WO2021002607A1 - 드릴장치 - Google Patents

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WO2021002607A1
WO2021002607A1 PCT/KR2020/007651 KR2020007651W WO2021002607A1 WO 2021002607 A1 WO2021002607 A1 WO 2021002607A1 KR 2020007651 W KR2020007651 W KR 2020007651W WO 2021002607 A1 WO2021002607 A1 WO 2021002607A1
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WO
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drill bit
chain
pile
driving pipe
pipe
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Application number
PCT/KR2020/007651
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English (en)
French (fr)
Inventor
조병호
Original Assignee
주식회사 예성오션테크
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B41/00—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
    • E21B41/0007—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00 for underwater installations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B21/00—Tying-up; Shifting, towing, or pushing equipment; Anchoring
    • B63B21/24—Anchors
    • B63B21/26—Anchors securing to bed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B21/00—Tying-up; Shifting, towing, or pushing equipment; Anchoring
    • B63B21/50—Anchoring arrangements or methods for special vessels, e.g. for floating drilling platforms or dredgers
    • B63B21/502—Anchoring arrangements or methods for special vessels, e.g. for floating drilling platforms or dredgers by means of tension legs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B77/00—Transporting or installing offshore structures on site using buoyancy forces, e.g. using semi-submersible barges, ballasting the structure or transporting of oil-and-gas platforms
    • B63B77/10—Transporting or installing offshore structures on site using buoyancy forces, e.g. using semi-submersible barges, ballasting the structure or transporting of oil-and-gas platforms specially adapted for electric power plants, e.g. wind turbines or tidal turbine generators
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/12—Underwater drilling
    • E21B7/128—Underwater drilling from floating support with independent underwater anchored guide base

Definitions

  • the disclosed technology relates to a drill device for excavating the seabed in order to install a mooring device that is fixed to the seabed of the sea.
  • mooring devices for mooring offshore structures at sea include a mooring method for installing an anchor on the sea floor, a mooring method for installing a driven pile, and a tension leg platform (TLP) method.
  • TLP tension leg platform
  • mooring devices are connected to the offshore structure by a mooring chain and serve to support the buoyancy of the offshore structure caused by waves. Therefore, mooring devices installed on the sea floor need to be rigid and fixed to withstand typhoons and large waves.
  • Korean Patent Registration No. 10-1859610 name of the invention: mooring device
  • a technique of excavating the submarine ground using a drill bit to securely fix the pile and inserting a chain therein to fix the pile is disclosed.
  • this technique has a problem in that when the drill bit rotates and excavates the submarine ground, the chain connected is wound around the driving pipe connected to the rear part of the drill bit, thereby preventing the excavation.
  • the disclosed technology is to provide a drill device for excavating the seabed in order to install a mooring device that is fixed to the seabed of the sea.
  • the first aspect of the disclosed technology is that a part of the body is lowered to the sea floor through a mooring construction device provided on the ship and the upper surface is pressed in a vertical direction, so that a part of the body is applied to a region of the sea floor.
  • a fixed pile a driving pipe that descends to the sea floor through a through hole formed in the pile, and the body is inserted into the seabed and is recovered through the through hole when excavation is finished, and one end of the pile is
  • One end of the driving pipe is fixed and the other end is introduced through the through hole to be inserted into the submarine ground together with the driving pipe, and a drill bit is provided on the front part of the body, and the fastening part formed on the rear part of the body
  • the second aspect of the disclosed technology is a driving pipe that is connected to a mooring construction device and descends to the sea floor, and the body is inserted as the sea floor is excavated, and is returned to the ship when the excavation is completed.
  • a drill bit is provided on the front part of the chain and the body inserted into the seabed together with the driving pipe, the driving pipe is fastened to a fastening part formed on the rear part of the body, and the chain is connected to a bearing surrounding the body
  • Embodiments of the disclosed technology may have effects including the following advantages. However, since it does not mean that the embodiments of the disclosed technology should include all of them, the scope of the rights of the disclosed technology should not be understood as being limited thereto.
  • the drill device has an effect of preventing the chain from being wound around the driving pipe when the drill bit unit excavates the submarine ground.
  • the drill bit unit is fixed to the inner wall of the excavated submarine ground, so that the fixed state of the pile is firmly maintained.
  • 1 is a side view of the entire drill device according to an embodiment of the disclosed technology.
  • FIG 2 is a perspective view of a drill device according to an embodiment of the disclosed technology.
  • FIG 3 is a side view of a plurality of drill bits according to an embodiment of the disclosed technology.
  • FIG. 4 is a side view showing a connection structure between a drill bit unit and a drive pipe.
  • 5 is a view showing the recovery of the drive pipe fastened to the drill bit unit.
  • FIG. 6 is a view showing that the drill bit unit is fixed to the inner wall of the submarine ground.
  • Terms such as 1st, 2nd, A, B, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by the above terms, and only for the purpose of distinguishing one component from other components. Is only used.
  • a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element.
  • the term and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
  • each of the constituent units to be described below may additionally perform some or all of the functions of other constituent units in addition to its own main function, and some of the main functions of each constituent unit are different. It goes without saying that it may be performed exclusively by. Therefore, the presence or absence of each component described through the present specification will be functionally interpreted.
