KR101245765B1 - 시추선의 시추탑 보정 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
시추탑 보정 시스템이 계측 장치 및 보정 장치와 연동하여 시추탑을 보정하기 위해, 보정 장치로부터 제1 시추탑 및 제2 시추탑을 계측하여 수집한 제1 계측값 및 제2 계측값을 포함하는 계측 정보를 수신하고, 수신한 계측 정보를 토대로 오차 값을 산출한다. 이렇게 산출한 오차값을 토대로 보정량을 산출하고 보정 장치로 전달하여, 보정 장치가 제1 시추탑 및 제2 시추탑을 보정하도록 한다.
Description
본 발명은 시추선에 탑재되는 시추탑을 보정하는 보정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 시추선에는 시추를 위한 제반 장비들이 설치되어 있는 시추탑(Derrick)이 설치된다. 별도로 설치된 시추탑을 시추선 위에 탑재하면, 탑재된 시추탑은 시추선을 기준으로 일정 허용 오차(Tolerance) 이내로 정도(installation accuracy) 관리가 되어야 한다.
따라서, 정도를 점검하기 위해 계측기로 시추선과 시추탑 상단부를 계측하고, 시추탑을 계측한 작업자가 사무실로 이동하여 분석을 수행한다. 그리고 분석이 완료되면 시추탑을 허용 오차 이내로 조절하기 위하여 보정 작업을 실시한다.
이러한 절차는 허용 오차 이내로 계측 값이 들어올 때까지 반복하여 수행한다. 일반적인 절차에 따르면 시추탑 상단부의 계측과 분석에 오랜 시간이 소요되며, 현장에서 계측 데이터의 신뢰성 여부를 판단할 수 없기 때문에 계측 당시에는 알 수 없던 여러 가지 오작업 및 오작동에 의해 재계측이 요구되는 일이 빈번하게 발생한다. 또한, 보정 작업의 결과를 바로 알기 어렵다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 시추탑 탑재 상태를 위해 계측된 데이터를 실시간으로 처리하여 계측 현장에서 보정량을 산출할 수 있는 시추선의 시추탑 보정 시스템 및 방법을 제공한다.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징인 계측 장치 및 보정 장치와 연동하여 시추탑을 보정하는 시스템은,
상기 계측 장치로부터 제1 시추탑 및 제2 시추탑을 계측하여 제1 계측값 및 제2 계측값을 포함하는 계측 정보를 수신하는 계측 정보 수신부; 상기 계측 정보 수신부가 수신한 계측 정보를 토대로, 미리 저장되어 있는 좌표 정보와 상기 수신한 계측 정보를 비교하여 오차 값을 산출하는 오차값 산출부; 및 상기 오차값 산출부가 산출한 오차 값을 토대로 보정량을 산출하여, 상기 보정 장치로 전달하는 보정량 산출부를 포함한다.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 시추탑 보정 시스템이 계측 장치 및 보정 장치와 연동하여 시추탑을 보정하는 방법은,
상기 보정 장치로부터 제1 시추탑 및 제2 시추탑을 계측하여 수집한 제1 계측값 및 제2 계측값을 포함하는 계측 정보를 수신하는 단계; 상기 수신한 계측 정보와 미리 저장되어 있는 좌표 정보를 비교하여, 상기 수신한 계측 정보의 오차 값을 산출하는 단계; 및 상기 산출한 오차값을 토대로 보정량을 산출하고 상기 보정 장치로 전달하여, 상기 보정 장치가 상기 제1 시추탑 및 제2 시추탑을 보정하도록 하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 시추탑 탑재 상태를 위해 계측된 데이터가 실시간으로 처리되어 오차값이 표시되며, 예상되는 필요 보정량을 바로 산출할 수 있기 때문에, 시추탑을 보정하는데 소요되던 작업 시간을 단축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시추탑의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 보정 시스템의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 보정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 시추탑 보정시 보정량을 산출하는 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 보정 시스템의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 보정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 시추탑 보정시 보정량을 산출하는 예시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하 도면을 참조로 하여, 본 발명의 실시예에 따른 시추탑 보정 시스템 및 보정 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시추탑의 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 시추탑은 시추 작업장(Drill Floor) 상에 설치되어, 드릴 스트링(Drilling String)과 각종 장비들의 전체 무게를 지탱한다. 그리고 시추 시 발생하는 동적 하중(Dynamic Load)를 견디도록 설계된 철탑 형상의 구조물을 의미한다.
