오일 또는 가스 굴착 파이프를 폐쇄하기 위한 밸브 장치

오일 또는 가스 굴착 파이프를 폐쇄하기 위한 밸브 장치{Valve equipment for blocking oil or gas drilling pipes}

본 발명은 오일 굴착 시의 화재(火災) 또는 오일에 대응하는 다른 액체 물질의 화재를 제어하는 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 오일 굴착 파이프를 다시 개방할 수 있도록 하는 방식으로 그 파이프를 폐쇄하여, 연소하는 물질의 분출을 정지시킨다.

현재, 유정의 화재를 소화하는데는 3가지 방법이 있다.

첫 번째 방법에 있어서는, 불의 중심부에 물을 분사하는 동시에, 소방원이 보호 시일드(shield)의 후방에서 불에 접근하여 오일 파이프의 밸브를 수동으로 잠그도록 시도한다. 이 방법은 위험하고, 많은 양의 물을 필요로 하는데, 이러한 많은 양의 물은 화재 현장에서 항상 입수할 수 있는 것은 아니다.

두 번째 방법에 있어서는, 불타고 있는 유정을 폭발시킴으로써, 주변의 산소를 일시적으로 다량 소비시켜, 산소 부족에 의해 화재를 소화한다. 그 후, 밸브 및 다른 파괴된 장치를 대체할 수 있다. 이 방법은 매우 위험하다.

세 번째 방법에 있어서는, 불타고 있는 오일 파이프를 가진 동일 유정에 새로운 구멍을 굴착하고 그 구멍에 물을 주입함으로써, 오일 분출을 물 분출로 바꾸어 화재를 소화한다. 이것은 비용이 많이 들고 시간이 많이 걸리는 작업이고, 성공이 보장될 수 없다. 또한, 이것을 실행하는 것은 위험하다.

도 1은 제1 천공 실린더가 움직이고 있을 때의 본 발명의 장치의 단면을 나타내는 도면.

도 2는 제1 폐쇄 실린더가 제 위치에 있을 때의 본 발명의 장치의 단면을 나타내는 도면.

도 3은 3개의 모든 폐쇄 실린더가 제 위치에 있을 때의 본 발명의 장치의 단면을 나타내는 도면.

도 4는 반구형 실린더의 단면을 나타내는 도면.

도 5는 연마면을 가진 원추형 실린더의 부분 단면을 나타내는 도면.

도 6은 돌출한 블레이드를 가진 원추형 실린더의 부분 단면을 나타내는 도면.

도 7은 설치된 장치와 유압 실린더의 부분 단면을 나타내는 도면으로, 이 도면은 장치가 설치되는 지하에 건설되는 공간의 구조를 나타내는 것은 아니다.

도 8은 상자형 클램프와 잠그어진 폐쇄 볼트를 상세히 나타내는 도면.

도 9는 천공 실린더와 폐쇄 실린더(이들이 이 도면에는 상세히 도시되지 않음)가 오일 또는 가스 굴착 파이프의 동일 측으로부터 작동을 개시하고, 상기 실린더들의 방향이 스터핑(stuffing) 박스에 의해 안내되고, 상기 파이프의 천공 및 폐쇄된 지역의 틈이 상기 스테핑 박스에 의해 밀폐되는 적용례를 나타내는 도면으로서, 이 도면에서 우측의 스터핑 박스는 제 위치에 고정되어 있지 않다.

본 발명의 장치의 주요 구성요소는, 유압 실린더, 피스톤, 천공 실린더, 폐쇄 실린더, 드릴, 상자형 클램프(box clamp), 유압 모터 등의 동력원, 폐쇄 볼트, 유압 라인과 압력 배터리를 구비한 유압 콘테이너(container), 및 자동 제어 및 감시 장치이다. 본 발명의 기술적 사상은, 각각의 오일 또는 가스 굴착 파이프가 그 파이프의 사이즈에 따라 그 자체의 천공 유닛을 가지고 있다는데 있다. 천공 유닛이란, 하나의 오일 또는 가스 굴착 파이프를 폐쇄하는데 필요한 천공 및 폐쇄 기구를 의미한다. 수 개의 천공 유닛이 유압 콘테이너를 구비한 공통의 에너지원(源)을 사용할 수 있다. 해저 및 해안의 오일 굴착 플랫폼과 같은 수중 조건에 있어서는, 본 장치에서 사용되는 기구 자체에 수압을 가할 수 있다. 압력을 창출하기 위해, 양 단부에 피스톤을 가진 육중한 실린더 내부에서의 폭발을 이용하는 것도 가능하고, 이 압력은 별도의 중앙 콘테이너를 통해 또는 직접 유압 콘테이너로 보내진다. 이 압력은 또한, 천공된 구멍과 그에 고정된 조인트를 통하여 천공 유닛 아래의 오일 또는 가스 굴착 파이프로부터 취해질 수도 있다. 필요로 하는 수의 천공 유닛이 설치될 수 있으나, 실시예에서는 3개의 천공 유닛이 설치되어 있다.

