KR20120079447A - 근해 부력식 시추, 생산, 저장 및 하역 구조물 - Google Patents

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Abstract

근해 구조물은 상부 수직 벽과, 상부 수직 벽의 아래에 배치되는 내측으로 테이퍼지게 형성된 상부 벽과, 경사진 상부 벽 아래에 배치되는 외측으로 테이퍼지게 형성된 하부 벽, 그리고 경사진 하부 벽 아래에 배치되는 하부 수직 벽으로 이루어진, 수직 방향으로 대칭형의 선체를 포함한다. 경사진 상부 및 하부 벽은 극심한 파동 작용에 응답하여 상당한 기복 운동 감쇠 효과를 생성한다. 부력 중심 아래로 무게 중심을 낮추기 위하여 선체의 하부 최외측 부분에 적철광과 물로 이루어진 중량(重量) 슬러리로 형성된 밸러스트가 추가된다. 근해 구조물은 하나 이상의 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 장치를 제공함으로써, 이 연결 장치에 의해 탱커 선박이 근해 저장 구조물로부터 얼마간의 거리에서 별개의 부이에 정박되는 것이 아니라 하역 동안 근해 구조물에 직접 정박될 수 있도록 한다. 이러한 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 장치는 아치형 레일을 포함하며 레일에는 선박이 바람이 부는 방향으로 이동할 수 있도록 하는 굵은 밧줄 연결 지점을 제공하는 이동 가능한 트롤리가 마련되어 있다.

Description

근해 부력식 시추, 생산, 저장 및 하역 구조물{OFFSHORE BUOYANT DRILLING, PRODUCTION, STORAGE AND OFFLOADING STRUCTURE}
본 발명은 개괄적으로 말하여 석유 화학 물질의 저장 및 탱커 하역 작업에 사용되는 근해 부력선, 플랫폼, 잠함, 부이(buoy), 스파(spar) 또는 다른 구조물에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 해양 부유 저장 및 하역 구조물(FSO), 해양 부유 생산, 저장 및 하역 구조물(FPSO) 또는 해양 부유 시추, 생산, 저장 및 하역 구조물(FDPSO), 해양 부유 생산/처리 구조물(FPS) 또는 해양 부유 시추 구조물(FDS)용의 선체(hull) 및 하역 시스템 구성에 관한 것이다.
석유 및 가스 생산, 저장 및 하역을 위한 다양한 근해 부력식 구조물이 당 업계에 공지되어 있다. 예를 들어, 선박, 플랫폼, 잠함, 부이 또는 스파를 포함할 수도 있는 이러한 근해 부력식 구조물은 각각, 통상적으로, 상부 구조체(superstructure)를 지지하는 부력식 선체를 포함한다. 상기 선체는 탄화 수소 생성물을 저장하기 위해 내부가 구획화되어 있으며, 상기 상부 구조체는 시추 및 생산 장비, 승무원 생활 공간 등을 제공한다.
해양 부유 구조물에는 바람, 파도, 빙하, 조류 및 해류와 같은 환경적 요인으로 인한 힘이 가해지게 된다. 환경적 요인으로 인한 힘은 구조물에 가속력을 초래하며, 변위 및 진동 운동을 발생시킨다. 이러한 환경적 요인으로 인한 힘에 대한 해양 부유 구조물의 응답성은 선체의 구성 및 상부 구조체에 의해 영향을 받을 뿐만 아니라 선박의 정박 시스템 및 부속 설비에 의해서도 영향을 받는다. 이에 따라, 해양 부유 구조물은 여러 가지 구성적 요건, 즉, 상부 구조체 및 선적 적재물의 중량을 안전하게 지지하기 위한 적절한 예비 부력과, 모든 조건 하에서의 안정성 및 우수한 해상 안전성을 충족하여야 한다. 특히, 우수한 해상 안정성의 요건과 관련하여서는, 파도의 수직 기복 운동을 감소시킬 수 있는 능력이 매우 바람직하다. 수직 기복 운동은 정박 시스템에 교대성 장력을 발생시키는 한편 생산용 라이저(riser) 설비에 압축력을 발생시킬 수 있어, 피로 파괴를 유발할 수 있다. 또한, 대규모의 수직 기복 운동은 라이저 설비의 스트로크를 증가시킬 뿐만 아니라 보다 복잡하고 비용이 많이 드는 라이저 장력 조절 및 기복 운동 보상 시스템을 필요로 한다.
부력식 구조물의 내항성(seakeeping) 특성은 수선 면적(waterplane area), 선체 프로파일 및 해양 부유 구조물의 고유 주기를 포함하는 다수의 인자에 의해 영향을 받는다. 구조물의 운동이 파동과 실질적으로 분리되도록, 해양 부유 구조물의 고유 주기가 구조물이 위치한 바다의 파고 주기보다 상당히 길거나 상당히 짧은 것이 매우 바람직하다.
선박의 구성에는 주어진 한 세트의 인자에 대한 최적의 해결 방안에 도달할 수 있도록 경쟁 관계에 있는 인자들의 균형을 맞추는 작업이 포함되어 있다. 선박 구성에 있어서 고려하여야 할 많은 사항 중에는 비용과, 시공성, 생존성, 효용성 및 설치 관련 사항이 있다. 해양 구조물의 구성 매개 변수로는 흘수(draft), 수선 면적, 흘수 변화율, 무게 중심(CG)의 위치, 부력 중심(CB)의 위치, 경심 높이(GM), 세일(sail) 면적 및 총 질량이 있다. 상기 총 질량은 추가 질량, 즉 해양 부유 구조물이 이동함에 따라 이동하도록 힘을 받는 해양 부유 구조물의 선체 둘레의 물의 질량을 포함한다. 추가 질량을 증가시키기 위해 구조물 선체에 부속 설비를 연결하는 방법은 환경적 요인으로 인한 힘을 받는 경우의 구조물의 응답성 및 성능 특성을 미세하게 조율하기 위한 비용 효율적인 방법 중 하나이다.
조선학 분야에 있어서의 여러 개의 일반적인 규칙들을 근해 선박의 구성에 적용할 수 있다. 수선 면적은 전적으로, 야기된 수직 기복 운동력에 비례한다. 수직 축선을 중심으로 대칭형의 구조물은 요 힘(yaw force)을 덜 받는 것이 일반적이다. 파동 영역에서의 수직 선체 프로파일의 크기가 증가할수록, 파동으로 인한 측방향 서지 힘(surge force)도 증가한다. 해양 부유 구조물은 수직 기복 운동 및 서지 방향으로 고유 주기를 나타내는 탄성체를 모델로 설계될 수도 있다. 특정 방향에 있어서의 고유 주기는 해당 방향에 대한 구조물의 강성도에 반비례한다. 구조물의 총 질량(추가 질량 포함)이 증가할수록, 구조물의 고유 주기가 길어진다.
안정성을 제공하기 위한 일 방법으로서, 장력 고정식 플랫폼과 같이, 장력 인가 상태에서 수직 긴장재(tendon)를 이용하여 구조물을 정박하는 방법이 있다. 이러한 종류의 플랫폼은 수직 기복 운동이 실질적으로 억제된다는 추가적인 장점을 제공하기 때문에 유리하다. 그러나, 장력 고정식 플랫폼은 비용이 많이 드는 구조물이며, 따라서 모든 상황에 사용하기에는 적합하지 않다.
넓은 수선 면적을 제공함으로써 자체 안정성(즉, 정박 시스템에 좌우되지 않는 안정성)을 확보할 수도 있다. 구조물이 상하 좌우로 흔들림에 따라, 물에 잠긴 선체의 부력 중심이 복원 모멘트를 제공하도록 이동된다. 무게 중심이 부력 중심보다 높게 위치할 수도 있긴 하지만, 그럼에도 불구하고, 구조물은 비교적 큰 경사각의 조건 하에 안정적으로 유지될 수 있다. 그러나, 파동 영역에서의 넓은 수선 면적을 이용한 방법은 기복 운동에 대한 내항성 특성에는 일반적으로 바람직하지 못한 영향을 미친다.
