WO2017048004A1

WO2017048004A1 - 해양구조물의 스퍼드캔 및 그 스퍼드캔을 이용한 해저 지반 관입 방법

Info

Publication number: WO2017048004A1
Application number: PCT/KR2016/010231
Authority: WO
Inventors: 박종식; 이준모; 류민철; 주영석; 샤짜드 호세인무하마드; 제이슨 캐시디마크; 후위시아; 김영호
Original assignee: University of Western Australia; Daewoo Shipbuilding and Marine Engineering Co Ltd
Current assignee: University of Western Australia; Hanwha Ocean Co Ltd
Priority date: 2015-09-14
Filing date: 2016-09-12
Publication date: 2017-03-23
Anticipated expiration: 2018-03-14
Also published as: GB2559286A; KR101837098B1; AU2016324439A1; GB201806106D0; KR20170032514A

Abstract

해양구조물의 스퍼드캔 및 그 스퍼드캔을 이용한 해저 지반 관입 방법이 개시된다. 본 발명에 따르면, 잭업 리그의 경우, 잭업 리그를 해저 지반에 고정하기 위한, 스퍼드캔을 이용하여 해저 지반의 관입 작업을 하는 도중에 발생할 수 있는 펀치 쓰루(Punch Through) 현상을 줄이거나 없앨 수 있다.

Description

해양구조물의 스퍼드캔 및 그 스퍼드캔을 이용한 해저 지반 관입 방법

본 발명은 해양구조물의 스퍼드캔에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 해상 부유구조물의 하부에 설치되어 해저 지반의 관입 작업을 하는 도중에 발생할 수 있는 펀치 쓰루(Punch Through) 현상을 줄이거나 방지할 수 있는 해양구조물의 스퍼드캔 및 그 스퍼드캔을 이용한 해저 지반 관입 방법에 관한 것이다.

잭업 리그(Jack-up rig)와 같은 해양구조물은 가스, 원유 등의 시추 및 저장을 위해서 해저 지반에 고정하는 데, 시추 설비 등이 탑재되는 해상 부유구조물과, 상기 해상 부유구조물의 하부에 수직으로 설치되는 다수의 레그(Leg)와, 각 레그의 하부에 설치되어 상기 해상 부유구조물을 해저 지반에 지지하는 스퍼드캔(Spudcan)을 구비한다.

특히, 잭업 리그는 해상에서 시추 등의 작업을 안정적으로 수행하기 위해서 잭업 리그가 해저 지반에 안정적으로 고정되어야 하므로, 이를 위해서 스퍼드캔이 해저 지반을 일정 깊이로 관입(Penetration)할 필요가 있다.

스퍼드캔은 잭업 리그의 레그의 하단부에 설치되어 잭업 리그가 해저 지반에 안정적으로 고정하도록 해저 지반에 고정 설치된다.

스퍼드캔은 해저 지반을 일정 이상 깊이로 관통하여 충분한 지지력을 확보한 후에, 해저 지반의 관입을 중단하고, 시추 및 생산 장비가 구비된 잭업 리그를 안정적으로 지지한다.

한편, 스퍼드캔을 이용하여 해저 지반을 관입하는 과정은, 해저 지반에 영향을 많이 받는다. 특히, 해저 지반의 관입 작업 중에 해저 지반의 강도(Stiffness)가 급변하는 경우 펀치 쓰루(Punch through)라 불리는 안전사고가 발생할 수 있다.

도 1은 잭업 리그의 해저 지반 관입 작업 중에 일어날 수 있는 펀치 쓰루 현상을 설명하기 위한 그래프이다.

도 1을 참조하면, 세로축은 잭업 리그 및 스퍼드캔이 해저 지반을 관입하는 관입 깊이(Depth of penetration)를 의미하고, 가로축은 해저 지반을 관입하는 과정에서 해저 지반에 대해 잭업 리그 및 스퍼드캔이 받는 관입 저항(Penetration resistance)을 의미한다.

