텐셔너 조립체용 구속 장치

텐셔너 조립체용 구속 장치 {A RESTRAINING DEVICE FOR A TENSIONER ASSEMBLY}

본 발명은 수중 베슬 플로팅(vessel floating)과 같은 이동가능한 플랫폼 상에 장비를 구속하고 지지하기 위한 장치들에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 해양 플랫폼 또는 베슬 상에 구조물에 의해 현수된 조립체를 구속하기 위한 장치, 및 독립 청구항 1 및 청구항 10의 전제부에 특정된 바와 같은 텐셔너 조립체용 구속 장치에 관한 것이다.

해양 석유 산업에서, 리그(rig)로부터 해저 유정 아래로 연장하는 마린 라이저 내에 미리-선택된 수직 장력을 유지하기 위해서 플로팅 드릴링 리그들 및 다른 베슬들 상에 텐셔너(tensioner) 시스템들을 사용하는 것이 주지되어 있다. 베슬이 파도들, 해류들 및 바람들로 인해 히빙(heaving) 및 롤링될 때 텐셔너 시스템은 라이너 내에 일정한 장력을 유지하려고 할 것이다.

기술분야에 공지된 한 종류의 텐셔너 시스템은 "직접 작용식 텐셔너(DAT)" 시스템으로 명명된다. 드릴링 베슬 상의 통상적인 배열에서, DAT 시스템은 기본적으로, 하부 데크 위의 원-대칭 구성으로 드릴 바닥 아래에 현수된 다수의 유압식-공압식 실린더들을 포함한다. 실린더들의 자유(하부) 단부들은 소위 텐셔너 링에 연결되며, 상기 링은 절첩식 조인트에 연결될 수 있으며 이는 차례로 마린 라이저에 연결된다.

DAT 시스템이 사용되지 않고 절첩식 조인트에 연결되지 않을 때, 텐셔너 조립체는 유정 중심에서 떨어진 엑스-마스 트리 측이나 BOP 측에 있는 장소에 정박되며, 여기서는 문풀(moonpool) 위에서 또는 문풀을 통해서 발생하는 다른 작동과 간섭하지 않는다. 그러나, 드릴링 리그가 파도 및 너울 중에서 상당히 이동될 수 있기 때문에, 정박된 DAT 시스템의 실린더들(및 따라서 텐셔너 링)은 제어되지 않은 전후 스윙이 쉽게 일어나며, 따라서 인접 장비들- 뿐만 아니라 실린더들 자체 -의 손상 위험 및 인적 손상 유발 위험이 있다.

DAT 시스템을 결박작업(sea-fastening)하는 방법들 및 수단들은 와이어들 및 윈치들의 배열을 일반적으로 사용하는 것이 현존한다. 그러나, 공지의 시스템들은 연결하고 활성화하는 것이 성가시고 시간 소모적이다. 또한, 종래 기술의 결박작업 시스템은 실린더들 및/또는 패킹 박스들에 크고 바람직하지 않은 힘들을 유도한다.

DAT 시스템의 제어되지 않은 운동은 또한, 텐셔너 링을 절첩식 조인트에 연결하는 것을 어렵고 잠재적으로 위험하게 만든다.

DAT 시스템들에서의 다른 문제점은 텐셔너 링이 절첩식 조인트에 연결되며 DAT 시스템이 작동 중일 때 생긴다. 리그 모션들로 인해서, 제어 시스템들로부터 각각의 텐셔너 실린더들로 연장하는 유압식 및/또는 공압식 호스들은 제어되지 않은 방식으로 문풀 내에서 스윙되며 종종 손상된다.

최근 기술에는 해양 드릴링 리그의 라이저 텐셔너를 구속하기 위한 장치를 설명하며 라이저 텐셔너의 유압식 실린더들 내에 끼워 맞춰 지도록 구성되는 구속 원뿔체, 구속 원뿔체를 연장 및 수축하도록 구성되는 호이스트, 및 구속 원뿔체의 하단부로부터 연장하는 장력 부재를 포함하며, 장력 부재가 라이저 텐셔너의 하단부와 결합하고 구속 원뿔체와 유압식 실린더들 사이에 쐐기 작용(wedging action)을 유지하도록 구성되는 US 2010/0047024 A1(커티스)호가 포함된다.

