해양구조물

해양구조물{MARINE STRUCTURE}

본 발명은, 해양구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 시추 작업을 위해 마우스홀에 라이저 파이프를 적치할 때 발생하는 충격을 저감하는 해양구조물에 관한 것이다.

원유의 안정적인 생산과 공급이 전 지구적인 차원에서 대단히 중요한 문제로 떠오르면서, 해저 채굴 기술의 발달과 더불어 군소의 한계 유전(Marginal field)이나 심해 유전의 개발에 적합한 시추설비를 구비한 시추선이 개발되고 있다.

종래의 해저 시추에는, 다른 예인선에 의해서만 항해가 가능하고 계류 장치를 이용하여 해상의 특정 지점에 정박한 상태에서 해저 시추 작업을 하는 해저 시추 전용의 리그선(Rigship)이나 고정식 플랫폼(Platform)이 주로 사용되었다.

최근에는, 첨단의 시추 장비를 탑재하고 있으며 자체의 동력으로 항해를 할 수 있도록 일반 선박과 동일한 형태로 제작된 드릴십(Drillship), FPSO(Floating Production Storage Offloading Vessels) 등이 개발되어 해저 시추에 사용되고 있다.

한편, 해양 석유/가스 시추 및 생산을 위해 드릴십이나 FPSO 등에는 드릴링(Drilling, 시추) 작업을 위해서 라이저 파이프(Riser pipe)를 사용하고 있다.

라이저 파이프는 시추를 위해 시추탑에서 심해로 내려보내는데, 라이저 파이프는 규격화된 단품으로 제작되어진다.

시추 작업의 생산성을 높이기 위해서는, 몇 개의 라이저 파이프 단품을 연결하여 길게 만든 후에 한번에 드릴링하게 된다.

이렇게 여러 개의 라이저 파이프 단품을 연결하기 위해, 시추 작업을 담당하는 드릴 플로어(Drill floor)에는 마우스홀(Mouse hole)이라는 라이저 파이프 단품을 잠시 보관하는 공간이 존재하고 있다.

즉, 시추작업의 시간을 절약하기 위해 연결할 드릴 파이프(Drill pipe)를 미리 유정(油井) 중앙 주위에 있는 조그만 구멍에 보관한다.

이러한 조그만 구멍에서 드릴 파이프 3개 정도를 미리 연결하는 작업을 하는데, 이 구멍이 조그마한 쥐구멍처럼 보인다고 해서 마우스홀이라고 부른다.

라이저 파이프 단품을 연결하기 위해서, 크레인(Crane)를 이용하게 되는데, 리프팅(Lifting)한 라이저 파이프를 마우스홀 내부에 적치하기 위해서 크레인과의 결착을 풀게 된다.

그런데, 라이저 파이프를 마우스홀 내부에 적치하는 경우에, 라이저 파이프가 마우스홀 하부로 떨어지며 충격하중을 가하게 된다.

이렇게 라이저 파이프가 마우스홀에 적치될 때 가하는 충격하중이 반복적으로 가해지는 경우에는, 드릴 플로어에 설치된 마우스홀의 연결부에 지속적인 피로(Fatigue)를 가하게 되어 피로파괴가 발생할 수 있는 문제점이 있다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 시추 작업을 위해 마우스홀에 라이저 파이프를 적치할 때 발생하는 충격을 저감하는 해양구조물을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 드릴 플로어(Drill floor)에 마련되어 시추시 사용되는 라이저 파이프(Riser pipe)가 수용되는 마우스홀(Mouse hole); 및 상기 라이저 파이프가 상기 마우스홀에 적치될 때 가하는 충격을 저감하도록 상기 마우스홀의 상부로 연장되어 마련되는 상부 충격흡수모듈을 갖는 마우스홀 충격저감장치를 포함하는 해양구조물이 제공될 수 있다.

상기 상부 충격흡수모듈은, 상기 라이저 파이프가 하강시에 발생하는 충격을 흡수하는 충격흡수유닛; 및 상기 마우스홀의 상단과 연결되어 상기 충격흡수유닛에 연결되는 연결유닛을 포함할 수 있다.

상기 충격흡수유닛은, 문풀(Moonpool) 내부의 유체유동에 의해 가해지는 하중에 의해 틸팅(Tilting)되는 것을 방지하기 위한 가이드 하우징(Guide housing); 및 상기 드릴 플로어에 결합되며, 일단은 상기 연결 유닛과 연결되어 상기 라이저 파이프가 적치될 때 발생하는 충격을 흡수하는 충격흡수부를 포함할 수 있다.