관입 저항이 크다는 것은 관입에 더 많은 힘이 필요하다는 것을 의미한다. 관입 저항은 관입되는 해저 지반의 강도 및 관입하는 스퍼드캔의 수평 단면 적에 영향을 받는다. 즉, 해저 지반의 강도가 클수록, 또한 관입하는 스퍼드캔의 수평 단면적이 클수록 관입 저항은 커진다.

계속해서, 도 1을 참조하면, 관입 과정에서 관입 깊이가 커짐에 따라 해저 지반의 강도가 증가하는 것이 일반적이므로, 이에 따라 관입 저항도 증가하게 된다(도 1의 제1 영역 참조).

그러나 이러한 경향은 항상 일정한 것이 아니며 해저 지반의 상태에 따라 관입 깊이가 증가하면서 관입 저항은 오히려 감소하는 구간도 발생한다(도 1의 제2 영역 참조).

따라서, 관입 과정에서 해저 지반의 일정 깊이에서는 주변의 해저 지반에 비해 상대적으로 관입 저항이 큰 지점(도 1의 제1지점)이 발생한다.

제1지점을 통과하기 전까지는 순조롭게 관입 과정을 진행하던 스퍼드캔은 제1지점을 통과하는 순간 제1지점의 관입 저항보다 낮아지는 지점을 만나게 되는데, 이에 따라 스퍼드캔은 급격한 하강을 하게 된다. 이러한 현상을 펀치 쓰루(Punch through)라고 부른다.

펀치 쓰루 현상을 겪기 시작한 스퍼드캔은 제1지점과 동일한 관입 저항을 갖는 지점(도 1의 제2지점)까지 안정성을 잃고 지속적으로 급격하게 하강하게 된다.

제2지점까지 펀치 쓰루 현상을 겪은 스퍼드캔은 다시 안정적으로 하강하게 되어 원래 하강하고자 했던 지점(도 1의 제3지점)에 도달하게 되어 관입 과정을 끝내게 된다.

해저 지반의 관입 과정에서 발생하는 사고 중에서, 펀치 쓰루 현상으로 인해 발생하는 사고는 잭업 리그 관련 사고의 1/3을 차지할 만큼 중대한 위험요인으로서, 기름이나 가스의 유출 및 인명 피해 등의 막대한 손실을 끼친다.

이러한 펀치 쓰루 현상을 방지하기 위하여 해저 지반의 관입 과정 이전에 해저 지반을 개량하거나, 펀치 쓰루 현상이 일어날 수 있는 해저 지반 층을 제거하는 작업 등이 수행되었으나, 이는 별도의 공사 과정이 필요하므로 시간 및 비용의 측면에서 매우 비효율적이다.

따라서, 본 발명의 목적은 잭업 리그를 해저 지반에 고정 설치할 때에 해저 지반의 관입 작업을 하는 도중에 발생할 수 있는 펀치 쓰루 현상을 감소시키거나 제거할 수 있는 해양구조물의 스퍼드캔 및 그 스퍼드캔을 이용한 해저 지반 관입 방법을 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 잭업 리그에 구비되는 스퍼드캔(Spudcan)에 있어서, 상기 잭업 리그의 하단에 구비되는 스퍼드캔의 몸체를 이루는 지지 부; 및 상기 스퍼드캔이 해저 지반을 관입할 때 발생하는 관입 저항(penetration resistance)이 감축되도록 상기 지지 부를 상하 방향으로 관통하는 관통 공을 포함하는 해양구조물의 스퍼드캔이 제공된다.

상기 지지 부의 수평 단면은 원형일 수 있다.

상기 관통 공은 상부 관통 공 및 하부 관통 공을 포함하며, 상기 상부 관통 공의 경계는 상부 내주 면에 의해 형성되며, 상기 하부 관통 공의 경계는 상기 지지 부의 수평 단면에 의해 형성되는 상기 하부 관통 공의 형상 및 면적이 상기 지지 부의 수평 단면이 형성되는 상기 지지 부의 높이가 낮아짐에 따라 확대되도록 형성되는 하부 내주 면에 의해 형성될 수 있다.

상기 지지 부 하단에는 하방으로 뾰족하게 형성된 원추 형상의 첨단 부를 더 포함할 수 있다.

