오일 또는 가스 굴착 파이프를 폐쇄하기 위한 밸브 장치

오일 드릴링 화염들을 제어 및 정지시키기 위한 시스템{System for controlling and stopping oil drilling fires}

현재 당 업계에서는 오일 화염들을 진화하기 위한 세 개의 다른 방법들이 사용되고 있다.

첫 번째 방법에 있어서, 화염의 중심부에 물이 스프레이되며, 이와 동시에 소방원이 오일 파이프의 밸브를 수동적으로 잠그기 위해 보호 시일드의 후방에서 화염에 접근한다. 이러한 방법은 위험하며, 많은 양의 물을 필요로 하는데 이러한 많은 양의 물을 공급하는 것이 화염이 발생되는 구역에서 항상 허용되지는 않게 된다.

두 번째 방법에 있어서, 연소되는 유정을 폭발시킴으로써 주변 구역에 있어서 산소의 사용이 일시적으로 대폭 증가되며 이에 따라 충분한 산소의 부족으로 인하여 화염이 진화된다. 그리고나서, 밸브들 및 다른 파괴된 장비가 대체될 수 있게 된다. 이러한 방법은 매우 위험하게 된다.

세 번째 방법에 있어서, 연소되는 오일 파이프를 갖는 동일 유정에 새로운 구멍을 드릴링하고 상기 구멍의 내부로 물을 펌핑하므로써 오일 방출은 물 방출로 대체되며 이에 따라 불이 진화된다. 이러한 방법은 고가이고 많은 시간을 필요로 하면서도 그 성공이 보장될 수 없다는 단점을 갖는다. 따라서, 이 또한 수행하기에는 큰 정도의 위험성을 내포하게 된다.

본 발명은 오일 드릴링 화염들 또는 다른 대응되는 액체 물질들의 화염들을 제어하기 위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 연소 물질의 방출이 정지되어, 오일 드릴링 파이프/파이프들이 다시 개방되는 것이 가능하도록 블록킹된다.

도 1은 제 1 드릴링 실린더가 작동될 때의 장비의 횡간 단면도.

도 2는 제 1 플러깅 실린더가 정위치에 있을 때의 장비의 횡간 단면도.

도 3은 모든 세 개의 플러깅 실린더들이 정위치에 있을 때의 장비의 횡간 단면도.

도 4는 반구형 실린더의 횡간 단면도.

도 5는 그라인딩 표면을 갖는 원추형 실린더의 부분 횡간 단면도.

도 6은 돌출되는 블레이드를 갖는 원추형 실린더의 부분 횡간 단면도.

도 7은, 장비가 위치되는 지하에 마련되는 공간의 구조를 나타내지는 않으면서 설치되는 장비를 나타내는 유압 실린더에 대한 부분 횡간 단면도.

도 8은 박스 클램프 및 록킹된 블록킹 볼트를 상세하게 나타내는 도면.

도 9는, 우측의 스터핑 박스가 정위치에 조여지지 않은 상태에서, 드릴링 실린더 및 플러깅 실린더(도시되지는 않음)가 오일 및/또는 개스 드릴링 파이프의 동일한 측면으로부터 시작하여 작동되고 스터핑 박스에 의해 시일링된 절단 시임에 의해 지향되는 용도를 나타내는 도면.

본 발명의 장치의 주요 부품들은, 유압 실린더, 피스톤, 드릴링 실린더, 플러깅 실린더, 드릴, 박스 클램프, 유압 모터 또는 다른 동력원, 블록킹 볼트, 도선들을 갖는 유압 컨테이너, 압력 배터리, 및 자동 제어 및 감시 시스템을 포함한다. 본 발명의 기술적인 사상은, 각각의 오일 및/또는 개스 드릴링 파이프가 파이프의 크기에 따라 자체적인 드릴링 유니트를 갖는다는 데에 있다. 상기 드릴링 유니트는 하나의 오일 또는 개스 드릴링 파이프를 폐쇄시키기 위해 필요로 되어지는 드릴링 및 플러깅 기구를 의미한다. 수개의 드릴링 유니트들이 그 유압 컨테이너에 의해 상호적인 에너지원을 사용할 수 있게 된다. 해안에서 떨어진 오일 드릴링 플랫포옴에 있어서와 같은 수중 조건에 있어서는, 수압이 자체적인 기구에 의해 상기 시스템내에서 사용되도록 전환된다. 압력을 창출하기 위해, 양단부에서 피스톤을 갖는 중량 실린더의 내부에서 폭발을 일으키는 방법이 사용될 수 있고, 상기 압력은 별도의 중앙 컨테이너를 통하여 또는 직접적으로 유압 컨테이너로 지향된다. 상기 압력은 또한 드릴링된 구멍 및 그에 고정된 조인트를 통하여 상기 드릴링 유니트들 아래의 오일 또는 개스 드릴링 파이프로부터 취하여질 수 있게 된다. 필요한 개수의 드릴링 유니트들이 설치될 수 있으며, 일예로서 세 개의 드릴링 유니트가 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 시스템의 목적은 오일 및/또는 개스 화염들을 제어하여 대규모의 오일 및/또는 개스 드릴링 장비의 파손을 방지하는데 있다. 상기 장비는 건설중인 오일 및/또는 개스 드릴링 시스템이나 이미 건설된 오일 및/또는 개스 드릴링 시스템 또는 연소중인 오일 및/또는 개스 드릴링 시스템에 설치될 수 있다. 상기 장비는 원격적으로 설치되며 자동적으로 제어되기 때문에, 상기 장비가 오일 드릴링 시스템에 미리 설치되었을 때 오일 화염이 인체에 위협을 가하지는 않게 되며, 연소중인 시스템상에 상기 장비를 설치할 때에도 장비가 지하에 설치되는 경우와는 반대로 화염 중심부에 접근하여야할 필요가 없게 된다. 그러므로, 본 발명에 따른 시스템의 장점으로서, 장비 및 그 설치 방법이 안전하며 환경, 비용 및 오일 또는 개스가 절감된다는 것을 들 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상술한다.

