머드피트 클리닝 시스템{Cleaning system for mud pit}
본 발명은 머드피트 클리닝 시스템에 관한 것이다.
최근 급격한 산업화로 인해 석유와 같은 자원의 사용량이 급등함에 따라, 석유의 안정적인 생산과 공급이 대단히 중요한 문제로 떠오르고 있다. 그런데 대륙 또는 연해에서의 유전은 이미 많은 시추가 이루어진바, 최근에는 수심이 깊은 심해에 위치한 유전의 개발에 관심이 집중되고 있으며, 이러한 심해 유전을 시추하기 위해서는 일반적으로 드릴십(Drillship)이 이용된다. 드릴십은 첨단 시추장비를 탑재하고 자체의 동력으로 항해를 할 수 있도록 선박과 유사한 형태로 제작된 해상 구조물로서, 해상 플랫폼의 설치가 불가능한 심해 지역에서 원유나 가스 등의 채취 작업이 가능하고, 일정 지점에서 시추를 종료하고 다른 지점으로 이동하여 다시 시추를 수행할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 드릴십은, 상하로 관통된 형태의 문풀(Moonpool) 구조를 구비하고, 문풀 상부에 위치하며 시추장비를 구비하는 데릭(Derrick)을 포함한다. 이하에서는 드릴십이 해저에 시추를 하는 과정에 대해 설명한다. 우선 드릴십은 자체 동력을 이용하여 시추 대상 지역으로 이동하고, 위치를 유지할 수 있도록 복수의 쓰러스터(Thruster)를 이용한 동적 위치유지 시스템(Dynamic Positioning System; DPS)을 구동한다. 이후 드릴십은 드릴 파이프(drill pipe)에 드릴 비트(drill bit)를 결합하고, 데릭에 마련된 호이스팅 시스템(Hoisting System)과 핸들링 시스템(Handling System)을 이용해 복수의 드릴 파이프를 충분한 길이만큼 연결하여 문풀을 통해 해저면까지 하강시킨 뒤, 로테이팅 시스템(Rotating System)을 통해 드릴 파이프를 회전하여 시추공을 형성한다. 1차로 드릴링이 완료되면, 데릭은 드릴 파이프를 회수하고 케이싱 파이프(casing pipe)를 시추공에 설치한 뒤, 케이싱 파이프와 시추공 사이에 콘크리트를 채우는 시멘팅(Cementing) 작업을 진행하며, 다시 드릴 파이프를 이용한 드릴링 작업과 케이싱 파이프를 설치하는 케이싱 및 시멘팅 작업을 반복 수행함으로써, 일정 깊이를 갖는 시추공의 형태를 유지시킨다. 시추공이 무너지지 않도록 케이싱 파이프가 충분히 설치되면, 라이저(Riser)에 BOP(Blow Out Preventer)를 연결하여 시추공에 결합하게 되며, 이때 라이저의 내부는 드릴 파이프와 케이싱 파이프의 이동 경로가 된다. 그런데 드릴링 과정에서 드릴 비트의 윤활 및 냉각과, 시추공 내부에서 생성되는 암석 덩어리 등의 분쇄물의 처리가 필요하다. 따라서 드릴십은 드릴 파이프의 내부에 머드를 공급하여 드릴 비트의 말단부에서 머드가 배출되도록 하고, 머드가 드릴 비트의 윤활과 냉각을 수행한 뒤 분쇄물과 함께 드릴 파이프의 외부에서 라이저의 내부를 통해 상부로 회수되도록 하는, 머드 순환 시스템(Mud Circulation System)을 사용한다. 회수된 머드는 분쇄물이 걸러진 후 재사용된다. 드릴십은 이러한 머드 순환 시스템을 구동하면서 드릴 비트가 유정에 도달할 때까지 드릴링과 케이싱 및 시멘팅 작업을 반복적으로 수행하는데, 이 경우 케이싱 작업에 사용되는 케이싱 파이프의 직경이 점차 작아짐에 따라, 상대적으로 작은 크기의 드릴 비트를 교체 사용하여 드릴링을 지속적으로 구현할 수 있다. 이와 같이 드릴십은, 파이프와 라이저 등을 설치 및 사용하기 위한 시스템과, 머드를 사용하는 시스템 등을 구비하며, 이러한 시스템을 이용하여 시추 작업을 원활히 구현하기 위한 문풀 구조, 데릭 구조, 그리고 적재 구조 등을 일정한 공간 내에 배치하여야 하므로, 상당히 높은 기술력이 요구됨에 따라 지속적으로 연구 및 개발이 이루어지고 있다. 그런데, 머드 순환 시스템에 있어서, 머드를 저장하는 머드피트 내부의 머드를 드릴링 작업시 파이프로 공급하여 드릴비트의 과열을 방지하는데, 머드피트 내부의 머드는 드릴링 작업시 파이프로 모두 공급되나, 머드가 가지는 점성으로 인하여 머드피트의 내벽에 머드가 점착되어 잔존하게 된다. 시간이 경과하면 머드피트 내부의 머드가 굳어 머드피트의 상태가 악화되어 추가적인 머드 혼합 과정에서 머드의 질이 저하되는 등의 이유로 머드피트를 청소할 필요가 있는데, 일반 해수를 이용할 경우 폐수 처리에 어려움이 있어, 개선이 필요하다.
