KR20210075202A - 수중 굴착 장치 및 수역 베드의 드릴 코어를 획득하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수중 드릴링 장치 및 수중 베드의 드릴 코어를 획득하는 방법에 관한 것으로, 베이스 프레임이 있는 수중 드릴링 장치는 수역으로 하강하여 수역 바닥에 놓여진다. 하나 이상의 관형 드릴 스트링 요소로 구성된 드릴 스트링은 드릴 드라이브를 이용하여 첫 번째 드릴링 단계에서 수역의 바닥으로 드릴링 아웃되고, 드릴 코어는 관형 드릴 스트링 요소의 리셉터클에 형성되고 드릴 스트링 요소의 코어 배럴에 수용된다. 본 발명에 따르면, 드릴 코어는 수중 기본 크래들 상의 수용 컨테이너에 압력 밀폐 방식으로 봉입된다.
Description
본 발명은 청구범위 청구항 1의 전제부에 따라, 수역 베드의 드릴 코어를 획득하기 위한 수중 드릴링 장치에 관한 것으로, 베이스 프레임(base frame)은 수역에서 하강하여 수역의 베드에 놓이도록 설계되고, 드릴 축에 대하여 드릴 스트링(drill string)을 회전 가능하게 구동하기 위한 드릴 드라이브(drill drive)를 구비하고, 드릴 스트링은 적어도 관형 드릴 스트링 요소(tubular drill string elements)로 구성되고 추가적으로 드릴 코어를 수용하기 위한 적어도 하나의 코어 배럴(core barrel)이 드릴 스트링 요소에 제공되는 수중 드릴링 장치에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 청구범위 청구항 8의 전제부에 따라 수역 베드의 드릴 코어를 획득하기 위한 방법으로, 이 방법에서는 베이스 프레임을 갖는 수중 드릴링 장치가 수역으로 하강하여 수역 베드에 놓이고, 하나 이상의 관형 드릴 스트링 요소로 구성된 드릴 스트링이 드릴 드라이브를 이용한 첫 번째 드릴링 단계에서 수역의 베드를 굴착하고, 드릴 코어가 관형 드릴 스트링 요소에 형성되어 드릴 스트링 요소에 형성된 코어 배럴에 수용되는 수역 베드의 드릴 코어를 획득된다.
수중 드릴링 장치 및 이러한 유형의 방법은 WO 2015/172818 A1에 개시되어 있다. 이 알려진 수중 드릴링 장치는 획득 드릴 코어가 물 속에 있는 동안 드릴링 장치의 베이스 프레임에 부착된 적어도 하나의 센서 수단을 사용하여 첫 번째 분석을 받도록 설계되어 있다. 따라서 수중 드릴링 장치가 여전히 수면에 있는 동안 드릴 코어를 사용하여 초기 결과를 얻을 수 있다. 이것은 수면 아래 수천 미터까지 될 수 있다. 수중 드릴링 장치를 회수한 후 수역 외부의 순수한 분석과 비교하여 작업 시간과 들어 올리고 내리는 작업을 절약할 수 있다. 획득된 드릴 코어는 드릴링 장치에 저장되고 함께 리프팅될 수 있다.
다른 종래의 수중 드릴링 장치는 예를 들어 WO 2012/000077 A1 또는 US 7,380,614 B1에 공지되어 있다.
드릴 코어에 대한 심층 분석을 위해 많은 경우 드릴 코어를 수역 외부의 해당 분석 수단으로 계속해서 가져와 그 드릴 코어가 원하는 심층 조사에 받도록 해야 한다. 조사는 예를 들어 광물 자원 탐사에 관심이 있는 수역의 구조에 대해 가능한 한 정확한 지식을 얻는 데 도움이 된다.
수중 드릴링 장치의 베이스 프레임에 보관된 드릴 코어를 회수할 때 수중 베드에서 회수 작업을 하는 동안 드릴 코어에 대한 변경이 발생할 수 있고, 이는 나중의 조사 및 분석의 정보 가치에 악영향을 미칠 수 있음이 확인되었다.
원칙적으로 폐쇄 가능한 코어 배럴은 예를 들어 DE 10 2008 049 795 A1에서 알려져 있다. 그러나 이들과 클로저는 드릴 스트링 내에 위치하고 드릴 스트링 내에서 닫힌다.
본 발명의 목적은 수역의 베드에 대한 특히 신뢰할 수 있는 정보를 제공할 수 있는 수중 드릴링 장치 및 수역 베드의 드릴링 코어를 획득하는 방법을 고안하는 것이다.
이 목적은 먼저 청구항 1의 특징을 갖는 수중 드릴링 장치에 의해 달성되고, 두 번째로 청구항 8의 특징을 갖는 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시 예는 각각의 종속 항에 설명된다.
본 발명에 따른 수중 드릴링 장치는 드릴 코어가 드릴 스트링으로부터 제거되면, 수중 베이스 프레임의 수용 용기에 압력 기밀 방식으로 밀폐될 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 특히 수면 아래 수백 또는 수천 미터에 있는 수역에서 드릴 코어를 제거 할 때, 획득된 코어의 상태, 구성 또는 구조의 변화가 단지 변화하는 압력 조건 때문에 발생할 수 있다는 사실에 기초하고 있다. 이 경우 이러한 변화는 수역 바닥의 실제 상태 및 구조에 대한 신뢰할 수 있는 정보에 상당히 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 본 발명에 따르면, 이것은 특히 드릴 코어가 온도 또는 압력이 변화할 경우에 비교적 쉽게 그들의 형상이 변경하는 경향이 있는 고체, 액체 또는 기체를 포함할 때 적용된다. 이것은 특히 가스 하이드레이트(gas hydrates), 특히 해저에서 대량으로 발생하고 가능한 미래 에너지원으로 특히 관심이 있는 메탄 얼음으로 알려진 메탄 하이드레이트(methane hydrate)에 적용된다. 이러한 메탄 하이드레이트는 약 2 MPa의 압력과 2 ~ 4℃의 온도에서 물과 메탄가스로부터 형성된다. 이것은 대략 500 미터 이상의 수심에서 발견된 상태에 해당한다. 따라서 이 수심 이상에서는 메탄 하이드레이트가 드릴 코어에서 가스로서 발생하여 휘발할 수 있다.
