드릴 커팅 처리시스템 및 드릴 커팅 처리방법

드릴 커팅 처리시스템 및 드릴 커팅 처리방법{TREATMENT SYSTEM AND TREATMENT METHOD OF DRILL CUTTINGS}

본 발명은 드릴 커팅 처리시스템 및 드릴 커팅 처리방법에 관한 것으로, 좀더 구체적으로 시추공에서 회수되는 드릴 커팅(drill cuttings)에 포함된 암석을 분리하는 과정에서, 타르 볼을 감지하면 검보 박스의 출구 측에 구비된 타르 볼 처리 플랩을 회동시켜서 타르 볼을 자동으로 분리 처리할 수 있는 드릴 커팅 처리시스템 및 드릴 커팅 처리방법에 관한 것이다.

최근 유가의 급격한 상승으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 근래에 접어들어 국제적으로 급격한 산업화 현상 및 공업 발전 추이에 따라 한정된 지구 자원은 점차 바닥을 내보이고 있으며, 이에 따른 자원의 안정적인 생산과 공급은 대단히 중요한 사안이 되고 있다.

최근에는 해저에 있는 석유 채굴 기술의 발달과 더불어 지금까지 경제성을 상실했던 군소 한계유정(marginal field)이나 심해 유전의 개발이 더욱 활발하게 진행되고 있다.

도 1은 종래 해수면에서 시추작업을 수행하고 있는 시추선을 도시한 측면도이다.

도 1을 참조하면, 작업자는 라이저(4) 및 드릴 파이프(5)를 시추선(1)의 중앙에 형성된 문풀(3)을 통해 하향 전진시킴으로써 해저 바닥(sea bed)(6) 아래의 암반(12)에 위치하는 유정(well)(13)에 저장되어 있는 해저자원을 시추한다.

라이저(4)는 드릴 파이프(5)를 유정(13)까지 전진시키기 전에 미리 상기 해저바닥(6) 까지 전진하는 부재로서 상기 드릴 파이프(5)가 해수에 노출되는 것을 방지 및 회수 머드의 이송경로가 된다. 라이저(4)가 설치되면 라이저(4) 내부로 드릴 파이프(5)가 해저지층(11)을 통해 유정(13)까지 하향 전진한다.

이와 같이 라이저(4)를 해저바닥(6)까지 하향 전진시키거나, 드릴 파이프(5)를 유정(13)까지 전진시킬 경우, 길게 연결된 라이저(4)나 드릴 파이프(5)를 하향 전진시키는 것이 아니라, 짧은 길이의 라이저(4)나 드릴 파이프(5)를 서로 연결하여 하향 전진시킨다.

해저바닥(6)에는 이상 고압이 드릴 파이프(5)를 타고 올라오는 것을 차단하기 위해 비오피(blowout preventer; BOP)(7)가 설치된다.

해저지층(11)에서는 시멘트에 의해 케이싱(8)을 고정한 후, 케이싱 내부로는 드릴비트(10)가 장착된 드릴 파이프(5)를 삽입하여 해저자원을 시추한다.

드릴비트(10)가 땅을 뚫을 때 발생하는 열에 의해 드릴비트(10)가 과열되는 것을 방지하고 윤활작용을 하여 드릴링을 더욱 쉽게 하기 위해, 드릴 파이프(5) 속으로는 머드(9)가 삽입된다.

머드는 드릴비트(10)를 통해 빠져나가 케이싱(8) 내부에 채워지며 라이저 안쪽을 통해 시추선으로 회수된다. 시추 작업이 종료되면, 드릴 파이프(5)는 문풀(3)을 통해 드릴플로어(drill floor)로 운반되어 해체된 후 적재장소로 운반된다.

원유 시추시, 시추지점으로부터 시추선으로 순수한 원유만 올라오는 것이 아니라, 원유 혼합물과 머드나 자갈 및 해수 등이 혼합된 상태의 혼합물, 즉 드릴 커팅이 올라온다. 따라서, 시추선에서는 드릴 커팅 처리장치를 운용하여, 드릴 커팅에 포함된 암석을 제거하고, 해수와 원유와 머드를 분리하여, 해수를 선체 외부로 배출하는 작업을 한다.