본 발명은 종래기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 머드피트를 청소하는 해수의 사용량을 최소화 하면서 머드의 질을 향상시킬 수 있는 머드피트 클리닝 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 머드피트 클리닝 시스템은, 머드피트 내부의 머드를 세척/흡착하여 배출시키도록 유체를 공급하되, 상기 머드피트로 유체를 공급 및 배출시켜 순환시키는 순환라인; 및 상기 머드피트와 순환라인을 순환하여 배출되는 유체를 저장하는 홀딩탱크를 포함하는 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 상기 순환라인은, 상기 머드피트로부터 유체를 흡입하는 흡입라인과 상기 머드피트로 유체를 공급하는 공급라인 각각에 연결되는 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 상기 순환라인과 상기 홀딩탱크 사이에 마련되어 상기 순환라인으로부터 배출되는 유체를 임시저장하는 임시저장탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 상기 순환라인으로 유화제를 공급하는 유화제공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 머드피트 클리닝 시스템은, 유체가 머드피트와 순환라인을 반복적으로 경유하면서 머드피트 내부의 머드를 쓸어내어 흡착함으로써 머드피트 내부에 유체를 가득 채울 필요없이 최소한의 유체를 이용하여 머드피트를 클리닝함으로써 클리닝을 통해 발생하는 오염수의 양을 줄일 수 있다. 또한, 본 발명은 유체가 순환하지 않을 경우 머드피트 내부 유체의 오염 정도나 양에 관계없이 모두 선외 배출하는 것과 달리, 적은 양의 유체를 사용하여 순환시키므로, 홀딩탱크와 임시저장탱크 합의 용량을 머드피트의 용량에 대비하여 작게 이룰 수 있어, 한정된 공간을 가지는 선체 내에 공간을 효율적으로 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 머드피트 클리닝 시스템이 마련되는 드릴십을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 머드피트 클리닝 시스템을 도시한 도면이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 머드피트 클리닝 시스템이 마련되는 드릴십을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 머드피트 클리닝 시스템을 도시한 도면이다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 머드피트 클리닝 시스템(100)은 순환라인(120), 유화제공급부(130), 임시저장탱크(140) 및 홀딩탱크(150)를 포함한다.
본 실시예의 머드피트 클리닝 시스템(100)은 문풀(moon pool, 12)이 마련되는 드릴십 또는 해양구조물에 마련될 수 있고, 본 실시예에서는 설명 및 이해의 편의를 위해 문풀(12)이 마련되는 드릴십(10)을 일례로 설명하나 이에 한정되지는 않는다. 드릴십(10)의 선체(11)에는 뱃머리인 선수와 선미 사이에 문풀(12)이 마련되며, 문풀(12)은 선체(11)를 수직으로 관통하여 형성되는 개구부로 형성된다. 여기서, 문풀(12)은 시추작업을 수행하기 위한, 드릴 장비가 구비되어 시추 작업을 이룬다. 드릴 장비는 문풀(12) 상부에 위치하는 데릭(Derrick, 13)에 마련될 수 있다. 선박의 선체(11)는 쓰러스터(도시하지 않음) 등과 같은 별도의 추진기(도시하지 않음)가 마련되어 선체(11)의 위치를 조정할 수 있으며, 해상에 고정되어 드릴링 작업을 수행한다. 