  • FIG. 1 is a side view of the entire drill device according to an embodiment of the disclosed technology.
  • Figure 2 is a perspective view of a drill device according to an embodiment of the disclosed technology. 1 and 2, the drill device includes a pile 110, a driving pipe 120, a chain 130, and a drill bit unit 140. And it further includes a swivel (150).
  • the pile 110 is connected to a crane provided on the ship as part of a mooring device that is connected to the offshore structure by a chain.
  • the offshore structure includes a floating wind turbine.
  • a ship is a ship for fixing the pile 110, which serves as a mooring support for offshore structures, to the seabed.
  • the pile 110 is settled at a point on the seabed and the housing 101 is lowered to the seabed.
  • the pile 110 is fixed to the sea floor by applying pressure to the upper surface of the pile 110.
  • the housing 101 is transported while the body is connected to the gantry crane and may be vertically lowered through the wire of the crane when lowering. At this time, the first lowered pile 110 is disposed below the vertical line.
  • the lower surface of the body is fixed to the sea floor. That is, a part of the body may be embedded and fixed to the seabed by a certain depth from the sea floor. Since the weight of the housing 101 itself is several tens of tons or more, the pile 110 may be embedded in the soft submarine ground to some extent due to the pressure transmitted from the housing 101.
  • the pile 110 is connected to the offshore structure by a chain and is installed on the sea floor to fix the offshore structure on the sea, and may have a shape like a kind of pile.
  • the pile 110 may use a driven pile descending to the seabed through a wire provided in the crane.
  • the driving pipe 120 descends to the sea floor through the pile 110 and the through hole 111 formed in the housing 101.
  • a plurality of through holes 111 are formed in the pile 110 and the housing 101, and in the through hole 111 so that the driving pipe 120 can be inserted into the submarine ground below the pile 110 and the housing 101
  • the driving pipe 120 may be lowered in the inserted state. That is, when fixed to the seabed in this state, the drill bit unit 140 connected to the driving pipe 120 excavates the contacted seabed to dig into the seabed, and the driving pipe 120 is inserted into the seabed. will be.
  • only one through hole 111 may be formed when a single driving pipe 120 is used, and a plurality of through holes 111 may be formed when a plurality of driving pipes 120 are connected.
  • the through hole 111 may be formed perpendicular to the sea floor or may be formed as if spreading radially according to the situation or environment in which the driving pipe 120 is inserted.
  • the through hole 111 may be formed vertically or may be formed in an oblique line.
  • the through hole 111 may be formed radially so that each driving pipe 120 can be radially inserted into the sea floor. have.
  • the driving pipe 120 is recovered through the through hole 111 when the excavation is finished.
  • the connection may be disconnected from the drill bit unit 140 at the end of the excavation.
  • the drive pipe 120 may be recovered into the through hole 111 of the housing 101 by a device that recovers the driving pipe 120. That is, the pile 110 is fixed to the bottom of the sea as it is, and only the driving pipe 120 passes through the through hole 111 of the pile, is recovered into the through hole of the housing 101, and can be pulled together with the housing by a crane.
  • drill bit units 140 are respectively connected to one end of the driving pipe 120.
  • a driving motor is connected to the other end of the driving pipe 120. That is, as the driving motor rotates the driving pipe 120, the drill bit 140 connected to one end of the driving pipe 120 rotates to excavate the sea floor.
  • a driving motor is provided at the rear of the drill bit and is inserted into the subsea ground during excavation, but in the disclosed technology, the drill bit unit 140 and the driving pipe 120 are fastened to the driving pipe 120. By operating the connected driving motor, a method of transmitting rotational force to the drill bit disposed on the front side of the drill bit unit 140 is used.
  • One end of the chain 130 is fixed to the storage unit formed on one side of the pile 110, and the other end is introduced through the through hole 111 formed in the pile 110, and descends to the sea floor together with the driving pipe 120 And then inserted into the submarine ground.
  • the chain 130 remains in the empty space of the excavation path and is used to firmly maintain the fixed state of the pile 110.
  • the chain 130 has one end fixed to the pile 110 and the other end connected to the drill bit unit 140 together with the driving pipe 120, so from the point where excavation is terminated to the point connected to the pile 110 It can be fixed in a state where a certain amount of tension is maintained. In other words, it is possible to maintain a fixed state because the force to pull the pile 110 is generated in the deep seabed.
  • the drill bit unit 140 is provided with a drill bit on the front side of the body.
  • a fastening portion to which one end of the driving pipe 120 is fastened is formed on the rear portion of the body.
  • the fastening portion is formed with a space in the rear portion of the drill bit unit 140 so that one end of the driving pipe 120 can be inserted, and a screw thread is formed so as to firmly maintain the fastened state with one end of the driving pipe 120.
  • one end of the driving pipe 120 may be formed with a screw thread having a shape that meshes with the screw thread of the fastening portion so that it can be inserted into the fastening portion. That is, one end of the driving pipe 120 may be fastened while rotating to the fastening portion of the drill bit unit 140. Rotation of the driving pipe 120 may use a driving motor as described above. If the driving motor is continuously operated after being fastened while rotating in this way, the driving pipe 120 and the drill bit unit 140 are rotated together, so that the drill bit can excavate the sea floor.
