[배이야기] 드릴십은 어떻게 시추를 하는걸까?

SHI 이야기/- SHI 인사이드 2013. 9. 6. 19:06

신문이나 TV, 혹은 이 곳 블로그를 통해 '드릴십'에 대해 한번쯤 들어보셨을텐데요. 사실 무슨 일을 하는 배인지는 정확히 개념이 안 잡히셨을거예요. 그래서 오늘은 드릴십에 대해 파헤쳐보는 시간을 갖도록 하겠습니다. ^^
 
드릴십은 깊은 바다 밑바닥에 구멍을 뚫어 원유나 가스가 매장되어 있는 곳을 발굴하는 시추설비인데요. 나무나 금속에 구멍을 뚫는 공구, '드릴' 아시죠? 쉽게 말해, 그러한 공구를 배에 달아 깊은 바다 밑바닥에 구멍을 뚫는 일(시추)을 하는 선박이라고 생각하시면 됩니다. 우리나라 말로는 시추선이라고 하죠. 보통 길이는 228~230미터, 폭은 36~42미터, 그리고 Derrick을 제외한 선체의 높이가 18~20미터 정도 됩니다.


▲ 반잠수식 시추선(Semi-submersible Rig)


드릴십과 마찬가지로 시추장치를 가지고 있는 부유식 구조물이 또 있습니다. 위의 사진에서 보시는 '반잠수식 시추선'이 그것입니다. 반잠수식 시추선은 배 아랫부분을 바닷속에 잠기게 하여 시추하는 형태인데요. 일반적으로 시추선의 발 역할을 하는 폰툰(Pontoon)과 4~6개의 칼럼(Column, 폰툰과 상부갑판을 연결해주는 역할)을 가집니다. 드릴십과 역할은 같지만 선박에 비해 파도를 맞는 면적이 적고 폰툰 간 간격이 상대적으로 넓습니다. 그러다보니 넓은 갑판을 보유할 수 있어 안정성이 뛰어나 거친 날씨에도 강하다는 장점이 있습니다. 선형이 특이해서 이동은 아주 느리지만 5~6노트 속도로 자항(자력으로 항해)이 가능하여 바지선에 실어서 목적지로 이동시키기도 합니다.


이에 비해 드릴십은 시추장비를 탑재한 선박형태로 되어 있어서 한 곳에서 시추를 끝내고 다른 곳으로 다시 빠르게 이동할 수 있습니다. 또한 수심이 깊어 고정식 해상 플랫폼 설치가 불가능한 지역에서도 시추작업이 가능합니다. 해수면에서 12km까지 시추가 가능하니 어마어마하죠?? 에베레스트가 8.8km라고 하니, 감이 오시나요? ^^

드릴링 파이프가 바다 깊숙한 땅속에 꽂혀 있으므로, 드릴링이 시작되면 배가 한자리에 고정되어야 하는데요. 실제 해류방향에 따라 방향을 바꾸고 라이저(Riser, 해저 유정과 해상 플랫폼을 잇는 파이프 형태의 구조)가 끊어지지 않는 범위에서 움직임을 합니다. 하지만 바다가 너무 깊어서 배를 고정시키는 닻을 내릴 수가 없답니다. 닻의 길이는 한계가 있어 바닥까지 닿을리가 없으니까요.

그래서 닻을 내리지 않고도 배가 움직이지 않도록 DPS(Dynamic Positioning System)를 사용하는데요. GPS(Global Positioning System : 위성항법장치), HiPAP(High Precision Acoustic Positioning System) 그리고 Wind Sensor 등 각종 Sensor로 위치정보를 분석하고 6대의 아지무스 쓰러스터(Azimuth Thruster)를 이용해 실시간으로 자신의 위치를 유지할 수 있도록 하는 방법입니다. 

GPS는 세계 어느 곳에 있던지 인공위성을 이용하여 자신의 위치를 정확히 알 수 있게 해주는 시스템인데요. 자동차 네비게이션과 마찬가지로 선박 역시 이 시스템을 이용하고 있답니다. 물론 선박의 경우는 일반 GPS가 아닌 DGPS(Differential GPS, 다중 GPS)를 사용하고 있습니다.


아지무스 쓰러스터는 얼마전 메이퀸이라는 드라마에서도 소개가 되어 보신 분들도 계실텐데요. 위에서 보시는 그래픽처럼 선풍기를 배 밑에 거꾸로 달았다고 생각하면 됩니다. 360도 회전하는 쓰러스터가 실시간으로 강약을 조절하며 각각 움직여 선박의 위치와 자세를 제어하기도 하고 프로펠러와 같이 추진을 위해 쓰이기도 합니다. 프로펠러는 배를 이동시킬 목적으로 선미에 붙어있지만, 아지무스 쓰러스터는(앞서 말한 위치조정을 원활히 하기 위해서) 선미와 선수부 아래에 각각 3개씩 설치되어 있습니다. 

