KR20160023198A - 비상 시 드릴 파이프 홀딩 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 드릴쉽에서 비상 상황 발생 시 기계적인 방식으로 드릴 파이프를 홀딩하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 비상 시 드릴 파이프 홀딩 장치에 있어서, 비상시 유압 실린더로 유체를 공급하는 유압 장치; 및 상기 유압 장치로부터 유체를 공급받아 닫혀서 상기 드릴 파이프를 홀딩하는 유압 실린더를 포함하는 드릴 파이프 홀딩 장치가 제공된다.

Description

비상 시 드릴 파이프 홀딩 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR HOLDING DRILL PIPE IN AN EMERGENCY}
본 발명은 비상 시 드릴 파이프 홀딩 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 드릴쉽에서 비상 상황 발생 시 기계적인 방식으로 드릴 파이프를 홀딩하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
국제적인 급격한 산업화 현상과 공업이 발전함에 따라 석유와 같은 자원의 사용량은 점차 증가하고 있으며, 이에 따라 오일의 안정적인 생산과 공급이 전 지구적인 차원에서 대단히 중요한 문제로 떠오르고 있다.
이러한 이유로 최근에는 지금까지 경제성이 없어 무시되어 왔던 군소의 한계 유전(marginal field)이나 심해 유전의 개발이 경제성을 가지게 되었다. 따라서, 해저 채굴 기술의 발달과 더불어 이러한 유전의 개발에 적합한 시추설비를 구비한 해양 플랜트의 개발이 활발히 진행되고 있다.
해양 플랜트에는 해저의 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 시추할 수 있도록 데릭 시스템, 드로워크스(draw works), 탑드라이브, 머드펌프, 시멘트 펌프, 라이저, 드릴 파이프 등의 각종 시추 관련 장비들이 구비되어 있다.
드로워크스는 드릴 파이프의 승강, 케이싱의 삽입 등을 수행하는 장비로서, 드럼 및 모터를 포함한다. 드럼은 모터로부터 동력을 전달받아 와이어로프를 감거나 풀어줌으로써 드릴 파이프의 승강을 조절한다. 모터는 속도 조절이 가능하여 드럼의 속도를 조절할 수 있고, 이에 따라 드릴 파이프의 속도가 조절된다.
탑드라이브는 시추 작업에서 시추 및 파이프 체결을 위한 동력을 제공하는 장비이다.
해양 플랜트에는 근해의 일 지점에 정박하여 시추 작업을 하는 고정식 플랫폼과 3,000m 이상의 심해에서 시추 작업이 가능한 부유식 해양 플랜트가 있다.
부유식 해양 플랜트에는 주 추진장치 또는 컴퓨터에 의한 동적 위치 제어(Dynamic Positioning)를 위한 추진 장치로서 복수 개의 쓰러스터(thruster)가 설치된다. 쓰러스터는 프로펠러의 작용 방향을 바꿀 수 있도록 선저에 설치된 추진기로 보통 항해 또는 예인선 없이 자력으로 운하를 운항하거나 입출항하기 위해 사용된다. 쓰러스터는 쓰러스터에 연결된 쓰러스터 모터로부터 동력을 공급받는다.
도 1은 종래 기술에 따른 전력 공급 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 발전기(110)에서 발생된 교류 전력은 A.C 버스로 공급되고, A.C 버스에는 제1 AC/DC 변환기(121), 제2 AC/DC 변환기(122) 및 제3 AC/DC 변환기(123)가 연결되어 있다.
제1 AC/DC 변환기(121)는 A.C 버스로부터 공급받은 교류를 직류로 변환하여 제1 DC 버스(131)로 공급하고, DC/AC 변환기(141)는 제1 DC 버스(131)로부터 공급받은 직류를 교류로 변환하여 제1 쓰러스터 모터(151)로 공급한다.
제2 AC/DC 변환기(122)는 A.C 버스로부터 공급받은 교류를 직류로 변환하여 제2 DC 버스(132)로 공급하고, DC/AC 변환기(142)는 제2 DC 버스(132)로부터 공급받은 직류를 교류로 변환하여 제2 쓰러스터 모터(152)로 공급한다.
