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KR20150003191U - Bop 백업 제어 시스템 및 이를 포함하는 bop 시스템 - Google Patents

Bop 백업 제어 시스템 및 이를 포함하는 bop 시스템 Download PDF

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KR20150003191U
KR20150003191U KR2020140001164U KR20140001164U KR20150003191U KR 20150003191 U KR20150003191 U KR 20150003191U KR 2020140001164 U KR2020140001164 U KR 2020140001164U KR 20140001164 U KR20140001164 U KR 20140001164U KR 20150003191 U KR20150003191 U KR 20150003191U
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bop
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hydraulic
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이재범
성상경
신동조
김건호
조아라
추길환
이준수
이현호
박광필
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대우조선해양 주식회사
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Abstract

본 발명은 비상 상황 발생으로 LMRP와 BOP 하부 스택 간의 통신 및 유압 공급이 불가능한 경우 BOP 하부 스택에 유압을 공급할 수 있는 BOP 백업 제어 시스템 및 이를 포함하는 BOP 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, BOP 백업 제어 시스템에 있어서, BOP 하부 스택과 연결되도록 설치되어, 상기 BOP 하부 스택이 LMRP(Lower Marine Riser Package)에 의해 작동될 수 없는 경우 상기 BOP 하부 스택으로 유압을 공급하는 유압 공급 장치; 및 상기 유압 공급 장치와 상기 BOP 하부 스택을 연결하는 점퍼(jumper)를 포함하는 BOP 백업 제어 시스템이 제공된다.

