시추 구조물의 라이저 적재 및 핸들링 시스템

시추 구조물의 라이저 적재 및 핸들링 시스템{riser stacking and handling system of drilling structure}

본 발명은 시추 구조물의 라이저 적재 및 핸들링 시스템에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 시추 깊이 증가 등으로 인한 라이저의 개수 증가에 대응하도록 하고, 오버헤드 크레인의 유지 및 보수 작업이 용이하며, 가동률을 높일 수 있도록 구성된 시추 구조물의 라이저 적재 및 핸들링 시스템에 관한 것이다.

국제적인 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 유전의 개발에 적합한 시추설비를 구비한 시추선이 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 플랫홈이 주로 사용되었으나, 최근에는 첨단 시추장비를 탑재하고 자체의 동력으로 항해를 할 수 있도록 일반 선박과 동일한 형태로 제작된 소위, 시추선(drillship)이 개발되어 해저 시추에 사용되고 있다.

이러한 해저의 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 시추할 수 있도록 각종 시추 장비를 갖춘 리그선 또는 시추선(이하, 시추선)의 중심부에는 해저의 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 시추하기 위한 라이저(riser) 또는 드릴 파이프(drill pipe)가 상하로 이동될 수 있도록 문풀(moonpool)이 형성되어 있다. 또한, 시추선은 드릴링 머드(drilling mud)를 이동시키기 위한 라이저의 적재 및 핸들링을 위하여 라이저 적재 및 핸들링 시스템이 마련된다.

종래의 라이저 적재 및 핸들링 시스템과 관련된 기술로는 한국공개특허 제10-2012-0005770호의 시추선의 라이저 이송장치가 있는데, 이를 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 시추선의 라이저 이송장치는 시추선의 화물창에 적재된 라이저를 드릴 플로어까지 이송하기 위한 라이저 이송장치에 있어서, 화물창(41) 내부에 설치되어 적재된 라이저(43)를 들어올린 후 라이저 공급을 위한 파킹포지션(41a)까지 이송시켜주는 갠트리 크레인부(100); 상기 파킹포지션(41a)의 연직 상부에 위치하고 화물창 외부에 설치되어 파킹포지션(41a)에 놓여진 라이저(43)를 화물창 외부로 들어 올려주는 엘리베이션부(20); 상기 엘리베이션부(20)에 의해 들어올려진 라이저(43)를 공급받아 드릴 플로어까지 이송시켜주는 라이저 이송부(30)를 포함한다.

그러나 이와 같은 종래 기술에 따른 시추선의 라이저 이송장치는 화물창(41) 내의 라이저(43)를 핸들링하기 위한 갠트리 크레인부(10)가 1개로 이루짐으로써, 갠트리 크레인부(10)가 고장인 경우, 라이저(43)의 핸들링이 불가능하여 시추 작업의 중단을 초래하고, 고장난 갠트리 크레인부(10)의 유지 및 보수 작업에 필요한 공간이 별도로 확보되지 않아, 고장난 갠트리 크레인부(10)를 설치 위치로부터 분리하여 외부에서 수리해야 하는 어려움이 있었다.

또한 도 1에 도시된 바와 같이, 화물창(41)의 양측에서 메인 데크(main deck)와 패널 데크(panel deck) 사이에 위치하는 사이드 월(side wall)이 더블 사이드(double side)의 더블 월(double wall) 구조를 가지게 됨으로써, 갠트리 크레인부(10)의 유지 및 보수를 위한 작업 공간의 확보를 어렵게 하는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 오버헤드 크레인을 다수, 예컨대 2대로 운영하도록 하여, 시추 깊이 증가 등으로 인한 라이저의 개수 증가에 대응하도록 하고, 오버헤드 크레인 각각의 유지 및 보수를 위한 별도의 공간을 마련함으로써 오버헤드 크레인의 유지 및 보수 작업이 용이하면서도 신속하게 이루어지도록 하며, 오버 헤드 크레인의 가동률을 높이도록 하고, 사이드 월(side wall)을 더블 월(double wall) 구조에서 싱글 월(single wall) 구조로 변경함으로써, 오버헤드 크레인의 유지 및 보수를 위한 공간의 확보를 위한 구조 개선 및 재배치를 가능하도록 하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 라이저가 적재되는 적재공간부; 상기 적재공간부에 다수로 설치되고, 라이저를 적층되도록 지지하는 스탠천; 상기 스탠천에 의해 지지되는 라이저를 핸들링하도록 상기 적재공간부의 상부에 설치되고, 2개로 이루어지는 오버헤드 크레인; 상기 오버헤드 크레인에 의해 공급되는 라이저를 상기 적재공간부로부터 외부로 반출시키는 라이저 리프트; 및 상기 오버헤드 크레인 각각이 파킹되도록 마련되는 파킹공간부;를 포함하는 시추 구조물의 라이저 적재 및 핸들링 시스템이 제공된다.

