KR20230112665A - 앵커 시스템들 및 방법들 - Google Patents

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KR20230112665A
KR20230112665A KR1020237020461A KR20237020461A KR20230112665A KR 20230112665 A KR20230112665 A KR 20230112665A KR 1020237020461 A KR1020237020461 A KR 1020237020461A KR 20237020461 A KR20237020461 A KR 20237020461A KR 20230112665 A KR20230112665 A KR 20230112665A
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drilling
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톰 에길 로젤랜드
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엠에이치워스 에이에스
엠에이치워스 게엠베하
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    • Y02B10/30—Wind power

Abstract

본 발명은 해저 앵커(2)를 설치하기 위한 방법에 관한 것으로, 이 방법은, (a) 선박(10)으로부터 드릴 스트링(13)을 구축하는 단계, (b) 해저(4)에 홀(12)을 드릴하는 단계, (c) 앵커 부재(14)를 선박(10)으로부터 그리고 홀(12) 내로 하강시키는 단계, 및 (d) 선박(10)으로부터 시멘팅 호스(15)를 통해 홀(12)에서의 제자리에 앵커 부재(14)를 시멘트하는 단계를 포함한다.

Description

앵커 시스템들 및 방법들
본 발명은 앵커 시스템들(anchor systems) 및 방법들에 관한 것이며, 특히 선박으로부터 해저 계류식 기초부들을 구축하기 위한 방법들 및 시스템들에 관한 것이다.
계류 및 앵커링 시스템들은 석유 생산에 사용되는 부유식 풍력발전 터빈(floating wind turbine)들 또는 플로터(floater)들과 같은 부유 물체들의 신뢰가능한 스테이션 유지(station keeping)를 보장하는 데 중요하다. 이러한 목적을 위해, 흡인 버킷 계류들(suction bucket moorings), 매립형 앵커들, 토페도 앵커(torpedo anchor)들 등과 같은 많은 해결책들이 존재한다. 예를 들어, 해상 재생가능 에너지의 증가하는 개발 및 보다 먼 그리고 천연 자원들 탐색을 위한 환경적으로 도전적인 영역들의 탐색으로, 개선된 계류 및 앵커링 기술에 대한 계속적인 필요가 존재한다. 개선된 계류 및 앵커링 기술은 또한 다양한 다른 해양 적용들과 관련이 있다.
기술 분야를 이해하는 데 유용할 수 있는 문헌들은 US 3330338 A; GB 1526934 A; US 3827258 A 및 US 3984991 A을 포함한다.
본 개시내용은 계류 및 앵커링을 위한 개선된 기술, 또는 최신 기술에 대한 적어도 대안적인 해결책들을 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시예에서, 해저 앵커를 설치하기 위한 방법이 제공되며, 이 방법은: (a) 선박으로부터 드릴 스트링(drill string)을 구축하는 단계, (b) 해저에 홀을 드릴하는 단계, (c) 앵커 부재를 선박으로부터 홀 내로 하강시키는 단계, (d) 선박으로부터 시멘팅 호스를 통해 홀 내의 제자리에 앵커 부재를 시멘트하는 단계를 포함한다.
아래의 상세한 설명 및 첨부된 청구항들은 추가의 실시예들을 약술한다.
이들 및 다른 특성들은, 첨부된 도면들을 참조하여 비-제한적인 예들로써 주어진 예시적인 실시예들의 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1 및 도 2는 일부 실시예들에 따른 설비를 예시한다.
도 3 내지 도 7은 일부 실시예들에 따른 방법의 단계들을 예시한다.
도 8은 앵커를 예시한다.
도 9a 및 도 9b는 드릴링 기계 및 연관된 구성요소들을 예시한다.
도 10 내지 도 13은 일부 실시예들에 사용하기 위한 선박을 예시한다.
도 14 내지 도 16은 구조물이 경사지거나 미끄러지는 방법의 단계들을 예시한다.
도 17은 드릴 스트링(drill string)에서 액체 유동이 생성되는 방법의 단계들을 예시한다.
도 18은 측부 캔틸레버 구조물을 가지는 선박을 예시한다.
도 19 내지 도 24는 앵커 부재의 다양한 실시예들을 도시한다.
도 25는 일부 실시예들에 사용하기 위한 선박을 예시한다.
다음의 설명은 "수평", "수직", "측방향", “앞뒤로", "위 및 아래", "상부", "하부", "내부", "외부", "전방", “후방”과 같은 용어들을 사용할 수 있다. 이들 용어들은 일반적으로, 도면들에 도시된 바와 같은 그리고 본 발명의 통상의 사용과 연관된 관점들 및 배향들을 지칭한다. 용어들은 단지 독자의 편의를 위해 사용되며, 제한적이지 않을 것이다.
도 1 및 도 2는 아래에서 설명되는 실시예들을 활용할 수 있는 예시적인 설비를 예시한다. 부유식 구조물(1)은 복수의 앵커들(2)에 의해 해저(4)에 계류된다(도 1에서, 단지 하나의 앵커(2)가 도시되지만, 추가의 앵커들이 일반적으로 존재할 것임이 이해되어야 함). 계류 라인들(7)은 부유식 구조물(1)을 앵커들(2)에 연결시킨다. 부유식 구조물(1)은 예를 들어, 예시된 바와 같이 부유식 풍력 발전기일 수 있다. 부유식 구조물(1)은 수심(x)(수선(3)과 해저(4) 사이의 수직 거리)을 갖는 위치에 계류된다. 도 1에 예시된 바와 같이, 앵커(2)는 부유식 구조물(1)로부터 떨어진 수평 거리(y)에 설치되어 소위 커티너리 계류(catenary mooring)를 제공할 수 있다. 대안적으로, 도 2에 예시된 바와 같이, 계류 라인들(7)은 수직 계류 시스템을 제공하기 위해 실질적으로 수직으로 연장할 수 있다. 예를 들어, 계류 시스템은 3개의 앵커들(2) 및 3개의 계류 라인들(7)을 포함할 수 있다.
