주회전구조 부재의 프리-로딩을 위한 장치 및 방법

주회전구조 부재의 프리-로딩을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PRE-LOADING OF A MAIN ROTATING STRUCTURAL MEMBER}

본 발명은 파이프 운반장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 하나의 피벗 축에 대해 회전하는 주회전구조 부재(main rotating structural member)를 갖는 파이프 운반장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 유정 헤드(well head)에서 관을 배치하는 동안 생성되는 바람직하지 않은 힘을 제어하는 것에 관한 것이다. 또한 더욱 상세하게는, 본 발명은 파이프 운반장치의 주회전구조 부재에 장력을 인가하기 위한 장치에 관한 것이다.

시추장비(drill rig)들은 미리 이송된 관(tubular) 또는 관 모양의 스트링(tubular string)에 연결하기 위해 시추 저상에 인접한 파이프 랙으로부터 시추 저상에 있는 작은 구멍 또는 시추공으로 관 부재들을 이송하기 위한 여러 가지 방법들을 사용하고 있다. 여기서 사용된 상기한 "관(tubular)"이라는 용어는 모든 형상의 파이프, 시추용 파이프, 시추용 칼라(drill collar), 케이싱(casing), 라이너(liner), 갱저 조립체(bottom hole assembly: BHA) 및 당해 기술분야에서 공지된 다른 종류의 관들을 포함한다.

통상적으로 시추(굴착)장비들은 파이프가 쌓인 랙으로부터 유정 중심부 위의 수직 위치로 관을 이송하기 위하여 시추용 크레인과 이송 시스템의 조합체를 활용하였다. 종래의 시스템에 있어서의 명백한 불편한 점은 파이프 엘리베이터를 상기한 관에 부착함에 있어 그리고 드릴 랙(drill rack)으로부터 유정 최상부(well head)의 로터리 테이블로 파이프를 이동시킴에 있어 현저하게 수작업을 수반한다는 것이다. 작업자들의 근처에서 이러한 수작업으로 이루어지는 이송작업은 잠재적으로는 매우 위험하고 사실 시추작업에 있어 수많은 상해를 야기하여 왔다. 더욱이 상기 관이 파이프 랙으로부터 시추 저상으로 이송될 때 호이스트 시스템은 관들이 시추장비의 좁은 작업통로(catwalk) 또는 다른 부분들과 접촉하게 할 수도 있다. 이것은 관을 손상시켜 유정에서 연속된 시추관들 사이의 연결의 완전성에 영향을 미칠 수도 있다.

파이프 랙으로부터 유정 플랫폼으로 파이프를 이송하는 하나의 방법으로서 파이프 랙 상에서 하나의 선택된 파이프 주변의 장비 상에서 한 라인의 일단을 잡아매는 것이 있다. 상기 파이프는 그 다음에 플랫폼 위로 들어 올려져 그것의 하단부가 유정 구멍에 놓인다. 상기 유정 구멍은 단순히 파이프를 임시로 지지하는 로터리 테이블에 인접한 수직의 연장된 원통형 컨테이너이다. 파이프를 시추 스트링(drill string)에 추가하는 것이 필요할 때, 슬립들이 로터리 테이블 상의 드릴 스트링 주위에 고정됨으로써 시추 스트링을 유정 구멍에서 지지하게 된다. 상기 파이프는 이송장치로부터 분리되며, 엘리베이터 또는 켈리(kelly)가 유정 구멍에 있는 파이프에 연결된다. 그 다음, 이송 블록이 시추 스트링 위에 파이프를 놓음으로써 상승한다. 시추 스트링의 상단부에 파이프를 고정하기 위해 집게(tongs)가 사용된다. 시추 파이프 엘리베이터는 칼라로부터 시추 파이프를 매달고 있는데, 그 칼라는 파이프의 일단부 주변에 형성되고 그 파이프를 고정하지는 않도록 하는데, 이렇게 함으로써 파이프를 시추 스트링에 스레드(threadably) 형태로 맞물리게 하기 위하여 파이프의 회전운동을 가능하게 한다.

시추장비에 인접한 랙으로부터 케이싱 접합부(casing joint)들을 이동시키기 위한 종래의 기술은 시추장비로부터의 하나의 열을 상기 랙 상의 선택된 케이싱 접합부의 일단에 묶는 것을 포함하고 있다. 상기 열은 시추장비 플랫폼으로 안내되는 램프(ramp) 위로 케이싱 접합부를 들어올림으로써 일어서게 된다. 로프가 랙으로부터 케이싱을 들어올림에 따라 케이싱의 하단부는 위험한 방식으로 플랫폼을 가로질러 흔들거리게 된다. 시추에 관련하여 플로팅 시스템이 사용될 때 이러한 위험은 더욱 증가한다. 로프가 그의 끝단에서 케이싱 주위에 묶이기 때문에 케이싱은 수직으로 매달려 있지 않고 어느 정도는 기울어지게 된다. 시추 저상부 위의 상승한 플랫폼 상에서 작업하고 있는 작업자는, 그 케이싱이 로터리 테이블 상에 위치한 슬립들에 의해 유정 구멍 속에서 매달려 있는 케이싱 열 안으로 관통되는 동안 그 케이싱의 상부를 파지하고 그것을 똑바로 유지해야만 한다.

시추중인 유정 근처의 랙 위에 배치된 파이프 또는 케이싱을 파지하고, 유정 구멍 위의 수직 방향으로 그것들을 이동한 다음, 유정 구멍에 매달려 있는 스트링 안으로 그것들을 하강시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

종전에는 수평 방향에서 수직 방향으로 하나의 파이프를 기계적으로 이동시키는 다양한 장치들이 제조되었고, 이로써 수직으로 자세를 잡은 파이프가 유정 구멍 속으로 설치될 수가 있었다. 이러한 장치들은 전형적으로 주회전구조 부재와 연관되는 상호연결된 복수의 암(arm)들을 활용하였다. 파이프 이동을 위해서는 레버들, 암들, 그리고 주회전구조 부재의 다른 구성요소들의 일련의 개별적인 이동들이 소망하는 결과를 달성하기 위한 조화된 방식으로 수행되어야만 했다. 전형적으로는 광범위한 유압식 액추에이터들이 상기 구성요소들 각각에 연결되어 소정의 이동을 수행하도록 하였다. 소망하는 움직임을 달성하기 위해서 이러한 액추에이터들 각각에 복잡한 제어 장치가 연결되었다. 또한 소망하는 결과를 달성하기 해서는 그러한 움직임들을 적절히 조절하기 위한 컨트롤러를 위한 정교한 프로그램을 필요로 하였다.

불행하게도, 그러한 시스템으로는 유압식 액추에이터(hydraulic actuator)들이 다른 요소들과 함께 시간에 따라 마모될 수가 있다. 더욱이, 각 액추에이터의 유압의 완전성이 시간에 따라 훼손될 수도 있다. 따라서 각 액추에이터에서 약간의 변화가 일어날 수 있다. 이러한 변화는 일단 발생하면 복잡한 기계장치를 정밀하지 않게끔 만들 수도 있다. 하나의 유압 요소의 고장은 수직 방향으로의 파이프의 정열과 연관되는 문제들을 더 악화시킬 수도 있다. 소망하는 결과를 계속해서 달성하기 위해서는 프로그래밍 상의 컨트롤이 종종 요구된다. 기본적으로는 더 많은 액추에이터들이 그러한 시스템에 통합될수록 시추용 관의 바람직한 공급 측면에 있어 오류, 부정확성 및 편차를 가질 가능성이 더 커진다. 이러한 파이프 이동 작업을 수행하기 위해서는 전형적으로 매우 경험이 많고 기술에 정통한 오퍼레이터가 필요하다. 이것은 파이프 공급과 관련된 비용을 현저하게 증가시킨다.

종래에는 파이프 운반장치는 케이싱(casing)의 설치를 위해서는 사용되지 않았다. 케이싱과 관련된 문제는 케이싱 분절들 각각의 단부들에 내부 벽 및 외부 벽 상에 케이싱 쓰레드(thread)들이 형성된다는 것이다. 이러한 쓰레드들이 형성될 때는 언제나 케이싱의 상대적으로 얇은 벽 두께가 더욱 최소화된다. 게다가, 인접한 하나의 케이싱 분절의 쓰레드 내에 다른 하나의 케이싱 분절의 쓰레드를 적절히 관통하도록 함에 있어 고도의 정밀도가 요구된다. 종전에는 파이프 운반장치에 의한 케이싱의 공급에 필요한 정밀도의 수준은 쓰레드 연결로 된 케이싱 분절들의 설치를 위해 바람직한 정도의 정밀도를 달성하기에 충분하지 않았다. 다른 케이싱 분절에 대한 한 케이싱 분절의 부적절한 설치는 그러한 케이싱 분절들과 관련된 쓰레드들에 잠재적으로 심각한 손상을 초래할 수 있다. 부가적으로, 종래에는 파이프 운반장치는 공급하는 동안 얇은 벽으로 된 케이싱 분절들에 잠재적으로 손상을 일으킬 수 있었다. 그리하여 케이싱 분절들의 설치를 위하여 소망하는 정밀성을 달성하도록 하는 파이프 운반장치를 채택할 필요성이 대두하였다.