무게 중심이 부력 중심보다 낮게 위치하는 경우 고유의 자체 안정성이 제공된다. 상부 구조체, 선체, 선적 적재물, 밸러스트(ballast) 및 다른 구성 요소의 조합 중량을 부력 중심을 낮추도록 배치할 수도 있긴 하지만, 이러한 배치를 달성하기가 어려울 수도 있다. 무게 중심을 낮추기 위한 일 방법으로서, 상부 구조체와 선적 적재물의 중량을 상쇄시키기 위하여 고정 밸러스트를 부력 중심 아래쪽으로 추가하는 방법이 있다. 이를 위해 선철, 철광석 및 콘크리트와 같은 구조적인 고정 밸러스트가 선체 구조물 내부에 배치되거나 구조물에 부착되고 있다. 이와 같이 밸러스트의 배치를 이용한 방법은 넓은 수선 면적으로 인해 내항성 성능에 악영향을 미치는 일 없이 안정성을 달성할 수도 있다는 장점이 있다.
자체 안정성을 갖춘 구조물은 안정성이 정박 시스템의 기능과 무관하다는 장점이 있다. 자체 안정성을 갖춘 해양 부유 구조물의 기복 운동에 대한 내항성 특성이 장력을 기반으로 한 플랫폼의 내항성 특성보다 일반적으로 덜 우수하긴 하지만, 그럼에도 불구하고 장력을 기반으로 한 플랫폼의 비용이 보다 높다는 점을 감안할 때, 대다수 상황에서 이러한 내항성을 갖춘 구조물이 바람직할 수도 있다.
종래 기술에 따르면, 부력, 안정성 및 내항성 특성을 달성하기 위한 각종 구성의 해양 부유 구조물이 개발되어 왔다. 여러 개의 바람직한 해양 부유 구조물의 실례 및 해양 부유 구조물의 구성상 고려 사항의 적절한 검토 내용이, 본 발명에 참조로서 인용되고 있는, "장력 기반 해양 부유 구조물(Tendon-Based Floating Structure)"을 제목으로 하는, 바일(byle)에 의해 2002년 8월 13일자로 공개된 미국 특허 제 6,431,107 호에 제시되어 있다.
바일의 특허에는, 무게 중심(CG)이 부력 중심(CB)의 아래쪽에 위치함에 따라 고유의 자체 안정성을 갖춘 해양 부유 구조물의 실시예로서의 다양한 스파 부이(spar buoy)의 구성이 개시되어 있다. 스파 부이의 선체는 세장형으로, 통상 설치시 수면 아래 육백 피트 이상의 길이로 연장한다. 선체의 종방향 치수는 수직 기복 고유 주기가 길어져 파도에 의한 기복 운동을 감소시킬 수 있는 질량을 제공하기에 충분할 만큼 커야 한다. 그러나, 스파 부이 선체의 크기가 커질 경우, 제조, 이송 및 설치 비용이 증가한다. 따라서, 비용 감소를 위해 부두 지대에서 제조될 수도 있으면서, 무게 중심(CG)이 부력 중심(CB)보다 낮게 위치함으로 인해 고유의 안정성을 갖춘, 상부 구조체가 일체형으로 형성된 구조물을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명에 참조로서 인용되고 있는, "위성 세퍼레이터 플랫폼(SSP:Stellite Separator Platform)"을 제목으로 하는, 하운(Haun)에 의해 2004년 7월 13일자로 공개된 미국 특허 제 6,761,508 호에는 인입형 중앙 기둥을 채용하는 근해 플랫폼이 개시되어 있다. 상기 중앙 기둥이 용골(keel) 높이 위쪽으로 상승 이동됨으로써 플랫폼이 얕은 깊이의 물을 통과하여 심해 설치 장소까지 일정 궤도를 따라 끌어 당겨질 수 있다. 또한, 설치 장소에 도달한 후에는, 무게 중심(CG)을 낮추는 방식으로 선박의 안정성을 개선하기 위하여 상기 중앙 기둥이 용골 높이 아래쪽으로 연장하도록 하강 이동된다. 중앙 기둥은 또한, 구조물의 상하 흔들림 감쇠 효과를 제공한다. 그러나, 이러한 중앙 기둥은 플랫폼의 건설과 관련하여 복잡성과 비용을 증가시키는 문제가 있다.
이외 다양한 기타 다른 근해 시스템 선체 구성이 종래 기술에 공지되어 있다. 예를 들어, 스리니바산(Srinivasan)의 이름으로 2009년 5월 21일 자로 공개된 미국 특허 출원 공보 제 2009/0126616 호에는 선박의 북극해에서 작업하는 경우를 대비하여 빙하를 절단 파괴하기 위하여 모서리가 날카롭게 형성되고 측면이 급경사로 형성되어 있는 팔각형 선체 구조물이 개시되어 있다. 운동 발생을 감소시키도록 구성되는 대부분의 종래 기술의 근해 구조물과는 달리, 스리니바산의 구조물은 빙하의 절단을 수행하기 위하여 수직 기복 운동, 상하 좌우 흔들림 및 서지 운동을 야기하도록 구성되어 있다.
"탄화 수소 생성 또는 이후 시추 작업을 위한 근해 플랫폼(Offshore Platform for Drilling After or Production of Hydrocarbons)"이라는 제목으로 스메달(Smedal) 등에 의해 2005년 9월 20일 자로 공개된 미국 특허 제 6,945,736 호에는 원통형 선체를 구비한 시추 및 생산 플랫폼이 개시되어 있다. 스메달의 구조물의 경우 무게 중심(CG)이 부력 중심(CB)의 위쪽에 위치하며 따라서, 안정성이 넓은 수선 면적에 좌우되며 또한, 부수적인 기복 내항성 특성이 떨어진다. 또한, 스메달의 구조물에 상하 좌우 흔들림 감쇠를 위해 용골 부근에 선체를 중심으로 원주 방향 홈이 형성되어 있긴 하지만, 이러한 홈의 위치 및 프로파일로는 기복 운동의 감쇠에 거의 영향을 미칠 수 없다.
종래 기술에 따른 어떠한 근해 구조물도 이하에 설명되는 모든 유리한 속성, 즉 수직 축선을 중심으로 한 선체의 대칭성, 복잡한 구성의 인입형 기둥 등을 필요로 하지 않고 고유의 안정성을 확보하기 위해 필요한 부력 중심(CB)보다 낮게 위치하는 무게 중심(CG), 수직 방향 긴장재를 이용한 정박 시스템을 필요로 하지 않는 독특한 기복 운동 감쇠 특성, 그리고 얕은 깊이의 물을 통한 운반 능력을 포함하는 설치 장소로의 바른 방향(right-side-up)으로의 운반과 상부 구조체의 부두 지대에서의 통합 작업을 위한 능력과 같은 속성을 모두 특징으로 하지는 못하는 것으로 판단된다. 전술한 모든 특성을 갖춘 근해 부력식 구조물이 바람직하다.
또한, 석유 생성물을 근해 생산 및/또는 저장 구조물로부터 탱커 선박으로 운반하기 위한 근해 시스템에 있어서의 개선이 요구되고 있다. 종래 기술에 따르면, 근해 시스템의 일부로서, 소형 현수식 앵커 레그 정박(CALM: Catenary Anchor Leg Mooring) 부이가 통상적으로 저장 구조물의 부근에 정박된다. 이러한 CALM 방식 부이를 통해 탱커는 생성물 운반 과정 동안 부이를 중심으로 자유롭게 바람이 부는 방향으로 이동할 수 있는 능력을 갖추게 된다.
예를 들어, "정박 시스템(Mooring System)"이라는 제목으로 햄프톤(Hampton)에 의해 1991년 11월 19일자로 공개된 미국 특허 제 5,065,687 호에는 근해 시스템의 부이의 일 예가 개시되어 있다. 개시된 부이는 가까이 위치한 저장 구조물로부터의 바람이 부는 방향으로 최소의 이동 거리를 제공하도록 해저에 정박된다. CALM 방식 부이를 저장 구조물에 부착하는 한편 부이와 구조물 사이의 생성물 운반 호수를 지탱하도록 하나 이상의 수중 정박 밧줄 또는 굴레가 사용된다. CALM 방식 부이를 통해 저장 구조물로부터 생성물을 수용하기 위해 호스가 탱커에서부터 CALM 방식 부이까지 연장되도록 탱커가 CALM 방식 부이에 연결된다.
