드레인 처리 시스템

드레인 처리 시스템{Apparatus Processing Drain}

본 출원은 드레인 처리시스템에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 드레인의 유체와 비중이 큰 물질을 효율적으로 분리할 수 있는 드레인 처리 시스템에 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. 따라서, 최근에는 해저에 있는 석유 채굴 기술의 발달과 더불어 지금까지 경제성을 상실했던 군소 한계유정(marginal field)이나 심해 유전의 개발이 더욱 활발하게 진행되고 있는 실정이다.

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

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

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

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 발생되는 열에 의해 드릴비트(10)가 과열되는 것을 방지하고 윤활작용을 하여 드릴링을 더욱 쉽게 하기 위해, 드릴 파이프(5) 속으로는 머드(9)가 삽입된다. 이러한 머드는 드릴비트(10)를 통해 빠져나가 케이싱(8) 내부에 채워지며 라이저 안쪽을 통해 시추선으로 회사된다. 시추 작업이 종료되면, 드릴 파이프(5)는 문풀(3)을 통해 드릴플로어(drill floor)로 운반되어 해체된 후 적재장소로 운반된다.

한편, 시추선은 시추 작업의 특성상 기름 혼합물 및 머드를 포함한 각종 드레인을 유발하게 되고, 이들 기름과 머드를 포함하는 드레인을 그대로 해상으로 배출하는 경우, 심각한 해양 오염을 유발하게 되므로, 시추선에서 발생한 드레인을 소정의 환경 기준에 부합하도록 정화 처리하지 않으면 안된다. 따라서, 시추선에는 자체에서 발생된 드레인을 처리하는 장치를 구비하고 있다.

도 2는 종래 시추선의 드레인 처리 장치를 개략적으로 나타낸 도이다.

도시된 바와 같이, 드레인 처리 장치(100)는 드레인 저장 탱크(110), 유수 분리기(120), 오일 성분 감지기(130), 폐 드레인 탱크(140), 오일 드레인 탱크(150), 배출 펌프(160)를 포함한다.

드릴링 작업 공간에서 흘러 내려오는 각종 암석 파편, 머드, 오일 등을 포함한 드레인은 선외로 배출되기 전에 일정 기간 드레인 저장탱크(110)에 저장된다.

드레인 저장탱크(110)에 저장된 드레인 중 암석 파편 및 머드와 같은 솔리드(Solid)들은 폐 드레인 탱크(140)로 이송된 후, 배출 펌프(160)에 의해 육지의 처리 장소로 배출되거나 육지와 시추선 사이를 오가는 보급 선박(Supply Vessel)에 이송되어 처리된다.

유수 분리기(120)는 드레인 저장 탱크(110)와 연결되어 드레인에 포함된 오일 성분과 물 성분을 분리하여 오일 성분이 포함되지 않은 처리수만 선외로 배출된다. 이때, 오일 성분 감지기(130)는 상기 유수 분리기(120)에 의해 처리된 처리수에 일정 이상의 오일 성분이 포함되어 있는지 체크하여 오일 성분이 기준치 이상 포함되어 있을 경우, 해당 처리수는 다시 드레인 저장탱크(110)로 보내진다. 분리된 오일 성분은 오일 드레인 탱크(150)로 이송 된 후, 배출 펌프(160)에 의해 육지의 처리 장소로 배출되거나 육지와 시추선 사이를 오가는 보급 선박(Supply Vessel)에 이송되어 처리된다.

이러한 종래 드레인 처리 장치(100)는 드레인 저장탱크(110)에 저장된 드레인에 대해 유수 분리기(120)에 의해 오일 성분과 해수를 분리하여 드레인 처리를 하는데, 드레인에 포함되어 있는 머드, 암석 파편 등을 포함하는 솔리드(Solid)들이 부분적으로 존재하여 오일과 해수를 효율적으로 분리시키지 못하는 문제점이 있다.

또한, 이러한 솔리드 들은 유수 분리기의 오작동 및 고장을 유발시켜 실질적으로 드레인 처리가 효율적으로 이루어지지 못하는 실정이다.

본 출원은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 시추시 발생되는 솔리드와 유체를 미리 분리하여 오일 및 해수를 효율적으로 분리 처리 할 수 있는 드레인 처리 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 드레인 처리 시스템은 시추작업 시 발생되는 드레인을 저장하는 드레인 저장 탱크, 드레인 저장 탱크와 연결되고, 드레인 저장 탱크에서 이송된 드레인을 오일 성분과 해수를 분리하는 유수 분리기, 및 유수 분리기에 의해 분리된 해수에 포함된 오일 성분을 감지하는 오일 성분 감지기를 포함하고, 드레인 저장 탱크는 드레인을 수용하는 수용부와 수용부에 수용된 드레인 중 유체가 흘러 넘쳐 저장되는 저장부로 분리 되도록 드레인 저장 탱크 하부에서 연장되어 배치된 격벽을 포함한다.