상기 파킹공간부는, 상기 적재공간부를 사이에 두고 상기 오버헤드 크레인의 이동 경로 양단에 각각 위치하도록 마련될 수 있다.

상기 파킹공간부는, 상기 오버헤드 크레인의 양단이 각각 안착되기 위한 안착면이 하부 양측에 서로 이격되도록 마련될 수 있다.

상기 파킹공간부의 사이드 월(side wall)은, 싱글 월(single wall) 구조로 이루어질 수 있다.

상기 사이드 월은, 메인 데크와 "⊥"자 형태를 이루도록 상기 메인 데크 상에 마련될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 라이저가 적재되는 적재공간부; 및 상기 적재공간부의 상부에 다수로 설치되는 오버헤드 크레인을 포함하고, 상기 오버헤드 크레인이 파킹되는 파킹공간부가 다수로 마련되는 시추 구조물의 라이저 적재 및 핸들링 시스템이 제공된다.

본 발명에 따르면, 오버헤드 크레인을 다수, 예컨대 2대로 운영하도록 하여, 시추 깊이 증가 등으로 인한 라이저의 개수 증가를 고려함으로써 라이저 운영의 효율을 높일 수 있고, 오버헤드 크레인 각각의 유지 및 보수를 위한 별도의 공간을 적재공간부의 양측으로 각각 마련하도록 함으로써 오버헤드 크레인의 유지 및 보수 작업이 용이하면서도 신속하게 이루어지도록 하며, 오버헤드 크레인의 가동률을 높일 수 있고, 사이드 월(side wall)로부터 사이드 셀(side shell) 부재를 생략함으로써 사이드 월을 싱글 월(single wall) 구조로 변경함으로써, 오버헤드 크레인의 유지 및 보수를 위한 공간 확보를 위한 구조 개선 및 재배치를 가능하도록 한다.

도 1은 종래의 기술에 따른 라이저 적재 및 핸들링 시스템을 도시한 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 시추 구조물의 라이저 적재 및 핸들링 시스템을 도시한 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 시추 구조물의 라이저 적재 및 핸들링 시스템을 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시례에 따른 시추 구조물의 라이저 적재 및 핸들링 시스템에서 오버헤드 크레인의 파킹시 모습을 도시한 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시례에 따른 시추 구조물의 라이저 적재 및 핸들링 시스템에서 다른 오버헤드 크레인의 파킹시 모습을 도시한 정면도이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시례에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시례는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시례에 한정되는 것은 아니다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 시추 구조물의 라이저 적재 및 핸들링 시스템을 도시한 정면도 및 평면도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시례에 따른 시추 구조물의 라이저 적재 및 핸들링 시스템(100)은 라이저(riser; 1)가 적재되는 적재공간부(110)와, 적재공간부(110)의 상부에 다수로 설치되는 오버헤드 크레인(overhead crane; 130,140)을 포함하고, 오버헤드 크레인(130,140)이 파킹되는 파킹공간부(160,170)가 다수로 마련된다.

본 발명의 일 실시례에 따른 시추 구조물의 라이저 적재 및 핸들링 시스템(100)은 드릴쉽(drillship), 해저 시추 전용의 리그선(rig)이나 고정식 플랫폼 등을 비롯하여, 라이저(1)의 적재를 필요로 하는 다양한 구조나 방식의 시추 관련 선박이나 해양 구조물 등에 적용될 수 있다.

