시추 층을 위한 공구 안내 장치

시추 층을 위한 공구 안내 장치 {TOOL GUIDE DEVICE FOR A DRILL FLOOR}

본 발명은, 시추 층에 대해 수직으로 공구를 안내하기 위한 장치에 관한 것으로서, 특히 리그(rig; 굴착 장치의 일종)/리그들이 각각 제1의 수직 축(A)에 관하여 회전 가능하게 시추 층 위에 지지된 리그 토대(rig foundation) 위에 배열되고, 수직 돌출부(vertical projection)에서 적어도 시추 층 개구의 중심축을 통해 접촉 또는 절단되는 수평 작업 섹터(horizontal working sector)에서 공구를 변위시킬 수 있도록 배열되는 것과 같이, 시추 층 위에 적어도 하나의 리그가 배열되어 있으며, 각 리그가 수직 공구 안내 트랙(vertical tool guide track)을 갖추고 있는 공구 안내 장치에 관한 것이다.

표면 설치로부터 탄화 수소의 개발(exploitation)를 위한 우물(well)에서의 작업 중에, 시추 층 또는 시추 층 위에 배열된 몇 가지의 다른 레메디(remedy) 사이를 오갈 필요가 종종 있다. 특히, 우물이나 케이싱 중심축을 따라 또는 우물이나 케이싱 중심축에 근접해서 수직 이동을 수행하는 공구에 관련해서는, 공구의 정밀한 수직 이동 및 상기 중심축으로부터 떨어져서 그리고 상기 중심축을 향한 빠른 변위에 대한 필요성이 있다. 이것의 일례로서는, 시추 층을 제작하거나 해체하는 동안에 발생하는 작업(work)이 있다.

이러한 조작(operation) 중에 사용되는 장비는, 종종 시추 층을 위로 상승시키는 데릭(derrick; 기중기)이나 대응하는 설비에 의해 리프팅 작업으로부터 매달려 있다. 수평 변환은, 통상적으로 데릭 중심으로부터 끌어 당겨지거나 브리지 크레인 등에서 리프팅 작업이 변위되는 현수 장비(hanging equipment)에 의해 발생한다. 리프팅 작업에서 와이어에 매달려 있는 로드(load)는 시추 층에 있는 인원 모두에 대한 리스크(risk)를 의미하고, 데릭의 스웨잉(swaying), 바람의 영향 등으로 인해 매달려 있는 로드에 대해 스윙할 가능성이 항상 있다.

본 발명의 목적은, 선행 기술의 단점 중 적어도 하나를 해결하거나 줄이는 것이다.

상기한 목적은, 이하의 설명과 이어지는 특허청구범위에 개시된 특징에 의해 이루어진다.

본 발명은, 시추 층에 대해 수직으로 공구를 안내하기 위한 장치로서, 각 토대가 수직 축에 관해 회전 가능하도록, 하나 이상의 리그가 각각 유압 실린더에 의한 슬라이딩 가이드(sliding guide), 스크류 또는 톱니 모양의 랙(toothed rack) 이송, 시추 층에 배열된 그 자신의 토대로부터의 상승과 같은 수직형 공구 안내 트랙을 갖춘 공구 안내 장치를 제공한다. 회전축 및 각각의 회전축으로부터 공구 안내 트랙의 거리는, 각 공구의 수평 이동 섹터의 수직 돌출부가 예를 들어 시추 층의 관통 개구의 중심에 의해 표시되는 적어도 시추 층의 점에 접촉하도록 배열된다. 이에 따라, 각 공구는, 예컨대 우물과 접속된 드릴 스트링(drill string: 시추 스트링) 또는 케이싱 스트링(casing string)의 형태로, 상기 시추 층 개구를 통해 수직으로 연장되는 파이프 스트링(pipe string)의 개별 또는 협력하는 그립(grip)에 수평방향으로 변위될 수 있다. 시추 층의 리그의 회전 가능한 지지로 인해, 다른 공구의 위 또는 아래의 새로운 그립에 대해 파이프 스트링을 꽉 잡는 지나간 또 다른 공구를 수직 변위를 위해 상기 리그 층 중심축으로부터 빠져나가게 해도 좋다. 하나의 실시예에서는, 공구는 또한 리그 수직 회전축에 관하여 반경방향으로 변위될 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 리그는 리그 토대 회전축으로부터 어떤 거리에 배열된 제2의 수직 축에 관해 회전될 수 있다.

더 구체적으로는, 본 발명은 시추 층에 대해 수직으로 공구를 안내하기 위한 장치로서, 리그/리그들이 각각 제1의 수직 축에 관하여 회전 가능하게 시추 층 위에 지지된 리그 토대 위에 배열되고, 수직 돌출부에서 적어도 시추 층 개구의 중심축을 통해 접촉 또는 절단되는 수평 작업 섹터에서 공구를 변위시킬 수 있도록 배열되는 것과 같이, 시추 층 위에 적어도 하나의 리그가 배열되어 있으며, 각 리그가 수직 공구 안내 트랙을 갖추고 있는 공구 안내 장치에 관한 것이다.

시추 층에는, 각 리그의 공구에 대한 수평 작업 섹터가 수직 돌출부에서 적어도 부분적으로 중첩되거나 또는 다른 리그(들)의 작업 섹터의 수직 돌출부에 접촉하도록, 적어도 2개의 리그가 배치될 수 있다. 이로써, 모든 공구는 지하 우물(subterranean well), 보어 홀(bore hole: 시추 공) 등에서 아래쪽으로 또는 지하 우물, 보어 홀 등의 방향으로 연장되는 파이프 스트링 등에서 서로 독립적으로 작업을 수행할 수 있다.

