시추선의 대피 시스템 및 대피 방법

시추선의 대피 시스템 및 대피 방법{EVACUATION SYSTEM FOR DRILLING RIG AND METHOD THEREOF}

본 발명은 시추선박의 시추작업 중 비상상황이 발생하면 시추선과 연결된 라이저를 분리하여 대피하는 시추선의 대피 시스템 및 대피 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 시추용 파이프를 램 장치로 절단하고 라이저 분리장치를 이용하여 라이저를 분리시켜 시추선이 신속하게 대피하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

국제적인 급격한 산업화 현상과 공업이 발전함에 따라 석유와 같은 자원의 사용량은 점차 증가하고 있으며, 이에 따라 오일의 안정적인 생산과 공급이 전 지구적인 차원에서 대단히 중요한 문제로 떠오르고 있다.

이러한 이유로 최근에는 지금까지 경제성이 없어 무시되어 왔던 군소의 한계 유전(marginal field)이나 심해 유전의 개발이 경제성을 가지게 되었다. 따라서, 최근에는 해저 채굴 기술의 발달과 더불어 심해 유전의 개발이 더욱 활발하게 이루어지고 있다.

종래의 해저 시추에는 근해의 일 지점에 정박하여 시추 작업을 하는 고정식 플랫폼이 주로 사용되었으나, 최근에는 3,000m 이상의 심해에서 시추 작업이 가능한 부유식 시추 설비가 개발되어 해저 시추에 이용되고 있다.

이러한 심해 유전의 개발에서는 안전이 최우선 목표가 되어야 하는데, 유전의 폭발 사고를 방지할 수 있는 최후 안전수단으로 BOP(Blowout Preventer) 장비가 해저 유정의 상단에 설치된다. BOP 장비는 해상에 부유하는 시추선의 라이저에 연결되어 해저 유정의 상단 웰헤드에 안착 결합되는데, 유정 내부로부터 오일 또는 가스가 분출되는 것을 방지할 수 있도록 다수개의 램 장치 및 애뉼라가 장착되어 있다.

먼저, 애뉼라는 해저 유정으로부터 오일 또는 가스가 분출된 경우, 최초로 작동하여 BOP 장비의 웰 보어홀을 차단하도록 하는 기능을 수행하며, 다수개의 램 장치는 블라인드 쉐어램, 케이싱 쉐어램, 파이프 램, 가변 램 등 다양하게 구성될 수 있으며, 각각의 램 장치는 내부에 존재하는 시추용 파이프, 예를 들면 드릴 파이프를 절단하거나 시추용 파이프의 외주면을 감싸는 등의 방식으로 BOP 장비의 내부 웰 보어홀을 차단하도록 구성된다.

다수개의 램 장치 중 블라인드 쉐어램은 BOP 장비의 내부에 존재하는 시추용 파이프를 절단함과 동시에 내부 웰 보어홀을 차단하는 방식으로 작동하며, 가장 위급한 상황에서 유정의 폭발 사고를 방지하는 최후의 수단으로 기능하고 있다.

따라서, 블라인드 쉐어램의 경우, 다른 램과 비교하여 상대적으로 더욱 정밀하고 정확하게 작동해야 한다. 이러한 블라인드 쉐어램은 일반적으로 2개의 블레이드가 서로 접촉하도록 상호 근접하는 방향으로 수평 이동하며 시추용 파이프를 절단하도록 구성되는데, 이러한 절단 구조는 위급한 상황에서 시추용 파이프를 완전하게 절단하지 못하는 경우도 있어 해저 유정의 폭발 사고를 방지하지 못하게 되는 등의 문제가 있었다.