이러한 문제점과 필요성을 해결하기 위하여 본원 발명자에 의해 출원된 미국 특허출원번호 제11/923,451호(2007년 10월 24일 출원)는, 제1 위치와 제2 위치 사이에서 회전(피벗)형으로 이동가능한 붐(boom), 상기 붐에 회전 가능하게 연결된 라이저 조립체(riser assembly), 상기 라이저 조립체의 제1 부분에 일단이 회전 가능하게 연결되고 그로부터 바깥쪽으로 연장되는 암(arm), 파이프의 직경을 붙잡기 위해 적절하게 구성된 상기 암의 반대편 단부에 부착된 그리퍼(gripper), 라이저 조립체에 회전가능하게 연결되고 상기 제1 및 제2 위치들 사이에서 붐의 움직임에 대하여 이동하도록 피벗 가능하게 구성된 링크(link), 그리고 상기 붐에 회전가능하게 연결된 일 단부와 상기 암의 단부들 사이에서 암에 회전가능하게 연결된 반대편 단부를 갖는 브레이스(brace)를 구비하� � 파이프 운반장치를 개시하고 있다. 상기 라이저 조립체는 제2 부분에 대하여 둔각으로 바깥쪽으로 연장된 제1 부분을 구비한다.

상기 파이프 운반장치는 제2 위치에 있는 유정 최상부(헤드)에 파이프를 전달한다. 상기 파이프들은 보통이 넘는 길이와 무게를 가질 수 있다. 일단 상기 파이프가 유정 최상부에 있는 다른 파이프에 연결되고나면, 파이프 운반장치의 그리퍼들은 파이프를 풀어준다. 상기 파이프 운반장치와 관련된 문제는 일단 그리퍼들이 유정 최상부에서 파이프를 풀어주게 되면 상기 장치가 탄력적으로 위로 뛰어올라 유정 최상부로부터 벗어난다는 것이다. 이것은 파이프의 무거운 중량의 방출로부터 기인한다. 이러한 파이프의 되튀김(springback)은 파이프 운반장치에 불필요한 스트레스를 야기하고 균열(cracking)이나 휨(bending)과 같은 구조적인 손상을 상기 장치에 야기할 수 있다. 파이프의 방출(릴리스) 시 파이프 운반장치의 암과 그리퍼들은 약 10인치 정도까지의 되튀김을 일으킬 수도 있다. 이것은 파이프 운반장치의 붐에 대한 스트레스에 있어 큰 스파이크(spike)를 일으킨다. 상기 되튀김 현상은 붐에 대해 불필요한 스트레스를 일으키는 것뿐만 아니라 유정 최상부로부터 파이프가 이탈하게끔 만들 수도 있다. 더욱이, 이러한 되튀김 현상이 일어날 때에는 파이프 운반장치의 정밀도가 저하된다. 따라서 이러한 되튀김 현상을 피하고 유정 최상부에서 파이프의 방출에 의해 야기되는 장치의 이탈을 최소화할 필요가 있다. 이러한 문제들은 또한 케이싱이 파이프 운반장치에 의해 유정 최상부로 공급될 때에도 발생한다.

종전에 파이프 운반장치를 강화하기 위한 장치 및 방법들에 관한 다양한 특허와 특허출원들이 있었다. 예를 들면, 본원 출원인에 의해 출원된 미국 특허출원번호 제12/013,979호(2008년 1월 14일 출원)는 붐이 스키드의 일단에 회전가능하게 연결되고 상기 붐의 반대편 단부에는 암이 서로 연결되어 있는 파이프 운반장치를 위한 프리-로딩 시스템을 개시하고 있다. 상기 프리-로딩 시스템은 일단이 암에 부착되고 타단은 고정적으로 장착되어 상기 암이 붐의 반대편에 있는 암의 일단에 인가되는 부하를 가질 때 암에 장력을 제공하는 장력 시스템을 갖도록 구성된다. 상기 장력 시스템은 상기 암에 서로 연결된 일단과 고정적으로 장착된 타단을 갖는 제1 케이블과, 그리고 고정적으로 장착된 반대편 단부를 가지며 상기 암에 서로 연결된 제2 케이블을 포함하고 있다. 상기 제1 및 제2 케이블 조립체들은 암의 반대편 측면들로부터 연장된다.

1965년 4월 13일자로 RN Knight에게 허여된 미국특허 제3,177,944호는 데릭크레인(derrick)의 일 측면으로 그리고 그 데릭크레인에서 이격된 위치에 파이프들을 길이로 수평 저장하기 위한 시추 장비용 랙(racking) 구조를 기술한다. 이것은 수직면에서의 스윙 이동을 위하여 데릭크레인의 기부를 향해 제공되는 이송 암의 수단에 의해 달성된다. 상기 암의 외곽 단부는 상기 암이 데릭크레인의 스테이션으로부터 파이프를 수용하거나 또는 그곳으로 파이프를 전달하는 실질적으로 수직인 위치와, 데릭크레인의 일 측면 상에 있는 저장 수단과 관련된 스테이션으로 파이프를 전달하거나 그로부터 파이프를 수용할 수 있는 실질적으로 수평인 위치 사이에서 작동한다.

1969년 9월 2일자로 EL Alexander 등에게 허여된 미국특허 제3,464,507호는 이동가능한 로터리형 파이프 운반 시스템을 개시한다. 이 시스템은 기대고 있는 이송 위치 사이에서 수직까지의 임의의 각도로 이루어지는 시추 현장 작업시의 소망하는 위치로 이동이 가능하고 회전가능하게 장착된 마스트(mast)를 포함하고 있다. 상기 마스트는 이송 블록(traveling block)으로부터 크라운 블록 풀리들 위로 드로워크(drawwork)를 향해 꿰어진 케이블들의 작업과정을 통해 마스트 상하로 이동 가능한 블록을 포함하는 이송 장치를 위한 가이드(guide)들을 갖는다. 동력 시추기 구동은 상기 이송 장치에 의해 수행된다. 시추 파이프를 위한 엘리베이터는 동력 유닛에 대해 스윙 가능하게 장착된 암에 의해 수행된다. 동력 집게(power tongs), 슬립 및 슬립 부싱(slip bushing)들은 마스트의 하단부 근처에 지지되고 동력 구동장치에 연결된 드라이브 부싱으로부터 시추 파이프가 그것을 통해 연장되도록 구성됨으로써 드릴 파이프는 시추될 구멍의 방향으로 연장된다.

1972년 1월 11일자로 Woodslayer 등에게 허여된 미국특허 제3,633,771호는 유정 데릭크레인의 안팎으로 시추용 파이프를 이동하기 위한 장치를 개시한다. 파이프의 스탠드는 붐의 일단에 회전가능하게 장착된 스트롱백(strongback)에 의해 파지된다. 상기 붐은 로터리 테이블 위로 스트롱백을 흔들어 움직임으로써 파이프 스탠드를 드릴 스트링과 수직으로 정렬하게 된다. 드릴 스트링에 파이프를 추가하고 그로부터 파이프를 제거할 때 그 파이프의 모든 수직 이동은 가동 블록으로부터 매달려 있는 엘리베이터에 의해 달성된다.

1975년 1월 14일자로 LC Cernosek에게 허여된 미국특허 제3,860,122호는 파이프와 같은 관 부재를 저장영역으로부터 유정 시추 플랫폼으로 이동하기 위한 장치를 기술하고 있다. 상기 위치설정(포지셔닝) 장치는 방출위치로 파이프를 이동시키기 위한 플랫폼에 장착된 파이프 배치장치를 포함하는데, 그것에 의해 상기 파이프는 방출되어 잠수 위치로 내려질 수 있다. 부하 수단은 파이프가 배치장치로 이송되는 이송 위치로 저장 위치에 있는 파이프를 이동시키기 위하여 플랫폼 및 위치설정 수단에 동작가능하게 부착되거나 연결된다. 상기 배치장치는 파이프를 수용하도록 구성된 파이프 클램프 조립체들과 함께 그 위에 회전가능하게 장착된 파이프 트랙을 갖는 타워(tower)를 포함한다. 파이프 트랙은 파이프가 클램프 조립체로 이동되는 이송 위치와, 파이프가 잠수 위치로의 이동을 위해 방출되는 방출 위치 사이에서 유압식 동력장치 또는 기어장치에 의해 회전형으로 이동가능하다.

