KR20140077388A - 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템 - Google Patents

프로듀스드 워터 디-샌더 시스템 Download PDF

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KR20140077388A
KR20140077388A KR1020120146148A KR20120146148A KR20140077388A KR 20140077388 A KR20140077388 A KR 20140077388A KR 1020120146148 A KR1020120146148 A KR 1020120146148A KR 20120146148 A KR20120146148 A KR 20120146148A KR 20140077388 A KR20140077388 A KR 20140077388A
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박호원
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Abstract

본 발명은 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시추된 원유에 대한 정제 작업 전에 원유에 섞인 모래 및 슬러리 등을 분리함으로써 원유 정제를 위한 장비의 고장을 방지하고, 원심분리기와 어큐뮬레이터를 일체로 구성함으로써 설치 공간의 효율성을 높이고 제작 비용을 절감할 수 있도록 한 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템에 관한 것이다.
이를 위해, 해저로부터 시추된 원유(crude oil)를 비중을 이용해 가스, 오일, 프로듀스드 워터를 분리하여 저장한 오일 리저버(oil reservoir)에 있어서, 오일 리저버로부터 프로듀스드 워터가 공급되는 공급유로;상기 공급유로에 연결되며, 프로듀스드 워터를 원심분리하는 복수의 원심분리기;상기 각각의 원심분리기의 하부에 일체로 형성되며, 원심분리기로부터 분리된 모래를 저장하는 어큐뮬레이터;상기 어큐뮬레이터의 하방에 설치되며, 어큐뮬레이터의 모래를 수집하는 트레이;상기 어큐뮬레이터와 트레이 사이에 설치되며, 자중에 의해 모래가 낙하되는 관로를 형성하는 수직유로;상기 각각의 수직유로에 설치된 자동밸브:를 포함하여 구성된 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템을 제공한다.

Description

프로듀스드 워터 디-샌더 시스템{Produced water de-sander system}
본 발명은 프로듀스드 워터 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시추된 원유에 포함된 모래 및 슬러리를 분리하여 처리할 수 있도록 한 프로듀스드 워터 디-샌더 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 다른 예인선에 의해서만 항해가 가능하고 계류 장치를 이용하여 해상의 일 점에 정박한 상태에서 해저 시추 작업을 하는 해저 시추 전용의 리그선(rig ship)이나 고정식 플랫폼(platform)이 주로 사용되었으나, 최근에는 첨단 시추장비를 탑재하고 자체의 동력으로 항해를 할 수 있도록 일반 선박과 동일한 형태로 제작된 부유식 해양구조물(FPSO)이 개발되어 해저 시추 및 원유 정제에 사용되고 있다.
한편, 드릴링 작업이 완료되면, 도 1에 도시된 바와 같이 부유식 해양 구조물인 FPSO(10)는 원유를 해저로부터 끌어올려 정제과정을 거친 후, 육상으로 정제된 원유를 운송시킨다.
상기 FPSO(10)는 드릴링된 해저로부터 가스나 원유를 받아서 운송선이나 파이프라인을 통하여 운송하기 전에 처리하고, 저장하는 시설을 의미한다.
한편, FPSO(10)로 이송된 원유에는 이물질이 포함되어 있는데, 그 중 이물질의 대부분은 모래이다.
즉, 원유를 끌어올리는 과정에서 원유뿐만 아니라, 해저 주변의 모래들도 흡입되어 올라오게 되는 것이다.
특히, 모래가 많은 지형의 바다에서는 원유에 포함된 모래의 비율이 상당하다.
이에 따라, 원유를 정제하기 전에 원유에 포함된 모래를 제거하는 것이 중요한데, 이는, 원유를 정제하는 설비를 갖춘 정제모듈의 장비에 데미지를 주지 않게 하기 위함이다.
즉, 모래를 제거하지 않은 상태의 원유가 정제모듈의 장비에 바로 유입될 경우, 원유에 대한 정제과정에서 정제모듈의 장비에 모래가 박혀 심각한 데미지를 야기할 수 있기 때문인 것이다.
종래에는 원유로부터 모래를 분리하기 위한 정확한 기준이 마련되어 있지 않으며 원유로부터 모래를 분리하기 위한 장비도 제공되지 않은 실정이다.