본 발명자는 이들 단점들을 극복하고 추가의 장점들을 얻기 위해서 본 발명을 창안하고 구현했다.

본 발명은 독립 청구항들에 기술되고 특징지워져있는 반면에, 종속 청구항들은 본 발명의 다른 특징들을 기술한다.

본 발명의 목적은 조립 및 분해하는 것이 안전하고 신뢰성 있으며 쉬운 라이저 장력조절 시스템 또는 유사 장비를 위한 구속 및 결박작업 장치를 달성하며 시스템에 원하지 않는 부하들을 받지 않게 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 절첩식 조인트에 텐셔너 링의 연결을 돕기 위한 안내 장치를 제공하며 힌지식 장력 링의 폐쇄에 공헌하게 하는 것이다.

따라서, 해양 플랫폼 또는 베슬의 구조물 상에서 제어가능한 운동을 하도록 구성되는 이동가능한 캐리어를 포함하는, 해양 플랫폼 또는 베슬 상에 구조물에 의해 현수되는 조립체의 구속 장치에 있어서, 조인트를 경유하여 캐리어에 이동가능하게 연결되는 구속 부재가 조립체의 하나 이상의 요소와의 맞닿음을 위한 맞닿음 영역, 및 조립체의 하나 이상의 요소를 구속 부재에 선택적이고 해제가능하게 잠그기 위한 조립체 잠금 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 구속 장치가 제공된다.

일 실시예에서, 맞닿음 영역은 돌출 단부들 사이에 구속 부재의 제 1 오목 부분을 규정하며, 제 1 오목 부분은 조립체의 하나 이상의 요소와 보완적인 형상을 가지는 중앙에 위치된 제 2 오목 부분을 포함한다.

일 실시예에서, 작동기 수단은 캐리어와 구속 부재 사이에 연결되며, 맞닿음 영역의 적어도 일부분이 조립체의 하나 이상의 요소와 접촉하는 제 1 위치와 맞닿음 영역이 조립체와 접촉하지 않는 제 2 위치 사이에서 캐리어와 조립체에 대해 구속 부재를 제어가능하게 이동시키도록 구성된다.

일 실시예에서, 조인트는 구속 부재를 통해 그리고 캐리어 내의 긴 슬롯을 통해 연장하는 볼트를 포함하며, 그에 의해서 구속 부재가 볼트 축선을 중심으로 회전가능하고 슬롯의 길이방향으로 이동가능하다.

바람직하게, 상기 장치는 구속 부재를 캐리어에 해제가능하고 선택적으로 잠그기 위한 부재 잠금 수단, 및 캐리어를 구조물에 해제가능하고 선택적으로 잠그기 위한 캐리어 잠금 수단을 포함한다.

일 실시예에서, 캐리어는 구조물 상의 트랙과 상호작용하도록 구성되는 견인 수단 및 구조물과 상호작용하기 위한 지지 수단을 포함한다.

일 실시예에서, 구속 부재는 캐리어에 의해 미끄럼 가능하게 지지되고 캐리어에 이동가능하게 연결되는 판 요소를 포함한다.

해양 플랫폼 또는 베슬 상에 구조물에 의해 현수되고 문풀 내측으로 연장하는 텐셔너 조립체용 구속 장치에 있어서, 각각의 랙들과 상호작용하는 견인 수단에 의해 각각의 레일들 상에서 개별적으로 이동가능하고 문풀의 대향 측들에 배열되는 본 발명에 따른 한 쌍의 장치들을 포함하는 것을 특징으로 하는 구속 장치가 또한 제공된다.

일 실시예에서, 텐셔너 조립체는 구조물에 미끄럼 가능하게 부착되는 트립-세이버들에 의해 현수되며, 구조물은 드릴 바닥의 하부 측을 포함한다.

