드릴링 라이저 검사 및 수리 시스템{Inspection and repair system for drilling riser}
본 발명은 드릴링 라이저 검사 및 수리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 드릴링 라이저의 검사나 수리를 위한 장비가 드릴링 라이저에서 자유롭게 이동할 수 있도록 구성된 드릴링 라이저 검사 및 수리 시스템에 관한 것이다.
해저 채굴 기술의 발달과 더불어 군소의 한계 유전(marginal field)이나 심해 유전의 개발에 적합한 시추설비를 구비한 시추선이 개발되어 있다. 종래의 해저 시추에는 다른 예인선에 의해서만 항해가 가능하고, 계류 장치를 이용하여 해상의 일점에 정박한 상태에서 해저 시추 작업을 하는 해저 시추 전용의 리그선(rig ship)이나 고정식 플랫홈이 주로 사용되었으나, 최근에는 첨단의 시추 장비를 탑재하고 자체의 동력으로 항해할 수 있도록 선박과 동일한 형태로 제작된 드릴쉽(drillship)이 개발되어 해저 시추에 사용되고 있다. 이러한 드릴쉽(drill ship)이나 드릴 리그(drill rig) 등과 같은 해양 구조물에는 문풀(moonpool)을 통해 해저에 연결되는 드릴링 라이저(drilling riser)가 설치된다. 이러한 드릴링 라이저는 파이프 형태의 도관으로서, 양단의 커넥터에 의해 다수로 연결되어, 드릴링 작업시 문풀로부터 해저 바닥까지 연장 설치됨으로써 오일이나 가스 등의 시추를 가능하도록 한다. 종래의 드릴링 라이저와 관련된 기술로는 한국공개특허 제10-2010-0016380호의 시추 라이저 스트링 및 그 구성물을 연결하기 위한 방법 및 장치와, 한국공개특허 제10-2013-0113704호의 라이저 및 라이저의 설치 방법 등이 개시되어 있다. 종래의 드릴링 라이저는 예를 들면 드릴 플로어(drill floor)로부터 유정의 웰 헤드(wellhead)까지 해수층에 노출되어 있는 드릴 파이프(drill pipe)를 해수로부터 보호해 줄 뿐만 아니라, 드릴링 머드(drilling mud)의 순환(circulation)시 머드와 커팅의 혼합물을 수면 위로 운반해 주는 통로 역할을 한다. 이와 같이 해양 시추에 있어서 매우 중요한 역할을 하는 드릴링 라이저는 정기적 또는 필요시 연결 상태를 점검해 주어야 하고, 이상 여부가 발견시 정밀 검사를 받게 되는데, 기존에는 ROV(Remotely Operated Vehicle)를 사용하여 정밀 콘트롤에 의해 3차원 이동을 실시하면서 드릴링 라이저에 대한 검사 내지 수리를 수행하게 된다. 그러나 ROV에 의한 드릴링 라이저의 검사 내지 수리는 고가 장비인 ROV 구입 내지 사용으로 인해 많은 비용과 시간이 소요되는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 드릴링 라이저의 검사나 수리를 위한 장비가 드릴링 라이저에서 자유롭게 이동하도록 하고, 드릴링 라이저의 검사나 수리에 소요되는 운영 시간 및 비용을 줄이도록 하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 드릴링 라이저의 양단 둘레에 각각 위치하도록 설치되는 가이드 써클; 상기 가이드 써클 각각에 설치되고, 제 1 무빙 구동부에 의해 상기 가이드 써클을 따라 이동하는 무빙 디바이스; 상기 무빙 디바이스 각각에 양단이 고정됨으로써 상기 드릴링 라이저의 길이방향을 따라 설치되는 리니어 가이드; 및 상기 리니어 가이드에 설치되고, 제 2 무빙 구동부에 의해 상기 리니어 가이드를 따라 이동하며, 상기 드릴링 라이저에 대한 검사 내지 수리를 실시하는 워킹 유닛을 포함하는 드릴링 라이저 검사 및 수리 시스템이 제공된다. 상기 가이드 써클은 상기 드릴링 라이저에 대하여 방사상으로 배치되어 상기 드릴링 라이저를 지지하는 다수의 지지부재가 내측에 마련될 수 있다. 상기 무빙 디바이스는 상기 가이드 써클과의 사이에 제 1 회전지지부재가 설치되어 상기 가이드 써클에 슬라이딩 가능하게 결합될 수 있다. 