1976년 10월 19일자로 Woodslayer 등에게 허여된 미국특허 제3,986,619호는 유정 시추용 데릭크레인를 위한 파이프 운반장치를 나타낸다. 이 장치에서는 붐의 내부 단부는 유정의 정면에서 수평축 상에 회전 가능하게 지지된다. 클램프 수단이 일단에서 수평 축에 평행한 축 위에서 상기 붐의 외부 단부에 회전가능하게 연결된다. 상기 클램프 수단은 붐의 외부 단부가 상승 또는 하강 될 때 붐을 가로질러 시추 파이프의 자유단이 스윙하도록 해준다. 하나의 라인이 엘리베이터들을 상승 및 하강시키는 이송 블록과 일단에서 연결되고 타단에서는 붐에 연결되어 도르래(sheave) 주위로 통과한다.

1979년 10월 30일자로 C. Jenkins에게 허여된 미국특허 제4,172,684호는 유정 데릭크레인의 바닥 위에 장착된 저상-레벨 파이프 운반장치를 나타낸다. 상기 장치는 시추중인 유정의 중심선에 수직인 축 상에서 앞뒤로 흔들림 가능한 지지부를 포함한다. 암의 일단은 유정의 중심선을 가로지르는 축 상에서 상기 지지부 위에 회전가능하게 장착된다. 상기 암의 반대편 단부는 그 암으로부터 벗어나 있는 측면으로 개방된 파이프 수용 시트들을 갖는 한 쌍의 슈(shoe)들을 떠받치고 있다. 상기 암의 자유단은 유정의 중심선을 향해 그리고 그로부터 벗어나게끔 스윙이 가능하고 암 지지부는 측면으로 상기 암을 스윙하도록 잠겨질 수도 있다.

1983년 9월 13일자로 CA Willis에게 허여된 미국특허 제4,403,666호는 시추 장치를 위한 이송 암과 자기-중심형 집게장치(self-centering tongs)를 나타낸다. 상기 이송 암의 클램프들은 그 이송 암에 탄력적으로 장착되어 클램프들과 클램프로 죄어진 하향공(downhole) 시추관의 제한적인 축 방향의 이동을 제공한다. 상기 관들의 스레드 연결을 구성하고 분리하기 위한 한 쌍의 자동식 자기-중심형 유압식 집게장치들이 제공된다.

1983년 10월 4일자로 CA Willis에게 허여된 미국특허 제4,407,629호는 하향공 관들을 위한 리프팅 장치를 개시한다. 이 리프팅 장치는 수평 위치에서 적재와 하역을 돕기 위한 측면적재 위치와, 붐이 수직 위치에 있을 때 클램프 된 관이 시추 축과 정렬하는 중앙 위치 사이에서 회전 가능한 두 개의 회전형 클램프들을 포함한다. 상기한 붐이 클램프에 위치한 하향공 관으로써 회전될 때에는 언제나 상기 측면적재 위치로 클램프들을 자동으로 회전시키기 위한 자동식 유압 시퀀싱 회로가 제공된다. 이 위치에서 클램프 된 관은 그 클램프 된 관이 클램프들에서 미끄러지는 것을 방지하기 위하여 붐에 장착된 안전 플레이트와 정렬된다.

미국특허 제4,492,501호는 제1 축에 대해 회전하도록 지지체 구조에 회전 가능하게 연결된 이송 암과 지지체 구조를 포함하는 시추작업을 위한 플랫폼 위치설정 시스템을 제공한다. 이 플랫폼 위치설정 시스템은 제2의 축에 대해 회전하도록 상기 지지체 구조에 회전가능하게 연결된 플랫폼과 상기 이송 암과 플랫폼 사이에 장착된 로드(rod)를 포함한다. 상기 암과 플랫폼 축들의 위치 및 로드의 길이는 상기 이송 암이 상승된 위치로 이동함에 따라 로드 수단에 의해 상승 위치로 플랫폼을 자동으로 그리고 점차로 상승하도록 선택된다. 상기 이송 암은 그 이송 암이 하강 위치로 이동할 때 로드 수단에 의해 플랫폼을 하강 위치로 자동으로 그리고 점차로 하강시킨다.

1986년 6월 17일자로 Nelmark 등에게 허여된 미국특허 제4,595,066호는 발파공과 관련하여 사용되는 시추 파이프를 취급하기 위한 장치를 제공한다. 이 시스템은 시추 파이프가 소정의 각도로 시추 중인 구멍에서 더 용이하게 시추 스트링에 연결 및 분리되는 것을 가능하게 한다. 유압으로 작동되는 잠금장치 의해 고정되는 유압식 문들을 갖는 운반장치(캐리어)의 하단부에 저장공간(receptacle)이 형성된다. 상단부 근처의 게이트는 상기한 리셉터클 잠금장치의 유압 작동에 반응하여 공기압으로 동작 된다.

1989년 4월 18일자로 P. Slettedal에게 허여된 미국특허 제4,822,230호는 자동화된 시추 작업에 적합한 파이프 운반장치를 개시한다. 시추 파이프들은 실질적으로 수평 및 수직인 위치들 사이에서 취급된다. 상기 장치는 실질적으로 수평 축에 대해 회전 가능한 상부 장착형 시추장치와 함께 사용된다. 상기 장치는 시추 파이프들을 파지하고 조작하기 위한 클램프들이 제공된 스트롱백(strongback)을 활용한다. 상기 스트롱백은 시추장치와 같은 축에 회전가능하게 연결된다. 상기 스트롱백은 시추장치와 함께 상하로 움직인다. 제2 축에 대해 회전 가능한 스트롱백에는 브레이스(brace) 유닛이 부착된다.

1989년 5월 30일자로 Brittain 등에게 허여된 미국특허 제4,834,604호는 유정 근처의 수평 위치로부터 유정 구멍 위의 수직 위치로 케이싱(casing) 또는 파이프를 이동하기 위한 파이프 이동 장치 및 방법을 제공한다. 상기 장치는 유압식 펌프(hydraulic ram)에 의해 하강 위치 및 상승 위치 사이에서 이동가능한 붐(boom)을 포함한다. 스트롱백은 파이프가 수직으로 위치할 때까지 그 파이프를 파지하고 지지한다. 그 다음에 스트롱백 상의 유압식 펌프가 작동됨으로써 유정 구멍에 매달려 있는 스트링 위로 상기 파이프 또는 케이싱을 하강시키고 추가적인 파이프 또는 케이싱 조인트가 거기에 이어진다.

1987년 11월 24일자로 HL Adair에게 허여된 미국특허 제4,708,581호는 시추관의 이동을 위한 이송 암을 배치하기 위한 방법을 제공한다. 시추 마스트 및 이송 암은 마스트에 근접한 제1 축에 장착되어 지면에 근접한 하강된 위치와 상기 마스트에 인접한 상부 위치 사이에서 이동한다. 반응 포인트 앵커가 상기 제1 축으로부터 이격되어 시추 마스트에 대하여 고정된다. 고정된 길이 링크는 상기 제1 축에서 이격되어 제2 축에서 이송 암에 회전가능하게 장착되고 제1 일단형 실린더는 일단에서는 상기 링크의 먼 쪽 단부에 그리고 타단에서는 이송 암에 회전가능하게 장착된다. 제2 일단형 유압 실린더는 일단에서는 상기 링크의 먼 쪽 단부에 그리고 타단에서는 상기 반응 포인트에 회전가능하게 장착된다.

1988년 7월 26일자로 CA Willis에게 허여된 미국특허 제4,759,414호는 두 개의 이격된 평행 스키드 런너(skind runner)들과 하나의 플랫폼을 정의하는 굴착 상부구조 스키드(skid)를 포함하는 시추장비를 제공한다. 상기 플랫폼은 드로워크(drawwork) 스키드 상에 장착된 드로워크를 지지하고 파이프 붐은 굴착 상부구조 스키드의 스키드 런너들 사이에 적합한 크기의 파이프 붐 스키드 상에 장착된다. 상기 시추 상부구조 스키드는 그 위에 하부 마스트 부분이 장착되어 있는 시추 플랫폼을 차례로 지지하는 네 개의 다리들을 지지한다. 상기 파이프 붐 스키드는 붐 연결장치, 모터, 상기 붐 연결장치에 동력을 제공하도록 된 유압식 펌프뿐만 아니라 파이프 붐을 장착하고 있다. 기계적인 위치 잠금장치(position lock)가 하부 스키드 위로 상대적인 위치에 상부 스키드를 지지한다.

