인-라인 머드 냉각기를 포함하는 머드 재생 시스템 {MUD RECONDITIONING SYSTEM WITH IN-LINE MUD COOLER}
본 발명은 시추 작업(Drilling Operation)에서의 머드 재생 시스템(Mud Reconditioning System)에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 별도의 머드 냉각기의 설치를 위한 공간을 요구하지 않지 않으며 이와 관련된 별도의 파이프 라인 구성을 필요로 하지 않는 인-라인 머드 냉각기를 포함하는 머드 재생 시스템(Mud Reconditioning System)을 제공하는 것이다.
일반적으로 말하고 있는 시추용 유체 혹은 머드(Mud)는 시추 운전(Drilling Operation)을 하는데 있어 혈액과도 같은 역할을 한다. 이것은 시추용 비트(Drill Bit)에서는 윤활 작용을 하고 있으며 시추할 때 발생되는 파편(Debris)을 제거하고 시추공(Hole)을 안정시키며 탄화수소가 웰 구경 속으로 유입되는 것에 대한 주요 안전 장벽(Safety Barrier)의 역할을 하게 된다. 실지로 시추용 머드는 본래 물 또는 연료(Fuel Oil)속에 용해된 벤토나이트(Bento-nite) 및 콜로이드 성(Collide) 형태의 점토로 이루어져 있는 아주 정교한 유체이다. 중정석(Baryte 혹은 황화바륨)은 시추용 머드의 비중(Specific Gravity)은 높이거나 이와 유사하게 비중을 변화시켜 중량을 높이기 위한 매개체로서 첨가되어 지며 최종 생성물은 머드와 동일한 농도를 굉장히 많은 양을 생산하게 된다. 머드는 특수한 화학 약품 및 무거운 돌가루 등을 섞어 점도(Viscosity) 및 밀도(Density)등을 포함하여 지층을 시추하기 위해 필요한 조건을 맞추고 있는데 때로는 공기, 가스 및 오일등이 사용되기도 한다. 도 1 은 머드 재생 과정의 흐름도(도 1(a)) 및 블록도(도 1(b))로 나타낸 도면이다. 머드의 회수과정은 도 1(a)의 흐름도를 따라 순환된다. 도 1(b)는 도 1(a)와 대응되는 각 구성 부품들을 블록도로 도시한 도면이다. 시추 작업을 할 수 있도록 적절히 혼합된 액체용 머드는 머드 펌프에 의해 고압 머드(5,000Psi)를 생성하여 시추공(Hole)으로 유입하게 된다. 시추공으로 유입된 머드는 시추용 비트의 회전 운동에 의해 발생된 절단물(Cuttings, 모래, 미세모래, 가스 등)과 함께 동반되어 되돌아오게 된다. 각종 절단물이 포함된 머드는 재사용 할 수 있도록 모래, 미세모래, 가스 등을 제거하여 머드를 재생하는 시스템으로 유입하게 된다. 이 때 되돌아 온 머드(Mud)는 머드 재생 탱크(Mud Reconditioning Tank)로 유입되기 전에 검보 트랩(Gumbo Trap)을 거치면서 자갈이나 굵은 돌을 제거하게 되며, 다시 이수 분리기(Shale Shaker)의 철망(Screen)에 의해 큰 입자들이 제거되어 모래 트랩(Sand Trap)으로 유입된다. 모래 트랩(Sand Trap)에 유입된 머드(Mud)는 모래 제거기(Desander), 가스 제거기(Degasser), 미세 모래 제거기(Desilter)등을 거치면서 모래, 가스, 미세모래등이 제거된다. 한편 머드 재생 장비(Mud Re-conditioning Equipment)를 거친 재생용 머드는 머드 회수 라인(Mud Return Line)을 거쳐 중력(Gravity)에 의해 주 머드 피트(Main Mud Pits)로 들어가게 된다. 도 2 는 HTHP(High Temperature High Pressure) 환경하에서 머드 재생 시스템 구성도를 개략적으로 도시한 도면이다. HTHP 환경에 있는 웰(Well)에 대한 드릴링에 대한 요구가 점점 많아짐에 따라 고온 웰 머드 재생에 대한 냉각 시스템이 필요하게 되었다. 도 2 에 도시한 바와 같이 머드 냉각기(Mud cooler)(250)가 머드 순환 시스템에 포함되어 있다. 디버터(Diverter)(220)는 명칭에서도 알 수 있듯이 기본적으로 가스(가끔 고형물질도 있음)와 같은 웰 유체(Well Fluid)의 예기치 않은 방출 물들을 안전하게 배출할 수 있는 위치로 전환해 주는 역할을 한다. 