(57)【要約】固定把持具（２１）を備える円筒形の容器と、円筒形の容器を包囲する密封材（１９）を有するパイプライン隔離ツール（１）を備えるパイプライン隔離用の装置である。固定把持具（２１）及び密封材（１９）は、円筒形容器のコア内に含まれる油圧式ピストン（１０）及び当該ピストン（１０）を操作するための油圧ポンプによって操作可能である。ピストン（１０）は、当該ピストン（１０）によって掃引される容積が両方向で等しいように、細長い軸と、当該軸上の中央に配置された頭部とを備える二重ロッドで作用する。制御モジュール（３２）は一方の端部で隔離ツール（１）と接続され、検測ツール（３３）は隔離ツール（１）の他方の端部と接続される。
2005517142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定把持具（２１）を備える筒形容器と、当該筒形容器を包囲し当該筒形容器のコア内に含まれる油圧ピストン（１０）によって操作可能である密封材（１９）と、前記ピストン（１０）を操作するための油圧ポンプとを有するパイプラインの隔離ツール（１）を備えるパイプライン隔離用装置であって、
前記ピストン（１０）が、細長い軸と当該軸上の中央に配置される頭部とを備える二重のロッドで作動するピストン（１０）であることにより、前記ピストン（１０）によって掃引される容積が両方向で等しくなる、パイプライン離隔用装置。
【請求項２】
制御モジュール（３２）が、当該制御モジュールの一方の端部で前記隔離ツール（１）に接続されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
板状部材（４）が、前記制御モジュール（３２）上に設けられ、主放出弁（４０１）が前記板状部材（４）に組み込まれている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記隔離ツール（１）が前記パイプライン内の最終目標位置に至るまで、前記主放出弁（４０１）の動作を防止するために、トリガスプール弁（４００）が前記板状部材（４）に組み込まれている、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記隔離ツール（１）がその最終目標位置に到達したときに、作動される前記油圧ポンプ上の予備ラインから前記トリガスプール弁（４００）が駆動され、それによって、前記予備ラインが加圧され、前記トリガスプール弁（４００）が前記主放出弁（４０１）から分離して駆動されることにより、前記主放出弁（４０１）が圧力スパイクに対して応答して作動することを可能にする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
取り付けられた前記制御モジュール（３２）が、遠隔操作ユニット（４）と通信するための手段を有する、請求項２乃至５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記制御モジュール（３２）が、異なる外直径を有する前記隔離ツール（１）の範囲で使用するように構成可能である、請求項２乃至６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記二重ロッドで作動するピストン（１０）の動作が、前記遠隔操作ユニット（４）からの信号によって制御可能であり、前記信号が、極低周波数の磁気波を使用して、前記パイプラインを通じて前記制御モジュール（３２）と通信可能である、請求項６又は７に記載の装置。
【請求項９】
前記磁気波が、アンテナ配列群（３０２ａ、３０２ｂ）を使用して検出可能であり送信可能である、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
隔離中の前記隔離ツール（１）の移動が、前記遠隔操作ユニット（４）に配置されるシンチレーション検出器を使用して検出され、前記シンチレーション検出器が、前記制御モジュール（３２）に配置される特定の放射性同位体の周波数認識のために同調されている、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記遠隔操作ユニット（４）が、搭載型のＥＬＦ通信システム（５）を有するプログラム可能な自律型潜水艇（ＡＵＶ）である、請求項６乃至１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記二重軸ピストン（１０）の前記ロッドの一方の端部が中空である、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記装置の機械加工された構成要素が、チタン又はチタン合金から製造されている、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