전술한 바와 같이, 반잠수식 리그나 시추선의 드릴링 작업에서는 드릴 비트 (drill bit)를 식혀주는 냉각제로, 때로는 드릴링을 원활하게 해주는 윤활제로 그리고, 드릴링 시 나오게 되는 커팅(cuttings)을 운반시켜주는 매개체로 머드(mud)를 사용하는데, 가격이 매우 비싸서, 드릴링 작업 후 회수된 머드에 포함된 드릴 커팅을 분리한 후 이를 다시 재처리하여 사용한다.

드릴 커팅에는 원유 가운데 휘발성 물질은 날아가고 무거운 성분이 뭉쳐 생기는 오일 볼을 생성하고, 오일 볼이 풍화 과정을 거쳐 단단히 굳어진 '타르 볼'을 포함한다.

타르 볼은 원유의 휘발성분이 날아가고 난 뒤 남은 무겁고 끈적끈적한 아스팔트 성분이 모래ㆍ개흙ㆍ먼지와 엉겨붙어 둥글게 뭉쳐 해양을 떠다니는 물질을 말하는 것으로, 탁구공, 야구공 크기의 오일 볼, 타르 볼은 수온이 상승하면 수면 위로 떠오른 뒤 터져 해양에 큰 피해를 줄 수 있다. 따라서 시추선에서 발생한 드릴 커팅을 소정의 환경 기준에 부합하도록 정화 처리하기 위해서 시추선 자체에 드릴 커팅을 처리하는 장치를 구비한다.

도 2는 종래 시추선의 드릴 커팅 처리시스템을 개략적으로 나타낸 개념도이다.

종래 시추선은 시추공에서 회수되는 드릴 커팅은 일단 드릴 커팅 저장탱크 안에 저장된 후, 드릴 커팅 처리 라인으로 이송된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 드릴 커팅에 포함된 자갈이나 굵은 돌과 같은 큰 암석 조각을 걸러 내기 위하여 검보 박스(gumbo box)가 구비된다.

플로우 디바이더는 드릴 커팅을 각각의 셰일 세이커로 분배하는 역할을 하며, 셰일 세이커는 드릴 커팅에 포함된 작은 암석 조각을 분리하는 역할을 한다.

셰일 세이커를 거친 드릴 커팅은 머드와, 유성 머드 커팅과, 수성 머드 커팅으로 분리되며, 머드는 머드 탱크로 공급된 후, 리사이클 시스템을 거쳐 시추공으로 재공급되고, 수성 머드 커팅은 커팅 슈트를 통해 해상으로 배출된다.

유성 머드 커팅은 커팅 컨베이어를 통하여 이송된 후, 머드의 함유량이 상대적으로 적은 경우에 커팅 블로워에 의해 컨테이너로 이송되고, 머드의 함유량이 상대적으로 많은 경우에 커팅 드라이어에서 유성 머드 커팅에 있는 유성 머드와 커팅을 분리하여 유성 머드는 리사이클링 시스템으로 커팅은 선체 외부로 배출한다.

그러나, 종래에는 드릴 커팅 안에 포함된 타르 볼을 감지하고 분리하는 공정과 장치가 구비되지 않아 타르 볼에 의한 환경 오염은 물론 드릴 커팅 처리에 많은 시간과 비용을 초래하는 문제가 있다.