상기 지지 부의 수평 단면에 의해 형성되는 상기 관통 공은 원형을 가질 수 있다.

상기 지지 부의 수평 단면에 의해 형성되는 상기 관통 공은 중심과 중심각이 같고 반경이 서로 다른 2개의 원호를 연결한 형상을 가질 수 있다.

상기 관통 공은 복수일 수 있다.

상기 지지 부는 절단된 원추 형상을 가지며, 상기 첨단 부의 원추의 기울기는 상기 지지 부의 절단된 원추의 기울기보다 클 수 있다.

상기 관통 공은 상기 지지 부를 수직방향으로 관통할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 잭업 리그에 구비되는 스퍼드캔을 이용하여 잭업 리그를 수중 지반에 지지하기 위한 해저 지반 관입 방법에 있어서, 상기 잭업 리그가 하강함에 따라 상기 스퍼드캔이 관입하는 지반의 토사가 상기 잭업 리그의 하단에 구비된 스퍼드캔의 몸체를 형성하는 지지 부에 형성된 관통 공을 통해 상기 스퍼드캔의 상부에 배출되는 단계; 상기 관통 공을 통해 상기 스퍼드캔의 상부에 배출된 토사의 압력에 의해 상기 관통 공 내부에 있는 토사가 상기 스퍼드캔의 상부에 배출되지 않는 단계를 포함하는 해양구조물의 스퍼드캔을 이용한 해저 지반 관입 방법이 제공된다.

상기 해양구조물의 스퍼드캔을 이용한 해저 지반 관입 방법은 스퍼드캔이 관입을 종료하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 잭업 리그를 해저 지반에 고정 설치할 때 발생하는 펀치 쓰루 현상을 현저하게 감소시키거나 제거할 수 있으므로, 잭업 리그의 해저 지반 관입 과정에서의 안정성이 크게 향상된다.

도 1은 잭업 리그의 해저 지반 관입 작업 중에 일어날 수 있는 펀치 쓰루 현상을 그래프로 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 해양구조물의 스퍼드캔을 위에서 바라본 모습을 도시한 평면도이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 해양구조물의 스퍼드캔을 옆에서 바라본 모습을 도시한 측면도이다.

도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 해양구조물의 스퍼드캔을 수직으로 자른 모습을 도시한 수직 단면도이다.

도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 해양구조물의 스퍼드캔을 위에서 바라본 모습을 도시한 평면도이다.

도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 해양구조물의 스퍼드캔을 옆에서 바라본 모습을 도시한 측면도이다.

도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 해양구조물의 스퍼드캔을 수직으로 자른 모습을 도시한 수직 단면도이다.

도 8은 본 발명에 따른 해양구조물의 스퍼드캔을 적용한 경우와, 종래의 해양구조물의 스퍼드캔을 적용한 경우에, 관입 깊이에 따른 관입 저항을 비교하여 그래프로 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 구성을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명될 것이나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 해양구조물의 스퍼드캔을 위에서 바라본 모습을 도시한 평면도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 해양구조물의 스퍼드캔을 옆에서 바라본 모습을 도시한 측면도이며, 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 해양구조물의 스퍼드캔을 수직으로 자른 모습을 도시한 수직 단면도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 해양구조물의 스퍼드캔(Spudcan)(1)은 스퍼드캔(1)의 몸체를 이루는 지지 부(10); 및 지지 부(10)의 하단에 구비되며, 하방으로 뾰족하게 형성되는 첨단 부(20)를 포함할 수 있다.

첨단 부(20)는 원추 형상을 가질 수 있다. 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 첨단 부(20)는 지지 부(10)의 하단 중심부에 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 스퍼드캔(1)은 잭업 리그의 하단에 구비되는 구성으로서, 해저 지반을 관입하는 역할을 한다.

또한, 지지 부(10)의 하부는 절단된 원추 형상을 가질 수 있다. 이때, 지지 부(10)의 하부가 갖는 절단된 원추의 기울기와 원추 형상인 경우의 첨단 부(20)의 기울기는 서로 다를 수 있다. 이때, 첨단 부(20)의 원추 기울기는 지지 부(10)의 하부가 갖는 절단된 원추의 기울기보다 클 수 있다.