공구는 리그 토대의 회전축에 관하여 반경방향으로 이동될 수 있도록 배열될 수 있다. 이에 따라, 공구는 몇 가지의 자유도를 갖고, 시추 층 관통 개구의 중심축 밖 및 이에 수직한 축에서 광범위한 유형의 작업을 수행할 수 있다.

리그는 제2 수직 축에 관해 회전 가능한 리그 토대 위에 배열될 수 있다. 이에 따라 공구의 조작에 더 큰 유연성이 달성된다.

공구는 회전 공구, 타격 공구(striking tool), 지지 공구와 유압 발생 공구로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 긴 시리즈의 작업 조작 조합을 위해 사용될 수 있다.

다음에는 첨부도면에 설명된 바람직한 실시예의 예에 대해 설명한다:
도 1은 시추 층 개구 주위에 배열된 2개의 회전 가능한 리그를 구비한 제1 실시예의 원리적인 스케치를 투시적으로 나타낸다.
도 2는 시추 층 개구 주위에 배열된 2개의 회전 가능한 리그를 구비한 제2 실시예의 원리적인 스케치를 투시적으로 나타낸다.
도 3은 공구의 작업 섹터가 표시되어 있는 도 2에 따른 실시예의 평면도를 나타낸다.

도면에서, 참조 번호 1은 제1 및 제2 리그(2a, 2b; 도 1 참조), 또는 제1, 제2, 제3 리그(2a, 2b', 2c; 도 2 및 도 3 참조)가 배열되어 있는 시추 층을 가리킨다.

시추 층(1)은, 예를 들어 탄화 수소 분야의 보어 홀에서 작업을 수행하기 위해, 알려진 방법으로 그를 통해 파이프 및 공구를 운반하기 위해 배열된 적어도 하나의 시추 층 개구(11)를 갖추고 있다. 시추 층 개구(11)는 중심축(C)을 가지고 있다.

리그(2a, 2b, 2b', 2c)는 각각 턴테이블(turntable; 211)로서 형성된 리그 토대(21) 위에 배열되어 있다. 턴테이블(211)은 제1 수직 축(A)에 관하여 회전 가능하고, 적어도 섹터(Sa, St', Sc)에서 각각 턴테이블을 회전시킬 수 있도록 배열된 제1의 회전 액츄에이터(212)를 갖추고 있다(도 3 참조).

도 1에 따른 제1 및 제2 리그(2a, 2b)와 도 2에 따른 제1 및 제3 리그(2a, 2c)가 턴테이블(211)에 강고하게 연결되도록 배열되어 있다.

또는, 도 2에 따른 제2 리그(2b')가 제2 수직 축(B)에 관하여 턴테이블 위에 배열되어 있다. 리그(2b')의 회전은 제2의 회전 액츄에이터(26)에 의해 제공되는데, 여기서 이것은 적어도 섹터(Sb')에서 리그(2b')를 회전시킬 수 있도록 배열되어 있다(도 3 참조).

리그(2a, 2b, 2b', 2c)는 각각 공구(24a, 24b, 24c)를 수용하도록 배열된 공구 안내 트랙(22)을 갖추고 있다. 공구(24a, 24b, 24c)는 시추 층(1)에 관한 공구(24a, 24b, 24c)의 수직 재배치를 위해 공구 안내 트랙(22)의 길이 방향으로 변위될 수 있도록 배열되어 있다. 각 공구(24a, 24b, 24c)는, 공구 안내 트랙(22)을 따라 공구(24a, 24b, 24c)를 재배치하고 또한 지정된 위치에 공구(24a, 24b, 24c)를 유지하도록 배열된 수직 액츄에이터(23)에 연결되어 있다.

제3 공구(24c; 도 2 참조)는, 이 공구(24c)가 수평 안내 트랙(27)에 통합되어 있는 것과 같이, 리그에 관하여 수평 방향으로 공구(24c)를 변위시킬 수 있도록 배열된 수평 액츄에이터(25)를 갖추고 있다.

2개 이상의 공구(24a, 24b, 24c)가 파이프 스트링을 조립 또는 해체할 때 등에 협력하는 작업 조작(work operation)이 수행될 때, 공구(24a, 24b, 24c) 중의 하나는 상기 파이프 스트링의 다른 부분에서의 새로운 조작을 위해 지나간 하나 또는 다른 2개의 공구(24a, 24b, 24c)의 양쪽으로 안내되어야 한다. 이에 따라, 활성 상태(작동 중)에 있는 공구(24a, 24b, 24c)의 조작이 유지되고, 그들의 각각의 리그(2a, 2b, 2b', 2c)의 모든 위치에서 모든 공구(24a, 24b, 24c)에 대해 높은 정밀도 및 안정성이 제공된다. 본 발명에 따른 장치는, 긴 파이프 스트링, 예를 들어 깊은 물의 우물에 표면 설비를 연결하는 해양 라이져(marine riser), 및 깊은 지하수 또는 수평 우물에 사용되는 드릴 스트링을 조립 또는 해체하는 등에 있어서 조작이 연속해서 수행될 수 있거나 연속해서 수행되어야 할 때, 특히 적극적으로 유리하다.