근해 생산 및/또는 저장 구조물에 있어서는, 탱커 또는 기타 다른 선박을 수용할 수 있는 능력을 제공하는 한편, 생성물을 수용하면서 근해 구조물을 중심으로 자유롭게 바람이 부는 방향으로 이동할 수 있는 능력을 선박에 제공할 수 있도록 선박이 직접 정박될 수 있도록 구성하는 것이 유리하다. 이러한 장치에 의하면 별개의 부이를 필요로 하지 않게 되며, 안전성이 증강되고 설치, 작동 및 유지 관리 비용이 감소된다.
본 발명의 주된 목적은 이하에 설명되는 모든 유리한 속성, 즉 수직 축선을 중심으로 한 선체의 대칭성, 복잡한 구성의 인입형 기둥 등을 필요로 하지 않고 고유의 안정성을 확보하기 위해 필요한 부력 중심보다 낮게 위치하는 무게 중심, 수직 방향 긴장재를 이용한 정박 시스템을 필요로 하지 않는 독특한 기복 운동 감쇠 특성, 그리고 얕은 깊이의 물을 통한 운반 능력을 포함하는 설치 장소로의 뒤집어지지 않은 상태로의 운반과 상부 구조체의 부두 지대에서의 통합 작업을 제공하는 구성과 같은 속성을 모두 특징으로 하는 근해 부력식 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 비용 효율적인 단일 부력식 구조물로부터의 근해 시추, 생산, 저장 및 하역을 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 반잠수식 플랫폼, 장력 고정 플랫폼, 스파 플랫폼 및 다기능 단일 구조물 형태의 해양 부유 생산, 저장 및 하역 선박의 작동을 수행하는 근해 시추, 생산, 저장 및 하역을 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상하 좌우 흔들림 및 기복 운동에 대하여 개선된 저항성을 제공하는 근해 시추, 생산, 저장 및 하역을 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 생성물의 운반 동안 이송 탱커 선박을 정박하기 위한 별개의 부이를 필요로 하지 않는 석유 및 가스의 저장 및 하역을 위한 방법 및 근해 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 터릿(turret)을 필요로 하지 않는 석유 및 가스의 저장 및 하역을 위한 방법 및 근해 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 제거 가능하며 생산 유정의 시추가 이루어진 경우 다른 장소에 사용될 수 있는 모듈식 시추 패키지를 사용하는 근해 시추, 생산, 저장 및 하역을 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 특정 작동 요건과 지역의 환경 조건에 부합하도록 전체 시스템의 응답성을 미세하게 조율할 수 있는 근해 시추, 생산, 저장 및 하역을 위한 간단한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 단독 하역 작업 또는 협력적으로 이루어지는 하역 작업을 제공하는 근해 시추, 생산, 저장 및 하역을 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 큰 저장 용량을 제공하는 근해 시추, 생산, 저장 및 하역을 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 시추용 해양 라이저 및 드라이 트리(dry tree) 해결 수단을 수용하는 근해 시추, 생산, 저장 및 하역을 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 건독(graving dock)을 필요로 하지 않고 건설될 수 있어 사실상 제조장에서의 건설을 허용하는 근해 시추, 생산, 저장 및 하역을 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 용이하게 규모가 변경 가능한 근해 시추, 생산, 저장 및 하역을 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
바람직한 일 실시예에 있어서, 본 발명의 전술한 목적 및 다른 장점 및 특징이, 수직 축선을 중심으로 대칭형이며, 메인 데크로부터 하방으로 연장하는 상부 수직 측벽과, 상부 수직 벽 아래에 배치된 내측으로 테이퍼지게 형성된 상부 측벽과, 상부의 경사진 측벽 아래에 배치된 외측으로 테이퍼지게 형성된 하부 측벽, 그리고 하부의 경사진 측벽 아래에 배치된 하부 수직 측벽을 구비한 선체를 포함하는 근해 구조물을 통해 구체화된다. 선체 플랫폼은 원형 또는 다각형 단면을 구비할 수도 있다.
내측으로 테이퍼지게 형성된 상부 측벽은, 바람직하게는 선박의 수직 축선에 대하여 10°내지 15°의 각도로 경사지게 형성된다. 외측으로 테이퍼지게 형성된 하부 측벽은, 바람직하게는 선박의 수직 축선에 대하여 55°내지 65°의 각도로 경사지게 형성된다. 상부 및 하부 테이퍼형 측벽이 협력하여 상당량의 방사선 감쇠 효과를 발생시켜, 소정의 파동 주기에 대하여 기복 운동 진폭이 거의 없어진다. 임의의 핀 형상의 부속 설비가 기복 운동을 보다 더 감소시키고 정밀하게 조율하도록 추가 질량을 생성하기 위해 용골 높이 부근에 제공될 수도 있다.
본 발명에 따른 근해 선박의 무게 중심은 고유의 안정성을 제공하기 위하여 부력 중심 아래에 위치한다. 선체의 하부 최외측 부분에 밸러스트가 추가되어 선체에 지탱되는 선적 적재물과 다양한 상부 구조체 구성의 무게 중심(CG)을 낮추는 역할을 한다. 적철광으로 이루어진 중량 슬러리 또는 다른 중량 재료와 물이 사용될 수도 있어, 고밀도 구조의 밸러스트의 장점을 제공할 뿐만 아니라 급송 방식으로 제거하기가 용이하며 융통성 있는 작업이 가능하므로, 점점 더 필요성이 증가하는 추세이다. 밸러스트의 추가를 통해 큰 복원 모멘트를 생성함으로써 구조물의 고유 주기가 가장 통상적인 파동 주기 이상으로 증가됨에 따라, 모든 자유도 조건에서의 파동으로 인한 가속력을 제한할 수 있다.
선체의 높이(h)는 근해 구조물이 통상의 선박 건조 방법을 사용하여 해안에서 또는 부두 지대에서 조립된 다음 근해 위치로 직립 상태로 밧줄로 인양될 수 있도록 하는 치수로 제한된다.
근해 구조물은 하나 이상의 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 장치를 제공함으로써, 이 연결 장치에 의해 탱커 선박이 근해 저장 구조물로부터 얼마간의 거리에서 별개의 부이에 정박되는 것이 아니라 하역 동안 근해 구조물에 직접 정박될 수 있도록 한다. 이러한 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 장치는 아치형 트랙 또는 레일을 포함한다. 트롤리가 레일 상에 배치되어 정박용 굵은 밧줄이 연결되어 탱커 선박을 정박시키기 위한 이동 가능한 정박 패드아이 또는 견고한 연결 지점을 제공한다.
본 발명에 따르면, 수직 축선을 중심으로 한 선체의 대칭성, 부력 중심보다 낮게 위치하는 무게 중심, 독특한 기복 운동 감쇠 특성, 그리고 설치 장소로의 뒤집어지지 않은 상태로의 생성물 운반과 상부 구조체의 부두 지대에서의 통합 작업을 제공하는 근해 시추, 생산, 저장 및 하역을 위한 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
첨부 도면을 참조하여 이하에 기재된 바와 같은 바람직한 실시예의 상세한 설명을 읽음으로써 본 발명을 보다 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 해저에 정박되어 있으며 생산용 라이저를 지탱하도록 구성되는 근해 부력식 저장 구조물과 함께 시추 작업을 지원하기 위해 저장 구조물에 의해 지탱되어 있는 상부 구조체와 탄화 수소 생성물을 운반하기 위한 이동 가능한 굵은 밧줄 시스템을 통해 구조물에 정박되어 있는 탱커 선박을 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상부 수직 벽부와, 내측으로 테이퍼지게 형성된 상부 벽 섹션과, 외측으로 테이퍼지게 형성된 하부 벽 섹션 그리고 하부 수직 벽부로 이루어진, 근해 부력식 저장 구조물의 선체 프로파일을 도시한 축 방향 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 임의의 문 풀(moon pool)과, 추가된 질량을 제어함으로써 구조물의 동적 응답성을 미세하게 조율하기 위해 용골 높이에 또는 그 부근에 장착되는 핀(fin)과, 적철광 슬러리가 밸러스트로서 제공되어 있는 링 형상의 하부 탱크를 포함하는 내부 구획화 구역을 도시한, 도 1의 근해 저장 구조물의 선체의 종방향 축선을 따라 취한 수직 단면도.
도 4는 추가 질량 핀과 선체 내부 구획화 상태가 평면도로 도시되어 있는, 도 3의 선 4-4를 따라 취한 도 3의 선체의 반경 방향 단면도.