스퍼드캔(1)의 몸체를 이루는 지지 부(10)는 해저 지반의 관입 과정에서, 잭업 리그 등의 해양구조물로부터 구동력을 공급받아 해저 지반의 관입을 수행하며, 해저 지반의 관입이 완료된 후에는 해저 지반에 고정되어 잭업 리그 등의 해양구조물을 지지하는 역할을 수행한다.

도 2에 도시된 바와 같이 지지 부(10)는 판(Plate) 형상을 가질 수 있다. 또한, 지지 부(10)를 위에서 바라본 모습, 및 지지 부(10)의 수평 단면은 원형일 수 있다.

지지 부(10)의 하단에 구비되는 첨단 부(20)는 스퍼드캔(1)의 해저 지반 관입 과정이 보다 효율적으로 일어날 수 있도록 할 수 있다. 즉, 지지 부(10)가 판 형상을 갖는 경우, 관입 저항이 증가하여 해저 지반의 관입이 원활하게 일어나지 않을 수 있으므로, 하방으로 뾰족하게 형성되는 첨단 부(20)를 구비함으로써, 해저 지반의 관입이 더 쉽게 이루어질 수 있다.

또한, 해저 지반의 관입이 완료되는 경우, 첨단 부(20)는 스퍼드캔(1)이 해저 지반에 단단하게 고정될 수 있도록 쐐기 역할을 수행할 수도 있다.

한편, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 해양구조물의 스퍼드캔의 지지 부(10)에는 관통 공(100)이 형성된다. 이때, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 관통 공(100)은 지지 부(10)를 상하 방향으로 관통하도록 형성된다. 예를 들어, 관통 공(100)은 지지 부(10)를 수직방향으로 관통하도록 형성될 수 있다. 또한, 지지 부(10)를 수평 방향으로 잘랐을 때, 관통 공(100)은 원형일 수 있다. 또한, 관통 공(100)은 복수일 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 관통 공(100)은 상하 좌우로 대칭되게 형성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 스퍼드캔이 해저 지반을 관입하는 과정에서 발생하는 관입 저항(Penetration resistance)은 해저 지반의 강도(stiffness) 및 스퍼드캔의 수평 단면 적에 비례한다. 따라서, 본 발명의 제1 실시 예와 같이 관통 공(100)이 존재하는 경우 스퍼드캔의 횡 단면적(수평 단면적)이 감소하게 되어 관입 저항이 감소하게 된다.

도 1을 참조하여 본 발명의 효과를 설명하면, 관입 저항의 감소로 인해서 도 1에 도시된 그래프가 전체적으로 왼쪽으로 이동하게 된다. 특히, 본 발명으로 인한 관입 저항의 감소 효과는 펀치 쓰루 현상이 일어나는 해저 지반의 초기 관입 단계에서 클 수 있다.

따라서, 도 1의 제1지점이 왼쪽으로 이동하게 되며, 도 1의 제2지점도 왼쪽 상방으로 이동하게 된다. 그러므로 펀치 쓰루 현상이 일어나는 제2 영역이 감소되거나 제거될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 스퍼드캔이 해저 지반을 관입하는 과정에서, 스퍼드캔이 관입하는 해저 지반의 토사가 관통 공(100)을 통해 스퍼드캔의 상부로 배출된다.

스퍼드캔에 관통 공이 없는 경우에, 스퍼드캔이 관입하는 해저 지반의 토사는 스퍼드캔의 외곽으로 밀려나간 후 스퍼드캔의 상부로 배출된다. 그런데 해저 지반의 강도가 큰 경우는 이러한 해저 지반의 토사는 스퍼드캔의 외곽으로 제대로 밀려나지 않으므로, 관입 저항이 증가하게 되고, 그에 따라 해저 지반의 관입이 원활하게 이루어지지 않는다.

그러나 본 발명의 제1 실시 예에 따르면, 해저 지반의 강도가 큰 경우는 해저 지반의 토사가 관통 공(100)을 통해 스퍼드캔의 상부로 배출할 수 있게 되므로, 해저 지반의 관입이 원활하게 이루어질 수 있다.