그리고, 제3 AC/DC 변환기(123)는 A.C 버스로부터 공급받은 교류를 직류로 변환하여 제3 DC 버스(133)로 공급하고, 제3 DC 버스(133)에는 복수의 DC/AC 변환기들(143 내지 148)이 연결되어 있다. 복수의 DC/AC 변환기들(143 내지 148) 각각은 제3 DC 버스(133)으로부터 공급받은 직류를 교류로 변환하여 복수의 드로워크스 모터들(153, 154, 155, 158, 159) 및 복수의 탑드라이브들(156, 157) 중 자신에게 연결된 모터로 공급한다.
시추 관련 장비의 제어 및 시추 관련 장비로의 전력 공급은 전자 제어에 의해 이루어지는 경우가 많다. 그런데, 장비들을 전자 제어하는 경우에 전자 제어 시스템에 오류 발생으로 인한 안전 문제가 발생할 가능성이 있다.
특히, 탑드라이로의 전력 공급이 불안정할 경우 드릴 파이프가 낙하하는 경우와 같은 위험 상황이 발생할 가능성이 있다.
선행기술 : 일본 공개 번호 2006-117179호(2006.05.11 공개)
본 발명의 목적은 시추 관련 장비들을 전자제어함에 따른 안전 문제를 해결할 수 있는 비상 시 드릴 파이프 홀딩 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 비상 시 드릴 파이프 홀딩 장치에 있어서, 비상시 유압 실린더로 유체를 공급하는 유압 장치; 및 상기 유압 장치로부터 유체를 공급받아 닫혀서 상기 드릴 파이프를 홀딩하는 유압 실린더를 포함하는 드릴 파이프 홀딩 장치가 제공된다.
특히, 상기 드릴 파이프 홀딩 장치는 상기 드릴 파이프의 주변에 설치되어 상기 드릴 파이프의 하강 속도를 측정하는 센서를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서는 상기 드릴 파이프의 하강 속도가 임계치 이상이면 제어 신호를 상기 유압 장치의 제어부로 전송하고, 상기 유압 장치는 상기 제어 신호를 수신하면 상기 유압 실린더로 유체를 공급할 수 있다.
또한, 상기 유압 장치는 상기 유압 실린더를 작동하기 위한 작동 유체가 저장되어 있는 어큐뮬레이터; 상기 어큐뮬레이터에 저장된 유체의 상기 유압 실린더로의 공급을 제어하는 밸브; 및 상기 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 센서로부터 상기 제어 신호를 수신하면 상기 밸브가 열리도록 상기 밸브를 제어할 수 있다.
또한, 상기 드릴 파이프 홀딩 장치는 상기 유압 장치로부터 상기 유압 실린더로 유체를 이송하는 파이프인 점퍼를 더 포함할 수 있다
또한, 상기 드릴 파이프 홀딩 장치는 상기 점퍼를 상기 유압 실린더와 연결하는 커넥터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 드릴 파이프 홀딩 장치는 드릴쉽에 설치될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 비상 시 드릴 파이프 홀딩 방법에 있어서, 유압 장치가 비상시 유압 실린더로 유체를 공급하는 단계; 및 유압 실린더가 닫혀서 상기 드릴 파이프를 홀딩하는 단계를 포함하는 드릴 파이프 홀딩 방법이 제공된다.
특히, 상기 드릴 파이프 홀딩 방법은 상기 드릴 파이프의 주변에 설치된 센서가 상기 드릴 파이프의 하강 속도를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 드릴 파이프 홀딩 방법은 상기 측정된 드릴 파이프의 하강 속도가 임계치 이상이면 상기 센서가 제어 신호를 상기 유압 장치의 제어부로 전송하는 단계를 더 포함하고,상기 유압 장치는 상기 제어 신호를 수신하면 상기 유압 실린더로 유체를 공급할 수 있다.