본 발명에 따르면, 드릴 코어를 수용 컨테이너에서 수용하고 수용 컨테이너를 압력-밀폐(pressure-tight) 방식으로 폐쇄함으로써 드릴 코어를 획득하는 것은 여전히 수중에서 달성된다.
따라서 수역 베드에 있는 동안 압력이 새지 않는 방식으로 밀폐된 드릴 코어는 나중에 분석할 때 수역 베드의 구조, 상태 및 구성에 대한 특히 신뢰할 수 있는 정보를 얻을 수 있게 한다. 드릴 스트링 외부에서 드릴 코어를 압력 밀폐 방식으로 폐쇄하면, 드릴 스트링에 공간이 생기므로 대형 드릴 코어를 얻을 수 있어 지반의 특성에 대한 정보적 가치를 높일 수 있다.
원칙적으로 수용 컨테이너는 드릴 코어를 수용하기 위해 어떤 방식으로든 설계될 수 있다. 수용 컨테이너는 원칙적으로 복수의 드릴 코어를 수용할 수도 있다. 본 발명의 특히 바람직한 일 실시예는 수용 컨테이너가 코어 배럴 또는 드릴 스트링 요소에 의해 형성되고, 배럴 단부는 폐쇄 수단에 의해 폐쇄될 수 있다는 점에 있다. 이 경우 폐쇄 수단은 특히 조작 수단일 수 있으며, 이 조작 수단을 이용하여 폐쇄 캡은 배럴 개구 또는 수용 개구라고도 불리는 배럴 단부에 적용된다. 수용 컨테이너의 일부로 코어 배럴을 직접 사용하면 수중 드릴링 장치의 전체적인 소형 구성이 가능하다.
바람직한 실시예에 따르면, 드릴 스트링 요소는 수용 컨테이너로서 사용되며, 수용 컨테이너의 양 단부에는 추가 드릴 스트링 요소에 대한 나사 연결을 위한 나사산이 제공된다. 존재하는 이러한 나사산은 폐쇄 캡을 나사 결합하는 데 사용할 수 있다.
대안적으로, 본 발명의 하나의 발전에 따르면, 드릴 코어를 위한 적어도 하나의 폐쇄할 수 있는 수용 컨테이너를 위한 저장 수단이 드릴링 축으로부터 이격되어 제공되는 것이 바람직하며, 수용 컨테이너는 드릴 코어를 도입하기 위한 수용 개구를 갖춘 카트리지 방식으로 설계되고, 드릴 코어를 수용 컨테이너로 도입하도록 설계된 조작 수단이 배치되고, 일단 드릴 코어가 수용되면 수용 컨테이너의 수용 개구를 폐쇄하도록 설계된 폐쇄 수단이 제공된다. 이 경우 드릴 코어는 그 자체로 또는 바람직하게는 드릴 코어가 유지(보유)되는 코어 배럴과 함께 수용 컨테이너로 도입될 수 있다. 특히 매니퓰레이터(manipulator)를 포함하는 폐쇄 수단에 의해, 카트리지 형태 또는 컵 형태의 수용 컨테이너의 개별 수용 개구는 폐쇄 캡(closure cap)을 적용함으로써 압력-밀폐 방식으로 폐쇄될 수 있다. 본 발명에 따른 이러한 구성을 위해, 통상적이고 이에 상응하는 얇은 벽의 코어 배럴이 드릴 스트링에서 사용될 수 있다.
원칙적으로, 수용 컨테이너는 어떤 폐쇄 캡으로든 닫힐 수 있다. 이들은 특히 압착, 밀기, 잠금, 접착 또는 비 포지티브(non-positive) 방식의 다른 방식, 포지티브(positive) 방식 또는 재료 대 재료 결합에 의해 수용 컨테이너에 고정될 수 있다. 본 발명의 하나의 변형 실시예에 따르면, 폐쇄 수단이 수용 컨테이너에 대해 나사산이 있는 폐쇄 캡을 회전시키도록 설계된 적어도 하나의 회전식 드라이브를 가지며, 배럴 개구 또는 수용 개구에 적절한 나사산이 마련되는 것이 특히 유리하다. 이 경우 회전식 드라이브는 또한 드릴링 장치 자체의 드릴 드라이브에 의해 형성될 수 있다. 이 경우, 폐쇄 수단은 적어도 수용 컨테이너의 하부 배럴 개구를 폐쇄하기 위해 폐쇄 캡을 유지하기 위한 조작기(조작수단)를 포함하는 반면, 드릴 드라이브는 스크류 연결을 형성하기 위해 수용 컨테이너를 구동한다. 폐쇄 캡을 상부 수용 개구에 나사로 고정하기 위해, 해당 폐쇄 캡이 드릴 드라이브에 고정될 수 있으며, 수용 컨테이너 자체는 폐쇄 수단의 일부로서 클램핑 유닛에 의해 고정된다.
대안적으로, 독립형 회전 드라이브는 또한 폐쇄 캡을 그립하는 조작기(조작수단)의 암에 마련될 수 있으며, 그것을 연결위치로 이동시켜 회전 운동 시킴으로써 폐쇄 캡을 수용 컨테이너의 대응하는 나사산에 나사 결합한다.
저장 수단은 수용 컨테이너를 유지하기 위한 간단한 크래들 또는 모터 구동 저장 수단, 예를 들어 회전 가능한 회전 매거진 또는 유지 요소가 있는 회전 저장 체인일 수 있다.
