시추작업용 시멘트 공급 시스템 및 이를 이용한 시멘팅 작업 방법{Cement supply system for drilling and cementing operation method using the same}
본 발명은 시추작업용 시멘트 공급 시스템 및 이를 이용한 시멘팅 작업 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 시멘트 공급을 위한 라인을 드릴 플로어에서 바로 연결할 수 있도록 함으로써 시멘팅 준비 및 작업을 용이하면서도 안전하게 수행할 수 있도록 구성된 시추작업용 시멘트 공급 시스템 및 이를 이용한 시멘팅 작업 방법에 관한 것이다.
국제적으로 급격한 산업화 현상과 공업이 발전함에 따라, 석유와 같은 지구 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 심해유전의 개발이 경제성을 가지게 되었다. 따라서 해저 채굴 기술의 발달과 더불어, 이러한 유전에 대한 채굴에 적합한 시추설비가 개발되고 있다. 도 1은 종래의 기술에 따른 시추작업을 수행하는 시추선을 도시한 측면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 작업자는 라이저(4) 및 드릴 파이프(5)를 시추선(1)의 중앙에 형성된 문풀(3)을 통해 하향 전진시킴으로써 해저 바닥(sea bed; 6) 아래의 저유지(reservoir; 12)에 위치하는 유정(well; 13)에 저장되어 있는 해저자원을 시추한다. 이때 라이저(4)는 드릴 파이프(5)를 유정(13)까지 전진시키기 전에 미리 해저 바닥(6)까지 전진되는 부재로서 머드가 되돌아 오는 통로를 제공한다. 라이저(4)가 설치되면 라이저(4) 내부로 드릴 파이프(5)가 해저 지층(11)을 통해 유정(13)까지 하향 전진된다. 라이저(4)를 해저 바닥(6)까지 하향 전진시키거나, 드릴 파이프(5)를 유정(13)까지 전진시킬 경우, 짧은 길이의 라이저(4)나 드릴 파이프(5)를 서로 연결하여 하향 전진시킨다. 해저 바닥(6)에는 이상 고압이 드릴 파이프(5)를 타고 올라오는 것을 차단하기 위해 분출 방지용 스택(blowout preventer; BOP; 7)이 설치된다. 해저 지층(11)에는 시멘트에 의해 케이싱(8)을 고정한 후, 케이싱(8) 내부로는 드릴비트(10)가 장착된 드릴 파이프(5)를 삽입하여 해저자원을 시추한다. 드릴비트(10)가 땅을 뚫을 때 발생되는 열에 의해 과열되는 것을 방지하고, 윤활작용을 하여 드릴링을 더욱 쉽게 하기 위하여, 드릴 파이프(5) 속으로는 머드(9)가 삽입되는데, 이러한 머드(9)는 드릴비트(10)를 통해 빠져나가 케이싱(8)과 라이저(4)를 통하여 다시 되돌아오게 된다. 종래의 시추작업에서 해저 지층에 대한 시멘팅을 수행하기 위하여, 시멘트를 공급하는 시스템에 대해서는 도 2에 도시된 바와 같다. 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 시추작업용 시멘트 공급 시스템(20)은 드릴 플로어(drill floor; 31)에 위치한 시멘트 매니폴드(21)를 데릭(derrick; 32)의 고압에 해당하는 스탠드 파이프(stand pipe; 22)로 연결하고, 이러한 고압의 스탠드 파이프(22)가 호스(hose; 23)에 의해 시멘트 헤더(cement header)에 연결된다. 그러나 고압에 해당하는 데릭(32)의 스탠드 파이프(22)를 시멘트의 공급에 사용하게 됨으로써, 접근성과 안전상의 이유로 실제 운용에서는 해당 공급 라인을 제대로 사용하지 못하는 문제점을 가지고 있었다. 또한 드릴 플로어(31)의 시멘트 매니폴드(21)에서 데릭(31)의 약 15m 높이까지 스탠드 파이프(22)를 연결하고, 이러한 스탠드 파이프(22)로부터 시멘트 헤더와의 연결을 위하여 36m 이상의 호스(23)를 사용하여야 하는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 시멘트의 공급을 위한 라인을 드릴 플로어에서 바로 연결할 수 있도록 함으로써 시멘팅 준비 및 작업을 용이하면서도 안전하게 수행하도록 하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 시추작업용 시멘트의 공급 시스템에 있어서, 상기 시멘트가 공급되는 시멘트 매니폴드에 연결되고, 드릴 플로어의 하측을 통해서 DDM(Drill Drive Machine)의 하부까지 연장되도록 설치되는 시멘트 파이프; 및 상기 시멘트 파이프가 상기 드릴 플로어 상의 시멘트 헤더에 연결되도록 하는 연결라인을 포함하는 시추작업용 시멘트 공급 시스템이 제공된다. 