  • the body of the drill bit unit 140 includes a bearing (140a).
  • the bearing 140a reduces frictional force generated when the drill bit unit 140 coupled with the driving pipe 120 rotates, and prevents the chain from rotating along the drill bit unit 140 to bend the driving pipe 120.
  • the chain 130 is connected to the bearing 140a.
  • the other end of the chain 130 may be connected to one side of the bearing 140a.
  • the drill bit unit 140 may excavate the seabed in this state and drag the driving pipe 120 and the chain 130 into the seabed.
  • one end of the driving pipe 120 may be removed from the fastening portion by rotating the driving motor in the opposite direction. That is, the drive pipe 120 can be recovered through the through hole 111.
  • the chain 130 remains connected as it is, and may be fixed in place by utilizing the body of the drill bit unit 140 that has been excavated as if it were an anchor.
  • the drill device further includes a swivel 150.
  • the swivel 150 is provided to prevent the chain 130 from being twisted or wound around the driving pipe 120 when the drill bit unit 140 rotates.
  • a separate fixing member is required for the bearing 140a, and the chain 130 and the bearing 140a can be connected using the swivel 150.
  • the other end of the chain 130 may be fixed by hooking it to the body of the swivel 150 and the fastening portion formed on one side of the bearing 140a and the swivel 150 may be fastened to maintain a connected state.
  • drill bit units 140 may be provided in the pile 110 fixed to the sea floor.
  • one drill bit unit 140 it can be used when the offshore structure is relatively light and can maintain sufficient mooring state with one.
  • a plurality of drill bit units in the pile 140 can be connected.
  • each of the drill bit units 140 may be spread radially around the pile 110 to excavate the submarine ground.
  • the excavated path may be radially unfolded, and the used drill bit unit 140 and the chain 130 may be more strongly fixed according to the excavation path.
  • the chain 130 inserted into the seabed is pulled and tension is generated.
  • a force is also applied to the drill bit unit 140 connected to the chain 130.
  • the rear portion of the body of the drill bit unit 140 is embedded in the inner wall of the excavation path. That is, the portion from which the driving pipe 120 is pulled out of the fastening portion acts like an anchor and is buried in the inner wall of the submarine ground, thereby generating a strong fixing force.
  • the drill device may directly connect the drill bit unit 140 to the mooring device without using the pile 110.
  • a driving pipe 120 that is connected to a crane provided on a ship for constructing a mooring device and descends to the sea floor, a chain 130 and a driving pipe 120 inserted into the sea floor together with the driving pipe
  • the chain 130 may include a drill bit unit 140 that is inserted into the subsea ground by excavating the sea floor in a connected state.
  • the drill bit unit 140 may further include a bearing 140a and a swivel 150 to prevent the chain 130 from being wound around the driving pipe 120.
  • drill bit unit 140 is used without using a pile, basically as described with reference to FIGS. 1 and 2, as few as one to as many drill bit units may be used. That is, when the drill bit unit 140 inserts the driving pipe 120 and the chain 130 into the submarine ground and the excavation ends, the pipe 120 is recovered and only the drill bit unit 140 and the chain 130 It is fixed to the same, and the number of drill bit units 140 to be connected may vary depending on the type of mooring device.
  • FIG. 3 is a side view of a drill bit according to an embodiment of the disclosed technology.
  • a drill bit for excavation is provided at the front of the body of the drill bit unit 140.
  • the drill bit unit 140 may be provided with a plurality of drill bits 301, 302, 303 as shown in FIG. 3 in order to increase excavation efficiency during rotation.
  • Each of the drill bits 301, 302, and 303 are arranged at the same intervals and each rotates while excavating the seabed.
  • a motor that rotates a plurality of drill bits (301, 302, 303) may be separately provided separately from rotating the body of the drill bit unit, and a diamond and a diamond on the surface of the drill bits (301, 302, 303) may be provided.
  • FIG. 4 is a side view showing a connection structure between a drill bit unit and a drive pipe.
  • one end 402 of the driving pipe 120 is fastened to the fastening portion 401 formed on the rear portion of the body of the drill bit unit 140. Since the driving pipe 120 is returned to the housing after the excavation work is completed, the driving pipe 120 remains connected when the drill bit unit 140 excavates the submarine ground, and when the excavation ends, the drill bit unit 140 It stays at the end of the excavation as it is, and only the driving pipe 120 can come out of the fastening part 401. As described with reference to FIG. 1, the fastening part 401 and the driving pipe end 402 may be coupled using the rotational force of the driving motor, and the fastening may be released by reversing the rotational direction of the driving motor.
  • 5 is a view showing the recovery of the drive pipe fastened to the drill bit unit. 5
  • the driving motor It is possible to recover the driving pipe 120 by rotating in the opposite direction.
  • the driving pipe 120 is recovered into the through hole 111 of the housing along the path 502 formed in the excavation process. And the drill bit unit 140 and the chain 130 are fixed to the submarine ground as it is.
  • FIG. 6 is a view showing that the drill bit unit is fixed to the inner wall of the submarine ground.