検測ツール（３３）が、前記制御モジュール（３２）から遠位にある前記隔離ツール（１）の前記端部に設けられている、請求項２乃至１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
２又はそれ以上の隔離ツール（１）が、前記制御モジュール（３２）と前記検測ツール（３３）との間に設けられている、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
圧力センサ（４０乃至４７）からの出力値を監視するための第１のマイクロコントローラと、弁コントローラ（３０８、３０９、３１０）と、油圧式ポンプモータ（３０７）と、電源（３０３、３０５）とを備える前記制御モジュール（３２）内に配置された第１のモジュールと、シンチレーション検出器からの出力値を監視するための第２のマイクロコントローラを備える遠隔操作ユニット（４）内に配置された第２のモジュールとを備え、
前記第１及び第２のマイクロコントローラがそれぞれ、ＥＬＦを使用してパイプラインを通じて通信するための通信手段を有し、前記第２のモジュールが、遠隔操作コマンドユニットと通信することが可能である、前記請求項のいずれか一項に記載のパイプライン隔離用装置の動作制御用制御システム（４、５、６）。
【請求項１７】
前記圧力センサ（４０乃至４７）から受信された出力値を監視するための問合せ手段と、前記弁コントローラ（３０８、３０９、３１０）と、前記油圧式ポンプモータ（３０７）と、シンチレーション検出器と、前記電源（３０３、３０５）と、前記問合せ手段から受信された出力値を分析するための解析手段と、前記問合せ手段から受信された出力値への応答と前記隔離ツール（１）を設置及び非設置するための前記弁コントローラ（３０８、３０９、３１０）及び前記油圧式ポンプモータ（３０７）を動作させるために事前にプログラムされた動作指示への応答との双方について信号を発生及び伝達するための手段とを含む、請求項１６に記載のシステム（４、５、６）制御用制御プログラム。
【請求項１８】
前記解析手段が、前記圧力センサ（４０乃至４７）からの出力値が、前記隔離ツール（１）が設置された後、事前にプログラムされた許容可能な帯域幅外になった場合に動作可能である警報発生手段をさらに備える、請求項１７に記載の制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイプライン隔離用の装置、特に高い内部圧力のパイプラインを施栓するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油及びガスは、パイプラインとして知られている長い輸送管を使用して、供給源から第２の位置へ移送される有用で高価な生活必需品である。パイプラインの寿命のほぼ全体を通じて、区画の修理又は交換を行わなければならない。しかし、全部ではないがいくつかのパイプラインは、例えば海底などの困難な作業環境に全体的又は部分的に配置されている。高い圧力がかけられたパイプライン内部に包含されるこの事実は、伝統的に、隔離（孤立化）を必要とするパイプラインを作業の開始の前に減圧しなければならないため、パイプラインの隔離が困難で大変な作業であることを意味している。
【０００３】
米国特許第４，３３２，２７７号は、高圧パイプラインの隔離を可能にするウィットマン工具を開示している。これによって、パイプライン全体の減圧が必要なくなる結果、パイプライン所有者によってかなりのコストが削減されることになる。
【０００４】
しかし、ウィットマン工具には重大な欠点がある。工具の「制御機能」は、油圧連結具（テザー（tether））を使用して行われる。油圧連結具は、短距離の油圧制御の臍帯状連結具（アンビリカル（umbilical））を効率的に使用して機能するだけである。このことは、ウィットマン工具が、パイプライン内に長い距離入ることを防止する。したがって、この工具は、パイプラインの始端部又は終端部を閉じるために操作される。
【０００５】
磁気技術での最近の開発は、極低周波（Extremely Low Frequency:ＥＬＦ）を使用する「パイプライン壁を通じて」の通信を可能にした。ＥＬＦは、低周波数の磁場の励磁及び検出に基づいている。磁気波又は磁気場は、０Ｈｚから３００Ｈｚの間の周波数スペクトルの下端部で見出される。