이러한 시추탑에 설치되는 장치로는 크라운 블록과 상하 요동(heave) 보정 장치(Crown Block and Heave Compensator), 이동 블록(Traveling Block), 탑 드라이브(Top Drive), 파이프/케이싱 걸이 시스템(Pipe/Casing Racking System), 조명(Lighting), 배출 라인(Vent Line) 등이 있으며, 이들 장치의 역할은 이미 알려진 사항으로 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
현재 사용되고 있는 시추탑은 듀얼 시추탑 형태로, 시추 깊이가 증가함에 따라 시추 작업의 효율성을 높이기 위해 사용한다. 이러한 듀얼 시추탑은 첫 번째 시추는 보조 시추탑(Auxiliary Derrick, 설명의 편의를 위하여 제1 시추탑이라고도 지칭함)(10)을 이용하고 BOP(Blow Out Prevention, 폭발방지장치) 설치부터 회수까지는 주 시추탑(Main Derrick, 설명의 편의를 위하여 제2 시추탑이라고도 지칭함)(20)을 이용한다.
상하 요동 보정 장치는 시추 작업 중 드릴쉽 & 리그(Drillship & Rig)의 상하 요동(Heave)으로부터 드릴 스트링(Drill String)을 보정할 뿐만 아니라, BOP 등의 해저(Subsea) 장비를 해저면에 설치할 때에도 상하 요동 보정 장치를 이용한다. 이러한 상하 요동 보정 장치는, CMC(Crwon Mounted Compensator), AHC(Active Heave Compensator), DLC(Direct Line Compensator) 또는 DSC(Drill String Compensator)로 분류할 수 있다.
이들 중 본 발명의 실시예에서는 상하 요동 보정 장치로 CMC를 예로 하여 설명하기로 한다. CMC는 수동 요동 보정 장치(Passive Heave Compensator)로, 시추탑 상부에 설치된 크라운 블록(Crown Block) 위쪽에 설치된다. 계측기(예를 들어, 광파기)에서 시추 상부의 제1 시추탑(10) 및 제2 시추탑(20)의 두 개의 값을 측정하면, 이 값들은 무선 통신을 통해 보정 시스템으로 전달되어 보정량이 산출되도록 한다. 그리고 산출된 보정량은 무선 통신을 통해 보정용 장비로 전달되어, 두 개의 시추탑이 보정되도록 한다.
즉, 본 발명의 실시예에서는 제2 시추탑(20)의 상부 중심 값은 (0, 0, z1)이 되는 데, 이 점에 해당하는 곳에 CMC가 설치되어 있고, CMC의 중심은 설계상으로 well center의 수직 선상에 존재해야 한다. 수직 선상에 존재하는 물체가 CMC이기 때문에, CMC를 계측하여 전체적인 시추탑이 보정되도록 하는 것을 예로 하여 설명한다.
여기서 보정 시스템에 대해 도 2를 참조로 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예에 따른 보정 시스템은 시추 작업장에 위치한 단말을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 보정 시스템의 구조도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 보정 시스템(100)은 계측 정보 수신부(110), 오차값 산출부(120), 보정량 산출부(130) 및 보정 확인부(140)를 포함한다.
계측 정보 수신부(110)는 계측기에서 계측한 두 값인 계측 정보(제1 계측값, 제2 계측값)를 수신한다. 설명의 편의상 계측기가 보조 시추탑(혹은, 제1 시추탑)(10)을 계측하여 수집한 값을 제1 계측값이라 하고, 계측기가 주 시추탑(혹은, 제2 시추탑)(20)을 계측하여 수집한 값을 제2 계측값이라 지칭하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.
또한, 계측 정보 수신부(110)는 보정 설치된 시추탑을 계측한 계측 정보도 수신한다. 보정된 계측 정보는 보정된 제1 시추탑(10)을 계측기가 재 계측한 값인 제3 계측값과, 보정된 제2 시추탑(20)을 계측기가 재 계측한 값인 제4 계측값을 포함한다. 제3 계측값과 제4 계측값은 보정 확인부(140)로 전달한다.