1995년 10월 17일자로 RS Sorokan에게 허여된 미국특허 제5,458,454호는 유정 구멍 근처의 파이프 랙 상의 수평 위치로부터 벽 중앙부 위의 수직 위치로 사용된 관들을 이동시키기 위해 사용되는 파이프 운반 방법을 기술하고 있다. 이 방법은 관에 부착을 위한 그리퍼 헤드와 이두근전완형(bicep and forearm) 조립체를 활용한다. 이동 중인 관의 경로는 공지의 케이블 이송기법을 활용하는 통상적인 관의 경로에 유사한데 이로써 시추장비의 V자형 문을 통해 시추 저상에 대한 접근을 가능하게 한다. 미국특허 제6,220,807호는 미국특허 제5,458,454호의 방법을 실행하기 위한 장치를 기술하고 있다.

2003년 8월 26일자로 HWF Day에게 허여된 미국특허 제6,609,573호는 해양

구조물을 위한 파이프 운반장치를 개시한다. 상기 파이프 운반장치는 하향공을 하강시키기 위한 드릴 스트링이 구성될 경우 시추 저상에 근접한 수평 파이프 랙으로부터 시추 저상(drill floor)의 후퇴 영역(set-back)에 있는 수직 방향으로 파이프를 운반한다. 캔틸레버형 시추 저상은 플랫폼의 공간을 절약하도록 파이프 운반 시스템과 함께 활용된다.

2004년 3월 16자로 Simpson 등에게 허여된 미국특허 제6,705,414호는 좁은 작업통로(catwalk) 상의 대체로 수평인 위치와, 시추장비 저상 입구인 대체로 수직인 위치 사이에서 파이프를 이동하기 위한 관 이송 시스템을 개시한다. 개별적인 관들의 뭉치들은 스탠드 구성/해체 기계가 관 스탠드들을 구성하는 처리 영역으로 이동된다. 버킹 장치(bucking machine)가 연결부들을 정렬하고 구멍을 맞추어 정확한 토크로 그 연결부들을 구성한다. 그 다음, 관 스탠드는 상기 기계로부터 스탠드 저장 영역으로 이송된다. 상기 스탠드들을 회수하기 위하여 수집(pick-up) 영역 상부의 위치로 트롤리(trolley)가 이동된다. 상기 스탠드들은 트롤리에 클램프로 죄여지고 트롤리는 대체로 수평인 위치에서 시추장비 저상 입구에서의 대체로 수직인 위치로 이동된다. 수직의 파이프-랙 장비는 스탠드들을 이동장치로 이송한다. 상기 이동장치는 스탠드 연결부를 구성하고 스탠드는 구멍 안으로 움직인다.

2004년 8월 24일자로 MS Oser에게 허여된 미국특허 제6,779,614호는 파이프를 이송하기 위한 또 다른 시스템과 방법을 개시한다. 제1 위치로 파이프 조인트를 이송하고 그 다음에는 상부의 제2 위치를 향해 파이프를 들어올리기 위한 파이프 셔틀(shuttle)이 사용된다.

본 발명의 목적은 유정 최상부(헤드)에 파이프를 공급할 때 파이프 운반장치의 주회전구조 부재의 구조적인 완전무결성을 향상시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 수평 방향으로부터 수직 방향으로 파이프를 옮기기 위하여 필요한 교정작업(캘리브레이션)의 양을 최소화하는 파이프 운반장치의 주회전구조 부재를 강화하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 구성요소들 사이에 조절이 없이 파이프를 이동하도록 단일한 자유도 내에서 동작하는 파이프 운반장치의 주회전구조 부재를 강화하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 그러한 강화를 달성하도록 상기 장치에 부가된 요소들의 수를 최소화하는 파이프 운반장치의 주회전구조 부재를 강화하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 파이프 운반장치의 구성요소들의 손상을 방지하는 파이프 운반장치를 강화하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 파이프 운반장치의 측면방향 또는 횡단방향 움직임을 방지하는 파이프 운반장치를 강화하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 파이프 및/또는 케이싱(casing)의 공급과 절연에 있어 더 높은 정밀도를 달성하도록 하는 강화를 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 장치의 구조적인 경도를 증진시키는 파이프 운반장치를 강화하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 파이프운반 장치의 주회전구조 부재의 구성요소들의 무게와 크기를 최소화하는데에 이바지하는 파이프 강화를 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 전술한 및 다른 목적들과 이점은 첨부한 명세서와 청구범위를 이해함으로부터 명백해질 것이다.

본 발명은 스키드(skid)와, 상기 스키드에 대하여 피벗 축을 중심으로 회전하는 주회전구조 부재(main rotating structural member)를 구비하는 파이프 운반장치에 관한 것이다. 상기 주회전구조 부재는 제1 위치와 제2 위치 사이에서 움직인다. 상기 주회전구조 부재의 상단부에 근접하게 장력 수단이 부착된다. 상기 장력 수단은 주회전구조 부재가 상기 제2 위치에 있을 때 주회전구조 부재에 장력을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서 상기 장력 수단은 주회전구조 부재의 최상부(top)에 인접한 일 단부를 갖는 제1 케이블과 상기 주회전구조 부재의 상기 최상부에 인접한 일 단부를 갖는 제2 케이블을 포함한다. 상기 제1 및 제2 케이블들은 주회전구조 부재의 정면으로부터 바깥쪽으로 각을 이루며 연장된다. 상기 제1 케이블은 고정된 면에 부착된 반대쪽 단부를 갖는다. 상기 제2 케이블은 상기 고정된 면에 부착된 반대쪽 단부를 갖는다. 상기 제1 케이블은 주회전구조 부재의 일 측면으로부터 바깥쪽으로 각을 이루며 연장된다. 상기 제2 케이블은 주회전구조 부재의 반대쪽 측면으로부터 바깥쪽으로 각을 이루며 연장된다. 상기 제1 및 제2 케이블들은 상기 제2 위치에서 주회전구조 부재에 장력을 인가한다. 상기 주회전구조 부재가 제1 위치에 있을 때 상기 제1 및 제2 케이블들은 느슨한 상태로 형성된다.

본 발명의 제1의 선택적 실시예에 있어서, 상기 장력수단은 상기 주회전구조 부재의 최상부에 인접하게 부착된 단부를 갖는 제1 케이블과, 그리고 상기 주회전구조 부재의 상기 최상부에 인접하게 부착된 단부를 갖는 제2 케이블을 포함한다. 상기 제1 케이블은 고정된 면에 부착된 반대편 단부를 갖는다. 상기 제2 케이블은 상기 고정된 면에 부착된 반대편 단부를 갖는다. 상기 제1 및 제2 케이블들은 주회전구조 부재의 정면으로부터 바깥쪽으로 각을 이루며 연장된다. 상기 제1 및 제2 케이블들은 상기 주회전구조 부재와 정렬 관계인 상기 고정된 면에 부착된다. 상기 제1 케이블은 상기 주회전구조 부재의 측면에 대체로 평행이다. 상기 제2 케이블은 상기 주회전구조 부재의 반대편 측면에 대체로 평행이다.

본 발명의 제2의 선택적 실시예에 있어서, 상기 장력수단은 상기 주회전구조 부재의 최상부에 인접한 단부를 갖는 제1 케이블과, 그리고 상기 주회전구조 부재의 상기 최상부에 인접하게 부착된 단부를 갖는 제2 케이블을 포함한다. 상기 제1 케이블은 고정된 면에 부착된 반대편 단부를 갖는다. 상기 제2 케이블은 상기 고정된 면에 부착된 반대편 단부를 갖는다. 상기 제1 및 제2 케이블들은 상기 주회전구조 부재의 피벗 축을 따라 상기 고정된 면에 부착된다. 상기 제1 케이블은 상기 주회전구조 부재의 일 측면으로부터 바깥쪽으로 각을 이루어 연장된다. 상기 제2 케이블은 상기 주회전구조 부재의 반대편 측면으로부터 바깥쪽으로 각을 이루어 연장된다. 상기 제1 및 제2 케이블들은 제2 위치에서 상기 주회전구조 부재에 장력을 제공한다. 상기 제1 및 제2 케이블들은 상기 주회전구조 부재가 제1 위치에 있을 때 느슨한 상태로 형성된다.

