KR101628574B1 - 석션 원리를 이용한 탈부착 가능한 석션 무어링 장치와 그 분리 및 설치 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석션 원리를 이용한 탈부착 가능한 석션 무어링 장치와 설치 방법에 관한 것으로, 오일 및 가스의 시추와 생산에 있어, 생산시에는 예측할 수 없는 해양의 환경 외력에 대해 해양플랜트 등의 해양 부유 구조물을 안정성 확보와 피해 방지를 위한 해양 부유 구조물의 무어링 장치와 그 분리 및 설치 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 상부 석션 커넥터와 하부 석션 커넥터가 석션 파일 앵커(Suction pile anchor)의 원리를 적용하여 탈부착이 가능한 무어링 장치가 예측가능한 해양 외력이 발생한 경우, 해양 부류 구조물에 연결된 상부 석션 커넥터와 해저면에 연결된 하부 석션 커넥터를 분리하여, 해양 구조물을 안전한 영역으로 대피할 수 있어 해양구조물의 피해를 방지할 수 있으며, 시추시에는 해상 환경으로 부터 생산활동의 제약을 완화시켜 가동률을 증가시키는 석션 원리를 이용한 탈부착 가능한 석션 무어링 장치와 그 분리 및 설치 방법을 제공한다.

Description

석션 원리를 이용한 탈부착 가능한 석션 무어링 장치와 그 분리 및 설치 방법{Detachable suction mooring device using the principle of suction and mothod of installing}

본 발명은 석션(Suction) 원리를 이용한 탈부착 가능한 석션 무어링 장치와 그 작동 방법 관한 것으로, 보다 상세하게는 시추선 등을 포함하는 해양 부유 구조물이 유정 굴착 등에 있어 생산 및 시추 시 극심한 해양 외력에 의해 해양 부유 구조물의 위치 유지가 어려운 경우 탈부착이 가능한 석션 무어링 장치를 분리하여 해양 부유 구조물을 안전한 위치로 이동시킴으로써 이러한 환경 외력을 회피하여, 구조물의 안정성과 피해를 방지하고, 드릴쉽(Dillship)의 위치 유지 장치인 DPS(Dyanmic Position System)와 함께 탈부착 가능한 석션 무어링 장치를 연결함으로써, 해상에서 환경적인 제약을 줄여 작업 생산률 및 가동률을 향상시키는 석션 원리를 이용한 탈부착 가능한 석션 무어링 장치와 그 분리 및 설치 방법에 관한 것이다.

해양 부유 구조물은 해상 또는 하상에 뜨는 구조물을 말하며 부유 바지선, 석유 또는 가스 시추를 위한 시추선 등의 구조물을 말한다. 해양 부유 구조물은 조류 등에 의해 원하지 않는 위치로 이동할 위험이 있어 일반적으로 무어링 장치에 의해 그 이동을 제한하게 된다. 그러나 종래의 무어링 장치의 무어링 라인은 와이어 로프나 체인이 닻과 서로 연결되는 방식이므로 서로 분리가 되지 않아 해양구조물이 이동하기 위해서는 닻과 무어링 라인 전체를 수거해야 한다. 또한, 보통 이동해양플랜트 등의 해양 생산 부유 구조물은 오일과 가스 유정의 상부수면에 평균적으로 30년 정도 위치를 유지하는데, 극심한 해양 외력이 발생하면, 무어링 장치에 문제가 생기게 되고, 해양플랜트는 위치를 유지하지 못하게 되어, 라이저와 같은 장비가 손상되거나, 톱 사이드(Top side)가 붕괴되어 구조물의 안정성에 문제가 발생하여, 심각한 해양사고가 발생할 수 있다. 또한, 그 외력에 견디기 위해 해양 부유 구조물 또한 강인한 설계가 요구되고, 그에 따른 구조물의 제작 비용이 증가 한다. 그리고, 통상의 체인 무어링 라인은 보통 무게가 무겁기 때문에 그 무게로 인해 수심이 깊어진다면 체인 무어링에 의해 오히려 해양 구조물이 바다에 가라 않는 일이 발생할 수 있다. 따라서 통상적인 무어링 시스템은 체인, 와이어 로프, 체인 순서로 이어지는 방식으로 중간에 와이어 로프를 연결하여 무게를 조금 줄이는 방법을 선택하게 된다. 하지만 체인과 와이어 로프의 연결부위에 서로 다른 재질의 무어링 라인을 연결하기 때문에 연결 부위의 강도 문제로 인한 결함이 발생할 가능성이 높다는 문제점을 가진다. 또한 실제 북해지역은 날씨변동이 심하여 드릴쉽의 작업이 늦춰지는 경우가 빈번하며, 시추 시에 드릴쉽은 하루용선비용이 상당하므로 환경적인 문제로 인해 지연이 되면, 경제적인 측면에서 많은 손실을 입는 문제점이 있다.