상기 시멘트 파이프는 상기 연결라인에 연결되는 끝단이 상기 드릴 플로어 상에 노출 내지 돌출되도록 설치될 수 있다. 상기 연결라인은 신축성 재질 또는 구조를 가지는 플렉스 호스를 포함할 수 있다. 상기 연결라인은 상기 플렉스 호스에 연결되고, 레일을 따라 이동 가능하게 설치되는 텔레스코픽 파이프를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 측면에 따르면, 시추작업을 위한 시멘팅 작업 방법에 있어서, 상기 시멘트가 공급되는 시멘트 매니폴드로부터 드릴 플로어의 하측에 설치되는 시멘트 파이프를 통해서 DDM(Drill Drive Machine)의 하부까지 시멘트가 공급되도록 하는 단계; 상기 시멘트 파이프로부터 연결라인을 통해서 상기 드릴 플로어 상의 시멘트 헤더에 시멘트가 공급되도록 하는 단계; 및 상기 시멘트 헤더로 공급되는 시멘트를 사용하여 해저 지층에 대한 시멘팅을 실시하는 단계를 포함하는 시추작업용 시멘팅 작업 방법이 제공된다. 상기 시멘트 파이프를 통한 시멘트의 공급 단계는 상기 연결라인에 연결되는 상기 시멘트 파이프의 끝단을 상기 드릴 플로어 상에 노출 내지 돌출되도록 설치할 수 있다. 상기 연결라인을 통한 시멘트의 공급 단계는 상기 연결라인이 신축성 재질 또는 구조를 가지는 플렉스 호스를 포함할 수 있다. 상기 연결라인을 통한 시멘트의 공급 단계는, 상기 연결라인이 상기 플렉스 호스에 연결되어 레일을 따라 이동 가능하게 설치되는 텔레스코픽 파이프를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 시멘트의 공급을 위한 라인을 드릴 플로어에서 바로 연결할 수 있도록 함으로써 시멘팅 준비 및 작업을 용이하면서도 안전하게 수행할 수 있으며, 이로 인해 시추작업에서 시멘팅의 작업 효율을 증대시킬 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 시추작업을 수행하는 시추선을 도시한 측면도.
도 2는 종래의 기술에 따른 시추작업용 시멘트 공급 시스템을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시추작업용 시멘트 공급 시스템을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시추작업용 시멘트 공급 시스템에서 연결라인의 다른 예를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시추작업용 시멘팅 작업 방법을 도시한 흐름도.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시추작업용 시멘트 공급 시스템을 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 시추작업용 시멘트 공급 시스템(100)은 시멘트 파이프(cement pipe; 110)와, 연결라인(connection line; 120)을 포함하고, 드릴쉽(drillship), 반잠수식 시추선(semi-submersible drilling rig), 잭업 시추선(jack-up drilling rig) 등을 비롯하여, 시추를 위한 다양한 선박이나 해양 구조물에 사용될 수 있다. 시멘트 파이프(110)는 시추작업에 사용되는 시멘트가 공급되는 시멘트 매니폴드(cement manifold; 210)에 연결되고, 드릴 플로어(drill floor; 220)의 하측을 통해서 DDM(Drill Drive Machine; 230)의 하부까지 연장되도록 설치된다. 또한 시멘트 파이프(110)는 금속관이나 변형이 어려운 합성수지관 등과 같이 하드 파이프(hard pipe)로 이루어질 수 있으며, 연결라인(120)에 연결되는 끝단(111)이 드릴 플로어(220) 상에 상방으로 노출 내지 돌출되도록 설치될 수 있고, 끝단(111)에 연결라인(120)과의 연결을 위한 피팅부(미도시)가 마련될 수 있다. 한편 시멘트 매니폴드(210)는 외부의 시멘트공급부로부터 펌프의 펌핑력이나 자중에 의해 시추작업에 사용되는 시멘트가 공급되도록 마련되는데, 본 실시예에서처럼 스탠드 타입(stand type)으로 이루어져서 드릴 플로어(220) 상에 설치될 수 있고, 시멘트 파이프(110) 등과의 접속을 위한 접속부가 마련될 수 있다. 