본 발명의 또 다른 유리한 실시예는 코어 배럴이 조작 수단에 의해 드릴 스트링으로부터 당겨질 수 있고, 조작 수단 및 폐쇄 수단이 서로에 대해 이동할 수 있다는 점이다. 이 경우 조작 수단은 드릴 코어가 있는 코어 배럴을 드릴 스트링으로부터 축 방향으로 위쪽으로 끌어당기고 드릴 축에서 코어 배럴을 유지하도록 설계될 수 있다. 그런 다음 수용 컨테이너는 드릴 스트링 요소를 위한 조작 수단에 의해 드릴 축으로 이동할 수 있다. 코어 배럴을 축 방향으로 이동시킴으로써 코어 배럴은 수용 컨테이너로 도입될 수 있다. 축 방향 이동은 수용 컨테이너의 수용 개구의 위치에 따라 코어 배럴의 하강 또는 상승일 수 있다. 그런 다음 수용된 드릴 코어가 있는 수용 컨테이너는 폐쇄 수단에 의해 폐쇄될 수 있다.
대안적으로, 조작 수단은 드릴 코어와 함께 코어 배럴의 다축 이동을 가능하게 할 수 있다. 따라서 코어 배럴은 드릴 스트링에서 축 방향으로 당겨질 수 있을 뿐만 아니라 드릴 코어와 함께 수용 컨테이너로 도입되기 위해 드릴링 방향을 가로질러 수용 컨테이너로 이동할 수 있다.
본 발명에 따른 조작 수단은 또한 복수의 그리퍼(gripper)를 갖는 복수의 이동 가능한 구성 요소로 구성될 수 있으며, 선형 이동에 추가하여 피벗도 가능하다. 특히, 다축 로봇 팔이 조작 수단으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 수중 드릴링 장치의 바람직한 일 실시예는 조작 수단이 리프팅 케이블이 있는 케이블 윈치(cable winch)이거나 적어도 하나의 리프팅 실린더를 갖는 것으로 구성된다. 리프팅 케이블이 있는 케이블 윈치는 특히 드릴 스트링에서 코어 배럴을 당기는 데에도 사용할 수 있다. 바람직하게는, 케이블 윈치 수단은 기본 크래들의 상부 측에 드릴 스트링 및 박스형베이스 프레임으로부터 코어 배럴을 위쪽으로 당길 수 있게 하고 따라서 선택적으로 코어 배럴을 또한 베이스 프레임의 위쪽으로 이동할 수 있게 하는 연장부를 가질 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 바람직하게는 이를 위해서 유압, 공압 또는 전기적으로 작동되는 리프팅 실린더가 제공될 수도 있다. 일반적으로 드릴 스트링에는 코어 배럴이 하나만 있다. 코어 배럴이 드릴 코어로 채워지면 코어 배럴이 드릴 스트링에서 당겨진다. 그런 다음 추가 드릴링 단계를 위해 빈 코어 배럴을 드릴 스트링에 삽입할 수 있다.
본 발명의 추가 실시 예에 따르면, 베이스 프레임이 해양 엄브리컬(marine umbilical)을 통해 공급 선박에 연결되는 것이 유리하다. 이 경우 해양 엄빌리컬은 공급원 특히 전력 또는 유압 유체를 위해 마련될 수 있고 데이터 통신을 위한 데이터 라인으로 제공될 수 있다. 또한, 해양 엄브리컬은 공급 기능 외에도 수중 드릴링 장치를 다시 내리고 올릴 수 있는 케이블로 설계될 수도 있다.
본 발명에 따른 방법은 드릴 코어가 드릴 스트링으로부터 제거되고 수중 수용 컨테이너에 압력-밀폐 방식으로 봉입되는 것을 특징으로 한다. 이러한 방법은 특히 이전에 설명된 수중 드릴링 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 이 경우 이전에 설명한 이점을 얻을 수 있다.
수용 컨테이너를 닫기 위해 적어도 하나의 폐쇄 캡이 제공되며, 이 폐쇄 캡에는 압력-밀폐 연결을 생성하기 위한 연결 수단이 제공될 수 있다. 본 발명에 따른 방법의 바람직한 변형 실시 예에 따르면, 수용 컨테이너를 폐쇄하기 위해 나사산으로 적어도 하나의 폐쇄 캡이 나사 체결되도록 제공된다. 이 경우, 수용 컨테이너는 밀폐된 베이스를 가진 관형 바디로 카트리지와 같은 방식으로 설계될 수 있다. 수용 컨테이너의 수용 개구에는 나사 연결을 형성하기 위한 대응하는 나사산이 배열되어 있다. 수용 컨테이너는 또한 양쪽이 개방된 관형 드릴 스트링 요소에 의해 형성될 수 있으며, 각각의 경우 두 개의 대향하는 드릴 배럴 단부에 대응하는 나사산이 형성되고, 여기에 폐쇄 캡이 나사로 고정된다. 수용 컨테이너 및/또는 폐쇄 캡에는 수용 컨테이너의 손상을 방지하기 위해 특정 값을 초과하고 드릴 코어를 수면으로 운송하는 동안 발생하는 수용 컨테이너 내의 초과 압력을 배출하기 위한 압력 릴리프 밸브가 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 방법 변형에 따르면, 코어 배럴 및 수용 컨테이너가 서로에 대해 이동되고 축 방향으로 정렬되도록, 코어 배럴이 조작 수단에 의해 드릴 스트링으로부터 당겨지는 것이 바람직하다. 일단 코어 배럴과 수용 컨테이너의 축 방향 정렬이 이루어지면, 드릴 코어가 있는 코어 배럴이 코어 배럴과 수용 컨테이너의 상대적인 축 방향 이동에 의해 수용 컨테이너로 이동된다. 이 변형 방법에서, 수용 컨테이너는 바람직하게 카트리지와 같은 방식으로 설계되어, 코어 배럴과 함께 드릴 코어가 간단한 방식으로 도입될 수 있다.