선행기술문헌 : KR특허공개공보 제10-2011-0034129(2011.04.05.공개)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 해양 플랜트 등의 해양 부유 구조물 등이 설치되어 생산이 진행되는 동안 극심한 해양 외력이 발생할 경우, 구조물의 가동을 잠시 멈추고 구조물의 무어링 라인 중간에, 석션 원리를 이용하여 라인의 연결과 분리가 가능한 장치를 설치하여, 무어링 라인을 분리하여 해양 부유 구조물을 안전한 장소로 대피시켜, 그 피해를 방지하고, 외력이 제거된 경우 다시 무어링 시스템 설치시 계류에 필요한 소요 시간을 줄임으로써 경제성을 향상시키고, 무어링 라인의 연결 부위의 안정성을 강화하며 시추 시, 기존 위치 유지 시스템에 석션 무어링 장치를 연결하여 작업이 지연될 수 있는 환경적 제약을 줄여 주는 데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 해저면에 하단이 고정된 하부 체인; 체인의 상단과 하단을 연결하는 와이어; 와이어의 상단과 연결하는 하부 석션 커넥터; 하부 석션 커넥터와 연결 또는 분리되는 상부 석션 커넥터; 상부 석션 커넥터와 하단이 연결되어 상단이 해양 부유구조물에 연결된 상부 체인; 상부 석션 커넥터에 장착되고, 상부 석션 커넥터와 하부 석션 커넥터의 연결 또는 분리 작동을 제어하는 컨트롤 박스; 및 컨트롤 박스와 해양 부유구조물과 연결되어 전원과 제어명령을 전달하는 케이블;

또한, 하부 석션 커넥터의 충격방지를 위해 하부 석션 커넥터에 부착된 부이 포함하는 석션 원리를 이용한 탈부착 가능한 석션 무어링 장치를 제공할 수 있다.

또한, 하부 석션 커넥터에 부착되며, 상부 석션 커넥터와 하부 석션 커넥터이 분리 시 작동하고 하부 커넥터의 충격방지를 위한 가스공급장치를 구비한 에어백시스템이 제공될 수 있다.

또한, 본 발명은 석션 원리를 이용한 탈부착 가능한 석션 무어링 장치의 작동 방법에 있어서

석션 원리를 이용한 탈부착 가능한 석션 무어링 장치의 설치 및 분리 방법에 있어서

해양 부유 구조물에서 분리 제어 신호를 컨트롤 박스에 보내는 단계; 분리 제어 신호를 전송받은 컨트롤 박스에서 진공 상태 해제 명령을 수행하여 상부 및 하부 석션 커넥터를 분리하는 단계; 및 분리 시 하부 석션 커넥터의 급속한 낙하 방지를 위해 하부 석션 커넥터에 부착된 에어백이 작동하는 단계를 포함하는 분리 방법;

해양작업지원선(AHTS)이 수중에 미리 설치되어, 상부 석션 커넥터와 분리된 상태로 에어백에 의해 부력을 받으며 수중을 부유하는 하부 석션 커넥터가 연결된 무어링 라인을 원격조정수중탐색장비(ROV) 및 워크 체인을 이용하여 해양작업지원선과 무어링 라인을 연결하는 단계; 워크 체인이 연결된 무어링 라인이 해양작업지원선에 의하여 실제 무어링 라인이 설치될 해양 부유 구조물까지 이동하는 단계; 무어링 라인이 설치될 때 라인이 과도한 장력이 걸리는 것을 방지하기 위해 해양부유구조물에서 메신저 와이어를 해양작업지원선에 건네주어 무어링 라인이 느슨해진 상태로 해양작업지원선에서 실제 무어링 라인끼리 연결되는 단계; 및 무어링 라인의 연결이 완료되면 여분으로 달아두었던 워크 체인과 메신저 와이어를 제거하는 과정에서 상부 석션 커넥터와 하부 석션 커넥터를 진공 상태로 연결하고 전체 무어링 라인을 수중으로 내리는 단계의 설치 방법

을 포함하는 석션 원리를 이용한 탈부착 가능한 석션 무어링 장치의 분리 및 설치 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면 해양 부유 구조물과 무어링 라인을 쉽게 분리 할 수 있으므로, 예측가능한 해양 외력에 의해 해양 부유 구조물의 위치 유지가 어려운 경우 이러한 환경 외력을 회피하여 해양 구조물의 피해를 방지할 수 있는 효과가 있다. 그리고 기존 무어링 시스템에서 성질이 서로 다른 재료의 연결부위에 대한 강도를 향상 시킬 수 있으며, 유정굴착 등에 있어서 생산을 위한 시추 단계부터 본 발명을 적용하면 유정굴착에 소요되는 시간을 단축하여 시추에서 생산단계에 이르는 전체 시스템의 시간을 단축시킬 수 있는 경제적 효과가 있으며, 기존 시추 작업 시는 DPS만을 사용했지만 추가적으로 무어링 라인을 연결해서 위치 유지를 위한 시스템의 역량을 향상시키고 가동률 상승으로부터 불필요한 경제적인 지출을 방지하는 효과가 있다.