이로 인해, 정제모듈의 장비 유지보수를 위한 작업 공수가 증가되어 작업 효율성이 떨어지게 된다.
따라서, 해저로부터 시추된 원유로부터 모래를 효율적으로 분리하기 위한 장비가 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 공개번호 10-2012-0008844
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 해저에서 시추된 오일 중 비중에 의해 분리된 프로듀스드 워터(produced water)를 원심력을 이용하여 오일이 묻은 모래를 분리하여 처리할 수 있도록 하되 원심분리기와 어큐뮬레이터를 일체화하여 설치 공간에 대한 효율성을 높인 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템을 제공하고자 한 것이다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 해저로부터 시추된 원유(crude oil)를 비중을 이용해 가스, 오일, 프로듀스드 워터를 분리하여 저장한 오일 리저버(oil reservoir)에 있어서, 오일 리저버로부터 프로듀스드 워터가 공급되는 공급유로;상기 공급유로에 연결되며, 프로듀스드 워터를 원심분리하는 복수의 원심분리기;상기 각각의 원심분리기의 하부에 일체로 형성되며, 원심분리기로부터 분리된 모래를 저장하는 어큐뮬레이터;상기 어큐뮬레이터의 하방에 설치되며, 어큐뮬레이터의 모래를 수집하는 트레이;상기 어큐뮬레이터와 트레이 사이에 설치되며, 자중에 의해 모래가 낙하되는 관로를 형성하는 수직유로;상기 각각의 수직유로에 설치된 자동밸브:를 포함하여 구성된 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템을 제공한다.
이때, 상기 원심분리기의 상부에는 원심분리된 오일리 워터(oily water) 및 가스가 배출되는 리퀴드 유로가 설치된 것이 바람직하다.
또한, 상기 어큐뮬레이터의 내부에는 원심분리로부터 배출된 모래의 유속을 감속시키기 위한 액체가 저수된 것이 바람직하다.
또한, 상기 원심분리기는 병렬로 배치된 것이 바람직하다.
또한, 상기 원심분리기에는 공급유로를 통해 유입된 프로듀스드 워터의 수위를 감지하는 수위센서가 설치된 것이 바람직하다.
또한, 상기 트레이는 롤러나 컨베이어 등의 구름 작용을 이용한 이송수단에 의해 이동되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 유정으로부터 시추된 원유로부터 분리된 프로듀스드 워터의 모래를 분리할 수 있음으로써, FPSO의 정제모듈인 오프쇼어 오일 및 개스 프로덕션을 장기간 운전하더라도 모래를 포함하는 이물질에 의한 장비의 데미지를 방지할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 정제된 원유의 품질을 높일 수 있으며, 장비에 대한 유지 보수 작업 및 유지 보수 비용을 줄일 수 있게 된다.
둘째, 원심분리기와 어큐뮬레이터를 일체로 구성함으로써, 시스템 제작 비용을 절감하고, 설치 공간에 대한 효율성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
셋째, 트레이를 컨베이어나 롤러 등의 이송수단을 이용해 이동시킴으로써, 트레이 이동에 대한 편의성을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 부유식 해양 구조물(FPSO)를 나타낸 측면도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템을 나타낸 구성도.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하, 첨부된 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템(이하, '디샌더 시스템'이라 함)에 대하여 설명하도록 한다.
해저의 유정으로부터 시추된 원유(crude oil)는 오일뿐만 가스, 바닷물을 포함하게 된다.
이러한 원유는 오일 리저버(reservoir)에 저장된 후, 비중을 이용해 1차로 각각의 유체를 분리시킨다.
즉, 비중이 높은 바닷물(produced water:프로듀스드 워터)은 리저버의 맨 밑에 위치되고, 프로듀스드 워터의 위로는 오일, 가스 등이 위치된다.
이때, 오일과 가스는 오일 리저버의 일측에 설치된 별도의 장소로 배출된다.
한편, 상기 오일 리저버에 남은 프로듀스드 워터에는 해저로부터 시추된 모래 및 각종 슬러리들이 포함되어 있는바 상기 모래 및 슬러리들을 분리하여 처리해야한다.
이와 같은 모래 및 슬러리들은 각종 장비에 데미지를 줄 뿐만 아니라, 오일이 묻은 상태이므로 환경 오염에 심각한 영향을 줄 수 있기 때문이다.