전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 검보 박스 안으로 유입된 드릴 커팅에 포함된 타르 볼을 감지하고 분리하는 타르 분리유닛을 구비함으로써, 드릴 커팅(drill cuttings)에 포함된 암석을 분리하는 과정에서, 타르 볼을 감지하면 검보 박스의 출구 측에 구비된 타르 볼 처리 플랩을 회동시켜서 타르 볼을 효율적으로 분리 처리할 수 있으므로, 타르 볼에 의한 환경 오염을 방지하고, 드릴 커팅 처리 시간을 단축하고 비용을 절감할 수 있는 드릴 커팅 처리시스템 및 드릴 커팅 처리방법을 제공함에 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 드릴 커팅 처리시스템은 시추공에서 회수되는 드릴 커팅이 수용되는 드릴 커팅 저장탱크, 상기 드릴 커팅 저장탱크에 연결되어 드릴 커팅에 포함된 큰 암석을 분리하는 검보 박스, 상기 검보 박스 안으로 유입된 드릴 커팅에 포함된 작은 암석을 분리하는 복수의 셰일 세이커, 상기 드릴 커팅을 상기 각 셰일 세이커로 분배하는 복수의 플로우 디바이더, 및 상기 검보 박스 안으로 유입된 드릴 커팅에 포함된 타르 볼을 감지하고 분리하는 타르 분리유닛을 포함한다.

상기 타르 분리유닛은 타르 볼을 감지하도록 상기 검보 박스의 입구 측에 설치되는 타르 볼 센서, 상기 검보 박스의 출구 측에 회동 가능하게 설치되는 타르 볼 처리 플랩, 및 상기 타르 볼 센서가 타르 볼을 감지하는 경우에 타르 볼을 분리할 수 있도록 상기 타르 볼 처리 플랩을 작동시키는 플랩 제어부를 포함한다.

상기 드릴 커팅은 회수되는 머드, 유성 머드 커팅(oil based mud and cuttings, OBM), 수성 머드 커팅(water based mud and cutting, WBM)을 포함한다.

상기 검보 박스의 출구 측에는 타르 볼 저장탱크가 연결된다.

상기 검보 박스는 시추공에서 회수되는 드릴 커팅(drill cuttings)이 들어오고 나가는 입구와 출구가 형성되는 검보 박스 본체, 상기 검보 박스 본체 내부에 설치되며 드릴 커팅에 포함된 큰 암석을 걸러내어 상기 출구 쪽으로 이송시키는 체인 컨베이어, 및 상기 입구를 통해서 유입된 드릴 커팅을 상기 체인 컨베이어 또는 상기 셰일 세이커 쪽으로 선택적으로 분리하는 바이패스 플랩을 포함한다.

시추공에서 회수되는 드릴 커팅을 검보 박스 안으로 유입시키는 제 1 단계, 검보 박스 안으로 유입된 드릴 커팅에 포함된 암석들을 분리하는 제 2 단계, 검보 박스 안으로 유입된 드릴 커팅에 포함된 타르 볼을 감지하는 제 3 단계 및 타르 볼을 감지하는 경우에 검보 박스의 출구 측에 설치된 타르 볼 처리 플랩이 타르 볼을 분리하는 제 4 단계를 포함한다.

상기 제 2 단계에는, 상기 검보 박스 본체 내부에 설치된 체인 컨베이어가 드릴 커팅에 포함된 큰 암석을 걸러내어 상기 검보 박스의 출구 쪽으로 이송시키고, 복수의 셰일 세이커가 상기 검보 박스 안으로 유입된 드릴 커팅에 포함된 작은 암석을 분리한다.

상기 플로우 디바이더는 상기 검보 박스 안으로 유입된 드릴 커팅을 상기 각 셰일 세이커로 분배한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 검보 박스 안으로 유입된 드릴 커팅에 포함된 타르 볼을 감지하고 분리하는 타르 분리유닛을 구비함으로써, 드릴 커팅(drill cuttings)에 포함된 암석을 분리하는 과정에서, 타르 볼을 감지하면 검보 박스의 출구 측에 구비된 타르 볼 처리 플랩을 회동시켜서 타르 볼을 효율적으로 분리 처리할 수 있다. 이와 같이 타르 볼을 자동으로 드릴 커팅에서 분리 처리함으로써, 타르 볼에 의한 환경 오염을 방지하고, 드릴 커팅 처리 시간을 단축하며 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 종래 해수면에서 시추작업을 수행하고 있는 시추선을 도시한 측면도
도 2는 종래 시추선의 드릴 커팅 처리시스템을 개략적으로 나타낸 개념도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 드릴 커팅 처리시스템에서 암석 분리를 보인 도면
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 드릴 커팅 처리시스템에서 타르 볼 분리를 보인 도면
도 5는 타르 볼 처리 플랩의 회동구조를 보인 구성도
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 드릴 커팅 처리방법을 보인 블록도