【０００６】
極低周波（ＥＬＦ）磁気波は、磁気周波数スペクトルの下端部で見出され、送信機と受信機の間の大抵の物理的媒体とは無関係に、炭素鋼、コンクリート、地面、水などを透過するために使用することができる。ＥＬＦは、そのデータ伝送速度が遅すぎるため、信号通信量のために軍によって大規模には使用されていない。いくつかのＥＬＦ技術は、１９９０年代中ごろまで軍によって機密にされ続けていた。
【０００７】
磁気波又は磁場を使用する超低周波通信（Very Low Frequency：ＶＬＦ）が、潜水艦とメッセージを送受信するために４０年にわたって使用されてきた。たとえば、英国に拠点を置く海岸のＶＬＦ送信機が、潜水艦がＶＬＦアンテナと適合されて、７．６２メートル（２５フィート）より浅い深度を航行している、又は潜望鏡深度で操縦されている場合、シンガポールに拠点を置く潜水艇に信号通信を同報通信（放送）することができる。
【０００８】
超低周波（Ultra Low Frequency:ＵＬＦ）は、アメリカ合衆国が、巨大なアンテナシステムを有する２つの送信機が維持された合衆国サングイン計画の一部として、より高度な放送網を採用することを可能にした。２つの送信機は、ＵＬＦ信号を世界中のより深い深度のアメリカ合衆国海軍潜水艦へ同報通信することができる。
【０００９】
ＥＬＦ通信技術は、臍帯状連結具（アンビリカルテザー）を必要としない、したがってそのパイプラインに沿ったいかなる選択された位置でも、隔離ツールの初期到着点から何百マイルも離れていても、パイプラインの遠隔の隔離を可能にする、自律型パイプライン隔離ツール（プラグ）の開発を可能にした。固定、監視及び固定解除などの隔離ツールによって実施されるコマンド機能は、パイプライン壁面を通って動作するＥＬＦ通信システムによって実施された。
【特許文献１】米国特許第４，３３２，２７７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このことにもかかわらず、自律型パイプライン隔離ツールに付随する問題点がある。最初に、大部分のツールが、隔離ツール内に従来型のピストンを含み、それによってピストンのロッド側は、ピストンの平坦な側よりも小さい体積を有する。密閉油圧系の中でのこの不均衡は、ピストンの一方の側にロッドを有し、ピストンのもう一方の側にロッドを有しないことによって存在する追加の油の容積に対処するために、蓄圧器又はその他の補償装置の設置を必要とする。
【００１１】
ここで生じるさらなる問題点は、別個の専用の検測ツールを使用することなしで、隔離作業開始の前に、隔離ツールが所望の位置に到達することの確認が不可能なことである。内部のパイプラインの幾何形状が正常であり障害のないことを決定するために別個の専用検測ツールを採用することはコストがかかるが、作業中、内部のパイプラインの幾何形状が異常であり、障害物によって遮蔽されていることが発見された場合もコストがかかる。第２に、隔離ツールが、故障、即ち「デッドシップ（動けない船）」のような状態からの回復を確実にするために、主放出弁を設置することが必要である。主放出弁を組み込むことは重要であるが、隔離ツール内の空間と競合するため極めて望ましくない。第３に、電子及び油圧制御構成部品を、小さい圧力容器内に封入しなければならないため、より小さなパイプラインが、隔離装置を製造するためにより困難であることが判明した。
【００１２】
上述の問題点の解決手段を追求することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
したがって、本発明は、固定把持具を備える筒形容器と、筒形容器を包囲し、筒形容器のコア内に含まれる油圧ピストンによって操作可能である密封材と、ピストンを操作するための油圧式ポンプとを有し、パイプライン隔離ツールを備えるパイプライン隔離のための装置であって、前記ピストンが、当該ピストンによって掃引される容積が両方向で等しいように、細長い軸と当該軸上の中央に配置された頭部とを備える二重ロッド式で動作するピストンである装置を提供する。
【００１４】
好ましくは、制御モジュールが、その一方の端部で隔離ツールと接続されている。
理想的には、板状部材が、制御モジュール上に設けられ、主放出弁が前記板状部材に組み込まれている。
【００１５】
好ましくは、隔離ツールがパイプライン内の最終目標位置になるまで主放出弁が動作することを防止するために、トリガスプール弁が、前記板状部材に組み込まれている。