해저(4)는 연질 토양 층(5) 및 경질 토양 층(6)을 포함할 수 있다. 연질 토양 층(5)은, 경질 토양 층(6)과 비교하여 보다 낮은 밀도 또는 경도를 가질 수 있다. 연질 토양 층(5)과 경질 토양 층(6)은 결합되어 암층(rock formation)을 형성할 수 있거나, 또는 해저(4)는 단지 암층, 단지 연질 토양 층(5), 또는 단지 경질 토양 층(6)을 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 해저 앵커(2)를 설치하기 위한 방법이 제공되며, 이 방법은
(a) 선박(10)으로부터 드릴 스트링(drill string)(13)을 구축하는 단계,
(b) 해저(4)에 홀(12)을 드릴하는 단계,
(c) 앵커 부재(14)를 선박(10)으로부터 홀(12) 내로 하강시키는 단계,
(d) 선박(10)으로부터 시멘팅 호스(15)를 통해 홀(12) 내의 제자리에 앵커 부재(14)를 시멘트하는 단계를 포함한다.
도 3 내지 도 7은 해저 앵커(2)를 설치하기 위한 방법을 예시한다. 해저 앵커(2)가 설치될 위치 위에 선박(10)이 제공되고 그리고 위치결정된다. 드릴 스트링(13)은, 예컨대, 함께 연결되어 해저(4)를 향해 하강되는 복수의 개별적인 드릴 스트링 세그먼트들(예컨대, 소위 조인트(joint)들 또는 스탠드(stand)들)에 의해 선박(10) 상에 구축된다. 드릴 스트링(13)은, 도 3에 예시된 바와 같이, 해저(4)와 맞물리고 그리고 홀(12)을 드릴하기 위한 드릴링 헤드를 포함한다.
홀(12)이 완성될 때, 예를 들어, 홀(12)을 수 미터의 깊이로 드릴한 후에, 드릴 스트링(13)은 홀(12) 밖으로 상승되고, 그리고 선박(10) 상으로 완전히 다시 회수되는 대신에 선박(10)으로부터 매달려질 수 있다. 이러한 경우에, 드릴 스트링(13)은 단계들 (c) 및 (d)를 수행하는 동안에 선박(10)으로부터 매달려진 상태로 유지될 수 있다. 문 풀(moon pool)(아래 참조)을 가지는 선박(10)을 사용하는 경우, 드릴 스트링(13)은 문 풀(20)을 통해 매달려질 수 있다. 선박(10)에는, 단계들 (c) 및 (d)를 수행하기 전에, 드릴 스트링(13)이 문 풀 내에서 옆으로 또는 옆쪽으로 이동되는 것을 허용하기 위해 스키딩 배열체(skidding arrangement) 또는 동등한 기구가 제공될 수 있다. 드릴 스트링(13)을 측면으로 이동시키거나 미끄러지게 하는 단계는 (아래에서 설명되는) 드릴링 기계(30)를 통해 연장하는 수직 축으로부터 멀어지게 드릴 스트링(13)을 이동시키거나 미끄러지게 하는 단계를 포함할 수 있다. 이는, 예컨대, 문 풀에 또는 문 풀에 인접하게 배열되는 트롤리(trolley) 또는 스키드(skid)에 의해 이루어질 수 있다. 이러한 방식으로, 드릴 스트링(13)은, 제1 포지션에서, 드릴링 기계(30)의 수직 아래에 위치결정될 수 있고, 그리고 제2 포지션에서, 드릴링 기계(30)를 통해 연장하는 수직 축으로부터 이격될 수 있다.
드릴하는 단계(단계(b))는 선박(10)의 문 풀(20)을 통해 실행될 수 있다.
도 4에 예시된 바와 같이, 홀(12)의 드릴링(drilling)이 완료된 후에, 선박(10)은 드릴링 포지션으로부터 약간 이동할 수 있고 그리고/또는 드릴 스트링(13)은 드릴링 포지션으로부터 멀어지게 미끄러지게 되거나 이동될 수 있다. 도 5 및 도 6에 예시된 바와 같이, 앵커 부재(14)는 그 후 선박(10)으로부터 홀(12) 내로 하강된다. 앵커 부재(14)는 윈치(winch) 및 세장형 리프팅 부재(elongate lifting member)(16)(도 5 참조), 예컨대, 로프 또는 와이어에 의해 하강될 수 있다. 하강 동안 앵커 부재(14)를 선박(10)으로부터 지지하는 것은 크레인(31)을 통해 이루어질 수 있다(도 10 내지 도 13 참조). 앵커 부재(14)는 선박(10)의 문 풀(20)을 통해, 또는 선택적으로, 선박(10)의 측면(41) 위로 하강될 수 있다. 앵커 부재(14)의 하강이 크레인(31)에 의해 지지되면, 세장형 리프팅 부재(16)는 크레인(31) 상에(예컨대, 크레인(31) 상의 윈치 드럼 상에) 배열되는 로프 또는 와이어일 수 있거나, 세장형 리프팅 부재는 선박(10) 상에 별도의 윈치와 연결되어 배열되는 로프 또는 와이어일 수 있으며, 그리고 로프 또는 와이어는 크레인(31)에 의해 유지되는 시브 등을 통해 안내된다. 앵커 부재(14)를 선박(10)의 측면 위로 하강시키면, 캔틸레버 구조(40)(도 18 참조)가 선택적으로 안내 또는 지지를 위해 사용될 수 있다.
