해저 브리지 시스템

해저 브리지 시스템{Subsea Bridge System}

본 발명은 해저 생산설비 등의 설치를 위한 부유체에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 부유식 생산설비와 해저 시스템의 중간단계의 설비로 각종 생산설비 및 저장설비를 해수면으로부터 일정거리에 떨어진 수중에 설치하는 해저 브리지 시스템에 관한 것이다.

해저생산처리 시스템은 유정에서 생산된 원유 및 가스를 해상플랫폼으로 공급하는 해저생산 시스템과 유정의 생산량을 향상하기 위한 프로세싱 시스템으로 구성된다. 그런데 통상 해저 생산설비와 부유식 생산설비 간에 중간단계가 없기 때문에 각종 생산설비 및 저장설비로 이송시 사고 및 장비 고장시 수리에 시간과 비용이 발생되고 있다.

이러한 단점을 해소하기 위해 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 공개특허공보 제2013-0081688호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제1238629호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.

선행문헌 1은 해상의 부유시설을 계류하기 위한 계류장치에 있어서, 상기 부유시설 하부의 수중 일정 깊이에 고정되게 위치하는 잠수식 부교를 포함하여 구성되며, 상기 잠수식 부교는 부력을 가지는 파이프로 구성되어 해저의 무게추 또는 닻에 연결되며, 상기 부유시설에 연결된 로프와 연결되어 있다. 이에, 부유시설이나 해상에 운항하는 선박에 간섭을 주지 않는 효과를 기대한다.

선행문헌 2는 물성분과 원유 성분을 포함하는 액체와 가스성분을 포함하는 기체로 분리되는 2상 분리기; 상기 2상 분리기에서 분리된 액체가 유입되어 밀도차에 의해 물 성분과 원유 성분으로 분리되는 해저 저장설비; 상기 해저 저장 설비와 연결되며, 수면 상에 부유하도록 배치되는 부유체; 등을 구비한다. 이에, 부유체의 크기를 대폭 줄일 수 있으므로 원유를 운반하는 선박과 부유체의 충돌 위험을 제거하는 효과를 기대한다.

그러나, 상기한 선행문헌 1에 의하면 계류장치를 요지로 하므로 부유시설의 크기 축소와 무관하고, 선행문헌 2에 의하면 해저 저장설비의 장비 고장시 수리하기 용이하지 않고 많은 시간을 소요한다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 해저 생산설비와 부유식 생산설비의 중간단계의 설비로서 각종 생산설비 및 저장설비를 해수면으로부터 일정거리에 떨어진 수중에 설치하여 자원 개발의 원활성을 높이는 해저 브리지 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 해저 유정의 시추 대상물에 대한 제반 공정을 처리하는 시스템에 있어서: 상기 유정에 인접한 수중과 해상으로 승하강 가능하게 설치되는 수중부유체; 상기 유정과 수중부유체 사이를 연결하는 플렉시블 라이저; 및 상기 수중부유체에 연결되어 오일의 저장과 오프로딩을 수행하는 해상부유체;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 수중부유체는 플랫폼 상에 승하강 유발을 위한 부력조절부와, 설정된 위치의 유지를 위한 계류부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 변형예로서, 상기 수중부유체의 플랫폼은 조류에 의한 진동을 감쇠하기 위한 제진설비를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 플렉시블 라이저는 연결부에 작용하는 외력을 축소하도록 부이탱크를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 해상부유체는 정제된 오일을 저장하는 저장부와, 저장된 오일을 선적하는 오프로딩부와, 수중부유체의 작동을 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 각종 생산설비 및 저장설비를 해수면으로부터 일정거리에 떨어진 수중에 설치하여 해저자원 개발 중 발생 가능한 사고위험을 경감하고 장비 고장시 수리의 용이성을 확보하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 해저 브리지 시스템를 개념적으로 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 브리지 시스템을 부분확대와 함께 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 브리지 시스템의 부상된 상태를 나타내는 모식도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 해저 유정(10)의 시추 대상물에 대한 제반 공정을 처리하는 시스템에 관하여 제안한다. 유정(10)의 시추 대상물을 오일로 설명하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 제반 공정은 시추로부터 생산, 정제, 저장, 오프로딩에 이르는 모든 공정을 포함한다.

본 발명에 따르면 수중부유체(20)가 상기 유정(10)에 인접한 수중과 해상으로 승하강 가능하게 설치되는 구조이다. 수중부유체(20)는 개발된 유정(10)의 해상으로 이동(예인)되어 웰헤드(15)의 상측으로 설정된 수심으로 잠수된다. 웰헤드(15)는 유정(10)의 유량 및 압력을 제어한다. 수중부유체(20) 상에는 오일의 생산과 정제를 위한 공정처리부(22)가 탑재된다. 수중부유체(20)가 수중에 설치되기 때문에 해상상태(파도, 바람 등)의 영향을 받지 않고, 생산구역에 작업자가 없기 때문에 인명사고의 위험이 크게 줄어든다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 수중부유체(20)는 플랫폼(21) 상에 승하강 유발을 위한 부력조절부(24)와, 설정된 위치의 유지를 위한 계류부(25)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 부력조절부(24)는 플랫폼(21) 상에서 균형된 위치에 배치되며, 수중부유체(20)의 잠수와 부상을 위한 장비들을 구비한다. 계류부(25)는 플랫폼(21)의 코너 부분에 배치되며, 텐돈(26), 앵커(27), 텐돈(26)을 권취하는 윈치 등을 구비한다. 전술한 공정처리부(22)는 부력조절부(24) 및 계류부(25)의 배치에 영향을 주지 않으면서 플랫폼(21)의 상면과 내부를 연결하도록 배치한다.