도 5는 저장 구조물을 중심으로 자유롭게 바람이 부는 방향으로 이동하는 도 1의 탱커 선박(가상선)을 도시한, 이동 가능한 굵은 밧줄 및 하역 시스템의 세부 구성을 확대 도시하기 위해 저장 구조물의 시추용 상부 구조체가 제거되어 있는 상태의 도 1의 저장 구조물을 간략한 형태로 도시한 평면도.
도 6은 현수식 앵커 정박 라인과, 구조물의 중앙 용골까지 수직 방향으로 연장하며 라이저 착륙 포치 내부에 수용되어 있는 임의의 생산용 라이저와, 구조물의 선체를 중심으로 반경 방향으로 배치되는 임의의 현수식 라이저를 도시한, 도 5의 저장 구조물 및 탱커 선박의 입면도.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동 가능한 굵은 밧줄 및 하역 시스템을 도시한, 도 5의 근해 저장 구조물의 세부 확대 평면도.
도 8은 도 7의 근해 저장 구조물의 세부 입면도.
도 9는 도 7에 도시된 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 장치 중 하나의 세부 평면도.
도 10은 도 9의 선 10-10을 따라 취한 부분 단면도로 도시된 도 9의 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 장치의 세부 측면도.
도 11은 도 10의 선 11-11을 따라 취한 부분 단면도로 도시된 도 9의 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 장치의 세부 정면도.
도 12는 육각형 선체 플랫폼과 360°이동 가능한 굵은 밧줄 연결 장치를 도시한, 본 발명의 변형예에 따른 도 1의 근해 저장 구조물을 간략한 형태로 도시한 평면도.
도 1에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 해저 유정으로부터의 탄화 수소 생성물의 생산 및/또는 저장을 위한 근해 부력식 구조물(10)이 도시되어 있다. 근해 구조물(10)은 상부 구조체(13)를 위에 지탱할 수도 있는 부력식 선체(12)를 포함한다. 상부 구조체(13)는 수행하고자 하는 근해 작업의 유형에 따라 승무원을 위한 생활 공간 및 장비 보관을 위한 다양한 장비 및 구조물의 집합체 및 무수한 기타 다른 구조체, 시스템 및 장비를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 유정의 시추를 위한 상부 구조체(13)는 시추, 관과 케이싱의 설치 및 관련 작업을 위한 유정탑(15)을 포함한다.
선체(12)는 다수의 닻줄(16)에 의해 해저에 정박된다. 구조물(10)과 해저 유정 사이에서 현수식 라이저(90)가 반경 방향으로 연장할 수도 있다. 선택적으로 또는 추가적으로, 해저와 선체(12)의 사이에서 수직형 라이저(91)가 연장할 수도 있다. 하나 이상의 현수식 또는 수직형 라이저(90, 91)를 측방향으로 및/또는 수직 방향으로 지지하기 위해 용골 높이에 다기능 중앙 프레임(86)이 제공될 수도 있다. 다기능 중앙 프레임(86)은 선체 건설 동안 선체(12)와 일체형으로 형성될 수도 있으며, 또는 문 풀(26)(도 3)의 중앙 유정에 일체형으로 형성되어 구조물(10)이 설치 장소에 배치된 후 전개될 수도 있다. 이러한 다기능 중앙 프레임(86)의 축 방향 길이는 용례마다 다르다. 다기능 중앙 프레임(86)은 라이저 착륙 포치로서 사용될 수 있도록 하단이 외측으로 갈수록 벌어지게 형성되는 것이 이상적이다. 다기능 중앙 프레임(86)이 중앙 유정 문 풀(26)과 조합하여 사용될 수도 있긴 하지만, 중앙 유정은 필수 구성이 아니다. 다기능 중앙 프레임(86)은 선체(12)의 구성에 미치는 영향이 최소화되도록 수정될 수도 있으며, 따라서 융통성 있는 상측 레이아웃이 가능하다.
탱커 선박(T)이 굵은 밧줄(18)을 통해 해양 부유 구조물(10)의 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 조립체(40)에 정박된다. 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 조립체(40)는 트롤리(trolley)를 위에 지탱함으로써 굵은 밧줄(18)의 연결을 위한 이동 가능한 견고한 연결 지점을 제공하는 아치형 레일을 포함한다. 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 조립체(40)에 의해 선박(T)이 적어도 근해 구조물(10)의 둘레부를 중심으로 자유롭게 바람이 부는 방향으로 이동할 수 있게 된다. 탄화 수소 생성물을 운반하기 위해 근해 구조물(10)을 탱커 선박(T)에 연결하도록 생성물 운반 호스(20)가 사용된다.
바람직한 일 실시예에 있어서, 근해 구조물(10)의 선체(12)는 원형 메인 데크(deck;12a)와, 데크(12a)로부터 하방으로 연장하는 상부 원통형 측부(12b)와, 상부 원통형 부분(12b)으로부터 하방으로 연장하며 내측으로 갈수록 테이퍼지게 형성되는 상부 절두원추형 측면 섹션(12c)과, 하방으로 연장하며 외측으로 갈수록 벌어지게 형성되는 하부 절두원추형 측면 섹션(12d)과, 하부 절두원추형 섹션(12d)으로부터 하방으로 연장하는 하부 원통형 측면 섹션(12e) 그리고 평평한 원형 용골(12f)을 포함한다. 바람직하게는, 상부 절두원추형 측면 섹션(12c)의 수직 높이가 하부 절두원추형 측면 섹션(12d)의 수직 높이보다 충분히 크며, 상부 원통형 섹션(12b)의 수직 높이가 하부 원통형 섹션(12c)의 수직 높이보다 약간 더 크다.
원형 메인 데크(12a)와, 상부 원통형 측면 섹션(12b)과, 상부 원추형 측면 섹션(12c)과, 하부 원추형 측면 섹션(12d)과, 하부 원통형 섹션(12e) 그리고 원형 용골(12f)은 모두 공통의 수직 축선(100)과 동축으로 형성된다(도 2). 이에 따라, 선체(12)는 어느 높이에서나 축선(100)과 수직 방향으로 취한 단면 형상이 원형인 것을 특징으로 한다.
원형 플랫폼으로 인해, 선체(12)의 동적 응답성은 파동 방향과 무관하다(정박 시스템, 라이저 및 수중 부속 설비의 비대칭성을 무시하는 경우). 또한, 선체(12)가 원추형 형태로 형성됨에 따라 효율적인 구조를 갖추게 되어, 전통적인 선박 형상의 근해 구조물과 비교하여 강철의 톤당 선적 적재물 및 저장 용적이 증가된다. 선체(12)는 바람직하게는 반경 방향 단면 형상이 원형인 곡선형 벽을 구비하지만, 이러한 형상은 플레이트를 소망하는 곡률을 갖추도록 휨 가공하여 형성되는 것이 아니라 다수의 평평한 금속 플레이트를 사용하여 대략적인 형태로 형성될 수도 있다.
원형 선체 플랫폼이 바람직하긴 하지만, 이하에 도 12를 참조하여 설명되는 바와 같이 변형예에 따라 다각형 선체 플랫폼이 사용될 수도 있다. 필수 사항은 아니지만, 구조물(10)은 파동으로 인한 요 힘을 최소화하기 위하여 수직 축선(100)을 중심으로 대칭형으로 또는 거의 대칭형으로 형성되는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선체(12)의 수직 프로파일을 간략하게 나타낸 도면이다. 도시된 프로파일은 원형 또는 다각형 선체 플랫폼 모두에 적용된다. 특정 구성의 상부 및 하부의 경사진 선체 벽(12c, 12d)은 상당량의 방사선 감쇠 효과를 발생시켜, 후술하는 바와 같이 임의의 파동 주기 동안 거의 전혀 기복 진폭을 초래하지 않는다.
