KR101959877B1 - 해저 생산플랜트의 생산성 향상을 위한 가스 부스팅 및 가스 리프팅 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해저 생산플랜트의 생산성 향상을 위한 가스 부스팅 및 가스 리프팅 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 해저의 유정에 존재하는 유체를 수집할 시 지속적인 생산이 가능하여 생산성이 높고, 가스 부스팅 및 가스 리프팅 시스템을 통합하여 설비를 간소화하였으며, 이로 인한 운전비용을 절감할 수 있는 해저 생산플랜트의 생산성 향상을 위한 가스 부스팅 및 가스 리프팅 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 채수정으로부터 유입되는 유체를 리프팅하며, 내부 유체의 수두압력을 조절하기 위한 가스 리프트 밸브가 구비되는 중심관과, 상기 중심관의 외측에 가스가 채수정으로 공급되도록 형성되는 환형관으로 구성되고, 하나 이상이 구비되는 프로덕션 웰; 상기 프로덕션 웰에서 얻어진 유체를 매니폴드에서 통합하여 유체를 가스, 물 및 오일을 분리하되, 가스는 상기 환형관으로, 물은 채수정으로, 오일은 오일탱크로 이송하는 분리기 및 상기 분리기에서 분리된 가스를 고압으로 압축하여 상기 환형관으로 이송하는 컴프레서를 포함한다.

Description

해저 생산플랜트의 생산성 향상을 위한 가스 부스팅 및 가스 리프팅 시스템{Gas boosting and lifting system for high productivity of undersea plant}

본 발명은 해저 생산플랜트의 생산성 향상을 위한 가스 부스팅 및 가스 리프팅 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 해저의 유정에 존재하는 유체를 수집할 시 지속적인 생산이 가능하여 생산성이 높고, 가스 부스팅 및 가스 리프팅 시스템을 통합하여 설비를 간소화하였으며, 이로 인한 운전비용을 절감할 수 있는 해저 생산플랜트의 생산성 향상을 위한 가스 부스팅 및 가스 리프팅 시스템에 관한 것이다.

천연가스나 원유의 시추가 해상에서 이루어지는 경우 일시적으로 저장을 하거나 그 처리를 위한 해양구조물인 FPSO(Floating Production, Storage and Offloading)의 사용이 빈번해지고 있다.

즉, 원유 시추 플랫폼과 같은 설비를 배 위에 옮겨 놓은 석유시추선이라고 할 수 있으며, 이와 같은 FPSO는 엔진이 없어 자력으로는 항해가 불가능하기 때문에 석유가 매장된 지역을 찾으면 예인선을 이용하여 해당 지역으로 FPSO를 끌고 와서 그곳에 고정시킨 후 장기간 움직이지 않고 작업을 진행한다. 그래서 파도가 거칠고 빙하가 자주 출몰하는 지역에서는 석유자원 매장을 발견해도 사실상 채굴이 어려워, 온화한 지역 등 제한된 수역에만 투입되고 있다.

이러한 FPSO는 시추선에서 포집된 가스나 원유를 받아서 운송선이나 파이프라인을 통하여 운송하기 전에 처리하고 저장하게 된다. 한편, 가스나 원유의 처리는 하지 않고 일시적으로 저장만 하는 경우에는 FSU(Floating Storage Unit)라고 부른다.

상기한 바와 같은 FPSO에는 도 1에 도시된 바와 같은 시스템이 적용되며, 상기한 시스템은 크게 가스 부스팅 설비와, 가스 리프팅 설비로 구분된다.

구체적으로 상기 가스 부스팅 설비는, 인젝션 웰(1)에 가스탱크로부터 공급되는 가스를 채수정(2)으로 공급하고, 상기 채수정(2)으로 유입된 가스는 채수정(2)의 압력을 높여 EOR(Enhanced Oil Recovery) 작업을 수행하게 된다.

또한, 상기한 가스 부스팅 설비 외에도, 상기 가스 리프팅 설비를 통하여 채수정(2)에 가스를 공급할 수 있는데, 이는 2중관으로 형성되는 프로덕션 웰(3)의 외측부의 환형관(5)으로 가스를 공급하여 채수정(2)의 압력을 높일 수 있다.