수용 컨테이너를 위한 수용 보어가 수역의 베이스 프레임 아래에 생성되고 그 안에서 코어 배럴이 수용 보어에 있는 수용 컨테이너 내부로 도입되는 점에서 본 발명에 따른 방법의 다른 방법에 따라 전체적인 콤팩트 구조가 달성될 수 있다. 이 경우 카트리지 형태의 수용 컨테이너는 특히 드릴 스트링이 제거된 후에 이미 존재하는 드릴 구멍으로 도입될 수 있다. 대안적으로, 별도의 수용 보어가 수역의 바닥에 형성될 수 있다. 이 보어는 드릴 스트링에 있는 드릴 헤드 또는 수용 컨테이너 자체에 의해 생성될 수 있다. 이러한 경우에, 수용 컨테이너는 토양 제거 및 / 또는 변위에 의해 수용 보어의 형성을 지원하는 드릴링 또는 절단 수단이 하단에 제공될 수 있다.
코어 배럴이 수용 컨테이너에 도입되면, 컨테이너 폐쇄 전 또는 후에 수용 보어에서 다시 빼내어 수중 드릴링 장치의 베이스 프레임에 보관할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 구성은 수용 컨테이너가 드릴링 축으로 이동된다는 점이다. 이 방법에서는 특히 드릴 코어가 있는 코어 배럴이 조작 또는 리프팅 장치에 의해 상부 공급 위치로 이동된다. 이것은 특히 코어 배럴을 올리고 내리기 위해 제공되는 케이블 수단에 의해 수행될 수 있다. 수용 컨테이너가 코어 배럴의 공급 위치 대략 아래의 드릴링 축에 배치되면 코어 배럴은 하강하여 수용 컨테이너로 도입될 수 있다.
드릴링 축에 있는 수용 컨테이너의 이 위치에서, 폐쇄 캡은 또한 바람직하게는 드릴 드라이브에 의해 수용 컨테이너의 수용 개구에 나사로 고정될 수 있으며, 따라서 드릴 코어는 수용 컨테이너에 압력-밀폐 방식으로 폐쇄될 수 있다.
대안으로, 한 가지 변형 방법은 코어 배럴이 저장 위치에서 수용 컨테이너로 이동되고 그곳에서 수용 컨테이너로 도입되는 것이다. 이를 위해, 드릴 코어가 있는 코어 배럴은 수용 컨테이너의 위 또는 아래에 배치되고 그와 축 방향으로 정렬될 때까지 드릴링 축으로부터 조작 수단에 의해 이동된다. 그런 다음 코어 배럴을 축 방향으로 이동시켜 수용 컨테이너로 도입할 수 있다. 그리고 나서 수용 컨테이너는 폐쇄 캡을 적용하여 보관 위치에서 직접 폐쇄될 수 있다.
본 발명은 원칙적으로 또한 전술 한 바와 같이 수중 드릴링 장치용 드릴 코어를 수용하기 위한 수용 컨테이너 또는 전술 한 바와 같이 드릴 코어를 획득하는 방법을 포함한다. 수용 컨테이너는 적어도 하나의 수용 개구를 갖는 관형 베이스 바디를 가지며, 드릴 코어를 수용한 후 적어도 하나의 수용 개구는 폐쇄 캡에 의해 압력-밀폐 방식으로 폐쇄될 수 있음을 특징으로 한다. 또한, 수용 컨테이너는 초과 압력에 대응하기 위한 안전 밸브를 가질 수 있다.
적어도 하나의 폐쇄 캡은 임의의 적절한 방식으로 수용 개구에 연결될 수 있다. 바람직하게는, 폐쇄 캡에 압력 릴리프 밸브가 제공되어 폐쇄된 수용 컨테이너를 들어 올릴 때 드릴 코어의 요소 집합 상태의 변화로 인해 발생할 수 있는 지정된 한계 압력을 초과하는 초과 압력은 회피된다.
본 발명에 따른 수용 컨테이너의 한 가지 유리한 발전은 온도 제어 수단이 베이스 본체에 제공되어 수용 컨테이너의 내부가 가열 및/또는 냉각될 수 있다는 것을 의미한다. 결과적으로 수용 용기 내의 온도와 압력에 직접 영향을 미칠 수 있다. 특히, 수용 컨테이너를 냉각함으로써 예를 들어 드릴 코어로부터 메탄 하이드레이트 또는 다른 물질의 승화와 이로 인한 수용 컨테이너의 압력 증가를 방지할 수 있다.
도 1은 제 1 방법 단계에 있는 본 발명에 따른 수중 드릴링 장치의 제 1 실시예를 도시한 것이다.
도 2는 제 2 방법 단계에 있는 도 1의 수중 드릴링 장치의 측면도이다.
도 3은 제 3 방법 단계에 있는 도 1 및 2의 수중 드릴링 장치의 측면도이다.
도 4는 제 1 방법 단계에 있는 본 발명에 따른 수중 드릴링 장치의 제 2 실시예의 측면도이다.
도 5는 제 2 방법 단계에 있는 도 4의 수중 드릴링 장치의 측면도이다.
도 6은 제 3 방법 단계에 있는 도 4 및 5의 수중 드릴링 장치의 측면도이다.
도 7은 제 1 방법 단계에 있는 본 발명에 따른 수중 드릴링 장치의 제 3 실시예의 측면도이다.
도 8은 제 2 방법 단계에 있는 도 7의 수중 드릴링 장치의 측면도이다.
도 9는 제 3 방법 단계에 있는 도 7 및 8의 수중 드릴링 장치의 측면도이다.
도 10은 제 1 방법 단계에 있는 본 발명에 따른 수중 드릴링 장치의 제 4 실시예의 측면도이다.
