회전형 핑거보드 및 이를 가지는 파이프 핸들링 시스템{Rotary type finger board and pipe handling system with the same}
본 발명은 회전형 핑거보드 및 이를 가지는 파이프 핸들링 시스템에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 드릴파이프나 라이저 등과 같은 시추용 파이프의 핸들링에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있도록 구성된 회전형 핑거보드 및 이를 가지는 파이프 핸들링 시스템에 관한 것이다.
국제적인 급격한 산업화 현상과 공업이 발전함에 따라, 석유나 천연가스와 같은 지구 자원의 사용량은 점차 증가하고 있으며, 이에 따라 석유나 천연가스 등의 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 일점에 정박한 상태에서 해저 시추 작업을 하는 해저 시추 전용의 리그선(rig ship)이나, 고정식 플랫폼이 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 시추장비를 갖춘 리그선 또는 시추선(이하, 시추선)의 중심부에는 해저의 지하에 존재하는 석유나 천연가스 등을 시추하기 위한 라이저(riser) 또는 드릴파이프(drill pipe)가 상하로 이동될 수 있도록 문풀(moonpool)이 형성되어 있으며, 문풀 상부에 시추 작업을 위한 타워 형태의 데릭(derrick)이 설치되고, 라이저 또는 드릴파이프 등과 같은 파이프의 핸들링을 위한 시스템이 마련된다. 종래의 시추용 파이프의 핸들링 시스템에 대한 기술로는 국제공개번호 WO 02/018742의 "DOUBLE HOIST MAST", 미국등록번호 5244329의 "Arrangement in a pipe handling system", 미국등록번호 6976540의 "Method and apparatus for offline standbuilding", 그리고 한국공개특허 10-2009-0119173의 "시추선의 파이프 적재장치" 등이 있다. 그러나, 이와 같은 종래의 시추용 파이프의 핸들링 시스템은 파이프의 핸들링 시간을 단축시키는데 한계를 가지고, 파이프의 이동 거리 및 시간을 단축시키기 어려우므로, 파이프의 핸들링과 관련된 시추 작업의 효율 저하를 초래하는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 드릴파이프나 라이저 등과 같은 시추용 파이프의 핸들링에 소요되는 시간을 단축시키고, 파이프의 이동거리와 이동시간을 단축시킴으로써 파이프의 핸들링과 관련된 시추작업의 효율을 높이도록 하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 드릴 플로어에 설치되는 레일; 상기 레일을 따라 이동하는 본체에 수직의 회전축을 중심으로 회전체가 회전하도록 설치되고, 파이프를 각각 클램핑하기 위한 클램프가 상기 회전체의 가장자리를 따라 간격을 두고서 다수로 마련되는 회전형 핑거보드; 및 상기 회전형 핑거보드로부터 상기 파이프를 전달받는 드릴드라이브머신;을 포함하는 파이프 핸들링 시스템이 제공된다. 상기 레일은 상기 회전형 핑거보드가 순환 이동할 수 있도록 폐쇄된 경로를 제공할 수 있다. 상기 회전형 핑거보드는, 상기 레일에 다수로 설치되어 각각 독립적으로 구동될 수 있다. 상기 회전체는, 상기 수직의 회전축으로부터 반경방향으로 다수로 연장되는 아암이 마련될 수 있고, 상기 아암 각각의 끝단에 상기 클램프가 마련될 수 있다. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 시추 작업용 해양 구조물에 설치되는 회전형 핑거보드에 있어서, 상기 회전형 핑거보드는 레일을 따라 이동하며, 회전축을 중심으로 회전하는 다수개의 클램프가 드릴드라이브에 파이프를 전달하도록 작동되는, 회전형 핑거보드가 제공된다.
본 발명에 따르면, 드릴파이프나 라이저 등과 같은 시추용 파이프의 핸들링에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있고, 파이프의 이동 거리와 시간을 단축시킴으로써 파이프의 핸들링과 관련된 시추작업의 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 회전형 핑거보드을 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 파이프 핸들링 시스템을 도시한 평면도이다.