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 드릴 커팅 처리시스템 및 드릴 커팅 처리방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 드릴 커팅 처리시스템에서 암석 분리를 보인 도면이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 드릴 커팅 처리시스템에서 타르 볼 분리를 보인 도면이며, 도 5는 타르 볼 처리 플랩의 회동구조를 보인 구성도이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 드릴 커팅 처리방법을 보인 블록도이다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 드릴 커팅 처리시스템(100)은 시추공에서 회수되는 드릴 커팅(drill cuttings)이 수용되는 드릴 커팅 저장탱크(110), 상기 드릴 커팅 저장탱크(110)에 연결되어 드릴 커팅에 포함된 큰 암석을 분리하는 검보 박스(120), 상기 검보 박스(120) 안으로 유입된 드릴 커팅에 포함된 작은 암석을 분리하는 복수의 셰일 세이커(130), 상기 드릴 커팅을 상기 각 셰일 세이커(130)로 분배하는 복수의 플로우 디바이더(140), 및 상기 검보 박스(120) 안으로 유입된 드릴 커팅에 포함된 타르 볼을 감지하고 분리하는 타르 분리유닛(150)을 포함한다. 여기서, 드릴 커팅(drill cuttings) 이란 시추공에서 회수되는 머드, 암석, 유체 등이 포함된 혼합물을 포함한다.

상기 드릴 커팅 저장탱크(110)는 데크 상에 구비되며, 시추공에서 회수되는 드릴 커팅을 일시적으로 저장 보관하는 탱크를 말한다.

상기 검보 박스(120)는 검보 트랩이라고도 불리며, 드릴 커팅 이송 라인(L)에 설치되어 드릴 커팅에 포함된 큰 암석을 분리하는 역할을 한다.

상기 검보 박스(120)는 시추공에서 회수되는 드릴 커팅이 들어오고 나가는 입구(120a)와 출구(120b)가 형성되는 검보 박스 본체(121), 상기 검보 박스 본체(121) 내부에 설치되며 드릴 커팅에 포함된 큰 암석을 걸러내어 상기 출구(120b) 쪽으로 이송시키는 체인 컨베이어(122), 및 상기 입구(120a)를 통해서 유입된 드릴 커팅을 상기 체인 컨베이어(122) 또는 상기 셰일 세이커(130) 쪽으로 선택적으로 분리하는 바이패스 플랩(bypass flap)(123)을 포함한다. 바이패스 플랩(123)은 회동축(123a)을 기준으로 선택적으로 회동할 수 있도록 구성된다.

상기 검보 박스(120)의 출구(120b) 측에는 타르 볼 저장탱크(T)가 연결된다.

상기 셰일 세이커(130)는 데크의 여러 위치, 예를 들어 6곳의 적정한 위치에 설치되어 상기 검보 박스(120) 안으로 유입된 드릴 커팅에 포함된 작은 암석을 분리하는 역할을 한다.

상기 플로우 디바이더(140)는 드릴 커팅을 각 셰일 세이커(130)로 분배하는 것으로, 검보 박스(120) 안에서 셰일 세이커(130)와 동일한 갯수로 설치된다.

여기서, 상기 드릴 커팅은 회수되는 머드, 유성 머드 커팅(oil based mud and cuttings, OBM), 및 수성 머드 커팅(water based mud and cutting, WBM)을 포함한다.

상기 타르 분리유닛(150)은 타르 볼을 감지하도록 상기 검보 박스(120)의 입구 측에 설치되는 타르 볼 센서(151), 상기 검보 박스(120)의 출구 측에 회동 가능하게 설치되는 타르 볼 처리 플랩(152), 및 상기 타르 볼 센서(151)가 타르 볼을 감지하는 경우에 타르 볼을 분리할 수 있도록 상기 타르 볼 처리 플랩(152)을 작동시키는 플랩 제어부(153)를 포함한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 타르 볼 처리 플랩(152)은 모터(152b)의 회동 축(152a)을 중심으로 회동할 수 있도록 구성되며, 플랩 제어부(153)는 모터(152b)를 구동하여 상기 회동 축(152a)을 중심으로 상기 타르 볼 처리 플랩(152)을 회동시켜서 타르 볼의 배출을 제어하도록 구성된다.