상기 제 1 무빙 구동부는 상기 가이드 써클을 따라 원형을 이루도록 마련되는 제 1 래크; 상기 제 1 래크에 기어 결합되고, 상기 무빙 디바이스에 회전 가능하게 설치되는 제 1 피니언; 상기 제 1 피니언을 회전시키기 위해 상기 무빙 디바이스에 설치되는 제 1 구동모터; 및 상기 제 1 구동모터의 회전력을 감속시켜서 상기 제 1 피니언에 전달하도록 상기 무빙 디바이스에 설치되는 제 1 감속기를 포함할 수 있다. 상기 워킹 유닛은 상기 리니어 가이드와의 사이에 제 2 회전지지부재가 설치되어 상기 리니어 가이드에 슬라이딩 가능하게 결합될 수 있다. 상기 제 2 무빙 구동부는 상기 리니어 가이드를 따라 직선을 이루도록 마련되는 제 2 래크; 상기 제 2 래크에 기어 결합되고, 상기 워킹 유닛에 회전 가능하게 설치되는 제 2 피니언; 상기 제 2 피니언을 회전시키기 위해 상기 워킹 유닛에 설치되는 제 2 구동모터; 및 상기 제 2 구동모터의 회전력을 감속시켜서 상기 제 2 피니언에 전달하도록 상기 워킹 유닛에 설치되는 제 2 감속기를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 측면에 따르면, 드릴링 라이저의 양단 둘레에 각각 설치되는 가이드 써클; 상기 가이드 써클 각각에 설치되어 상기 가이드 써클을 따라 이동하는 무빙 디바이스; 및 상기 무빙 디바이스 각각에 양단이 고정되는 리니어 가이드를 포함하고, 상기 드릴링 라이저에 대한 검사 내지 수리를 실시하는 워킹 유닛이 상기 리니어 가이드를 따라 이동하도록 설치되는 드릴링 라이저 검사 및 수리 시스템이 제공된다.
본 발명에 따르면, 드릴링 라이저의 검사나 수리를 위한 워킹 유닛이 드릴링 라이저에서 상하 및 좌우로 자유롭게 이동할 수 있도록 하고, 워킹 유닛의 이동 제어 및 위치 가변이 용이하며, 드릴링 라이저의 검사나 수리에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있고, 고가 장비의 사용을 필요로 하지 않아 드릴링 라이저의 검사나 수리에 소요되는 비용을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 드릴링 라이저 검사 및 수리 시스템을 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 드릴링 라이저 검사 및 수리 시스템의 가이드 써클과 무빙 디바이스의 결합 부분을 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 드릴링 라이저 검사 및 수리 시스템의 무빙 디바이스를 도시한 측단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시례에 따른 드릴링 라이저 검사 및 수리 시스템의 워킹 유닛을 도시한 평단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시례에 따른 드릴링 라이저 검사 및 수리 시스템의 동작을 설명하기 위한 사시도.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시례에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시례는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시례에 한정되는 것은 아니다. 제안된 방법은 다음과 같은 시스템으로 구성된다. 도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 드릴링 라이저 검사 및 수리 시스템을 도시한 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시례에 따른 드릴링 라이저 검사 및 수리 시스템(100)은 드릴링 라이저(drilling riser; 200)의 양단 둘레에 각각 설치되는 가이드 써클(guide circle; 110), 가이드 써클(110) 각각에 설치되어 가이드 써클(110)을 따라 이동하는 무빙 디바이스(moving device; 120), 그리고 무빙 디바이스(120) 각각에 양단이 고정되는 리니어 가이드(linear guide; 140)를 포함하고, 드릴링 라이저(200)에 대한 검사 내지 수리를 실시하는 워킹 유닛(working unit; 150)이 리니어 가이드(140)를 따라 이동하도록 설치된다. 