오차값 산출부(120)는 계측 정보 수신부(110)가 수신한 계측 정보를 분석하여 오차값을 산출한다. 이를 위해 오차값 산출부(120)에는 계측이 필요한 지점의 좌표 정보가 저장되어 있다. 본 발명의 실시예에서는 오차값이 오차값 산출부(120)에서 좌표 정보를 토대로 자동으로 산출되는 것을 예로 하여 설명하나, 작업자에 의해 오프라인으로 계산된 오차값이 오차값 산출부(120)로 입력될 수도 있다. 오차값이 산출되는 방법은 이후 설명하기로 한다.
보정량 산출부(130)는 오차값 산출부(120)에서 산출한 오차값을 토대로 시추탑의 보정 정도를 나타내는 보정량을 산출한다. 보정량 역시 작업자의 수동 작업에 의해 산출될 수도 있고 자동으로 보정량이 산출될 수도 있다. 보정량을 산출하는 예에 대해서는 이후 설명하기로 한다. 보정량 산출부(130)에서 산출한 보정량은 무선 송수신 장치를 통해 시추탑 설치 현장에 위치한 보정 시스템(100)의 오차값 산출부(120)로 전달되고, 오차값 산출부(120)은 이 값을 토대로 설치중인 시추탑의 오차값을 재 산출하여 보정하게 된다.
보정 확인부(140)는 계측 정보 수신부(110)로부터 수신되는 제3 계측값 및 제4 계측값을 토대로 보정 작업이 제대로 이루어졌는지 확인한다. 본 발명의 실시예에서는 현장에서 보정 완료 여부를 바로 확인할 수 있기 때문에, 시추탑 설치를 위한 유압잭이 스툴(stool)마다 설치될 경우, 한 번의 시도로 시추탑의 설치 정도를 맞출 수 있기 때문에, 보정 확인부(140)는 수신한 제3 계측값과 제4 계측값을 설치자에게 제공하는 기능만을 수행하는 것을 예로 하여 설명한다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 보정 시스템은 CMC 중심점이 기초(foundation)의 메인웰(Main Well) 중심점과 수직을 이뤄야 하는 상황에서, 시추탑의 조립시 발생한 오차가 허용 오차를 넘어설 경우 이를 보정하기 위해, 제1 시추탑(10)의 중심점과 제2 시추탑(20)의 중심점을 기준으로 좌표계를 생성한다. 그리고 CMC를 통해 계측하여 수집한 오차가 발생한 제1 계측값과 제2 계측값을 토대로, 보정 작업을 수행하기 위한 보정 값을 산출한다.
보정 시스템을 이용하여 시추탑을 보정하는 방법에 대하여 도 3을 참조로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 보정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 계측기가 제1 시추탑(10) 및 제2 시추탑(20)을 계측하여 계측 정보를 수집하면, 수집한 계측 정보는 무선 송수신 장치를 통해 보정 시스템의 계측 정보 수신부로 전달된다(S100). 계측 정보인 제1 계측값과 제2 계측값을 수신한 계측 정보 수신부(110)는 계측값을 수신하면, 오차값 산출부(120)는 제1 계측값과 제2 계측값을 토대로 오차값을 산출한다(S110).
일반적으로 시추탑을 비롯한 모든 설비의 위치 정보가 설계도에 표시되어 있다. 일반적으로 작업자들이 도면을 확인하여 위치를 파악하는데, 이때 도면에는 어떤 점을 기준으로 좌표가 표시되어 있는 것이 아니라 상대적인 거리만 표시되어 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 각각의 관리 포인트 즉, 계측이 필요한 포인트의 좌표를 미리 설정한 기준으로 하는 좌표계로 변환하여 계산한 후 오차값 산출부(120)에 저장한다. 여기서 좌표계는 원점을 기준으로 좌표가 변환된 값이다.
이러한 환경에서, 예를들어 작업자가 프로그램 상에서 CMC의 위치를 지정하는 부분을 선택하면, 설계도로부터 위치를 산출하여 원점을 기준으로 하는 좌표 정보로 변환된 값과 실제 계측된 값이 화면상에 나타난다. 그러면 평균 평면은 (0, 0)의 값으로 화면상에 나타나며, 메인웰 중심점을 원점으로 제2 시추탑(20)의 중심점과 제1 시추탑(10)의 중심점을 연결하는 선을 x축으로 한다.