Description

BOP 백업 제어 시스템 및 이를 포함하는 BOP 시스템{BOP BACKUP CONTROL SYSTEM AND BOP SYSTEM COMPRISING THE SAME}
본 발명은 분출 방지기(BOP, Blowout Preventer)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비상 상황 발생으로 LMRP와 BOP 하부 스택 간의 통신 및 유압 공급이 불가능한 경우 BOP 하부 스택에 유압을 공급할 수 있는 BOP 백업 제어 시스템 및 이를 포함하는 BOP 시스템에 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, 해저 채굴 기술의 발달과 더불어 이러한 유전의 개발에 적합한 시추설비를 구비한 시추선이 개발되어 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 시추 설비에는 해저의 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 시추할 수 있도록 데릭 시스템, 라이저, 드릴 스트링 등의 각종 시추 관련 장비들이 설치되어 있다.
최근에는 심해 유전의 개발이 활발하게 진행됨에 따라 각종 시추 장비들에 대한 안전성이 특히 중요하게 요구되는데, 시추 장비들 중 시추 과정에서의 안전과 가장 관련이 깊은 장비로서, 분출 방지기(BOP, Blowout Preventer)를 들 수 있다.
BOP 장비는 시추 과정에서 발생하는 고압의 가스를 안전하게 제거하여 해저 유정의 가스 폭발을 방지하기 위한 장치로서, 해상의 시추 설비로부터 라이저를 통해 연결되어 해저 유정의 상단 웰헤드에 결합되는 형태로 설치된다. 이러한 BOP 장비는 심해 환경에 적합한 형태로 수심 3,000 m (4,300 psi) 이상의 고압의 환경에서 내압으로는 15,000 psi 압력을 견디도록 설계된다.
BOP 장비는 BOP 하부 스택(BOP lower stack)과 BOP 하부 스택의 상부에 조립되는 LMRP(Lower Marine Riser Package)를 포함한다. LMRP는 시추선으로부터 제어 신호를 수신하고, 제어신호에 따라 BOP 하부 스택으로 유압을 공급한다. 그런데, 시추 시 킥과 같은 비상 상황이 발생하여 LMRP와 BOP 하부 스택의 통신이 두절되고, LMRP가 BOP 하부 스택으로 유압을 공급할 수 없는 경우가 발생할 수 있다. 그러면, BOP의 개폐가 불가능해져 유정 폭발 등 위험한 상황이 초래될 수 있다.
이와 같이, 종래 기술에 따르면 비상 상황 발생 시 LMRP와 BOP 간의 통신 및 유압 공급이 불가능한 경우 백업 기능이 없다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 비상 상황 발생으로 LMRP와 BOP 하부 스택 간의 통신 및 유압 공급이 불가능한 경우 BOP 하부 스택에 유압을 공급하여 BOP의 RAM을 작동시킬 수 있는 BOP 백업 제어 시스템 및 이를 포함하는 BOP 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, BOP 백업 제어 시스템에 있어서, BOP 하부 스택과 연결되도록 설치되어, 상기 BOP 하부 스택이 LMRP(Lower Marine Riser Package)에 의해 작동될 수 없는 경우 상기 BOP 하부 스택으로 유압을 공급하는 유압 공급 장치; 및 상기 유압 공급 장치와 상기 BOP 하부 스택을 연결하는 점퍼(jumper)를 포함하는 BOP 백업 제어 시스템이 제공된다.
특히, 상기 BOP 하부 스택이 상기 LMRP에 의해 작동될 수 없는 경우 상기 유압 공급 장치로 제어 신호를 전송하는 제어부를 더 포함하고, 상기 유압 공급 장치는 상기 제어 신호에 따라 상기 BOP 하부 스택으로 유압을 공급할 수 있다.
또한, 상기 유압 공급 장치는 유체를 저장하는 어큐뮬레이터; 및 상기 제어 신호를 수신하여 상기 제어 신호에 따라 상기 어큐뮬레이터의 상기 유체가 상기 점퍼를 통해 상기 BOP 하부 스택으로 흐르도록 상기 어큐뮬레이터에 연결된 밸브를 개방하는 포드(POD)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 유체는 상기 BOP 하부 스택의 전단 램 또는 블라인드 램 중 적어도 하나의 작동기로 공급될 수 있다.
또한, 상기 제어부와 상기 유압 공급 장치는 무선 통신을 이용하여 통신할 수 있다.
또한, 상기 제어부와 상기 유압 공급 장치는 유선 통신을 이용하여 통신할 수 있다.
또한, 상기 BOP 하부 스택은 상기 점퍼와 연결되기 위한 커넥터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 점퍼와 상기 BOP 하부 스택은 ROV에 의해 연결될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, BOP 시스템에 있어서, 웰헤드에 부착되도록 설치되어 비상시 시추공과 외부를 차단시키는 BOP 하부 스택; 상기 BOP 하부 스택의 상부에 설치되어 상기 BOP 하부 스택으로 전기 및 유압의 동력을 제공하는 LMRP(Lower Marine Riser Package); 상기 BOP 하부 스택과 연결되도록 설치되어, 상기 BOP 하부 스택이 상기 LMRP에 의해 작동될 수 없는 경우 상기 BOP 하부 스택으로 유압을 공급하는 유압 공급 장치; 및 상기 유압 공급 장치와 상기 BOP 하부 스택을 연결하는 점퍼(jumper)를 포함하는 BOP 시스템이 제공된다.
특히, 상기 BOP 하부 스택은 비상시 드릴 파이프를 자르면서 시추공을 폐쇄하는 전단 램 및 상기 BOP 하부 스택 내에 상기 드릴 파이프가 없을 때 시추공을 밀봉하는 블라인드 램을 포함하고, 상기 유압 공급 장치는 상기 전단 램 및 블라인드 램 중 적어도 하나의 작동기로 유압을 공급하는, BOP 시스템이 제공된다.
본 발명의 실시예에 따르면, LMRP와 BOP 하부 스택 간의 통신 및 유압 공급이 불가능한 경우 유압 장치를 이용하여 BOP 하부 스택에 유압을 공급하여 BOP의 RAM을 작동시킴으로써 유정 폭발 등과 같은 위험한 상황을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 BOP 백업 제어 시스템을 포함하는 BOP 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 BOP 장비의 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 BOP 백업 제어 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.
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.