또한, 상기 유압 장치는 상기 유압 실린더를 작동하기 위한 작동 유체가 저장되어 있는 어큐뮬레이터; 상기 어큐뮬레이터에 저장된 유체의 상기 유압 실린더로의 공급을 제어하는 밸브; 및 상기 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 센서로부터 상기 제어 신호를 수신하면 상기 밸브가 열리도록 상기 밸브를 제어할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전력 공급 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비상 시 드릴 파이프 홀딩 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비상 시 드릴 파이프 홀딩 장치의 유압 실린더를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비상 시 드릴 파이프 홀딩 방법을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 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.
먼저, 도 2 내지 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 비상 시 드릴 파이프 홀딩 장치를 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비상 시 드릴 파이프 홀딩 장치를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비상 시 드릴 파이프 홀딩 장치의 유압 실린더를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 비상 시 드릴 파이프 홀딩 장치는 센서(210), 유압 실린더(220), 점퍼(230), 커넥터(240) 및 유압 장치(250)를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 비상 시 드릴 파이프 홀딩 장치는 드릴쉽에 설치될 수 있다. 그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 로터리 테이블(270)에 설치될 수 있다.
센서(210)는 드릴 파이프(260) 주변에 설치되어 드릴 파이프(260)의 하강 속도가 임계치 이상이면 제어 신호를 유압 장치(250)의 제어부(251)로 전송한다. 드릴파이프(260)는 탑드라이브가 잡고 있는데, 탑드라이브로의 전력 공급이 불안전하거나 탑드라이브의 제어에 오류가 생겨 탑드라이브가 제대로 작동하지 못하는 경우, 탑드라이브가 드릴 파이프(160)을 놓히는 경우 드릴 파이프(160)가 갑자기 낙하할 수 있다. 또는, 드로워크스로의 전력 공급이 불안전하거나 드로워크스의 제어에 오류가 생겨 드로워크스가 제대로 작동하지 못하여 경우에도 탑드라이브와 드릴 파이프(260)가 함께 갑자기 낙하할 수 있다. 탑드라이브 및 드로워크스와 같은 드릴링 장비들을 전자 제어함에 따라 전자 제어에 오류가 발생하는 경우 드릴 파이프(260)가 갑자기 낙하할 수 있다. 따라서, 센서(210)는 드릴 파이프(260)의 하강 속도가 임계치 이상이면 드릴링 장비의 이상 발생으로 드릴 파이프(260)가 갑자기 낙하하는 것으로 판단하여 제어 신호를 유압 장치(250)의 제어부로 전송한다.
유압 장치(250)는 비상 시 유압 실린더(220)로 유체를 공급한다. 유압 장치(250)는 센서(210)로부터 제어 신호를 수신하면 유압 실린더(220)로 유압을 공급하여 유압 실린더(220)가 닫혀 드릴 파이프(260)를 홀딩하게 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 유압 장치(250)는 제어부(251), 어큐물레이터(252) 및 밸브(253)를 포함한다.
제어부(251)는 센서(210)로부터 제어 신호를 수신하면 제어 신호에 따라 밸브(253)를 작동시킨다.
어큐뮬레이터(252)는 유압 실린더(220)를 작동하기 위한 작동 유체가 저장되어 있는 탱크로서, 밸브(253)가 열리면 점퍼(230)를 통해 어큐뮬레이터(252)의 유체가 유압 실린더(220)로 공급된다.
밸브(253)는 유압 실린더(220)로의 유체 공급을 제어한다. 밸브(253)는 제어부(251)에 의해 개폐가 제어될 수 있고, 밸브(253)가 열리면 점퍼(230)를 통해 어큐뮬레이터(252)의 유체가 유압 실린더(220)로 공급된다.
유압 실린더(220)는 비상 시 유압 장치(250)로부터 유체를 공급받아 닫혀서 드릴 파이프(260)를 홀딩한다. 도 3에 도시된 바와 같이 유압 실린더(220)는 유체가 공급되면 유압 실린더(220)의 피스톤이 닫히면서 드릴 파이프를 홀딩한다.