디버터(220)는 도관(Conductor)의 상부에 위치해 있고 시추용 비트(Drill Bit)가 그 안으로 통과할 수 있도록 되어 있으며 시추관(Drill Pipe) 또는 켈리(Kelly) 둘레를 밀봉시킬 수 있도록 해준다. 정상적으로 시추작업을 하는 동안에는 디버터(220)의 벤트(Vent)라인은 닫혀져 있고 되돌아 올라오는 시추용 머드(Drilling Mud)는 벨 모양의 하우징(Bell Housing) 속으로 들어가고 난 다음 다시 이수 분리기(Shale Shaker)(230) 속으로 보내어진다. 디버터의 작동은 시추동(Drill String)을 둘러싸고 있는 충진 요소(Packing Element)를 닫히게 되며, 연이어 벤트(Vent)를 열어서 대기 중으로 어떠한 방해도 받지 않고 웰 유체(Well Fluid)를 내 보내게 된다. 디버터(Diverter)(220)는 어느 특정 회사의 제품을 사용하든지 아니면 매니폴드(Manifold)를 직접 제작하여 재래식 환형의 분출 방지기(Annular Blowout Preventer, BOP)를 조합하여 사용할 수도 있다. 반-잠수식 시추 리그(Semi-submersible Drilling Rig) 또는 시추선(Drillship)으로 하여금 웰(Well)을 시추하게 될 때는 해저에 분출 방지기 배기관(BOP Stack)을 설치하여야만 하며, 이런 경우에 디버터(Diverter)(220)는 시추 프로그램 전반에 걸쳐 예방 수단으로 통상 해상 수직관(Marine Riser) 상부에 설치된다. 이수 분리기(Shale Shaker)(230)는 시추 작업에서 머드로부터 절단물(Cutting)(모래, 미세모래, 가스등)을 제거하기 위해 진동하는 체를 가진 여러 단의 트레이(Tray)가 설치된 장치이다. 체에서 구멍 크기(Mash size)는 시추 유체에서 고형물(Solid)의 크기와 절단물의 예상된 크기에 맞도록 선택된다. 머드 처리 탱크(240)는 도 1(b)에서의 주 머드 피트(Main Mud Pits)에 대응하는 것으로 이수 분리기(230)와 머드 처리 탱크(240)의 사이에는 모래 제거기(Desander), 가스 제거기(Degasser), 미세 모래 제거기(Desilter)와 같은 구성부품들을 포함하여 모래, 가스, 미세모래 등을 제거하는 단계를 거치게 되나, 도 2 에서는 간략화를 위하여 이를 생략하였다. HTHP 환경하의 시추에서 머드 처리 탱크(240)의 머드는 고온이기 때문에 냉각수(Cooling Water)를 순환시켜 머드의 온도를 낮추기 위한 머드 냉각기(Mud cooler)(250)가 포함된다. 머드 냉각기(250)는 머드 처리 탱크(240)의 고온의 머드를 통과시켜 머드의 온도를 낮추는 역할을 수행하는 독자적인 유닛(unit)의 형태로 구성되며, 머드 처리 탱크(240) 다음에 별도의 설치 공간을 필요로 하게 된다. 머드 처리 탱크(240)로부터 머드 냉각기(250)까지의 별도의 파이프 라인, 머드 냉각기(250)로부터 냉각된 머드를 재저장하기 위한 머드 처리 탱크(240)까지의 추가적인 파이프 라인의 구성(260, 260-1)이 필요하게 된다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 별도의 머드 냉각기의 설치를 위한 공간을 요구하지 않지 않으며, 이와 관련된 별도의 파이프라인 구성을 필요로 하지 않는 인-라인 머드 냉각기를 포함하는 머드 재생 시스템(Mud Reconditioning System)을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따라, 머드 재생 시스템(MUD RECONDITIONING SYSTEM)은 시추용 비트(drilling bit)에 의해 생성된 웰 유체(well fluid)로부터 머드(mud)를 재생하기 위해 절단물(Cutting)을 제거할 수 있는 공간으로 상기 웰 유체를 전달해 주는 디버터(diverter)(310); 진동하는 체를 가진 여러 단의 트레이(Tray)를 구비하여, 상기 절단물 중 일부를 제거하는 이수 분리기(Shale Shaker)(330); 및 상기 디버터와 상기 이수 분리기를 연결하여 상기 디버터로부터 전달된 상기 웰 유체를 수송하는 주 머드 회수 라인(main mud return line) (350)상에 위치하여, 상기 웰 유체의 온도를 낮추는 머드 냉각기(mud cooler)(320);를 포함한다.
