KR20190062768A - 인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템 - Google Patents

인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템 Download PDF

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KR20190062768A
KR20190062768A KR1020170161295A KR20170161295A KR20190062768A KR 20190062768 A KR20190062768 A KR 20190062768A KR 1020170161295 A KR1020170161295 A KR 1020170161295A KR 20170161295 A KR20170161295 A KR 20170161295A KR 20190062768 A KR20190062768 A KR 20190062768A
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KR1020170161295A
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이규석
박태현
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대우조선해양 주식회사
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Abstract

인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템이 개시된다. 본 발명에서 데릭 로드 테스트 시스템으로 활용되는 라이저 텐셔너는, 데릭이 탑재되는 드릴 플로어의 하부에 연결되어 라이저의 인장력을 유지하는 실린더; 일부가 실린더 내로 삽입되어, 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤 로드; 및 실린더의 상부 또는 하부로 오일을 공급하는 유압장치;를 포함한다.
본 발명에 따른 데릭 로드 테스트 시스템은, 시추 작업시에는 유압장치에 의해 실린더의 하부로 오일을 공급하여, 피스톤 로드가 상승함에 따라 라이저를 인장시키고, 데릭 로드 테스트시에는 유압장치에 의해 실린더의 상부로 오일을 공급하여, 피스톤 로드가 하강함에 따라 라이저가 아래로 당겨지는 힘을 발생시키며, 이 힘에 의하여 데릭에 로드를 가함으로써, 데릭 로드 테스트를 수행한다.

Description

인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템 {DERRICK LOAD TEST SYSTEM USING IN-LINE TENSIONER}
본 발명은 인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 라이저 텐셔너를 데릭 로드 테스트 시스템으로 활용함으로써, 실제 해양구조물 상에서 데릭 로드 테스트를 수행할 수 있는 데릭 로드 테스트 시스템에 관한 것이다.
산업이 발전함에 따라 석유와 같은 지구 자원의 사용량이 점차 증가하고 있으며, 이에 따라 원유의 안정적인 생산과 공급이 중요한 문제로 떠오르고 있다. 이에 따라, 유전의 개발에 적합한 시추 설비를 구비한 시추선과 같은 해양구조물이 개발되어 왔다. 이러한 해양구조물을 이용한 해저 시추에는 계류 장치를 이용하여 해상에 정박한 상태에서 해저 시추 작업을 하는 해저 시추 전용의 리그선(rig ship), 고정식 플랫폼 등이 이용될 수 있다.
최근에는 시추 장비를 탑재하고 자체 동력으로 항해할 수 있는 선체를 갖는 드릴쉽(drill ship), 반잠수형 리그(semi-submersible rig), TLP(Tension Leg Platform), 생산저장선박 등이 개발되고 있다.
이러한 생산저장 선박에는 해상 석유 시추 설비(offshore oil-drilling Platforms), 부유식 원유생산 저장 이송 설비(FPSO: Floating Production Storage Offloading), 원유 시추선, 가스 시추선, 부유식 액화가스저장선(LNG FSRU: LNG Floating Production Storage Offloading) 등이 포함된다.
시추선은 상부 갑판의 상부에 드릴플로어가 위치하고, 상기 드릴 플로어에는 데릭이 설치된다. 상기 데릭에는 드릴 파이프를 회전시키기 위한 탑 드라이브가 설치된다.
파이프 적재공간에 가로로 적재된 드릴 파이프는 세워져서 탑 드라이브 및 로터리 테이블에 의해 파지된다. 2개 이상의 드릴 파이프는 탑 드라이브에 의해 공급되는 회전력으로 서로 결합하고 해저 바닥을 드릴링(drilling)하게 된다. 이와 같이 데릭에는 고 하중의 시추 장비들이 설치되므로, 데릭에 대한 로드 테스트를 실시한다.
이하, 국내 공개번호 제10-2012-0105928호에 개시된 종래 로드 테스트를 위한 데릭 테스트 구조물에 대하여 설명한다.
도 1은 종래 로드 테스트를 위한 데릭 테스트 구조물을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 로드 테스트를 위한 데릭 테스트 구조물은 지상(GROUND)에 선정된 테스트 장소에 설치된다.
이러한 테스트 장소는 데릭 테스트 구조물의 하중을 지지할 수 있도록 지반구조가 보강된 후에야 데릭(derrick, 100)이 설치될 수 있다.
데릭(100)의 일측 지상에는 제 1 러그(lug, 120)의 샤클(shackle)이 설치되고, 데릭(100)의 타측 지상에는 제2 러그(lug, 140)의 쉬브(sheave)가 설치된다.
드릴 와이어(drill wire, 110)의 일측 단부는 제 1 러그(120)의 샤클에 고정되도록 연결된다. 드릴 와이어(110)의 중간 부위는 제 1 러그(120)의 샤클로부터 연장되고, 움직 도르래 형태의 데릭용 트래블링 블록(travelling block, 130)과 연결되고, 계속해서 연장된 후 제 2 러그(140)의 쉬브를 통과한다. 최종적으로 드릴 와이어(110)의 타측 단부는 지상의 데릭(100) 옆에 설치된 크레인(C)과 연결된다.