점퍼(230)는 유압 장치(250)로부터 유압 실린더(220)로 유체를 이송하는 파이프이고, 커넥터(240)는 점퍼(230)를 유압 실린더(220)와 연결한다.
다음으로, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 비상 시 드릴 파이프 홀딩 방법을 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비상 시 드릴 파이프 홀딩 방법을 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 센서가 드릴 파이프의 낙하속도를 측정하여(S410), 측정된 낙하 속도가 임계치 이상이면 유압 장치의 제어부로 제어 신호를 전송한다(S420). 유압 장치의 제어부는 센서로부터 제어 신호를 수신하면 유압 장치의 밸브가 열리도록 밸브를 제어하여 어큐뮬레이터의 유체가 유압 실린더로 공급되도록 하고(S430), 유압 실린더는 유체를 공급받으면 닫혀서 드릴 파이프를 홀딩한다(S440).
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 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 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.
210 : 센서
220 : 유압 실린더
230 : 점퍼
240 : 커넥터
250 : 유압 장치
260 : 드릴 파이프

Claims (13)

  1. 비상 시 드릴 파이프 홀딩 장치에 있어서,
    비상시 유압 실린더로 유체를 공급하는 유압 장치; 및
    상기 유압 장치로부터 유체를 공급받아 닫혀서 상기 드릴 파이프를 홀딩하는 유압 실린더를 포함하는 드릴 파이프 홀딩 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 드릴 파이프의 주변에 설치되어 상기 드릴 파이프의 하강 속도를 측정하는 센서를 더 포함하는, 드릴 파이프 홀딩 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 센서는 상기 드릴 파이프의 하강 속도가 임계치 이상이면 제어 신호를 상기 유압 장치의 제어부로 전송하고,
    상기 유압 장치는 상기 제어 신호를 수신하면 상기 유압 실린더로 유체를 공급하는, 드릴 파이프 홀딩 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 유압 장치는
    상기 유압 실린더를 작동하기 위한 작동 유체가 저장되어 있는 어큐뮬레이터;
    상기 어큐뮬레이터에 저장된 유체의 상기 유압 실린더로의 공급을 제어하는 밸브; 및
    상기 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함하는, 드릴 파이프 홀딩 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어부는 상기 센서로부터 상기 제어 신호를 수신하면 상기 밸브가 열리도록 상기 밸브를 제어하는, 드릴 파이프 홀딩 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 유압 장치로부터 상기 유압 실린더로 유체를 이송하는 파이프인 점퍼를 더 포함하는 드릴 파이프 홀딩 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 점퍼를 상기 유압 실린더와 연결하는 커넥터를 더 포함하는 드릴 파이프 홀딩 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 드릴 파이프 홀딩 장치는 드릴쉽에 설치되는, 드릴 파이프 홀딩 장치.
  9. 비상 시 드릴 파이프 홀딩 방법에 있어서,
    유압 장치가 비상시 유압 실린더로 유체를 공급하는 단계; 및
    유압 실린더가 닫혀서 상기 드릴 파이프를 홀딩하는 단계를 포함하는 드릴 파이프 홀딩 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 드릴 파이프의 주변에 설치된 센서가 상기 드릴 파이프의 하강 속도를 측정하는 단계를 더 포함하는, 드릴 파이프 홀딩 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 측정된 드릴 파이프의 하강 속도가 임계치 이상이면 상기 센서가 제어 신호를 상기 유압 장치의 제어부로 전송하는 단계를 더 포함하고,
    상기 유압 장치는 상기 제어 신호를 수신하면 상기 유압 실린더로 유체를 공급하는, 드릴 파이프 홀딩 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 유압 장치는
    상기 유압 실린더를 작동하기 위한 작동 유체가 저장되어 있는 어큐뮬레이터;
    상기 어큐뮬레이터에 저장된 유체의 상기 유압 실린더로의 공급을 제어하는 밸브; 및
    상기 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함하는, 드릴 파이프 홀딩 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제어부는 상기 센서로부터 상기 제어 신호를 수신하면 상기 밸브가 열리도록 상기 밸브를 제어하는, 드릴 파이프 홀딩 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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