가이드 써클(110)은 한 쌍의 원형을 이루는 부재로 이루어져서 드릴링 라이저(200)의 양단 둘레에 각각 위치하도록 설치되고, 무빙 디바이스(120)가 360도 원운동을 하도록 가이드하는데, 이를 위해 일례로 드릴링 라이저(200)에 대하여 방사상으로 배치되어 드릴링 라이저(200)를 지지하는 다수의 지지부재(111)가 내측에 마련될 수 있다. 따라서 가이드 써클(110)은 지지부재(111)에 의해 드릴링 라이저(200)의 끝단에 억지 끼움으로 고정될 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 무빙 디바이스(120)는 한 쌍으로 이루어져서 가이드 써클(110) 각각에 설치되고, 제 1 무빙 구동부(130)에 의해 가이드 써클(110)을 따라 이동하며, 지지부재(111)와의 간섭을 회피하도록 일측이 개방되도록 형성될 수 있다. 무빙 디바이스(120)는 가이드 써클(110)과의 사이에 제 1 회전지지부재(121)가 설치되어 가이드 써클(110)에 슬라이딩 가능하게 결합될 수 있다. 제 1 회전지지부재(121)는 무빙 디바이스(120)가 가이드 써클(110)에 슬라이딩 결합되어 가이드 써클(110)로부터 이탈하지 못하도록 하는 역할을 할 수 있는데, 일례로 베어링 부재로 이루어질 수 있고, 다른 예로서 본 실시례에서처럼 다수의 롤러부재로 이루어질 수 있다. 제 1 회전지지부재(121)는 롤러부재로 이루어지는 경우, 무빙 디바이스(120)의 내측에 가이드 써클(110)을 사이에 두고 서로 대향되도록 축부재(122)에 의해 각각 설치될 수 있고, 가이드 써클(110)에 안정적으로 결합되도록 볼록부(112)와 오목부(123)에 의해 무빙 디바이스(120)와 요철 결합될 수 있다. 제 1 무빙 구동부(130)는 무빙 디바이스(120)가 가이드 써클(110)을 따라 이동하기 위한 구동력을 제공하도록, 예컨대 모터에 의해 회전하는 구동휠, 모터에 의해 회전하는 스프로킷과 이에 치결합되는 체인, 이동자가 원운동이 가능하도록 설치되는 리니어 모터, 그 밖에 다양한 구조를 가질 수 있다. 제 1 무빙 구동부(130)는 일례로 가이드 써클(110)을 따라 원형을 이루도록 마련되는 제 1 래크(131), 제 1 래크(131)에 기어 결합되고, 무빙 디바이스(120)에 회전 가능하게 설치되는 제 1 피니언(132), 제 1 피니언(132)을 회전시키기 위해 무빙 디바이스(120)에 설치되는 제 1 구동모터(133), 그리고 제 1 구동모터(133)의 회전력을 감속시켜서 제 1 피니언(132)에 전달하도록 무빙 디바이스(120)에 설치되는 제 1 감속기(134)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 리니어 가이드(140)는 와이어나 축부재 등과 같은 길이부재로 이루어질 수 있고, 무빙 디바이스(120) 각각에 양단이 고정됨으로써 드릴링 라이저(200)의 길이방향을 따라 설치될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 워킹 유닛(150)은 리니어 가이드(140)에 설치되고, 제 2 무빙 구동부(160)에 의해 리니어 가이드(140)를 따라 이동하며, 드릴링 라이저(200)에 대한 검사 내지 수리를 실시하도록 한다. 워킹 유닛(150)은 리니어 가이드(140)와의 사이에 제 2 회전지지부재(151)가 설치되어 리니어 가이드(140)에 슬라이딩 가능하게 결합될 수 있으며, 드릴링 라이저(200)를 향하는 측에 드릴링 라이저(200)에 대한 검사나 수리를 수행하는 워킹 모듈(154)이 장착될 수 있다. 여기서 워킹 모듈(154)은 일례로 카메라, 라이트 및 조작 아암(manipulating arm) 등이 갖추어져 있어, 실질적인 ROV(Remotely Operated Vehicle)의 역할을 할 수 있다. 