트래블링 블록(130)에는 그 하부로 와이어 슬링(sling wire, 150)의 일단이 연결되고, 이러한 와이어 슬링(150)의 타단에는 리프팅 지그(lifting jig, 160)가 연결될 수 있다.
리프팅 지그(160)는 로드 블록(load block, 180)이 고정 안착될 수 있는 로드 프레임(load frame, 170)과 연결될 수 있고, 로드 프레임(170)은 압축 로드셀(compression load cell, 190)을 개재한 상태로 지상에 고정 연결될 수 있다.
또한, 데릭(100)에는 미리 정한 복수 개의 위치에 변형량을 측정하기 위한 복수 개의 스트레인 게이지가 더 설치될 수 있다. 스트레인 게이지 및 압축 로드 셀(190)은 데릭 구조물 강도 검증 장치에 접속되어 있을 수 있다.
상술한 바와 같은 데릭 테스트 구조물이 설치된 후, 드릴 와이어를 타단에 연결된 크레인(C)으로 끌어당기고, 데릭(100)의 변형량을 측정하여 데릭의 강도를 검증할 수 있다.
그러나 종래의 로드 테스트 방법은, 데릭을 Rig(Drillship/Semi/Jackup Rig)에 설치하기 이전에 지상에서 데릭 조립 후, 테스트 로드(test load)를 데릭으로 이동시켜 와이어를 연결한 후 외부의 크레인으로 드릴 와이어를 당겨서 실질적으로 데릭이 특정 정하중(static Load)을 견딜 수 있는지 증명하는 형태를 취하고 있다.
따라서, 데릭 자체의 강도 검증은 할 수 있지만, 데릭 로드 테스트가 지상에서 수행되기 때문에 실제 데릭의 하중이 전달되는 해양구조물의 드릴 플로어(drill floor) 및 그 아래 하부 구조물(substructure)의 전체적인 구조 변형량 및 장비(draw works)에 실제 정 하중이 걸렸을 때 얼마나 영향이 있는지 증명할 수 없고, 실제 해양구조물에 탑재되어 있는 데릭 관련 장비(예: 윈치부, 데드라인 앵커, 탑 드라이브 등) 작동 조건에서의 운용을 검증하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 데릭 로드 테스트를 위해 지상에 미리 테스트 장소를 선정하여 보강 및 준설 작업을 해야만 하기 때문에, 테스트 비용이 많이 소요되는 문제점이 있고, 듀얼 데릭(Dual Derrick)의 경우, 메인 웰 센터(Main Well Center)에만 수행하고 보조 웰 센터(Aux Well Center)에는 수행하지 않는 단점이 있다.
국내 공개특허 제10-2012-0105928호 (2012.09.26 공개)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 드릴쉽 등의 해양구조물에 구비되는 인라인 라이저 텐셔너(In-line Riser Tensioner) 또는 DAT(Direct Activating Tensioner)를 이용하여, 실제 해양구조물 상에서 데릭 로드 테스트가 이루어지도록 함으로써, 데릭 자체의 강도 검증은 물론 실제 데릭의 하중이 전달되는 해양구조물의 드릴 플로어 및 그 아래 하부 구조물의 전체적인 구조 변형량 및 강도에 대한 검증이 가능한 데릭 로드 테스트 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 시추에 사용되는 라이저를 인장시키는 인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면, 상기 라이저 텐셔너는, 데릭(derrick)이 탑재되는 드릴 플로어(drill floor)의 하부에 연결되어 상기 라이저의 인장력을 유지하는 실린더; 일부가 상기 실린더 내로 삽입되어, 상기 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤 로드; 및 상기 실린더 내부로 오일을 공급하는 유압장치;를 포함하고, 시추 작업시에는, 상기 피스톤 로드가 상기 실린더 내부를 압축하도록 상기 실린더로 오일이 공급되어, 상기 라이저를 위로 들어올리는 힘을 발생시키고, 데릭 로드 테스트시에는, 상기 실린더 내부로부터 상기 피스톤 로드를 밀어내도록 상기 실린더로 오일이 공급되어, 상기 라이저가 아래로 당겨지는 힘을 발생시키며, 이 힘에 의하여 상기 데릭에 로드를 가함으로써, 데릭 로드 테스트(derrick load test)를 수행한다.
상기 유압장치는, 기체를 고압으로 압축하는 에어컴프레셔; 고압으로 압축된 기체가 저장되는 공압용기; 및 상기 공압용기로부터 고압의 기체를 공급받아, 상기 실린더 내부로 오일을 공급하는 어큐뮬레이터;를 포함할 수 있다.
