될 수 있다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 웰 드릴링 시스템(100)의 개략도이다. 웰 드릴링 시스템(100)은 라이저(12), 드릴 파이프(13), 라이저(12)에 연결된 라이저 조인트 조립체(101) 및 처리 모듈(102)을 포함한다.
라이저(12)는 복수의 라이저 조인트(126)들을 포함하며 2개의 인접한 라이저 조인트(126)들은 커넥터(127)를 통해 서로 연결된다. 간결하게 기술하기 위하여, 오직 2개의 인접한 라이저 조인트들이 도면부호 126으로 예시되고 오직 하나의 커넥터가 도면부호 127로 예시된다.
라이저(12)와 라이저 조인트 조립체(101)는 드릴 파이프(13)를 수용하기 위한 채널(14)을 형성한다. 드릴 파이프(13)는 연안 장치(19), 가령, 연안 플랫폼 또는 시추선에 조립된다. 웰 드릴링 공정 동안, 드릴링 유체(15)가 웰(18)에 안내되고, 드릴 파이프(13) 상의 드릴링 비트(도시되지 않음)가 회전하여 해저(202) 밑으로 드릴링을 수행하며, 웰(18)로부터 회수되는 유체(16)가 라이저 조인트 조립체(101), 라이저(12) 및 드릴 파이프(13)에 의해 형성된 환형 공간(104)을 통과한다.
라이저 조인트 조립체(101)는 제1 초음파 신호를 전송하여 제1 초음파 데이터를 얻기 위한 제1 초음파 모듈(111)과 제2 초음파 신호를 전송하여 제2 초음파 데이터를 얻기 위한 제2 초음파 모듈(112)을 포함하되, 제1 초음파 신호의 빔 방향은 채널(14)의 축선에 수직이며 제2 초음파 신호의 빔 방향은 채널(14)의 축선에 비스듬하게 형성된다. 처리 모듈(102)은 제1 초음파 데이터와 제2 초음파 데이터를 수신하여, 드릴 파이프(13)에 관한 제1 정보와 웰(18)로부터 회수되는 유체(16)에 관한 제2 정보를 얻는다. 라이저 조인트 조립체(101)와 처리 모듈(102)은 도 1-3에 따른 실시예들에 기술되었으며 상기 실시예에서는 상세하게 기술되지 않는다.
몇몇 실시예들에서, 웰 드릴링 시스템(100)은 BOP(17)을 포함한다. BOP(17)는 드릴링 동안 및 웰이 종료될 때 사용되며, 요동의 영향으로부터, 드릴링 및 작업 인원 뿐만 아니라 웰 현장 및 장비들을 보호하도록 사용된다. 일반적으로, BOP(17)는, 웰 압력이 증가되는 예상치 못한 경우에, 웰(18)을 밀폐할 수 있는 원격 조절식 밸브 또는 밸브 세트를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, BOP(17)는 라이저 조인트 조립체(101)와 연결된다. 몇몇 실시예들에서, BOP(17)는 라이저 조인트 조립체(101)에 인접하게 위치되는데, 예컨대, 하나 또는 그 이상의 라이저 조인트(126)들이 BOP(17)와 라이저 조인트 조립체(101) 사이에 위치된다.
몇몇 실시예들에서, 디스플레이 모듈(도시되지 않음)이 처리 모듈(102)에 의해 얻어진 제1 정보 및/또는 제2 정보를 디스플레이하기 위해 해수면(201) 위에 위치된다. 몇몇 실시예들에서, 디스플레이 모듈은 연안 장치(19) 위에 위치된다. 몇몇 실시예들에서, 디스플레이 모듈은, 이들에만 제한되지는 않지만, 표면 컴퓨터를 포함한다.
이제, 도 1, 4 및 5를 살펴보자. 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 웰 드릴링 시스템(100)을 위한 탐지 방법(500)의 플로차트 다이어그램이다. 방법(500)은 단계 501, 단계 502, 단계 503 및 단계 504를 포함한다.