이때 상기 채수정(2)이 압력이 높아질 경우 상기 프로덕션 웰(3)은 중심부의 중심관(4)을 통하여 오일이 유입되며, 유입된 오일은 저장탱크(6)에 모이게 된다. 여기서 상기 중심관(4)의 내측에는 가스 리프트 밸브(7)가 복수로 구비되어 오일의 수두압력을 순차적으로 조절할 수 있도록 구성되어 있다.

그러나 상기한 가스 리프팅 시스템은 가스 부스팅 설비와 가스 리프팅 설비가 분리되어 있어 제조비용이 증가하며, 컴프레서를 각각 설치하여야 되므로 설비가 복잡해지며, 제조비용이 증가하는 문제점이 있었다.

또한, 가스 부스팅 설비와 가스 리프팅 설비가 분리되어 있어 공간을 많이 차지하게 되며, 이로 인하여 FPSO의 중량이 증가되는 문제점이 있었다.

게다가 가스 리프트 밸브(7)가 복수로 구비되어 있어 제조 공정이 복잡해지고, 이로 인하여 제조비용이 증가하는 문제점이 있었다. 또한, 중심관(4) 내의 압력 정확한 조절이 어려워 FPSO의 설비에 슬러깅(slugging)이 발생하여 리프팅 공정이 불안정해지며, 이로 인하여 오일 생산량이 줄어드는 문제점이 있었다.

공개특허 10-2012-84141호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 그 목적은 가스 부스팅 설비와 가스 리프트 설비를 통합함으로서 설비를 간소화 하며, 매니폴드에서 통합되어 분리기로 이송된 유체를 가스, 물 및 오일로 분리하되, 가스는 환형관으로, 물은 채수정으로, 오일은 오일탱크로 이송할 수 있는 해저 생산플랜트의 생산성 향상을 위한 가스 부스팅 및 가스 리프팅 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 채수정으로부터 유입되는 유체를 리프팅하며, 내부 유체의 수두압력을 조절하기 위한 가스 리프트 밸브가 구비되는 중심관과, 상기 중심관의 외측에 가스가 채수정으로 공급되도록 형성되는 환형관으로 구성되고, 하나 이상이 구비되는 프로덕션 웰; 상기 프로덕션 웰에서 얻어진 유체를 매니폴드에서 통합하여 유체를 가스, 물 및 오일을 분리하되, 가스는 상기 환형관으로, 물은 채수정으로, 오일은 오일탱크로 이송하는 분리기 및 상기 분리기에서 분리된 가스를 고압으로 압축하여 상기 환형관으로 이송하는 컴프레서를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 분리기에서 분리된 오일을 가압하여 상기 오일탱크로 이송하는 제1 부스팅 펌프 및 상기 분리기에서 분리된 물을 가압하여 상기 채수정으로 이송하는 제2 부스팅 펌프를 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 오일탱크 및 제2 부스팅 펌프의 경로에는, 비상상황을 대비하여 오일을 바이패스 시켜 채수정으로 유입되도록 제어하는 유정 주입밸브를 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 오일탱크 및 제1 부스팅 펌프의 경로에는, 상기 오일탱크로 유입되는 오일의 양을 제어하는 오일공급 초크밸브를 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 가스 리프트 밸브는, 단수로 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 해저 생산플랜트의 생산성 향상을 위한 가스 부스팅 및 가스 리프팅 시스템에 의하면, 첫째, 기존의 설비와는 달리 가스 부스팅 설비를 설치하지 않아도 되어 FPSO의 설비가 간소화되며, 가스 부스팅 설비를 운용할 운용비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 천해(300m)와 심해저(3000m)와 같이 다양한 수심에 유연하게 적용할 수 있으며, 설비의 중량저감과 공정을 간소화 할 수 있는 효과가 있다.

셋째, 가스 리프트 밸브를 단수로 구비하여도 컴프레서에서 가스의 가압 정도를 조절할 수 있기 때문에 기존에 가스 리프트 밸브를 복수로 구비되었을 시와 동일한 수두압력의 효과를 얻을 수 있게 된다.

넷째, 비상시 유정 주입밸브가 개방되므로 안정적인 운전이 가능해지고, 안전사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 해저 생산플랜트의 생산성 향상을 위한 가스 부스팅 및 가스 리프팅 시스템을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 해저 생산플랜트의 생산성 향상을 위한 가스 부스팅 및 가스 리프팅 시스템을 나타낸 모식도이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 해저 생산플랜트의 생산성 향상을 위한 가스 부스팅 및 가스 리프팅 시스템을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 해저 생산플랜트의 생산성 향상을 위한 가스 부스팅 및 가스 리프팅 시스템을 나타낸 모식도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 해저 생산플랜트의 생산성 향상을 위한 가스 부스팅 및 가스 리프팅 시스템은, 채수정(20)으로부터 유입되는 유체를 리프팅하는 하나 이상의 프로덕션 웰(30)이 구비된다.

