KR20200000020U - 호이스팅 시스템 및 이를 구비한 해양구조물 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 호이스팅 시스템 및 이를 구비한 해양구조물에 관한 것으로서, 본 고안의 호이스팅 시스템은, 데릭의 상부에 상하로 슬라이딩 가능하게 설치되는 시브 조립체; 상기 데릭의 일측에 설치되며, 상기 시브 조립체를 통과한 와이어와 연결되는 탑 드라이브; 및 상기 탑 드라이브를 승강시키는 호이스팅 유닛을 포함하며, 상기 호이스팅 유닛은, 상기 데릭의 타측 드릴 플로어 상에 설치되며, 상기 와이어를 권취하거나 권출하여 상기 탑 드라이브를 승강시키는 드로워크스; 및 상기 데릭의 내부 드릴 플로어 상에 설치되며, 상기 시브 조립체를 밀거나 당겨 상기 탑 드라이브를 승강시키는 리프팅 실린더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

호이스팅 시스템 및 이를 구비한 해양구조물{Hoisting System and Marine Structure Including The Same}
본 고안은 호이스팅 시스템 및 이를 구비한 해양구조물에 관한 것이다.
산업이 발전함에 따라 석유와 같은 지구 자원의 사용량이 점차 증가하고 있으며, 이로 인하여 원유의 안정적인 생산과 공급이 중요한 문제로 떠오르고 있다. 이에 따라 해저 유전 개발에 적합한 시추 설비를 구비한 해양구조물이 개발되어 왔다.
해저 시추를 위한 해양구조물은 고정식 구조물과 부유식 구조물로 구분된다. 해저면에 의해 지지되는 고정식 구조물에는 잭업(Jack up), 고정식 플랫폼 등이 포함된다. 부유식 구조물은 계류(Mooring) 장치나 위치 제어(Dynamic positioning) 장치를 이용하여 해상에서 위치를 유지한다. 최근에는 시추장비를 탑재하고 자체 동력으로 항해할 수 있는 선체를 갖는 드릴십(Drill Ship), 반잠수형 리그(Semi-Submersible Rig) 등의 부유식 구조물이 개발되고 있다.
이러한 해양구조물은, 중심부에 해저의 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 시추하기 위한 라이저(riser) 또는 드릴 파이프(drilling pipe)가 상하로 이동될 수 있도록 문풀(moon pool)이 형성되어 있으며, 빔과 각종 시추장비로 구성된 복잡한 형태의 대형 구조물인 데릭(derrick)이 데크(deck)에 고정되어 있다. 데릭은 문풀(moon pool) 상부에 위치하며 많은 시추장비가 집약되어 설치된 일종의 타워이다.
데릭에 설치되는 시추장비로서, 호이스팅 시스템(hoisting system)은, 탑 드라이브(top drive)에 연결된 와이어를 드로워크스(draw works)의 운전에 의해 권선하거나 풀게 됨으로써 드릴 파이프를 잡고 있는 탑 드라이브가 승강을 하면서 시추작업을 수행할 수 있게 하는 시스템이다.
기존 시추선에서 사용해 왔던 드로워크스(대형 윈치)를 이용한 호이스팅 시스템은 한 개의 와이어를 여러 개의 움직도르래에 연결한 디자인이었다. 이를 개선하여 여러 개의 와이어를 병렬로 배치한 싱글 레이어 윈치(Single layer winch)도 개발되었다.
최근 해저유전의 지속적인 개발과 시추 기법의 발전에 힘입어, 20,000 psi 압력을 가진 고압의 갱정(Well)을 시추하려는 시도가 점차 늘어나고 있다. 늘어난 압력을 견디기 위하여 관련 시추 장비들이 더 크고 무거워졌기 때문에, 이 장비들을 들어올릴 수 있는 더 큰 용량과 스피드를 가진 호이스팅 장비가 필요하게 되었는데, 상기한 기존의 호이스팅 시스템으로는 리프팅 능력(Lifting capacity), 리프팅 속도(Lifting speed), 리던던시(Redundancy) 측면에서 한계가 있었다.
본 고안은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 고안의 목적은, 20,000 psi 이상의 압력을 가진 고압의 갱정(Well)을 시추하는데 필요한 큰 중량의 시추 장비를 들어올릴 수 있도록 하는 호이스팅 시스템 및 이를 구비한 해양구조물을 제공하는 것이다.