상기 유압장치는, 상기 공압용기로부터 상기 어큐뮬레이터로 고압의 기체가 공급되는 기체공급라인; 및 상기 어큐뮬레이터로부터 상기 실린더로 오일이 공급되는 오일공급라인;을 더 포함하고, 상기 어큐뮬레이터의 내부는 오일이 채워지는 공간과 기체가 채워지는 공간으로 구획되며, 오일이 채워지는 공간은 상기 오일공급라인을 통해 상기 실린더와 연결되고, 기체가 채워지는 공간은 상기 기체공급라인을 통해 상기 공압용기와 연결될 수 있다.
상기 오일공급라인은, 상기 실린더 내부로부터 상기 피스톤 로드를 밀어내도록 상기 실린더로 오일을 공급하는 제1 오일공급라인과, 상기 피스톤 로드가 상기 실린더 내부를 압축하도록 상기 실린더로 오일을 공급하는 제2 오일공급라인으로 분기될 수 있다.
상기 오일공급라인 상에서, 상기 제1 오일공급라인과 상기 제2 오일공급라인이 분기되는 분기점에 삼방밸브가 설치될 수 있다.
상기 유압장치는, 상기 기체공급라인 상에 설치되어, 상기 어큐뮬레이터 측으로 고압의 기체의 공급을 개폐하는 개폐밸브;를 더 포함할 수 있다.
상기 유압장치는, 상기 기체공급라인 상에서 분기되어, 라인 내 고압의 기체를 배출하는 벤트라인;을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템은, 상기 데릭의 상부에 설치되어 드릴 파이프를 회전시키는 탑 드라이브; 상기 탑 드라이브의 상부에 설치되어 호이스팅 와이어가 연결되는 트래블링 블록(travelling block); 및 상기 탑 드라이브와 상기 트래블링 블록이 연결되는 위치에 설치되어, 데릭에 걸리는 하중을 측정하는 로드셀을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템은, 상기 데릭, 상기 드릴 플로어 또는 상기 데릭의 주변 구조물에 설치되는 변형량 센서를 더 포함할 수 있다.
즉, 본 발명은 시추에 사용되는 라이저를 인장시키는 인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템에 있어서, 상기 라이저 텐셔너는 유압 실린더로 구성되며, 상기 실린더는 유압장치에 의하여 하부뿐만 아니라 상부로도 유압을 공급받을 수 있으며, 상기 실린더의 상부로 유압을 공급하여, 상기 실린더 내부의 피스톤 로드가 하강함에 따라 상기 라이저가 아래로 당기는 힘에 의하여 상기 데릭에 로드를 가함으로써, 데릭 로드 테스트(derrick load test)를 수행하는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 시추에 사용되는 라이저를 인장시키는 인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 방법을 제공한다.
본 발명의 데릭 로드 테스트 방법에 따르면, 상기 라이저 텐셔너는, 데릭(derrick)이 탑재되는 드릴 플로어(drill floor)의 하부에 연결되어 상기 라이저의 인장력을 유지하는 실린더; 일부가 상기 실린더 내로 삽입되어, 상기 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤 로드; 상기 실린더의 상부 또는 하부로 오일을 공급하는 어큐뮬레이터; 및 상기 어큐뮬레이터로 공급되는 고압의 기체가 저장된 공압용기;를 포함하고, (a) 상기 공압용기에 저장된 고압의 기체를 상기 어큐뮬레이터 측으로 공급하는 단계; (b) 상기 어큐뮬레이터 내부의 오일이, 상기 어큐뮬레이터로 공급되는 고압의 기체에 밀려 상기 실린더 측으로 공급되는 단계; (c) 상기 어큐뮬레이터와 상기 실린더를 연결하는 오일공급라인 상에 설치된 삼방밸브를 제어하여, 상기 어큐뮬레이터로부터 상기 실린더의 하부로의 오일의 공급을 차단하고, 상기 실린더의 상부로 오일을 공급하는 단계; (d) 상기 피스톤 로드가 상기 실린더 내에서 하강하는 단계; (e) 상기 피스톤 로드가 하강함에 따라, 상기 라이저가 아래로 당겨지는 힘이 발생하여 상기 데릭에 로드로 작용하는 단계; 및 (f) 상기 데릭에 설치된 로드셀과, 상기 데릭 및 상기 드릴 플로어에 설치된 변형량 센서에 의해 측정치를 측정하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템에 의하면, 실제 해양구조물 상에서 데릭 로드 테스트가 이루어지도록 함으로써, 데릭 자체의 강도 검증은 물론 실제 데릭의 하중이 전달되는 해양구조물의 드릴 플로어 및 그 주변 구조물의 전체적인 구조 변형량 및 강도에 대한 검증이 가능하다.
또한, 본 발명은 기존의 라이저 텐셔너의 설계를 변경하여 데릭 로드 테스트 시스템으로 활용한 것으로서, 데릭 로드 테스트를 위한 별도의 설비를 따로 갖추어야 할 필요가 없으며, 하중을 발생시키기 위한 별도의 웨이트 블록(weight block)도 필요하지 않다.