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 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 파이프 핸들링 시스템을 도시한 평면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시례에 따른 회전형 핑거보드(100)는 레일(300)을 따라 이동하는 본체(110)와, 본체(110)에 수직의 회전축(121)을 중심으로 회전하도록 설치되는 회전체(120)와, 회전체(120)의 가장자리를 따라 간격을 두고서 다수로 마련되고, 파이프(1)를 각각 클램핑하는 클램프(130)를 포함할 수 있다. 본체(110)는 레일(300)에 이동 가능하게 설치되기 위하여, 하부에 다수의 롤러나 휠이 마련될 수 있고, 이러한 롤러나 휠에 의해 레일(300)에 슬라이딩 가능하도록 결합될 수 있으며, 이 밖에도 다양한 방식에 의하여 레일(300)을 따라 이동하도록 설치될 수 있다. 또한 본체(110)는 레일(300)을 따라 주행이 가능하도록 이송구동부(111)를 가지는데, 이러한 이송구동부(111)는 모터의 구동력을 벨트 및 풀리나, 기어 또는 감속기 등을 이용하여 롤러나 휠에 전달함으로써, 롤러나 휠의 회전 구동에 의해 레일(300)을 따라 이동할 수 있다. 회전체(120)는 본체(110)에 회전축(121)에 의해 회전 가능하도록 설치될 수 있고, 회전축(121)을 중심으로 회전 가능하도록 회전구동부(123)를 가지는데, 이러한 회전구동부(123)는 모터의 구동력을 벨트 및 풀리나, 기어 또는 감속기 등을 이용하여 회전축(121)이나 회전체(120)에 전달함으로써, 회전체(120)가 회전축(121)을 중심으로 회전할 수 있도록 한다. 회전체(120)는 수직의 회전축(121)으로부터 반경방향으로 다수로 연장되는 아암(122)이 마련될 수 있고, 아암(122) 각각의 끝단에 클램프(130)가 각각 마련될 수 있다. 클램프(130)는 예컨대 파이프(1)가 클램핑을 위해 출입할 수 있도록 일측이 개방되도록 형성되고, 개방된 일측을 통해 삽입된 파이프(1)를 모터나 실린더의 액추에이터나 윈치 등과 같은 클램핑구동부의 구동력에 의해, 단일 또는 다수의 지지부재가 회전이나 슬라이딩 또는 이동에 의해 지지하도록 함으로써, 파이프(1)가 움직이지 못하도록 클램핑되도록 하고, 원하는 위치에서 클램핑구동부에 의해 지지부재(미도시)가 파이프(1)의 지지를 해제하도록 함으로써 파이프(1)를 전달할 수 있도록 한다. 또한 지지부재는 클램프(130)의 개방된 일측을 차단함으로써 파이프(1)를 클램핑하도록 구성될 수도 있다. 클램프(130)는 이러한 구성 외에도, 다양한 방식에 의하여 파이프(1)를 클램핑하도록 구성될 수 있다. 본체(110)의 이동 및 정지, 회전체(120)의 회전량 내지 회전각도, 클램프(130)의 클램핑 및 클램핑 해제는, 시스템(10)의 제어부나 별도의 제어부에 의해 제어될 수 있는데, 이러한 제어부는 후술하게 될 드릴드라이브머신(20; 도 2에 도시)으로의 파이프(1) 전달을 위하여, 정해진 프로세스에 의해 이들을 각각 제어하거나, 조작자의 조작신호를 수신받아 이들을 각각 제어할 수도 있다. 제어부는 이들의 제어를 위하여, 제어에 필요한 감지신호를 출력하는 감지부, 예를 들면, 본체(110)의 작업 위치나 현재 위치 등을 감지하도록 레일(300)이나 레일(300) 부근에 설치되는 감지센서, 회전체(120)의 회전량이나 회전각도를 감지하기 위하여, 회전축(121) 부근에 설치되는 엔코더나 아암(122)의 위치를 감지하도록 본체(110)에 설치되는 감지센서, 클램프(130)에 출입하는 파이프(1)를 감지하도록 클램프(130)에 설치되는 감지센서 등의 감지신호를 수신받아, 클램프(130) 중 어느 하나 또는 이들 모두가 파이프(1)를 드릴드라이브머신(20; 도 2에 도시) 측으로 전달하도록, 이송구동부(111), 회전구동부(123) 및 클램프(130)의 클램프구동부를 각각 제어할 수 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 파이프 핸들링 시스템을 도시한 평면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시례에 따른 파이프 핸들링 시스템(10)은 드릴 플로어(drill floor; 30)에 설치되어 회전형 핑거보드(100)를 가이드 하는 레일(rail; 300)과, 레일(300)을 따라 이동하도록 설치되는 회전형 핑거보드(rotary type finger board; 100)와, 회전형 핑거보드(100)로부터 파이프(1)를 전달받는 드릴드라이브머신(Drill Drive Machine, DDM; 20)을 포함하고, 회전형 핑거보드(100)는 회전축(121) 주위를 따라 다수로 마련되는 클램프(130)가 회전축(121)을 중심으로 회전함으로써 클램프(130) 각각이 파이프(1)를 클램핑하여 전달하도록 한다. 