7~8미터의 높은 파도가 치더라도 아지무스 쓰러스터가 계속 가동되기 때문에 선체 내부에서는 바깥에서 치는 파도만큼의 흔들림을 느낄 수 없답니다. 자동차로 비유하자면 벤츠보다 좋은 롤스로이스를 타는 느낌이랄까요? ^^ 풍랑주의보가 발령되고 집채만한, 아니 그보다 더 큰 파도가 밀어쳐도 생각만큼 배가 흔들리지는 않으니 말이죠. 어때요? 굉장한 기술이죠!



그렇다면 바다 밑 구멍은 어떻게 뚫는 것일까?
사진에 표시된 것은 데릭(Derrick)이라 부르는 구조물인데요. 저곳에 시추를 하기 위한 각종 장비들이 있답니다. 이 곳에는 드릴링 파이프를 회전시켜 실제 시추를 하는 Top Drive와 드릴링 파이프를 결합하는 장비들이 있을 뿐만 아니라, 정말 중요한 관이 조립되는 곳이기도 합니다. 라이저(Riser)라고 불리는 이 관을 여러개 조립하여 수 천 미터 해저까지 연결하여 드릴링 파이프를 그 속으로 내려 해저를 시추할 수 있도록 하는 것이죠.

시추를 하려면 제일 먼저 해저에 얕은 구멍을 내 Casing이라는 관을 삽입하여 시멘트로 굳힌 후 시추기반을 만들어야 합니다. 그 다음 문풀을 통해 앞서 말한 라이저(Riser)에 BOP(Blow out Preventer)를 연결하여 바다 밑으로 내려보내야 합니다. 시추기반, BOP 그리고 라이저의 결합 이후, 본격적인 시추를 위해 라이저 내부의 빈 공간으로 드릴파이프가 들어갑니다. 그 끝에는 드릴 비트(Drill Bit)가 달려있는데요. 이 장비는 Top Drive의 회전력을 이용해 효율적으로 암석을 파괴할 수 있어야 합니다.


드릴 비트는 시추를 하는 동안 많은 열이 발생하고 다량의 암석 부스러기를 만들어 냅니다. 과열된 드릴 비트를 냉각시키고 암석 부스러기들을 효율적으로 제거한다? 상당히 어려운 과제죠? 이를 동시에 해결하기 위해 채택한 것이 진흙(Mud) 순환방식입니다

드릴링 파이프 내로 지질특성에 맞게 특수 제작된 진흙을 고압으로 주입하고, 끝단에 있는 비트를 거쳐 다시 라이저를 통해 회수 및 순환시키는 과정인데요. 시추관 끝에 도착한 진흙은 노즐에서 강한 압력으로 분사되고, 분사 후에는 유정의 벽과 시추관 사이 틈을 통해 다시 위로 밀려 올라옵니다. 이때 단순히 그냥 올라오는 게 아니라 파낸 흙과 암석 부스러기를 함께 운반합니다. 노즐의 압력으로 분사되는 힘으로 바닥에 구멍을 뚫고, 또 진흙의 점착성을 이용해 절삭된 부스러기를 위로 가져 올라오게 함으로써 구멍 뚫기 작업이 순조롭게 진행되는 원리입니다. 이 과정에서 진흙은 과열된 드릴 비트를 냉각·윤활시키며 고압으로 암석 부스러기를 밀어 올려 라이저를 통해 드릴십으로 보냅니다. 회수된 진흙은 특수한 처리과정을 통해 암석 부스러기와 분리되어 재활용 할 수 있습니다. 

어느 정도 깊이까지 굴착이 진행되면 유정의 붕괴 및 원유와 가스 유출을 방지하기 위해 시추관을 끌어 올린 후 시멘팅 파이프를 유정 구멍에 삽입합니다. 그리고 시멘팅 파이프와 유정 벽 사이에 시멘트 반죽을 압축해 넣은 다음에 굳혀 안정된 구멍을 확보합니다. 그러면 구멍 지름은 처음 뚫은 것보다 줄어들게 되고, 이후에는 좀더 지름이 작은 시추관을 이용해 원유 및 가스가 매장된 곳까지 굴착을 진행하게 되는 것이죠.



FPSO, 이제 네 차례야!

자, 시추를 마쳤다면 이제 FPSO가 출동 할 차례입니다. 아시다시피 드릴십은 '유정을 뚫는 역할'을 하는 선박이고요. 기름을 퍼올리는 것은 '바다 위 정유공장'으로 불리는 FPSO라는 친구가 대신하게 됩니다. 