도 1: 탈부착 가능한 무어링 장치의 개략도,
도 2; 탈부착 가능한 무어링 장치의 설치 위치에 대한 개략도,
도 3: 상부 석션 커넥터와 하부 석션 커넥터의 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탈부착 가능한 무어링 장치의 개략도이며, 도 2는 탈부착 가능한 무어링 장치의 설치 위치에 대한 개략도이고, 도 3은 상부 석션 커넥터와 하부 석션 커넥터의 사시도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 석션 원리를 이용한 탈부착 가능한 석션 무어링 장치는, 도 2와 도3을 참조하면, 하부 체인(130), 와이어(120), 하부 석션 커넥터(300), 상부 석션 커넥터(200), 컨트롤 박스(210), 케이블(220)를 포함하여 이루어진다.

먼저, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 석션 원리를 이용한 탈부착 가능한 석션 무어링 장치는 도 1을 참조하면, 해양 무어링 라인의 중간에 분리 가능한 장치를 설치하고 이를 이용하여 무어링 라인을 연결하는 것이다. 이 장치의 목적은 무어링 라인의 본 역할인 위치를 유지하는 기능을 수행할 수도 있으며, 동시에 분리가 가능하다. 이런 무어링 라인은 수심이 깊어질 수 록 훨씬 더 길어지고 그 무게는 더 무거워지게 된다. 무어링 라인에 의한 위치 유지는 이런 무어링 라인의 무게에 의해 유지된다고 할 수 있다.

이하 본 발명을 구성하는 장치에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

하부 체인(130)의 하단이 해저면에 고정되고, 하부 체인(130)의 상단이 와이어(120)의 하단과 연결되며, 와이어(120)의 상단은 하부 석션 커넥터(300)와 연결된다. 하부 석션 커넥터(300)는 상부 석션 커넥터(200)와 진공 상태로 연결되는데 이는 석션 파일 앵커(Suction pile anchor)원리와 유사하게 상부 석션 커넥터(200)와 하부 석션 커넥터(300) 사이를 진공으로 만들어 연결하면 대기압에 수압의 힘을 더한 강한 힘을 얻게 되고 이러한 힘은 무어링의 연결 부위에 충분한 장력을 제공할 수 있다.

한편, 상부 석션 커넥터(200)와 하부 석션 커넥터(300)는 원기둥의 형상으로 서로 쉽게 포개지거나 끼워질 수 있는 형상으로 제작한다.

상부 석션 커넥터(200)는 상단이 해양 부유구조물(140)에 연결된 상부 체인(100)의 하단과 연결된다. 상부 석션 커넥터(200)와 하부 석션 커넥터(300)의 연결 또는 분리 작동을 제어하는 컨트롤 박스(210)는 상부 석션 커넥터(200)에 장착되고, 해양 부유 구조물(140)에서 컨트롤 박스(210)에 전원과 제어명령을 전달하기 위한 케이블(220)이 해양 부유 구조물(140)과 컨트롤 박스(210) 간에 연결된다.

만일, 하부 석션 커넥터(300)와 상부 석션 커넥터(200)가 석션 파일 앵커의 원리에 의해 진공상태로 연결된 경우, 해양 부유 구조물(140)에서 케이블(220)을 통해 분리신호를 보내면 컨트롤 박스(210)에서 진공상태를 해제하여 무어링 장치를 분리함으로써 석유 및 가스를 채취하던 해양 부유 구조물(140)이 해양 외력의 발생에 의해 긴급 대피가 필요한 경우 무어링 장치의 구속에서 벗어나 신속하게 대피할 수 있다.

한편, 상부 석션 커넥터(200)와 하부 석션 커넥터(300)의 분리시 하부 석션 커넥터(300)의 급속한 낙하에 의한 충격 방지를 위한 부이(Buoy)가 하부 석션 커넥터(300)에 장착될 수 있으며, 이 부이는 상부 석션 커넥터(200)와 하부 석션 커넥터(300)가 분리될 때, 두 커넥터 사이에 연결고리를 만들어 분리시 연결 고리가 빠지면서 하부 석션 커넥터(300)에 연결된 가스공급장치에 저장된 가스가 자동으로 팽창하여 부력을 받을 수 있는 에어백 시스템이 부착되어 작동할 수 있다. 또한 이 부이에 의해 작업자가 부이가 부유하고 있는 얕은 수심까지만 접근하여 신속하게 하부 석션 커넥터의 위치을 확인하는데 도움을 줄 수 있다.