理想的には、前記トリガスプール弁が、油圧ポンプ上の予備ライン（パイロットライン）から駆動され、隔離ツールが最終目標位置に到達したときに作動され、それによって、予備ラインを加圧し、トリガスプール弁を主放出弁から離して、前記主放出弁が圧力スパイクに応答して作動することを可能にする。
【００１６】
好ましくは、取り付けられた制御モジュールが、遠隔操作ユニットと通信するための手段を有する。
理想的には、前記制御モジュールが、異なる外直径を有する隔離ツールの範囲で使用するように構成可能である。
【００１７】
好ましくは、二重ロッド式ピストンが、遠隔操作ユニットからの信号によって制御可能であり、信号が、極低周波（ＥＬＦ）の磁気波を使用して、パイプラインを通じて制御モジュールへ通信可能である。
【００１８】
理想的には、前記磁気波は、アンテナ配列群（アンテナ・アレイ・クラスタ）を使用して検出可能であり、送信可能である。
好ましくは、隔離中の隔離ツールの運動が、遠隔操作ユニットに配置されたシンチレーション検出器を使用して検出され、前記シンチレーション検出器が、制御モジュールに配置された特定の放射性同位体の周波数を認識するために同調されている。
【００１９】
理想的には、遠隔操作ユニットが、搭載型（オンボード）のＥＬＦ通信システムを有するプログラム可能な自律型潜水艇（autonomous underwater vehicle：ＡＵＶ）である。
好ましくは、二重軸式ピストンのロッドの一方の端部が中空である。
【００２０】
理想的には、装置の機械加工された構成要素が、チタン又はチタン合金から製造されている。
好ましくは、検測ツールが、制御モジュールから遠位にある隔離ツールの端部に設けられている。
【００２１】
理想的には、２つ以上の隔離ツールが制御モジュールと検測ツールの間に設けられている。
本発明はまた、圧力センサからの出力値を監視するための第１のマイクロコントローラと、弁コントローラと、油圧式ポンプモータと、電源とを備える制御モジュール内に配置された第１のモジュールと、シンチレーション検出器からの出力値を監視するための第２のマイクロコントローラを備える遠隔操作ユニット内に配置された第２のモジュールとを備え、前記第１及び第２のマイクロコントローラがそれぞれ、ＥＬＦを使用してパイプラインを通じて通信するための通信手段を有し、前記第２のモジュールが、遠隔操作コマンドユニットと通信することが可能である、上記で概要を述べたパイプライン隔離用の装置の動作を制御するための制御システムを提供する。
【００２２】
本発明はまた、圧力センサからの出力値を監視するための問合せ手段と、弁コントローラと、油圧式ポンプモータと、シンチレーション検出器と、電源と、問合せ手段から受信された出力値を分析するための解析手段と、問合せ手段から受信された出力値への応答と、隔離ツールを設定及び設定解除するための弁コントローラ及び油圧式ポンプモータを動作させるために、事前にプログラムされた動作指示への応答との双方について、信号を発生及び伝達する手段と含む、上記で概要を述べたシステムを制御するための制御プログラムを提供する。
【００２３】
好ましくは、解析手段は、圧力センサからの出力値が、隔離ツールが設置された後、事前にプログラムされた許容可能な帯域幅外になった場合に動作可能である警報発生手段をさらに備える。
【００２４】
有利には、隔離ツールの前部分及び後部分が、さらなるツールの取付けを可能にする玉継手ハウジングを含む。
有利には、検測ツールが隔離ツールに取り付けられ、検測ツールがパイプラインの幾何形状を記録する検測プレートを含む。
【００２５】
検測ツールが、隔離される特定のパイプラインに適した検測プレートを運搬し、検測プレートが隔離ツールの外直径を超える幾何形状を有することが好ましい。理想的には、検測プレートは、目標とするパイプラインの内直径の９２％に収まるように構成されているが、検測プレートは、個別の顧客要求に対処するように作製することができる。理想的には、検測ツールは、隔離作業開始の前に隔離ツールから切り離され、内部のパイプライン幾何形状が正常であり障害物から自由であることを確認するために配置される。
【００２６】
好ましくは、検測ツールは、パイプライン隔離作業の開始の前に隔離されたツールと再結合される。
理想的には、隔離装置は、パイプ内の流体の運動によって「列（トレイン）」内の隔離点へ移送される。有利には、「列」は、検測ツールと、１つ又は複数の隔離ツールと、制御モジュールとを備える。理想的には、一旦隔離ツールが隔離部位に至った後、コマンドシステムがパイプラインの外部の通信システムとともに、ＥＬＦ技術を使用してパイプラインの内部の制御モジュールと通信する。