도 11은 제 2 방법 단계에 있는 도 10의 수중 드릴링 장치의 측면도이다.
도 12는 제 3 방법 단계에서 있는 도 10 및 11의 수중 드릴링 장치의 측면도이다.
도 2는 제 2 방법 단계에 있는 도 1의 수중 드릴링 장치의 측면도이다.
도 3은 제 3 방법 단계에 있는 도 1 및 2의 수중 드릴링 장치의 측면도이다.
도 4는 제 1 방법 단계에 있는 본 발명에 따른 수중 드릴링 장치의 제 2 실시예의 측면도이다.
도 5는 제 2 방법 단계에 있는 도 4의 수중 드릴링 장치의 측면도이다.
도 6은 제 3 방법 단계에 있는 도 4 및 5의 수중 드릴링 장치의 측면도이다.
도 7은 제 1 방법 단계에 있는 본 발명에 따른 수중 드릴링 장치의 제 3 실시예의 측면도이다.
도 8은 제 2 방법 단계에 있는 도 7의 수중 드릴링 장치의 측면도이다.
도 9는 제 3 방법 단계에 있는 도 7 및 8의 수중 드릴링 장치의 측면도이다.
도 10은 제 1 방법 단계에 있는 본 발명에 따른 수중 드릴링 장치의 제 4 실시예의 측면도이다.
도 11은 제 2 방법 단계에 있는 도 10의 수중 드릴링 장치의 측면도이다.
도 12는 제 3 방법 단계에서 있는 도 10 및 11의 수중 드릴링 장치의 측면도이다.
본 발명은 도면에 개략적으로 도시된 바람직한 실시 예에 기초하여 다음에서 더 상세히 설명된다.
도 1 내지 3의 발명에 따른 수중 드릴링 장치(10)의 제 1 실시 예에서, 상부 영역에 개별 관형의 드릴 스트링 요소(tubular drill string elements 32)로 구성된 드릴 스트링(drill string 30)을 드릴링 아웃(drilling out)하기 위한 드릴 드라이브(drill drive 20)를 구비한 박스형 베이스 프레임(box-like base frame 12)이 개략적으로 도시되어 있다. 최하부의 드릴 스트링 요소(32) 내에는 드릴링 동안에 드릴 코어를 수용하는 코어 배럴(core barrel 34)이 있다. 코어 배럴이 인발되는 동안, 이 드릴 코어는 마찰 또는 특수 코어 포획 수단에 의해 코어 배럴(34) 내부에 유지된다. 드릴 스트링(30)의 드릴링-아웃은 원칙적으로 알려진 방식으로 개별 드릴링 단계에서 발생하며, 드릴 스트링 요소(32)가 도시된 실시 예에서 리볼빙 캐러셀(revolving carousel)로 구성된 저장 영역(14)에서 조작 수단(60)의 그리퍼 암(gripper arm 62)에 의해 선택되어 드릴 드라이브(20)로 이동된다. 최하부의 드릴 스트링 요소에는 드릴 헤드(drill head)가 제공된다. 드릴 드라이브(20)는 추가 드릴링 단계에 의해 드릴 스트링(30)을 하강시키기 위해 수직 이동 가능한 방식으로 베이스 프레임(12) 상에 장착되어 구동된다.
도 1에서, 드릴 드라이브(20)는 드릴 스트링(30)의 드릴링 축(31)으로부터 피벗된다. 드릴 스트링(30)의 상부 드릴 스트링 요소(32)는 바람직하게는 클램핑 실린더를 포함하는 고정 수단(16)에 의해 베이스 프레임(12)에 유지된다. 캐칭 수단(a catching means 66)이 있는 리프팅 케이블에 의해, 코어 배럴(34)이 드릴 스트링 요소(30)에 파지되고 드릴 스트링(30)으로부터 당겨진다. 코어 배럴(34)은 대안적으로 또는 보조적으로 또한 수직으로 이동할 있고 피봇 가능한 그리퍼 암(62) 또는 도 1에 개략적으로 도시된 리프팅 실린더(68)에 의해 상방으로 당겨질 수 있다.
코어 배럴(34)이, 도 1에 도시 된 바와 같이, 드릴 스트링(30)으로부터 상부 위치로 당겨지면, 코어 배럴(34)은 드릴 스트링(30) 및 상부 드릴 스트링 요소(32)로부터 분리된다.
코어 배럴(34)의 하부 배럴 단부(35)를 폐쇄하기 위해, 도 2에 명확하게 도시되어 있는 바와 같이, 캡형 또는 컵형 폐쇄 캡(46)이 매거진(56)으로부터 픽업되어, 폐쇄 수단(50)의 하부 조작 암(lower manipulator arm 52)에 의해 코어 배럴(34) 아래의 드릴링 축(31)으로 피벗된다.
폐쇄 캡(46)은 그 상단에 코어 배럴(34)의 하부 배럴 단부(35) 상의 외부 나사에 대응하는 내부 나사산을 갖는다. 드릴 드라이브(20) 및 리프팅 장치(68)를 작동시킴으로써, 코어 배럴(34)은 폐쇄 캡(46)의 나사부에 나사 결합될 수 있다. 이것은 하부 배럴 단부(35)가 압력-밀폐 방식(pressure-tight manner)으로 폐쇄되어 이루어진다. 바람직하게는 대응하는 밀봉 수단, 특히 밀봉 링(sealing ring)이 나사 연결부에 제공될 수 있다.
도 3은 폐쇄 캡(46)이 바닥에 나사 결합된 코어 배럴 (34)을 도시한다. 상응하거나 유사한 방식으로, 코어 배럴(34)의 상부 배럴 단부(35)는 추가 폐쇄 캡으로 폐쇄될 수 있다. 드릴 코어가 내부에 배치된 코어 배럴(34)의 2 개의 배럴 단부(35)가 압력-밀폐 방식으로 폐쇄되면, 이 배열은 코어 배럴(34)과 함께 압력-밀폐 수용 컨테이너(40)를 형성한다. 이때 수용 컨테이너(40)는 조작 수단(60), 특히 그리퍼 암(62)에 의해 베이스 프레임(12)의 저장 수단(70)으로 가져올 수 있다.