따라서, 본 발명은 자원을 효율적으로 이용하는 것이며, 비용 절감의 효과가 매우 크다.
도 1은 종래 로드 테스트를 위한 데릭 테스트 구조물을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 실린더장치의 작동을 나타낸 도면으로서, (a)는 운전모드에서 실린더장치에 작용하는 힘의 방향을 나타낸 것이고, (b)는 테스트모드에서 실린더장치에 작용하는 힘의 방향을 나타낸 것이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기로 한다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우, 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템은, 드릴쉽, 반잠수형 리그 등, 선체 구조물에 데릭(230)을 갖는 어떠한 해양구조물에도 적용이 가능하다.
본 발명은 특히 드릴쉽에 바람직하게 적용될 수 있다. 반잠수형 리그 또는 Jackup Rig는 문풀의 하부로 데릭 로드 테스트를 위한 로드(load)의 인입이 가능하므로, 실제 해상에서 데릭 로드 테스트를 수행하고자 하는 시도가 존재하였다. 그러나 드릴쉽의 경우에는, 문풀이 클로즈드 타입(closed type)으로 구성되기 때문에, 문풀이 형성되는 공간에 테스트를 위한 로드(load)를 배치할 방법이 없어 아직까지 해상에서 데릭 로드 테스트가 이루어진 경우는 없으며, 본 발명은 이러한 드릴쉽에서도 해상에서 데릭 로드 테스트가 가능하게끔 구성한 것이다.
본 발명에서 해양구조물은 메인데크(210)와, 메인데크(210)의 상부에 위치하는 드릴 플로어(drill floor, 220)를 포함할 수 있으며, 드릴 플로어(220)에는 데릭(230)이 탑재될 수 있다.
데릭(230)의 상부에는 드릴 파이프(drill pipe)를 회전시키기 위한 탑 드라이브(240)가 설치될 수 있으며, 드릴 파이프 등으로 이루어진 시추용 장비는 문풀(m, moonpool)을 통해 승/하강하여 해저 암반에 대한 천공 작업을 수행함으로써, 원유를 비롯한 각종 천연 자원을 채취하게 된다.
또한, 탑 드라이브(240)의 상부에는 호이스팅 와이어(261)가 연결되기 위한 트래블링 블록(trvelling block, 250)이 마련될 수 있으며, 호이스팅 와이어(261)는 풀리(미도시)에 회전 지지되어 일단이 드로웍스(drawworks, 260)에 연결되고, 드로웍스(260)의 구동에 의해 호이스팅 와이어(261)가 당겨지거나 풀림으로써 탑드라이브(240)에 연결된 시추용 장비들이 상하로 이동될 수 있다.
드릴 파이프는 관형의 라이저(270) 내에 내재되는 데, 이러한 라이저(270)는 시추 작업 시 발생된 열을 식혀주기 위한 머드가 순환되는 머드 순환로를 형성하게 된다.
탑 드라이브(240)의 하측에는 라이저(270)의 연결을 위한 텔레스코픽 조인트부(280)가 마련될 수 있으며, 텔레스코픽 조인트부(280)의 신축운동을 통하여 라이저(270)의 상하 운동이 보상될 수 있다.
한편, 파도나 해상조건에 의해 해양구조물의 움직임이 과도하게 발생하면 라이저(270) 또는 드릴 파이프 등에 손상이 발생할 수 있으며, 이를 방지하고자, 라이저(270)의 상승 또는 하강 작업시 흔들림 및 진동 방지를 통해 시추 작업의 안정성을 확보하기 위한 라이저 텐셔너(300)가 설치될 수 있다.
라이저 텐셔너(300)는 일측이 드릴 플로어(220)의 하부에 설치되어, 일정한 인장력으로 라이저(270)를 인장시킴으로써, 파도 등에 의한 해양구조물의 움직임이 라이저(270)에 미치는 영향을 최소화한다.
라이저 텐셔너(300)의 타측은 텔레스코픽 조인트부(280) 상에 설치되는 텐셔닝 링부(310)에 연결되는데, 텐셔닝 링부(310)의 둘레를 따라 연결된 실린더장치(320)에 의해 텔레스코픽 조인트부(280)의 인장력을 라이저 텐셔너(300)로 전달함으로써, 텔레스코픽 조인트부(280)의 인장력이 보상받을 수 있도록 한다.
한편, 일반적으로 라이저 텐셔너(300)는 실린더 당 약 600 kips(kilo pounds)의 로드 캐패시티(load capacity)를 가지며, 6개의 실린더가 설치된다고 가정하면 최대 3,600 kips의 캐패시티를 가지게 되는데, 이는 데릭(230)의 로드 캐패시티(약 2,000 kips)보다 훨씬 높은 수치이다.