【００２７】
理想的には、遠隔操作ユニットが、二重動作又は二重軸式ピストンを作動させ、パイプライン内の状態が適切である場合、塞栓部材が係合される。有利には、二重動作ピストンは、広範囲の隔離ツールのサイズに適するように容易に適応可能である。有利には、隔離ツールはまた、様々な内直径サイズを有するパイプラインを収容するように容易に適応可能である。たとえば、パイプライン内直径は、全体として、０．３０ｍから１．０７ｍの範囲であり、隔離ツールは、特定の要件のために作製することができる。理想的には、同じ制御モジュールを、さまざまなサイズ隔離ツールに適応させることができる。
【００２８】
本発明の隔離ツールのいくつかの実施形態の一例に過ぎない、添付の図面を参照にして、本発明を以下より具体的に説明する。
【発明を実施するため最良の形態】
【００２９】
最初に図１を参照すると、前端の第１モジュールが検測ツール３３であり、第２及び第３のモジュールがそれぞれ隔離ツール３７及び３８であり、後端の第４モジュールが制御モジュール３２である、列（モジュール列）内の４つのモジュールを備える、本発明の装置の好ましい実施形態の側部断面図が示されている。検測ツール３３は、パイプ隔離作業の開始時に高圧の領域３０内へ、下流３６へ移動するための第１のモジュールである。検測ツール３３は、隔離ツール３７及び３８をそれぞれ発射する前に、パイプライン幾何形状が適合可能かどうかを確認するけ検測プレートを収容している。検測ツール３３が、列から分離され、それ自体のパイプラインの下流へ発射される。検測ツール３３は次に、ラインのさらに下流で回収され（又はランチャーに回収され）、回収された検測プレートが検査される。ラインに邪魔なものがなく列が隔離位置へ到達することができると決定されたあと、検測ツール３３が列に再結合され、列が発進される。
【００３０】
パイプライン内の列上に圧力送信機が配置されている。ポンプ式のこの圧力送信機が、制御モジュール３２上に配置されている。隔離ツール３７及び３８の上にそれぞれ圧力送信機４１乃至４４がある。本質的に、これらの圧力送信機４１乃至４４は、設置位置及び非設置位置での二重軸油圧ピストンの圧力を記録及び送信する。隔離ツール３７及び３８のそれぞれの上で、圧力送信機４１及び４３は、設置位置での二重軸油圧ピストンの圧力を記録及び送信し、圧力送信機４２及び４４は、非設置位置での二重軸油圧ピストンの圧力を記録及び送信する。
【００３１】
パイプライン内の列上に配置された別の圧力送信機がある。列がパイプライン内にあるとき、下流圧力３６、環状部圧力３５及び上流圧力３４を列から測定することが可能である。この特定の例では、下流圧力が、圧力送信機４７によって記録及び送信され、他方、圧力送信機４６及び４５は、環状及び上流圧力をそれぞれ記録及び送信する。
【００３２】
隔離ツール３７及び３８、及び制御モジュール３２の動作を、それぞれ図２乃至図１２及び図１３乃至図１４を参照して明確に説明する。
図２は、隔離ツール１の第１の実施形態の側部断面図である。隔離ツール１は、密閉油圧系、前端及び後端それぞれの玉継手ハウジング１５及び２４、圧力頭部１４、圧力頭部支持盤１７、パッカー密封材１９、把持軸受リング１２、把持セグメント２１、作動器フランジ２２及び作動器フランジ支持盤２３を備える。密閉油圧系は、二重軸油圧ピストン１０、戻りバネ中心付けピン１１、戻りバネ受け具１３、シリンダ頭部２０、ピストンシリンダ１６を備え、放射性同位体（図示せず）が、検出目的のために隔離装置内に配置されている。
【００３３】
密閉油圧系は、隔離ツール１内の中央に配置されている。二重軸油圧ピストン１０の前部１０ａは、圧力頭部１４に包囲されており、圧力頭部１４は、後方に延びて、密閉油圧系の前半分を包囲する２つの突出部材を有する。第１の突出部材１４ａがピストンシリンダ１６と戻りバネ受けバネ１３との間に配置されており、他方、第２の突出部材１４ｂが戻りバネ受けバネ１３と前方突出部材２２ａの外側に配置され、パッカー密封材１９と把持軸受リング１２の両方によって包囲されている。圧力頭部１４は、前側面に取り付けられた玉継手ハウジング１５を有する。圧力頭部１４は、圧力頭部支持盤１７によって定位置に確実に保持されている。二重軸油圧ピストン１０の後部１０ｂは、作動器フランジ２２と後部玉継手ハウジング２４の両方によって包囲されている。作動器フランジ２２は、密閉油圧系の後半分を包囲する前方突出部材２２ａを有する。前方突出部材２２ａは、戻りバネ受けバネ１３の外側、及び第２の後方突出部材１４ｂの内側にあるように配置されている。