  • the drill bit unit 140 and the chain 130 remain buried in the seabed as they are and wait. Thereafter, when buoyancy is generated in the pile 110, the rear portion of the body of the drill bit unit may be embedded and fixed at a certain point 601 of the inner wall of the excavation path.
  • the drill bit that has been excavated can serve as an anchor fixing the ship.
  • the submarine ground is excavated using as few as one to as many drill bit units 140 according to the fixed object, a stable fixed state can be maintained and the fixed strength can be firmly maintained.

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Abstract

개시된 기술은 드릴장치에 관한 것으로, 선박에 구비된 무어링(Mooring) 시공장치를 통해 해저면으로 하강하고 상면이 수직방향으로 가압됨에 따라 몸체 일부가 상기 해저면의 일 영역에 고정되는 파일(Pile), 상기 파일에 형성된 관통홀을 통해 상기 해저면으로 하강하여 해저지반에 몸체가 삽입되고 굴착이 종료되면 상기 관통홀을 통해 회수되는 구동파이프, 상기 파일의 일측에 일 단이 고정되고 상기 관통홀을 통해 타 단이 유입되어 상기 구동파이프와 함께 상기 해저지반에 삽입되는 체인 및 몸체의 전면부에 드릴비트가 구비되고 상기 몸체의 후면부에 형성된 체결부에 상기 구동파이프의 일 단이 체결되고 상기 몸체를 둘러싸는 베어링에 상기 체인의 타 단이 연결된 상태로 상기 구동파이프 및 상기 체인을 상기 해저지반에 삽입하는 드릴비트 유닛을 포함한다. 따라서 구동파이프에 체인이 감기는 것을 방지하고 드릴비트로 해저지반을 고정하여 파일의 고정상태를 유지하는 효과가 있다.

Description

드릴장치
개시된 기술은 바다의 해저지반에 고정시키는 계류용(Mooring) 장치를 설치하기 위해서 해저지반을 굴착하는 드릴장치에 관한 것이다.
일반적으로 바다에서 해상 구조물을 계류하기 위한 계류장치는 해저면에 앵커를 설치하는 계류방식 및 드리븐 파일을 설치하는 계류방식 그리고 텐션레드 플랫폼(Tension Leg Platform, TLP) 방식이 있다.
이러한 계류장치들은 해상 구조물과 계류용 체인으로 연결이 되며 파도로 인한 해상 구조물의 부력을 지지하는 역할을 한다. 따라서, 해저면에 설치된 계류장치들은 태풍 및 대형 파도에도 버틸 수 있도록 견고하고 고정할 필요성이 있다.
한국 등록특허 10-1859610호(발명의 명칭 : 무어링 장치)를 참조하면 파일을 견고하게 고정시키기 위해서 드릴비트를 이용하여 해저지반을 굴착하고 여기에 체인을 삽입하여 파일을 고정하는 기술이 개시되어 있다. 그러나 이러한 기술은 드릴비트가 회전하면서 해저지반을 굴착할 때 연결된 체인이 드릴비트의 후면부에 연결된 구동파이프에 감겨서 굴착을 방해하는 문제점이 있었다.
개시된 기술은 바다의 해저지반에 고정시키는 계류용(Mooring) 장치를 설치하기 위해서 해저지반을 굴착하는 드릴장치를 제공하는데 있다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 개시된 기술의 제 1 측면은 선박에 구비된 무어링(Mooring) 시공장치를 통해 해저면으로 하강하고 상면이 수직방향으로 가압됨에 따라 몸체 일부가 상기 해저면의 일 영역에 고정되는 파일(Pile), 상기 파일에 형성된 관통홀을 통해 상기 해저면으로 하강하여 해저지반에 몸체가 삽입되고 굴착이 종료되면 상기 관통홀을 통해 회수되는 구동파이프, 상기 파일의 일측에 일 단이 고정되고 상기 관통홀을 통해 타 단이 유입되어 상기 구동파이프와 함께 상기 해저지반에 삽입되는 체인 및 몸체의 전면부에 드릴비트가 구비되고 상기 몸체의 후면부에 형성된 체결부에 상기 구동파이프의 일 단이 체결되고 상기 몸체를 둘러싸는 베어링에 상기 체인의 타 단이 연결된 상태로 상기 구동파이프 및 상기 체인을 상기 해저지반에 삽입하는 드릴비트 유닛을 포함하는 드릴장치를 제공하는데 있다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 개시된 기술의 제 2 측면은 무어링(Mooring) 시공장치에 연결되어 해저면으로 하강하고 상기 해저면이 굴착됨에 따라 몸체가 삽입되고 굴착이 종료되면 선박으로 회수되는 구동파이프, 상기 구동파이프와 함께 상기 해저면으로 삽입되는 체인 및 몸체의 전면부에 드릴비트가 구비되고 상기 몸체의 후면부에 형성된 체결부에 상기 구동파이프가 체결되고 상기 몸체를 둘러싸는 베어링에 상기 체인이 연결된 상태로 상기 해저면을 굴착하여 상기 구동파이프 및 상기 체인을 해저지반에 삽입하는 드릴비트 유닛을 포함하는 드릴장치를 제공하는데 있다.