본 출원인은 이러한 점에 착안하여, 라이저 텐셔너(300)를 데릭 로드 테스트 시스템으로 활용할 수 있는 발명을 고안하였다.
본 발명에서, 데릭 로드 테스트 시스템으로 활용되는 라이저 텐셔너(300)는 바람직하게는 유압 실린더로 구성되는 라이저 텐셔너(300)이며, 인라인 라이저 텐셔너(In-line Riser Tensioner) 또는 DAT(Direct Activating Tensioner)일 수 있다.
본 발명에 따른 인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템은, 드릴 플로어(220)의 하부에 설치되어 라이저(270)의 위치보상을 수행하는 라이저 텐셔너(300); 및 라이저 텐셔너(300)의 동작 제어를 위한 제어부(미도시);를 포함한다.
라이저 텐셔너(300)는, 인장력을 유지하기 위한 실린더장치(320) 및 유압장치(330)를 포함한다.
실린더장치(320)는, 드릴 플로어(220)의 하측에 연결되는 실린더(321)와, 실린더(321) 내부로 압력을 인입시키는 피스톤 로드(322)를 포함한다.
피스톤 로드(322)는 일단이 실린더(321) 내부로 삽입되어, 실린더(321) 내부에서 실린더(321)의 길이 방향을 따라 왕복 운동하고, 타단은 상술한 텐셔닝 링부(310)에 연결될 수 있다.
실린더장치(320)는 라이저(270)의 둘레를 따라 다수로 설치될 수 있다.
유압장치(330)는 실린더(321) 내부로 유압을 공급하는 것으로서, 공압용기(331, Air Pressure Vessel)와 어큐뮬레이터(332)를 포함한다.
공압용기(331)에는 고압의 기체(a)가 저장되어 있으며, 공압용기(331)에 저장된 고압의 기체(a)를 어큐뮬레이터(332)로 공급하면, 그 압력에 의해 어큐뮬레이터(332)의 오일(o)이 실린더(321) 내로 공급되어 피스톤 로드(322)를 상승 또는 하강시킨다.
또한, 본 실시예에서 유압장치(330)는 실린더(321) 내부로 오일(o)을 공급하는 오일공급라인(333)을 더 포함할 수 있는데, 오일공급라인(333)은 실린더(321)의 상부로 오일(o)을 공급하는 제1 오일공급라인(333a) 및 실린더(321)의 하부로 오일(o)을 공급하는 제2 오일공급라인(333b)으로 분기될 수 있다.
오일공급라인(333) 상에서 제1 오일공급라인(333a)과 제2 오일공급라인(333b)로 분기되는 분기점에는 삼방밸브(334)가 설치되어, 어큐뮬레이터(332)로부터 실린더(321)의 상부 또는 하부로 오일(o)의 공급 방향을 제어할 수 있다.
통상 일반적인 라이저 텐셔너는, 유압장치에 의해 실린더(321)의 하부로만 유압이 공급되도록 구성되어 있어, 피스톤 로드(322)의 상승에 따라 라이저(270)를 위쪽 방향으로 들어올리는 힘을 발생시키는 것만 가능하다.
그러나 본 발명에 따른 인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템은, 라이저 텐셔너(300)를 데릭(230)의 로드 테스트에 활용할 수 있도록, 일반적인 라이저 텐셔너의 설계를 변경한 것으로서, 실린더(321)의 상부로 유압을 공급하는 구성에 의해 라이저(270)를 아래 방향으로 밀어주는 힘을 발생시킬 수 있도록 한 것이다.
본 실시예에서 '하부' 또는 '상부'로 표현된 것은, 도면을 참조하여 발명의 설명의 이해를 돕기 위한 것으로서, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에서 실린더(321)의 하부로 유압이 공급된다는 것은, 실린더 장치(320)의 길이가 수축되도록 피스톤 로드(322)가 실린더(321) 내부를 압축하는 방향으로 유압이 공급되는 것을 의미하며, 실린더(321)의 상부로 유압이 공급된다는 것은, 실린더 장치(320)의 길이가 신장되도록 실린더(321) 내부로부터 피스톤 로드(322)를 밀어내는 방향으로 유압이 공급된다는 의미로 해석할 수 있다.
라이저 텐셔너(300)를 이용하여 데릭 로드 테스트를 수행하는 방법에 관하여는 뒤에서 자세히 설명하도록 한다.
유압장치(330)는 기체(a)를 고압으로 압축하기 위한 에어컴프레셔(미도시)를 더 포함할 수 있다.
공압용기(331)는 복수 개로 구비될 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 병렬로 마련되어, 충분한 양의 압축 기체(a)를 저장할 수 있다.
공압용기(331)로부터 어큐뮬레이터(332)로의 기체(a)의 공급은 기체공급라인(335)를 통해 이루어질 수 있으며, 기체공급라인(335) 상에는 어큐뮬레이터(332) 측으로 기체(a)의 공급을 개폐하기 위한 개폐밸브(335v)가 설치될 수 있다.