도 1, 2 및 3을 참조하면, 오일 및/또는 개스 드릴링 파이프들 및 플러깅 실린더의 우측면상에는, 오일 및/또는 개스 드릴링 파이프들의 좌측면상에 있는 푸싱 및/또는 회전 기구와 유사한, 푸싱 및/또는 회전 기구가 위치된다. 차례로 작동되는 드릴링 유니트들이 도면에 도시한 바와는 달리 오일 및/또는 개스 드릴링 파이프들의 대향되는 측면들상에 위치되어 연속적인 드릴링 및 플러깅이 파이프들의 대향되는 측면들로부터 시작될 수 있도록 하는 것도 또한 가능하게 된다. 동일한 오일 및/또는 개스 드릴링 파이프들 둘레에 세 개 이상의 드릴링 유니트들이 위치되는 경우, 각각의 드릴링 유니트는 전적으로 다른 방향들로부터 작동이 개시될 수 있도록 위치될 수 있고, 이에 따라 드릴링 및 플러깅에 의해 파이프들에 인가되는 합력을 최소화하는 것이 가능하게 된다.

장비의 작동이 개시되었을 때, 압력 배터리(10)들의 압력은 유압 컨테이너(11)내로 배출되고, 상기 유압 컨테이너(11)의 압력은 유압 모터(8) 및 밸브의 작동을 개시하게 된다. 오일은 유압 실린더(1)내로 유동되고, 상기 유압 실린더(1)는 피스톤(2)을 밀며, 피스톤(2)은 드릴(5) 및 드릴 실린더(3)를 전방으로 밀게 된다. 상기 드릴링 실린더(3)가 충분한 거리만큼, 즉, 오일 드릴링 파이프(7)들을 관통하여, 통과하면, 기계적인 리버싱 밸브가 상기 드릴(5) 및 드릴링 실린더(3)에 복귀 명령을 내리며, 플러깅 실린더(4)에 플러깅 수행 명령을 내리게 된다. 상기 플러깅 실린더(4)는 또한 드릴링 실린더(3)의 후방에 위치될 수 있고, 이 경우 일방향 이동만이 필요하게 된다. 모든 드릴링 유니트들이 작동될 때, 블록킹 볼트는 필요한 경우 폐쇄될 수 있다. 이것은 유압적으로 또는 폭약에 의해 가능하게 된다. 상기 플러깅 실린더들은 그들만이 밀려지거나 또는 예컨대 그라인딩을 위해 회전 모터가 장비될 수 있도록 작동될 수 있다. 플러깅시에 또는 플러깅이 완료된 후에, 액체 질소와 같은 가압 소화물질이 개스 또는 오일 드릴링 파이프내로 부가적으로 공급될 수 있다. 상기 가압 소화물질은 드릴링 실린더(3)와 같은 장치에 의해 오일 또는 개스 드릴링 파이프내에 형성된 구멍을 통하여 공급된다. 이러한 공급은 전기의 공급이 없이 강제 제어에 의해 수행될 수 있고, 이 경우 일단 작동이 개시되면 그 작동을 멈출 수는 없게 된다. 상기 장비는 박스 클램프(6)에 의해 오일 파이프들의 둘레에 고정되며 그 저부에서 지지된다. 다양한 크기의 파이프들을 별도로 플러깅하므로써, 최상부에 있는 파이프들은 그 낙하가 방지된다. 절단된 파이프를 대신하여 슬리이브 파이프들을 설치하고 플러그들을 인출시킴으로써, 오일 드릴링 시스템은 재작동가능하게 될 수 있다.

이하의 적용예는 외부 오일 또는 개스 드릴링 파이프를 블록킹하기 위해 사용될 수 있고 주로 도 9를 참조로하여 설명하기로 한다.