제 2 회전지지부재(151)는 워킹 유닛(150)이 리니어 가이드(140)에 슬라이딩 결합되어 리니어 가이드(140)로부터 이탈하지 못하도록 하는 역할을 할 수 있는데, 일례로 베어링 부재로 이루어질 수 있고, 다른 예로서 본 실시례에서처럼 다수의 롤러부재로 이루어질 수 있다. 제 2 회전지지부재(151)는 롤러부재로 이루어지는 경우, 워킹 유닛(150)의 내측에 리니어 가이드(140)를 사이에 두고 서로 대향되도록 축부재(152)에 의해 각각 설치될 수 있고, 리니어 가이드(140)에 안정적으로 결합되도록 볼록부(141)와 오목부(153)에 의해 리니어 가이드(140)와 요철 결합될 수 있다. 제 2 무빙 구동부(160)는 워킹 유닛(150)이 리니어 가이드(140)를 따라 이동하기 위한 구동력을 제공하도록, 예컨대 모터에 의해 회전하는 구동휠, 모터에 의해 회전하는 스프로킷과 이에 치결합되는 체인, 이동자가 직선운동이 가능하도록 설치되는 리니어 모터, 그 밖에 다양한 구조를 가질 수 있다. 제 2 무빙 구동부(160)는 일례로 리니어 가이드(140)를 따라 직선을 이루도록 마련되는 제 2 래크(161), 제 2 래크(161)에 기어 결합되고, 워킹 유닛(150)에 회전 가능하게 설치되는 제 2 피니언(162), 제 2 피니언(162)을 회전시키기 위해 워킹 유닛(150)에 설치되는 제 2 구동모터(163), 그리고 제 2 구동모터(163)의 회전력을 감속시켜서 제 2 피니언(162)에 전달하도록 워킹 유닛(150)에 설치되는 제 2 감속기(164)를 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 무빙 구동부(130,160)의 제 1 및 제 2 구동모터(133,163)는 조작자의 조작신호에 따라 워킹 유닛(150)의 위치를 제어하도록 제어신호를 출력하는 시스템(100)의 제어부에 의해 제어될 수 있다. 이와 같은 본 발명에 따른 드릴링 라이저 검사 및 수리 시스템의 작용을 설명하기로 한다. 검사 및 수리를 하고자 하는 드릴링 라이저(200)의 양단에 가이드 써클(110)을 장착하고, 가이드 써클(110)에 무빙 디바이스(120)를 설치하여 무빙 디바이스(120) 각각에 리니어 가이드(140)의 양단을 고정시킨다. 그리고 리니어 가이드(140)에 워킹 유닛(150)을 설치한다. 그런 다음, 도 5에 도시된 바와 같이 무빙 디바이스(120)의 이동에 의해 리니어 가이드(140)를 회전 이동시킴과 아울러, 리니어 가이드(140) 상에서 워킹 유닛(150)을 이동시킴으로써 드릴링 라이저(200)에 대하여 원하는 위치로 워킹 유닛(150)을 자유 자재로 이동시킬 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따르면, 드릴링 라이저(200)의 검사나 수리를 위한 워킹 유닛(150)이 드릴링 라이저(200)에서 상하 및 좌우로 자유롭게 이동할 수 있도록 하고, 워킹 유닛(150)의 이동 제어 및 위치 가변이 용이하며, 드릴링 라이저(200)의 검사나 수리에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있고, 고가 장비의 사용을 필요로 하지 않아 드릴링 라이저(200)의 검사나 수리에 소요되는 비용을 줄일 수 있다. 본 발명은 상기 실시례에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
110 : 가이드 써클 111 : 지지부재
112 : 볼록부 120 : 무빙 디바이스
121 : 제 1 회전지지부재 122 : 축부재
123 : 오목부 130 : 제 1 무빙 구동부
131 : 제 1 래크 132 : 제 1 피니언
133 : 제 1 구동모터 134 : 제 1 감속기
140 : 리니어 가이드 141 : 볼록부
150 : 워킹 유닛 151 : 제 2 회전지지부재
152 : 축부재 153 : 오목부
154 : 워킹 모듈 160 : 제 2 무빙 구동부
161 : 제 2 래크 162 : 제 2 피니언
163 : 제 2 구동모터 164 : 제 2 감속기
200 : 드릴링 라이저 |