개시된 기술의 실시 예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 개시된 기술의 실시 예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
개시된 기술의 일 실시예에 따르면 드릴장치는 드릴비트 유닛이 해저지반을 굴착할 때 구동파이프에 체인이 감기는 것을 방지하는 효과가 있다.
또한, 방사상으로 해저지반을 굴착하여 체인의 고정력을 높이는 효과가 있다.
또한, 구동파이프가 회수된 이후에 드릴비트 유닛이 굴착된 해저지반의 내벽에 고정되어 파일의 고정상태를 견고하게 유지하는 효과가 있다.
도 1은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 드릴장치 전체에 대한 측면도이다.
도 2는 개시된 기술의 일 실시예에 따른 드릴장치에 대한 사시도이다.
도 3은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 복수개의 드릴비트에 대한 측면도이다.
도 4는 드릴비트 유닛과 구동파이프의 연결구조를 나타낸 측면도이다.
도 5는 드릴비트 유닛에 체결된 구동파이프를 회수하는 것을 나타낸 도면이다.
도 6은 드릴비트 유닛이 해저지반의 내벽에 고정되는 것을 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 그리고 "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다.
그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다. 따라서, 본 명세서를 통해 설명되는 각 구성부들의 존재 여부는 기능적으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 드릴장치 전체에 대한 측면도이다. 그리고 도 2는 개시된 기술의 일 실시예에 따른 드릴장치에 대한 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면 드릴장치는 파일(110), 구동파이프(120), 체인(130), 드릴비트 유닛(140)을 포함한다. 그리고 스위벨(150)를 더 포함한다.
파일(110)은 해상 구조물과 체인으로 연결되는 계류(Mooring)장치의 일부로 선박에 구비된 크레인에 연결된다. 여기에서 해상 구조물은 부유식 풍력발전기를 포함한다. 선박은 해상 구조물의 무어링 지지대 역할을 하는 파일(110)을 해저지반에 고정하기 위한 선박으로 크레인을 이용하여 파일(110)을 해저면의 일 지점에 안착시키고 해저면으로 하우징(101)을 하강하여 파일(110)의 상면에 압력을 가하는 방식으로 파일(110)을 해저면에 고정한다. 하우징(101)은 몸체가 갠트리 크레인에 연결된 상태로 이송되며 하강 시 크레인의 와이어를 통해 수직하강될 수 있다. 이때 수직선상의 하단에는 먼저 하강된 파일(110)이 배치된다.
한편, 해저로 하강된 파일(110)은 하우징(101)에 의해 상면이 수직방향으로 가압됨에 따라 몸체 하면이 해저면에 고정된다. 즉, 해저면에서 일정 깊이 만큼 해저지반으로 몸체의 일부가 박혀서 고정될 수 있다. 하우징(101) 자체의 무게가 수십톤 이상이기 때문에 파일(110)은 하우징(101)에서 전달되는 압력으로 인해 연질의 해저지반에 어느 정도 박혀들어갈 수 있다.
한편, 파일(110)은 해상 구조물과 체인으로 연결되어 해상 구조물을 해상에 고정하기 위해서 해저면에 설치되는 것으로 일종의 말뚝과 같은 형태를 가질 수 있다. 예컨대, 파일(110)은 크레인에 구비된 와이어를 통해 해저로 하강하는 드리븐 파일(Pile)을 이용할 수 있다.
구동파이프(120)는 파일(110)과 하우징(101)에 형성된 관통홀(111)을 통해 해저면으로 하강한다. 파일(110)과 하우징(101)에는 복수개의 관통홀(111)이 형성되어 있으며 해저면에 고정된 상태에서 그 아래의 해저지반으로 구동파이프(120)가 삽입될 수 있도록 관통홀(111)에 구동파이프(120)가 삽입된 상태로 하강할 수 있다. 즉, 이 상태로 해저면에 고정되면 구동파이프(120)에 연결된 드릴비트 유닛(140)이 접촉된 해저면을 굴착하여 해저지반으로 파고들어가게 되고, 구동파이프(120)가 해저지반에 삽입되도록 하는 것이다.
한편, 관통홀(111)은 하나의 구동파이프(120)를 이용하는 경우에는 하나만 형성될 수 있고 복수개의 구동파이프(120)를 연결하는 경우에는 복수개가 형성될 수 있다. 그리고 구동파이프(120)를 삽입하는 상황이나 환경에 따라 관통홀(111)이 해저면과 수직으로 형성되거나 방사상으로 펼쳐지듯 형성될 수 있다. 예컨대, 하나의 구동파이프(120)에 드릴비트 유닛(140)을 연결하는 경우에는 관통홀(111)이 수직으로 형성되거나 비스듬히 사선으로 형성될 수 있다. 그리고 복수개의 구동파이프(120) 각각에 드릴비트 유닛(140)을 연결하여 고정하는 경우에는 각 구동파이프(120)가 방사상으로 해저면에 삽입될 수 있도록 관통홀(111)이 방사상으로 형성될 수도 있다.