이에 따라, 프로듀스드 워터는 해양구조물의 탑사이드에 설치된 디샌더 시스템을 이용하여 모래 및 슬러리를 분리하는 작업을 거치게 된다.
디샌더 시스템은 프로듀스드 워터에 포함된 모래 및 슬러리 등 솔리드 파티클(solid particle)를 분리하여 별도의 폐기 장소로 이동시키는 기술적 특징이 있다.
디샌더 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 공급유로(100)와, 원심분리기(200)와, 어큐뮬레이터(300)와, 트레이(400)와, 수직유로(500)를 포함하여 구성된다.
공급유로(100)는 오일 리저버에서 분리된 프로듀스드 워터가 원심분리기(200)로 공급되는 유로이다.
이때, 공급유로(100) 상에는 공급유로(100)의 관로를 개폐하는 밸브(110)가 설치된다.
다음으로, 원심분리기(200)는 공급유로(100)를 통해 공급된 프로듀스드 워터를 원심분리하여 모래 및 슬러리를 분리하는 역할을 한다.
이때, 원심분리기(200)의 상부에는 리퀴드 유로(210)가 설치된다.
리퀴드 유로(210)는 원심분리기(200)에서 원심분리된 유체가 별도의 장소로 배출되는 관로이다.
즉, 원심분리기(200)에 공급된 프로듀스드 워터가 원심분리되는 과정 중에는 원심력에 의해 유체와 모래로 분리되는데, 이 과정에서 분리된 유체가 배출되는 관로인 것이다.
이때, 상기 유체는 모래에 묻은 오일이 함유된 오일리(oily) 워터와, 원심분리기(200)의 내부 압력이 해소되면서 기화되는 가스로 분리된다.
이때, 가스는 하이드로 카본(hydrocarbon) 등의 물질을 포함하며, 독성 및 폭발 위험을 야기할 수 있게 되므로, 리퀴드 유로(210)를 통해 배출되어야 한다.
그리고, 상기 원심분리기(200)의 일측에는 수위센서(220)가 설치된다.
수위센서(220)는 공급유로(100)를 통해 공급되는 프로듀스드 워터의 수위를 제어하기 위함이다.
즉, 공급유로(100)를 통해 원심분리기(200)의 내부로 일정량의 프로듀스드 워터가 차게 되면, 공급유로(100)의 밸브(110)를 차단하여 더 이상의 프로듀스드 워터 공급을 중단시키기 위한 것이다.
한편, 원심분리기(200)는 복수로 설치되되, 두 개로 설치됨이 바람직하며, 상기 원심분리기(200)는 병렬로 배치된다.
이는 서로 교번으로 모래 분리를 위한 동작이 이루어도록 함에 따라 각 장치의 과부하를 해소하여 장치에 무리를 발생하지 않을 수 있을 뿐만 아니라, 작업자의 안전사고를 예방할 수 있게 된다.
즉, 원심분리기(200)에서 프로듀스드 워터가 원심분리되면서 발생하는 하이드로 카본 등의 독성 물질로 인해 원심분리기(200) 주변은 유해물질에 노출될 수 있으므로, 유해물질이 해소되는 동안 다른 원심분리기(200)를 작동하여 작업의 연속성을 이어가도록 한 것이다.
한편, 공급유로(100)는 분기되어 각각의 원심분리기(200)에 연결되며, 프로듀스드 워터의 공급은 밸브(110)에 의해 제어된다.
다음으로, 어큐뮬레이터(300)는 원심분리기(200)로부터 분리된 모래 및 슬러리를 수용하여 세척시킨 후 트레이(400)로 내보내는 역할을 한다.
상기 어큐뮬레이터(300)는 각각의 원심분리기(200) 하부에 일체로 형성된다.
즉, 원심분리기(200)와 어큐뮬레이터(300)는 버티컬 타입으로 설치될 뿐만 아니라 상호 간에 일체로 형성되므로 설치 공간에 대한 효율성을 높일 수 있게 된다.
특히, 원심분리기(200)와 어큐뮬레이터(300)는 특성상, 고가의 재질로 제작이 되는데, 일체로 형성됨에 따라 제작 비용이 절감될 수 있다.