단계 501에서, 유체(16)가 웰 드릴링 시스템(100)의 라이저 조인트 조립체(101)와 드릴 파이프(13)에 의해 형성된 환형 공간(104)을 통과한다.
단계 502에서, 제1 초음파 신호가 제1 초음파 모듈(111)에 의해 전송되어 제1 초음파 데이터를 얻는다.
단계 503에서, 제2 초음파 신호가 제2 초음파 모듈(112)에 의해 전송되어 제2 초음파 데이터를 얻으며, 제1 초음파 신호의 빔 방향(301)은 라이저 조인트 조립체(111)의 축선(402)에 수직이고 제2 초음파 신호의 빔 방향(302)은 라이저 조인트 조립체(111)의 축선(402)에 비스듬하게 형성된다. 보통, 단계 501, 단계 502 및 단계 503에는 특정 순서가 없다는 것을 유의해야 한다.
단계 504에서, 드릴 파이프(13)에 관한 제1 정보와 유체(16)에 관한 제2 정보는 제1 초음파 데이터와 제2 초음파 데이터에 따른 처리 모듈(102)에 의해 얻어진다. 몇몇 실시예들에서, 제1 정보와 제2 정보는 디스플레이 모듈을 통해 해수면(201) 위에 디스플레이된다.
몇몇 실시예들에서, 제1 정보는 제1 초음파 데이터와 제2 초음파 데이터에 따라 얻어진다. 몇몇 실시예들에서, 제2 정보는 제2 초음파 데이터에 따라 얻어지며, 제1 정보는 제1 초음파 데이터와 제2 정보에 따라 얻어진다.
몇몇 실시예들에서, 제2 정보는 제1 초음파 데이터와 제2 초음파 데이터에 따라 얻어진다. 몇몇 실시예들에서, 제1 정보는 제1 초음파 데이터에 따라 얻어지며, 제2 정보는 제2 초음파 데이터와 제1 정보에 따라 얻어진다.
몇몇 실시예들에서, 드릴 파이프(13)의 비전단 부분을 위한 경고가 제1 정보에 따라 생성된다.
본 발명이 일반적인 실시예들에 관해 예시되고 기술되었지만, 이 실시예들에만 제한하려는 것이 아닌데, 그 이유는 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고도 다양한 변형예 및 대체예들이 가능하기 때문이다. 그에 따라, 통상의 기술자에게는, 통상적인 실험을 이용함으로써, 추가적인 변형예 및 균등예들이 가능하며, 이러한 변형예 및 균등예들은 모두 하기 청구항들에 기재된 발명의 사상 및 범위 내에 있는 것으로 간주되어야 한다.

Claims (15)

  1. 라이저 조인트 시스템에 있어서, 상기 라이저 조인트 시스템은:
    채널을 형성하는 라이저 조인트 조립체를 포함하며, 상기 라이저 조인트 조립체는 제1 초음파 신호를 전송하여 제1 초음파 데이터를 얻는 제1 초음파 모듈과 제2 초음파 신호를 전송하여 제2 초음파 데이터를 얻는 제2 초음파 모듈을 포함하되, 제1 초음파 신호의 빔 방향은 채널의 축선에 수직이며, 제2 초음파 신호의 빔 방향은 채널의 축선에 비스듬하게 형성되고; 및
    제1 초음파 데이터와 제2 초음파 데이터를 수신하여 제1 정보와 제2 정보를 얻기 위한 처리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 라이저 조인트 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 제1 정보는 채널을 통과하는 드릴 파이프에 관한 것을 특징으로 하는 라이저 조인트 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 처리 모듈은 제1 정보에 따라 드릴 파이프의 비전단 부분을 위한 경고를 생성하는 것을 특징으로 하는 라이저 조인트 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 제2 정보는 채널을 통과하는 드릴 파이프와 라이저 조인트 조립체에 의해 형성된 환형 공간을 통과하는 유체에 관한 것을 특징으로 하는 라이저 조인트 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 제1 초음파 모듈은 라이저 조인트 조립체 주위에 배열된 복수의 트랜스듀서를 포함하고, 제2 초음파 모듈은 다수 세트의 트랜스듀서를 포함하되, 각각의 트랜스듀서 세트는 라이저 조인트 조립체 주위에 배열되는 것을 특징으로 하는 라이저 조인트 