이때, 선체(11)에 수직하게 마련되는 문풀(12)을 통해 파이프(도시하지 않음)가 핸들링 시스템(Handling System, 도시하지 않음)에 의해 충분한 길이만큼 연결되어 문풀(12)을 통해 해저면까지 하강될 수 있고, 그리퍼 요크(도시하지 않음)는 핸들링 시스템까지 파이프를 운반시킨다. 즉, 드릴 파이프, 케이싱 파이프 등의 파이프 각각은, 파이프의 적치대(pipe rack, 도시하지 않음)에 적재되며, 적치대로부터 이동, 직립 및 조립하여 해저로 전진시키는데, 그 과정은, 운반 장치인 BOP 겐트리 크레인(도시하지 않음)이 적치대에 적재된 파이프를 캣워크(catwalk, 도시하지 않음) 상부의 컨베이어(도시하지 않음) 상에 안착시켜 수행한다. 여기서, BOP 겐트리 크레인(도시하지 않음)과 별도로 선체(11) 상에는 크레인(14)이 마련되어 선체(11) 상의 장비 등을 운반하거나 선적 및 하역할 수 있다. 이러한, 선체(11)는 파이프의 굴착 작업에 의해 얻어지는 진흙, 파쇄된 암석 등과 같은 머드 덩어리를 파이프와 라이저(도시하지 않음)를 통해 끌어올린다. 여기서, 머드는, 드릴 비트(도시하지 않음)가 과열되는 것을 방지하고, 이상 고압이 파이프를 타고 올라오는 것을 방지하기 위해, 드릴링 작업 중에는 머드 펌프(도시하지 않음)에 의해 지속적으로 공급되고 있는데, 이러한 머드는 파이프 내부로 공급되어 드릴 비트에 있는 구멍을 통해 라이저를 통하여 다시 되돌아오게 된다. 머드의 회수과정을 보면, 드릴링 작업을 할 수 있도록 적절히 믹싱된 액체 머드는 머드 펌프에 의해 고압 머드로 생성되어 파이프로 유입되고, 파이프로 유입된 머드는 드릴링 비트의 회전에 의해 발생한 각종 커팅즈(cuttings), 예를 들어 암석 조각, 자갈, 샌드(sand), 실트(silt), 가스(gas), 각종 불순물 등과 함께 되돌아오게 된다. 이렇게 되돌아 끌어 올려진 머드를 처리하기 위해, 머드는 머드거터(도시하지 않음)를 통해 머드처리탱크(도시하지 않음)로 유입될 수 있다. 머드거터는 머드가 이동되는 통로로서, 파이프 형태로 이루어져 선체(11)에 구비되며, 해저에서 유입되는 머드가 이동된다. 이러한, 머드거터를 통해 머드가 끌어 올려져, 머드처리탱크에서 침전을 통해 정화처리가 이루어질 수 있다. 여기서, 끌어 올려진 머드를 처리하기 위해, 머드처리탱크는 머드거터와 연통되어 유입되는 머드를 처리한다. 이때, 머드처리탱크는 문풀(12)에 인접하여 선체(11)의 갑판 상에 구비될 수 있고, 각종 커팅즈를 포함한 머드는 쉐일 쉐이커(shale shaker), 샌드 트랩(sand trap)을 거치면서 각종 커팅즈를 제거함으로써, 재생된다. 재생된 머드는 머드 리턴라인을 통해 머드 피트(mud pit) 또는 머드처리탱크로 들어가서 저장되었다가, 머드 펌프에 의해 가압되어 다시 파이프 속으로 공급된다. 여기서, 머드처리탱크는 머드피트(110)를 포함하는데, 머드피트(110)는 머드가 혼합되는 액체를 달리하여 저정하는 오일베이스피트와 워터베이스피트를 포함할 수 있다. 오일베이스피트는 탱크 형태를 이루어 파이프(14)로 머드를 공급하는 머드라인(도시하지 않음)으로 공급되는 오일베이스머드를 저장한다. 여기서, 오일베이스머드는 오일과 머드가 혼합된 혼합물로서, 머드라인에 공급되는 머드의 일종이고, 워터베이스머드와 개별로 공급되며 예를 들어 워터베이스머드가 공급되는 경우에는 오일베이스머드의 공급은 멈추고, 오일베이스머드가 공급되는 경우에는 워터베이스머드의 공급이 멈추어 각각 개별로 공급되어 이용될 수 있다. 워터베이스피트는 오일베이스피트와 동일하게 탱크 형태를 이루어 머드라인으로 공급되는 워터베이스머드를 저장하여 오일베이스피트와 개별로 공급할 수 있다. 여기서 워터베이스머드는 물성분(해수 등)과 머드가 혼합된 혼합물로서, 머드라인에 공급되는 머드의 일종이다. 한편, 머드가 저장되는 머드피트(110) 내부에 잔존하는 머드를 쓸어내어 머드피트(110) 내부의 환경을 개선하도록 머드피트(14)를 청소할 필요가 있다.