이때, 어큐뮬레이터(300)의 내부에는 일정량의 물이 저수되며, 저수된 물로 인해 원심분리기(200)로부터 낙하된 모래의 낙하속도를 감속시킴과 동시에 모래에 대한 세척 역할을 하게 된다.
이러한 물의 저수 및 배수를 위해 어큐뮬레이터(300)의 일측에는 유입유로(310) 및 배출유로(320)가 설치된다.
다음으로, 트레이(400)는 어큐뮬레이터(300)에 수용된 모래를 수집하여 별도의 장소로 처리하는 역할을 하며, 어큐뮬레이터(300)의 하방에 설치된다.
이때, 트레이(400)는 모래 수집을 위한 일정 공간을 형성하는 구성이면 무방하다.
다음으로, 수직유로(500)는 어큐뮬레이터(300)에서 분리된 모래가 하방의 트레이(400)까지 배출되기 위한 관로 역할을 한다.
이때, 수직유로(500)는 어큐뮬레이터(300) 각각의 하방에 설치된다.
즉, 원심분리기(200)와 어큐뮬레이터(300)의 배치구조는 버티컬 타입으로 제공되는바, 분리된 모래는 자중에 의해 낙하되는데, 수직유로(500)는 자중에 의해 낙하되는 모래를 가이드하는 관로인 것이다.
이때, 각각의 수직유로(500)에는 자동밸브(510)가 설치되며, 자동밸브(510)는 작동되는 원심분리기(200)의 수직유로(500)만 개방될 수 있도록 제어한다.
한편, 트레이(400)의 하방에는 롤러 또는 컨베이어 등의 이송수단(600)이 설치됨이 바람직하다.
이는, 트레이(400)에 수집된 모래의 이동을 편리하게 하기 위함인데, 구름작용을 이용한 이송수단을 이용해 모래가 수집된 트레이(400)를 별도의 장소로 편리하게 이동시킬 수 있도록 하기 위함이다.
이하, 상기한 구성으로 이루어진 디샌더 시스템의 작동에 대하여 설명하도록 한다.
공급유로(100A)가 개방되고, 상기 공급유로(100A)를 통해 오일 리저버로부터 어느 하나의 원심분리기(200A)로 프로듀스드 워터가 공급된다.
이때, 다른 하나의 원심분리기(200B)로 통하는 분기된 공급유로(100B)는 폐쇄된 상태이다.
이후, 수위센서(220)는 원심분리기(200A) 내로 차오르는 프로듀스드 워터의 수위를 감지하여 일정량의 프로듀스드 워터가 공급되면 공급유로(100A)를 폐쇄시킨다.
이후, 원심분리기(200A) 내로 유입된 프로듀스드 워터는 접선 방향의 속도(tangential velocity)로 변환된다.
이후, 프로듀스드 워터는 하부로 갈수록 점점 좁아지는 원심분리기(200A)의 하류로 이동하면서 접선 방향의 속도 및 원심력은 증가하게 된다.
이때, 원심분리기(200A)의 내부는 고압의 상태가 되며, 비중이 큰 모래 및 슬러리 등은 더 큰 원심력을 받게 되어 원심분리기(200A)의 내주면 측으로 이동하게 되고 비중이 작은 오일리 워터는 원심분리기(200A)의 중앙으로 모이게 된다.
이후, 원심분리기(200A)의 내주면 측으로 밀려난 모래 및 슬러리는 어큐뮬레이터(300A)로 바로 낙하된다.
이때, 오일리 워터는 리퀴드 유로(210)를 통해 배수된다.
이때, 오일리 워터가 배수되는 과정에서, 원심분리기(200A) 내부의 압력은 배압(back pressure)되는데, 이 과정에서 오일이 기화되면서 하이드로 카본 등의 유해 가스가 발생하게 된다.
상기 유해가스 역시 리퀴드 유로(210)를 통해 배출되며, 별도의 장소에서 제거(degassing)된다.
한편, 모래 및 슬러리는 관성에 의해 원심력의 속도를 유지한 채로 어큐뮬레이터(300A)에 바로 낙하되는데, 모래 및 슬러리는 어큐뮬레이터(300A)에 채워진 물에 의해 낙하속도가 감소되며, 비중에 의해 어큐뮬레이터(300A)의 하부에 적재된다.