도 5 및 도 6에 또한 예시된 바와 같이, 시멘팅 호스(15)는 앵커 부재(14)와 함께 하강될 수 있고 그리고 앵커 부재(14)에 고정될 수 있다. 시멘팅 호스(15)는 홀(12)에서의 제자리에 앵커 부재(14)를 시멘트하도록 앵커 부재(14)와 홀(12)의 벽들 사이의 공극들을 채우기 위해 선박(10)로부터 시멘트를 운반하도록 동작가능한 튜브 또는 파이프일 수 있다.
대안적으로, 예를 들어, 시멘팅 호스(15)가 선박(10)과 별도로 하강된다는 점에서, 시멘팅 호스(15)는 앵커 부재(14)와 별도로 제공될 수 있다.
시멘팅 호스(15)는 선박(10)로부터 제어 엄빌리칼(control umbilical)(18)을 통해 제어되는 ROV(17)에 의해 다루어질 수 있다(도 6 참조).
시멘트를 홀(12) 내로 펌핑한 후에, 시멘팅 호스(15)는 앵커(2)로부터 탈착될 수 있다. 이는, 예컨대, ROV(17)에 의해 이루어질 수 있다. ROV(17)는 또한, 부가적으로 또는 대안적으로, 리프팅 부재(16)를 탈착시킬 수 있다. 대안적으로, 시멘팅 호스(15) 및/또는 리프팅 부재(16)는, 예를 들어, 시멘팅 호스(15) 및/또는 리프팅 부재(16)에 가해지는 옆쪽 또는 수직 장력을 통해 선박(10)로부터 장력을 가함으로써 활성화되는 해제 기구를 통해 분리될 수 있다.
단계들 (a) 내지 (d)를 실행한 후에, 선박(10)은 새로운 드릴링 위치로 이동할 수 있다. 유리하게는, 도 7에 예시된 바와 같이, 선박(10)은 드릴 스트링(13)이 선박(10)로부터 매달려진 상태로 새로운 드릴링 위치로 이동할 수 있다. 앵커(2)가 설치되었고, 그리고, 필요한 경우, 시멘트가 침강하는 것을 허용하기 위해 일정 시간 기간 후에, 다른 선박에 의해 부유 물체까지 연결될 수 있다. 선택적으로, 선박(10)은 멀리 이동하기 전에 앵커(2)를 계류 라인에 또는 부유 물체에 연결시킬 수 있다.
도 8은 앵커 부재(14)를 예시한다. 앵커 부재(14)는 바람직하게는 원통형이고, 가변 단면 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 앵커 부재(14)는 그의 하부 부품(14a)에서 보다 작은 직경을 그리고 그의 상부 부품(14b)에서 보다 큰 직경을 가질 수 있다.
홀(12)은 유리하게, 500mm 초과, 750mm 초과, 1000mm 초과, 또는 1250mm 초과의 직경으로 드릴될 수 있다.
앵커 부재(14)는 유리하게, 홀(12)의 직경보다 더 큰 길이, 홀(12)의 직경의 150% 초과, 또는 홀(12)의 직경의 200% 초과의 길이를 가질 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 선박(10) 상에서 사용하기에 적합한 드릴링 기계(30)를 예시한다. 선박(10)은 드릴링 기계(30)를 유지하기 위한 지지 구조(11), 예컨대 리그(rig) 또는 타워(tower) 구조물을 가질 수 있다. 드릴링 기계(30) 및/또는 지지 구조(11)는 선박(10)의 갑판 상에 위치결정될 수 있다. 드릴링 기계(30)는 드릴 스트링(13)을 회전시키도록 동작가능한 드릴링 기계일 수 있다.
유리하게, 드릴 스트링(13)은 히브 보상 드릴링 기계(30)로부터 선박(10)로부터 현수된다. 이는 달성될 수 있고, 이는 지지 구조물(11)에서 드릴링 기계가 히브 보상되게 할 수 있다.
유리하게, 앵커 부재(14)는 히브 보상 윈치 또는 크레인(31)으로부터 선박(10)으로부터 현수된다. 윈치 또는 크레인(31)은 드릴링 기계(30)과 독립적일 수 있다.
선택적으로, 앵커 부재(14)를 하강시키고 시멘트하는 것에 관한 단계들을 실행하도록, 윈치 또는 크레인(31)을 작동시키는 동안, 드릴 스트링(13)을 드릴링 기계(30)에 매달려지게 둠으로써, 위에서 설명된 바와 같이 드릴 스트링(13)이 선박(10)으로부터 매달려질 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 해저는 연질 토양 층(5)(도 1 및 도 2 참조) 및 경질 토양 층(6)을 포함할 수 있으며, 경질 토양 층(6)은 연질 토양 층(5)보다 더 컴팩트하다. 본 방법은 경질 토양 층(6) 내로 드릴하는 단계, 및 경질 토양 층(6)에 적어도 부분적으로 앵커 부재(14)를 시멘트하는 단계를 포함할 수 있다.
본 방법은 단계(b) 전에 연질 토양 층(5)의 일부를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 연질 층(5)은, 경질 토양 층(6) 내로 드릴하기 전에 연질 토양 층(5)을 통해 드릴함으로써 제거될 수 있다. 연질 토양 층(5)의 수직 두께는 5m 미만, 4m 미만, 3m 미만 또는 2m 미만일 수 있다.
본원에서 설명되는 방법의 임의의 실시예들은 안내 와이어들을 이용하여 안내 기초부를 해저(4)까지 하강시키는 단계, 및 안내 기초부를 통해 드릴하는 단계를 포함할 수 있다. 안내 와이어들은 또한, 앵커 부재를 동작시키고 그리고 상륙시킬 때, 드릴된 홀에 대한 신속한 접근을 위해 사용될 수 있다.