종래에 BOP 장비의 결함으로 해저 유정의 폭발 사고를 방지하지 못하게 되면, 해상의 시추선은 라이저로 해저와 연결되어 있기 때문에 유정 폭발의 영향을 받아 사고를 당할 위험이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, BOP가 유정 폭발을 방지하지 못하거나 시추선이 신속하게 대피해야 될 비상상황이 발생한 경우에, 라이저 내부에 삽입된 시추용 파이프를 램 장치로 절단하고, 라이저 분리장치로 라이저와 결합을 분리시켜서 시추선을 대피시키는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 시추선과 연결된 라이저(Riser)를 분리하는 대피 시스템에 있어서, 상기 시추선의 하향방향으로 연결되고 내부에 시추용 파이프가 삽입될 수 있는 복수의 라이저; 상기 복수의 라이저 중 하나에 설치되어 상기 시추용 파이프를 절단하는 램 장치; 및 상기 램 장치가 설치된 라이저의 상단에 위치한 라이저 분리장치를 포함하되, 비상상황 발생시 상기 램 장치에 의해 상기 시추용 파이프가 절단되면, 상기 라이저 분리장치는 상기 램 장치가 설치된 라이저와 결합을 분리하는 시추선의 대피 시스템이 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 램 장치는 상기 시추용 파이프를 중심으로 대칭하여 배치되는 제 1 및 제 2 블레이드를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제 1 및 제 2 블레이드는 어느 하나의 끝단에 돌출 칼날부가 형성되고 나머지 하나의 끝단에는 오목 칼날부가 형성되어, 상기 시추용 파이프의 직경 방향을 따라 이동하여 맞물림 되도록 상기 시추용 파이프를 절단할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 유압관을 통해 상기 램 장치로 유압을 공급하는 어큐뮬레이터를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 라이저 분리장치는 상기 유압관을 통해 공급받은 유압을 이용하여 상기 램 장치가 설치된 라이저와 결합장치를 분리할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 비상상황 발생시 상기 램 장치로 유압이 공급되도록 상기 어큐뮬레이터를 제어하고, 상기 시추용 파이프의 절단이 완료되면 상기 램 장치로의 유압 공급을 중단하고 상기 라이저 분리장치로 유압이 공급되도록 상기 램 장치를 제어하는 제어장치를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따라, 비상상황 발생시 시추선과 연결된 라이저(Riser)를 분리하는 대피 방법에 있어서, 비상상황 발생을 감지하는 단계; 어큐뮬레이터에 저장된 유압을 램 장치로 공급하여 시추용 파이프를 절단하는 단계; 상기 시추용 파이프가 절단되면 상기 램 장치로의 유압 공급을 중단하고, 라이저 분리장치로 유압을 공급하는 단계; 및 상기 라이저 분리장치는 유압을 공급받아 램 장치가 설치된 라이저와 분리하는 단계를 포함하는 대피 방법이 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 시추용 파이프를 절단하는 단계는, 상기 시추용 파이프를 중심으로 대칭하여 배치되고, 어느 하나의 끝단에 돌출 칼날부가 형성되며, 나머지 하나의 끝단에는 오목 칼날부가 형성된 제 1 및 제 2 블레이드에 의해 상기 시추용 파이프의 직경 방향을 따라 상호 근접 이동에 의해 맞물림 되도록 상기 시추용 파이프를 절단할 수 있다.

본 발명에 따른 시추선의 대피 시스템 및 대피 방법에 의하면, 시추 작업 중에 유정 폭발을 BOP 장비에서 방지하지 못한 경우에도, 램 장치를 이용하여 시추용 파이프를 절단하고 라이저를 시추선과 분리시켜서 최소한 인명 피해를 막을 수 있다.

또한, BOP의 유정 제어 실패를 감지하면 제어장치를 이용하여 자동으로 램 장치에 유압을 공급하여 시추용 파이프를 절단하고, 라이저 분리장치로 유압을 공급하여 라이저를 분리시키므로 신속하게 시스템이 구동될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대피 시스템이 시추선에 장착된 형태를 개념적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세부적인 시추선의 대피 시스템을 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시추선의 대피 방법을 도시한 흐름도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 시추선의 대피 시스템을 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대피 시스템이 시추선에 장착된 형태를 개념적으로 도시한 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 대피 시스템은 시추선(1)의 수직방향으로 연결된 복수의 라이저(10)(riser), 라이저(10) 내부에 삽입된 시추용 파이프(20), 복수의 라이저(10) 중 하나에 설치되어 시추용 파이프(20)를 절단하는 램 장치(30) 및 라이저(10)와 라이저를 분리시키는 라이저 분리장치(40)로 구성된다.

라이저(10)는 시추선(1)에서 하향 연장되어 해저면의 BOP(Blow Out Preventor) 장비(2)와 연결된다. 각각의 라이저(10)는 볼트결합에 의한 플렌지로 연결될 수 있고, 해저면을 시추할 때 머드(mud)를 회수하는 역할을 한다. 다만, 볼트 결합된 복수의 라이저(10)는 시추과정 중에 결합이 어긋나서 사고로 이어질 수 있다.

시추용 파이프(20)는 라이저(10)의 내부에 삽입된 형태로서, 라이저(10)와 마찬가지로 시추선(1)의 데릭 구조물에 연결되어 해저면을 드릴링하기 위해서 하향 연장되어 있다. 시추용 파이프(20)는 탑 드라이브(top drive)에 의해 회전운동을 하여 해저면을 드릴링하며, 시추용 파이프(20)의 하단에는 BOP 장비(2)가 연결되어 있다. BOP 장비(2)에는 다수개의 램 장치(미도시) 및 애뉼라(미도시)가 장착되는데, 해저 유정으로부터 오일 또는 가스가 분출될 경우 작동하여 웰 보어홀(미도시)를 폐쇄하고 시추용 파이프(20)를 절단하여 폭발을 방지한다.