적재공간부(110)는 라이저(1)가 다층으로 다수로 적재되기 위한 공간으로서, 선체(210) 내에 상방으로 개방되도록 형성될 수 있고, 라이저(1)의 다층 적재를 위하여, 내측에 스탠천(stanchion; 120)이 설치될 수 있다.

스탠천(120)은 적재공간부(110)에 다수개가 수직되게 나란하도록 설치되고, 각각의 사이에 라이저(1)를 적층되도록 지지하며, 나아가서 라이저(1) 간의 충돌을 방지하도록 한다. 스탠천(120)은 그 하단이 적재공간부(110)의 바닥면, 예컨대 적재 데크(111) 상에 볼팅이나 용접 또는 끼움 방식 등에 의해 고정될 수 있다.

오버헤드 크레인(130,140)은 스탠천(120)에 의해 지지되는 라이저(1)를 핸들링하도록 적재공간부(110)의 상부에 설치되고, 다수로 이루어질 수 있는데, 일례로 본 실시례에서처럼 양측에 각각 설치되는 제 1 및 제 2 오버헤드 크레인(130,140)으로 이루어질 수 있다. 오버헤드 크레인(130)은 스탠천(120)에 의해 지지되는 라이저(1)의 핸들링에 의해, 라이저(1)를 스탠천(120)으로부터 들어올려서 라이저 리프트(150)에 전달하고, 나아가서 외부로부터 라이저(1)를 적재공간부(110) 내에 마련된 스탠천(120) 사이의 적재 위치로 적재시키는 역할도 수행할 수 있다.

오버헤드 크레인(130,140)은, 예컨대 갠트리 크레인(gantry crane)으로 이루어질 수 있는데, 일례로 적재공간부(110)의 상부에서 수평방향으로 이동 가능하도록 설치되는 갠트리 프레임(131,141)과, 갠트리 프레임(131,141)의 양단에 설치되는 윈치(132,142)와, 윈치(132,142)에 연결되어 윈치(132,142)의 작동시 수직방향으로 이동됨과 아울러, 라이저 리프트(150) 측으로 라이저(1)를 공급할 수 있도록 라이저(1)의 양단을 클램핑 내지 그립핑하는 라이저 파지기(133,143)를 포함할 수 있다.

이와 같은 예에 따른 오버헤드 크레인(130,140)에서, 갠트리 프레임(131,141)은 상부에 구비되는 롤러(미도시)를 통해 적재공간부(110) 상부에 설치되는 가이드부(191), 예컨대 가이드레일을 따라 적재공간부(110)의 상부에서 수평이동이 가능하도록 구성된다. 또한 윈치(132,142)는 라이저 파지기(133,143)를 적재공간부(110)의 수직방향으로 이동시키도록 하는 것으로서, 라이저 파지기(133,143)가 적재공간부(110)의 내부에 수직하게 적재되어 있는 라이저(1)를 파지할 수 있는 위치까지 이동할 수 있도록 한다.

라이저 파지기(133,143)는 일례로 윈치(132,142)에 연결되어 수직방향으로 작동되는 것으로서, 윈치(132,142)의 작동시 적재공간부(110)의 내부에서 수직하게 작동되는 연결바(미도시)와, 연결바의 양단에 설치되고 소정의 각도로 회전할 수 있도록 구성되어 라이저(1)의 양단에 걸려지거나 분리될 수 있도록 하는 클램프(미도시)를 포함할 수 있다. 따라서 라이저 파지기(133,143)는 윈치(132,142)에 의해 파지하고자 하는 라이저(1)의 상부로 이동된 후, 클램프를 회전시켜 라이저(1)의 양측에 형성된 구멍에 끼워 고정함으로써 라이저(1)의 이송을 위한 파지가 완료되고, 라이저(1)를 라이저 리프트(150)로 이동시키고, 클램프를 라이저(1)로부터 분리하여, 라이저(1)를 라이저 리프트(150)에서 정해진 포지션에 위치시키게 된다.

오버헤드 크레인(130,140)은 단일의 가이드부(191), 예컨대 단일의 가이드레일에 의해 수평 이동하도록 설치될 수 있는데, 이러한 가이드부(191)는 후술하게 될 제 1 파킹공간부(160)로부터 제 2 파킹공간부(170)까지 연장되도록 설치될 수 있다.