한편, 해저 지반의 관입 과정이 종료되면, 스퍼드캔은 해저 지반에 고정되어 해양구조물(잭업 지그)을 지지하게 되는데, 이때는, 해저 지반의 관입 과정과 달리 충분한 관입 저항이 확보되어야 한다. 즉, 펀치 쓰루 현상이 아주 드물게 발생하거나, 또는 발생하지 않으면서 해저 지반을 관입하기 위해서는, 관입 저항이 작아야 한다. 하지만, 해상 부유구조물을 안정적으로 지지하기 위해서는 관입 저항이 충분히 커야 한다.

한편, 스퍼드캔이 해저 지반의 일정 깊이 이상 관입하는 경우 해저 지반의 강도가 증가하며, 이와 동시에 스퍼드캔이 관입하면서 상부에 존재하게 되는 토사의 압력도 역시 증가하게 된다.

따라서, 해저 지반의 일정 깊이 이상 관입하는 경우 본 발명의 스퍼드캔에 형성된 관통 공(100)에는 토사가 충전되고 스퍼드캔 상, 하의 압력에 의해 관통 공(100)에 충전된 토사가 스퍼드캔으로부터 배출되지 않게 된다,

관통 공이 없는 스퍼드캔의 경우와 동일한 관입 저항을 가지므로 해저 관입이 종료된 이후에는, 해양구조물을 안정적으로 지지할 수 있게 된다.

한편, 계속해서 도 2 내지 도 4를 참조하면, 관통 공(100)은 그 관통 공(100)의 상부를 형성하는 상부 관통 공(102), 및 그 관통 공(100)의 하부를 형성하는 하부 관통 공(104)을 포함할 수 있다.

한편, 관통 공(100)의 경계를 형성하는 면이 구비되는데, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상부 관통 공(102)을 형성하는 면은 상부 내주 면(112)이며, 하부 관통 공(104)을 형성하는 면은 하부 내주 면(114)이다.

상부 내주 면(112)은 지지 부(10)의 수평 단면에 의해 형성되는 상부 관통 공(102)의 형상 및 면적이 지지 부(10)의 수평 단면이 형성되는 지지 부(10)의 높이에 관계없이 일정하게 형성될 수 있으며, 하부 내주 면(114)은 지지 부(10)의 수평 단면에 의해 형성되는 하부 관통 공(104)의 형상 및 면적이 지지 부(10)의 수평 단면이 형성되는 지지 부(10)의 높이가 낮아짐에 따라 확대되도록 형성될 수 있다.

즉, 상부 내주 면(112)은 상부 관통 공(102)의 사이즈(지름)가 일정하므로, 상부 내주 면(112)의 상부와 하부가 동일하게 형성되는 반면에, 하부 내주 면(114)은 하부 관통 공(104)의 사이즈(지름)가 일정하지 않으므로, 하부 내주 면(114)의 하부가 상부보다 상대적으로 확대되는 형상으로 형성된다.

전술한 바와 같이, 스퍼드캔에 관통 공(100)이 형성되는 경우는, 해저 지반의 관입 과정에서 관입 저항이 감소하므로, 해저 지반의 관입이 상대적으로 쉽게 이루어질 수 있다.

그러나 관통 공이 존재하더라도 스퍼드캔이 관입하는 해저 지반의 토사 중 일부가 관통 공을 통과하지 않고 스퍼드캔의 외곽으로 이동할 수 있다. 이 경우, 스퍼드캔이 관입하는 해저 지반의 토사 전부가 관통 공을 통과하는 경우와 비교해 관입 저항이 크다.

따라서, 스퍼드캔이 관입하는 해저 지반의 토사 전부 또는 대부분이 관통 공을 통과하도록 하부 관통 공의 수평 면적을 확대함으로써, 관입 저항을 더 감소시킬 수 있도록 하여 해저 지반의 관입 과정에서 발생하는 관입 저항을 최소화할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 해양구조물의 스퍼드캔을 위에서 바라본 모습을 도시한 평면도이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 해양구조물의 스퍼드캔을 옆에서 바라본 모습을 도시한 측면도이며, 도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 해양구조물의 스퍼드캔을 수직으로 자른 모습을 도시한 수직 단면도이다.