한편, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 드릴 커팅 처리방법이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 시추공에서 회수되는 드릴 커팅을 검보 박스(120) 안으로 유입시키는 제 1 단계(S 10), 검보 박스(120) 안으로 유입된 드릴 커팅에 포함된 암석들을 분리하는 제 2 단계(S 20), 검보 박스(120) 안으로 유입된 드릴 커팅에 포함된 타르 볼을 감지하는 제 3 단계(S 30), 및 타르 볼을 감지하는 경우에 검보 박스(120)의 출구(120b) 측에 설치된 타르 볼 처리 플랩(123)이 타르 볼을 분리하는 제 4 단계(S 40)를 포함한다.

상기 제 2 단계(S 20)에는, 상기 검보 박스 본체(121) 내부에 설치된 체인 컨베이어(122)가 드릴 커팅에 포함된 큰 암석을 걸러내어 상기 검보 박스(120)의 출구(120b) 쪽으로 이송시키고, 복수의 셰일 세이커(130)가 상기 검보 박스(120) 안으로 유입된 드릴 커팅에 포함된 작은 암석을 분리한다.

상기 플로우 디바이더(140)는 상기 검보 박스(120) 안으로 유입된 드릴 커팅을 상기 셰일 세이커(130)로 분배한다.

상기 제 3 단계(S 30)에서는, 타르 볼 센서(151)가 입구(120a)를 통해서 검보 박스(120) 안으로 유입된 드릴 커팅에 포함된 타르 볼을 감지한다.

타르 볼 센서(151)의 종류로는 검출 물체에서 초음파가 차단된 경우나 검출 물체의 표면에서 반사되어 나오기까지의 시간을 측정하여 출력 신호를 얻는 초음파 센서, 또는 피 측정 물체에 레이저 빛을 쬐었을 때의 산란 광이 도플러 효과에 의해 속도에 따라 주파수가 변화하는 것을 이용하여 그 변화를 입사광과 산란 광의 광비트 신호로 측정하여 속도를 측정하는 레이저 도플러 속도계, 광센서 등을 사용할 수도 있다.

상기 제 4 단계(S 40)에서는, 타르 볼을 감지하는 경우에, 플랩 제어부(153)는 모터(152b)를 구동하여 상기 회동 축(152a)을 중심으로 상기 타르 볼 처리 플랩(152)을 회동시켜서 타르 볼의 배출을 제어한다. 배출된 타르 볼은 타르 볼 저장 탱크(T)에 보관된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 검보 박스 안으로 유입된 드릴 커팅에 포함된 타르 볼을 감지하고 분리하는 타르 분리유닛을 구비함으로써, 드릴 커팅(drill cuttings)에 포함된 암석을 분리하는 과정에서, 타르 볼을 감지하고, 검보 박스의 출구 측에 구비된 타르 볼 처리 플랩을 회동시켜서 타르 볼을 효율적으로 분리 처리할 수 있다. 이와 같이 타르 볼을 자동으로 드릴 커팅에서 분리 처리함으로써, 타르 볼에 의한 환경 오염을 방지하고, 드릴 커팅 처리 시간을 단축하고 비용을 절감할 수 있다.

그리고, 본 발명은 한정된 실시 예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

100: 드릴 커팅 처리시스템
110: 드릴 커팅 저장탱크
120: 검보 박스
120a: 검보 박스의 입구
120b: 검보 박스의 출구
121: 검보 박스 본체
122: 체인 컨베이어
123: 바이패스 플랩
130: 셰일 세이커
140: 플로우 디바이더
150: 타르 분리유닛
151: 타르 볼 센서
152: 타르 볼 처리 플랩
152a: 모터의 회동 축
152b: 모터
153: 플랩 제어부
L: 드릴 커팅 이송 라인
T: 타르 볼 저장탱크