라이저 리프트(150)는 오버헤드 크레인(130,140)에 의해 공급된 라이저(1)를 상승시켜서, 적재공간부(110)로부터 외부, 예컨대 적재공간부(110)의 상측으로 반출시키도록 한다. 이때, 라이저 리프트(150)에 의해 들어 올려진 라이저(1)를 공급받아 드릴 플로어(drill floor)까지 이송시켜주는 라이저 이송부(미도시) 마련될 수 있다.

라이저 리프트(150)는 예컨대 오버헤드 크레인(130,140)에 의해 정해진 포지션로 공급된 라이저(1)를 적재공간부(110)의 외부로 들어 올려주는 것으로서, 예컨대 오버헤드 크레인(130,140)에 의해 라이저(1)가 공급되는 포지션의 하측에 마련되어 라이저(1)를 파지하는 라이저 파지기(미도시)가, 모터나 실린더 또는 윈치 등과 같은 구동장치의 구동력을 수직의 직선 운동으로 전환하는 기어, 로드, 도르래, 와이어 또는 링크부재 등과 같은 구동력전환부재에 의해 승강함으로써, 라이저(1)를 라이저 이송부(미도시)에 공급하도록 구성될 수 있다. 이는 일례로서, 이와 달리 라이저 리프트(150)는 오버헤드 크레인(130,140)에 의해 라이저(1)가 공급되는 포지션의 상측에 마련되어, 라이저(1)를 클램핑 내지 그립핑하여 윈치 등의 구동장치에 의해 상승시키도록 구성되는 등, 다양한 방식과 구조를 가지도록 구성될 수 있다.

라이저 이송부는 도시하지 않았으나, 예컨대 라이저 리프트(150)를 통해 라이저(1)를 공급받아 드릴 플로어까지 이송시켜 주는 대차로서, 라이저(1)를 공급받을 수 있도록 상부가 개방될 수 있고, 드릴 플로어(420)까지 레일을 따라 신속하게 이동할 수 있도록 구성될 수 있다.

파킹공간부(160,170)는 다수로 이루어져서, 각각에 오버헤드 크레인(130,140)이 유지 및 보수 등을 위하여 파킹(parking)될 수 있도록 하는데, 일례로 본 실시례에서처럼 2개로 이루어져서, 제 1 및 제 2 오버헤드 크레인(130,140)이 각각 파킹되도록 하는데, 이를 위해 제 1 오버헤드 크레인(130)이 파킹되는 제 1 파킹공간부(160)와 제 2 오버헤드 크레인(140)이 파킹되는 제 2 파킹공간부(170)로 이루어질 수 있다.

파킹공간부(160,170)는 적재공간부(110)를 사이에 두고 오버헤드 크레인(130,140)의 이동 경로 양단에 각각 위치하도록 마련될 수 있다. 따라서 오버헤드 크레인(130,140)이 서로 간에 간섭없이 각각의 파킹공간부(160,170) 측으로 쉽게 이동하여 파킹될 수 있도록 한다.

파킹공간부(160,170)는 메인 데크(230)와 패널 데크(panel deck; 220) 사이에 마련될 수 있는데, 이 경우 공간 유지를 위해 사이드 월(side wall; 180)이 마련될 수 있다.

사이드 월(180)은 기존의 더블 월(double wall) 구조와 달리, 단일의 벽체로 이루어지는 싱글 월(single wall) 구조로 이루어질 수 있다. 이러한 사이드 월(180)은 구조 해석을 통한 종강도 검증으로, 구조적인 측면에서 최적 설계가 가능하며, 이로 인해 오버헤드 크레인(130,140)의 유지 및 보수를 위한 파킹공간부(160,170)의 형성 및 확보를 용이하도록 할 수 있다. 사이드 월(180)은 메인 데크(230)와 "⊥"자 형태를 이루도록 메인 데크(230) 상에 마련될 수 있으며, 이로 인해 구조적인 강도를 충족시킬 뿐만 아니라, 파킹공간부(160,170)의 형성에 유리하도록 할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 파킹공간부(160,170)는 오버헤드 크레인(130,140)의 양단이 각각 안착되기 위한 안착면(161,171)이 하부 양측에 서로 이격되도록 마련될 수 있다. 따라서 오버헤드 크레인(130,140)이 유지 및 보수를 위해 안정적으로 안착되도록 하면서도, 파킹공간부(160,170)의 형성을 위한 구조를 단순화시킬 수 있으며, 이로 인해 선체(210)의 제작에 소요되는 작업을 최소화할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 시추 구조물의 라이저 적재 및 핸들링 시스템의 작용을 설명하기로 한다.