추가 드릴 스트링 요소(32) 및 추가 코어 배럴(34)이 존재하는 경우, 수용 컨테이너(40)에서 드릴 코어를 압력-밀폐하기 위한 이러한 방법의 단계는 드릴 코어를 갖는 모든 코어 배럴(34)이 얻어질 때까지 반복될 수 있다. 드릴 스트링(30)을 분해할 때, 외부 드릴 스트링 요소(32)는 마찬가지로 공지된 방식으로 드릴 구멍으로부터 다시 당겨져서 다시 베이스 프레임(12) 상의 대응하는 저장 영역(14)으로 운반될 수 있다.
도 4 내지 6은 본 발명에 따른 수중 드릴링 장치(10)의 추가 실시 예를 도시한다. 이 도면에서, 수중 드릴링 장치(10)의 베이스 프레임(12)이 기본적으로 존재하는 접이식 발(13)을 갖는 것으로 도시되어 있으며, 이 발에 의해 베이스 프레임(12)은 수역(body of water 5)의 베드 위에 놓인다. 도 4 내지 6에서, 드릴 스트링(30)의 드릴링-아웃 및 회수는 이미 수행되었으며, 회수된 개별 드릴 스트링 요소(32)는 베이스 프레임(12)의 저장 영역(14)에 놓이고, 저장 영역(14)에 있는 내부에 드릴 코어를 가진 코어 배럴(34)은 추가적으로 도시되지 않는다.
드릴 코어가 내부에 위치된 코어 배럴(34)을 압력 밀폐하기 위해, 모든 카트리지 형상의 수용 컨테이너(40)의 첫 번째가, 적어도 하나의 그리퍼 암(62)을 갖는 조작 수단(60)에 의해, 드릴 스트링 요소를 위한 저장 영역(14)이 될 수 있는 저장 수단(70)으로부터 픽업되어, 도 4에 명확하게 도시 된 바와 같이, 수역(5)의 베드에 있는 수용 보어(7)로 도입된다. 이 경우 수용 보어(7)는 특히 드릴 스트링(30)이 당겨진 보어일 수 있다. 이 경우, 수용 보어(40)는 원래 생성된 보어와 비교하여 확대된 직경을 가질 수도 있다. 상부가 개방된 수용 컨테이너(40)는 원통형의 관형 베이스 바디(41) 및 하부가 폐쇄된 베이스(44)를 갖는 카트리지 형으로 설계된다. 베이스(44)의 하부에는 절단 수단이 제공될 수 있고, 수용 컨테이너(40)는 수역(5)의 베드 내로 보다 쉽게 도입될 수 있다. 원통형 베이스 바디(41)는 상단에 코어 배럴(34)을 수용하기 위한 수용 개구(42)를 갖는다.
특히 리프팅 케이블(67)을 포함할 수 있는 조작 수단(60)에 의해, 코어 배럴(34)이 저장 수단(70)으로부터 제거될 수 있고, 일단 그것이 드릴링 축으로 도입되면, 수용 개구(42)를 통해 도입되어, 도 5에 도시 된 바와 같이, 컵형 수용 컨테이너(40) 속으로 도입될 수 있다.
도 6에 따르면, 폐쇄 캡(46)이 드릴 드라이브(20)에 삽입될 수 있고, 후자는 드릴링 축을 따라 수용 컨테이너(40)까지 아래쪽으로 이동될 수 있다. 이 경우 상부 폐쇄 캡(46)은, 추가로 도시되지 않았지만, 베이스 프레임(12)의 매거진에서 제거되어, 대응하는 조작 수단에 의해 드릴 드라이브(20)에 공급되었을 수 있다. 일단 수용 컨테이너(40)가 상부 폐쇄 캡(46)의 대응 나사 체결에 의해 압력-밀폐 방식으로 폐쇄되고, 따라서 드릴 코어가 삽입된 코어 배럴은 압력이 새지 않는 방식으로 폐쇄되고, 폐쇄된 수용 컨테이너(40)는 수용 보어(7)에서 다시 당겨져 저장 수단(70)으로 다시 들어갈 수 있다. 마지막으로, 작동은 획득된 드릴 코어를 갖는 모든 코어 배럴(34)이 수용 컨테이너(40)에서 압력-밀폐 방식으로 봉입될 때까지 반복된다.
본 발명에 따른 수중 드릴링 장치(10)의 제 3 실시 예는 도 7 내지 9로부터 나타난다. 이 경우, 베이스 프레임(12), 드릴 드라이브(20) 및 저장 수단(70)을 갖는 기본 구조는 대부분 전술한 수중 드릴링 장치(10)의 구조에 대응한다. 전술한 실시 예와 달리, 베이스 프레임(12)의 상측에 드릴링 축 방향으로 요크 형 구조물(15)이 제공된다. 수역의 베드에서 돌출하는 드릴 스트링은 도 7 내지 9에 새로 도시되지 않았다.
드릴링 아웃(drilling-out)이 종료되거나 하나의 드릴 스트링 요소의 길이에 해당하는 각 드릴링 전진 후에, 드릴 드라이브(20)가 대응하는 선형 가이드 상에서 베이스 프레임(12)을 따라 위쪽으로 이동한 다음, 도 7에서 추론할 수 있는 바와 같이, 드릴링 축으로부터 측면으로 이격된다. 그리고 나서 케이블 편향 수단을 통해 요크 형 구조(15)로 안내되는 리프팅 케이블(67)은 상단이 열려있는 드릴 스트링의 단부로 내려간다. 연결 수단에 의해, 제 1 코어 배럴(34)이 픽업되고 드릴 스트링으로부터 요크 형 구조(15)의 영역으로 위쪽으로 당겨지며, 이는 도 7에 도시되어 있다.