【００３４】
作動器フランジ２２は、作動器フランジ支持盤２３によって定位置に確実に保持されている。さらなる支持が、把持セグメント２１によって作動器フランジ２２及び把持軸受リング１２に対して提供されている。隔離ツール１は、パイプラインの下流へ発射され、流体によって所要の位置へ推進される。
【００３５】
隔離装置の運動は、ＥＬＦ技術を使用して監視及び検出される。電池式のＥＬＦ波動音発振装置（ピンガー（pinger））が制御モジュールの内側に配置されている。パイプラインの内側の隔離装置の位置が、パイプラインの内側のＥＬＦ波動音発振装置に対するパイプラインの外側のＥＬＦ検出器による探査によって位置決定される。ＥＬＦ信号が距離とともに迅速に減衰するという事実により、隔離装置の正確な位置を検出することができる。波動音発振装置が、パイプラインの外側に配置されたアンテナに対してより近くに位置しているほど、このアンテナによって受信されるＥＬＦ信号は強くなる。このことは、周囲のノイズ状態に応じて、波動音発振装置と受信機の間の距離が４乃至１０メートル未満になるまで、波動音発振装置を検出できないことを意味している。一旦所要の位置になると、隔離ツール１が、パイプを施栓するように遠隔操作される（このことは、後で議論するはるかに高機能の送信機、受信機を必要とする）。遠隔操作コマンドが、密閉油圧回路内に含まれる流体を圧縮する電動モータと機械的に係合する。この流体は、二重軸油圧ピストン１０を、隔離ツール１を設置するために一方の方向へ運動させるためと、二重軸油圧ピストン１０を、隔離ツール１を設置解除するために他方の方向へ運動させるためとに使用される。
【００３６】
図３から図５は、パイプの内部で設置されていない部分的に設置された及び完全に設置された構成にある図２の隔離ツール１の第１の実施形態の側部断面詳細図を提供している。図３では、隔離ツール１は、設置されていない構成にあり、パイプ壁面２５の下側表面上に着座している。二重軸油圧ピストン１０が、係合して、戻りバネ中心付けピン１１上に保持された戻りバネを圧縮位置へ付勢する。図４は、バネが圧縮されるとき、隔離ツール１を、パイプ壁面２５の内周表面と接触させるように包囲する把持セグメント２１を示している。把持セグメント２１は、この部分的に設置された構成で、パイプ壁面２５の内周表面と接触している隔離ツール１の唯一の部材である。図５は、戻りバネ受けバネ１３のさらなる圧縮を示している。これは、パッカー密封材１９をパイプ壁面２５の内周表面と接触させる。ピストンの幾何形状は、二重軸油圧ピストン１０が、ピストン面の両側にロッドを有し、このようにしてピストンを流体的な平衡状態にするように再設計される。二重軸油圧ピストン１０の前端部１０ａから中空にされたロッド（図２参照）が、従来技術よりもずっと大きな容積の空洞内へ捕捉されたガスを圧縮することを可能にする。
【００３７】
図６及び図６ａは、板状部材４のそれぞれ透視図及び端面図であり、板状部材４は、組み込まれた主放出弁４０１を有する。図６ｂは、板状部材４内の主放出弁４０１の透視図である。油圧及び環状流体ネットワークの全てが、板状部材４を貫通しなければならず、したがって隔離ツール１内でかなりの空間が節約される。主放出弁４０１は、「圧力スパイク」原理で動作する。一旦圧力が、パイプライン動作圧力を超えて設定値以上のレベルまで増加すると、主放出弁の圧力解放弁がそれを感知し、主放出弁４０１を作動させる。
【００３８】
遠隔操作される隔離装置は、溶接ビード又はパイプライン内部から突出したその他の障害物に捕捉されうる。このような障害は、隔離装置の背部で流体を推進する際に圧力スパイクを生じさせ、主放出弁４０１の作動を引き起こす。主放出弁４０１が誤って動作することを防止するために、センサを遮蔽する追加のトリガスプール弁４００が設けられている。図７から図７ｃは、板状部材４内に配置された主放出弁４０１及びトリガスプール弁４００の端部断面図であり、主放出弁４０１及びトリガスプール弁４００が、作動する前、部分的に作動された、作動された後の設定にある。図７は、主放出弁４０１の摺動スプール４０４内に組み込まれたトリガスプール弁４００を示している。
【００３９】
