드릴 파이프 체결 시스템{A Drill Pipe Connecting System}
본 발명은 드릴 파이프 체결 시스템에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 시추 작업시 드릴 파이프를 연결하는 시간을 감소시키기 위한 드릴 파이프 체결 시스템에 관한 것이다.
국제적인 급격한 산업화 현상과 공업이 발전함에 따라 석유와 같은 지구 자원의 사용량은 점차 증가하고 있으며, 오일의 안정적인 생산과 공급이 전 지구적인 차원에서 중요한 문제로 떠오르고 있다. 최근에는, 지금까지 경제성이 부족하였던 군소의 한계 유전(Marginal Field)이나 심해 유전의 개발이 경제성을 가지게 되어, 해저 채굴 기술의 발달과 더불어 유전의 개발에 적합한 시추설비를 구비한 시추선(Drill Ship)이 개발되어 있다. 종래의 해저 시추에는 다른 예인선에 의해서만 항해가 가능하고 계류 장치를 이용하여 해상의 일 점에 정박한 상태에서 해저 시추 작업을 하는 해저 시추 전용의 리그선(Rig Ship)이나 고정식 플랫폼(Fixed Platform)이 주로 사용되었으나, 최근에는 첨단 시추장비를 탑재하고 자체의 동력으로 항해를 할 수 있도록 제작된 시추선이 해저 시추에 많이 사용되고 있다. 해저 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 시추할 수 있도록 각종 시추장비를 갖춘 리그선, 고정식 플랫폼 및 시추선 등 해양 구조물의 중심부에는 라이저(Riser) 또는 드릴 파이프(Drill Pipe) 등의 시추장비가 출입할 수 있도록 선체를 상하 방향으로 관통하는 문풀(Moon Pool)이 형성되어 있다. 도 1은 해상에서 시추 작업을 수행하고 있는 종래의 시추선을 개략적으로 도시한 측면도이다. 일반적으로 해상에서의 시추 작업은 다음과 같은 과정으로 진행된다. 먼저, 36" 드릴 비트(Drill Bit, 8)가 연결된 드릴 파이프(3)를 문풀(2)을 통해 해저(6)에 내려보내 36" 드릴 비트(8)로 해저(6) 밑 암반에 구멍(Hole)을 판다. 약 40m의 구멍을 판 뒤 32" 케이징(Casing, 5)을 구멍에 집어넣고 드릴 스트링(3)을 통해 시멘트 작업을 하여 케이징(5)과 지층을 완전히 접착시킨다. 36" 드릴 비트(8)를 26" 드릴 비트(8)로 갈아 끼운 후 드릴 파이프(3)를 계속 해저(6)로 내려보내 구멍을 파는 작업을 계속한다. 약 400m의 구멍을 판 뒤 18¾" 케이징(5)을 구멍에 집어 넣고 시멘트 작업을 한다. 다음 단계로, 하부에 BOP(Blow-Out Preventer, 7)가 연결된 라이저(4)를 해저(6)로 내려보내고, BOP(7)를 18¾" 케이징(5)에 연결시킨다. 드릴 비트(8)를 교환하는 작업과 케이징(5)을 구멍에 집어넣고 시멘팅하는 작업을 반복하면서 시추를 계속한다. 드릴 파이프(3)는, 선체(1)와 드릴 비트(8)를 연결하여 시추 유체를 해저(6)로 공급하는 등의 여러가지 역할을 수행한다. 드릴 파이프(3)는 일반적으로 길이에 따라 range 1 (18-22 ft), range 2 (27-30 ft), range 3 (38-45 ft)의 세가지로 구분되는데, 시추 작업이 진행됨에 따라 드릴 파이프(3)를 계속 아래로 연결시켜 나가게 된다. 따라서, 유정의 깊이에 따라 드릴 파이프(3)가 연결되는 개수가 달라지고, 유정이 깊어질수록 더 많은 드릴 파이프(3)가 필요하다. 시추 작업시 예기치 않은 오작동이나 크고 작은 사고가 발생하면, 이를 해결하기 위해 다시 드릴 파이프(3)를 해체하는 작업을 해야하고, 드릴 비트(8)를 교환하기 위해서도 여러 번의 드릴 파이프(3) 해체 작업을 해야한다. 따라서, 드릴 파이프(3)를 체결하고 해체하는데 걸리는 시간은 시추 작업 시간의 많은 부분을 차지하며, 드릴 파이프 체결 및 해제 시간을 줄이기 위한 다양한 방법이 모색되어 왔다.