또한, 본 실시예에서 고압의 기체(a)를 다루는 유압장치(330)는, 안전상의 문제 발생 시 라인 내의 고압의 기체(a)를 제거할 수 있도록, 기체공급라인(335)으로부터 분기되는 벤트라인(336), 및 벤트라인(336) 상에 설치되는 벤트밸브(336v)를 더 포함할 수 있다.
오일공급라인(333) 상에 설치된 삼방밸브(334), 기체공급라인(335) 상에 설치된 개폐밸브(335v), 및 벤트라인(336) 상에 설치되는 벤트밸브(336v)의 제어는 제어부(미도시)에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템은, 라이저 텐셔너(300)의 실린더(321) 하부 및 상부 측으로 모두 압력을 인입시킬 수 있도록, 라이저 텐셔너(300)의 설계를 변경함으로써, 데릭(230) 그 주변 구조물의 강도를 검증하기 위한 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템은, 데릭(230)에 작용하는 하중을 측정하기 위한 로드셀(미도시)을 더 포함할 수 있다.
로드셀(미도시)은, 상술한 트래블링 블록(250)과 탑 드라이브(240)가 연결되는 위치에 설치될 수 있다.
한편, 일반적으로 트래블링 블록(250)과 탑 드라이브(240)가 연결되는 부위에는 로드핀(load pin)이 삽입되며, 로드 센서(load sensor)의 역할을 하는데, 본 발명에 따른 인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템은, 이 로드핀을 데릭(230)에 작용하는 하중을 측정하기 위한 로드셀(미도시)로 그대로 이용할 수도 있다.
로드셀(미도시)이 설치되는 위치가 상기에 한정되거나 제한되는 것은 아니며, 라이저(270)가 아래로 당겨지는 힘에 의해 데릭(230)에 작용하는 하중을 측정할 수 있는 적절한 위치에 자유롭게 로드셀(미도시)이 설치될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템은,데릭(230) 또는 그 주변 구조물의 변형량을 측정하기 위한 복수 개의 변형량 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 변형량 센서(미도시)는 데릭(230), 드릴 플로어(220), 메인 데크(210), 또는 주변의 구조물 등에 설치되어, 각 구조물의 변형량을 측정할 수 있다.
상술한 바와 같은, 본 발명에 따른 인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템을 이용하여, 데릭 로드 테스트를 수행하는 방법을 설명하고자 한다.
도 3은 본 발명에 따른 실린더장치의 작동을 나타낸 도면으로서, (a)는 운전모드에서 실린더장치에 작용하는 힘의 방향을 나타낸 것이고, (b)는 테스트모드에서 실린더장치에 작용하는 힘의 방향을 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템은, 시추 작업을 수행하는 '운전모드(operation mode)'와, 데릭 테스트를 수행하는 '테스트모드(test mode)'로 구분되어, 각각의 모드에서 라이저 텐셔너(300)의 동작을 달리한다.
우선, 도 2 및 도 3의 (a)를 참조하면, 운전모드(operation mode)는 시추 작업을 수행하는 모드로서, 시추 작업시에는 오일공급라인(333) 상에 설치된 삼방밸브(334)가 제어되어, 어큐뮬레이터(332)로부터 실린더(321)의 하부로 오일(o)이 공급되고, 이와 같이 유압장치(330)에 의해 실린더(321)의 하부로 유압이 공급됨으로써 피스톤 로드(322)가 상승하여 라이저(270)를 인장시킨다.
다음으로, 도 2 및 도 3의 (b)를 참조하면, 테스트모드(test mode)는 데릭(230)의 로드 테스트를 수행하는 모드로서, 시추 작업 전 데릭(230) 및 주변 구조물의 하중에 대한 강도를 검증하기 위한 것이다.
테스트 모드에서는 오일공급라인(333) 상에 설치된 삼방밸브(324)가 제어되어, 어큐뮬레이터(332)로부터 실린더(321)의 상부로 오일(o)이 공급되고, 이와 같이 유압장치(330)에 의해 실린더(321)의 상부로 유압이 공급되면, 피스톤 로드(322)가 하강하여 라이저(270)를 아래로 밀어주는 힘을 발생시킨다.
이때 발생하는 힘을 데릭 테스트 로드(derrick test load)로 사용할 수 있으며, 만약 라이저 텐셔너(300)에 6개의 실린더장치(320)가 구비되면, 최대 3,600 kips(약 1,630 ton)에 달하는 힘을 테스트 로드로 사용할 수 있다.
라이저(270)가 아래로 당겨지는 힘에 의해 데릭(230)에 걸리는 로드(load)는 로드셀(미도시)에 의해 측정되고, 데릭(230) 등의 구조물에 설치된 변형량 센서(미도시)에 의해 데릭(230) 및 그 주변 구조물의 변형량이 측정될 수 있다.
테스트모드에서 본 발명에 따른 데릭 로드 테스트 방법을 단계별로 살펴보면 다음과 같다.