원점에서 x, y 평면에 수직으로 올라가는 선이 z축이 되며, CMC의 계측 결과는 좌표계 상에서 설계 좌표와 측정 좌표의 차로 표시된다. 즉, 설계 좌표계 상에서는 CMC 중심점은 제2 시추탑(10)의 중심점을 기준으로는 (0, 0, z1), 제1 시추탑을 기준으로는 (x2, 0, z2)로 나타나야 하지만, CMC를 측정한 결과가 (0, 0, z1) 또는 (x2, 0, z2)와 같이 나타나지 않으면, 그 값만큼 설치 오차가 발생하였음을 알 수 있다.
오차값 산출부(120)에서 산출한 오차값을 토대로 보정량 산출부(130)는 보정량을 계산한다(S120). 보정량은 CMC 중심부의 오차량을 보정해주기 위해 설비 하부에 쇠판을 삽입하는 작업을 수행할 때 필요한 값이다. 보정량을 계산하는 방법은 수동 계산 방법과 자동 계산 방법으로 구분할 수 있다. 만약 수동 계산 방법을 이용하여 보정량을 계산할 경우, 오차값 산출부(130)에서 산출한 오차값을 토대로 작업자가 원하는 만큼 코너 포인트를 z축으로 이동시켜 보정량을 계산한다.
그러나, 자동 계산 방법을 이용할 경우 변환 행렬을 계산하고, 계측 정보에 계산한 변환 행렬을 곱해 보정량을 산출한다. S120 단계에서의 보정량 계산 방법에 대해 먼저 도 4a 내지 도 4c를 참조로 설명한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 시추탑 보정시 보정량을 산출하는 예시도이다.
도 4a는 수동 작업을 통해 보정량을 산출하는 것을 나타낸 예시도이고, 도 4b는 자동 계산을 통해 보정량을 산출하는 것을 나타낸 예시도이다. 그리고 도 4c는 자동 계산 방법을 통해 보정량을 산출하는 것을 나타낸 예시도이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 제1 시추탑(10) 및 제2 시추탑(20)의 코너 포인트를 z축으로 각각 이동시켜, 보정량을 계산한다. 수동 작업에 의해 보정된 수치는 보정 화면에 바로 표시된다. 수동 작업에 의해 보정량을 산출하는 경우에는, 하부 4개의 지점 중 한 지점씩 특정 값을 보정할 경우 상부 CMC 위치에 어떠한 영향을 주는지를 점검하는 절차가 포함된다.
만약 도 4a에는 2번째 위치를 7mm 올린다고 가정할 경우 상부 CMC 위치가 어떻게 변하는지를 나타낸 것이다. 본 발명의 실시예에서는 이 경우 1번 위치는 3mm, 3번 위치는 4mm씩 자동적으로 상승함을 알 수 있다. 이러한 정보들을 확인하며 작업자는 보정량을 계산한다.
본 발명의 실시예에서는 시추탑의 구조물을 강체(Rigid body)로 가정하여 설명하고 있다. 이는, 강체의 특성상 하부에서의 변화가 시추탑 중간에 변형 없이 바로 상부로 전달될 수 있기 때문이다.
한편 도 4b에 도시된 바와 같이, 보정량 산출부(130)가 두 개의 CMC의 에러가 최소가 되는 위치를 자동으로 계산한다. 이때, 두 개의 CMC의 에러가 최소가 되는 위치는 도 4c에 도시된 바와 같이 CMC 계측점과 시트(Seat) 계측점이 이루는 구조를 강체(Rigid body)로 가정하여 구하게 된다.
즉, 보정량 산출부(130)가 원점을 중심으로 CMC 계측점을 CMC 설계점으로 이동하는 변환 행렬을 계산한다. 그리고 계측 정보 수신부(110)가 수신한 계측 정보에 계산한 변환 행렬을 곱하여, 이동 전과 (x, y, z) 값 차이를 확인한다. 이렇게 확인된 (x, y, z) 값이 보정량이 된다.
이와 같이 보정량을 산출한 후 상기 도 3을 이어 설명하면, 산출한 보정량을 무선 통신을 이용하여 CMC로 전달한다(S130). CMC는 수신한 보정량을 토대로 제1 시추탑(10)과 제2 시추탑(20)을 보정하고, 계측기는 보정된 제1 시추탑(10)과 제2 시추탑(20)을 계측한 결과를 보정 확인부(140)로 전달한다(S140).