격벽은 적어도 하나 이상의 솔리드 필터를 포함할 수 있다.

드레인 시스템은 저장부에 연결되어 저장부에 저장된 유체 중 솔리드를 분리하기 위한 솔리드 분리기를 더 포함할 수 있다.

드레인 시스템은 드레인 저장탱크와 배관으로 연결된 재순환 펌프를 더 포함할 수 있고, 재순환 펌프의 유입관은 저장부와 연결되고, 재순환 펌프의 유출관은 수용부에 연결될 수 있다.

유출관은 하나 이상의 노즐과 연결될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 시추작업 시 발생되는 드레인을 저장하는 드레인 저장 탱크, 및 드레인 저장 탱크와 연결되고, 드레인 저장 탱크에서 이송된 드레인을 오일 성분과 오일 성분이 제거된 처리수로 분리하는 유수 분리기를 포함하고, 드레인 저장 탱크는 드레인을 수용하는 수용부와 수용부에 수용된 드레인 중 유체가 이송되어 저장되는 저장부로 분리 시키는 격벽, 격벽을 관통한 이송배관, 및 이송배관에 배치되어 유체의 흐름을 개폐시키는 밸브를 포함한다.

수용부에 배치된 레벨 게이지를 더 포함하고, 레벨 게이지에 의한 드레인의 수위에 따라 밸브를 개폐할 수 있다.

드레인 저장탱크는 밸브 유입구 측에 배치되어 드레인에 포함된 솔리드를 필터링하는 솔리드 필터를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 드레인 시스템은 드레인 저장탱크와 배관으로 연결된 재순환 펌프를 더 포함할 수 있고, 재순환 펌프의 유입관은 저장부와 연결되고, 재순환 펌프의 유출관은 수용부에 연결될 수 있다.

유출관은 하나 이상의 노즐과 연결될 수 있다.

실시예에 따른 드레인 처리 시스템은 머드를 포함한 솔리드와 유체를 효과적으로 분리하여 드레인 처리 성능을 향상 시킬 수 있다.

이에 따라, 드레인에 포함된 유체에서 오일 성분과 해수 분리 성능을 향상 시킬 수 있다.

또한, 분리된 머드를 포함한 솔리드에 대해 일정시간 이후 고착화 되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 종래 해수면에서 시추작업을 수행하고 있는 종래의 시추선을 도시한 측면도이다.
도 2는 종래 시추선의 드레인 처리 시스템을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 드레인 처리 시스템을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 드레인 처리 시스템을 개략적으로 나타낸 도이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 동일 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일 명칭 및 동일부호를 사용할 뿐 실질적으론 종래 드레인 처리 시스템의 구성요소와 완전히 동일하지 않음을 미리 밝힌다.

또한, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 드레인 처리 시스템을 개략적으로 나타낸 도이다.

도시된 바와 같이, 드레인 처리시스템(200)은 드레인 저장탱크(210), 폐 드레인 탱크(240), 배출 펌프(260), 유수 분리기(220), 오일 드레인 탱크(250), 오일 성분 감지기(230)를 포함한다.

드레인 저장탱크(210)는 시추선에서 드릴링 과정 중 발생되는 드레인이 수용되는 탱크로, 시추 구조물 주변에 설치된 다수의 배수구 및 배수관을 통해 머드, 암석 파편, 오일 성분 및 해수 등을 포함하는 드레인이 수집된다. 이러한 드레인은 소정의 드레인 처리과정을 통하여 선외로 배출되거나 다른 탱크로 이송되기 전에 드레인 저장 탱크(210)에 일정기간 동안 저장된다.

드레인 저장탱크(210)는 내부에 배치된 격벽(213)을 중심으로 시추 구조물 주변에서 유출된 최초 드레인을 수용하는 수용부(211)와 상기 수용부(211)에 수용된 드레인 중 머드 및 암석 파편과 같은 솔리드(Solid)를 제외한 유체가 흘러 넘쳐 저장되는 저장부(212)로 구획된다.

격벽(213)은 드레인 저장탱크(210)를 두 개의 폐 저장 공간으로 구획하지 않고, 수용부(211)에 존재하는 유체가 저장부(212)로 넘쳐 흐를 수 있도록 드레인 저장탱크(210) 하부에서 상부방향으로 연장되고, 이때, 격벽(213)의 상부 끝단은 드레인 저장 탱크(210)의 상부와 소정 간격을 두고 배치된다.