각각의 장치는 바람직하게, 레일들 상에서의 장치의 모션을 제어하기 위한 모션 제어 수단을 포함한다.

일 실시예에서, 텐셔너 조립체는 복수의 텐셔너 실린더들을 포함하며 각각의 장치의 구속 부재는 텐셔너 실린더들의 전체 수의 절반을 구속하도록 구성된다.

일 실시예에서, 구속 부재는 텐셔너 실린더들에 맞닿게 하기 위한, 탄성 재료를 포함하는 오목한 맞닿음 부분을 갖는 판이다.

일 실시예에서, 텐셔너 조립체는 직접 작용식 텐셔너(DAT) 조립체이며, 각각의 구속 부재는 각각 별개의 텐셔너 실린더 상의 각각의 칼라의 대응 로크들과 선택적이고 해제가능하게 결합 상호작용을 위한 잠금 러그들을 포함한다.

본 발명에 의해서, 라이저 텐셔너는 라이저 텐셔너가 마린 라이저에 연결되며 라이저가 텐셔너 실린더들 사이에서 연장할 때조차도 제어된 방식으로 고정되고 안내된다. 본 발명의 장치 및 기기는 또한, 실린더들이 마린 라이저에 연결되지 않는 때에도 반-잠수가능한 드릴링 리그 상에 텐셔너 실린더들을 지지하고 안정화한다. 본 발명은 정박된 위치들과 유정 중심 사이에서 트립 세이버를 활주시킬 때 DAT 실린더 배열로의 안내 및 안정화를 제공하며, DAT 시스템이 사용중이지 않을 때(라이저에 연결되지 않을 때) 어느 한 정박 위치에 DAT 실린더들을 고정하며, 따라서 결박작업의 기능을 제공한다.

본 발명의 이들 및 다른 특징들은 첨부된 도면들을 참조한, 비제한적 예로서 주어진 선호하는 형태의 실시예에 대한 다음의 설명으로부터 자명할 것이다.
도 1은 텐셔너 링에 연결되고 트립 세이버(trip saver)에 의해 현수된 DAT 시스템을 드릴링 리그에 사용 중인 본 발명에 따른 장치의 실시예의 개략적인 입면도이며,
도 2는 문풀 내의 DAT 시스템에 연결된 본 발명에 따른 장치의 실시예의 사시도이며,
도 3은 위에서 본, 도 2의 실시예를 도시하며,
도 4 내지 도 7은 문풀 내의, 본 발명에 따른 장치 및 3 개의 DAT 실린더들의 사시도이며(도 6 및 도 7에서 상부 지지판은 판 내의 피봇 지점 볼트 및 트롤리 내의 대응하는 가이드-슬롯을 도시하기 위해 제거되었다),
도 8은 도 3과 유사한 도면을 도시하나, 텐셔너 링이 개방된 모드를 예시하며,
도 9는 도 1의 도면과 유사하지만, 캐리지와 하부 데트 사이의 연결을 예시하기 위해 하부 데크의 일부가 제거된 입면도이며,
도 10은 도 9의 구역 "A"의 확대도이며,
도 11은 수축 위치에 있는 작동기들, 및 그에 따른 판을 예시하는 사시도이다.

먼저 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 장치는 예시된 실시예에서 문풀(7)을 따라 데크(6) 상의 각각의 레일(2) 상에 하나씩 배열되는 두 개의 유사하고 독립적인 트롤리(30)를 포함한다. 셀라 데크(cellar deck)로서 일반적으로 지칭되는 데크(6)는 드릴 바닥에 위치되며, 그의 하부가 도면 부호 8로 지시되어 있다.