상기 충격흡수부는, 유체의 점성 저항을 이용하여 충격을 저감시키는 유압댐퍼일 수 있다.

상기 상부 충격흡수모듈은, 상기 마우스홀의 중심축을 중심으로 상호 이격되어 방사형으로 마련될 수 있다.

상기 상부 충격흡수모듈은, 유체의 유동이 일어나는 문풀 내의 상기 마우스홀 하부에서 유체하중에 의해 마우스홀의 틸팅을 방지하도록 일단은 상기 마우스홀의 외벽면에 대해 사선으로 결합되고 타단은 상기 드릴 플로어에 결합되는 탄성유닛; 및 상기 드릴 플로어에 마련되어 상기 탄성유닛의 이동을 가이드하는 안내부를 포함할 수 있다.

상기 마우스홀 충격저감장치는, 상기 마우스홀의 하단부에 마련되는 하부 충격흡수모듈을 더 포함할 수 있다.

상기 하부 충격흡수모듈은, 상기 라이저 파이프가 상기 마우스홀에 적치되는 경우에 발생하는 충격을 흡수하도록 신장 및 수축 가능하게 마련되는 신축충격흡수유닛; 상기 신축충격흡수유닛의 내부에 마련되어 충격을 흡수한 상기 신축충격흡수유닛이 충격을 흡수하기 전의 초기 위치로 회복시키는 복원유닛; 및 상기 복원유닛을 상기 마우스홀에 고정시키는 고정유닛을 포함할 수 있다.

상기 신축충격흡수유닛은, 고무 재질로 제작되어 다단으로 작동하는 텔레스코픽 댐퍼(telescopic dampers)일 수 있다.

본 발명의 실시 예들은, 시추 작업을 위해 마우스홀에 라이저 파이프를 적치할 때 발생하는 충격을 저감하는 해양구조물이 제공될 수 있다.

도 1은 해양구조물의 마우스홀의 형상을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 해양구조물의 확대 단면도이다.
도 3은 도 2의 마우스홀 충격저감장치의 상부 충격흡수모듈을 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 2의 B부분을 나타낸 하부 충격흡수모듈을 나타낸 단면도이다.
도 5는 복원유닛을 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 상부 충격흡수모듈의 동작을 나타낸 동작도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 하부 충격흡수모듈의 동작을 나타낸 동작도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 상부 충격흡수모듈의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 상부 충격흡수모듈의 동작을 나타낸 동작도이다.

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.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 해양구조물의 마우스홀의 형상을 나타내는 사시도이며, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 해양구조물의 확대 단면도이고, 도 3은 도 2의 마우스홀 충격저감장치의 상부 충격흡수모듈을 나타낸 평면도이며, 도 4는 도 2의 B부분을 나타낸 하부 충격흡수모듈을 나타낸 단면도이며, 도 5는 복원유닛을 나타낸 평면도이고, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 상부 충격흡수모듈의 동작을 나타낸 동작도이며, 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 하부 충격흡수모듈의 동작을 나타낸 동작도이고, 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 상부 충격흡수모듈의 단면도이며, 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 상부 충격흡수모듈의 동작을 나타낸 동작도이다.

이하에서 도 1 내지 도 9에 도시된 해양구조물(1)의 구성을 먼저 설명한 후에, 추후에 동작을 설명하도록 한다.

해양구조물(1)에는, 시추작업을 빠른 시간 내에 수행하기 위해 드릴 파이프를 연결하는 작업이 필요하다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 작업을 하기 위해 해양구조물(1)에는, 드릴링 파이프와 라이저 파이프를 미리 유정 중앙 주위에 있는 조그만 구멍에 보관하는 마우스홀(10)이 형성되어 있다.

그리고 본 실시예에서, 해양구조물(1)은 자항능력(自航能力)을 가지는 시추용 선박인 것을 예를 들어 설명하나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않고 마우스홀(10)이 형성된 선박 또는 해상구조물이라면 어떤 것이든지 적용이 가능하다 할 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 해양구조물(1)은, 마우스홀(10)과, 마우스홀 충격저감장치(20)을 포함한다.

먼저, 마우스홀(10)은, 시추작업을 담당하는 드릴 플로어(Drill floor)에 마련된다.

마우스홀(10)은, 시추시 사용되는 라이저 파이프(Riser pipe)가 수용되는 역할을 한다.

여기서 라이저 파이프란, 시추선과 해저 사이를 연결하는 파이프를 말하며, 시추는 이 끝 부분에 드릴이 붙어 있는 드릴링 파이프(Drilling pipe)가 회전하며 이루어진다.