한편, 구동파이프(120)는 굴착이 종료되면 관통홀(111)로 회수된다. 일 실시예로, 드릴비트 유닛(140)에 연결된 상태로 굴착이 진행되어 해저지반의 일정 깊이 이상 삽입되다가 목표로 하는 깊이에 다다르면 굴착 종료와 함께 드릴비트 유닛(140)에서 연결이 해제될 수 있다. 그리고 구동파이프(120)를 회수하는 장치에 의해 하우징(101)의 관통홀(111)로 회수될 수 있다. 즉, 파일(110)은 그대로 해저면에 고정되어 있고 구동파이프(120)만 파일의 관통홀(111)을 통과하여 하우징(101)의 관통홀로 회수되고 하우징과 함께 크레인으로 끌어올려질 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 구동파이프(120)의 일 단에는 드릴비트 유닛(140)이 각각 연결된다. 그리고 구동파이프(120)의 타 단에는 구동모터가 연결된다. 즉, 구동모터가 구동파이프(120)를 회전함에 따라 구동파이프(120)의 일 단에 연결된 드릴비트(140)가 회전하여 해저면을 굴착하게 된다. 종래의 경우에는 드릴비트의 후면부에 구동모터가 구비되어 굴착 시 함께 해저지반으로 삽입되는 경우도 있었으나 개시된 기술에서는 드릴비트 유닛(140)과 구동파이프(120)를 체결한 다음 구동파이프(120)에 연결된 구동모터를 동작함으로써 드릴비트 유닛(140)의 전면부에 배치된 드릴비트에 회전력을 전달하는 방식을 이용한다.
체인(130)은 파일(110)의 일측에 형성된 보관부에 일 단이 고정되고 파일(110)에 형성된 관통홀(111)을 통해 타 단이 유입되어 구동파이프(120)와 함께 해저면으로 하강하여 해저지반에 삽입된다. 체인(130)은 굴착과정이 종료된 이후에 구동파이프(120)가 회수되면 굴착경로의 빈 공간에 그대로 머무르며 파일(110)의 고정상태를 견고하게 유지하기 위해 이용된다. 체인(130)은 일 단이 파일(110)에 고정되어 있고 타 단은 구동파이프(120)와 함께 드릴비트 유닛(140)에 연결되어 있으므로 굴착이 종료된 지점부터 파일(110)에 연결된 지점까지 어느 정도의 텐션이 유지되는 상태로 고정될 수 있다. 즉, 해저지반 깊은 곳에서 파일(110)을 끌어당기는 힘이 발생하기 때문에 고정된 상태를 유지할 수 있는 것이다.
드릴비트 유닛(140)은 몸체의 전면부에 드릴비트가 구비된다. 그리고 몸체의 후면부에 구동파이프(120)의 일 단이 체결되는 체결부가 형성된다. 체결부는 드릴비트 유닛(140)의 후면부에 구동파이프(120)의 일 단이 삽입될 수 있도록 공간이 형성되어 있으며 구동파이프(120)의 일 단과 체결상태를 견고하게 유지할 수 있도록 나사산이 형성된다. 그리고 구동파이프(120)의 일 단은 체결부에 삽입될 수 있도록 체결부의 나사산에 맞물리는 모양의 나사산이 형성될 수 있다. 즉, 구동파이프(120)의 일 단이 드릴비트 유닛(140)의 체결부에 회전하면서 체결될 수 있다. 구동파이프(120)의 회전은 앞서 설명한 바와 같이 구동모터를 이용할 수 있다. 이와 같이 회전하면서 체결된 이후 계속해서 구동모터를 동작시키면 구동파이프(120)와 더불어 드릴비트 유닛(140)까지 함께 회전하게 되어 드릴비트가 해저면을 굴착하게 할 수 있다.
한편, 드릴비트 유닛(140)의 몸체에는 베어링(140a)이 포함된다. 베어링(140a)은 구동파이프(120)와 체결된 드릴비트 유닛(140)이 회전할 때 발생하는 마찰력을 줄이고 체인이 드릴비트 유닛(140)을 따라 회전하여 구동파이프(120)를 휘감지 않도록 하는 것으로 이 베어링(140a)에 체인(130)이 연결된다. 예컨대, 체인(130)의 타 단이 베어링(140a)의 일 측에 연결될 수 있다. 드릴비트 유닛(140)은 이 상태로 해저면을 굴착하여 구동파이프(120)와 체인(130)을 해저지반으로 끌고 들어갈 수 있다.
한편, 이러한 과정에 따라 구동파이프(120)와 체인(130)이 해저지반의 일정 깊이까지 삽입되면 구동모터를 반대로 회전시켜서 체결부로부터 구동파이프(120) 일단을 빼낼 수 있다. 즉, 구동파이프(120)를 관통홀(111)로 회수할 수 있다. 이때, 체인(130)은 그대로 연결상태를 유지하고 있으며 굴착을 마친 드릴비트 유닛(140)의 몸체를 마치 앵커처럼 활용하여 그 자리에 고정될 수 있다.