시추 작업 중에는 시추공 내의 압력보다 상대적으로 높은 압력을 가진 층을 시추공이 관통하는 경우, 시추공 내로 고압의 유체 또는 가스가 유입되어 이들이 시추 유체, 시추 장비 및 다른 시추 구조물들로 전파되어 분출되는 블로 아웃(blow out) 현상이 발생할 수 있다. 불로 아웃 현상이 발생하면 시추선, 라이저 파이프 등 시추 장비에 피해를 초래될 뿐 아니라 대형 인명 사고를 유발할 가능성이 있다. 블로 아웃 현상을 방지하기 위해, 유정 입구에 BOP(Blow Out Preventer) 장비가 설치된다. BOP 장비는 비상 시 시추공 내부를 효과적으로 밀봉하여 시추공과 외부를 차단시키는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 BOP 백업 제어 시스템을 포함하는 BOP 시스템을 나타낸 도면이고, 도 2는 BOP 장비의 일례를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 BOP 백업 제어 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 BOP 백업 제어 시스템을 포함하는 BOP 시스템은 유압 장치(110), 점퍼(jumper)(120), BOP 하부 스택(BOP lower stack)(130) 및 LMRP(low marine riser package)를 포함한다.
BOP 하부 스택(BOP lower stack)(130) 및 LMRP(low marine riser package)는 BOP 장비를 구성하고, 유압 장치(110) 및 점퍼(jumper)(120)는 본 발명의 실시예에 따른 BOP 백업 제어 시스템을 구성할 수 있다.
먼저, BOP 장비에 대해 도 2를 참조하여 설명한다. BOP 하부 스택(130)은 웰헤드(wellhead)에 부착되도록 설치되어 비상시 시추공과 외부를 차단시킨다. 도 2에 도시된 바와 같이, BOP 하부 스택(130)은 어큐뮬레이터(accumulator)(135), 파이프 램(pipe ram)(131), 전단 램(shear ram)(132), 블라인드 램(blind ram)(133), 테스트 램(134)을 포함한다.
BOP 하부 스택(130)은 도 2에 도시된 바와 같이 연속적으로 포개어 배치되어 있는 복수의 램들을 포함한다. 램들은 유체의 유입에 따라 횡방향으로 구동되어 개폐된다. 즉, 유체가 램으로 유입되어 램의 작동기(actuator)를 밀면 폐쇄되고, 유체가 배출되면 램은 개방된다.
파이프 램(131)은 드릴 파이프의 외부와 웰보어(wellbore) 사이의 공간을 밀봉하는 역할을 하고, 드릴 파이프의 크기에 따라 다양한 사이즈로 공급될 수 있다.
전단 램(132)은 비상시 드릴 파이프를 자르면서 시추공을 폐쇄한다. 블라인드 램(133)은 BOP 장비 내에 드릴 파이프가 없을 때 시추공을 밀봉할 때 사용되고, 테스트 램(134)은 다른 램들을 테스트할 때 사용된다.
어큐뮬레이터(135)는 고압의 유체를 저장하는 장치로서, 제어 포드(control pod)(142)의 제어에 따라 어큐뮬레이터(135)의 유체가 램으로 유입되어 램이 폐쇄된다.
LMRP(140)는 BOP 하부 스택(130)의 상부에 설치되어 BOP 하부 스택(130)에 전기 및 유압의 동력을 제공하는 역할을 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, LMRP(140)는 제어 포드(142) 및 애뉼러 방지기(annular preventer)(141)를 포함한다.
제어 포드(142)는 시추선과 전기 케이블로 연결되어 있어 전기 케이블을 통해 시추선으로부터 제어 신호를 수신하고, 제어 신호에 따라 어큐뮬레이터(135)의 유체가 램으로 유입되도록 어큐뮬레이터(135)를 제어한다.
애뉼러 방지기(141)는 고무 패커가 밀려나와 드릴 파이프가 BOP 내부에 있을 때는 드릴 파이프 주위를 밀봉하고, 드릴 파이프가 없을 때는 웰보어를 밀봉하는 역할을 한다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 BOP 백업 제어 시스템에 대해 도 1 및 3을 참조하여 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 BOP 백업 제어 시스템은 유압 장치(110) 및 점퍼(120)를 포함하고, 유압 장치(110)를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
제어부는 비상 상황이 발생하여 BOP 하부 스택(130)이 LMRP(140)에 의해 작동될 수 없는 경우, 유압 장치(110)로 제어 신호를 전송한다. 그러면, 유압 장치(110)는 제어부로부터 수신된 제어 신호에 따라 BOP 하부 스택(130)으로 유압을 공급하여 BOP 하부 스택(130)의 램이 폐쇄되어 시추공을 밀봉하도록 한다.
제어부는 시추선 또는 지원선(support vessel)에 위치할 수 있고, 유압 장치(110)와 유선 통신 또는 무선 통신을 이용하여 통신할 수 있다.
점퍼(120)는 유압 장치(110)로부터 BOP 하부 스택(110)으로 유체를 이송하는 파이프이다.
도 3에 도시된 바와 같이 유압 장치(110)는 POD(111) 및 어큐뮬레이터(112)를 포함한다.
POD(111)는 제어부로부터 제어 신호를 수신하여 수신된 제어 신호를 유압으로 유압으로 변환하여 밸브(valve)(113)를 작동시킨다.
어큐뮬레이터(112)는 BOP 하부 스택(110)의 램을 작동하기 위한 작동 유체가 집적되어 있는 탱크로서, 밸브(113)가 열리면 점퍼(120)를 통해 어큐뮬레이터(112)의 유체가 BOP 하부 스택(110)으로 공급된다.
도 1 및 3에 도시된 바와 같이, BOP 하부 스택(110)에는 점퍼(120)와 연결되는 커넥터(connector)(150)가 설치되어 있고, 커넥터(150)는 점퍼(120)를 BOP 하부 스택(110)의 전단 램(132) 및 블라인드 램(133) 중 적어도 하나의 작동기와 연결한다. 즉, 점퍼(120)를 통해 이송된 어큐뮬레이터(112)의 유체는 전단 램(132) 및 블라인드 램(133) 중 적어도 하나의 작동기로 공급되어 전단 램(132) 및 블라인드 램(133) 중 적어도 하나가 폐쇄되도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 BOP 백업 제어 시스템은 비상 상황을 대비하여 리그에서 BOP 하부 스택(130)과 연결하여 BOP 장비와 함께 해저면에 안착시킬 수 있다.
또는 비상 상황이 발생하면 해저면으로 내려서 원격 무인 탐사기(ROV, Remotely Operated Vehicle)(160)를 이용하여 BOP 하부 스택(130)과 연결할 수 있다.
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.
110 : 유압 장치
120 : 점퍼
130 : BOP 하부 스택
140 : LMRP
150 : 커넥터
160 : ROV