도 10 내지 도 13은 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 방법을 실행하기에 적합할 수 있는 선박(10)을 예시한다. 선박(10)은, 이러한 예에서 너클-붐 크레인(knuckle-boom crane)인 크레인(31) 및 드릴링 기계(30)를 갖는 지지(리그 또는 타워) 구조물(11)을 포함하는, 위에서 설명된 구성요소들을 포함한다. 선박(10)은 그 선체에 문 풀(20)(도 13 참조)을 가지며, 이 문 풀을 통해, 드릴 스트링(13) 및 다른 구성요소들(예컨대, 와이어/로프 세장형 리프팅 부재(16))이 하강될 수 있다.
선박(10)은 작동 동안, 연관된 구성요소들 및 장비가 저장될 수 있는 갑판(32)을 갖는다. 특히, 선박(10)은 설치를 위한 복수의 앵커 부재들(14)을 위한 저장소를 갑판(32) 상에 또는 다른 곳에 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 예컨대, 효과적인 작동을 허용하기 위해, 다수의 앵커 부재들(14)이 이용가능할 수 있고 그리고 선박(10) 상에의 설치를 위해 준비될 수 있다.
선박(10)은 또한, 위에서 언급된 작동들 동안 요구될 수 있는 바와 같이, 드릴링 유체 및/또는 시멘트의 다루는 것을 위한 유체 핸들링 시스템들(33)(도 12 및 도 13 참조)을 포함할 수 있다.
앵커들(2)은, 예컨대 앵커들의 직경, 길이, 재료 특성들 등을 고려하여, 예상되는 토양 조건들 및 작동 조건들을 위해 설계될 수 있다. 앵커(2)는 하나의 계류 라인(7)(도 1 및 도 2 참조), 또는 선택적으로 하나 초과의 계류 라인(7)을 지지할 수 있다. 예를 들어, 다수의 부유식 풍력발전 터빈 발전기들을 갖는 풍력 발전소에서, 하나의 앵커(2)가 하나 초과의 부유식 풍력발전 터빈 발전기에 지지를 제공할 수 있고, 이에 의해, 필요한 앵커들의 총 수를 감소시킨다.
유리하게는, 드릴 스트링(13)이 선박(10)으로부터 매달려지는 것을 가능하게 한다면, 드릴 스트링(13)은 위치 당 한 번만 구축되고 그리고 트립되며, 다른 활동들을 실행하면서, 파킹 포지션, 예를 들어, 문 풀에서 매달려질 수 있다. 다른 활동들은 크레인 또는 윈치, 또는 조합된 크레인 및 윈치에 의해 실행될 수 있다. 위에서 설명된 단계들 (c) 및 (d)와 같은 이러한 다른 활동들이 완료될 때, 선박(10)은, 다음 설치 위치로 이동할 수 있고, 그리고, 전체 드릴 스트링(13)을 구축하고 그리고 트립할(trip) 필요 없이, 다음 드릴링 작동을 시작할 수 있다.
본원에서 설명되는 실시예들 중 임의의 실시예에서, 홀(12)의 직경은 예컨대 1500㎜ 정도일 수 있으며, 그리고 앵커 부재(14)는 풍력 에너지 플로터(wind energy floater)와 함께 사용하기에 적합한 앵커(2)에 대해 700㎜ 내지 1300㎜ 정도일 수 있다. 그러나, 임의의 특정 경우에서의 요구들 및 요건들에 따라, 다양한 다른 사이즈들이 다른 적용들에 대해 관련될 수 있다.
드릴링 작업을 시작하기 전에, 온보드(onboard) ROV가 해저(4)의 경사 또는 다른 매개변수들을 검사하고 그리고 필요한 경우 측정하기 위해 배치될 수 있다.
선택적으로, 선박(10)은 드릴링 기계(30) 및 연관된 구성요소들을 문 풀 영역으로부터 멀어지게 미끄러지게 하거나 경사지게 하는 기능을 가질 수 있다. 이는 도 14 및 도 15에 예시된다(도 9 내지 도 13 또한 참조). 드릴링 기계(30)는, 선박(10) 구조의 나머지에 대하여 이동가능한 지지 구조(11)에 의해 지지되어 배열될 수 있다. 예를 들어, 지지 구조물(11)은 문 풀(20)에 대하여 미끄럼가능하거나 또는 경사가능할 수 있다.
이는 도 14 및 도 15에 예시되며, 드릴링 기계(30)를 갖는 지지 구조물(11)은 문 풀(20)에 대하여 미끄러질 수 있다. 지지 구조물(11)은, 도 15에 예시된 바와 같이, 문 풀(20)에 의해 한정된 개구로부터 완전히 멀어지게, 또는 개구로부터 단지 부분적으로 멀어지게 미끄러질 수 있다. 예를 들어, 예를 들어, 앵커 부재(14)의 하강 동안, 드릴 스트링(13)이 드릴링 기계(30)로부터 현수된 상태로 유지되면, 하지만, 드릴 스트링(13)은 드릴링 기계(30)로부터 문 풀(20)을 통해 선박(10) 아래의 물 내에서 현수된 상태로 유지될 수 있도록, 지지 구조물(11)은 문 풀(20)을 통한 다른 동작들을 위한 보다 많은 공간을 제공하기 위해 단지 충분히 멀리 미끄러질 수 있다.
도 16은, 문 풀 영역 위에 보다 많은 공간을 제공하기 위해, 지지 구조물(11) 또는 지지 구조물(11)의 일부가 어떻게 경사질 수 있는지를 예시한다. 선택적으로 또는 부가적으로, 도 16에 도시된 바와 같은 전체 플랫폼은, 도 14 및 도 15에 예시된 바와 유사하게, 옆쪽으로 미끄러지는 능력을 갖도록 배열될 수 있다.