한편, 개시된 기술에 따른 드릴장치는 스위벨(150)을 더 포함한다. 스위벨(150)은 드릴비트 유닛(140)이 회전할 때 체인(130)이 꼬이거나 구동파이프(120)에 감기는 것을 방지하기 위해서 구비된다. 체인(130)의 타 단을 고정하기 위해서는 베어링(140a)에 별도의 고정부재가 요구되는데 스위벨(150)을 이용하여 체인(130)과 베어링(140a)을 연결할 수 있다. 예컨대, 체인(130)의 타 단을 스위벨(150)의 몸체에 걸어서 고정시키고 베어링(140a)의 일측에 형성된 체결부와 스위벨(150)을 체결하여 연결상태를 유지할 수 있다.
한편, 개시된 기술의 일 실시예에 따르면 해저면에 고정된 파일(110)에는 적게는 하나에서 많게는 복수개의 드릴비트 유닛(140)이 구비될 수 있다. 하나의 드릴비트 유닛(140)을 이용하는 경우에는 해상 구조물이 상대적으로 경량이어서 하나로 충분히 계류상태를 유지할 수 있는 경우에 이용할 수 있고, 해상 구조물의 규모와 무게가 큰 경우에는 파일에 복수개의 드릴비트 유닛(140)을 연결할 수 있다.
한편, 복수개의 드릴비트 유닛(140)을 이용하는 경우에는 각각의 드릴비트 유닛(140)들이 파일(110)을 중심으로 방사상으로 펼쳐지면서 해저지반을 굴착할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 굴착되는 경로가 방사상으로 펼쳐질 수 있으며 이러한 굴착경로에 따라 사용이 완료된 드릴비트 유닛(140)과 체인(130)을 보다 강하게 고정하는 것이 가능하다. 일 실시예로, 구동파이프(120)가 회수된 이후 파도나 외부의 힘으로 인해 파일(110)에 부력이 발생할 때 해저지반에 삽입된 체인(130)이 당겨지면서 장력이 발생하게 된다. 그리고 체인(130)에 연결된 드릴비트 유닛(140)에도 힘이 가해지는데 이때 드릴비트 유닛(140)의 몸체의 후면부가 굴착경로의 내벽에 박히게 된다. 즉, 체결부에서 구동파이프(120)가 빠져나간 부분이 마치 앵커와 같은 역할을 하게 되어 해저지반의 내벽에 파묻히게 되어 강한 고정력을 발생하게 된다. 따라서, 파일(110)이 위로 들리는 것을 방지할 수 있다.
한편, 개시된 기술의 일 실시예에 따르면 드릴장치는 파일(110)을 이용하지 않고 계류장치에 직접 드릴비트 유닛(140)을 연결할 수도 있다. 일 실시예로, 계류(Mooring)장치를 시공하는 선박에 구비된 크레인에 연결되어 해저면으로 하강하는 구동파이프(120), 구동파이프와 함께 해저면으로 삽입되는 체인(130) 및 구동파이프(120)와 체인(130)이 연결된 상태로 해저면을 굴착하여 해저지반에 삽입되는 드릴비트 유닛(140)를 포함할 수 있다. 그리고 드릴비트 유닛(140)은 체인(130)이 구동파이프(120)에 감기는 것을 방지하기 위해서 베어링(140a)과 스위벨(150)을 더 포함할 수 있다.
한편, 파일을 이용하지 않고 드릴비트 유닛(140)을 이용하는 경우에도 기본적으로는 도 1 및 도 2를 통해 설명한 바와 동일하게 적게는 하나에서 많게는 복수개의 드릴비트 유닛을 이용할 수 있다. 즉, 드릴비트 유닛(140)이 구동파이프(120)와 체인(130)을 해저지반으로 삽입하고 굴착이 종료되면 파이프(120)는 회수되고 드릴비트 유닛(140)과 체인(130)만 해저지반에 고정되는 것은 동일하고, 계류장치의 종류에 따라서 연결하는 드릴비트 유닛(140)의 개수가 달라질 수 있다.
도 3은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 드릴비트에 대한 측면도이다. 도 3을 참조하면 드릴비트 유닛(140)의 몸체 전면부에는 굴착을 위한 드릴비트가 구비된다. 드릴비트 유닛(140)에는 회전 시 굴착 효율성을 증가시키기 위해서 도 3과 같이 복수개의 드릴비트들(301, 302, 303)이 구비될 수 있다. 각 드릴비트(301, 302, 303)는 서로 동일한 간격으로 배치되어 있으며 각자 회전하면서 해저지반을 굴착한다. 경우에 따라 드릴비트 유닛의 몸체를 회전하는 것과 별개로 복수개의 드릴비트(301, 302, 303)들을 각각 회전시키는 모터가 별도로 구비될 수도 있고, 드릴비트(301, 302, 303) 표면에 다이아몬드와 같이 고강도를 갖는 부재를 구비하여 해저지반을 부수도록 동작하는 것도 가능하다.
도 4는 드릴비트 유닛과 구동파이프의 연결구조를 나타낸 측면도이다. 도 4를 참조하면 드릴비트 유닛(140)의 몸체 후면부에 형성된 체결부(401)에 구동파이프(120)의 일 단(402)이 체결된다. 구동파이프(120)는 굴착작업이 끝나면 다시 하우징으로 회수되기 때문에 드릴비트 유닛(140)이 해저지반을 굴착할 때는 구동파이프(120)가 연결된 상태를 유지하다가 굴착이 종료되면 드릴비트 유닛(140)은 굴착 종료 지점에 그대로 머무르고 구동파이프(120)만 체결부(401)로부터 빠져나올 수 있다. 도 1을 통해 설명한 바와 같이 구동모터의 회전력을 이용하여 체결부(401)와 구동파이프 단부(402)가 결합할 수 있으며 구동모터의 회전방향을 반대로 하는 것으로 체결을 해제할 수 있다.