이후, 어큐뮬레이터(300A)의 배출유로(320)를 개방하여 유체를 배수시키고, 수직유로(500A)를 개방하여 모래 및 슬러리를 트레이(400A)로 낙하시킨다.
이후, 모래 및 슬러리는 트레이(400A)에 수집되어 이송수단(600)에 의해 온 쇼어로 운반된 후, 별도의 처리기관으로 보내져 처리된다.
한편, 상기한 일련의 분리작업이 이루어진 후, 분리작업을 지속적으로 수행하기 위해서는 일측의 시스템으로 전환(change over)시킨다.
이는, 전술한 바와 같이, 시스템의 과부하를 방지하고 원심분리기(200) 주변의 유해가스를 해소하여 작업자의 안전을 도모하기 위함이다.
즉, 유해가스가 해소될 때까지, 하나의 시스템을 중단하는 동안 일측의 시스템을 가동함으로써 분리작업의 연속성을 유지할 수 있는 것이다.
이를 위해서는 폐쇄되어 있던 분기된 공급유로(100B)를 개방하여 프로듀스드 워터를 다른 하나의 원심분리기(200B)로 유입시킨다.
이때, 작동이 정지된 어느 하나의 원심분리기(200A)로 통하는 공급유로(100A)는 폐쇄시킨다.
이후, 전술한 일련의 작업을 통해 원심분리기(200B)로부터 분리된 모래는 어큐뮬레이터(300B)로 바로 낙하된다.
이후, 어큐뮬레이터(300B)에서 처리된 모래는 수직유로(500B)를 통해 트레이(400B)로 배출되어 온 쇼어로 보내진 후 처리된다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 프로듀스드 워터 디샌더 시스템은 시추된 원유에 포함된 모래 및 슬러리 등을 분리하여 제거함으로써 모래 등으로 인한 장비 고장을 방지할 수 있으며 정제된 오일의 품질을 높일 수 있는 기술적 특징이 있다.
또한, 원심분리기와 어큐뮬레이터가 일체로 구성됨에 따라, 설치 공간에 대한 효율성을 높이고 제작 비용을 절감할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정은 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.
100 : 공급유로 200(200A,200B) : 원심분리기
210 : 리퀴드 유로 300(300A,300B) : 어큐뮬레이터
400 : 트레이 500(500A,500B) : 수직유로
600 : 이송수단

Claims (6)

  1. 해저로부터 시추된 원유(crude oil)를 비중을 이용해 가스, 오일, 프로듀스드 워터를 분리하여 저장한 오일 리저버(oil reservoir)에 있어서,
    오일 리저버로부터 프로듀스드 워터가 공급되는 공급유로;
    상기 공급유로에 연결되며, 프로듀스드 워터를 원심분리하는 복수의 원심분리기;
    상기 각각의 원심분리기의 하부에 일체로 형성되며, 원심분리기로부터 분리된 모래를 저장하는 어큐뮬레이터;
    상기 어큐뮬레이터의 하방에 설치되며, 어큐뮬레이터의 모래를 수집하는 트레이;
    상기 어큐뮬레이터와 트레이 사이에 설치되며, 자중에 의해 모래가 낙하되는 관로를 형성하는 수직유로;
    상기 각각의 수직유로에 설치된 자동밸브:를 포함하여 구성된 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 원심분리기의 상부에는 원심분리된 오일리 워터(oily water) 및 가스가 배출되는 리퀴드 유로가 설치된 것을 특징으로 하는 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 어큐뮬레이터의 내부에는 원심분리로부터 배출된 모래의 유속을 감속시키기 위한 액체가 저수된 것을 특징으로 하는 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 원심분리기는 병렬로 배치된 것을 특징으로 하는 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 원심분리기에는 공급유로를 통해 유입된 프로듀스드 워터의 수위를 감지하는 수위센서가 설치된 것을 특징으로 하는 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 트레이는 롤러나 컨베이어 등의 구름 작용을 이용한 이송수단에 의해 이동되는 것을 특징으로 하는 프로듀스드 워터 디-샌더 시스템.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160054329A (ko) * 2014-11-06 2016-05-16 (주)나우이엔에스 복수의 원심분리기 연동방법

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