본 발명에 따른 밸브 장치의 목적은 거대한 오일 또는 가스 굴착 장치의 파손이 회피될 수 있도록 오일 또는 가스 화재를 제어하는데 있다. 이 밸브 장치는 건설 중의 오일 또는 가스 굴착 장치나 이미 건설된 오일 또는 가스 굴착 장치 또는 불타고 있는 오일 또는 가스 굴착 장치에 설치될 수 있다. 이 밸브 장치는 떨어져 있는 장소에 설치되고 자동적으로 제어되기 때문에, 이 밸브 장치가 오일 또는 가스 굴착 장치에 미리 설치되어 있으면 오일 화재가 인간에 위협을 가하지는 않고, 또한, 불타고 있는 오일 또는 가스 굴착 장치에 이 밸브 장치를 설치하는 경우에도, 화재 중심부의 근방에 접근할 필요가 없이, 이 밸브 장치를 지하에 설치하면 된다. 따라서, 본 발명의 밸브 장치 및 방법은 안전하고, 환경, 비용 및 오일 또는 가스를 구할 수 있다는 이점(利點)이 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1, 도 2 및 도 3에서, 오일 또는 가스 굴착 파이프의 우측에도 그 오일 또는 가스 굴착 파이프의 좌측의 것과 유사한 푸싱(pushing) 및 회전 기구가 존재하고 있다. 도면에는 나타내고 있지 않지만, 차례로 작동하는 천공 유닛(즉, 천공 및 폐쇄 기구)들이 오일 또는 가스 굴착 파이프의 양측에 설치되어, 그 오일 또는 가스 굴착 파이프의 양측으로부터 천공 및 폐쇄이 차례로 행해지는 것이 바람직하다. 동일한 오일 또는 가스 굴착 파이프 둘레에 3개 이상의 천공 유닛이 있는 경우에는, 각각의 천공 유닛은 완전히 다른 방향으로부터 작동이 개시되도록 배치되어, 천공 및 폐쇄에 의해 오일 또는 가스 굴착 파이프에 가해지는 합력(合力)을 최소화하는 것을 가능하게 한다.

본 발명의 밸브 장치가 작동을 개시할 때, 압력 배터리(10)(도 7 참조)의 압력이 유압 콘테이너(11)로 방출되고, 그 유압 콘테이너(11)의 압력에 의해 유압 모터(8)와 밸브가 작동을 개시한다. 오일이 유압 실린더(1)내로 들어가 피스톤(2)을 밀고, 그 피스톤(2)은 천공 실린더(3) 및 드릴(5)을 전진시킨다. 천공 실린더(3)가 오일 또는 가스 굴착 파이프(7)를 관통하여 충분히 깊이 침투한 때, 기계적 역전(逆轉) 밸브가 천공 실린더(3) 및 드릴(5)에 복귀 명령을 부여하고, 폐쇄 실린더(4)에 폐쇄 작동 실행 명령을 부여한다. 폐쇄 실린더(4)는 천공 실린더(3)의 후방에 설치될 수도 있고, 이 경우에는, 일방향 운동만이 요구된다. 모든 천공 유닛의 작동이 끝난 때, 필요에 따라 폐쇄 볼트(9)가 폐쇄될 수 있다. 이것은 유압 또는 폭약에 의해 행해질 수 있다. 폐쇄 실린더(4)는 전진 방향으로만 작동할 수 있고, 또는, 예를 들어, 연마용 회전 모터를 구비할 수도 있다. 폐쇄 시에 또는 폐쇄 후에, 가압된 액체 질소와 같은 소화제(消火劑)가 가스 또는 오일 굴착 파이프내로 부가적으로 공급될 수 있다. 이 소화제는 천공 실린더(3)와 같은 장치에 의해 오일 또는 가스 굴착 파이프에 형성된 구멍을 통하여 공급된다. 이 모두는 전기를 사용하지 않고 강제 제어에 의해 행해질 수 있고, 이 경우, 일단 작동이 시작되면 멈출 수 없다. 본 밸브 장치는 상자형 클램프(box clamp)(6)에 의해 오일 또는 가스 굴착 파이프(7)의 둘레에 고정되고, 그의 저부에서 지지되어 있다. 다양한 사이즈의 천공된 구멍들을 다양한 사이즈의 폐쇄 실린더들에 의해 따로따로 폐쇄함으로써, 상부의 파이프 부분이 낙하하는 것이 방지된다. 절단된 파이프 대신에, 슬리이브 파이프를 설치하고 플러그를 빼냄으로써, 오일 굴착 장치를 재작동시키는 것이 가능하게 된다.

이하의 적용례는 외측의 오일 또는 가스 굴착 파이프를 폐쇄하는데 사용될 수 있고, 주로 도 9를 참조하여 설명한다.