따라서, 방법의 단계(b)는, 위에서 설명된 바와 같이, 해저(4)에 홀을 드릴하기 위해 드릴링 기계(30)를 작동시키는 단계, 및 그 후에, 드릴링 기계(30)를 지지하는 지지 구조물(11)을 미끄러지게 하거나 또는 경사지게 하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 문 풀(20)을 통한 다른 작동들이 더 용이하게 실행될 수 있도록, 지지 구조물(11), 드릴링 기계(30) 또는 다른 연관된 구성요소들이 방해되지 않게 이동될 수 있다.
도 17에 예시된 바와 같이, 방법은 드릴 스트링 헤드(13')로부터 드릴 스트링(13) 내부에서 위로 선박(10)까지의 액체 유동을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 본 방법은 액체 유동을 통해 선박(10) 상에 토양 입자들 또는 절단물들(19)을 수용하는 단계를 포함할 수 있다. 토양 입자들 또는 절단물들(19)은 저장, 처리, 또는 외부 이송을 위해 선박(10) 상에 수용될 수 있다. 이러한 방식으로, 토양 입자들 또는 절단물들(19)은 해저(4) 상에 투기될 필요가 없다.
RCD(reverse circulation drilling) 프로세스로서 드릴링을 수행하는 단계는, 토양 입자들 또는 절단물들(19)이 홀(12)에서 또는 홀(12) 주위에서 현장으로부터 멀리 이송될 수 있는 이점들을 제공한다.
드릴 스트링(13) 내의 액체 유동은, 예컨대, 가스 리프트에 의해, 즉 드릴 스트링(13) 내로 가스(예컨대, 공기)를 주입함으로써 생성될 수 있다. 도 9a 및 도 9b에서 볼 수 있는 바와 같이, 토양 입자들 또는 절단물들(19)을 포함하는 액체 유동은, 존재하다면, 드릴링 기계(30)과 연관하여 배열된 회수 파이프(21)를 통해 수용될 수 있다. 회수 파이프(21)는, 예컨대 액체 및 토양 입자들 또는 절단물들(19)의 분리, 액체의 다른 처리, 또는 액체의 배출을 위한 액체 핸들링 시스템에 연결될 수 있다.
유리하게, 연질 층(5)의 일부는 드릴 스트링 헤드(13')의 단면적보다 더 큰 또는 드릴 스트링(13)의 단면적보다 더 큰 해저 면적에서 제거될 수 있다. 이는 도 17에 표시되며, 역순환 유동은, 홀(12)에 대해 요구되는 단면적보다 더 큰 면적에 걸쳐 연질 층(5)으로부터 토양 입자들을 제거하는 데 사용될 수 있다. 이는, 홀(12)이 붕괴될 위험이 더 적을 수 있거나 작동 방해의 위험이 감소되는 이점을 제공한다.
본 방법은, 드릴 스트링(13)을 선박(10)로부터 현수시키고 그리고 드릴 스트링(13) 내부에서 위로 선박(10)으로의 액체 유동을 생성하면서, 연질 층(5) 위에 그리고 이에 인접하게, 또는 연질 층(5) 내로 드릴 스트링(13)의 하단부, 예컨대, 드릴 스트링 헤드(13')를 위치결정하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 예를 들어, 연질 층(5)의 더 큰 면적이 제거되고 그리고 드릴 스트링(13)에서 액체 유동을 통해 선박(10)로 이송되도록, 사용자는, 예를 들어, 선박(10)을 이동시키면서, 연질 층(5) 위로 하단부를 호버할(hover) 수 있다.
예컨대, 도 9a 및 도 9b에서 볼 수 있는 바와 같이, 드릴링 기계(30)는 선박(10) 상의 지지 구조물(11)에 의해 지지될 수 있다. 지지 구조물(11)은, 드릴링 기계(30)가 드릴 스트링(13)을 회전시키기 위해 드릴 스트링(13) 상에 모멘트(moment)를 가할 때, 수평면에서 드릴링 기계(30)에 회전 지지를 제공할 수 있고, 그리고 따라서, 선박(10)에 대해 회전식으로 고정되는 드릴링 기계(30)를 유지할 수 있다. 유리하게는, 지지 구조물(11)은 드릴링 기계(30)를 지지하는 히브 보상 프레임(heave compensated frame)(11')을 포함한다. 히브 보상 프레임(11')은, 예컨대, 선박 히브에 대한 응답으로 드릴링 기계(30)의 수직 운동을 허용하는 수직으로 배열된 유압 실린더들을 포함할 수 있다.
대안적으로, 드릴링 기계(30)는 히브 보상 크레인(31)에 의해 현수될 수 있다(도 10 내지 도 13 참조). 이러한 배열에서, 크레인(31)은, 예컨대 후크 등을 통해 크레인으로부터 드릴링 기계(30)를 현수시킴으로써, 드릴링 기계(30)를 수직으로 유지하도록 배열될 수 있다. 지지 구조물(11)은, 위에서 설명된 바와 같이, 드릴링 기계(30)에 회전 지지를 제공하도록, 하지만 드릴링 기계(30)가, 예컨대 트랙들 또는 지지 로드들을 따라 수직 방향으로 자유롭게 이동하는 것을 허용하도록 배열될 수 있다. 프레임(11')과 유사한 이동가능 프레임이 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다. 크레인(31)은, 드릴링 기계(30)의 히브 보상 능력을 제공하기 위해, 드릴링 기계(30)를 유지하도록 히브 보상 모드에서 작동될 수 있다.
본원의 실시예들 중 임의의 실시예에서, 히브 보상은 수동 히브 보상 또는 능동 히브 보상일 수 있다.