FPSO는 원유의 생산·저장·하역설비를 담당하는 선박인데요. 일반적으로 FPSO는 엔진이 없어 자력으로는 항해가 불가능하기 때문에 석유가 매장된 지역을 찾으면 예인선을 이용하여 해당 지역으로 FPSO를 끌고 와서 그 곳에 고정시킨 후 수십 년을 움직이지 않고 선박의 수명이 다할 때까지 작업을 진행합니다. 그래서, 파도가 거칠고 빙하가 자주 출몰하는 지역에서는 석유자원 매장을 발견해도 사실상 채굴이 어려워, 온화한 지역 등 제한된 수역에만 투입되는거랍니다.

자, 이제 드릴십이 어떻게 시추하고, 원유를 어떻게 옮겨가는지 아셨죠?
재미있는 배이야기는 앞으로도 계속됩니다. 쭈욱~ ^^


posted by 서정은 과장 (홍보팀)


Posted by samsungshi

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  1. ㅎㅎ 2013.09.06 23:54  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    저도 드릴십이랑 FPSO를 건조할때 함께 했었던 사람인데... 그 땐 한편으로 대단한 자부심에 나름 재미도 있었었는데 말이죠.. ㅎㅎㅎ
    쩝... ^^;;;
    근데, 위 사진의 FPSO는 '일반적인' FPSO가 아닌.. 스스로 운항이 가능한 것인가 보죠?

    • samsungshi 2013.09.09 11:33 신고  댓글주소  수정/삭제

      안녕하세요. 말랑말랑한 SHI이야기를 방문해주셔서 감사합니다. ^^ 드릴십과 FPSO건조에 함께 하셨다니..의미가 남다르시겠네요.

      말씀해주신 것처럼, 기존에 올라갔던 FPSO 사진은.. 설명과 달리 사진이 잘못 들어가있었습니다. 이에 댓글 등록 후 일반적인 FPSO로 사진으로 바로 변경(9/6수정완료)하였습니다.

      기존에 첨부된 사진은 일반적인 FPSO와는 달리 '스스로 움직일 수 있는 FPSO 능가라호'였습니다. 삼성중공업이 건조한 ‘자항추진 FPSO 능가라호’는 극지방에서 빙하라든가 유빙 등과의 충돌을 피하고 해상 원유 채굴을 가능하게 해준 ‘세계 최초의 자항추진 FPSO’로, 세계 3대 조선해양전문지에서 선정한 ‘최우수 선박상'을 휩쓸며 조선업계에 파란을 일으킨 바 있습니다.

      댓글 감사드립니다. ^^

  2. 퐝야 2013.09.09 17:30  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    잘봤습니다! 업데이트 좀 일정하게 부탁드립니다.^^ 불규칙하고 텀이 긴 면이 없지 않아있네요.

  3. 뱃놈 2013.09.09 23:50  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    재밌는 글 잘 읽었습니다. 다른 배들의 이야기도 또 올려주세요~ ㅎㅎ ^^

  4. KK PARK 2013.09.10 18:49  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    제가 아는 BOP는 Blow Off Preventer 아니고 Blow Out Preventer 입니다...

    둘을 겸용해서 쓰는지는 모르겠네요..

  5. matrix Lee 2013.09.10 19:31  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    바닥 뚫는 과정 사진이나 영상으로 같이 보여주심 안되나요?
    그래픽 영상과 함께 보면 이해가 더 빠를 것 같은데..

  6. matrix Lee 2013.09.10 19:44  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    한가지 더.

    반잠수식 시추선과 고정식 해양플랫폼은 어떤 차이가 있는지 좀더 구체적으로 알고 싶습니다.

    빠른 시일내에...

    • 정재민(CS팀) 2013.09.12 01:27  댓글주소  수정/삭제

      구글에서 영문검색하시거나 네이버에 찾아보시면 많은 자료를 얻을 수 있습니다. 정말 관심있으시면 도움되실꺼에요. 고정식은 대륙붕같이 얕은 지역에서만 작업이가능하고 해체/이동의 제약이 크답니다. 이를 보완한게 jack up rig 입니다.
      DP가 아닌 바닥에 파일을 박는 형식으로 설치되지만 시추가 끝나면 파일을 올리고 부유한 상태로 이동할수있습니다.

    • samsungshi 2013.09.12 09:26 신고  댓글주소  수정/삭제

      안녕하세요, 말랑말랑한 SHI이야기 입니다.
      와우~ 재민님~ 답변해주셔서 감사합니다!!! ^^

  7. 이웅재 2013.09.10 22:20  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    안녕하세요. 삼성중공업 입사에 관심있는 학생입니다.
    마지막 부분을 읽다가 궁금증이 생겼는데요!
    그러면 극지에서는 자원 채취가 불가능한 것인가요?
    만일 불가능하다면 현재 그에 대한 연구가 진행중인가요?