본 발명의 일 실시례에 따른 파이프 핸들링 시스템(10)은 시추를 위한 선박, 예컨대 드릴쉽(drillship) 뿐만 아니라, 드릴링 리그(drilling rig), 시추용 고정 플랫폼을 비롯하여 다양한 시추 구조물 등에 사용될 수 있다. 드릴드라이브머신(20)은, 탑 드라이브(Top Drive)라고도 하는데, 시추 작업시 드릴 스트링(다수개의 파이프 및 드릴 비트 등이 시추 작업을 위해 연결된 것)에 회전운동을 전달하기 위한 전기 또는 유압식으로 구동되는 용량이 큰 모터이다. 본 실시예의 드릴드라이브머신(20)은, 회전형 핑거보드(100)와 함께 파이프 핸들링 시스템을 이루어, 회전형 핑거보드(100)로부터 파이프(1)를 전달받도록 작동된다. 따라서, 드릴드라이브머신(20)은 회전형 핑거보드(100)로부터 파이프(1)를 효율적으로 전달받을 수 있도록, 레일(300)과 가까운 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 레일(300)은 회전형 핑거보드(100)가 주행하기 위한 경로를 제공하기 위하여 드릴 플로어(30)에 설치되며, 회전형 핑거보드(100)가 주행할 수 있도록 회전형 핑거보드(100)의 롤러나 휠 등을 지지하기 위한 구조를 가질 수 있다. 여기서 드릴드라이브머신(20)은 로터리 테이블(rotary table)과 함께 구성될 수 있고, 시추를 위한 파이프(1)의 회전 시스템(rotating system)을 이루게 된다. 레일(300)은 회전형 핑거보드(100)가 순환 이동하는 경로를 제공하도록, 시작점과 끝점이 만나는 링 등의 폐쇄된 형태로 설치될 수 있으며, 이로 인해 파이프(1)의 이동 작업을 단축 및 효율화시킬 수 있다. 또한, 링 등의 폐쇄된 형태의 레일은 회전형 핑거보드(100)의 안정적인 이동을 가능하도록 할 뿐만 아니라, 파이프(1)의 이동경로를 최소화할 수 있다. 회전형 핑거보드(100)는 레일(300)을 따라 이동하는 본체(110)에 수직의 회전축(121)을 중심으로 회전체(120)가 회전하도록 설치되고, 파이프(1)를 각각 클램핑하기 위한 클램프(130)가 회전체(120)의 가장자리를 따라 간격을 두고서 다수로 마련되는데, 회전체(120)는 본체(110)와의 회전 결합을 가능하도록 하는 수직의 회전축(121)으로부터 반경방향으로 다수로 연장되는 아암(122)이 마련되고, 아암(122) 각각의 끝단에 클램프(130)가 마련될 수 있다. 이러한 회전형 핑거보드(100)는 본 발명의 일 실시례에 따른 회전형 핑거보드(100)에서 상세히 설명하였으므로 그 설명을 생략하기로 한다. 한편 회전형 핑거보드(100)는 레일(300)에 다수로 설치되어, 앞서 설명한 시스템(10)의 제어부 또는 별도의 제어부에 의해서, 파이프(1)의 전달을 위해 각각 독립적으로 구동할 수 있다. 이와 같은 본 발명에 따른 회전형 핑거보드 및 이를 가지는 파이프 핸들링 시스템의 작용을 설명하기로 한다. 회전형 핑거보드(100)는 레일(300)을 따라 드릴드라이브머신(20) 측으로 이동하여, 클램프(130) 각각에 클램핑된 파이프(1)를 회전체(120)의 회전과 클램프(130)의 동작에 의해 드릴드라이브머신(20)에게 순차적으로 전달한다. 이와 같은 파이프(1)의 전달은, 다수로 이루어진 회전형 핑거보드(100) 각각에 의해 순차적이면서 연속적으로 수행될 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따르면, 드릴파이프나 라이저 등과 같은 시추용 파이프(1)의 핸들링에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있고, 파이프(1)의 이동거리와 이동시간을 단축시킴으로써 파이프(1)의 핸들링과 관련된 시추작업의 효율을 높일 수 있다. 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 : 파이프 10 : 파이프 핸들링 시스템
20 : 드릴드라이브머신 30 : 드릴플로어
100 : 회전형 핑거보드 110 : 본체
111 : 이송구동부 120 : 회전체
121 : 회전축 122 : 아암
123 : 회전구동부 130 : 클램프
300 : 레일 |