도 18에 예시되는, 본원에서 설명된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 본 방법은 선택적으로, 선박의 측면(41)으로부터 외측으로 연장하는 캔틸레버 구조물(40)을 통해 선박의 측면에 걸쳐 실행될 수 있다. 이는, 드릴 스트링(13)이 캔틸레버 구조(40)로부터 (직접적으로 또는 간접적으로) 현수되도록, 캔틸레버 구조물(40)로부터 드릴 스트링(13)을 구축하는 것을 포함할 수 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, 예를 들어 앵커 부재를 하강시키면서, 캔틸레버 구조물(40)로부터 간접적으로 또는 직접적으로 앵커 부재(14)를 현수시킴으로써, 또는 예를 들어 앵커 부재를 하강시키면서, 리프팅 부재(16)의 측방향 지지에 의해, 앵커 부재(14)는 캔틸레버 구조물(40)을 통해 선박(10)으로부터 하강될 수 있다.
도 19 내지 도 24는 본원에서 설명되는 방법에 사용하기에 적합한 앵커 부재(14)의 다양한 실시예들을 예시한다. 앵커 부재(14)는 현수 부재(44), 예컨대 샤클(shackle) 또는 후크를 가질 수 있으며, 현수 부재로부터, 앵커 부재는 현수될 수 있고 그리고 리프팅 부재(16)를 통해 선박(10)으로부터 하강될 수 있다.
유리하게, 앵커 부재(14)는 천공된 하부 부품(14a)을 가질 수 있다. 이는 앵커 부재(14)가 홀(12)에 신뢰가능하게 고정되는 데 유익한 방식으로, 시멘트가 앵커 부재(14)에서 그리고 앵커 부재 주위에 분포되는 것을 허용할 수 있다.
하부 부품(14b)은 중공 세장형 튜브로서 형성될 수 있다(예컨대, 도 19, 도 21 및 도 23 참조).
앵커 부재(14)는 앵커 부재(14)의 내부 부품 내로의 시멘트의 주입을 위해 배열되는 유입구 튜브 프로브(inlet tube probe)(45)를 포함할 수 있다. 앵커 부재(14)는 이러한 목적을 위해, 예컨대 세장 원통형 형태로 중공으로 배열될 수 있고, 이에 의해, 앵커 부재(14)의 내부 체적은 유입 튜브 프로브(45)를 통해 시멘트로 채워질 수 있다. 유입구 튜브 프로브(45)는 앵커 부재(14) 내부에서 아래로 연장할 수 있다.
시멘팅 호스(15)는, 앵커 부재(14)가 해저(4)로 하강되기 전에 유입구 튜브 프로브(45)에 연결될 수 있다. 대안적으로, 예를 들어, ROV(17)의 도움에 의해, 앵커 부재(14)를 하강시킨 후에, 시멘팅 호스(15)가 유입구 프로브(45)에 연결될 수 있다. 이러한 방식으로, 앵커 부재(14)의 접합은 홀(12) 내의 앵커 부재(14) 주위에 고리형 체적을 채우는 것 외에도 앵커 부재(14)의 내부 체적 내로 시멘트를 채움으로써 이루어질 수 있다. 선택적으로, 앵커 부재(14)는 홀(12) 내의 앵커 부재(14) 주위의 고리를 시멘트로 충전함으로써 홀(12) 내의 제자리에 시멘트될 수 있다.
유입구 튜브 프로브(45)가 앵커 부재(14)의 내부 체적부 내로 연장하는 경우, 본 방법은, 앵커 부재(14) 및 앵커 부재(14) 주위의 고리 둘 모두의 내부에서 온보드 시멘트 릴의 사용에 의해 그리고 ROV(17)에 의해 보조되어 보강된 시멘트 분배를 달성하기 위해, 시멘팅 작동 동안 앵커 부재(14) 내부로부터 유입구 튜브 프로브(45)를 후퇴시키는 단계를 포함할 수 있다.
도 25는 드릴링 기계(30)를 유지하고 그리고 현수시키기 위한 대안적인 지지 구조물(11)을 가지는 선박(10)의 실시예를 예시한다.
본원에서 설명되는 실시예들은, 예컨대, 부유식 풍력 터빈 유닛들과 같은 부유식 재생가능 에너지 설비들의 설치에 적합할 수 있다. 실시예들에 따르면, 계류 및 앵커링 시스템들의 보다 유연한 설치가 달성될 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 또는 다양한 토양 조건들에서 구조적으로 신뢰가능한 계류가 획득될 수 있으며, 작동들은 수심에 덜 민감할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 높은 설치 효율이 획득될 수 있어서, 보다 덜 전문화된 설치 선박들의 사용을 허용하고 그리고/또는 날씨 창들에 대한 의존성을 감소시킨다. 이는, 예를 들어, 많은 수의 계류 지점들이 요구되는 경우, 대형 재생가능 에너지 파크들의 설치에서 유리할 수 있다.
유리하게, 선박(10)은 흡입 앵커들을 설치하기 위해 부가적으로 설비될 수 있다. 이러한 "이중" 작동들을 실행할 가능성을 갖는 것은, 예를 들어, 흡인 앵커들과 시멘트된 앵커들의 조합이 사용될 수 있는 다양한 토양 조건들을 갖는 영역들에서 보다 효율적인 동작들의 이점들을 제공할 수 있다.
본 시스템 및 본 방법은 해저 드릴링 작동들에 대해 일반적으로 사용되는 것보다 더 가벼운 선박들을 사용하여 활용될 수 있다. 예를 들어, 해상 서비스 선박들로 공지되어 있는 이러한 선박들이 이러한 목적에 적합할 수 있다.