본 발명의 제3의 선택적 실시예에 있어서, 상기 장력수단은 상기 주회전구조 부재의 최상부(top)에 인접한 단부를 갖는 제1 케이블과, 그리고 상기 주회전구조 부재의 상기 최상부에 인접한 단부를 갖는 제2 케이블을 포함한다. 상기 제1 케이블은 상기 주회전 부재의 저부(bottom) 근처의 위치에 부착된 반대편 단부를 갖는다. 상기 제2 케이블은 상기 주회전구조 부재의 상기 저부 근처의 위치에 부착된 반대편 단부를 갖는다. 상기 제2 케이블은 제1 케이블 반대편의 상기 주회전구조 부재의 측면에 부착된다. 상기 제1 및 제2 케이블들은 제2 위치에서 상기 주회전구조 부재에 장력을 제공한다. 상기 제1 및 제2 케이블들은 상기 주회전구조 부재가 제1 위치에 있을 때 느슨하게 구성된다.

본 발명은 제1위치로부터 제2 위치로 피벗 축에 대하여 상기 주회전구조 부재가 회전할 경우 파이프 운반장치의 주회전구조 부재에 장력을 제공하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 상기 주회전구조 부재의 최상부에 인접하게 제1 케이블의 단부를 부착하는 과정과, 상기 주회전구조 부재의 상기 최상부에 인접하게 제2 케이블의 단부를 부착하는 과정과, 그리고 상기 제1 및 제2 케이블들로써 상기 제2 위치에서 주회전구조 부재에 장력을 인가하는 과정을 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방법은 상기 고정된 면에 상기 제1 케이블의 반대편 단부를 부착하는 과정과, 상기 고정된 면에 상기 제2 케이블의 반대편 단부를 부착하는 과정과, 상기 주회전구조 부재의 일 측면으로부터 각을 이뤄 바깥쪽으로 상기 제1 케이블을 연장하는 과정과, 그리고 상기 주회전구조 부재의 반대편 측면으로부터 각을 이뤄 바깥쪽으로 상기 제2 케이블을 연장하는 과정을 더 포함한다.

제1의 선택적 실시예에 있어서, 상기 방법은 고정된 면에 상기 제1 케이블의 반대편 단부를 부착하는 과정과, 상기 고정된 면에 상기 제2 케이블의 반대편 단부를 부착하는 과정과, 그리고 상기 주회전구조 부재와 정렬 상태로 상기 제1 및 제2 케이블들을 연장하는 과정을 더 포함한다.

제2 선택적인 실시예에 있어서, 상기 방법은 고정된 면에 상기 제1 케이블의 반대편 단부를 부착하는 과정과, 상기 고정된 면에 상기 제2 케이블의 반대편 단부를 부착하는 과정과, 상기 주회전구조 부재의 일 측면으로부터 각을 이뤄 바깥쪽으로 상기 제1 케이블을 연장하는 과정과, 상기 주회전구조 부재의 반대편 측면으로부터 각을 이뤄 바깥쪽으로 상기 제2 케이블을 연장하는 과정과, 그리고 상기 주회전구조 부재의 피벗 축을 따라 상기 제1 및 제2 케이블들을 부착하는 과정을 더 포함한다.

도 1은 파이프 운반장치가 제1 위치에 배치된 상태의 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예의 측면도를 도시한다.
도 2는 파이프 운반장치가 제2 위치에 배치된 상태의 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예의 측면도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예의 정면도를 도시한다.
도 4는 파이프 운반장치가 제1 위치에 배치된 상태의 본 발명에 따른 장치의 제1의 선택적 실시예의 측면도를 도시한다.
도 5는 파이프 운반장치가 제2 위치에 배치된 상태의 본 발명에 따른 장치의 제1의 선택적 실시예의 측면도를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 장치의 제1의 선택적 실시예의 정면도를 도시한다.
도 7은 파이프 운반장치가 제1 위치에 배치된 상태의 본 발명에 따른 장치의 제2의 선택적 실시예의 측면도를 도시한다.
도 8은 파이프 운반장치가 제2 위치에 배치된 상태의 본 발명에 따른 장치의 제2의 선택적 실시예의 측면도를 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 장치의 제2의 선택적 실시예의 정면도를 도시한다.
도 10은 파이프 운반장치가 제1 위치에 배치된 상태의 본 발명에 따른 장치의 제3의 선택적 실시예의 측면도를 도시한다.
도 11은 파이프 운반장치가 제2 위치에 배치된 상태의 본 발명에 따른 장치의 제3의 선택적 실시 예의 측면도를 도시한다.
도 12는 본 발명에 따른 장치의 제3의 선택적 실시 예의 정면도를 도시한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 파이프 운반장치(36)의 바람직한 실시예의 측면도가 도시되어 있다. 파이프 운반장치(36)는 트럭과 같은 차량의 바닥(12)에 대하여 지지되는 스키드(16) 상에 장착된다. 상기 파이프 운반장치(36)는 특히 제1 위치와 제2 위치 사이에서 피벗 형태로 이동 가능한 주회전구조 부재(14)를 포함한다. 레버 조립체(10)는 주회전구조 부재(14)에 피벗 가능하게 연결된다. 주회전구조 부재(14) 반대쪽의 레버 조립체(10)의 일단에는 암(arm)(20)이 피벗 가능하게 연결된다. 상기 레벨 조립체(10) 반대쪽의 상기 암(20)의 타단에는 그립(gripping) 수단(11)이 고정적으로 연결된다. 그립 수단(11)은 몸체(17)와 그리퍼(griper)(13)들을 구비한다.

본 발명에 있어서 주회전구조 부재(14)는 비스듬한 버팀목(strut)들, 십자형 (cross) 이음부재들 및 빔(beam)들로 이루어진 구조물이다. 특히, 본 발명에서는 주회전구조 부재(14)는 개방된 내부를 갖도록 구성함으로써 파이프를 주회전구조 부재의 내부를 통과하도록 하는 방식으로 들어올리는 것이 가능할 것이다. 따라서 주회전구조 부재(14)의 상부(26)는 주회전구조 부재(14)에 대해 필요한 구조적 완전성을 제공하도록 강하게 보강되어야 한다. 하나의 러그(lug)가 주회전구조 부재(14)의 일 측면으로부터 바깥쪽으로 연장된다. 이 러그는 레버 조립체(10)에 대한 피벗 가능한 연결을 위해 적합하다. 상기 주회전구조 부재(14)는 스키드(16) 상의 한 위치로 저부(18)에서 피벗 가능하게 연결된다. 주회전구조 부재(14)의 저부(18)에서의 상기한 피벗 가능한 연결은 스키드(16)와의 회전가능한 링크 연결부 위에서 오프셋 관계로 배치된다. 상기 링크 반대쪽의 주회전구조 부재(14)의 측면으로부터 작은 프레임 부재가 외부로 연장된다. 이 프레임 조립체는 브레이스(brace)를 갖는 피벗 가능한 연결부를 구비한다. 이러한 레버 조립체(2)의 특유한 구성은 수평 방향과 수직 방향 사이의 파이프(82)의 이동을 실행하는 본 발명의 능력에 도움을 제공한다.

상기 암(20)은 레버 조립체(10)에 피벗 가능하게 연결된 일 단부를 갖는다. 상기 암(20)의 타 단부는 그립 수단(11)에 연결된다. 특히, 한 쌍의 핀 연결부들이 상기 암(20)의 단부에 대하여 그립 수단(11)의 위치를 고정적으로 정하도록 그립 수단(11)의 몸체(17)의 일면과 맞물리도록 한다. 상기 핀 연결부들은 그립 수단(11)의 몸체(17)를 상기 암(20)과 견고하게 연결하도록 하는 볼트 또는 다른 고정장치의 형태일 수 있다. 핀 연결부와 연관된 볼트들이 제거될 수도 있는데, 이로써 다른 그립 수단(11)이 암(20)의 단부에 부착될 수도 있다. 따라서 본 발명의 파이프 운반장치(36)는 다양한 크기의 파이프(82)와 다양한 높이의 시추장비들(22)에 적용이 가능하다.

상기 그립 수단(11)은 몸체(17)의 길이를 따라 변환 가능한 그리퍼(13)들을 갖는 몸체(17)를 포함한다. 그리퍼(13)의 이러한 수직 변환은 파이프(82)의 수직 배향이 일단 완료되면 파이프(82)가 상하로 적절히 이동될 수 있게 한다. 상기 그리퍼(13)들은 파이프(82)의 외경과 꼭 맞물리도록 원하는 대로 개폐조절이 가능한 통상적인 그리퍼의 형태이다.