데릭 로드 테스트가 개시되면, 공압용기(331)와 어큐뮬레이터(332)를 연결하고 있는 기체공급라인(335) 상에 설치된 개폐밸브(335v)가 열리게 되고, 공압용기(331)로부터 어큐뮬레이터(332)로 고압의 기체(a)가 공급된다. (제1 단계)
어큐뮬레이터(332)의 내부는 오일(o)이 채워지는 공간과 기체(a)가 채워지는 공간으로 구획되어 있으며, 기체(a)가 채워지는 공간은 공압용기(331)와 연결되고, 오일(o)이 채워지는 공간은 실린더(321)와 연결되어 있다.
따라서, 공압용기(331)로부터 어큐뮬레이터(332)로 고압의 기체(a)가 공급되면, 기체(a)가 채워지는 공간의 체적이 늘어남에 따라, 어큐뮬레이터(332) 내부의 오일(o)이 실린더(321) 측으로 공급되게 된다. 이때, 테스트모드에서는 오일공급라인(333) 상에 설치된 삼방밸브(334)가 제어되어, 제2 오일공급라인(333b)으로의 공급은 차단되고, 제1 오일공급라인(333a)을 통해 어큐뮬레이터(332)로부터 실린더(321)의 상부로 오일(o)이 공급된다. (제2 단계)
실린더(321)의 상부로 오일(o)이 공급되면, 실린더(321) 내부에서 피스톤로드(322)가 하강하며 라이저(370)가 아래로 당겨지는 힘이 발생한다. (제3 단계)
라이저(370)가 아래로 당겨지는 힘을 데릭 테스트 로드로 이용할 수 있으며, 데릭(230)에 설치된 로드셀(미도시)과, 데릭(230) 및 데릭(230)의 주변 구조물에 설치된 변형량 센서(미도시)에 의해 데릭 로드 테스트를 수행한다. (제4 단계)
본 발명에 따른 인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템에 의하면, 실제 해양구조물 상에서 데릭 로드 테스트가 이루어지도록 함으로써, 데릭 자체의 강도 검증은 물론 실제 데릭의 하중이 전달되는 해양구조물의 드릴 플로어 및 그 주변 구조물의 전체적인 구조 변형량 및 강도에 대한 검증이 가능하다.
또한, 본 발명은 기존의 라이저 텐셔너의 설계를 변경하여 데릭 로드 테스트 시스템으로 활용한 것으로서, 데릭 로드 테스트를 위한 별도의 설비를 따로 갖추어야 할 필요가 없으며, 하중을 발생시키기 위한 별도의 웨이트 블록(weight block)도 필요하지 않다.
따라서, 본 발명은 자원을 효율적으로 이용하는 것이며, 비용 절감의 효과가 매우 크다. 이는 타 조선소와의 경쟁 우위를 통한 수주 경쟁력의 강화로 이어질 수 있다.
이상에서는 본 발명의 특정 실시예를 중심으로 하여 설명하였지만, 본 발명의 취지 및 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술 분야에 있을 수 있으며, 따라서 전술한 설명 및 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어야 한다.
a : 기체 o : 오일
m : 문풀
210 : 메인데크 220 : 드릴 플로어
230 : 데릭 240 : 탑 드라이브
250 : 트래블링 블록 260 : 드로웍스
270 : 라이저 280 : 텔레스코픽 조인트
300 : 라이저 텐셔너
310 : 텐셔닝 링부 320 : 실린더 장치
321 : 실린더 322 : 피스톤 로드
330 : 유압장치 331 : 공압용기
332 : 어큐뮬레이터 333 : 오일공급라인
333a : 제1 오일공급라인 333b : 제2 오일공급라인
334 : 삼방밸브 335 : 기체공급라인
335v : 개폐밸브 336 : 벤트라인
336v : 벤트밸브

Claims (11)

  1. 시추에 사용되는 라이저를 인장시키는 인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템에 있어서,
    상기 라이저 텐셔너는,
    데릭(derrick)이 탑재되는 드릴 플로어(drill floor)의 하부에 연결되어 상기 라이저의 인장력을 유지하는 실린더;
    일부가 상기 실린더 내로 삽입되어, 상기 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤 로드; 및
    상기 실린더의 내부로 오일을 공급하는 유압장치;를 포함하고,
    시추 작업시에는, 상기 피스톤 로드가 상기 실린더 내부를 압축하도록 상기 실린더로 오일이 공급되어, 상기 라이저를 위로 들어올리는 힘을 발생시키고,
    데릭 로드 테스트시에는, 상기 실린더 내부로부터 상기 피스톤 로드를 밀어내도록 상기 실린더로 오일이 공급되어, 상기 라이저가 아래로 당겨지는 힘을 발생시키며, 이 힘에 의하여 상기 데릭에 로드를 가함으로써, 데릭 로드 테스트(derrick load test)를 수행하는 것을 특징으로 하는,
    인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유압장치는,
    기체를 고압으로 압축하는 에어컴프레셔;
    고압으로 압축된 기체가 저장되는 공압용기; 및
    상기 공압용기로부터 고압의 기체를 공급받아, 상기 실린더 내부로 오일을 공급하는 어큐뮬레이터;를 포함하는,
    인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 유압장치는,