본 발명은 종래에 드릴 파이프의 연결 및 해체 작업에 많은 시간이 소요되던 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 상부의 나사산 방향과 하부의 나사산 방향이 반대로 형성되어 있는 드릴 파이프; 및 두 개의 드릴 파이프를 사이에서 연결하는 체결 볼트;를 포함하는 드릴 파이프 체결 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 시추선에 설치되는 드릴 파이프 체결 시스템에 있어서, 양 끝에 나사산 형성부를 포함하며 상기 나사산 형성부 내측면에 나사산이 형성되는 드릴 파이프; 및 두 개의 상기 드릴 파이프를 사이에서 연결하는 체결 볼트;를 포함하고, 상기 드릴 파이프 상부의 나사산 방향은 하부의 나사산 방향과 반대로 형성되며, 상기 체결 볼트를 한 번 돌림으로써 두 개의 상기 드릴 파이프가 동시에 연결되는, 드릴 파이프 체결 시스템이 제공된다. 상기 체결 볼트는, 일측 단부가 상기 체결 볼트에 힌지 결합되는 다수개의 고정 부재를 포함할 수 있고, 상기 드릴 파이프는, 일측 단부가 상기 드릴 파이프의 상단부 또는 하단부에 접하는 다수개의 결합부를 포함할 수 있으며, 상기 고정 부재는 상기 결합부에 안착되어 상기 드릴 파이프와 상기 체결 볼트를 연결시킬 수 있다. 상기 나사산 형성부는 상기 드릴 파이프 중간부의 직경보다 더 큰 직경을 가질 수 있다. 상기 체결 볼트의 중간부는 상기 드릴 파이프의 나사산 형성부와 같은 직경을 갖을 수 있다. 상기 체결 볼트는 한 번의 회전으로 드릴 파이프를 연결하는 원터치 방식일 수 있다. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 체결 볼트를 한 번 돌림으로써 두 개의 드릴 파이프가 동시에 연결되는 드릴 파이프 체결 방법에 있어서, 제 1 드릴 파이프 아래에 상기 체결 볼트를 위치시키는 단계; 상기 체결 볼트 아래에 제 2 드릴 파이프를 위치시키는 단계; 및 상기 체결 볼트를 돌려 상기 제 1 드릴 파이프, 상기 체결 볼트 및 상기 제 2 드릴 파이프를 연결하는 단계;를 포함하는, 드릴 파이프 체결 방법이 제공된다. 상기 드릴 파이프 체결 방법은, 상기 체결 볼트에 설치된 고정 부재를 회전시켜 상기 고정부재를 상기 드릴 파이프에 형성된 결합부에 안착시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 드릴 파이프 체결 시스템은, 드릴 파이프 상부의 나사산 방향과 하부의 나사산 방향이 반대로 형성되어 있으므로, 체결 볼트를 한 방향으로 한 번 돌림으로써 두 개의 파이프를 연결시킬 수 있어, 드릴 파이프 연결 시간을 크게 단축시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 드릴 파이프 체결 시스템에 의하면, 드릴 파이프의 체결 및 해체 작업을 신속하게 수행할 수 있으므로, 전체적인 시추 작업시간을 줄이고 시추선의 용선료를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 해상에서 시추 작업을 수행하고 있는 종래의 시추선을 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 드릴 파이프 체결 시스템을 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예의 드릴 파이프를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예의 체결 볼트를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 드릴 파이프 체결 시스템을 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예의 