도 5 내지 도 7에서 도시된 부호와 도 2 내지 도 4에서 도시된 부호가 동일하면서 하기에서 별다른 언급이 없는 경우에는 동일한 구성 및 동일한 역할을 수행하는 것이다. 따라서, 본 발명의 제2 실시 예에서는 본 발명의 제1 실시 예와의 차이점을 위주로 설명하도록 한다.

도 5 내지 도 7에 따른 본 발명의 제2 실시 예에 따른 해양구조물의 스퍼드캔은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 해양구조물의 스퍼드캔과 마찬가지로 지지 부(10)에 복수의 관통 공(200)이 형성될 수 있으며, 지지 부(10)의 하단의 중심부에 원추 형상의 첨단 부(20)가 형성될 수 있다.

본 발명의 제1 실시 예와 유사하게 관통 공(200)은 지지 부(10)의 상하 방향으로 관통하도록 형성될 수 있으며, 예를 들어, 관통 공(200)은 지지 부(10)를 수직방향으로 관통하도록 형성될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2 실시 예에 따른 해양구조물의 스퍼드캔의 지지 부(10)를 위에서 바라보았을 때의 관통 공(200), 또는 지지 부(10)를 수평 방향으로 자른 단면의 관통 공(200)은 중심과 중심각이 같고 반경이 서로 다른 2개의 원호를 연결한 형상일 수 있다. 이때, 중심각이 같고 반경이 서로 다른 2개의 원호의 중심은 지지 부(10)가 원형의 판 형상을 가진 경우는 지지 부(10)의 중심과 같을 수 있다.

한편, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 해양구조물의 스퍼드캔은 스퍼드캔의 몸체를 이루는 지지 부(10), 지지 부(10)의 하단에 형성되는 첨단 부(20), 및 지지 부(10)를 둘러싸는 고리 부(220)를 포함한다.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 지지 부(10)의 하부는 절단된 원추 형상을 가질 수 있으며, 첨단 부(20)는 원추 형상을 가질 수 있다. 이때, 지지 부(10)의 하부가 갖는 절단된 원추의 기울기와 원추 형상인 경우의 첨단 부(20)의 기울기는 서로 다를 수 있다. 이때, 첨단 부(20)의 원추 기울기는 지지 부(10)의 하부가 갖는 절단된 원추의 기울기보다 클 수 있다. 스퍼드캔이 이러한 형상을 가질 경우는 스퍼드캔(1)의 하부는 비어 있는 구조를 갖게 되므로 스퍼드캔의 해저 지반 관입시 토사가 스퍼드캔의 외부로 이동하지 않고 스퍼드캔(1)의 관통 공(200)을 통해 스퍼드캔의 상부로 이동할 수 있게 된다.

본 발명의 제2 실시 예에 따르면, 본 발명의 제1 실시 예와 유사하게 스퍼드캔의 해저 지반 관입 과정에서, 해저 지반의 토사가 스퍼드캔의 관통 공(200)을 통해 스퍼드캔의 상부로 이동할 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 해양구조물의 스퍼드캔의 하부의 빈 구조에 의해, 스퍼드캔이 관입하는 해저 지반의 토사 전부 또는 대부분이 관통 공(200)을 통과하도록 하여 해저 지반의 강도가 비교적 큰 경우에도 해저 지반의 토사가 관통 공(200)을 통해 스퍼드캔의 상부로 이동하도록 하여 관입 저항을 감소시킬 수 있다.

전술한 바와 같이, 종래의 해양구조물의 스퍼드캔에 적용된 스퍼드캔은 관통 공이 없는 경우이다. 따라서, 도 1에서 설명한 내용이 적용될 수 있다. 즉, 도 8을 참조하여 종래 스퍼드캔 적용 그래프(이하, G1)를 참조하여 설명하면, 스퍼드캔을 이용하여 해저 지반을 관입하는 과정에서, 관입 깊이가 증가함에 따라 관입 저항이 증가하게 된다. 그러나 해저 지반의 강도는 일정하게 증가하지 않으므로, 이러한 경향은 일정하지 않으며 일시적으로 관입 저항이 급격히 감소하는 구간이 발생한다.