이를 위해, 순환라인(120)은 머드피트(110) 내부의 머드가 드릴링 작업시 빠져나간 후 해수와 같은 유체를 순환시킴으로써, 머드피트(110) 내부의 머드를 흡착하여 배출시켜 청소하도록 한다. 순환라인(120)이 머드피트(110)로 유체를 공급하되, 머드피트(110)로 유체를 공급 및 배출시켜 순환시킴으로써, 적은 양의 유체를 이용하여 효율적으로 청소를 이룬다. 순환라인(120)은 머드피트(110)로부터 유체를 흡입하는 흡입라인(111)과 머드피트(110)로 유체를 공급하는 공급라인(112) 각각에 연결되어 머드피트(110)에서 배출되는 유체가 순환라인(120)을 경유하여 다시 머드피트(110)로 공급됨으로써 유체가 머드피트(110) 및 순환라인(120)을 순환하며 머드피트(110) 내부의 머드를 세척/흡착하여 청소하도록 한다. 여기서, 순환라인(120)은 순환펌프(도시하지 않음)를 포함하여 머드피트(110)로부터 유체를 배출시켜 다시 공급할 수 있으며, 유체가 순환할 경우에는 유체가 순환라인(120)을 통해 머드피트(110) 내부를 유출입하여 머드피트(110) 내부를 반복적으로 경유하도록, 순환라인(120)에서 임시저장탱크(140)로 연통되는 라인은 폐쇄될 수 있다. 여기서 임시저장탱크(140)로 배출되는 라인 상에는 밸브(도시하지 않음)가 마련되어 밸브의 개도조절로 유체의 배출이 조절될 수 있다. 한편, 머드피트(110)의 청소작업이 완료된 후 또는 머드피트(110) 내부의 머드를 드릴비트로 공급하는 경우, 흡입라인(111)과 공급라인(112) 상의 밸브(1111,1121)의 개도조절로 이동경로를 폐쇄할 수도 있다.
유화제공급부(130)는 순환라인(120)으로 유화제를 공급할 수 있다. 유화제는 머드와 혼합되어 머드의 점성을 떨어뜨리는 물질로서, 머드피트(110) 내부의 머드가 굳는 것을 방지하나, 머드의 재사용이 어려울 수 있다. 따라서, 바람직하게는 유화제공급부(130)로부터 공급되는 유화제는 머드피트(110) 내부의 머드가 과도하게 굳은 경유 순환라인(120)으로 공급되고, 평시에는 순환라인(120)을 통해 머드피트(110) 내부를 유체로 청소하여 머드가 점착되는 것을 방지한다.
임시저장탱크(140)는 순환라인(120)과 홀딩탱크(150) 사이에 마련되어 순환라인(120)으로부터 배출되는 유체를 임시저장할 수 있다. 임시저장탱크(140)는 일반 탱크, 압력탱크 등으로 이루어질 수 있다. 여기서, 임시저장탱크(140)와 홀딩탱크(150) 사이에는 유체가 배출되는 라인(부호 도시하지 않음)과 밸브(141)가 마련될 수 있으며, 밸브의 개도조절로 유체의 배출량을 조절할 수 있다. 홀딩탱크(150)는 머드피트(110)와 순환라인(120)을 순환하여 배출되는 유체를 저장할 수 있다. 여기서, 홀딩탱크(150)는 머드피트(110) 및 순환라인(120)을 통해 순환하며 머드피트(110) 내부의 머드를 흡착한 후 순환라인(120)을 통해 배출되는 유체를 드릴십(10)의 운항 중에 보관하여 해수의 오염을 방지한다. 머드피트(110)를 청소한 후 배출되어 보관된 유체는 별도 배출 장치를 통해 해상으로 배출하거나, 드릴십(10)이 육상에 정박된 후 배출될 수 있다. 홀딩탱크(150)로부터 배출되는 유체의 경로 라인(부호도시하지 않음) 상에는 밸브(도시하지 않음)가 마련되어 배출량을 조절할 수 있음은 물론이다.
이와 같이, 순환라인(120)을 통해 유체가 머드피트(110)와 순환라인(120)을 반복적으로 경유하면서 머드피트(110) 내부의 머드를 쓸어내어 흡착함으로써 머드피트(110) 내부에 유체를 가득 채울 필요가 없다. 즉, 유체의 순환을 통해 적은 양의 유체로 머드피트(110)를 클리닝함으로써 클리닝을 통해 발생하는 오염수의 양을 줄일 수 있다. 또한, 유체를 순환시켜 사용함으로써 적은양의 유체를 사용하게 되므로 머드피트(110)로부터 배출되는 오염수가 적어 유체가 순환하지 않을 경우 머드피트(110) 내부를 가득채워야 하는 것과 달리, 본 실시예는 적은 양의 유체를 사용하므로, 홀딩탱크(150)와 임시저장탱크(140) 합의 용량을 머드피트(110)의 용량에 대비하여 작게 이룰 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다. 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: 드릴십 11: 선체
12: 문풀 13: 데릭
14: 크레인 100: 머드피트 클리닝 시스템
110: 머드피트 120: 순환라인
130: 유화제공급부 140: 임시저장탱크
150: 홀딩탱크 111: 흡입라인
112: 공급라인 141,1111,1121: 밸브 |