상기 링크는 레버 조립체(10)의 피벗 가능한 연결부에서 연결부로 연장되는 하나의 신장된 형태의 부재이다. 상기 링크는 비연장형(non-extensible)이며 주회전구조 부재(14)와 반대쪽 측면에 인접하게 상기 암(20)의 그것으로부터 대체로 연장된다. 상기 링크는 일반적으로 주회전구조 부재(14)의 이동에 대해 상대적으로 이동한다. 상기 브레이스는 주회전구조 부재(14)와 관련된 작은 구조물에 피벗이 가능하게 연결되고 또한 그것의 단부들 사이에서 상기 암(20)을 따라 한 위치에 피벗이 가능하게 연결된다. 상기 브레이스는 상기 암(20)에 구조적인 지지를 제공하는 한편, 수직 배향과 수평 배향 사이의 파이프(82)의 이동 중에 암(20)의 원하는 이동을 편하게 하여준다.

액추에이터들은 스키드(16)에 연결된 일 단부와 그 단부 위의 위치에서 상기 주회전구조 부재(14)에 연결된 반대쪽 단부를 구비한다. 상기 액추에이터들이 활성화될 때 그것들은 수평 배향으로부터 위쪽으로 최종적으로는 수직을 넘어선 위치로 파이프(18)가 수직 배향을 이루도록 상기 주회전구조 부재(14)를 회전시킬 것이다. 본 발명의 정신의 영역 내에서 유압식 액추에이터들의 쌍 대신에 단일한 유압식 액추에이터가 활용될 수도 있다.

상기 시추 장비(22)는 시추 저상(100) 위로 일단이 나와 있게끔 위쪽으로 연장되는 시추 파이프(24)를 갖는 것으로 예시되어 있다. 상기 파이프(82)가 수직 배향으로 배치되어 있을 때, 그리퍼(13)의 변환 가능한 이동이 활용되어 파이프(82)의 상기 단부가 시추 파이프(24)의 박스와 맞물리도록 한다.

본 발명에서 상기 장치(36)의 비연장형 부재들 각각의 조화로운 이동은 적절한 크기와 각도의 관계로써 이루어진다. 본질적으로 본 발명은 다양한 부품요소들 사이의 4절 링크(four-bar link)를 제공한다. 결과적으로 수평 배향과 수직 배향 사이의 시추 파이프(82)의 이동은 다양한 구성요소들과 관련된 운동역학을 통해서 단지 이루어질 수 있다. 이러한 원하는 이동을 달성하기 위해서 단일한 유압식 액추에이터가 다만 필요할 수도 있다. 다수의 유압식 액추에이터들의 조절된 이동이 필요한 것은 아니다. 상기 유압식 액추에이터들은 주회전구조 부재(14)의 피벗 동작을 위해 단지 사용된다. 스키드(16)는 차량(15)의 베드에 놓이기 때문에 그 차량(15)은 시추장비(22)의 시추 파이프(24)의 중심선과 적절히 정렬되도록 제 위치에 정교하게 조종될 수 있다. 일단 차량에 의해 적절한 정렬이 이루어지고 나면 상기 장치(36)가 조작되어 원하는 위치로 시추 파이프(82)를 효과적으로 이동하도록 한다. 본 발명의 그리퍼 조립체(11)는 시추 파이프(24)를 적절히 삽입하기 위해 시추 파이프(82)를 상하로 이동시킬 수 있다. 본 발명은 다양한 링크의 파이프(82)들에 적응이 가능하다.

다양한 종류의 그립 수단들(11)이 암(20)의 단부에 설치되어 더 긴 길이의 파이프(82)들을 적절히 수용하도록 한다. 따라서 종래의 시스템에서 요구되는 복잡한 제어 장치들 대신에 본 발명은 유압식 실린더들의 동작과 함께 차량(15)의 간단한 조종에 의해 그 결과를 달성한다. 파이프(82)의 이동과 모든 다른 링크들은 다양한 요소들 사이의 단지 기계적인 연결들 때문에 이루어진다. 따라서 본 발명은 원하는 연결 파이프에 대한 파이프(82)의 정확한 자기-중심설정을 보장한다. 이것은 파이프 운반 시스템에서 단일한 자유도만으로 이루어진다.

도 1을 참조하면, 상기 파이프 운반장치(36)는 제1 위치에 존재한다. 그리퍼(17)는 수평 방향으로 관(82)을 단단히 붙잡는다. 상기 관(82)은 파이프나 케이싱(casing)과 같은 시추에서 사용되는 어떠한 형태로 된 관 모양의 구조물일 수도 있다. 상기 장치(36)의 장력(tension) 수단이 주회전구조 부재(14)에 부착된다. 상기 장력 수단은 제1 케이블(38)을 구비한다. 상기 제1 케이블(38)의 단부(40)는 주회전구조 부재(14)의 최상부(26) 근처에 부착된다. 상기 제1 케이블(38)의 타단(42)은 고정된 면에 부착된다. 도 1에서 상기 고정된 면은 스키드(16)에 해당된다. 그러나 본 발명은 상기 고정된 면은 지면(80) 또는 주회전구조 부재(14)에 대하여 고정된 위치에 있는 어떤 다른 구조물일 수 있다고 상정한다. 파이프 운반장치(12)가 상기한 제1 위치에 있을 때 상기 장치(36)의 장력 수단은 느슨한 상태이다. 상기 제1 케이블(38)은 도 1에서 느슨한 상태인 것으로 이해될 수 있다. 파이프 운반장치(12)는 전형적으로 유정(22)에 바로 이웃하게 배치된다. 유정 설비는 유정 헤드(24) 위에 배치된다. 파이프 운반장치(12)는 전형적으로 유정 헤드(24)의 높이보다 더 낮은 위치에 위치한다.

도 2를 참조하면, 파이프 운반장치가 제2 위치에 배치된 상태의 상기 장치(36)의 바람직한 실시예의 측면도가 도시되어 있다. 상기 제2 위치에서 파이프 운반장치(12)의 주회전구조 부재(14)는 대략 수직 방향으로 존재한다. 상기 파이프 운반장치(12)의 암(20)은 주회전구조 부재(14)의 바깥쪽으로 신장되어 그리퍼(17)가 유정 최상부(24) 위의 수직 방향으로 상기 관(82)을 파지하고 있도록 한다. 상기 제1 케이블(38)은 주회전구조 부재(14)의 상부(26) 근방에 부착된 일 단부(40)를 가지며, 타 단부(42)는 상기한 고정된 면, 즉 스키드(16)에 부착되는 것으로 도시된다. 상기 제1 케이블(38)과 제2 케이블(미도시)은 주회전구조 부재(14)의 정면(30)으로부터 바깥쪽으로 각을 이루며 연장된다. 상기 주회전구조 부재(14)의 정면(30)으로부터 바깥쪽으로 각을 이루며 연장되는 제1 케이블(38)과 제2 케이블(미도시)을 갖는 덕분에 유정 헤드(최상부)(24)에 관(82)을 공급하는 동안 주회전구조 부재(14)의 전후 이동을 방지할 수 있게 된다. 상기 주회전구조 부재(14)가 제2 위치에 있을 때 상기한 제1 케이블(38)과 제2 케이블(미도시)이 주회전구조 부재(14)에 장력을 제공하는 것이 도 2에서 이해될 수 있다. 장력 케이블(38)은 주회전구조 부재(14)에 전후방 이동에 대한 구조적인 강성(rigidity)을 갖게 한다. 상기 장력 케이블(38)은 제2 위치에 있는 주회전구조 부재(14)에 구조적인 강성(rigidity)을 제공한다. 이것은 주회전구조 부재(14)가 더 가벼운 무게와 더 작고 가벼운 구성요소들로 이루어지는 것을 가능하게 한다.