오버헤드 크레인(130,140) 각각은 작동에 의해 가이드부(191)를 따라 이동하여, 이송시키고자 하는 라이저(1)의 수직 상부에 위치하도록 한다. 그런 다음 오버헤드 크레인(130,140)의 라이저 파지기(133,143)가 윈치(132,142)의 작동에 의해 하강하여, 스탠천(120) 사이의 라이저(1)를 파지하게 된다. 그리고나서, 윈치(132,142)를 다시 작동시켜서, 라이저(1)를 갠트리 프레임(131,141)이 수평방향으로 이동할 수 있을 높이까지 인양한 후, 갠트리 프레임(131,141)을 수평방향으로 이동시켜서 라이저 리프트(150)의 상측에 위치시킨다.

그런 다음, 다시 윈치(132,142)를 작동시켜서, 라이저 파지기(133,143)가 라이저(1)를 라이저 리프트(150) 상에 놓아 두도록 한다. 그리고나서, 오버헤드 크레인(130,140)은 윈치(132,142)를 작동하여 라이저 파지기(133,143)를 회수한 후, 다른 라이저(1)의 이송을 위해 이동한다. 이러한 동작은 오버헤드 크레인(130,140) 각각이 서로 교대로 수행하거나, 어느 하나의 오버헤드 크레인(130,140)만이 수행할 수 있으며, 오버헤드 크레인(130,140) 중 어느 하나가 고장시, 다른 하나가 이를 수행할 수도 있다.

라이저 리프트(150)는 오버헤드 크레인(130,140)에 의해 공급된 라이저(1)를 상승시켜서, 적재공간부(110)의 상측에 위치하는 라이저 이송부(미도시)로 전달하고, 라이저 이송부는 드릴 플로어의 정해진 포지션으로 라이저(1)를 이송시키게 된다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 오버헤드 크레인(130,140)을 다수, 예컨대 2대로 운영하도록 하여, 시추 깊이 증가 등으로 인한 라이저(1)의 개수 증가를 고려함으로써 라이저(1) 운영의 효율을 높일 수 있다.

또한 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 오버헤드 크레인(130,140) 중 어느 하나에 대한 유지 및 보수시, 필요한 오버헤드 크레인(130,140)를 파킹공간부(160,170)으로 이동하여 파킹시킬 수 있다. 따라서 오버헤드 크레인(130,140) 각각의 유지 및 보수를 위한 별도의 공간을 적재공간부(110)의 양측으로 각각 마련하도록 함으로써 오버헤드 크레인(130,140)의 유지 및 보수 작업이 용이하면서도 신속하게 이루어지도록 한다. 또한 오버헤드 크레인(130,140) 중 어느 하나가 고장을 일으키더라도, 나머지가 라이저(1)의 핸들링이 가능하도록 하여, 오버헤드 크레인(130,140)의 가동률 및 시추 작업의 효율을 높일 수 있다.

또한 사이드 월(180)로부터 사이드 셀(side shell) 부재를 생략하여, 사이드 월(180)을 싱글 월(single wall) 구조로 변경함으로써, 오버헤드 크레인(130,140)의 유지 및 보수를 위한 공간의 확보를 위한 구조 개선 및 재배치를 가능하도록 한다.

본 발명은 상기 실시례에 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 : 라이저 110 : 적재공간부
111 : 적재 데크 120 : 스탠천
130,140 : 오버헤드 크레인 131,141 : 갠트리 프레임
132,142 : 윈치 133,143 : 라이저 파지기
150 : 라이저 리프트 160,170 : 파킹공간부
161 : 안착면 180 : 사이드 월
191 : 가이드부 210 : 선체
220 : 패널 데크 230 : 메인 데크