한편, 본 발명의 석션 원리를 이용한 탈부착 가능한 석션 무어링 장치의 바람직한 실시예에 따른 그 분리 및 설치 방법에 있어서,

무어링 장치의 분리 방법은, 해양 부유 구조물(140)에서 분리 제어 신호를 컨트롤 박스(210)에 보내면, 분리 제어 신호를 전송받은 컨트롤 박스(210)에서 진공 상태 해제 명령을 수행하여 상부 석션 커텍터(200) 및 하부 석션 커넥터(300)를 분리하고, 분리 시 하부 석션 커넥터(300)의 급속한 낙하 방지를 위해 하부 석션 커넥터(300)에 부착된 에어백이 작동하여 하부 석션 커넥터(300)가 수중에 부유하게 된다.

또한 본 발명의 무어링 장치의 설치방법은 해양작업 지원선(AHTS)이 수상에 미리 설치되어, 상부 석션 커넥터(200)와 분리된 상태로 에어백에 의해 부력을 받으며 수중을 부유하는 하부 석션 커넥터(300)가 연결된 무어링 라인을 원격조정 수중탐색장비(ROV) 및 워크 체인을 이용하여 해양작업 지원선과 무어링 라인을 연결하고, 워크 체인이 연결된 무어링 라인이 해양작업 지원선에 의하여 실제 무어링 라인이 설치될 해양 부유 구조물까지 이동하고, 무어링 라인이 설치될 때 라인이 과도한 장력이 걸리는 것을 방지하기 위해 해양 부유 구조물(140)에서 메신저 와이어를 해양작업 지원선에 건네주어 무어링 라인이 느슨해진 상태로 해양작업 지원선에서 실제 무어링 라인끼리 연결하고, 무어링 라인의 연결이 완료되면 여분으로 달아두었던 워크 체인과 메신저 와이어를 제거하는 과정에서 상부 석션 커넥터(200)와 하부 석션 커넥터(200)를 진공 상태로 연결하여 전체 무어링 라인을 수중으로 내림으로써 무어링 장치를 설치할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 상부 체인
110 : 탈부착 가능한 무어링 장치
120 : 와이어
130 : 하부 체인
200 : 상부 석션 커넥터
210 : 컨트롤 박스
220 : 케이블
300 : 하부 석션 커넥터

Claims (3)

1. 삭제
2. 삭제
3. 석션 원리를 이용한 탈부착 가능한 석션 무어링 장치의 분리 및 설치 방법에 있어서
   해양 부유 구조물에서 분리 제어 신호를 컨트롤 박스에 보내는 단계;
   분리 제어 신호를 전송받은 컨트롤 박스에서 진공 상태 해제 명령을 수행하여 상부 및 하부 석션 커넥터를 분리하는 단계; 및
   분리 시 하부 석션 커넥터의 급속한 낙하 방지를 위해 하부 석션 커넥터에 부착된 에어백이 작동하는 단계를 포함하는 분리 방법과
   해양작업 지원선(AHTS)이 수상에 미리 설치되어, 상부 석션 커넥터와 분리된 상태로 에어백에 의해 부력을 받으며 수중을 부유하는 하부 석션 커넥터가 연결된 무어링 라인을 원격조정수중탐색장비(ROV) 및 워크 체인을 이용하여 해양작업지원선과 무어링 라인을 연결하는 단계;
   워크 체인이 연결된 무어링 라인이 해양작업지원선에 의하여 실제 무어링 라인이 설치될 해양 부유 구조물까지 이동하는 단계;
   무어링 라인이 설치될 때 라인이 과도한 장력이 걸리는 것을 방지하기 위해 해양부유구조물에서 메신저 와이어를 해양작업 지원선에 건네주어 무어링 라인이 느슨해진 상태로 해양작업 지원선에서 실제 무어링 라인끼리 연결되는 단계; 및
   무어링 라인의 연결이 완료되면 여분으로 달아두었던 워크 체인과 메신저 와이어를 제거하는 과정에서 상부 석션 커넥터와 하부 석션 커넥터를 진공 상태로 연결하고 전체 무어링 라인을 수중으로 내리는 단계의 설치 방법
   을 포함하는 석션 원리를 이용한 탈부착 가능한 석션 무어링 장치의 분리 및 설치 방법

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