내측으로 테이퍼지게 형성된 벽 섹션(12c)이 파동 영역에 위치한 섹션이다. 구성 도안을 보면, 상부 원추형 섹션(12c) 상으로 상부 원통형 측면 섹션(12b)과의 교차부 바로 아래에 수선이 위치한다. 상부의 내측으로 테이퍼지게 형성된 섹션(12c)은 선박 수직 축선(100)에 대하여 10°내지 15°의 각도(α)로 경사지게 형성되는 것이 바람직하다. 선체(12)의 하향 운동에 의해 수선 면적이 증가하기 때문에, 수선에 도달하기 전까지 내측으로 갈수록 벌어지게 형성됨으로써 하향 기복 운동을 크게 감쇠시킬 수 있다. 다시 말해, 수면을 부수는 수직 축선(100)과 직교하는 방향에서의 선체 면적이 선체의 하향 운동에 의해 증가되며, 이와 같이 증가된 면적에는 공기/물 계면의 정반대 방향의 저항력이 인가된다. 알려진 바에 따르면, 10°내지 15°로 벌어지게 형성되는 경우 선박의 저장 용적을 너무 많이 희생시키지 않으면서 하향 기복 운동을 바람직한 수준까지 감쇠시킬 수 있다.
마찬가지로, 하부의 테이퍼형 표면(12d)은 상향 기복 운동을 감쇠시키는 역할을 한다. 하부의 경사진 벽 섹션(12d)은 파동 영역 아래에 위치한다(수선 아래 대략 30m 지점). 하부의 외측으로 경사지게 형성된 벽 섹션(12d)이 전체적으로 수면 아래에 위치하기 때문에, 상향 기복 운동의 감쇠를 달성하기 위해서는 보다 큰 수선 면적[수직 축선(100)에 대해 직교하는 방향의 면적]이 요구된다. 이에 따라, 하부 선체 섹션의 직경(D1)이 상부 선체 섹션의 직경(D2)보다 큰 것이 바람직하다. 하부의 외측으로 경사지게 형성되는 벽 섹션(12d)은, 바람직하게는, 선박 수직 축선(100)에 대하여 55°내지 65°의 각도(γ)로 경사지게 형성된다. 하부 섹션은 상하 좌우 기복 운동에 대한 보다 높은 관성력을 제공하기 위하여 55°이상의 각도로 외측으로 벌어지게 형성된다. 질량 증가는 예상 파동 에너지를 초과하는 상하 좌우 기복 운동의 고유 주기에 영향을 미친다. 전술한 바와 같은 65°의 상한치는 초기 밸러스트 설치 동안 안정성의 급격한 변화를 방지할 목적으로 설정된 값이다. 다시 말해, 벽면(12d)이 수직 축선(100)과 수직 방향으로 형성되어 상향 기복 운동을 소망하는 수준까지 감쇠시키도록 작용할 수도 있지만, 이러한 선체 프로파일은 초기 밸러스트 설치 동안 안정성의 바람직하지 못한 단계적인 변화를 초래한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 근해 선박(10)의 무게 중심은 고유의 안정성을 제공하도록 부력 중심보다 낮게 위치한다. 선체(12)에 밸러스트를 추가함으로써, 도 3 및 도 4를 참조하여 이하에 설명되는 바와 같이, 무게 중심(CG)을 낮출 수 있다. 이상적으로는, 상부 구조체(13)(도 1)의 구성과 상관없이 또한 선체(12)가 선적 적재물을 지탱하고 있는지 여부에 상관없이 무게 중심(CG)이 부력 중심(CB)보다 낮게 위치하도록 하기 위하여 충분한 양의 밸러스트가 추가된다.
구조물(10)의 선체의 형상은 비교적 높은 경심(傾心)을 특징으로 한다. 하지만, 무게 중심(CG)이 낮기 때문에, 경심의 높이가 추가로 상승될 수 있어, 큰 복원 모멘트를 초래한다. 또한, 고정 밸러스트의 둘레 위치(도 3 및 도 4를 참조하여 이하에 설명되는 바와 같은 위치)로 인해 복원 모멘트가 추가로 증가된다. 이에 따라, 근해 구조물(10)은 상하 좌우 흔들림에 적극적으로 저항하게 되며 따라서, "강성" 구조로 일컬어질 수 있다. 복원 모멘트가 큰 경우 상하 좌우 흔들림에 저항할 수 있으므로 이와 같이 강성의 선박은, 통상적으로 뜻밖의 갑작스러운 가속력 발생을 특징으로 한다. 그러나, 고정 밸러스트에 의해 특히 증가되는 구조물(10)의 높은 총 질량과 연관된 관성력에 의해 이러한 가속력을 완화할 수 있다. 특히, 고정 밸러스트의 질량에 의해 구조물(10)의 고유 주기가 가장 통상적인 파동 주기 이상으로 증가됨에 따라, 모든 자유도 조건에서의 파동으로 인한 가속력을 제한할 수 있다.
도 3 및 도 4에는 가능한 일 예의 선체(12)의 내부의 저장 공간 구획화와 밸러스트의 배치 상태가 도시되어 있다. 함께 링 형상을 형성하는 하나 이상의 격실(80)(정방향 또는 장방향 단면 형상을 갖춤)이 선체(12)의 최하측의 최외측 부분에 마련된다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 격실(80)은 근해 구조물(10)의 무게 중심(CG)을 낮추기 위한 고정 밸러스트의 설치를 위한 여유 공간으로 마련되어 있다. 적철광, 중정석, 갈철광, 자철광과 같은 중량 골재나, 강 펀칭, 포탄, 토막, 파편 등이 적재된 콘크리트와 같은 무거운 밸러스트가 사용될 수 있다. 그러나, 보다 바람직하게는 적철광과 물로 이루어진 슬러리, 예를 들어, 1/4의 적철광과 3/4의 물로 이루어진 슬러리가 사용된다. 이와 같이 적절광과 물로 이루어진 중량 슬러리는 고밀도 구조의 밸러스트의 장점을 제공할 뿐만 아니라 급송 방식으로 제거하기가 용이하며 융통성 있는 작업이 가능하므로, 점점 더 필요성이 증가하는 추세이다.
선체(12)는 빈 공간이나, 밸러스트 수용을 위한 공간 또는 탄화 수소 저장을 위한 공간으로 사용하기 위한 다른 링 형상의 격실을 또한 포함한다. 내부 환형 탱크(81)가 임의의 문 풀(26)을 둘러싸도록 형성되어 있으며, 지지 구조를 형성하는 한편 구획화 또는 배플링(baffling)의 용도로 사용하기 위한 하나 이상의 반경 방향 격벽(94)을 포함한다. 선체(12)의 외부 벽의 형상에 맞춘 외부 벽을 구비한 두 개의 외부 환형 격실이 상기 격실(81)을 둘러싸도록 형성되어 있다. 격실(82, 83)은 지지 구조를 형성하는 한편 구획화 용도로 사용하기 위한 반경 방향 격벽(96)을 포함하며, 이에 따라 탱크 높이를 조절하는 방식으로 정밀한 균형 조절 작용이 가능하다.
도 3 및 도 4에는 질량 추가를 위해 또한 기복 운동을 감소시키기 위해, 다시 말해, 근해 구조물(10)을 흔들림 없이 안정적으로 고정하기 위해 사용되는 임의의 핀 형상의 부속 설비(84)가 상세히 도시되어 있다. 하나 이상의 핀(84)이 선체(12)의 하부 원통형 측면 섹션(12e)의 하측 외부에 부착되어 있다. 도시된 바와 같이, 핀(84)은 간극(86)을 두고 서로 분리되어 있는 네 개의 핀 섹션을 포함한다. 상기 간극(86)에는 핀(84)과 접촉하지 않는 상태로 선체(12)의 외부에 마련되는 현수식 생산 라이저(90)와 닻줄(16)이 수용된다.
도 2를 다시 참조하면, 기복 운동을 감소시키기 위한 핀(84)이 단면도로 도시되어 있다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 핀(84)은 수직 단면 형상이 직각 삼각형이며, 여기서 선체(12)의 하부 원통형 섹션(12e)의 최하측 외부 측벽에 인접한 각도가 직각을 이루도록 형성됨으로써, 삼각형의 저면(84e)이 용골 표면(12f)과 동일 평면에 형성되며, 또한 직각 삼각형의 사변(斜邊)(84f)이 삼각형의 저면(84e)의 말단부로부터 상방으로 내측으로 연장되어 하부 원통형 섹션(12e)의 외부 측벽에 부착된다.