상기 프로덕션 웰(30)은, 2중관으로 형성되되, 유체를 리프팅하도록 중심부에 형성되며, 내부 유체의 수두압력을 조절하기 위한 가스 리프트 밸브(33)가 구비되는 중심관(31)과, 상기 중심관(31)의 외측에 가스가 채수정(20)으로 공급되도록 형성되는 환형관(32)으로 구성된다. 상기 가스 리프트 밸브(33)는 단수로 구비되는 것이 바람직하며, 이는 후술할 컴프레서(20)의 가스 가압으로 인해 수두압력을 극복할 수 있기 때문에 단수로의 적용이 가능하게 된다.

한편, 상기 프로덕션 웰(30)에서 얻어진 유체(점선 화살표 참조)는 매니폴드(50)에서 통합되며, 통합된 유체는 가스, 물 및 오일을 분리하기 위한 분리기(10)가 구비된다.

상기 분리기(10)기에서 분리된 가스는 상기 환형관(32)(실선 화살표 참조)으로, 물은 채수정(20)(일점쇄선 화살표 참조)으로, 오일은 오일탱크(40)(이점쇄선 화살표 참조)로 이송된다. 여기서 상기 분리기(10)와 환형관(32), 채수정(20) 및 오일탱크(40)는 각각 파이프로 연결되어 있어 유체가 원활하게 이송될 수 있게 된다.

한편, 상기 분리기(10)에서 분리된 가스를 고압으로 압축하여 상기 환형관(32)으로 이송하는 컴프레서(20)가 더 구비될 수 있다.

또한, 상기 분리기(10)에서 분리된 오일을 가압하여 상기 오일탱크(40)로 이송하는 제1 부스팅 펌프(61) 및 상기 분리기(10)에서 분리된 물을 가압하여 상기 채수정(20)으로 이송하는 제2 부스팅 펌프(62)가 더 구비될 수 있다. 상기 물을 채수정(20)으로 이송되도록 안내하는 파이프는 단열재로 감싸져 있어 동파방지를 할 수 있게 된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 해저 생산플랜트의 생산성 향상을 위한 가스 부스팅 및 가스 리프팅 시스템의 작동상태에 대하여 살펴보기로 한다.

상기 채수정(20) 상에 존재하는 오일을 수집하기 위해서 상기 컴프레서(20)에서 가압된 가스는 상기 환형관(32)으로 유입된다. 상기 환형관(32)으로 유입되는 가스는 가스 리프트 초크밸브(21)에 의하여 유입량이 제어될 수 있다.

한편, 상기 환형관(32)으로 유입된 가스는 채수정(20)으로 유입되어 채수정(20)의 압력을 높이게 되고, 이로 인하여 상기 채수정(20) 상에 존재하는 유체는 중심관(31)을 통하여 매니폴드(50)로 유입된다. 상기 매니폴드(50)에는 하나 이상의 프로덕션 웰(30)과 연결되어 있으며, 상기 프로덕션 웰(30)을 통하여 유입된 유체는 분리기(10)로 유입된다. 여기서 상기 매니폴드(50)와 프로덕션 웰(30) 사이에는 유체공급 초크밸브(51)가 구비되어 있어 유체의 공급량을 조절할 수 있게 된다.

한편, 상기 분리기(10)로 유입된 유체는 가스, 물 및 오일을 분리하되, 가스는 상기 환형관(32)으로, 물은 채수정(20)으로, 오일은 오일탱크(40)로 이송하게 된다.

구체적으로 살펴보면, 상기 분리기(10)에서 분리된 가스는 컴프레서(20)에서 고압으로 압축되어 환형관(32)으로 이송되고, 분리된 오일은 제1 부스팅 펌프(61)를 통하여 오일탱크로 이송되며, 분리된 물은 제2 부스팅 펌프(62)에 의해 채수정(20)으로 유입된다. 여기서 상기 제1 부스팅 펌프(61)와 오일탱크(40) 사이에는 오일 공급 초크밸브(64)가 구비되어 오일탱크(40)로 유입되는 오일의 양을 조절할 수 있게 된다.