BOP 장비(2)에서 오일 또는 가스 분출을 막지 못하거나, 라이저(10) 간 결함이 어긋나는 경우에 이차적인 해결책으로서 시추선의 대피 시스템이 구동되는데, 시추선(1)과 근접한 부근에 연결된 라이저(10)에 램 장치 및 라이저 분리장치를 설치하여 본 목적을 달성할 수 있다. 이하, 램 장치 및 라이저 분리장치를 이용한 시추선의 대피 시스템을 A 구역을 세부적으로 도시한 도 2에서 자세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세부적인 시추선의 대피 시스템을 도시한 구성도이다. 도 2를 참조하면, 라이저(10)가 일렬로 연결되어 있고, 복수의 라이저(10) 중 하나에 램 장치(30)가 설치되어 있다. 또한, 램 장치(30)가 설치된 라이저의 상단에는 라이저 분리장치(40)가 있으며, 램 장치(30)는 어큐뮬레이터(50) 및 라이저 분리장치(40)와 유압관을 통해 연결되어 있다. 제어장치(60)는 램 장치(30) 및 어큐뮬레이터(50)와 연결되어 제어를 수행하고, 어큐뮬레이터(50)는 유압 펌프와 연결되어 있다.

우선 램 장치(30)는 시추선(1)과 인접한 복수의 라이저(10) 중 하나에 설치된다. 램 장치(30)는 어큐뮬레이터(50)와 유압관을 통해서 연결되어 유압을 공급받아 동작하며, 시추용 파이프(20)를 절단하는 블레이드를 포함한다. 예컨데, 도 2에 도시한 바와 같이 제 1 블레이드(31) 및 제 2 블레이드(32)를 시추용 파이프(20)의 직경 방향에서 대향하여 맞물리게 이동하여 시추용 파이프(20)를 절단할 수 있다. 제 1 및 제 2 블레이드(31,32) 중 어느 하나의 끝단은 돌출 칼날부가 형성되고 나머지 하나는 오목 칼날부가 형성되어 직경 방향을 따라 맞물리게 되면 시추용 파이프(20)가 절단된다.

라이저 분리장치(40)는 램 장치(30)가 설치된 라이저의 상단에 위치한 라이저에 설치되고, 유압관을 통해 유압을 공급받으면 램 장치(30)가 설치된 라이저를 라이저 분리장치(40)가 설치된 라이저로부터 분리시킨다. 라이저 분리장치(40)는 유압이 공급되기 전에는 램 장치(30)가 설치된 라이저와 기계적 결합을 하지만, 유압이 공급되면 결합이 풀리면서 라이저와 분리된다.

어큐뮬레이터(50)(accumulator)는 유압펌프(70)로부터 공급된 유압을 저장하는 장치로서, 램 장치(30) 또는 라이저 분리장치(40)로 유압을 공급할 수 있다. 예를 들어, 유압펌프(70)에서 정상적으로 램 장치(30) 또는 라이저 분리장치(40)로 유압을 공급하지 못하는 경우에, 어큐뮬레이터(50)는 저장된 유압을 직접 램 장치(30) 또는 라이저 분리장치(40)로 공급할 수 있다.

제어장치(60)는 시추선(1) 내부에 설치되어 해저 유정이 폭발하거나 라이저 결합이 어긋난 비상상황의 경우에 각 장비에 제어신호를 보내 대피 시스템을 제어하는 장치이다. 예컨대, BOP 장비에서 유정 폭발을 방지하지 못하거나 부득이하게 라이저를 분리해야되는 경우에, 제어장치(60)는 유압펌프(70) 또는 어큐뮬레이터(50)에서 램 장치(30)로 유압관을 통해 유압을 공급하도록 제어한다. 램 장치(30)에 의해 시추용 파이프(20)가 절단되면, 제어장치(60)는 더 이상 램 장치(30)로 유압이 공급되지 않도록 유압 공급을 중단시키고, 라이저 분리장치(40)로 연결된 유압관을 통해 유압을 공급하도록 램 장치(30)를 제어하여 라이저를 분리한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시추선의 대피 방법을 도시한 흐름도이다. BOP 장비에서 유정 폭발을 방지하지 못하거나 부득이하게 라이저를 분리해야되는 비상상황 발생을 감지하면(S300), 어큐뮬레이터 또는 유압장치에서 램 장치로 유압을 공급하고, 유압을 공급받은 램 장치는 시추용 파이프를 절단하며(S310), 시추용 파이프가 절단되면 램 장치로의 유압이 공급을 중단하고, 라이저 분리장치로 유압이 공급된다(S320). 유압을 공급받은 라이저 분리장치는 램 장치가 설치된 라이저와 기계적 결합을 분리하게 된다(S330). 이로써, 시추선은 비상상황 발생지역으로부터 신속하게 벗어나게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 시추선 2 : BOP 장비
10 : 라이저 20 : 시추용 파이프
30 : 램 장치 31 : 제 1 블레이드
32 : 제 2 블레이드 40 : 라이저 분리장치
50 :어큐뮬레이터 60 : 제어장치
70 : 유압펌프