- 기술 분야에 주지된 -직접 작용식 텐셔너(DAT) 시스템(70)은 드릴 바닥(8) 하부의 각각의 트립 세이버 판(또한 도 9 참조)들에 3 개의 쌍으로 현수된, 예시된 실시예에서 6 개의 실린더(73)들을 포함한다. 기술 분야에 주지된 대로, 트립 세이버 판들은 엑스-마스 트리 정박 위치(PX), 유정 중심(C), 및 BOP(취출 방지기) 정박 위치(PB)와 같은 문풀(7) 내의 다양한 위치들 사이에 DAT 실린더들을 활주시키는데 사용되는 활주 판들이다. DAT 실린더들은 이들의 하부 단부들이 텐셔너 링(72)에 연결되며, 이는 차례로 절첩식 조인트 및 마린 라이저(도시 않음)에 연결될 수 있다. DAT 시스템에 요구되는 유압 라인들 및 제어 케이블들은 예시들에서 생략되었는데, 이는 이들 구성요소들의 예시가 본 발명을 설명하는데 불필요하기 때문이다.

이후에 DAT 안정화 트롤리 또는 DST로서 또한 지칭되는 트롤리(30)는 트립 세이버용 활주 길이에 대응하는 문풀을 따르는 운동 범위를 가진다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 각각의 트롤리(30)는 랙(3)과 상호작용하는 톱니바퀴(cog wheel) 및 모터에 의해서, 즉 정규의 랙과 피니언 시스템에 의해서 레일(2)을 따라서 이동할 수 있다.

이제 도 3 내지 도 6, 도 9 및 도 10으로 옮겨가면, 트롤리(30)는 두 개의 핵심 요소들, 캐리지(32) 및 구속- 또는 안정화기 -판(34)을 포함한다.

캐리지(32)는 본질적으로, 랙(2)과 상호작용하도록 구동시키기 위해 도면 부호 45로 개략적으로 예시된 모터와 톱니바퀴를 포함하는 스틸 프레임이다. 스트럿(31)들은 문풀 에지(도 4, 도 9)의 하부를 따라 연장하는 활주 브라켓(47)들을 경유하여 트롤리를 지지한다. 캐리지는 볼트(44)들을 포함하며(도 5 및 도 6 참조), 볼트에 의해서 캐리지는 데크 내의 대응하는 구멍들(도시 않음)을 경유하여 데크(6)에 잠겨질 수 있다.

구속 판(34)은 트롤리에 의해 지지되고 캐리지 내의 슬롯(42)을 통해 연장하는 피봇 볼트(40)를 경유하여 트롤리에 회전가능하게 연결된다. 예시된 대로, 슬롯(42)은 문풀 측벽들에 대해 수직으로 배열된다. 따라서 판(34)은 볼트 축선을 중심으로 수평 평면 내에서 회전할 수 있다. 게다가, 피봇 볼트가 슬롯(42) 내에서 이동할 수 있기 때문에, 판은 또한 문풀 벽으로부터 멀리 그리고 문풀 벽 쪽으로 병진 운동할 수 있다. 판의 운동은 두 개의 종래의 유압 작동기(36)(도시 않은 동력선 및 제어선)들에 의해 제공되며, 그에 의해서 판은 하나 또는 그보다 많은 DAT 실린더들(예를 들어, 도 5 참조)과 접촉하여 연장될 수 있으며 수축되면 판은 DAT 실린더들과 접촉하지 않는다(도 11 참조). 작동기(36)들은 서로 독립적으로 작동될 수 있으며, 그에 의해서 도 7에 도시한 대로 경사 위치에 판(34)을 배열할 수 있다.

판(34)은 예시된 대로 DAT 실린더들에 맞닿게 하기 위해, 충격 흡수 패딩(37)이 제공된 오목한 맞닿음 에지(35)가 제공된다. 맞닿음 에지의 양 측들 상의 돌기(33)는 구속 판에 대한 결합 범위 또는 안전 범위를 규정한다. DAT 실린더들이 원으로 배열되기 때문에(도 3에 가장 잘 도시됨) 3 개의 실린더들 그룹들은 직선 상에 있지 않다. 그러므로, 추가의 오목부(41)(예를 들어, 도 7 및 도 11 참조)가 중간 실린더를 수용하기 위해서 에지(25) 내에 제공된다.