앞에서 설명된 본 발명의 구성요소들에 추가하여, 본 발명의 밸브 장치는 또한, 스터핑 박스(stuffing box)(14), 체결구(15), 잠금부재(16), 미끄럼 베어링(예를 들어, 크롬으로 된 스트립)(17), 압축 오일 패킹(packing)(18), 잠금 홈(19) 및 프레임 홈(20)을 구비하고 있다. 오일 또는 가스 굴착 파이프(7)로 향하는 스터핑 박스(14)의 단부는 해당 파이프의 외벽의 형태에 맞고 매우 예리하게 형성되어 있다. 이 스터핑 박스(14)는 미끄럼 베어링(17)과, 설치 시에는 수동으로 또는 본 장치가 시동된 때는 자동화 기구에 의해 외부 나삿니를 프레임(12)의 내부 나삿니에 나사결합시킨 체결구(15)에 의해 이 밸브 장치의 소정 위치에 고정된다. 잠금 홈(19)은 체결구(15) 둘레에 형성되어 있고, 그 체결구(15)가 요구되는 깊이까지 밀어 넣어진 때, 스프링/유체 압력에 의해 프레임(12)으로 당겨진 잠금부재(16)가 상기 잠금 홈(19)에 끼워진다. 또한, 프레임 홈(20)은 본 밸브 장치의 프레임(12)에 형성되어 있고, 그 프레임 홈(20)의 목적은, 스터핑 박스(14)가 일정 깊이에 도달하였을 때 체결구(15)와 함께 스터핑 박스(14)의 헐거워짐을 방지하는데 있다. 소정 위치에 고정될 수 있고, 오일 또는 가스 굴착 파이프(7)로 향하는 단부가 매우 예리하며, 매우 단단한 재료로 만들어진 스터핑 박스(14)의 목적은, 천공 및 폐쇄되는 오일 또는 가스 굴착 파이프(7)의 폐쇄 틈을 밀폐하고 그의 내부에서의 천공 실린더(3)-폐쇄 실린더(4) 조합체의 이동을 안내하는데 있다. 스터핑 박스(14)와 축(13) 사이의 틈은 압축 오일 패킹(18)에 의해 밀폐된다. 천공이 진행될 때, 오일 또는 가스 굴착 파이프(7)로부터 절삭된 설편(屑片)은 천공 실린더(3)-폐쇄 실린더(4) 조합체 내에 잔류한다.

이 밸브 장치의 감시와 제어는 이하와 같이 행해진다.

1. 공지의 처리 및 자동화 기술을 사용한다.

2. 이 장치의 자장(磁場)으로부터 변화를 센서에 의해 전기적으로 측정한다. 이들 변화는, 예를 들어, 유속, 흐름 방향, 온도, 압력, 안정성 등의 양적 변화에 의해 야기된다. 자장에서 일어나는 변화는, 컴퓨터에 접속되어 통합된 트랜지스터인 다수의 저항기에서의 변화에 의해 전기적으로 나타내어지고, 밸브 장치의 작동은 그 컴퓨터에 기억된 한계 값들에 의해 제어된다. 밸브 장치의 수중 환경조건 및 그의 변화도 이 방법을 통해 감시될 수 있고, 예를 들어, 테러리즘의 위협 등의 모든 관찰 결과가 이 감시 및 제어 단말장치로 보내진다.

3. 드릴의 선단과 축 상에 설치된 센서들에 의해 측정된 온도, 압력, 회전속도, 진행속도 등의 값과 그의 변화를 분석하고 통합한다.

이 밸브 장치를 제어하기 위해,

1. 전기적으로 접속되고, 밸브를 폐쇄하기 위해 하나의 명령만을 필요로 하는 독립적인 밸브 제어,

2. 유압 밸브로부터의 직접 또는 간접적인 제어,

3. 공기적으로 작동되는 유압 밸브가 사용된다.

그 작동들은 수동으로 또는 자동적으로 연결될 수 있고, 이 경우, 밸브 장치는 독립적으로 폐쇄하는 장치의 안전한 해제에 의해 작동이 개시된다. 측정하는 양으로서는, 온도, 가스 함량, 압력, 흐름, 동요(動搖), 역학, 전기적 기법, 또는 다른 양을 사용할 수 있고, 이들은 인력으로는 그렇게 하는 것이 불가능한 경우에도 자동적으로 밸브에 명령을 부여한다.

작동을 나타내는 이하의 센서들이 밸브에 설치되고, 밸브의 작동상태를 나타낼 수 있다.

1. 밸브가 작동을 개시한 것을 나타내고 오일의 작동압력을 나타내는 유압 콘테이너 내의 압력 센서.

2. 운동 거리를 나타내는 오일의 양을 나타내는 게이지.

- 실린더내로 유입되는 오일의 양은 운동 거리를 나타내고,

- 실린더의 복귀측의 압력 센서는 복귀 운동의 동작을 나타낸다.

3. 폐쇄 실린더내의 압력 센서는 폐쇄 운동을 나타낸다.

4. 드릴의 회전을 나타내는 센서는 드릴의 축에 설치된다.

5. 드릴의 선단에 설치된 센서는 널리 퍼져 있는 양들을 측정할 수 있다.

이들 양을 사용한 자동 데이터 처리에 의해, 밸브 장치의 작동을 상세하게 나타내는 화상이 컴퓨터 단말장치 상에 형성된다.