본 고안의 일 측면에 따른 호이스팅 시스템은, 데릭의 상부에 상하로 슬라이딩 가능하게 설치되는 시브 조립체; 상기 데릭의 일측에 설치되며, 상기 시브 조립체를 통과한 와이어와 연결되는 탑 드라이브; 및 상기 탑 드라이브를 승강시키는 호이스팅 유닛을 포함하며, 상기 호이스팅 유닛은, 상기 데릭의 타측 드릴 플로어 상에 설치되며, 상기 와이어를 권취하거나 권출하여 상기 탑 드라이브를 승강시키는 드로워크스; 및 상기 데릭의 내부 드릴 플로어 상에 설치되며, 상기 시브 조립체를 밀거나 당겨 상기 탑 드라이브를 승강시키는 리프팅 실린더를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 드로워크스는, 상기 시브 조립체를 통과한 상기 와이어가 감기고 풀리는 윈치 드럼; 상기 윈치 드럼을 회전시키는 구동장치; 및 상기 와이어의 권취 및 권출을 제어하는 브레이크를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 리프팅 실린더는, 상기 드릴 플로어에 고정 설치되어 직상방으로 일정 길이 연장되는 실린더; 및 상기 실린더 내부를 왕복운동 하며 상기 시브 조립체의 하단부에 연결되는 피스톤을 포함할 수 있다.
구체적으로, 시브 조립체는, 상기 드로워크스의 작동에 따라 상기 탑 드라이브의 힘의 방향을 바꾸는 고정된 도르래의 기능을 할 수 있다.
구체적으로, 상기 시브 조립체는, 상기 리프팅 실린더의 작동에 의해 상기 탑 드라이브와 함께 상하로 움직이는 도르래의 기능을 할 수 있다.
구체적으로, 상기 시브 조립체는, 상기 드로워크스 및 상기 리프팅 실린더의 동시 작동에 의해 상기 탑 드라이브를 승강시키는 복합 도르래의 역할을 할 수 있다.
구체적으로, 상기 드로워크스와 상기 리프팅 실린더를 동시 또는 개별적으로 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 고안의 다른 측면에 따른 해양구조물은, 상기에 기재된 호이스팅 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 고안에 따른 호이스팅 시스템 및 이를 구비한 해양구조물은, 드로워크스와 리프팅 실린더가 상호 호환되어 작동하도록 구성함으로써, 시추 장비의 중량에 따라 드로워크스 및/또는 리프팅 실린더를 적용할 수 있어, 리프팅 능력 및 리프팅 속도를 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 어느 하나가 고장 등을 이유로 작동이 중단된 경우에도 다른 하나를 사용하여 시추 작업을 계속할 수 있어 시추 작업 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 호이스팅 시스템을 구비한 해양구조물의 측면도이다.
도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 호이스팅 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
본 고안의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 고안을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 호이스팅 시스템을 구비한 해양구조물의 측면도이고, 도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 호이스팅 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 고안의 일 실시예에 따른 호이스팅 시스템(100)은 해양구조물(1)에 설치될 수 있다.
해양구조물(1)은 해저면에 의해 지지되는 잭업, 고정식 플랫폼 등과, 시추장비를 탑재하고 자체 동력으로 항해할 수 있는 선체를 갖는 드릴십(Drill Ship), 반잠수형 리그(Semi-Submersible Rig) 등일 수 있다.
이하에서는 해양구조물(1)이 드릴십인 경우를 설명하지만, 본 고안의 호이스팅 시스템(100)이 적용될 수 있는 모든 구조물을 포함할 수 있음은 물론이다.
해양구조물(1)은 선체(10), 메인 데크(20), 메인 데크(20)의 상부에 위치되는 드릴 플로어(30), 드릴 플로어(30)에 탑재되는 데릭(40)을 포함한다.
본 고안의 호이스팅 시스템(100)은 드릴 플로어(30)와 데릭(40)에 설치되어, 시추 작업에 필요한 시추 배관 부재와 같은 시추 장비를 승강시키면서 시추작업을 수행할 수 있도록 하는 시스템으로서, 시브 조립체(Sheave cluster; 110), 탑 드라이브(120), 호이스팅 유닛(130), 제어부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
시브 조립체(110)는 데릭(40)의 상부에 상하로 슬라이딩 가능하게 설치될 수 있으며, 후술할 리프팅 실린더(Lifting cylinder; 132)에 의해 지지될 수 있다.