참고로, 드릴링 파이프는, 드릴십의 주탑에 설치된 탑드라이버(Top driver)에 결합되어 문풀(moonpool)에 설치되며, 이 탑드라이버가 드릴링 파이프를 회전시킴으로써, 드릴링 파이프 하단에 설치된 드릴비트를 회전시켜 해저를 굴착하게 되는 것이다.

다음으로, 마우스홀 충격저감장치(20)는, 상부 충격흡수모듈(300)과, 하부 층격흡수모듈(500)을 포함한다.

그리고, 상부 충격흡수모듈(300)은, 마우스홀(10)의 상부로 연장되어 마련된다.

상부 충격흡수모듈(300)은, 라이저 파이프가 마우스홀(10)에 적치될 때 가하는 충격을 저감하는 역할을 한다.

따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상부 충격흡수모듈(300)은, 마우스홀(10)의 중심축을 중심으로 상호 이격되어 방사형으로 마련된다.

본 발명의 제1 실시예에 따른, 상부 충격흡수모듈(300)은, 충격흡수유닛(310)과, 연결유닛(320)을 포함한다.

먼저 충격흡수유닛(310)은, 라이저 파이프가 하강시에 발생하는 충격을 흡수하는 역할을 한다.

이를 위해서 충격흡수유닛(310)은, 가이드 하우징(311, Guide housing)과, 충격흡수부(313)를 포함한다.

우선, 가이드 하우징(311)은, 문풀(Moonpool) 내부의 유체유동에 의해 가해지는 하중에 의해 틸팅(Tilting)되는 것을 방지하는 역할을 한다.

해수나 바람의 영향으로 문풀 내부에서는 유체 유동이 발생하게 되는데, 이러한 유체 유동에 의해 충격흡수부(313)의 연결축에 하중이 걸리게 된다.

이러한 하중으로 인해 충격흡수부(313)는 기울어질 수 있는데, 가이드 하우징(311)이 틸팅을 방지하는 것이다.

다음으로, 충격흡수부(313)는, 드릴 플로어에 결합되며, 일단은 연결유닛(320)과 연결되어 라이저 파이프가 적치될 때 발생하는 충격을 흡수하는 역할을 한다.

본 실시예에서 충격흡수부(313)는, 유체의 점성 저항을 이용하여 충격을 저감시키는 유압댐퍼(Hydraulic damper)로 이루어질 수 있으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않으며 스프링, 고무 기타 충격을 흡수하는 재질로 마련될 수 있다.

한편, 연결유닛(320)은, 마우스홀(10)의 상단과 연결되어 충격흡수유닛(310)에 연결된다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 마우스홀 충격저감장치(20)의 하부 충격흡수모듈(500)은, 마우스홀(10)의 하단부에 마련된다.

구체적으로 하부 충격흡수모듈(500)은, 신축충격흡수유닛(510)과, 복원유닛(520)과, 고정유닛(530)을 포함한다.

우선, 신축충격흡수유닛(510)은, 라이저 파이프가 마우스홀(10)에 적치되는 경우에 발생하는 충격을 흡수하도록 신장 및 수축가능하게 마련된다.

그래서, 신축충격흡수유닛(510)은, 고무 재질로 제작되어 다단으로 작동하는 텔레스코픽 댐퍼(telescopic dampers)로 이루어질 수 있으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않고 유연한 다양한 재질로 마련될 수 있다.

다음으로, 복원유닛(520)은, 신축충격흡수유닛(510)의 내부에 마련된다.

복원유닛(520)은, 충격을 흡수한 신축충격흡수유닛(510)이 충격을 흡수하기 전의 초기 위치로 회복시키는 역할을 한다.

그래서, 복원유닛(520)은, 가해지는 충격을 흡수하여 수축되되, 충격이 제거되고 난 후에는 다시 신장되는 적어도 하나의 스프링(520a)으로 이루어질 수 있다.

본 실시예에서 적어도 하나의 스프링(520a)은 복수 개의 스프링(520a)이며, 복수 개의 스프링(520a)은, 마우스홀(10) 내에 상호 이격되어 방사형으로 마련된다.

즉, 복수 개의 스프링(520a)은, 가해지는 충격을 분산시키기 위해서 적당한 이격거리를 두고 배치되는 것이 효율적인데, 본 실시예에서는 도 5에 도시된 바와 같이 복수 개의 스프링(520a)이 상호 이격되어 방사형으로 마련되고 있는 것이다.