핀(84)의 개수, 크기 및 방위는 기복 운동 억제와 관련하여 최적의 효과를 달성하도록 변경될 수도 있다. 예를 들어, 저면(84e)이 하부 원통형 섹션(12e)의 수직 높이의 대략 1/2의 거리로 반경 방향 외측으로 연장될 수도 있으며, 사변(84f)이 용골 높이로부터 하부 원통형 섹션(12e)의 수직 높이의 대략 1/4의 높이까지 연장하여 하부 원통형 섹션(12e)에 부착될 수도 있다. 선택적으로, 하부 원통형 섹션(12e)의 반경(R)을 D1/2로 정의할 경우, 핀(84)의 바닥 가장자리(84e)가 추가 거리(ｒ)만큼 반경 방향 외측으로 연장될 수도 있으며, 이 경우, 0.05R ≥ｒ ≥ 0.20R, 바람직하게는 대략 0.10R ≥ ｒ ≥ 0.15R, 보다 바람직하게는 ｒ≒0.125R의 관계가 충족된다. 주어진 반경 방향 범위를 획정하는 특정 구성의 네 개의 핀(84)이 도 3 및 도 4에 도시되어 있긴 하지만, 대략적인 반경 방향 범위를 획정하는 상이한 개수의 핀이 필요하다면 질량 추가량을 변경하도록 사용될 수도 있다. 특정 해양 부유 구조물의 요건에 따라 질량 추가가 바람직할 수도 또는 바람직하지 않을 수도 있다. 그러나, 질량 추가는 일반적으로, 고유 주기에 영향을 미칠 목적으로 해양 부유 구조물의 질량을 증가시키기 위한 최소 비용의 방법이다.
바람직한 일 실시예에 있어서, 근해 구조물(10)은 직경(D1)이 121m 이며, 직경(D2)이 97.6m 이고, 직경(D3)이 81m 이며, 높이(h)가 79.7m 이고, 흘수가 59.4m 이며, 변위량이 452,863 미터톤이고, 저장 용량이 1.6MBbl 이다. 이러한 구조는 기복 운동의 고유 주기가 23s 이며, 좌우 흔들림 운동의 고유 주기가 32s 인 것을 특징으로 한다. 그러나, 근해 구조물(10)이 특정 용례의 요건에 부합하는 구성 및 크기로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 전술한 치수가 널리 알려진 프루드(Froude) 스케일링 기술을 사용하여 치수가 산정될 수도 있다. 예를 들어, 축소형 근해 구조물의 경우, 직경(D2)이 61m 이며, 흘수가 37m 이고, 변위량이 110,562 미터톤이며, 기복 운동의 고유 주기가 18s 이고, 좌우 흔들림 운동의 고유 주기가 25s 일 수도 있다.
선체(12)의 높이(h)는 근해 구조물(10)이 통상의 선박 건조 방법을 사용하여 해안에서 또는 부두 지대에서 조립된 다음 근해 위치로 직립 상태로 밧줄로 인양될 수 있도록 하는 치수로 제한되는 것이 바람직하다. 일단 설치되고 나면, 닻줄(16)(도 1)이 해저의 닻에 체결되어, 근해 구조물(10)을 소망하는 위치에 정박시키게 된다.
도 1의 근해 구조물(10)이 도 5 및 도 7에 평면도로 도시되어 있는 한편 도 6 및 도 8에 측면도로 도시되어 있다. 통상의 용례에 있어서, 해저 유정(도시하지 않음)으로부터 원유가 생성되어, 선체(12) 내로 이송되어 임시 저장된 다음, 해안 설비로의 추가 이송을 위해 탱커(T)에 하역된다. 탱커(T)는 통상 합성 로프나 와이어 로프로 형성되는 굵은 밧줄(18)을 이용하여 하역 작업 동안 근해 구조물(10)에 임시로 정박된다. 근해 구조물(10)로부터 탱커(T)로 유정의 유체를 운반하기 위해 호스(20)가 선체(12)와 탱커(T) 사이에서 연장한다.
이하, 탱커(T)를 근해 구조물(10)에 정박하기 위한 일 절차가 보다 상세히 설명된다. 근해 구조물(10)에 저장된 유체 화물을 하역하기 위하여, 운반 탱커(T)가 근해 구조물 부근으로 접근 이동된다. 도 5 내지 도 8을 참조하면, 메신저 라인(messenger line)이 릴(70a 및/또는 70b)에 보관되어 있다. 메신저 라인의 제 1 단부가 근해 구조물(10)로부터 탱커(T)로 발화성 건(gun)을 이용하여 쏘아져 탱커(T)에 위치한 사람이 받도록 되어 있다. 메신저 라인의 타단부는 굵은 밧줄(18)의 탱커측 단부(18c)에 부착된다. 탱커에 위치한 사람은 굵은 밧줄(18)의 밧줄측 단부(18c)를 탱커(T)를 향해 잡아당길 수 있으며, 밧줄의 해당 단부는 탱커(T) 상의 패드아이(padeye), 비트(bit) 또는 다른 견고한 연결 지점에 부착된다. 이후, 탱커(T)에 위치한 사람이 메신저 라인의 일 단부를 근해 구조물(10)에 위치한 사람에게로 발사하게 되면, 근해 구조물에 위치한 사람은 메신저 라인의 해당 단부를 호스(20)의 탱커측 단부(20a)에 후크 고정시킨다. 이후, 탱커에 위치한 사람이 호스(20)를 탱커로 잡아당겨 화물 운반 시스템의 유체 포트에 연결한다. 통상적으로, 화물은 근해 구조물(10)로부터 탱커(T)로 하역되지만, 하역 작업이 정반대로 이루어질 수도 있으며, 이 경우, 탱커(T)로부터 화물이 저장을 위해 근해 구조물로부터 운반된다.
하역 작업 동안, 탱커(T)는 주변 환경이 급변함에 따라 근해 구조물(10)을 중심으로 바람이 부는 방향으로 이동하게 된다. 이하에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 근해 구조물(10)은 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 장치(40)를 통해 탱커가 바람이 부는 방향으로 이동할 수 있도록 함으로써, 탱커가 하역 작업을 방해하는 일 없이 구조물(10)을 중심으로 상당량 이동할 수 있도록 허용한다.
하역 작업 완료 후, 호스 단부(20a)가 탱커(T)로부터 분리되며, 근해 구조물(10)의 적재 장소로 호스(20)를 되감기 하도록 호스 릴(20b)이 사용된다. 근해 구조물(10)의 반대쪽 상의 제 2 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 장치(60)와 함께 사용하기 위해 근해 구조물(10)에 제 2 호스 및 호스 릴(72)이 제공되는 것이 이상적이다. 굵은 밧줄(18)의 탱커측 단부(18c)가 이후 분리되어, 탱커(T)가 출발할 수 있게 된다. 메신저 라인을 사용하여 굵은 밧줄(18)의 탱커측 단부(18c)가 다시 근해 구조물로 잡아 당겨진다.
탱커(T)의 위치 및 방위는 풍향 및 풍속, 파동 작용 및 파동력 그리고 해류의 방향에 의해 영향을 받는다. 탱커의 선미는 자유롭게 선회 가능한 상태로 남아 있으면서 탱커의 뱃머리가 근해 구조물(10)에 정박되어 있기 때문에, 탱커(T)는 근해 구조물(10)을 중심으로 바람이 부는 방향으로 이동하게 된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 바람, 파도 및 해류가 변함에 따라 야기되는 힘에 의해, 탱커(T)가 가상선(A)으로 지시된 위치로 또는 가상선(B)으로 지시된 위치로 이동될 수 있다. 도시되어 있지는 않지만, 인가되는 총 힘에 변화가 발생하여 다시 말해 탱커(T)가 근해 구조물(10)을 향해 이동되는 경우, 탱커(T)를 근해 구조물(10)로부터 최소한도의 안전 거리에 유지하도록 예인선이나 추가적인 임시 닻 고정 시스템이 사용될 수 있다.
도 7에 가장 잘 도시된 바와 같이, 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 장치(40)는 아치형의 트랙 또는 레일(42)을 포함하는 것이 바람직하다. 레일(42) 상에 트롤리가 배치되어 굵은 밧줄(18)이 연결되기 위한 이동 가능한 정박 패드아이 또는 견고한 연결 지점을 제공하며, 이에 따라, 탱커 선박(T)이 바람이 부는 방향으로 이동할 수 있게 된다. 일 실시예에 있어서, 관상 채널(42)이 선체(12)를 중심으로 90°의 호를 그리며 연장함으로써, 탱커 선박이 라인(51)과 라인(53) 사이의 대략 270°의 호형 범위 내에서 자유롭게 바람이 부는 방향으로 이동할 수 있게 된다. 관상 채널(42)에는 트롤리(46)용 정지부를 제공하기 위해 양 폐쇄 단부(42f, 42g)가 마련되어 있다. 관상 채널(42)은 선체(12)의 상부 원통형 외벽(12b)의 곡률 반경을 초과하는 곡률 반경으로 상기 벽에 평행하게 연장하도록 구성된다. 이격 부재(44)를 통해 관상 채널이 선체(12)의 측부(12b)로부터 이격 배치되어 있다. 호스(20)와, 닻줄(16) 그리고 라이저(90)(도 1)가 선체 외부 벽(12b)과 관상 채널(42)의 사이에 획정된 공간을 통과할 수도 있다.