시브 조립체(110)는 후술할 드로워크스(131)로부터 후술할 탑 드라이브(120)에 연결되는 와이어(W)가 통과한 상태에서 드로워크스(131)의 작동에 따라 탑 드라이브(120)의 힘의 방향을 바꿀 수 있게 한다. 이때 시브 조립체(110)는 후술할 탑 드라이브(120)와 함께 상하로 움직이지 않고 제자리에서 회전하여 힘의 방향만 바꾸는 고정된 도르래의 기능을 한다.
또한, 시브 조립체(110)는 후술할 리프팅 실린더(132)의 상부에 연결되어 리프팅 실린더(132)의 작동에 의해 상하로 슬라이딩 될 수 있다. 이때 시브 조립체(110)는 후술할 탑 드라이브(120)와 함께 상하로 움직이는 도르래의 기능을 한다.
이러한 시브 조립체(110)는 후술할 드로워크스(131) 및 후술할 리프팅 실린더(132)가 동시에 작동할 때에는 후술할 탑 드라이브(120)를 승강시키는 복합 도르래의 역할을 하게 된다.
탑 드라이브(120)는 데릭(40)의 일측에 설치될 수 있으며, 후술할 드로워크스(131)로부터 시브 조립체(110)를 통과한 와이어(W)와 연결될 수 있다.
탑 드라이브(120)는 시추 배관 부재와 같은 시추 장비를 연결한 상태에서, 후술할 드로워크스(131)의 작동에 의해 와이어(W)가 감기거나 풀리면서 상하로 이동될 수 있다.
또한, 탑 드라이브(120)는 시추 배관 부재와 같은 시추 장비를 연결한 상태에서, 후술할 리프팅 실린더(132)의 작동에 의해 와이어(W)를 밀어 올리거나 내리면서 시브 조립체(110)와 함께 상하로 이동될 수 있다.
또한, 탑 드라이브(120)는 시추 배관 부재와 같은 시추 장비를 연결한 상태에서, 후술할 드로워크스(131) 및 후술할 리프팅 실린더(132)의 작동에 의해 상기한 원리로 상하로 이동될 수 있다. 이때 드로워크스(131)와 리프팅 실린더(132)가 동시에 작동되므로, 20,000 psi 이상의 압력을 가진 고압의 갱정(Well)을 시추하는데 필요한 큰 중량의 시추 장비도 용이하게 들어올릴 수 있다.
호이스팅 유닛(130)은 탑 드라이브(120)를 승강시킬 수 있도록 설치될 수 있으며, 드로워크스(131), 리프팅 실린더(132)를 포함하여 구성될 수 있다. 호이스팅 유닛(130)은 후술할 제어부(140)에 의해 작동이 제어될 수 있다.
드로워크스(131)는 데릭(40)의 타측 드릴 플로어(30) 상에 설치될 수 있으며, 와이어(W)를 권취(winding)하거나 권출(unwinding)하여 탑 드라이브(120)를 승강시킬 수 있다.
이러한 드로워크스(131)은 시브 조립체(110)를 통과한 와이어(W)가 감기고 풀리는 윈치 드럼(131a)과, 윈치 드럼(131a)을 회전시키는 구동장치(131b)와, 와이어(W)의 권취 및 권출을 제어하는 브레이크(미도시)를 포함할 수 있다. 구동장치(131b)에는 복수 개의 유압식 또는 전기식 모터와 감속기가 포함될 수 있다.
후술할 제어부(140)의 제어에 따라 드로워크스(131)에서 와이어(W)를 감으면 탑 드라이브(120)가 호이스팅(Hoisting) 되고, 드로워크스(131)에서 와이어(W)를 풀어주면 탑 드라이브(120)가 아래로 내려가게(Lowering) 되도록 작동된다.
리프팅 실린더(132)는 데릭(40)의 내부 드릴 플로어(30) 상에 설치될 수 있으며, 와이어(W)가 통과하는 시브 조립체(110)를 밀거나 당겨 탑 드라이브(120)를 승강시킬 수 있다.
이러한 리프팅 실린더(132)는 드릴 플로어(30)에 고정 설치되어 직상방으로 일정 길이 연장되는 실린더(132a)와, 실린더(132a) 내부를 왕복운동 하며 시브 조립체(110)의 하단부에 연결되는 피스톤(132b)을 포함할 수 있다.
이러한 리프팅 실린더(132)는 시브 조립체(110)를 지지한 상태에서 시브 조립체(110)를 상하로 슬라이딩시킬 수 있으며, 유압 실린더일 수 있다.