드릴 파이프를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예의 체결 볼트를 개략적으로 도시한 측면도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기 실시예의 드릴 파이프 체결 시스템은, 리그선, 드릴쉽 등 문풀이 형성되는 모든 해저 시추용 해양 구조물에 설치될 수 있다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도 2는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 드릴 파이프 체결 시스템을 개략적으로 도시한 측면도이다. 도 2를 참조하면, 본 실시예의 드릴 파이프 체결 시스템은, 상부의 나사산(20a) 방향과 하부의 나사산(20b) 방향이 반대로 형성되어 있는 드릴 파이프(30); 및 두 개의 드릴 파이프(30)를 사이에서 연결하는 체결 볼트(40);를 포함한다. 도 3은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예의 드릴 파이프를 개략적으로 도시한 측면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예의 드릴 파이프(30)는 양 끝에 나사산 형성부(10)를 포함한다. 나사산 형성부(10) 내측면에는 암나사산(20a, 20b)이 형성되며, 드릴 파이프(30) 상부에 형성되는 제 1 암나사산(20a)은 드릴 파이프(30)의 하부에 형성되는 제 2 암나사산(20b)과 반대 방향이 되도록 형성된다. 즉, 제 1 암나사산(20a)이 반시계 방향으로 돌리면 결합되고 시계 방향으로 돌리면 분리되도록 형성되면, 제 2 암나사산(20b)은 시계 방향으로 돌리면 결합되고 반시계 방향으로 돌리면 분리되도록 형성된다. 또한, 제 1 암나사산(20a)이 시계 방향으로 돌리면 결합되고 반시계 방향으로 돌리면 분리되도록 형성되면, 제 2 암나사산(20b)은 반시계 방향으로 돌리면 결합되고 시계 방향으로 돌리면 분리되도록 형성된다. 제 1 암나사산(20a)의 방향과 제 2 암나사산(20b)의 방향이 반대로 형성됨으로써, 하나의 드릴 파이프(30)와 체결 볼트(40)를 연결한 후, 체결 볼트(40)와 다른 드릴 파이프(30)를 연결해야 하는 것이 아니라, 체결 볼트(40)를 한 방향으로 한 번 돌려 두 개의 드릴 파이프(30)를 동시에 연결시킬 수 있다. 드릴 파이프(30) 양 끝의 나사산 형성부(10)는 드릴 파이프(30) 중간부(32)의 직경보다 더 큰 직경을 가지도록 형성될 수도 있다. 도 4는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예의 체결 볼트를 개략적으로 도시한 측면도이다. 도 2 및 도 4를 참조하면, 본 실시예의 체결 볼트(40)는 위쪽에 형성되는 제 1 수나사산(21a) 및 아래쪽에 형성되는 제 2 수나사산(21b)을 포함한다. 제 1 수나사산(21a)은 제 2 수나사산(21b)과 반대 방향이 되도록 형성되어, 제 1 수나사산(21a)은 드릴 파이프(30)의 제 2 암나사산(20b)과 결합하고, 제 2 수나사산(21b)은 드릴 파이프(30)의 제 1 암나사산(20a)과 결합한다. 제 1 수나산의 방향과 제 2 수나사산(21b)의 방향이 반대로 형성되어 있으므로, 체결 볼트(40)를 한 방향으로 한 번 돌림으로써 두 개의 드릴 파이프(30)를 체결 볼트(40)를 통해 연결시킬 수 있다. 본 실시예의 드릴 파이프 체결 시스템은 기존의 드릴 파이프(30) 연결 방식과 같이 여러 번 돌려서 결합하는 것이 아니라, 한 번의 회전으로 연결되는 원터치 방식일 수도 있다. 