    상기 공압용기로부터 상기 어큐뮬레이터로 고압의 기체가 공급되는 기체공급라인; 및
    상기 어큐뮬레이터로부터 상기 실린더로 오일이 공급되는 오일공급라인;을 더 포함하고,
    상기 어큐뮬레이터의 내부는 오일이 채워지는 공간과 기체가 채워지는 공간으로 구획되며, 오일이 채워지는 공간은 상기 오일공급라인을 통해 상기 실린더와 연결되고, 기체가 채워지는 공간은 상기 기체공급라인을 통해 상기 공압용기와 연결되는 것을 특징으로 하는,
    인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 오일공급라인은, 상기 실린더 내부로부터 상기 피스톤 로드를 밀어내도록 상기 실린더로 오일을 공급하는 제1 오일공급라인과, 상기 피스톤 로드가 상기 실린더 내부를 압축하도록 상기 실린더로 오일을 공급하는 제2 오일공급라인으로 분기되는 것을 특징으로 하는,
    인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 오일공급라인 상에서, 상기 제1 오일공급라인과 상기 제2 오일공급라인이 분기되는 분기점에 삼방밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는,
    인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 유압장치는,
    상기 기체공급라인 상에 설치되어, 상기 어큐뮬레이터 측으로 고압의 기체의 공급을 개폐하는 개폐밸브;를 더 포함하는,
    인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 유압장치는,
    상기 기체공급라인 상에서 분기되어, 라인 내 고압의 기체를 배출하는 벤트라인;을 더 포함하는,
    인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 데릭의 상부에 설치되어 드릴 파이프를 회전시키는 탑 드라이브;
    상기 탑 드라이브의 상부에 설치되어 호이스팅 와이어가 연결되는 트래블링 블록(travelling block); 및
    상기 탑 드라이브와 상기 트래블링 블록이 연결되는 위치에 설치되어, 상기 데릭에 걸리는 하중을 측정하는 로드셀;을 더 포함하는,
    인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템.
  9. 청구항 8 에 있어서,
    상기 데릭, 상기 드릴 플로어 또는 상기 데릭의 주변 구조물에 설치되는 변형량 센서;를 더 포함하는,
    인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템.
  10. 시추에 사용되는 라이저를 인장시키는 인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템에 있어서,
    상기 라이저 텐셔너는 유압 실린더로 구성되고,
    상기 실린더는 유압장치에 의하여 하부뿐만 아니라 상부로도 유압을 공급받을 수 있으며,
    상기 실린더의 상부로 유압을 공급하여, 상기 실린더 내부의 피스톤 로드가 하강함에 따라 상기 라이저가 아래로 당기는 힘에 의하여 상기 데릭에 로드를 가함으로써, 데릭 로드 테스트(derrick load test)를 수행하는,
    인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 시스템.
  11. 시추에 사용되는 라이저를 인장시키는 인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 방법에 있어서,
    상기 라이저 텐셔너는,
    데릭(derrick)이 탑재되는 드릴 플로어(drill floor)의 하부에 연결되어 상기 라이저의 인장력을 유지하는 실린더;
    일부가 상기 실린더 내로 삽입되어, 상기 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤 로드;
    상기 실린더의 상부 또는 하부로 오일을 공급하는 어큐뮬레이터; 및
    상기 어큐뮬레이터로 공급되는 고압의 기체가 저장된 공압용기;를 포함하고,
    (a) 상기 공압용기에 저장된 고압의 기체를 상기 어큐뮬레이터 측으로 공급하는 단계;
    (b) 상기 어큐뮬레이터 내부의 오일이, 상기 어큐뮬레이터로 공급되는 고압의 기체에 밀려 상기 실린더 측으로 공급되는 단계;
    (c) 상기 어큐뮬레이터와 상기 실린더를 연결하는 오일공급라인 상에 설치된 삼방밸브를 제어하여, 상기 어큐뮬레이터로부터 상기 실린더의 하부로의 오일의 공급을 차단하고, 상기 실린더의 상부로 오일을 공급하는 단계;
    (d) 상기 피스톤 로드가 상기 실린더 내에서 하강하는 단계;
    (e) 상기 피스톤 로드가 하강함에 따라, 상기 라이저가 아래로 당겨지는 힘이 발생하여 상기 데릭에 로드로 작용하는 단계; 및
    (f) 상기 데릭에 설치된 로드셀과, 상기 데릭 및 상기 드릴 플로어에 설치된 변형량 센서에 의해 측정치를 측정하는 단계;를 포함하는,
    인라인 텐셔너를 이용한 데릭 로드 테스트 방법.
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