한편, 부력조절부(24) 및 계류부(25)의 일부 장비는 공정처리부(22)의 장비와 공유할 수도 있다. 예컨대, 텐돈(26)을 저장한 공간을 용량가변형의 부력탱크로 공유하여 텐돈(26)이 풀려나간 공간을 축소하고 반대편의 증가된 공간에 해수를 충진하여 잠수를 위한 부력감소에 조력한다.

본 발명의 변형예로서, 상기 수중부유체(20)의 플랫폼(21)은 조류에 의한 진동을 감쇠하기 위한 제진설비를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 수중부유체(20)는 해상보다 수중에서 상대적으로 적은 요동과 진동을 받지만 조류의 저주파 진동에 의한 내구성 저하 우려에 대비하는 것이 좋다. 제진설비는 수동형이 선호되지만 수중부유체(20)의 중량이 커지면 능동형을 선택할 수도 있다. 후자의 경우 후술하는 제어부(45)에 의하여 강제적인 가진력 제어를 수행한다.

또, 본 발명에 따르면 플렉시블 라이저(30)가 상기 유정(10)과 수중부유체(20) 사이를 연결하는 구조이다. 수중부유체(20)가 승하강되는 동안 유정(10)의 웰헤드(15)와의 거리가 변동되므로 플렉시블 라이저(30)를 이용하여 안정적인 연결상태를 유지한다. 수중부유체(20)의 이동 용이성을 고려하여 플렉시블 라이저(30)는 플랫폼(21) 상에 수용한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 플렉시블 라이저(30)는 연결부에 작용하는 외력을 축소하도록 부이탱크(32)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 부이탱크(32)는 플렉시블 라이저(30) 상에 필요한 수량으로 고정하며, 웰헤드(15)와 플렉시블 라이저(30)가 연결되는 부분에 작용하는 하중을 경감한다. 도 2는 플렉시블 라이저(30)를 S자형으로 절곡한 부분에 부이탱크(32)를 설치한 상태를 예시한다.

또, 본 발명에 따르면 해상부유체(40)가 상기 수중부유체(20)에 연결되어 오일의 저장과 오프로딩을 수행하는 것을 특징으로 한다. 해상부유체(40)는 수중부유체(20)에 비하여 월등히 작은 크기로 형성되므로 해상 충돌의 위험성을 경감할 수 있다. 수중부유체(20) 및 해상부유체(40) 사이에는 기계적 연결과 유체이송 연결을 겸비한 엄빌리컬(35)을 설치한다. 해상부유체(40)는 자체적인 추진 기능 외에 예인 기능을 더 구비할 수도 있다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 해상부유체(40)는 정제된 오일을 저장하는 저장부(41)와, 저장된 오일을 선적하는 오프로딩부(43)와, 수중부유체(20)의 작동을 제어하는 제어부(45)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 수중부유체(20)에서 정제된 오일은 엄빌리컬(35)을 통하여 저장부(41)로 충진된다. 저장부(41)의 오일은 별도의 배관을 통하여 셔틀탱커로 이송된다. 제어부(45)는 저장부(41), 오프로딩부(43) 외에 수중부유체(20)의 공정처리부(22), 부력조절부(24), 계류부(25)에 연결되어 전반적인 제어를 수행한다.

설치에 있어서, 드릴쉽(도시 생략)을 이용하여 유정(10)을 발굴하면 웰헤드(15)를 설치하고, 해당 해역으로 수중부유체(20)와 플렉시블 라이저(30)를 이동하고, 텐돈(26)과 앵커(27)를 설치한 후에 플렉시블 라이저(30)를 연결하고, 공정처리부(22), 저장부(41), 오프로딩부(43)를 가동하여 일련의 공정을 수행한다. 특히 이 과정에서 제어부(45)는 부력조절부(24)와 계류부(25)를 제어하여 수중부유체(20)의 안정적인 승하강을 유도한다.

도 3을 참조하면, 수중부유체(20)의 공정처리부(22)에서 고장이 발생하는 경우 부력조절부(24)와 계류부(25)를 가동하여 수중부유체(20)를 수면으로 이동시키고 작업자를 탑승시켜 수리가 용이하다.

물론, 수중부유체(20)에서 플렉시블 라이저(30)를 분리하고 텐돈(26)을 감아서 철거가 용이하므로 다른 해역으로 이동하여 유정(10)을 개발하기 용이하다. 이에 본 발명의 브리지 시스템은 매장량이 적은 유정에서도 적용 가능하다.

한편, 이와 같은 방식에 의하면 시스템의 원가를 크게 감소시키는 동시에 지질과 토양 조사를 생략할 수 있어 제반 경비를 절감하므로 설치산업에 더하여 유지, 보수산업으로의 사업 진출도 가능하다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 유정 15: 웰헤드
20: 수중부유체 21: 플랫폼
22: 공정처리부 24: 부력조절부
25: 계류부 26: 텐돈
27: 앵커 30: 플렉시블 라이저
32: 부이탱크 35: 엄빌리컬
40: 해상부유체 41: 저장부
43: 오프로딩부 45: 제어부