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 처리 모듈은 제2 초음파 데이터와 제1 초음파 데이터에 따라 제2 정보를 얻는 것을 특징으로 하는 라이저 조인트 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 처리 모듈은 제1 초음파 데이터에 따라 제1 정보를 얻으며, 제1 정보와 제2 초음파 데이터에 따라 제2 정보를 얻는 것을 특징으로 하는 라이저 조인트 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 처리 모듈은 제2 초음파 데이터와 제1 초음파 데이터에 따라 제1 정보를 얻는 것을 특징으로 하는 라이저 조인트 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 처리 모듈은 제2 초음파 데이터에 따라 제2 정보를 얻으며, 제2 정보와 제1 초음파 데이터에 따라 제1 정보를 얻는 것을 특징으로 하는 라이저 조인트 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 라이저 조인트 조립체와 처리 모듈은 해수면 밑에 위치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 라이저 조인트 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 처리 모듈은 라이저 조인트 조립체와 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 라이저 조인트 시스템.
  12. 웰 드릴링 시스템에 있어서, 상기 웰 드릴링 시스템은:
    라이저;
    드릴링 유체를 웰로 안내하기 위한 드릴 파이프;
    라이저에 연결된 라이저 조인트 조립체를 포함하되, 상기 라이저 조인트 조립체와 라이저는 드릴 파이프를 수용하고 드릴 파이프와 라이저 조인트 조립체에 의해 형성된 환형 공간을 통해 웰로부터 회수되는 유체를 통과시키기 위한 채널을 형성하며, 상기 라이저 조인트 조립체는 제1 초음파 신호를 전송하여 제1 초음파 데이터를 얻는 제1 초음파 모듈과 제2 초음파 신호를 전송하여 제2 초음파 데이터를 얻는 제2 초음파 모듈을 포함하되, 제1 초음파 신호의 빔 방향은 채널의 축선에 수직이며, 제2 초음파 신호의 빔 방향은 채널의 축선에 비스듬하게 형성되고; 및
    제1 초음파 데이터와 제2 초음파 데이터를 수신하여 드릴 파이프에 관한 제1 정보와 웰로부터 회수되는 유체에 관한 제2 정보를 얻기 위한 처리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 웰 드릴링 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 웰 드릴링 시스템은 폭발방지기를 포함하고, 라이저 조인트 조립체는 폭발방지기와 연결되거나, 또는 폭발방지기에 인접하게 위치되는 것을 특징으로 하는 웰 드릴링 시스템.
  14. 제12항에 있어서, 제1 정보와 제2 정보를 디스플레이하기 위해 해수면 위에 위치된 디스플레이 모듈을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 웰 드릴링 시스템.
  15. 웰 드릴링 시스템을 위한 방법에 있어서, 상기 방법은:
    웰 드릴링 시스템의 라이저 조인트 조립체와 드릴 파이프에 의해 형성된 환형 공간에 유체를 통과시키는 단계;
    제1 초음파 신호를 전송하여 제1 초음파 데이터를 얻는 단계;
    제2 초음파 신호를 전송하여 제2 초음파 데이터를 얻는 단계를 포함하되, 제1 초음파 신호의 빔 방향은 라이저 조인트 조립체의 축선에 수직이며, 제2 초음파 신호의 빔 방향은 라이저 조인트 조립체의 축선에 비스듬하게 형성되고; 및
    드릴 파이프에 관한 제1 정보와 제2 초음파 데이터와 제1 초음파 데이터에 따라 유체에 관한 제2 정보를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웰 드릴링 시스템을 위한 방법.
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