    • samsungshi 2013.09.11 16:12 신고  댓글주소  수정/삭제

      안녕하세요, 말랑말랑한 SHI이야기 입니다.
      좋은 질문 하셨네요!

      삼성중공업은 '08년 세계 최초 극지용 드릴십을 수주한 바 있는데요. 이 선박은 지난해 건조를 마치고, ‘스테나 드릴막스 아이스(Stena DrillMAX ICE)’라고 명명·인도되었습니다.

      극지용 드릴십은 얼음 덩어리들이 떠다니는 북극해 지역에서 안정적으로 작업할 수 있도록 세계 최초로 내빙 설계가 적용된 드릴십인데요. 선체 두께가 무려 4㎝에 달하며, 영하 40℃의 혹한에서도 견딜 수 있도록 모든 기자재들이 보온처리되었답니다.

      답변이 되었나요? ^^
      앞으로도 종종 방문해주세요~

  8. 김창균 2013.11.04 23:10  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    정말 재미있게 읽었습니다.

    개인적으로 FPSO 가 스스로 움직이지 못한다는것은 알고 있었지만

    요즘에 움직일수있는 선박형 FPSO도 많이 계발중이라고 들었습니다.

    삼성중공업에서도 앞으로 이러한 고부가 기술을 가진 선박을 만들건지 궁금하네요^^

    • samsungshi 2013.11.05 08:28 신고  댓글주소  수정/삭제

      안녕하세요, 김창균님..^_^
      방문해주셔서 감사합니다.

      삼성중공업은 이미 자항추진 FPSO를 건조한 실적이 있답니다.
      삼성중공업이 건조한 ‘자항추진 FPSO 능가라호’는 초단기 공사기간 기록, 선주 지적사항 제로, 고품질 실현에 따른 선주 만족도 100점을 받으면서 세계 3대 조선해양전문지(미국의 마리타임리포터<Maritime Reporter>와 마린로그<Marine Log>, 영국의 네이벌아키텍트<Naval Architects>;)에서 선정한 ‘최우수 선박상'을 휩쓸며 조선업계에 파란을 일으킨 바 있죠. ^^

      삼성중공업의 자항추진 FPSO의 개발은 세계 조선역사에 한 획을 그은 중요한 사건이었답니다.

  9. 너구링잉 2014.04.02 22:42  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    안녕하세요. 잘 봤습니다.

    근데 드릴십의 BOP의 역할은 무엇인가요?
    BLOW OUT 이라는 것이 무엇인가요?

  10. 궁금해 2014.09.24 20:50  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    원하는 위치에 파이프를 심어야 하는데 그럼 파이프가 휘어져 들어가기도 하잖아요
    정확하게 도달했는지, 무슨 시스템으로 제어를 해서 원하는 목적지에 도달할까요?

  11. 밝음 2014.11.03 10:52  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    감사합니다.

  12. 유명철 2014.12.12 13:57  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    너구링잉님.
    blow out이란, drilling 과정에서 유정(well)을 통해 고압의 가스가 누출되어 drillship 상부로 고압의 gas와 oil이 역류하는 현상을 말합니다. 일단 blow out이 발생하게 되면 화재나 폭발로 연결 시 대형 사고로 연결될 수 있습니다.이걸 예방하기 위해 해저에 설치되는게 BOP 입니다.몇년 전 남미 해상에서 엄청난 폭팔 사건이 있었죠?원인은 BOP 부품의 주기적인 정비가 제대로 이루어지지 않아서인걸로 알고 있습니다.그만큼 BOP의 기여도가 큼을 짐작할 수 있습니다.

    궁금해님.
    drillship에서 해저의 유정으로 연결되는 파이프라고 말씀하시는 부분의 정확한 명칭은 riser 이구요, 외력(파도/조류/선박의 6가지 움직임 등)으로 인하여 많은 bending moment와 stress를 받게 됩니다.이를 극복하기 위해, riger angle monitoring system이 DP system과 연계되어 max.allowable angle을 넘지 않도록 drillship의 위치를 유지하도록 해줍니다.

    해저에 설치된 몇개의 HIPAP trasponder(보통 4개)가 drillship의 하부에 설치된 USBL 방식의 HIPAP transceiver 및 ROV에 위치 신호를 송신하여 위치정보를 제공합니다.DGPS와 마찬가지로 HIPAP 또한 DPS(dynamic positioning system)의 중요구성요소인 PRS(psition reference sensor)입니다.그리고 이러한 작업은 ROV(remotelt operated vehicle)라고 불리는 무인잠수정에 의해 실시간 모니터링이 됩니다.무인잠수정의 조종제어 및 운용은 ROV pilot 부서에 의해 이루어 집니다.