도 3을 참조하면, 도 2의 관측선 3-3을 따라 취한 본 발명의 장치(36)의 바람직한 실시예에 대한 정면도가 예시되어 있다. 상기 장치(36)의 제1 케이블(38)은 주회전구조 부재(14)의 상부(26)에 연결된 일 단부(40)를 구비하고 타단부(42)는 스키드(16)의 고정된 면에 부착된다. 상기 장치(36)의 제2 케이블(44)은 주회전구조 부재(14)의 상부(26)에 연결되는 일 단부(46)와 상기 스키드(16)의 고정된 면에 연결된 타 단부(48)를 갖는다. 도 3의 주회전구조 부재(14)는 상기 제2 위치에 존재하는데, 이것은 주회전구조 부재(14)가 실질적으로 수직 방향에 있음을 의미한다. 상기 파이프 운반장치(12)의 암(20)은 주회전구조 부재(14)에 회전 가능하게 연결되는 것으로 이해될 수 있다. 상기 주회전구조 부재(14)는 피벗 축(18)에 의해 스키드(16)에 피벗 가능하게 연결된다. 상기 제1 케이블(38)은 주회전구조 부재(14)의 측면(32)으로부터 각을 이루며 바깥쪽으로 연장된다. 상기 제1 및 제2 케이블들(38, 44)은 주회전구조 부재(14)가 상기 제2 위치의 수직 방향에 있을 때 주회전구조 부재(14)에 장력을 제공한다. 상기 제1 및 제2 케이블들(38, 44)은 주회전구조 부재(14)에 대해 인가되는 돌풍과 다른 측면 힘들로 인한 주회전구조 부재(14)의 측면 또는 횡단 움직임을 예방한다. 상기 제1 및 제2 케이블들(38, 44)은 주회전구조 부재(14)로부터 바깥쪽으로 각을 이루기 때문에 이들은 주회전구조 부재(14)의 그러한 측면으로의 움직임을 방지한다.

상기 주회전구조 부재(14)의 정면(30)으로부터 바깥쪽으로 각을 이루는 제1 케이블(38)과 제2 케이블(44)을 갖는 구성의 또 하나의 이점은, 상기 케이블들(38, 44)이 주회전구조 부재(14)에 장력을 제공하고 파이프 운반장치(12)의 그리퍼들(17)이 유정 최상부(24)에서 관을 놓아줄(방출할) 때 발생할 수 있는 상기 주회전구조 부재(14)의 스프링백(springback)을 방지하는 것을 돕는다는 점이다.

도 4를 참조하면, 파이프 운반장치가 제1 위치에 배치된 상태의 본 발명에 따른 장치(50)의 제1의 선택적 실시예의 측면도가 도시되어 있다. 상기 장치(50)의 제1 케이블(52)은 파이프 운반장치(12)가 제1 위치에 있을 때 느슨한 상태인 것으로 이해될 수 있다. 상기 제1 케이블(52)의 일단(54)은 주회전구조 부재(14)의 상부(26)에 부착된다. 상기 제1 케이블(52)의 반대쪽 타단(56)은 주회전구조 부재(14)의 피벗 축(18)과 정렬상태에 있는 스키드(16)와 같은 고정된 면에 부착된다.

도 5를 참조하면, 파이프 운반장치가 제2 위치에 배치된 상태의 본 발명에 따른 상기 장치(50)의 제1의 선택적 실시예의 측면도가 도시된다. 상기 제2 위치에서 파이프 운반장치(12)의 주회전구조 부재(14)는 수직 방향으로 존재한다. 상기 파이프 운반장치(12)의 암(20)은 상기 주회전구조 부재(14)로부터 바깥쪽으로 연장되어 그리퍼(17)가 유정 헤드(24) 위의 수직 방향으로 상기 관을 파지한다. 상기 파이프 운반장치(12)가 제2 위치에 있을 때, 상기 제1 케이블(52)은 주회전구조 부재(14)에 장력을 인가한다. 상기 케이블(52)은 상기 주회전구조 부재(14)의 피벗 축(18)과 정렬되기 때문에, 상기 케이블(52)은 주회전구조 부재(14)의 전후방 이동을 방지하는데에 도움을 준다. 장력이 인가된 상기 케이블(30)은 주회전구조 부재(14)에 강성을 추가하여 상기 관(82)을 유정 헤드(24)에 공급하는 동안 주회전구조 부재(14)의 측면 및 횡단 움직임을 방지함에 도움이 되도록 한다.

도 6을 참조하면, 도 5의 관측선 6-6을 따라 취한 본 발명의 장치(50)의 바람직한 실시예에 대한 정면도가 도시되어 있다. 상기 장치(50)의 제1 케이블(52)은 주회전구조 부재(14)의 상부(26)에 연결된 일 단부(54)와, 그리고 고정된 면인 스키드(16)에 부착된 타 단부(56)를 갖는다. 상기 장치(50)의 제2 케이블(58)은 주회전구조 부재(14)의 상부(26)에 연결되는 일 단부(60)와 상기 스키드(16)에 연결된 타 단부(62)를 갖는다. 상기 제1 케이블(52)의 단부(54)는 주회전구조 부재(14)의 측면(32)에 부착된다. 상기 제2 케이블(58)의 타 단부(60)는 주회전구조 부재(14)의 반대쪽 측면(34)에 부착된다. 상기 제1 케이블(52)은 주회전구조 부재(14)의 측면(32)으로부터 각을 이루며 바깥쪽으로 연장된다. 상기 제2 케이블(58)은 주회전구조 부재(14)의 반대쪽 측면(34)으로부터 각을 이루며 바깥쪽으로 연장된다. 상기 제1 및 제2 케이블들(52, 58)은 도 6에서 주회전구조 부재(14)에 장력을 인가하는 것으로서 도시되어 있다. 상기 제1 및 제2 케이블들(52, 58)의 바깥쪽으로 각을 이루는 성질은 주회전구조 부재(14)에 장력을 주어 주회전구조 부재(14)에 대해 인가되는 돌풍이나 다른 측면 힘들로 인한 주회전구조 부재(14)의 측면 움직임을 방지하도록 한다. 상기 제1 및 제2 케이블들(52, 58)의 대향하는 단부들(52 및 56)은 각각 상기 케이블들(52, 58)의 단부들(54 및 60)의 거리보다 더 먼 주회전구조 부재(14)의 측면들(32, 34)로부터의 거리에 각각 위치한다. 상기 주회전구조 부재(14)의 피벗 축(18)을 따라 각각 배치된 제1 및 제2 케이블(52, 58)의 단부들(56, 62)의 위치는 파이프 운반장치(12)가 유정 헤드(24)에서 상기 관(82)을 방출할 때 주회전구조 부재(14)의 스프링백(되튀김)을 방지하는 것을 돕는다.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 장치(64)의 제2의 선택적 실시예의 측면도가 도시되어 있다. 상기 파이프 운반장치(12)는 제1 위치에 도시된다. 상기 장치(64)의 제1 케이블(66)은 파이프 운반장치(12)가 제1 위치에 있을 때 느슨한 것으로 도시되어 있다. 상기 제1 케이블(66)의 일단(68)은 주회전구조 부재(14)의 상부(26)에 부착된다. 상기 제1 케이블(66)의 반대쪽 타단(70)은 하나의 고정된 면에 부착된다. 도 7에서 상기한 고정된 면은 지면(80)에 해당된다. 상기 고정된 면은 또한 스키드(16)와 같은 정지된 임의의 표면일 수도 있다. 상기 장치(64)의 제1 케이블(66)은 파이프 운반장치(12)가 제1 위치에 있을 때 느슨한 상태인 점이 중요한데, 이로써 상기 파이프 운반장치(12)는 제1 위치에서 제2 위치로 용이하게 이동이 가능하다. 상기 제1 케이블(66)의 단부(70)는 주회전구조 부재(14)의 피벗 축(18)의 정면에서 지면(80)에 연결된다.

도 8을 참조하면, 파이프 운반장치가 제2 위치에 배치된 상태의 본 발명에 따른 장치(64)의 제2의 선택적인 실시예의 측면도가 도시되어 있다. 상기 제2 위치에서 파이프 운반장치(12)의 주회전구조 부재(14)는 대체로 수직 방향으로 존재한다. 상기 파이프 운반장치(12)의 암(20)은 주회전구조 부재(14)로부터 바깥쪽으로 각을 이루면서 연장됨으로써 상기 그리퍼(17)가 유정 최상부(헤드)(24) 위의 수직 방향으로 상기 관(82)을 파지하도록 한다. 상기 장치(64)의 제1 케이블(66)은 주회전구조 부재(14)의 전면(30)으로부터 각을 이루며 바깥쪽으로 연장되는 것으로보일 수 있다. 상기 제1 케이블(66)은 바깥쪽으로 각을 이루기 때문에 상기 제1 케이블(66)은 주회전구조 부재(14)에 구조적인 강성을 제공함으로써 유정 최상부(24)에 상기 관(82)을 공급할 때 주회전구조 부재(14)의 전후방 이동을 방지하게 된다. 더욱이, 상기 제1 케이블(66)은 파이프 운반장치(12)의 그리퍼(17)가 유정 헤드(24)에서 상기 관(82)을 놓아줄 때 종종 발생하는 주회전구조 부재(14)의 스프링백을 방지하는 것을 돕는다.