그 다음 빈 수용 컨테이너(40)는 그리퍼 암(62)이 있는 조작 수단(60)을 통해 캐러셀 형 저장 수단(70)으로부터 제거될 수 있고, 위쪽으로 당겨진 코어 배럴(34) 아래의 드릴링 축 영역에 위치될 수 있다. 도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 이 경우에, 조작 수단(60)은 리프팅 케이블 (67) 및 그리퍼 암 (62)을 구비하는 복수의 구성 요소를 포함한다.
일단 도 8에 도시된 수용 컨테이너(40)의 수용 위치에 도달하면, 상부 코어 배럴(34)은 도시되지 않은 케이블 윈치(cable winch)를 통해 리프팅 케이블(67)에 의해 드릴링 축을 따라 하강하고 이에 따라 상부 수용 개구(42)를 통해서 하부가 폐쇄된 수용 컨테이너(40)로 도입된다. 그 다음, 리프팅 케이블(67)이 코어 배럴(34)로부터 분리되고, 도 9에 도시 된 바와 같이, 요크 형 구조(15)의 상부로 다시 위로 당겨진다. 마지막으로, 드릴 헤드(20)에 도시되지 않는 공급 요소를 갖는 (매거진으로부터) 폐쇄 캡이 마련되고, 마찬가지로 도시되지 않은 공급 요소와 함께 드릴링 축으로 다시 피봇된다. 그런 다음 드릴 드라이브(20)가 아래로 이동하고 폐쇄 캡(46)을 돌려 후자가 수용 컨테이너(40)의 상부 수용 개구(42)에 나사로 고정될 수 있으며, 그에 따라 드릴 코어가 내부에 위치된 삽입된 코어 배럴(34)이 압력 밀폐 방식으로 수용 컨테이너(40)에서 봉입된다.
그 다음 폐쇄된 수용 컨테이너(40)는 그리퍼 암(62)을 통해 저장 수단(70)으로 다시 가져올 수 있으며, 그 후에 추가 코어 배럴(34)이 드릴 스트링(30)으로 도입될 수 있다. 그 이전 또는 이후에, 추가 드릴 스트링 요소(32)는 기존의 드릴 스트링(30)에 위치하여 나사로 연결될 수 있다. 재 드릴링 후, 추가 코어 배럴(34)을 폐쇄하기 위한 추가적인 방법의 단계가 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 변형 실시 예가 도 10 내지 12로부터 나타난다. 예시된 본 발명에 따른 수중 드릴링 장치(10)에서, 마찬가지로 전술한 실시 예들과 유사한 구조를 갖는 베이스 프레임(12)이 생성된다. 베이스 프레임(12)은 접혀진 발(13)을 통해 수역(5)의 베드 상에 배치된다.
도 10에 도시 된 이러한 이송 위치로부터, 코어 배럴(34)은 조작 수단(60)에 의해 픽업되고, 이 실시 예에서 2 개의 그리퍼 암 (62)을 가지며, 드릴링 축으로부터 도 11에 도시된 폐쇄 위치로 측면으로 피봇된다.
이동 가능한 조작 암을 갖는 폐쇄 수단(50)에 의해, 수용 컨테이너(40)는 저장 수단(70)으로부터 베이스 프레임(12) 위로 위쪽으로 이동되고 폐쇄 위치로 코어 배럴(34) 위로 측면 이동된다.
이전에 설명된 실시 예와 대조적으로, 수용 컨테이너(40)는 뒤집힌 위치를 가지며, 원통형 베이스 바디(41)의 폐쇄된 베이스(44)가 상부에 있는 반면, 수용 개구(42)는 코어 배럴(34)을 향해 아래로 향한다. 그러면 폐쇄 수단(50)의 파지 및 변위 유닛(58), 수용 컨테이너(40)는 도 12에 명확하게 도시 된 바와 같이 그 아래에 위치한 코어 배럴(34) 위로 아래로 이동될 수 있다. 하향 이동 후, 수용 컨테이너(40)는 파지 및 변위 유닛(58) 상의 회전 드라이브(52)에 의해 바닥에 배열된 폐쇄 캡(46)에 나사 결합될 수 있고, 본 발명에 따른 코어 배럴(34)은 수용 컨테이너(40)에서 압력-밀폐 방식으로 봉입될 수 있다. 마지막으로, 폐쇄된 수용 컨테이너(40)는 그리퍼 암(62)을 통해 저장 수단(70)으로 다시 가져올 수 있다. 그리고 나서, 다음 드릴링 단계 후에 추가 코어 배럴(34)을 당겨서 추가 수용 컨테니너(40)를 폐쇄하기 위한 작업이 반복될 수 있다.