격벽(213)의 높이는 가변될 수 있다. 즉, 도면엔 도시되어 있지 않지만, 격벽(213)의 하단부와 기계적으로 연동된 실린더 유닛이 배치되어, 드레인의 양에 따라 필요시 상기 실린더 유닛의 동작에 의해 격벽의 높이를 증가시키거나 감소시킬 수 있다.

또한, 격벽(213)은 수용부(211)에서 저장부(212)로 유체가 이동할 때, 유체에 포함될 수 있는 솔리드를 필터링 할 수 있는 솔리드 필터(214)를 포함할 수 있다. 이러한 솔리드 필터(214)는 격벽(213) 전체 길이에 걸쳐 배치 되거나 도면에서와 같이 격벽(213)의 상단부에 국부적으로 배칠 수 있다.

솔리드 분리기(Solid Separator, 280)는 드레인 저장탱크(210)의 저장부(212)와 연결되어 상기 저장부(212)에 저장된 유체에 잔류하는 솔리드를 분리하고, 분리된 솔리드는 별도의 운반 가능한 탱크에 이송되어 폐처리 된다. 이에 따라 드레인에 포함된 유체와 고체의 분리 성능을 더욱 향상 시킬 수 있다.

유수 분리기(220)는 저장부(212)에 저장된 유체, 즉 오일성분 및 해수를 포함하는 유체 중 해양에 배출시킬 수 있는 성분을 분리하여 선외로 배출시킨다. 유수 분리기(220)는 오일성분과 물 성분의 비중차를 이용한 원심 분리기와 같은 것으로, 이러한 유수 분리기(220)는 드레인 저장탱크(210) 내에 포함되어 배치되거나 배수관과 연결되어 드레인 저장탱크(210)의 외부에 배치될 수 있다. 또한 유수 분리기는 원심 분리기 이외에도 필터를 이용할 수 있다.

유수 분리기(220)에 의해 분리된 처리수는 오일 성분 감지기(230)를 통하여 선외로 배출되는데, 이때, 처리수에 포함된 오일 성분이 소정 기준치 이상일 경우, 처리수는 다시 드레인 저장탱크(210)로 이송된다.

또한, 유수 분리기(220)에 의해 분리된 오일은 오일 드레인 탱크(250)로 이송되고, 향후 배출 펌프(260)를 이용하여 육지의 처리 장소로 배출되거나 육지와 시추선 사이를 오가는 보급 선박(Supply Vessel)에 이송되어 처리된다.

수용부(211)에 침전된 솔리드는 폐 드레인 탱크(240)로 이송되고, 이후 배출 펌프(260)에 의해 폐처리 된다. 이때, 드레인 저장 탱크(210)에서 머드를 포함한 솔리드가 일정기간 저장됨으로 인하여 드레인 저장탱크 바닥에 솔리드 고착화 현상이 발생된다.

재순환 펌프(270)는 드레인 저장 탱크(210)의 외부에 배치되고, 재순환 펌프(270)의 유입관(271)은 유체가 저장된 저장부(212)와 연결되고, 재순환 펌프(270)의 유출관(272)은 솔리드가 침전된 수용부(211)에 연결된다. 이러한 재순환 펌프(270)는 수용부(211)에 일정 압력 이상으로 가압하여 수용부(211) 내부의 드레인을 순환시켜 수용부 내에서 솔리드가 고착화되는 것을 방지할 수 있다.

재순환 펌프(270)는 드레인를 효율적으로 순환시키기 위해 유출관(272)에 다수의 노즐(273)이 결합될 수 있다. 이러한 노즐(273)은 수용부(211)에 높은 압력을 공급할 수 있어 수용부의 하부에 솔리드가 고착되는 것을 효율적으로 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 드레인 처리 시스템의 드레인 처리 과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 드릴링시 발생된 드레인이 배수관을 통해 드레인 저장탱크(210)의 수용부(211)에 유입되면, 드레인에 포함된 비중이 큰 물질 예를 들어, 암석 파편이나 머드 기타 솔리드는 수용부(211) 하부에 침전되고, 비중이 가벼운 오일 및 해수와 같은 유체는 드레인 저장탱크의 저장부(212)로 오버 플로우된다.

이처럼, 유입된 드레인에 포함된 유체와 솔리드는 수용부(211)와 저장부(212)에 각각 따로 분리되어 이후 유체 내의 오일성분과 해수를 분리하는 과정에서 솔리드에 의한 영향을 받지 않게 된다. 따라서, 오일성분과 해수의 분리 성능을 향상시킬 수 있다.

이후, 저장부(212)에 저장된 유체는 유수 분리기(220)에 의해 오일 성분과 처리수로 분리되고, 오일 성분은 오일 드레인 탱크(250)로 보내져 폐처리되는 반면, 처리수는 한번 더 오일 성분 감지기(230)를 거쳐 오일 성분의 함량이 미비할 경우 선외로 배출된다.