판(34)은 다수의 러그(38)들, 각각의 실린더(73)에 대해 두 개의 러그를 포함한다. 각각의 러그(38)는 피봇 조인트(39)(러그들이 예시 목적으로 제거된 도 7 참조)를 경유하여 판에 연결되며, 따라서 실린더 상에 로크(77)를 경유하여 각각의 DAT 실린더와 잠금 결합하도록 회전될 수 있다. 로크(77)들은 실린더에 클램프 고정되는 칼라(74) 상에 종래대로 배열된다. 러그들은 수동으로 또는 기계식으로 작동될 수 있다. 러그(38)들이 로크(77)와 결합할 때 각각의 실린더는 판(34)에 잠겨진다.

판은 볼트(43)들을 포함하며(도 5 및 도 6 참조) 볼트에 의해서 판(34)은 캐리지 내의 대응 구멍(도시 않음)에 잠겨질 수 있다.

DAT 시스템이 결박 작업될 때, 러그(38)들은 실린더들 상의 각각의 로크(77)들에 연결되며, 구속 판(34)은 볼트(43)들을 경유하여 캐리지(32)에 잠겨지며, 캐리지(32)는 볼트(44)들을 경유하여 데크(6)에 잠겨진다. 볼트(43,44)들은 바람직하게, 유압식으로 작동된다. 커다란 반작용력들이 모듈들을 결박 작업하는 동안에 흡수되어야 하며, 따라서 육중한 기계식 로크들이 필요하다.

트롤리의 작동, 예를 들어 작동기 실린더들의 레일을 따른 캐리지의 운동은 종래의 장비(도시 않음)를 사용하는 원격 무선 제어 수단들, 비례 밸브들, 온/오프 밸브들, 역학 및 전기학에 의해 제공된다. 제어 유닛은 도 9 및 도 10에 도면 부호 48로서 개략적으로 예시된다.

도 8을 참조하면, 몇몇 반-잠수식 러그들은 BOP 측 및 엑스-마스 트리 측으로부터 개방 및 연결될 수 있게 하는 이중-힌지식 라이저 장력 링을 가진다. 이는 DST가 양 측들로부터 절첩식 조인트로의 활주 및 연결 중에 DAT 시스템을 안정화할 수 있어야 함을 의미한다.

안정화 판(34)을 연장하고 수축시킬(그리고 도 7에 도시된 바와 같이 수평 평면에서 안정화 판을 회전시킬) 가능성은 DAT 시스템이 라이저에 연결되지 않을 때마다 리그 모션들로 인해 DAT의 운동들 및 진동들 방지하는데 중요하다. 판(34)은 또한, 어느 한 측으로부터 힌지식 장력 링의 개방 중에 DAT 실린더들을 안정화할 수 있다.

도 7은 안정화 및 안내 모드를 예시하며, 판(34)이 어떻게 우측에 있는 장력 링의 개방을 보상하는지를 도시한다. 불규칙한 스트로크에서 안정화기 판 작동기(36)들을 구동시킴으로써, 안정화 판(34)은 피봇 지점 볼트(40) 주위로 경사지며 또한 캐리지(32) 내의 슬롯(42)에서 활주할 것이다. 각각의 구동 작동기(36)는 별개의 비례 밸브들 및 축압기들을 갖춘 실린더를 포함한다. 비례 밸브는 실린더를 구동하고 그의 스트로크를 조정하도록 구성된다. 축압기는 이러한 안정화 모드 중에 DAT 실린더 조립체로부터 운동 및 충격을 흡수하도록 구성된다. 정박 위치들 사이의 활주 중의 반작용력들은 결박작업 모드만큼 크지 않으며 실린더들 및 축압기들을 구동하는 안정화 판에 의해 취급될 것이다.

DST를 어떻게 작동할 것인가에 대한 예들이 이제 설명될 것이다.

DST(30)는 BOP 측(PB) 또는 엑스-마스 트리 측(PX)의 정박 위치로부터 유정 중심(C)으로 DAT 실린더(73)들을 가져올 수 있다. 이들 시나리오들이 유사하기 때문에, 단지 엑스-마스 트리로부터 그리고 엑스-마스 트리로의 취급만이 여기서 설명된다.