풍향에 대하여 보다 융통성 있게 대처할 수 있도록 하기 위하여, 근해 구조물(10)에 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 장치(40)의 반대쪽으로 제 2 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 장치(60)가 제공되는 것이 바람직하다. 탱커(T)는 근해 구조물(10)의 순풍 방향으로 탱커(T)가 보다 잘 수용될 수 있도록 하기 위하여 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 장치(40)와 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 장치(60) 중 어느 하나에 정박될 수 있다. 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 장치(60)는 슬롯형 관상 채널과 상기 관상 채널의 슬롯을 통해 돌출하는 걸쇠를 구비한 트랩형 자유 구름 운동 가능한 트롤리 카를 구비하는 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 장치(40)와 반드시 동일한 구성으로 형성되어야 한다. 각각의 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 장치(40 또는 60)가 대략 270°의 호형 범위 이내의 탱커(T)의 이동을 수용할 수 있기 때문에, 360°의 범위에 걸쳐 탱커가 바람이 부는 방향으로 이동할 수 있도록 함으로써 하역 작업이 상당히 융통성 있게 이루어질 수 있다. 그러나, 다양한 호형 범위에 걸쳐 상이한 개수의 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 장치가 제공될 수도 있다. 예를 들어, 360°의 범위에 걸친 단일 굵은 밧줄 연결 장치도 본 발명의 범위 내에 있다.
도 9 내지 도 11에는 본 발명에 따른 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 장치(40)가 상세히 도시되어 있다. 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 장치(40)는 거의 완전히 둘러싸인 형태로 구성되는 관상 채널(42)을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 관상 채널은 직사각형 단면 형상으로 형성되며, 선외 측벽(42b)에 종방향 슬롯(42a)을 구비한다. 이격 부재(44)를 이용하여 관상 채널(42)이 선체(12)의 상부 수직 벽(12b)에 수평 방향으로 장착된다. 트롤리(46)가 관상 채널(42)에 의해 걸림 유지되어 관상 채널 내에서 이동 가능하다. 트롤리 걸쇠 또는 패드아이(48)가 트롤리(46)에 부착되어 굵은 밧줄(18)용의 견고한 연결 지점을 제공한다. 선박 장비에 대해서는 당 업계에 널리 공지되어 있으므로, 굵은 밧줄 연결 장치의 세부 사항의 설명은 본 명세서에서는 제공하지 않기로 한다. 슬롯(42a)을 구비한 벽(42b)은 비교적 높이가 높은 수직 외벽으로서, 대향하는 내부 벽(42c)의 외면과 동일한 높이로 형성된다. 이격 부재(44)는, 예를 들어 용접에 의해 내벽(42c)의 외면에 부착된다. 한 쌍의 대향하는 비교적 짧은 수평 벽(42d, 42e)이 수직 벽(42b, 42c)의 사이에서 연장하여, 관상 채널(42)의 거의 전체 길이에 걸쳐 연장하는 수평 방향의 종방향 슬롯(42a)을 구비하는 수직 벽(42b)을 제외한, 관상 채널(42)의 외부 둘레부를 구성한다. 트롤리(46)는 네 개의 휠(47)을 수용하기 위해 네 개의 직사각형 개구가 관통 형성되어 있는 베이스 플레이트(46a)를 포함한다. 트롤리(46)는 단부(42f, 42g)의 사이 관상 채널(42)의 내부에서 전후로 자유롭게 구름 운동 가능하다.
바람, 파도 및 해류의 작용에 의해, 특히 폭풍우나 돌풍이 부는 동안 탱커(T)에 상당량의 힘이 인가될 수 있으며, 이에 따라 결국 트롤리(46)와 관상 채널(42)에 상당량의 힘이 인가될 수 있다. 슬롯(42a)에 의해 채널(42)의 구조가 약화되어 있는 상태이므로, 충분한 힘이 인가되면, 벽(42b)이 휘어질 수 있어, 트롤리(46)가 트랙으로부터 벗겨 내어지도록 하기에 충분할 만큼 넓은 정도로 슬롯(42a)이 개방될 수도 있다. 따라서, 관상 채널(42)은 이러한 힘을 견뎌낼 수 있도록 구성 및 건설되는 것이 바람직하다. 관상 채널(42)의 내부 모서리가 보강 처리되는 것이 이상적이다.
도 9 내지 도 11에 도시 및 설명된 바와 같은 관상 채널(42)은 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 장치(40)를 제공하기 위한 단지 하나의 장치에 불과하다. 트롤리 또는 다른 유형의 구름 운동 가능한, 이동 가능한 또는 미끄럼 운동 가능한 장치가 종 방향으로 이동할 수 있긴 하지만 그렇지 않고 레일, 채널 또는 트랙에 의해 구속되어 있다면, 다른 유형의 레일, 채널 또는 트랙이 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 장치에 사용될 수 있다. 예를 들어, 중앙 웹(web)에 양 플랜지가 부착되어 있는 I-빔이 관상 채널 대신 레일의 역할을 수행하도록 사용될 수 있으며, 이 경우, 트롤리 카 또는 다른 구름 운동 가능한 또는 미끄럼 운동 가능한 장치가 I-빔 상에 이동 가능하게 걸림 결합된다. 이하에 언급되는 특허들의 모든 기술 내용과 특히, 이동 가능한 연결 장치를 구성 및 건설하기 위한 방법에 관한 설명이 참조로써 본 발명에 인용된다. 엘리옷(Elliott) 등에게 허여된 "놀이 기구 및 이를 위한 자체 추진형 차량(Amusement Ride and Self-propelled Vehicle Therefor)"을 제목으로 하는 미국 특허 제 5,595,121 호; 체켓츠(Checketts) 등에게 허여된 "가변 곡선형 트랙 장착식 놀이 기구(Variably Curved Track-Mounted Amusement Ride)"를 제목으로 하는 미국 특허 제 6,857,373 호; 모스바츠(Morsbach)에게 허여된 "모노레일 시스템(Monorail System)"을 제목으로 하는 미국 특허 제 3,941,060 호; 데파인(Define) 등에게 허여된 "자체 추진형 트롤리 및 지지 트랙 구조(Self-propelled Trolley and Supporting Track Structure)"를 제목으로 하는 미국 특허 제 4,984,523 호; 그리고 트라우벤크라우트(Traubenkraut) 등에게 허여된 "재료 취급 시스템 동봉 트랙 장치(Material Handling System Enclosed Track Arrangement)"를 제목으로 하는 미국 특허 제 7,004,076 호.
도 12에는 다각형 플랫폼의 선체(12')를 구비하는 근해 구조물(10')이 도시되어 있다. 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 장치(40)를 제공하도록 적절한 곡률 반경을 갖춘 하나 이상의 아치형 채널 또는 레일(42)이 적절한 이격 부재(44)를 사용하여 다각형 선체(12')에 장착된다. 도 12에 육각형 선체가 도시되어 있긴 하지만, 적절하다면 다른 개수의 측면을 갖춘 구성이 채용될 수도 있다.
본 명세서의 개시 내용의 요약서는 단지 미국 특허청과 당 업자로 하여금 피상적인 읽기 과정을 통해 본 발명의 기술 내용의 특징 및 요점을 신속하게 파악할 수 있도록 하기 위한 방법을 제공할 목적으로 작성된 것으로서, 단지 바람직한 실시예를 설명한 것일 뿐이며 본 발명의 전체 특징을 지시하는 것은 아니다.
본 발명의 일부 실시예가 상세히 예시되어 있긴 하지만, 본 발명이 도시된 실시예로만 제한되는 것은 아니며, 당 업자라면 전술한 실시예의 수정 및 변형이 가능함을 알 수 있을 것이다. 이러한 수정 및 변형 또한 전술한 바와 같은 본 발명의 정신 및 영역 내에 속한다.