도 8에서는 G1에서 관입 저항이 급격히 감소하는 관입 깊이가 약 15미터인 것으로 도시되어 있다. 이와 같이 관입 저항이 급격히 감소하는 구간에서는 스퍼드캔을 지지하는 해저 지반의 강도가 약하므로 스퍼드캔이 급격히 침하하는 펀치 쓰루 현상이 일어나게 된다. 이러한, 펀치 쓰루 현상은 관입 저항이 펀치 쓰로 현상이 일어나기 직전의 관입 저항을 갖는 관입 깊이까지 일어나게 된다. G1에서는 그러한 관입 깊이가 약 25미터인 것으로 도시되어 있다. 따라서, G1에서는 관입 깊이가 15미터 내지 25미터인 구간에서 펀치 쓰루 현상이 일어나는 것으로 도시되어 있다. 그러나 이러한 구체적인 수치는 단순히 예시적인 것이며, 관입이 일어나는 해저 지반의 구체적인 구조 등에 따라 얼마든지 달라질 수 있다.

반면, 도 8의 본 발명 스퍼드캔 적용 그래프(이하, G2)를 참조하여, 본 발명에 따른 해양구조물의 스퍼드캔의 작용을 설명하면 다음과 같다.

G2에 도시된 바와 같이 관입 초기에는 관통 공의 존재로 인해 관입 저항이 G1에 비해 상대적으로 감소한다. 특히, 본 발명에 따른 경우는, 펀치 쓰루 현상이 일어나기 전까지의 G2의 그래프가 G1에 비해 상대적으로 왼쪽으로 이동하게 되므로, 종래의 해양구조물의 스퍼드캔을 적용할 경우에 펀치 쓰루가 발생하던 지점을 전후에서 관입 저항의 급격한 변화가 발생하지 않거나 관입 저항의 급격한 변화가 일어나는 구간이 현저하게 감소하게 된다. 따라서, 펀치 쓰루 현상을 줄이거나 방지(제거)할 수 있다.

이후에, 스퍼드캔의 해저 지반의 관입이 계속 이루어지게 되는데, 전술한 바와 같이 관입 깊이가 증가함에 따라 해저 지반의 강도가 증가하고 스퍼드캔이 관입한 해저 지반의 상부에 존재하는 토사의 압력으로 인해 스퍼드캔의 관통 공이 토사로 막히게 된다. 따라서, 해저 지반의 관입이 완료되는 시점에서는 스퍼드캔이 해상 부유구조물을 지지할 수 있는 충분한 관입 저항이 확보된다. 도 8에서는 관입 깊이가 약 15미터 이상인 구간에서는 본 발명에 따른 해양구조물의 스퍼드캔을 적용한 경우 관입 저항이 더 증가하는 것으로 도시되어 있다.

이하, 본 발명에 따른 해양구조물의 스퍼드캔을 이용한 해저 지반 관입 방법을 설명하도록 한다.

먼저, 해저 지반의 상단에 도달한 스퍼드캔이 해저 지반의 내부로 관입하기 시작한다. 이때, 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 해양구조물의 스퍼드캔의 몸체를 이루는 지지 부(10)는 관통 공(100)을 형성하므로, 스퍼드캔이 해저 지반을 관입함에 따라 해저 지반을 형성하는 토사가 관통 공(100)을 통해 스퍼드캔 하부로부터 스퍼드캔 상부로 배출된다.

이후에, 해저 지반을 충분히 관통한 이후에는 전술한 원리에 따라 관입 저항이 증가하고 스퍼드캔의 상부에 배출된 토사의 압력에 의해 관통 공(100)의 내부에 있는 토사가 스퍼드캔의 상부에 배출되지 않게 된다.