トリガスプール弁４００は、隔離ツール１がパイプライン内の最終目標位置に来るまで、主放出弁４０１の摺動スプール４０４が運動することを防止する。トリガスプール弁４００は、油圧ポンプ上の予備ラインから駆動される。図７ａは、油圧ポンプが作動する際のトリガスプール弁４００の運動を示している。一旦油圧ポンプが作動されると、予備回路を圧縮し、トリガスプール弁４００を主放出弁４０１の摺動スプール４０４から遠ざかるように動かす。次に、トリガスプール弁４００は、バネ負荷されたラッチング戻止め４０２によってそれ自体固定される。一旦トリガスプール弁４００がラッチされたあと、主放出弁４０１の摺動スプール４０４は動作が自由であり、所定の圧力スパイクが、パイプライン動作圧力を超えて増加する。図７ｂ及び図７ｃは、一旦動作可能になった後の、主放出弁４０１の摺動スプール４０４の位置を示している。主放出弁４０１の摺動スプール４０４及びトリガスプール弁４０４の両方の動作位置は、端部片を板状部材４の周縁リムの上に突き出させる。端部片は板状部材４と、主放出弁４０１の摺動スプール４０４及びトリガスプール弁４０４の端部片との組合せの直径よりも大きい、直径を有する隔離ツール１の他の部材によって保護されている。
【００４０】
図８及び図８ａは、板状部材４から離れて隔離ツール１上に配置された圧力頭部支持盤１７のそれぞれ透視図及び端面図である。
図９は、二重軸油圧ピストン１０１の形状を示す隔離ツール２の第２の実施形態の側断面図である。図１０は、前に説明したように動作する、二重軸油圧ピストン１０１の側部断面拡大図である。
【００４１】
図１１及び図１２は、隔離ツールの透視図である。図１１は、圧力頭部支持盤１７及び作動器フランジ支持盤２３が、パイプラインを横切るとき、隔離ツール１のための保護の手段を提供しながら、隔離ツール１の主本体の幅を超えて延びる隔離ツール１の好ましい実施形態を示している。
【００４２】
図１２は、隔離ツール３の第３の実施形態の透視図である。支持盤は、隔離ツール３の主本体の幅を超えて延びていない。その代わりに、隔離ツール３の側面に対する保護が、隔離ツール３の前部及び背部のバネ輪の円形リングによって提供される。
【００４３】
図１３は、本装置のコマンドシステム４、通信システム５及び制御システム６の概略図である。遠隔操作される隔離ツール１（図２参照）は、１００ｋｍ以上の距離の間、海底パイプラインを下流へ移送可能である。そのとき、介入作業がパイプライン隔離部の上流側で行われる前に、パイプラインの下流側の内側で生産物を安全に密閉するように自動的に操作される。システムは以下のように構築されている。
・海面上の船の上に配置された、又は海岸上に離れて配置された、コマンドシステム４。
・使用中のパイプラインの上部に配置された、通信システム５。
・使用中のパイプラインの内側に、制御モジュール３２の中に配置された、制御システム６。
【００４４】
隔離ツール（１）の全ての動作は、パイプラインの外側の遠隔操作ユニット内に配置された第１の電子モジュール３０１ａ及び第１のアンテナ３０２ａと、パイプライン内側の隔離装置列の制御モジュール（３２）内に配置された第２の電子モジュール３０１ｂ及び第２のアンテナ３０２ｂとを備える通信システム５を介して、コマンドを送信し、読取値を受信するソフトウェアを実行するコンピュータ２０６によって制御される。コンピュータ２０６は、海面の船上に配置され、ＲＳ４８５アダプタ２０５及び海中臍帯状連結ケーブル２０３を通して第１の電子モジュール３０１ａと接続される。別法として、コンピュータ２０６は、陸上に配置され、信号が、音響信号伝送技術を介して通信システム３０５の第１の電子モジュール３０１ａへ送信される。
【００４５】
コマンドシステムコンピュータ２０６は、電力供給本線２００及び２０１である。コマンドシステム４はまた、海中ケーブル２０３の下流へ通信システム５の第１の電子モジュール３０１ａまで２４Ｖ交流２０２を送信する。通信システム５の第１の電子モジュール３０１ａ及び第１のアンテナ３０２ａは、パイプラインの外側に配置され、適合するアンテナ３０２ａをパイプライン内部の適合するアンテナ３０２ｂと最適に通信することを可能にするためのシンチレーション検出器を使用して正確に配置される。アンテナ３０２ａは、コイル群を備え、より大きな集約的伝送源が、パイプラインの内側の適合するアンテナ３０２ｂによってより容易に受信し（磁気の点で）、より大きな集約的な受信システムが信号アンテナ３０２ｂ受信機に有用であるような配列を形成する。
【００４６】