바람직하게는, 상기 머드 냉각기는 상기 주 머드 회수 라인을 감싸는 코일 형태(coil type)인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 머드 냉각기는 상기 웰 유체의 온도를 낮추는 냉각수(cooling water)를 순환시키는 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 이수 분리기(330)에서 유출된 재생용 머드를 저장하는 주 머드 피트(Main Mud Pits)(340);를 더 포함한다.
일 측면에 따라, 머드 재생 시스템(Mud Reconditioning System)은, 머드 재생 시스템에 있어서, 시추용 비트(drilling bit)에 의해 생성된 웰 유체(well fluid)로부터 절단물(Cutting)을 제거하기 전에 상기 웰 유체의 온도를 낮추는 머드 냉각기(mud cooler)(320);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 절단물은 자갈, 돌, 모래, 미세 모래 및 가스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 웰 유체로부터 상기 자갈 또는 상기 돌을 제거하는 이수 분리기(Shale Shaker)(330);및 상기 이수 분리기에서 유출된 재생용 머드를 저장하는 주 머드 피트(Main Mud Pits)(340);를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 머드 냉각기는 상기 자갈 또는 상기 돌이 포함된 웰 유체가 상기 이수 분리기로 유입되기 전 주 머드 회수 라인(main mud return line) (350)상에 위치하여, 상기 웰 유체의 온도를 낮추는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 머드 냉각기는 상기 주 머드 회수 라인을 감싸는 코일 형태(coil type)인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 머드 냉각기는 상기 웰 유체의 온도를 낮추기 위한 냉각수(cooling water)를 순환시키는 구조를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 인-라인 머드 냉각기를 포함하는 머드 재생 시스템에 의하면, 머드 냉각기를 설치 위한 별도의 공간을 요구하지 않으며, 머드 처리 탱크와 머드 냉각기 사이에 별도의 파이프 라인 구성을 요구하지 않으므로 머드 재생 시스템의 구성을 보다 용이하고 간략하게 구성할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 머드 재생 과정의 흐름도(도 1(a)) 및 블록도(도 1(b))로 나타낸 도면이다.
도 2 는 HTHP(High Temperature High Pressure) 환경하에서 머드 재생 시스템 구성도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 은 본 발명에 따른 인-라인 머드 냉각기(320)를 포함하는 머드 재생 시스템의 블록도를 도시한 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 이하에서 본 발명을 설명함에 있어서, 당업계에 공지 및 주지된 기능이나 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단될 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 기술 용어들은 본 발명에서의 기능 등을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 당업자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 그 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸쳐 기재된 내용을 기초로 판단되어야 할 것이다. 도 3 은 본 발명에 따른 인-라인 머드 냉각기(320)를 포함하는 머드 재생 시스템의 블록도를 도시한 도면이다. 도 3 에 도시된 본 발명의 머드 재생 시스템을 도 2 에서의 머드 재생 시스템과 비교하여 보면, 도 2 에서의 머드 냉각기(250)와 같이 별도의 유닛(unit)으로 구성되지 않고, 디버터(310)과 이수 분리기(330))사이의 주 머드 회수 라인(Main Mud Return Line)(350)상의 임의의 지점에 코일 형태(coil type)로 구비된 점이 특징이다. 