Claims (10)

  1. BOP 백업 제어 시스템에 있어서,
    BOP 하부 스택과 연결되도록 설치되어, 상기 BOP 하부 스택이 LMRP(Lower Marine Riser Package)에 의해 작동될 수 없는 경우 상기 BOP 하부 스택으로 유압을 공급하는 유압 공급 장치; 및
    상기 유압 공급 장치와 상기 BOP 하부 스택을 연결하는 점퍼(jumper)를 포함하는 BOP 백업 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 BOP 하부 스택이 상기 LMRP에 의해 작동될 수 없는 경우 상기 유압 공급 장치로 제어 신호를 전송하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 유압 공급 장치는 상기 제어 신호에 따라 상기 BOP 하부 스택으로 유압을 공급하는, BOP 백업 제어 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 유압 공급 장치는
    유체를 저장하는 어큐뮬레이터; 및
    상기 제어 신호를 수신하여 상기 제어 신호에 따라 상기 어큐뮬레이터의 상기 유체가 상기 점퍼를 통해 상기 BOP 하부 스택으로 흐르도록 상기 어큐뮬레이터에 연결된 밸브를 개방하는 포드(POD)를 포함하는, BOP 백업 제어 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 유체는 상기 BOP 하부 스택의 전단 램 또는 블라인드 램 중 적어도 하나의 작동기로 공급되는, BOP 백업 제어 시스템.
  5. 청구항 2에 있어서
    상기 제어부와 상기 유압 공급 장치는 무선 통신을 이용하여 통신하는, BOP 백업 제어 시스템.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부와 상기 유압 공급 장치는 유선 통신을 이용하여 통신하는, BOP 백업 제어 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 BOP 하부 스택은 상기 점퍼와 연결되기 위한 커넥터를 포함하는, BOP 백업 제어 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 점퍼와 상기 BOP 하부 스택은 ROV에 의해 연결되는, BOP 백업 제어 시스템.
  9. BOP 시스템에 있어서,
    웰헤드에 부착되도록 설치되어 비상시 시추공과 외부를 차단시키는 BOP 하부 스택;
    상기 BOP 하부 스택의 상부에 설치되어 상기 BOP 하부 스택으로 전기 및 유압의 동력을 제공하는 LMRP(Lower Marine Riser Package);
    상기 BOP 하부 스택과 연결되도록 설치되어, 상기 BOP 하부 스택이 상기 LMRP에 의해 작동될 수 없는 경우 상기 BOP 하부 스택으로 유압을 공급하는 유압 공급 장치; 및
    상기 유압 공급 장치와 상기 BOP 하부 스택을 연결하는 점퍼(jumper)를 포함하는 BOP 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 BOP 하부 스택은 비상시 드릴 파이프를 자르면서 시추공을 폐쇄하는 전단 램 및 상기 BOP 하부 스택 내에 상기 드릴 파이프가 없을 때 시추공을 밀봉하는 블라인드 램을 포함하고, 상기 유압 공급 장치는 상기 전단 램 및 블라인드 램 중 적어도 하나의 작동기로 유압을 공급하는, BOP 시스템.
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CN111456707A (zh) * 2019-01-21 2020-07-28 中国石油大学(北京) 带压作业设备的控制装置及系统

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