도 9를 참조하면, 도 8 중의 관측선 9-9을 따라 취하여진 본 발명의 장치(64)의 제2의 선택적인 실시예에 대한 정면도가 도시된다. 상기 장치(64)의 제1 케이블(66)은 주회전구조 부재(14)의 상부(26)에 연결된 일 단부(64)와, 그리고 상기 파이프 운반장치(12)의 주회전구조 부재(14)의 정면에 있는 지면(80)에 부착된 반대편 단부(70)를 갖는다. 상기 장치(64)의 제2 케이블(72)은 주회전구조 부재(14)의 상부(26)에 연결되는 일 단부(74)와, 그리고 파이프 운반장치(12)의 주회전구조 부재(14)와 상기 스키드(16)의 정면에 있는 지면(80)에 부착된 반대편 단부(76)를 갖는다. 상기 장치(64)의 제2 선택적 실시예의 제1 및 제2 케이블들(66, 72)은 상기 주회전구조 부재(14)로부터 바깥쪽으로 각을 이루지는 않는다. 대신에, 상기 제1 케이블(66)은 주회전구조 부재(14)의 측면(32)에 평행하게 배치된다. 상기 제2 케이블(72)은 주회전구조 부재(14)의 반대편 측면(34)에 평행하게 배치된다. 주회전구조 부재(14)의 측면들(32, 34)에 평행하게 상기 제1 및 제2 케이블들(66, 72)을 연장하는 것은 각각 상기 주회전구조 부재(14)에 강성을 추가함으로써 돌풍 및 다른 횡단력으로 인한 주회전구조 부재(14)의 측면 움직임을 방지하도록 한다.

도 10을 참조하면, 파이프 운반장치(12)가 제1 위치에 배치된 상태의 본 발명에 따른 장치(78)의 제3의 선택적인 실시예의 측면도가 도시되어 있다. 상기 제3의 선택적 실시예에 있어서, 상기 장치(78)의 제1 케이블(80)은 주회전구조 부재(26)의 상부(26)에 연결된 일 단부(81)와, 그리고 주회전구조 부재(14)의 저부(28)에 부착된 반대편 단부(84)를 갖는다. 상기 케이블(80)의 양 단부들(81, 84)은 주회전구조 부재(14)에 부착된다. 즉, 상기 단부들(81 또는 84) 중의 그 어느 것도 고정된 면에 부착되지 않는다. 상기 단부들(81 또는 84) 중의 어느 것도 고정된 면에 부착되지 않기 때문에 상기 주회전구조 부재(14)가 제1 위치에 있을 때 상기 케이블(80)에는 장력이 형성된다. 상기 제1 케이블(80)의 장력은 제1 위치에 있을 때 주회전구조 부재(14)에 강성을 부가해 준다.

도 11을 참조하면, 파이프 운반장치(12)가 제2 위치에 배치된 상태에서 상기 장치(78)의 제3의 선택적인 실시예의 측면도가 도시되어 있다. 상기 제2 위치에서, 상기 파이프 운반장치(12)의 주회전구조 부재(14)는 수직 방향으로 존재한다. 상기 암(20)은 주회전구조 부재(14)로부터 바깥쪽으로 연장됨으로써 파이프 운반장치(12)의 그리퍼(17)가 유정(22)의 최상부(24) 위에서 수직 방향으로 관(82)을 지지하도록 한다. 상기 제1 케이블(80)은 상기 파이프 운반장치(12)가 제2 위치에 있을 때 장력이 인가된다. 따라서 상기 제1 케이블(80)은 상기 주회전구조 부재가 상기 제1 및 제2 위치 사이에서 이동함에 따라 주회전구조 부재(14)에 계속해서 장력을 인가하게 된다.

도 12를 참조하면, 도 11 중의 관측선 12-12을 따라 취하여진 본 발명의 장치(78)의 제3의 선택적인 실시예에 대한 정면도가 도시된다. 상기 장치(78)의 제1 케이블(80)은 주회전구조 부재(14)의 상부(26)에 연결된 일 단부(81)와, 그리고 상기 주회전구조 부재(14)의 저부(28)에 부착된 반대편 단부(84)를 갖는다. 제2 케이블(86)은 주회전구조 부재(14)의 상부(26)에 연결되는 일 단부(88)와, 그리고 상기 주회전구조 부재(14)의 저부(28)에 부착된 반대편 단부(90)를 갖는다. 상기 케이블들(80, 86)은 주회전구조 부재(14)가 상기 제1 및 제2 위치 사이에서 이동할 때 상기 주회전구조 부재(14)에 계속해서 장력을 제공하게 된다. 상기 케이블(80)은 주회전구조 부재(14)의 측면(32)에 평행하게 배치된다. 상기 케이블(86)은 주회전구조 부재(14)의 반대편 측면(34)에 평행하게 배치된다. 상기 케이블들(80, 86)의 장력은 주회전구조 부재(14)에 강성을 제공함으로써 유정 최상부에 관을 공급할 때 주회전구조 부재(14)에 인가되는 다양한 힘들로 인한 주회전구조 부재(14)의 측면 움직임을 방지함에 도움을 준다.

전술한 모든 다양한 실시예들은 파이프 운반장치(12)의 주회전구조 부재(14)에 구조적인 강성을 부가해 준다. 도 1 내지 도 3에 도시된 바람직한 실시예들은 케이블들(38, 44)이 주회전구조 부재(14)의 정면(30)으로부터 그리고 주회전구조 부재(14)의 측면들(32, 34)로부터 바깥쪽으로 각을 이루면서 연장되기 때문에 주회전구조 부재(14)에 가장 큰 강성을 추가한다. 이러한 제1 선택적 실시예의 케이블들(52, 58)은 주회전구조 부재(14)의 피벗 축(18)과 정렬된다. 상기 케이블들(52, 58)은 주회전구조 부재(14)의 측면들(32, 34)로부터 바깥쪽으로 각을 이뤄 연장되지 않는다. 따라서 제1 선택적 실시예의 케이블들(52, 58)은 그것들이 주회전구조 부재(14)의 전후방 움직임을 방지하는 것보다 더 큰 범위로 측면 움직임을 방지한다. 상기 케이블들(52, 58)은 주회전구조 부재(14)에 구조적인 강성을 추가하고 그 케이블들(52, 58)이 주회전구조 부재(14)의 정면에서 연장될 수 없는 경우에 상기 바람직한 실시예에 대한 실행가능한 대안이다. 제2의 선택적 실시예의 케이블(66, 72)는 주회전구조 부재(14)의 정면(30)으로부터 바깥쪽으로 각을 이뤄 연장된다. 상기 케이블(66, 72)는 각각 주회전구조 부재(14)의 측면들(32, 34)에 평행하다. 따라서, 제2 선택적 실시예의 케이블들(66, 72)은 그것들이 주회전구조 부재(14)의 측면 움직임을 방지하는 것보다 더 큰 정도로 주회전구조 부재(14)의 전후방 움직임을 방지한다. 제2 선택적 실시예의 케이블들(66, 72)의 방향성은 주회전구조 부재(14)의 측면들(32, 34)로부터 바깥쪽으로 상기 케이블들(66, 72)을 각도를 잡는 것이 비현실적일 경우 상기 바람직한 실시예에 대한 실행가능한 대안이다. 제1 선택적 실시예의 상기 케이블들(80, 86)은 주회전구조 부재(14)에 부착되지만, 고정된 면에 부착되지는 않는다. 상기 케이블들(80, 86)은 주회전구조 부재(14)에 구조적인 강성을 추가함으로써 주회전구조 부재(14)의 전후방 이동을 방지하도록 한다. 상기 케이블들(80, 86)의 제3 선택적 실시예는 케이블들(80, 86)이 고정된 면에 부착될 수 없는 경우에 상기 바람직한 실시예에 대한 실행가능한 대안이다.

상기한 주회전구조 부재(14)는 하나의 붐(boom)일 수도 있다. 주회전구조 부재(14)는 파이프(18)의 공급을 통해 회전하고 45도 내지 90도 사이의 회전을 수행한다.

전술한 본 발명에 대한 개시 및 기술은 예시적이고 설명을 위한 것이다. 당해 기술분야의 전문가라면, 예시된 구성과 방법의 세부사항들에 있어서 다양한 변경이 본 발명의 진정한 정신에서 이탈함이 없이 이루어질 수도 있다는 것을 이해하여야 할 것이다. 본 발명은 하기의 청구범위와 그들의 법적인 균등물들에 의해서만 정의될 것이다.