Claims (14)
- 수역(5)의 베드의 드릴 코어를 획득하기 위한 수중 드릴링 장치로서,
상기 수역(5)으로 하강하여 상기 수역(5)의 베드에 놓이도록 설계된 베이스 프레임(12)과 드릴 축(31)을 중심으로 드릴 스트링(30)을 회전 가능하게 구동하기 위한 드릴 드라이브(20)를 구비하고,
상기 드릴 스트링(30)은 적어도 관형 드릴 스트링 요소(32)로 구성되고, 드릴 코어를 수용하기 위해 추가적으로 적어도 하나의 코어 배럴(34)이 상기 드릴 스트링(32)에 마련되고,
상기 드릴 코어를 수용하기 위한 수용 컨테이너(40)를 구비하며,
상기 드릴 스트링(30)에서 제거된 상기 드릴 코어는, 수중 베이스 프레임(12)의 수용 컨테이너(40)에 압력-밀폐 방식(pressure-tight manner)으로 봉입되고,
상기 수용 컨테이너(40)는 관형의 베이스 바디(41)와 적어도 하나의 수용 개구(42)를 구비하고,
상기 적어도 하나의 수용 개구(42)는, 상기 드릴 코어를 수용하면, 폐쇄 캡(46)에 의해 압력 밀폐 방식으로 닫히는 것을 특징으로 하는 수중 드릴링 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 수용 컨테이너(40)는 상기 코어 배럴(34) 또는 드릴 스트링 요소(32)에 의해 형성되며, 상기 코어 배럴(34)의 단부(35)는 상기 폐쇄 수단(50)에 의해 폐쇄될 수 있는 것을 특징으로 하는 수중 드릴링 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 수중 드릴링 장치는 베어링 장치(70)를 포함하고,
상기 드릴링 축(21)과 이격되어 상기 드릴 코어를 위한 상기 적어도 하나의 폐쇄 가능한 수용 컨테이너(40)를 위한 상기 저장 수단(70)이 제공되며, 상기 수용 컨테이너(40)는 상기 드릴 코어를 도입하기 위한 수용 개구(42)를 구비한 카트리지 형으로 설계되고,
상기 드릴 코어를 상기 수용 컨테이너(40)로 도입하도록 설계된 조작 수단(60)이 배치되고,
상기 폐쇄 수단은 상기 드릴 코어가 수용되면 상기 수용 컨테이너(40)의 상기 수용 개구(42)를 폐쇄하도록 설계된 것을 특징으로 하는 수중 드릴링 장치. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 폐쇄 수단(50)은 상기 수용 컨테이너(40)에 대해 나사산이 있는 폐쇄 캡 (46)을 회전시키도록 설계된 하나 이상의 회전 드라이브(54)를 가지며, 적절한 나사산이 상기 배럴 단부(35) 또는 상기 수용 개구(42)에 배열되는 것을 특징으로 하는 수중 드릴링 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코어 배럴(34)은 조작 수단(60)에 의해 상기 드릴 스트링(30)에서 당겨질 수 있고, 상기 조작 수단(60)과 상기 폐쇄 수단(50)이 서로에 대해 이동 가능한 것을 특징으로 하는 수중 드릴링 장치. - 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조작 수단(60)은 리프팅 케이블(67)이 있는 케이블 윈치이거나 적어도 하나의 리프팅 실린더(68)를 갖는 것을 특징으로 하는 수중 드릴링 장치. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 베이스 프레임(12)은 해양 엄빌리컬(marine umbilical)을 통해 공급 선박에 연결되는 것을 특징으로 하는 수중 드릴링 장치. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 수중 드릴링 장치(10)를 사용하여 수역(5)의 드릴 코어를 획득하는 방법으로,
베이스 프레임(12)이 있는 수중 드릴링 장치(10)가 수역으로 하강하여 수역(5)의 베드에 배치되고,
하나 이상의 관형 드릴 스트링 요소(32)로 구성된 드릴 스트링(30)이 제1 드릴링 단계에서 드릴 드라이브(20)를 이용하여 상기 수역(5)의 베드로 드릴링 아웃되고, 드릴 코어가 관형 드릴 스트링 요소(32)의 리셉터클에 형성되어 상기 드릴 스트링 요소(32)의 코어 배럴(34)에 수용되고,
상기 드릴 코어는 상기 드릴 스트링(30)에서 제거되어 수중의 수용 컨테이너(40)에 압력-밀폐 방식으로 봉입되고,
상기 수용 컨테이너(40)는 관형의 베이스 바디(41)와 적어도 하나의 수용 개구(42)를 구비하고,
상기 적어도 하나의 수용 개구는, 드릴 코어를 수용하면, 폐쇄 캡(46)에 의해 압력 밀폐 방식으로 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 수중 드릴링 장치를 이용하는 드릴 코어 획득 방법. - 제 8 항에 있어서,
적어도 하나의 폐쇄 캡(46)은 상기 수용 컨테이너(40)를 폐쇄하기 위해 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 수중 드릴링 장치를 이용하는 드릴 코어 획득 방법. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 코어 배럴(34)은 조작 수단(60)에 의해 드릴 스트링 요소(32)로부터 당겨지고,
상기 코어 배럴(34) 및 상기 수용 컨테이너(40)가 서로에 대해 이동되고 축 방향으로 정렬되고,
상기 코어 배럴(34)과 상기 수용 컨테이너(40)의 축 정렬 후, 상기 드릴 코어가 있는 상기 코어 배럴(34)은 상기 코어 배럴(34)과 상기 수용 컨테이너(40)의 상대적인 축 방향 이동에 의해 상기 수용 컨테이너(40)로 이동되는 것을 특징으로 하는 수중 드릴링 장치를 이용하는 드릴 코어 획득 방법. - 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수용 컨테이너(40)를 위한 수용 보어(7)는 상기 수역(5)의 베드에 있는 상기 베이스 프레임(12) 아래에 생성되고,
상기 코어 배럴(34)이 상기 수용 보어(7)의 상기 수용 컨테이너(40)로 도입되는 것을 특징으로 하는 수중 드릴링 장치를 이용하는 드릴 코어 획득 방법. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수용 컨테이너(40)는 상기 드릴링 축(21)으로 이동되는 것을 특징으로 하는 수중 드릴링 장치를 이용하는 드릴 코어 획득 방법. - 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코어 배럴(34)은 저장 위치에서 상기 수용 컨테이너(40)로 이동되어 상기 수용 컨테이너(40)로 도입되는 것을 특징으로 하는 수중 드릴링 장치를 이용하는 드릴 코어 획득 방법. - 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
온도 제어 수단이 상기 본체(41)에 제공되어 상기 수용 컨테이너(40)의 내부가 가열 또는 냉각되는 것을 특징으로 하는 수용 컨테이너.
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