전기한 바 있는 본 발명의 부품들에 부가하여, 본 발명에 따른 장비는 또한 스터핑 박스(14), 타이트너(15), 블록킹 록크(16)들, 평베어링(예컨대 크롬 스트립)(17), 압축오일 패킹(18), 록킹 홈(19) 및 프레임 홈(20)을 포함한다. 오일 또는 개스 드릴링 파이프들을 향하는 상기 스터핑 박스(14)의 단부는 당해 파이프의 외부 벽의 형태로 성형되며 매우 날카롭게 된다. 상기 스터핑 박스(14)는 평베어링(17) 및 숫나사부를 갖는 타이트너(15)에 의해, 설치시 손에 의해 또는 장비의 작동이 개시될 때 자동화된 기구에 의해, 장비의 프레임(12)의 암나사부상의 적당한 위치에 대해 조여진다. 록킹 홈(19)은 스터핑 박스(14)의 타이트너(15) 둘레에 형성되고; 스프링들/유압에 의해 프레임(12)으로 당겨진 블록킹 록크(16)들은, 스터핑 박스의 타이트너가 요구되는 깊이로 푸싱되었을 때, 상기 스터핑 박스의 내부로 푸싱된다. 부가적으로, 프레임 홈(20)이 장비의 프레임(12)내에 형성되고; 상기 프레임 홈(20)은, 스터핑 박스(14)의 타이트너(15)에 부가하여, 스터핑 박스(14)가 고정된 깊이에 도달되었을 때 스터핑 박스(14)의 헐거워짐을 방지하는 기능을 한다. 적소에 조여지고 오일 또는 개스 드릴링 파이프(7)의 단부에서 매우 날카롭게 되며 매우 경한 재료로 제조되는 스터핑 박스(14)는 드릴링되고 플러깅되는 오일 또는 개스 드릴링 파이프(7)의 플러깅 시임부를 밀봉하고 그 내부에서 이동되는 드릴링-플러깅 조합체(3,4)의 이동을 지향시키는 기능을 한다. 상기 스터핑 박스(14) 및 상기 굴대(13) 사이의 시임부는 압축오일 패킹으로 시일링된다. 드릴링이 진행됨에 따라, 오일 또는 개스 드릴링 파이프(7)로부터 드릴링되어 분리되는 대편들은 드릴링 플러깅 조합체(3,4)내에 잔류된다.

밸브의 감시 및 제어는 이하와 같이 방식에 의해 이루어질 수 있다:

1. 공지된 프로세싱 및 자동화 기술을 사용.

2. 시스템의 자장의 변화를 센서들에 의해 측정. 상기 자장에 있어서의 변화는 예컨대, 유속, 유동방향, 온도, 압력, 안정성과 같은 양들의 변화에 의해 유발됨. 자장에 있어서의 변화는 수개의 저항들에 있어서의 변화로써 전기적으로 측정되고, 상기 수개의 저항들은 컴퓨터로 지향되고 통합되는 트랜지스터이며, 밸브의 작동은 상기 컴퓨터내에 부호화된 제한 값들에 의해 제어됨. 상기 밸브의 수중 주변물들 및 그들에 있어서의 변화도 상기 방법을 통해 감시될 수 있고, 예컨대 테러리즘의 위협과 같은 특정의 관찰은 감시 및 제어 단자로 전달된다.

3. 온도, 압력, 회전속도와 이송속도, 및 드릴의 선단에서 그리고 굴대상에서 센서들에 의해 측정된 상기 양들에 있어서의 변화와 같은 양들을 분석하고 조정함.

밸브를 제어하기 위해 이하와 같은 방식이 사용된다:

1. 독립적인 밸브 제어부들, 전기적으로 접속됨: 밸브를 폐쇄시키기 위해 단지 하나의 명령이 사용됨.

2. 유압 밸브로부터의 직접적인 또는 간접적인 제어부.

3. 공압적으로 작동되는 유압 밸브.

상기 작동들은 수동적으로 또는 자동적으로 연결될 수 있고, 이 경우 상기 시스템은 독립적으로 폐쇄되는 시스템의 안전장치에 의해 작동이 개시됨. 측정 량들로서, 온도, 개스 함량, 압력, 유량, 졸트, 역학, 전기적인 기법들, 또는 인력에 의한 작동이 불가능한 경우에도 자동적으로 밸브 명령을 발하는 다른 상기 물리량들이 사용될 수 있음.

작동상태를 나타내는 이하의 센서들이 밸브에 설치될 수 있음.

1. 밸브가 작동개시되었음을 알리고 오일의 작동압력을 나타내는 유압 컨테이너내의 압력 센서.

2. 이동 거리를 지시하는 오일 량을 나타내는 게이지.

- 실린더내로 유입되는 오일의 양은 이동 거리를 나타냄.

- 실린더의 복귀측상에 있는 압력 센서는 복귀 이동 동작을 나타냄.

3. 플러깅 실린더내의 압력 센서는 플러깅 이동을 나타냄.

4. 드릴의 회전을 나타내는 센서는 드릴의 굴대상에 위치됨.

5. 드릴의 선단에 위치되는 센서는 감시 량들을 측정할 수 있음.

자동 데이터 처리기법은 상기 양들을 사용하므로써 밸브의 작동을 상세하게 나타내는 화상을 컴퓨터 단자상에 형성함.