그리고, 복원유닛(520)은, 라이저 파이프가 마우스홀(10)에 적치될 때 접촉되는 면적을 넓혀주기 위하여 라이저 파이프에 결합되는 지지유닛(521)을 더 포함한다.

이를 자세히 살펴보면, 지지유닛(521)은 지지 플레이트(521a)와, 적어도 하나의 가이드부재(521b)를 포함한다.

먼저, 지지 플레이트(521a)는, 라이저 파이프가 하강하여 적층된다.

가이드부재(521b)는, 마우스홀(10)에 결합되어 지지 플레이트(521a)의 이동을 안내하는 역할을 한다.

즉, 가이드부재(521b)는, 라이저 파이프가 적치된 지지 플레이트(521a)가 하강 및 상승할 때에, 지지 플레이트(521a)가 부드럽게 상승 및 하강하여 위치가 이동되도록 하는 역할을 한다.

본 실시예에서 가이드부재(521b)는, 4개가 이격되어 방사형으로 마련되었으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않고 이동을 효율적으로 안내할 수 있는 다양한 갯수로 적용될 수 있음은 당연하다 할 것이다.

한편, 고정유닛(530)은, 복원유닛(520)을 마우스홀(10)에 고정시키는 역할을 한다.

구체적으로 고정유닛(530)은, 고정 플레이트(531)와, 결합부재(533)를 포함한다.

고정 플레이트(531)는, 신축충격흡수유닛(510)과 연결되어 마우스홀(10)의 외측면에 배치되어 있다.

결합부재(533)는, 고정 플레이트(531)와, 마우스홀(10)을 결합시키는 역할을 한다.

본 실시예에서 결합부재(533)는, 클램프(Clamp)로 이루어져 있으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않고, 볼트, 키, 핀, 리벳, 나사와 같은 다양한 기계요소들이 적용될 수 있음은 당연하다 할 것이다.

이하에서는 도 1 내지 도 9를 참조하여, 해양구조물(1)의 동작을 설명하도록 한다.

라이저 파이프를 마우스홀(10) 내부에 적치하려면, 크레인과의 결착을 풀게된다.

이 경우 라이저 파이프는 마우스홀(10) 하부로 떨어지며 충격하중을 가하게 된다.

이렇게 라이저 파이프가 마우스홀(10)에 적치될 때 가하는 충격하중이 반복적으로 가해지는 경우에는, 드릴 플로어에 설치된 마우스홀(10)의 연결부에 지속적인 피로를 가하게 되어 피로파괴의 가능성이 발생하게 된다.

도 6을 참고하여, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 라이저 파이프가 마우스홀(10) 하부로 떨어지며 마우스홀(10)의 주변에 충격을 가하게 된다.

본 실시예에서는 마우스홀(10)의 왼쪽으로 충격이 전달되는 경우를 예를 들어 설명하는데, 충격이 마우스홀(10)의 상단과 연결되어 있는 연결유닛(320)에 충격을 전달하게 된다.

그러면 연결유닛(320)과 연결되어 있는 유압댐퍼(313a)가 유체의 점성 저항을 이용하여 충격을 흡수하게 된다.

이때, 충격흡수유닛(310)이 충격을 잘 흡수할 수 있도록, 가이드 하우징(311)은 틸팅을 방지한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 마우스홀 충격저감장치(20)의 하부 충격흡수모듈(500)의 동작을 설명하면, 라이저 파이프를 마우스홀(10)에 적치할 때에는, 드릴 플로어에 설치된 마우스홀(10)의 연결부로 라이저 파이프가 접근하게 된다.

라이저 파이프가 마우스홀(10)에 적치될 때에, 접촉되는 면적을 넓혀주기 위해 지지 플레이트(521a)에 먼저 적층된다.

지지 플레이트(521a)에 적층된 라이저 파이프는, 하강하면서 마우스홀(10)의 연결부에 충격을 가하게 되고, 이러한 충격을 흡수하기 위해 텔레스코픽 댐퍼인 신축충격흡수유닛(510)이 아래로 신장하게 된다.

신축충격흡수유닛(510)이 아래로 신장하는 경우, 라이저 파이프가 적치된 지지 플레이트(521a)도 하강하게 되며, 이에 따라 가해지는 충격을 스프링(520a)이 흡수하여 수축된다.

이때 지지 플레이트(521a)의 안정적이면서 부드러운 이동을 안내하기 위해 가이드부재(521b)가 이격되어 방사형으로 배치된다.