한편, 상기 제1 부스팅 펌프(61)를 통하여 공급되던 오일이 장비의 이상이 생겼을 경우에는 상기 오일 초크밸브(64)는 차단되며, 상기 유정 주입밸브(63)는 개방되어 오일이 채수정(20)으로 유입되므로 안전사고를 방지할 수 있게 된다.

상기한 바와 같은 일련의 과정을 통하여 채수정(20) 상에 존재하는 유체는 가스, 오일, 물로 분리되어 가스 및 물은 순환되고, 오일만이 오일탱크(40)로 유입되어 효율적으로 오일생산을 할 수 있게 된다.

또한, 상기한 가스 부스팅 및 리프팅 설비가 통합되어 구성됨에 따라 별도의 가스 부스팅 설비가 필요치 않게 되며, 이로 인하여 설비의 간소화 및 가스 부스팅 설비 운용에 필요한 연료의 저감할 수 있게 된다.

이상에서 설명된 본 발명의 해저 생산플랜트의 생산성 향상을 위한 가스 부스팅 및 가스 리프팅 시스템의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 분리기 20 : 컴프레서
21 : 가스 리프트 초크밸브 30 : 프로덕션 웰
31 : 중심관 32 : 환형관
33 : 가스 리프트 밸브 40 : 오일탱크
50 : 매니폴드 51 : 유체 공급 초크밸브
61 : 제1 부스팅 펌프 62 : 제2 부스팅 펌프
63 : 유정 주입밸브 64 : 오일 공급 초크밸브

Claims (5)

1. 채수정(20)으로부터 유입되는 유체를 리프팅하며, 내부 유체의 수두압력을 조절하기 위한 가스 리프트 밸브(33)가 구비되는 중심관(31)과, 상기 중심관(31)의 외측에 가스가 채수정(20)으로 공급되도록 형성되는 환형관(32)으로 구성되고, 하나 이상이 구비되는 프로덕션 웰(30);
   상기 각각의 프로덕션 웰(30)에서 얻어진 유체를 저장하는 매니폴드(50);
   상기 매니폴드(50)에 연결되어 상기 매니폴드(50)에서 통합된 유체를 가스, 물 및 오일로 분리하되, 가스는 상기 환형관(32)으로, 물은 채수정(20)으로, 오일은 오일탱크(40)로 이송하는 분리기(10); 및
   상기 분리기(10)에서 분리된 가스를 고압으로 압축하여 상기 환형관(32)으로 이송하는 컴프레서(20)를 포함하고,
   상기 분리기(10)에서 분리된 오일을 가압하여 상기 오일탱크(40)로 이송하는 제1 부스팅 펌프(61);
   상기 분리기(10)에서 분리된 물을 가압하여 상기 채수정(20)으로 이송하는 제2 부스팅 펌프(62);
   상기 오일탱크(40) 및 제2 부스팅 펌프(62)의 경로에 비상상황을 대비하여 오일을 바이패스 시켜 채수정(20)으로 유입되도록 제어하는 유정주입밸브(63); 및
   상기 오일탱크(40) 및 제1 부스팅 펌프(61)의 경로에 상기 오일탱크(40)로 유입되는 오일의 양을 제어하는 오일공급 초크밸브(64)를 더 포함하며,
   상기 제1 부스팅 펌프(61)를 통하여 공급되던 오일이 장비의 이상이 생겼을 경우에 상기 오일공급 초크밸브(64)를 차단하고, 상기 유정주입밸브(63)를 개방하여 오일이 상기 채수정(20)으로 유입되도록 하고,
   상기 컴프레서(20)와 상기 환형관(32)의 경로에는 상기 환형관(32)으로 유입되는 가스의 유입량이 조절되는 가스 리프트 초크밸브(21)가 형성되고, 상기 매니폴드(50)와 상기 프로덕션 웰(30) 사이에 유체의 공급량을 조절하는 유체공급 초크밸브(51)가 구비되고, 상기 가스 리프트 밸브(33)는 단수로 구비되며,
   상기 환형관(32)으로 유입된 가스는 상기 채수정(20)으로 유입되어 상기 채수정(20)의 압력을 높혀 상기 채수정(20) 상에 존재하는 유체를 상기 중심관(31)을 통하여 상기 매니폴드(50)로 유입하는 것을 특징으로 하는 해저 생산플랜트의 생산성 향상을 위한 가스 부스팅 및 가스 리프팅 시스템.
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