보정 확인부(140)는 보정 결과를 수신하면, 이를 작업자에게 알려준다. 본 발명의 실시예에서는 현장에서 보정 완료 여부를 바로 확인할 수 있기 때문에, 시추탑 설치를 위한 유압잭이 스툴(stool)마다 설치될 경우, 한 번의 시도로 시추탑의 설치 정도를 맞출 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Claims (7)
- 계측 장치 및 보정 장치와 연동하여 시추탑을 보정하는 시스템에 있어서,
상기 시추탑의 메인웰(Main Well) 중심점과 수직을 이루어야 하는 상하 요동 보정 장치(CMC)의 소정 위치를 계측하는 상기 계측 장치로부터 제1 시추탑 및 제2 시추탑을 계측하여 제1 계측값 및 제2 계측값을 포함하는 계측 정보를 수신하는 계측 정보 수신부;
상기 계측 정보 수신부가 수신한 계측 정보를 토대로, 미리 저장되어 있는 좌표 정보와 상기 수신한 계측 정보를 비교하여 오차 값을 산출하는 오차값 산출부; 및
상기 오차값 산출부가 산출한 오차 값을 토대로 보정량을 산출하여, 상기 보정 장치로 전달하는 보정량 산출부를 포함하되,
상기 보정 장치는 상기 시추탑을 지지하는 복수의 스툴(Stool)마다 설치된 유압잭을 이용하여 상기 보정량에 따른 상기 시추탑의 설치 정도를 보정하는 것을 특징으로 하는 시추탑 보정 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 보정량 산출부에서 산출한 보정량을 토대로 상기 보정 장치에 의해 보정된 후, 상기 계측 장치로부터 보정된 제1 시추탑 및 보정된 제2 시추탑을 계측하여 제3 계측값 및 제4 계측값을 포함하는 계측 정보를 수신하여, 보정 완료 여부를 확인하는 보정 확인부
를 포함하는 시추탑 보정 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 계측 정보 수신부는 상기 계측 장치로부터 무선 통신으로 상기 계측 정보를 수신하는 시추탑 보정 시스템. - 시추탑 보정 시스템이 계측 장치 및 보정 장치와 연동하여 시추탑을 보정하는 방법에 있어서,
상기 시추탑의 메인웰(Main Well) 중심점과 수직을 이루어야 하는 상하 요동 보정 장치(CMC)의 소정 위치를 계측하는 상기 계측 장치로부터 제1 시추탑 및 제2 시추탑을 계측하여 수집한 제1 계측값 및 제2 계측값을 포함하는 계측 정보를 수신하는 단계;
상기 수신한 계측 정보와 미리 저장되어 있는 좌표 정보를 비교하여, 상기 수신한 계측 정보의 오차 값을 산출하는 단계; 및
상기 산출한 오차값을 토대로 보정량을 산출하고 상기 보정 장치로 전달하여, 상기 보정 장치가 상기 제1 시추탑 및 제2 시추탑을 보정하도록 하는 단계를 포함하되,
상기 제1 시추탑 및 제2 시추탑을 보정하도록 하는 단계는, 상기 시추탑을 지지하는 복수의 스툴(Stool)마다 설치된 유압잭을 이용하여 상기 보정량에 따른 상기 시추탑의 설치 정도를 보정하는 것을 특징으로 하는 시추탑 보정 방법. - 제4항에 있어서,
상기 오차값을 토대로 보정된 제1 시추탑 및 제2 시추탑의 보정된 계측 정보를 수신하는 단계
를 포함하는 시추탑 보정 방법. - 제4항에 있어서,
상기 보정량은,
미리 설정한 원점을 중심으로 계측점을 설계점으로 이동하는 변환 행렬을 계산하는 단계;
상기 계산한 변환 행렬과 상기 계측 정보를 곱하여 이동 전과 후의 값을 확인하는 단계; 및
상기 확인한 값을 보정량으로서 산출하는 단계
를 포함하는 시추탑 보정 방법. - 제6항에 있어서,
상기 보정량은 제1 시추탑 및 제2 시추탑의 계측기의 에러가 최소가 되는 위치로 산출되는 시추탑 보정 방법.
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2010
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