본 개시내용에 따른 추가의 발명의 양태들 및 실시예들은 다음의 넘버링된 조항들에서 제공된다:
1. 해저 앵커(sea floor anchor)(2)를 설치하기 위한 방법으로서, 이 방법은,
(a) 선박(10)으로부터 드릴 스트링(drill string)(13)을 구축하는 단계,
(b) 해저(4)에 홀(12)을 드릴하는(drilling) 단계,
(c) 앵커 부재(14)를 선박(10)으로부터 그리고 상기 홀(12) 내로 하강시키는 단계, 및
(d) 선박(10)으로부터 시멘팅 호스(cementing hose)(15)를 통해 상기 홀(12)에서의 제자리에 앵커 부재(14)를 시멘트하는 단계를 포함한다.
2. 조항 1에 따른 방법으로서, 단계(b)는 선박(10)의 문 풀(20)을 통해 드릴하는 단계를 포함한다.
3. 조항 1 내지 조항 3 중 어느 한 조항에 따른 방법으로서, 단계(a)는 선박(10)의 측면(41)으로부터 외측으로 연장하는 캔틸레버 구조물(40)로부터 드릴 스트링(13)을 구축하는 단계를 포함한다.
4. 조항 1 내지 조항 3 중 어느 한 조항에 따른 방법으로서, 단계(c)는 선박(10)의 문 풀(moon pool)(20)을 통해 앵커 부재(14)를 하강시키는 단계를 포함한다.
5. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 단계(c)는 앵커 부재(14)를 선박(10)으로부터 선박(10)의 측면(41)에 걸쳐 하강시키는 단계를 포함한다.
6. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 단계(c)는 선박(10)의 측면(41)으로부터 외측으로 연장하는 캔틸레버 구조(40)를 통해 앵커 부재(14)를 선박(10)으로부터 하강시키는 단계를 포함한다.
7. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 이 방법은, 단계(c) 및 단계(d)를 수행하는 동안, 선박(10)으로부터 드릴 스트링(13)을 매달아 놓는 단계를 포함한다.
8. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 단계들(c 및 d)을 실행하면서 선박(10)으로부터 드릴 스트링(13)을 매다는 단계는 문 풀(20)을 통해 드릴 스트링(13)을 매다는 단계를 포함한다.
9. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 단계(c) 및 단계(d)를 수행하기 전에, 드릴 스트링(13)을 옆쪽으로 미끄러지게 하거나, 그렇지 않으면 이동시키는 단계를 포함한다.
10. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 단계(a) 내지 단계(d)를 수행한 후에, 드릴 스트링(13)이 선박(10)으로부터 매달려지는 상태로 선박(10)을 새로운 드릴링 위치로 이동시키는 단계를 포함한다.
11. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 이 방법은 크레인을 통해 앵커 부재(14)를 선박(10)으로부터 하강시키는 단계를 포함한다.
12. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 이 방법은 안내 와이어들로 안내 기초부를 해저(4)로 하강시키는 단계, 및 안내 기초부를 관통하여 드릴하는 단계를 포함한다.
13. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 단계(c)는 앵커 부재(14)와 함께 그리고 앵커 부재(14)에 고정되어 시멘팅 호스(15)를 하강시키는 단계를 포함한다.
14. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 이 방법은, 앵커 부재(14)와 별도로 시멘팅 호스(15)를 제공하는 단계, 예를 들어, 선박(10)으로부터 제어 엄빌리칼(control umbilical)(18)을 통해 제어되는 ROV(17)에 의해 시멘팅 호스(15)를 제공하는 단계를 포함한다.
15. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 이 방법은 단계(d)에 후속하여, 앵커(2)로부터 시멘팅 호스(15)를 탈착하는 단계를 포함한다.
16. 이전 조항에 따른 방법으로서, 앵커(2)로부터 시멘팅 호스(15)를 분리하는 단계는 ROV(17)로 앵커(2)로부터 시멘팅 호스(15)를 탈착하는 단계를 포함한다.
17. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 앵커 부재(14)는 원통형이다.
18. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 앵커 부재(14)는 다양한 직경을 갖는 원형 단면을 갖는다.
19. 이전 조항에 따른 방법으로서, 앵커 부재(14)는 하부 부품에서 보다 작은 직경을 갖고 상부 부품에서 보다 큰 직경을 갖는다.
20. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 단계(b)는 500mm 초과, 750mm 초과, 1000mm 초과 또는 1250mm 초과의 직경을 갖는 홀(12)을 드릴하는 단계를 포함한다.
21. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 앵커 부재(14)는 유리하게, 홀(12)의 직경보다 더 큰 길이, 홀(12)의 직경의 150% 초과, 또는 홀(12)의 직경의 200% 초과의 길이를 갖는다.
22. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 단계(b)는 히브 보상 드릴링 기계(30)로부터 선박(10)으로부터 드릴 스트링(13)을 현수시키는 단계를 포함한다.
23. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 드릴링 기계(30)는 지지 구조물(11)에 의해 선박(10) 상에서 지지된다.
24. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 지지 구조물(11)은 드릴링 기계(30)를 지지하는 히브 보상 프레임을 포함한다.
25. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 드릴링 기계(30)는 히브 보상 크레인(31)에 의해 현수된다.
26. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 지지 구조물(11)은 수평면에서 드릴링 기계(30)에 회전 지지를 제공한다.
27. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 단계(c)는 윈치 또는 크레인(31)으로부터 선박(10)으로부터 앵커 부재(14)를 현수시키는 단계를 포함한다.
28. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 단계(c)는 히브 보상 윈치 또는 크레인(31)으로부터 선박(10)으로부터 앵커 부재(14)를 현수시키는 단계를 포함한다.
29. 조임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 단계(c)는 드릴링 기계(30)과 독립적인 윈치 또는 크레인(31)으로부터 선박(10)으로부터 앵커 부재(14)를 현수시키는 단계를 포함한다.
30. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 해저는 연질 토양 층(5) 및 경질 토양 층(6)을 포함하며, 경질 토양 층(6)은 연질 토양 층(5)보다 더 치밀하며, 그리고 본 방법은 경질 토양 층(6) 내로 드릴하는 단계 및 경질 토양 층(6)에 적어도 부분적으로 앵커 부재(14)를 시멘트하는 단계를 포함한다.
31. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 본 방법은 단계(b) 전에 연질 토양 층(5)의 일부를 제거하는 단계를 포함한다.
32. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 본 방법은 경질 토양 층 내로 드릴하는 단계 전에 연질 토양 층(5)을 드릴하는 단계를 포함한다.
33. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 연질 토양 층(5)의 수직 두께는 5m 미만, 4m 미만, 3m 미만 또는 2m 미만이다.
34. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 단계(b)는 해저(4)에 홀을 드릴하기 위해 드릴링 기계(30)를 작동시키는 단계를 포함하며, 그리고 본 방법은, 단계(b)와 단계(c) 사이에서 드릴링 기계(30)를 지지하는 지지 구조물(11)을 미끄러지게 하거나 경사지게 하는 단계를 포함한다.
35. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 단계(b)는 드릴 스트링 헤드(13')로부터 그리고 드릴 스트링(13) 내부로부터 위로 선박(10)으로 액체 유동을 생성하는 단계를 포함한다.
36. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 액체 유동을 통해 선박(10) 상에 토양 입자들 또는 절단물들(19)을 수용하는 단계를 포함한다.
37. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 단계(b)는 RCD(reverse circulation drilling) 드릴링 프로세스로서 실행된다.
38. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 이 방법은 드릴 스트링 헤드(13')로부터 드릴 스트링(13) 내부에서 위로 선박(10)까지의 액체 유동을 통해 연질 층(5)의 일부를 제거하는 단계를 포함한다.
39. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 연질 층(5)의 일부는 드릴 스트링 헤드(13')의 단면적보다 더 큰 또는 드릴 스트링(13)의 단면적보다 더 큰 해저 면적에서 제거된다.
40. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 드릴 스트링(13)을 선박(10))로부터 현수시키고 그리고 드릴 스트링(13) 내부에서 위로 선박(10)으로의 액체 유동을 생성하면서, 연질 층(5)위에 그리고 이에 인접하게, 또는 연질 층(5) 내로 드릴 스트링(13)의 하단부, 예컨대, 드릴 스트링 헤드(13')를 위치결정하는 단계를 포함할 수 있다.
41. 임의의 이전 조항에 따른 방법으로서, 선박(10)을 이동시키는 동안 연질 층(5) 위에서 하단부를 호버하는 단계를 포함한다.
본 발명은 위에서 설명된 실시예들에 의해 제한되지 않으며; 첨부된 청구항들에 대한 참조가 이루어져야 한다.

Claims (11)

  1. 해저 앵커(sea floor anchor)(2)를 설치하기 위한 방법으로서, 상기 방법은,
    (a) 선박(10)으로부터 드릴 스트링(drill string)(13)을 구축하는 단계,
    (b) 해저(4)에 홀(12)을 드릴하는(drilling) 단계,
    (c) 앵커 부재(14)를 상기 선박(10)으로부터 그리고 상기 홀(12) 내로 하강시키는 단계, 및
    (d) 상기 선박(10)으로부터 시멘팅 호스(cementing hose)(15)를 통해 상기 홀(12)에서의 제자리에 앵커 부재(14)를 시멘트하는 단계를 포함하는,
    해저 앵커를 설치하기 위한 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 단계(b)는 상기 선박(10)의 문 풀(20)을 통해 드릴하는 단계를 포함하는,
    해저 앵커를 설치하기 위한 방법.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 단계(c)는 상기 선박(10)의 문 풀(moon pool)(20)을 통해 상기 앵커 부재(14)를 하강시키는 단계를 포함하는,
    해저 앵커를 설치하기 위한 방법.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은, 상기 단계 (c) 및 (d)를 수행하는 동안, 상기 선박(10)으로부터 상기 드릴 스트링(13)을 매달아 놓는 단계를 포함하는,
    해저 앵커를 설치하기 위한 방법.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계(c) 및 단계(d)를 수행하기 전에, 상기 드릴 스트링(13)을 옆쪽으로 미끄러지게 하거나(skidding), 그렇지 않으면 이동시키는 단계를 포함하는,
    해저 앵커를 설치하기 위한 방법.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계(a) 내지 단계(d)를 수행한 후에, 상기 드릴 스트링(13)이 상기 선박(10)으로부터 매달려지는 상태로 상기 선박(10)을 새로운 드릴링 위치로 이동시키는 단계를 포함하는,
    해저 앵커를 설치하기 위한 방법.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계(c)는 상기 앵커 부재(14)와 함께 그리고 상기 앵커 부재(14)에 고정되어 상기 시멘팅 호스(15)를 하강시키는 단계를 포함하는,
    해저 앵커를 설치하기 위한 방법.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계(b)는 500mm 초과, 750mm 초과, 1000mm 초과 또는 1250mm 초과의 직경을 갖는 상기 홀(12)을 드릴하는 단계를 포함하는,
    해저 앵커를 설치하기 위한 방법.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계(b)는 히브 보상 드릴링 기계(heave compensated drilling machine)(30)로부터 상기 선박(10)으로부터 상기 드릴 스트링(13)을 현수시키는 단계를 포함하는,
    해저 앵커를 설치하기 위한 방법.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계(b)는 드릴 스트링 헤드(13')로부터 그리고 상기 드릴 스트링(13) 내부로부터 위로 상기 선박(10)으로 액체 유동을 생성하는 단계를 포함하는,
    해저 앵커를 설치하기 위한 방법.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 유동을 통해 상기 선박(10) 상에 토양 입자들 또는 절단물들(19)을 수용하는 단계를 포함하는,
    해저 앵커를 설치하기 위한 방법.
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