체결 볼트(40)의 중간부(42a)는 드릴 파이프(30)의 나사산 형성부(10)와 같은 직경을 가지도록 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 드릴 파이프 체결 시스템을 개략적으로 도시한 측면도이다. 도 5를 참조하면, 본 실시예의 드릴 파이프 체결 시스템은, 제 1 실시예의 드릴 파이프 체결 시스템과 마찬가지로, 상부의 나사산(20a) 방향과 하부의 나사산(20b) 방향이 반대로 형성되어 있는 드릴 파이프(31); 및 두 개의 드릴 파이프(31)를 사이에서 연결하는 체결 볼트(41);를 포함한다. 단, 본 실시예의 드릴 파이프 체결 시스템은, 제 1 실시예의 드릴 파이프 체결 시스템과는 달리, 체결 볼트(41)에 설치되는 다수개의 고정 부재(43) 및 드릴 파이프(31)에 형성되는 다수개의 결합부(12)를 더 포함한다. 도 6은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예의 드릴 파이프를 개략적으로 도시한 측면도이다. 도 6을 참조하면, 본 실시예의 드릴 파이프(31)는, 제 1 실시예의 드릴 파이프(30)와 마찬가지로, 드릴 파이프(31) 상부의 제 1 암나사산(20a)은 하부의 제 2 암나사산(20b)과 반대 방향으로 형성되고, 양 끝의 나사산 형성부(11)는 드릴 파이프(31) 중간부(32)의 직경보다 더 큰 직경을 가지도록 형성될 수 있다. 단, 본 실시예의 드릴 파이프(31)는, 제 1 실시예의 드릴 파이프(30)와는 달리, 드릴 파이프(31)의 상단부 및 하단부에 일측 단부가 접하도록 형성되는 다수개의 결합부(12)를 포함한다. 결합부(12)에는 체결 볼트(41)에 설치된 고정 부재(43)가 안착되어, 시추 작업시 드릴 파이프(31)를 회전해도 연결된 드릴 파이프(31)가 분리되지 않도록 한다. 도 7은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예의 체결 볼트(41)를 개략적으로 도시한 측면도이다. 도 7을 참조하면, 본 실시예의 체결 볼트(41)는, 제 1 실시예의 체결 볼트(40)와 마찬가지로, 상부의 제 1 수나사산(21a)은 하부의 제 2 수나사산(21b)과 반대 방향으로 형성되며, 중간부(42b)가 드릴 파이프(31)의 나사산 형성부(11)와 같은 직경을 가지도록 형성될 수 있다. 단, 본 실시예의 체결 볼트(41)는, 제 1 실시예의 체결 볼트(40)와는 달리, 중간부(42b)의 상측 및 하측 가장자리에 설치되는 다수개의 고정 부재(43)를 포함한다. 고정 부재(43)의 일측 단부는 체결 볼트(41)의 중간부(42b)에 힌지 결합되어, 드릴 파이프(31)와 체결 볼트(41)가 결합된 후 고정 부재(43)가 힌지부를 중심으로 회전하여 드릴 파이프(31)의 결합부(12)에 안착된다. 고정 부재(43)는 결합부(12)에 안착되어 드릴 파이프(31)의 회전 방향과 수직이 되도록 드릴 파이프(31)를 고정하므로, 시추 작업시 드릴 파이프(31)를 회전해도 드릴 파이프(31)가 분리되지 않도록 한다. 본 실시예의 드릴 파이프 체결 시스템도, 제 1 실시예의 드릴 파이프 체결 시스템과 마찬가지로, 체결 볼트(41)를 한 방향으로 한 번 돌려 두 개의 드릴 파이프(31)를 동시에 연결시킬 수 있고, 여러 번 돌리는 것이 아닌 한 번의 회전으로 연결되는 원터치 방식일 수도 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.
1 : 선체 2 : 문풀
3, 30, 31 : 드릴 파이프 4 : 라이저
5 : 케이징 6 : 해저
7 : BOP 8 : 드릴 비트
10, 11 : 나사산 형성부 12 : 결합부
20a : 제 1 암나사산 20b : 제 2 암나사산
21a : 제 1 수나사산 21b : 제 2 수나사산
40, 41 : 체결 볼트 32, 42a, 42b : 중간부
43 : 고정 부재 |