제어부(140)의 제어에 따라 피스톤(132b)이 상승 운동을 하면서 시브 조립체(110)를 밀게 되면 탑 드라이브(120)가 호이스팅(Hoisting) 되고, 피스톤(132b)이 하강 운동을 하여 시브 조립체(110)를 당기게 되면 탑 드라이브(120)가 아래로 내려가게(Lowering) 되도록 작동된다.
제어부(140)는 호이스팅 유닛(130)의 드로워크스(131)와 리프팅 실린더(132)를 동시 또는 개별적으로 제어할 수 있다.
제어부(140)는 탑 드라이브(120)에 연결되는 시추 배관 부재와 같은 시추 장비의 중량에 따라 드로워크스(131)와 리프팅 실린더(132)가 상호 호환되어 작동하도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(140)는 드로워크스(131)와 리프팅 실린더(132) 중에서 어느 하나가 고장 등을 이유로 작동이 중단된 경우에 다른 하나를 사용하여 시추 작업을 계속할 수 있도록 제어할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 드로워크스(131)와 리프팅 실린더(132)가 상호 호환되어 작동하도록 구성함으로써, 시추 장비의 중량에 따라 드로워크스(131) 및/또는 리프팅 실린더(132)를 적용할 수 있어, 리프팅 능력 및 리프팅 속도를 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 어느 하나가 고장 등을 이유로 작동이 중단된 경우에도 다른 하나를 사용하여 시추 작업을 계속할 수 있어 시추 작업 효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 고안의 실시예들을 중심으로 본 고안을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 고안을 한정하는 것이 아니며, 본 고안이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 고안의 실시예들로부터 용이하게 도출가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 고안에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 해양구조물 10: 선체
20: 메인 데크 30: 드릴 플로어
40: 데릭 100: 호이스팅 시스템
110: 시브 조립체 120: 탑 드라이브
130: 호이스팅 유닛 131: 드로워크스
131a: 윈치 드럼 131b: 구동장치
132: 리프팅 실린더 132a: 실린더
132b: 피스톤 140: 제어부
W: 와이어

Claims (8)

  1. 데릭의 상부에 상하로 슬라이딩 가능하게 설치되는 시브 조립체;
    상기 데릭의 일측에 설치되며, 상기 시브 조립체를 통과한 와이어와 연결되는 탑 드라이브; 및
    상기 탑 드라이브를 승강시키는 호이스팅 유닛을 포함하며,
    상기 호이스팅 유닛은,
    상기 데릭의 타측 드릴 플로어 상에 설치되며, 상기 와이어를 권취하거나 권출하여 상기 탑 드라이브를 승강시키는 드로워크스; 및
    상기 데릭의 내부 드릴 플로어 상에 설치되며, 상기 시브 조립체를 밀거나 당겨 상기 탑 드라이브를 승강시키는 리프팅 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 호이스팅 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 드로워크스는,
    상기 시브 조립체를 통과한 상기 와이어가 감기고 풀리는 윈치 드럼;
    상기 윈치 드럼을 회전시키는 구동장치; 및
    상기 와이어의 권취 및 권출을 제어하는 브레이크를 포함하는 것을 특징으로 하는 호이스팅 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 리프팅 실린더는,
    상기 드릴 플로어에 고정 설치되어 직상방으로 일정 길이 연장되는 실린더; 및
    상기 실린더 내부를 왕복운동 하며 상기 시브 조립체의 하단부에 연결되는 피스톤을 포함하는 것을 특징으로 하는 호이스팅 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 시브 조립체는,
    상기 드로워크스의 작동에 따라 상기 탑 드라이브의 힘의 방향을 바꾸는 고정된 도르래의 기능을 하는 것을 특징으로 하는 호이스팅 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 시브 조립체는,
    상기 리프팅 실린더의 작동에 의해 상기 탑 드라이브와 함께 상하로 움직이는 도르래의 기능을 하는 것을 특징으로 하는 호이스팅 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 시브 조립체는,
    상기 드로워크스 및 상기 리프팅 실린더의 동시 작동에 의해 상기 탑 드라이브를 승강시키는 복합 도르래의 역할을 하는 것을 특징으로 하는 호이스팅 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 드로워크스와 상기 리프팅 실린더를 동시 또는 개별적으로 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호이스팅 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 호이스팅 시스템이 구비되는 해양구조물.
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