디버터(310)는 도 2에서와 마찬가지로 가스(가끔 고형물질도 있음)와 같은 웰 유체(Well Fluid)의 예기치 않은 방출물들을 안전하게 배출할 수 있는 위치로 전환해 주는 역할을 한다. 즉, 시추용 비트에 의해 생성된 웰 유체로부터 머드를 재생하기 위해 절단물(Cutting)(모래, 미세모래, 가스등을) 제거할 수 있는 공간으로 웰 유체를 전달해 주는 역할을 한다. 간단히 말해, 디버터(310)는 머드를 포함하는 웰 유체의 흐름 방향 전환기의 역할을 하는 것이다. 이수 분리기(330)는 도 2에서의 이수 분리기(230)와 마찬가지로 시추 작업에서 머드로부터 절단물(Cutting)(모래, 미세모래, 가스등)을 제거하기 위해 진동하는 체를 가진 여러 단의 트레이(Tray)가 설치된 장치이다. 본원 발명에서의 인-라인 머드 냉각기(320)를 포함하는 머드 재생 시스템은 도 2 에서의 머드 처리 탱크(240)와 같은 머드 피트(Mud Pit)(340)를 더 포함할 수 있다. 상기에서 설명된 바와 같이 본원 발명의 머드 재생 시스템은 디버터(diverter)(310), 이수 분리기(Shale Shaker)(330) 및 머드 냉각기(mud cooler)(320)를 포함하여 구성된다. 디버터(diverter)(310)는 시추용 비트(drilling bit)에 의해 생성된 웰 유체(well fluid)로부터 머드(mud)를 재생하기 위해 절단물(Cutting)을 제거할 수 있는 공간으로 웰 유체를 전달해 준다. 이수 분리기(Shale Shaker)(330)는 진동하는 체를 가진 여러 단의 트레이(Tray)를 구비하여, 절단물 중 일부를 제거한다. 이수 분리기(330)에서 제거되는 절단물은 자갈이나 돌과 같은 비교적 입자의 굵기가 굵은 물질들이다. 머드 냉각기(mud cooler)(320)는 디버터(310)와 이수 분리기(330)를 연결하여 디버터로부터 전달된 웰 유체를 수송하는 주 머드 회수 라인(main mud return line) (350)상의 임의의 지점에 위치하여, 웰 유체의 온도를 낮춘다. 본원 발명의 머드 재생 시스템은 종래의 시스템과는 달리 시추용 비트(drilling bit)에 의해 생성된 웰 유체(well fluid)로부터 절단물(Cutting)을 제거하기 전에 상기 웰 유체의 온도를 낮추는 것이 특징이다. 도 2 에서 도시된 머드 재생 시스템은 머드 피트 또는 머드 처리 탱크(240)에 저장된 재생용 머드의 온도를 낮추게 구성되어 있으나, 즉, 웰 유체로부터 절단물들(자갈, 돌, 모래, 미세모래 및 가스들)을 모두 제거하고 난 후에 최종 물질인 재생용 머드의 온도를 낮추도록 구성된 머드 냉각기를 포함한다. 도 2 에서와 같이 머드 피트(240)에 저장된 재생용 머드의 온도를 낮추기 위해 독립적인 유닛 형태의 머드 냉각기를 구성해야 하는 문제점이 있었다. 이에 반하여, 본원 발명의 인-라인 머드 냉각기(320)는 웰 유체로부터 전혀 절단물들이 제거되기 전 즉, 이수 분리기(330)의 전단에서 웰 유체의 온도를 낮추는 역할을 한다. 엄밀하게 종래의 머드 냉각기(250)는 재생용 머드의 온도를 낮추는 것이나, 본원발명의 인-라인 머드 냉각기(320)는 웰 유체의 온도를 낮추는 것으로 완전히 다른 개념이다. 본원 발명의 인-라인 머드 냉각기(320)는 주 머드 회수 라인(350)을 감싸는 코일 형태(coil type)로 구성되어, 냉각수(cooling water)를 순환시키는 구조를 가가진다. 웰 유체에 포함된 절단물들은 자갈, 돌, 모래, 미세 모래 및 가스중 어느 하나일 수 있으며, 도 1 에서 설명한 바와 같이 절단물 중 모래는 모래 제거기(Desander)(미도시)에서, 절단물 중 미세 모래는 미세 모래 제거기(Desilter)(미도시)에서, 절단물 중 유해 가스는 가스 제거기(Degasser)(미도시)에서 제거하여 최종적으로 생산된 재생용 머드는 주 머드 피트(Main Mud Pits)(340)에 저장된다. 이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
310 : 디버터
320 : 코일 형태의 머드 냉각기
330 : 이수 분리기
340 : 주 머드 피트(main mud pit)
350 : 주 머드 회수 라인(main mud return line) |