10 : 구조물 12 : 선체
12a : 메인 데크 12b : 상부 수직 벽 섹션
12c : 상부의 테이퍼형 벽 섹션 12d : 하부의 테이퍼형 벽 섹션
12e : 하부 수직 벽 섹션 12f : 용골

Claims (24)

  1. 석유 시추, 생산, 저장 및 하역을 위한 부력식 구조물(10)로서,
    수직 축선(100)을 중심으로 대칭형이며, 상부 수직 벽 섹션(12b)과, 내측으로 완만한 경사도를 갖는 상부 테이퍼형 벽 섹션(12c)과, 외측으로 가파른 경사도를 갖는 하부 테이퍼형 벽 섹션(12d), 그리고 하부 수직 벽 섹션(12e)으로 이루어진 수직 프로파일을 갖는 선체(12)
    를 포함하며, 상기 선체는 하부 선체 직경(D1)의 평면형 수평 용골(12f)과 대체로 수평의 메인 데크(12a)를 포함하는 것인 부력식 구조물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 테이퍼형 벽 섹션(12c)은 상기 수직 축선(100)에 대하여 10°내지 15°의 제 1 각도(α)로 경사지며,
    상기 하부 테이퍼형 벽 섹션(12d)은 상기 수직 축선(100)에 대하여 55°내지 65°의 제 2 각도(γ)로 경사진 것인 부력식 구조물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 선체(12)는 다각형 플랫폼을 구비하는 것인 부력식 구조물(10).
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 선체는 원형 플랫폼을 구비하는 것인 부력식 구조물.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 수직 벽 섹션(12b)은 상기 상부 테이퍼형 벽 섹션(12c)과 인접하며,
    상기 하부 수직 벽 섹션(12e)은 상기 하부 테이퍼형 벽 섹션(12d)과 인접하고,
    상기 상부 테이퍼형 벽 섹션(12c)은 직경(D3)의 위치에서 상기 하부 테이퍼형 벽 섹션(12d)과 인접하는 것인 부력식 구조물.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 용골(12f)로부터 상기 메인 데크(12a)까지로 정의되는 상기 선체(12)의 높이(h)는 상기 선체의 최대 직경(D1)보다 작은 것인 부력식 구조물.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 용골(12f)로부터 상기 메인 데크(12a)까지로 정의되는 상기 선체(12)의 높이(h)는 상기 선체의 최소 직경(D3)보다 작은 것인 부력식 구조물.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 수직 벽 섹션(12b)은 상부 선체 직경(D2)을 획정하며,
    상기 상부 테이퍼형 벽 섹션(12c)의 바닥은 선체 목부 직경(D3)을 획정하고,
    상기 선체 목부 직경(D3)은 상기 상부 선체 직경(D2)의 75% 내지 95%의 범위이며,
    상기 하부 선체 직경(D1)은 상기 상부 선체 직경(D2)의 115% 내지 130%의 범위인 것인 부력식 구조물.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 선체 목부 직경(D3)은 상기 상부 선체 직경(D2)의 80% 내지 85%의 범위이며,
    상기 하부 선체 직경(D1)은 상기 상부 선체 직경(D2)의 120% 내지 125%의 범위인 것인 부력식 구조물(10).
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 부력식 구조물(10)은 무게 중심과 부력 중심을 형성하며,
    상기 무게 중심이 상기 부력 중심의 아래에 위치하는 것인 부력식 구조물.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 선체(12)는 상부 원통형 부분(12b), 내측으로 경사진 벽을 구비하도록 상기 상부 원통형 부분(12b)의 바닥에 직접 연결되는 상부 절두원추형 부분(12c), 상기 상부 절두원추형 부분(12c)의 아래에 배치되며 외측으로 경사진 벽을 구비하는 하부 절두원추형 부분(12d), 그리고 상기 하부 절두원추형 부분(12d)의 바닥에 직접 연결되는 하부 원통형 부분(12e)을 포함하며,
    상기 하부 원통형 부분(12e)의 바닥이 상기 선체(12)의 상기 용골(12f)에 연결되고,
    상기 상부 원통형 부분(12b)의 상부가 상기 선체(12)의 상기 메인 데크(12a)에 연결되며, 이에 의해 상기 선체(12)가 수평 방향으로 모든 높이에서 원형 단면을 갖는 것인 부력식 구조물.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 하부 절두원추형 부분(12d)이 상기 상부 절두원추형 부분(12c)의 바닥에 직접 연결되며, 상기 상부 절두원추형 부분(12c)의 상기 바닥이 선체 목부 직경(D3)을 형성하는 것인 부력식 구조물.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 용골(12f)로부터 상기 메인 데크(12a)까지 연장하도록 상기 선체(12)에 형성되는 중앙 문 풀(moon pool; 26)을 더 포함하는 것인 부력식 구조물.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 용골(12f)의 부근에서 상기 선체(12)에 고정되며, 상기 선체(12)로부터 반경 방향 외측으로 연장하는 핀(fin; 84)을 더 포함하는 부력식 구조물.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 핀은 선체의 원주를 중심으로 간격을 두고 배치된 별개의 적어도 제 1 및 제 2 핀 섹션을 포함하며,
    상기 별개의 제 1 및 제 2 핀 섹션은 사이에 간극을 획정하도록 이격 배치되는 것인 부력식 구조물.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 부력식 구조물은 상기 용골(12f)에 연결되며 상기 용골(12f)의 높이 아래로 돌출하는 다기능 중앙 프레임(92)을 더 포함하고, 이에 의해 상기 다기능 중앙 프레임(92)이 수직 라이저(riser; 91)를 수용하기 위한 라이저 착륙 포치(porch)로서 작용하도록 작동 가능한 것인 부력식 구조물.
  17. 제 1 항에 있어서, 선체(12)의 상부 외벽에 장착된 제 1 아치형 레일(42)과, 상기 제 1 아치형 레일(42)에 이동 가능하게 배치되어 걸림 결합되어 있으며 선박(T)이 정박되기 위한 제 1 이동 가능한 견고한 연결 지점(48)을 형성하는 제 1 트롤리(trolley; 46)를 포함하는 제 1 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 장치(40)를 더 포함하는 부력식 구조물.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 제 1 아치형 레일(42)은 원형이며 상기 선체(12)를 중심으로 360°로 배치되는 것인 부력식 구조물.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 제 1 아치형 레일 반대측의 선체(12)의 상부 외벽에 장착된 제 2 아치형 레일과, 상기 제 아치형 2 레일에 이동 가능하게 배치되어 걸림 결합되어 있으며 선박이 정박되기 위한 제 2 이동 가능한 견고한 연결 지점을 형성하는 제 2 트롤리를 포함하는 제 2 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 장치(60)를 더 포함하는 부력식 구조물.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 제 1 아치형 레일(42)은 상기 수직 축선(100) 상에 위치한 제 1 중심점을 형성하며,
    상기 제 2 아치형 레일은 상기 수직 축선 상에 위치한 제 2 중심점을 형성하고,
    상기 제 1 아치형 레일은 상기 제 1 중심점을 중심으로 대략 90°로 연장하는 제 1 호(arc)를 형성하며,
    상기 제 2 아치형 레일은 상기 제 2 중심점을 중심으로 대략 90°로 그리고 상기 제 1 아치형 레일의 반대측에서 대략 180°로 연장하는 제 2 호를 형성하고, 이에 의해 각각의 상기 제 1 및 제 2 이동 가능한 굵은 밧줄 연결 장치(40, 60)가 이들 연결 장치에 정박된 선박이 상기 구조물을 중심으로 대략 270°로 바람이 부는 방향으로 이동할 수 있도록 하는 것인 부력식 구조물.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 선체(12)의 최하측의 최외측 부분에 배치된 링 형상을 형성하는 하나 이상의 격실과,
    상기 하나 이상의 격실에 배치된 밸라스트(ballast)
    를 더 포함하는 부력식 구조물.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 밸라스트는 무거운 재료를 포함하는 비경화성 슬러리로 형성되는 것인 부력식 구조물.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 무거운 재료는 적철광, 중정석, 갈철광 및 자철광으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것인 부력식 구조물.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 슬러리는 물 대 적철광의 비율이 대략 3 대 1로 구성되는 것인 부력식 구조물.

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