연결라인(120)은 시멘트 파이프(110)가 드릴 플로어(220) 상의 시멘트 헤더(cement header; 240)에 연결되도록 한다. 또한 연결라인(120)은 본 실시예에서처럼 신축성 재질 또는 구조를 가지는 플렉스 호스(flex hose)를 포함할 수 있다. 따라서 연결라인(120)은 재질적으로 신축성을 허용하는 고무, 합성수지, 실리콘 등의 재질로 이루어질 수 있고, 구조적으로 신축성을 허용하는 주름구조, 코일구조 등으로 이루어질 수 있으며, 이러한 재질적인 특성과 구조적인 특성을 동시에 가질 수도 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 연결라인(120)은 플렉스 호스(121)와 함께, 텔레스코픽 파이프(telescopic pipe; 122)를 더 포함할 수 있다. 여기서 텔레스코픽 파이프(122)는 다수의 관이 서로 겹쳐지는 구조를 가짐으로써 접힘과 펼쳐짐에 의해 길이 조절이 가능한 다수의 파이프로 이루어지고, 플렉스 호스(121)에 끝단이 연결됨으로써 시멘트 파이프(110)에 연결되며, 위치 가변이 가능하도록 레일(123)을 따라 이동 가능하게 설치될 수 있다. 따라서 연결라인(120)은 사용하지 않을 경우 텔레스코픽 파이프(122)를 레일(123)을 따라 다른 곳으로 이동시켜서 거치될 수 있도록 하고, 필요시 텔레스코픽 파이프(122)를 레일(123)에 의해 용이하게 이동시킬 수 있다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시추작업용 시멘팅 작업 방법을 도시한 흐름도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 시추작업용 시멘트 공급 시스템(100)을 예로 들어 설명하기로 한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 시추작업용 시멘팅 작업 방법은 시멘트가 공급되는 시멘트 매니폴드(210)로부터 드릴 플로어(220)의 하측에 설치되는 시멘트 파이프(110)를 통해서 DDM(Drill Drive Machine; 230)의 하부까지 시멘트가 공급되도록 하는 단계(S11)와, 시멘트 파이프(110)로부터 연결라인(120)을 통해서 드릴 플로어(220) 상의 시멘트 헤더(240)에 시멘트가 공급되도록 하는 단계(S12)와, 시멘트 헤더(240)로 공급되는 시멘트를 사용하여 해저 지층에 대한 시멘팅을 실시하는 단계(S13)를 포함한다. 시멘트 파이프를 통한 시멘트의 공급 단계(S11)는 연결라인(120)에 연결되는 시멘트 파이프(110)의 끝단(111)을 드릴 플로어(220) 상에 상방으로 노출 내지 돌출되도록 설치할 수 있다. 연결라인을 통한 시멘트의 공급 단계(S12)에서, 연결라인(120)은 신축성 재질 또는 구조를 가지는 플렉스 호스(121)를 포함할 수 있으며, 나아가서, 플렉스 호스(121)에 연결되어 레일(123)을 따라 이동 가능하게 설치되는 텔레스코픽 파이프(122)를 더 포함할 수 있다. 해저 지층에 대한 시멘팅을 실시하는 단계(S13)는 예컨대, 해저 지층에서 케이싱의 고정을 위해 시멘팅을 실시할 수 있으며, 해저 지층의 굴착공 내에 케이싱을 시멘팅으로 고정시킨 다음, 케이싱 내부를 통해서 드릴비트(drill-bit)가 장착된 관부재를 삽입하여 해저자원을 시추하게 된다. 이러한 시멘팅 작업을 위하여, 시멘트 헤더(240)를 통해서 공급되는 시멘트를 케이싱 속으로 집어넣고, 시멘트에 압력을 가하여 지층과 케이싱 사이의 공간에 시멘트가 위치하도록 한 상태에서 경화되도록 한다. 이러한 시멘팅 작업에 의해 웰(well)을 견고하게 만들어, 이후의 시추작업을 안정적으로 수행할 수 있도록 한다 이와 같은 본 발명에 따른 시추작업용 시멘트 공급 시스템 및 이를 이용한 시멘팅 작업 방법에 따르면, 시멘트의 공급을 위한 라인을 드릴 플로어에서 바로 연결할 수 있도록 함으로써 시멘팅 준비 및 작업을 용이하면서도 안전하게 수행할 수 있으며, 이로 인해 시추작업에서 시멘팅의 작업 효율을 증대시킬 수 있다. 본 발명은 상기 실시예에 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 : 시멘트 파이프 111 : 끝단
120 : 연결라인 121 : 플렉스 호스
122 : 텔레스코픽 파이프 123 : 레일
210 : 시멘트 매니폴드 220 : 드릴 플로어
230 : DDM 240 : 시멘트 헤더 |