한편, 토사가 스퍼드캔 상부에 배출되지 못하면 스퍼드캔 역시 더 이상은 해저 지반을 관입할 수 없게 되므로, 스퍼드캔의 해저 지반 관입 작업 역시 종료된다. 시간적인 측면에서 보면, 관통 공 내부에 있는 토사가 스퍼드캔의 상부에 배출되지 않는 순간과 해저 지반 관입 작업이 종료되는 순간이 동시에 이루어질 수 있다. 그러나 인과 관계의 측면에서 보면 관통 공 내부에 있는 토사가 스퍼드캔의 상부에 배출되지 않으므로 해저 지반 관입 작업이 종료되는 것으로 볼 수 있다.

본 발명에 따르면, 잭업 리그를 해저 지반에 관입할 때 발생하는 펀치 쓰루 현상을 현저하게 감소시키거나 방지할 수 있으므로, 잭업 리그의 해저 지반 관입 과정에서의 안정성이 크게 향상된다.

Claims

잭업 리그에 구비되는 스퍼드캔(Spudcan)에 있어서,

상기 잭업 리그의 하단에 구비되는 스퍼드캔 몸체를 이루는 지지 부; 및

해저 지반을 관입할 때 발생하는 관입 저항(penetration resistance)을 감축할 수 있도록 상기 지지 부에 상하 방향으로 관통하여 형성되는 관통 공;을 포함하는 해양구조물의 스퍼드캔.
청구항 1에 있어서,

상기 지지 부의 횡단면(수평 단면)은 원형인 것을 특징으로 하는 해양구조물의 스퍼드캔.
청구항 1에 있어서,

상기 관통 공은 상측에 형성되는 상부 관통 공과, 하측에 형성되는 하부 관통 공을 포함하며,

상기 상부 관통 공의 경계는 상부 내주 면에 의해 형성되고,

상기 하부 관통 공의 경계는 상기 지지 부의 수평 단면에 의해 형성되는 상기 하부 관통 공의 형상 및 면적이 상기 지지 부의 수평 단면이 형성되는 상기 지지 부의 높이가 낮아짐에 따라 확대되도록 형성되는 하부 내주 면에 의해 형성되는 해양구조물의 스퍼드캔.
청구항 1에 있어서,

상기 지지 부의 하측에는 하방으로 뾰족하게 형성된 원추형상의 첨단 부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 해양구조물의 스퍼드캔.
청구항 1에 있어서,

상기 지지 부의 횡 단면(수평 단면)에 의해 형성되는 상기 관통 공은 원형인 것을 특징으로 하는 해양구조물의 스퍼드캔.
청구항 1에 있어서,

상기 지지 부의 횡 단면(수평 단면)에 의해 형성되는 상기 관통 공은, 중심과 중심각이 같고 반경이 서로 다른 2개의 원호를 연결한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 해양구조물의 스퍼드캔.
청구항 1에 있어서,

상기 관통 공은 복수 개로 구성된 것을 특징으로 해양구조물의 스퍼드캔.
청구항 4에 있어서,

상기 지지 부는 절단된 원추 형상을 가지며,

상기 첨단 부의 기울기는 상기 지지 부의 기울기보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 해양구조물의 스퍼드캔.
청구항 1에 있어서,

상기 관통 공은 상기 지지 부를 수직방향으로 관통하는 것을 특징으로 하는 해양구조물의 스퍼드캔.
잭업 리그에 구비되는 스퍼드캔을 이용하여 상기 잭업 리그를 수중 해저 지반에 지지하기 위한 해저 지반 관입 방법에 있어서,

상기 잭업 리그가 하강함에 따라 상기 스퍼드캔이 관입하는 지반의 토사가 상기 잭업 리그의 하단에 구비된 스퍼드캔의 몸체를 형성하는 지지 부에 형성된 관통 공을 통해 상기 스퍼드캔의 상부에 배출되는 단계;

상기 관통 공을 통해 상기 스퍼드캔의 상부에 배출된 토사의 압력에 의해 상기 관통 공 내부에 있는 토사가 상기 스퍼드캔의 상부에 배출되지 않는 단계;를 포함하는 해양구조물의 스퍼드캔을 이용한 해저 지반 관입 방법.
청구항 10에 있어서,

상기 스퍼드캔이 관입을 종료하는 단계를 더 포함하는 해양구조물의 스퍼드캔을 이용한 해저 지반 관입 방법.