한편, 라이저 파이프가 하강할 때의 충격이 제거되고 난 후에 다시 라이저 파이프를 리프팅하게 되면, 스프링(520a)은 하중이 제거되므로 다시 신장되며, 이때 텔레스코픽 댐퍼도 위로 신장하게 된다.

따라서, 이와 같이 마우스홀(10) 하단부에 텔레스코픽 댐퍼(510a)가 마련되어, 라이저 파이프가 마우스홀(10) 하부에 적층되면 텔레스코픽 댐퍼(510a)가 신장되면서 하부에 가하는 충격하중을 흡수하게 되므로 충격을 저감하게 된다.

이러한 동작으로 라이저 파이프가 마우스홀(10)에 적치될 때 가하는 충격하중이 반복적으로 가해지는 경우에도, 드릴 플로어에 설치된 마우스홀(10)의 연결부에 지속적인 피로를 저감하게 되어 결과적으로 마우스홀(10)의 연결부의 피로파괴의 가능성이 저감되는 것이다.

전술한 실시예에서는, 마우스홀 충격저감장치(20)가 상부 충격흡수모듈(300)과 하부 충격흡수모듈(500)을 모두 구비하고 있는 것에 대하여 상술하였다.

다만, 상부 충격흡수모듈(300) 만으로 라이저 파이프를 적치할 때 발생하는 충격을 저감할 수 있다면, 하부 충격흡수모듈(500)은 생략될 수도 있을 것이다.

이하에서는, 본 발명의 제2 실시예의 상부 충격흡수모듈(300a)의 구성을 먼저 설명하고 추후에 동작을 설명하도록 한다.

본 발명의 제1 실시예의 상부 충격흡수모듈(300)와 동일한 구성의 설명은 앞서 하였으므로 생략하고 다른 구성을 설명하도록 한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른, 상부 충격흡수모듈(300a)은, 탄성유닛(330)과, 안내부(340)를 포함한다.

먼저, 탄성유닛(330)은, 일단은 마우스홀(10)의 외벽면에 대해 사선으로 결합되고 타단은 드릴 플로어에 결합된다.

탄성유닛(330)이 마우스홀(10)의 외벽면에 대해 사선으로 결합되는 경우에, 마우스홀(10)에 대해 가해지는 충격력이나 유체하중에 의한 틸팅에도 대응이 가능하다.

본 실시예에서 탄성유닛(330)은, 물체의 탄성, 또는 변형에 의한 에너지의 축적 등을 이용하는 스프링으로 이루어질 수 있으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않으며 고무나 기타 충격을 흡수하는 재질로 마련될 수 있다.

그래서 탄성유닛(330)은, 유체의 유동이 일어나는 문풀 내의 마우스홀(10) 하부에서 유체하중에 의해 마우스홀(10)의 틸팅을 방지하는 역할을 한다.

다음으로, 안내부(340)는, 드릴 플로어에 마련되어 탄성유닛(330)의 이동을 가이드하는 역할을 한다.

즉, 안내부(340)는, 탄성유닛(330)의 수직처짐을 방지하고 탄성유닛(330)의 안정적인 신장 및 수축을 가이드하게 된다.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른, 상부 충격흡수모듈(300a)의 동작을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 제1 실시예의 하부 충격흡수모듈(300)와 동일한 동작의 설명은 앞서 하였으므로 생략하고 다른 동작을 설명하도록 한다.

먼저, 라이저 파이프가 마우스홀(10) 하부로 떨어지며 마우스홀(10)의 주변에 충격을 가하게 된다.

본 실시예에서는 마우스홀(10)의 왼쪽으로 충격이 전달되는 경우를 예를 들어 설명하는데, 충격이 마우스홀(10)의 상단부로 전달되는 경우에, 탄성유닛(330)이 물체의 탄성, 또는 변형에 의한 에너지를 축적하여 충격을 흡수하게 된다.

이때, 안내부(340)는, 탄성유닛(330)이 안정적으로 충격을 흡수할 수 있도록, 탄성유닛(330)의 이동을 가이드 한다.

즉, 문풀 내의 유체의 유동에 의해 마우스홀(10)이 틸팅이 일어 날 수 있는데, 탄성유닛(330)이 사선으로 배치된다면, 충격을 흡수할 수도 있으며 틸팅에도 대응이 가능한 것이다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

1 : 해양구조물 10 : 마우스홀
20 : 마우스홀 충격저감장치 300 : 상부 충격흡수모듈
310 : 충격흡수유닛 320 : 연결유닛
330 : 탄성유닛 340 : 안내부
500 : 하부 충격흡수모듈 510 : 신축충격흡수유닛
520 : 복원유닛 530 : 고정유닛