도 5는 드릴비트 유닛에 체결된 구동파이프를 회수하는 것을 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면 드릴비트 유닛(140)이 체인(130)과 구동파이프(120)를 연결한 상태로 해저지반(501)을 굴착하여 일정 깊이만큼 굴착경로(502)를 생성하면 선박에서 구동모터를 반대로 회전시켜서 구동파이프(120)를 회수할 수 있다. 구동파이프(120)는 굴착과정에서 형성된 경로(502)를 따라 하우징의 관통홀(111)로 회수된다. 그리고 드릴비트 유닛(140)과 체인(130)은 그대로 해저지반에 고정된다.
도 6은 드릴비트 유닛이 해저지반의 내벽에 고정되는 것을 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하면 구동파이프(120)가 회수된 이후 드릴비트 유닛(140)과 체인(130)은 그대로 해저지반에 묻혀진 상태로 대기한다. 이후 파일(110)에 부력이 발생하면 드릴비트 유닛의 몸체 후면부가 굴착경로의 내벽의 일정 지점(601)에 박혀서 고정될 수 있다. 즉, 굴착이 완료된 드릴비트가 배를 고정하는 앵커와 같은 역할을 할 수 있다. 개시된 기술의 일 실시예에 따르면 고정대상에 따라 적게는 하나에서 많게는 다수의 드릴비트 유닛(140)을 이용하여 해저지반을 굴착하고 있으므로 안정적인 고정상태를 유지할 수 있고 고정강도를 견고하게 유지할 수 있다.
개시된 기술의 일 실시예에 따른 드릴장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 기술의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 선박에 구비된 무어링(Mooring) 시공장치를 통해 해저면으로 하강하고 상면이 수직방향으로 가압됨에 따라 몸체 일부가 상기 해저면의 일 영역에 고정되는 파일(Pile);
    상기 파일에 형성된 관통홀을 통해 상기 해저면으로 하강하여 해저지반에 몸체가 삽입되고 굴착이 종료되면 상기 관통홀을 통해 회수되는 구동파이프;
    상기 파일의 일측에 일 단이 고정되고 상기 관통홀을 통해 타 단이 유입되어 상기 구동파이프와 함께 상기 해저지반에 삽입되는 체인; 및
    몸체의 전면부에 드릴비트가 구비되고 상기 몸체의 후면부에 형성된 체결부에 상기 구동파이프의 일 단이 체결되고 상기 몸체를 둘러싸는 베어링에 상기 체인의 타 단이 연결된 상태로 상기 구동파이프 및 상기 체인을 상기 해저지반에 삽입하는 드릴비트 유닛;을 포함하는 드릴장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동파이프의 타 단에는 구동모터가 연결되고 상기 구동모터가 상기 구동파이프를 회전함에 따라 상기 구동파이프의 일 단에 연결된 상기 드릴비트 유닛이 회전하여 상기 해저면을 굴착하는 것을 특징으로 하는 드릴장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 파일에는 복수개의 드릴비트 유닛이 연결되고, 상기 복수개의 드릴비트 유닛은 상기 파일을 중심으로 방사상으로 펼쳐지며 상기 해저지반을 굴착하는 것을 특징으로 하는 드릴장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 드릴비트 유닛은 상기 구동파이프가 회수되면 상기 체인에서 발생되는 장력에 따라 굴착된 해저지반의 내벽에 상기 후면부가 박혀서 고정되는 것을 특징으로 하는 드릴장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 드릴비트 유닛은 상기 체인이 상기 구동파이프에 감기는 것을 방지하기 위해서 상기 베어링과 체인 사이에 연결되는 스위벨을 더 포함하는 드릴장치.
  6. 무어링(Mooring) 시공장치에 연결되어 해저면으로 하강하고 상기 해저면이 굴착됨에 따라 몸체가 삽입되고 굴착이 종료되면 선박으로 회수되는 구동파이프;
    상기 구동파이프와 함께 상기 해저면으로 삽입되는 체인; 및
    몸체의 전면부에 드릴비트가 구비되고 상기 몸체의 후면부에 형성된 체결부에 상기 구동파이프가 체결되고 상기 몸체를 둘러싸는 베어링에 상기 체인이 연결된 상태로 상기 해저면을 굴착하여 상기 구동파이프 및 상기 체인을 해저지반에 삽입하는 드릴비트 유닛;을 포함하는 드릴장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 드릴비트 유닛은 상기 구동파이프가 회수되면 상기 체인에서 발생되는 장력에 따라 상기 해저지반의 내벽에 상기 후면부가 박혀서 고정되는 것을 특징으로 하는 드릴장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 드릴비트 유닛은 상기 체인이 상기 구동파이프에 감기는 것을 방지하기 위해서 상기 베어링과 체인 사이에 연결되는 스위벨을 더 포함하는 드릴장치.
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