또한, 드레인 저장 탱크(210)의 수용부(211)에 쌓인 솔리드는 폐 드레인 탱크(240)에 이송되어 이후 배출 펌프(260)를 통하여 폐처리 된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 드레인 처리 시스템을 개략적으로 나타낸 도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 드레인 처리 시스템은 이미 설명한 도 3의 드레인 처리 시스템과 유사함으로, 이에 따른 동일한 기능을 갖는 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도 4를 참조하면, 드레인 저장탱크(210)는 격벽(213)에 의해 시추 구조물 주변에서 유출된 최초 드레인을 수용하는 수용부(211)와 상기 수용부(211)에 수용된 드레인 중 솔리드(Solid)를 제외한 유체가 저장되는 저장부(212)로 구획된다.

이때 격벽(213)은 도 3의 실시예와 달리 드레인 저장탱크(210)를 두 개의 폐 저장 공간으로 구획한다.

또한, 격벽(213)을 관통하여 상기 수용부(211)와 저장부(212)를 연통하는 이송 배관(215)이 격벽(213)에 배치되고, 밸브(216)는 수용부(211)에 수용된 드레인 중 유체가 저장부(212)로의 흐름을 개폐할 수 있도록 상기 이송 배관(215)에 연결되어 배치된다.

밸브(216)는 수용부 영역의 이송배관에 연결되거나 저장부 영역의 이송배관에 연결될 수 있고, 밸브(216)의 동작 방법은 수동식 혹은 자동식 어느 것이든 가능하다.

밸브(216)가 연결된 이송배관(215)은 격벽(213)에 적어도 하나 이상 배치되어 수용부(211)에 저장된 드레인의 레벨 수위에 따라 대응되는 이송 배관 밸브(216)를 개폐시켜 유체의 흐름을 효율적으로 제어할 수 있다. 이때, 수용부(211)에 저장된 드레인의 레벨 수위를 측정하기 위해 수용부내에 레벨 게이지(미도시)가 설치될 수 있다.

밸브와 이송배관의 높이는 처리하고자 하는 드레인의 전체 양이나 작업자의 의도에 따라 알맞게 조절될 수 있지만, 밸브(216)와 연결된 이송배관(215)은 격벽(213)의 하단부를 기준으로 격벽(213)의 전체 높이 대비 1/3이상의 높이에 배치된다.이와 같은 이유는 대부분의 솔리드는 수용부 하단에 침전됨으로 격벽 높이의 중간부 이상 영역에 존재하는 유체의 흐름을 쉽게 제어할 수 있기 때문이다.

한편, 수용부(211)의 유체가 저장부(212)로 이송배관(215)을 통하여 이동될 시, 유체에 머드나 비중이 작은 고체 입자가 포함되어 저장부(212)로 유입될 수 있기 때문에 이송배관(215)에 연결된 밸브(216)의 유입구 측엔 솔리드를 필터링 할 수 있는 솔리드 필터(217)가 배치될 수 있다.

이처럼, 도 4의 실시예에 따른 드레인 시스템은 드레인 저장탱크 내에서 미리 솔리드와 유체를 분리함으로써 이후 유체 내의 오일 성분과 해수를 분리하는데 있어 분리 성능을 향상 시킬 수 있다.

또한, 도 3의 실시예의 경우, 배의 모션에 의해 수용부에 수용된 드레인 중 솔리드가 침전되지 않은 상태에서 유체가 저장부로 오버 플로어 되어 실질적으로 솔리드와 유체의 분리 성능 기능이 떨어질 염려가 있는 반면에 도 4의 실시예의 경우, 드레인 처리 시스템은 배의 모션에 의한 솔리드와 유체를 분리하는데 있어 배의 모션에 의해 영향을 받지 않기 때문에 솔리드와 유체 분리 성능이 향상될 수 있다.

상기 드레인 처리 시스템(100, 200)은 해저 자원을 시추하는 시추선에 적용될 수 있다. 시추선은 드릴쉽뿐만 아니라 리그선, 반잠수식시추선, 텐션레그플랫폼을 포함하여 해저자원 시추에 사용되는 부유식 해양구조물을 모두 포함한다. 따라서, 본 발명의 실시예인 드레인 처리 시스템은 드립쉽, 리그선, 반잠수식시추선, 텐션레그플랫폼을 포함하는 모든 부유식 해양구조물에 적용 가능하다.

본 발명은 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고, 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

100, 200: 드레인 처리 시스템
110, 210: 드레인 저장 탱크
120, 220: 유수 분리기
130, 230: 오일성분 감지기
140, 240: 폐 드레인 탱크
150, 250: 오일 드레인 탱크
160, 260: 배출 펌프