シンチレーション検出器が、パイプラインの内側の隔離装置の実際の位置を決定する。これらは、隔離装置で通常使用される同位体として構成されている（使用される同位体の例は、タンタル１８２、イリジウム１９２又はセシウム１３７である）。通信システム５及び制御システム６に対して「最良の送受信」を容易にする、シンチレーション検出器は、事前に定義された「最適な」幾何形状でアンテナ列３０２ａの内側に組み込まれている。シンチレーション検出器システムは、隔離装置内の放射性同位体のいかなる運動も検出されるように２つのシンチレーション検出器システムで構成されている。１つの検出器は、輝いている（放射線を発している）源を常に見ており、第２の検出器は、１メートル離れて、「輝いていない」源を見ている。装置が移動すると、第１の検出器がその信号を失い、第２の検出器が信号を得る。この方法は、隔離装置が移動したという能動的な標示を与える。
【００４７】
別法として、検出器は、３つの関連会社によって採用されている。これらのユニットは、パイプラインに面する海底へ下降し、潜水士又は代替となる方法によって、外部アンテナ３０２ａの配列に対して有利な位置へ移動される専門的な装置を備える。
【００４８】
制御モジュール（３２）内に配置された放射性同位体上に配置された、アンテナシステムの「内蔵型」シンチレーション検出器によって最適な位置が達成される。通信システム５は、第２の電子モジュール３０１ｂ及び第２のアンテナ３０２ｂを備える制御システム６の送信機と通信するための第１の電子モジュール３０１ａと第１のアンテナ３０２ａを備えるＥＬＦ送信機を含んでいる。隔離装置の制御システム６は、制御モジュール（３２）内に配置された（図８参照）大気圧容器１７の内部に配置されている。ＥＬＦ通信を通して、隔離ツールのそれぞれを設置（ＳＥＴ）又は非設置（ＵＮＳＥＴ）とするために、指示が送受信され油圧式ポンプシステム３０７を動かす。制御システム６はまた、弁位置３０８乃至３１０、圧力センサ４０乃至４７ならびに警報状態に関する通信システム５についての情報を送信する。制御システム６は、隔離ツール（１）が設置された後に、圧力が定義した限界の外側へ動くとき、警報を開始するように帯域幅の設定を可能にする。
【００４９】
図１４は、ＥＬＦ信号を送受信するための電子回路基板３０１ｂの概略図である。電子回路基板３０１ｂの中央に、ＰＩＣ１８Ｃ４５２マイクロコントローラ３０１３がある。このデバイスは、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＩＯを組み込んでいる。これはまた、１２Ｃマスターモジュール、ＵＳＡＲＴ及びアナログデジタル変換器を含む周辺機器もいくつか組み込んでいる。１２Ｃプロトコルが、プリント回路基板（ＰＣＢ）３０１ｂ上のローカルデバイスと通信するために使用されている。ＰＣＢ３０１ｂ上の１２Ｃデバイスは、８チャンネル１２ビットＡ／Ｄ変換器３０１１、リアルタイムクロック、不揮発性ＥＥＰＲＯＭ、４チャンネルデジタル電位差計及び８ビット４チャンネルＤ／Ａ変換器３０１２を備える。
【００５０】
マイクロコントローラ３０１３は、ＲＳ２３２インターフェイスデバイスを通じて弁コントローラと通信し、ＲＳ４８５インインターフェイスデバイスを通じて外部デバイスと通信するためにそのＵＳＡＲＴを使用している。圧力送信機は、４乃至２０ｍＡインターフェイスを有し、８チャンネル１２ビットＡ／Ｄ変換器３０１１を使用して読み取られる。ＥＬＦ送信機回路は、プッシュプル送信機３０２１及び高ゲイン受信機３０１９から成る。ＥＬＦ送信機３０２１は、ＦＥＴトランジスタ駆動のデジタルブリッジ回路であり、２つのＩ／Ｏラインを使用するマイクロコントローラ３０１３によって決定された方向及び速度で、送信機コイルを通って電流を通過させる。周波数の範囲又は位相の変調は、Ｉ／Ｏラインの各トグル間の遅延を変更することにより、マイクロコントローラによって達成することができる。
【００５１】
ＥＬＦ受信機回路は、アンテナ３０２ｂによって捕捉された信号を得て、増幅器３０１８を使用して増幅させ、様々な帯域フィルタ３０１７を使用して、望ましくない信号を除去する。異なる環境及び信号強度に適応するために、マイクロコントローラ３０１３は、１２Ｃ  ４チャンネルデジタル電位差計を使用して増幅器ゲイン３０１６を０から−８０ｄＢに調整することができる。結果として得られる信号は、信号レベルを監視するためのマイクロコントローラ３０１３内のＡ／Ｄチャンネル内に供給される。信号はまた、ゼロ交差検出のために設定された比較器３０１５内へ供給される。結果として得られる信号は、受信されたＥＬＦ信号のデジタル表現であり、出力は、マイクロコントローラのＩ／Ｏポートの１つに供給されて、ソフトウェアによって解析される。
【００５２】
理想的には、コマンドシステムソフトウェアは、マイクロソフトウィンドウズ（登録商標）ＸＰ動作システムを備えるＩＢＭ互換ＰＣ上で実行される。ソフトウェアは、ビジュアルＣ＋＋で書かれており、標準的なマイクロソフトオブジェクト及びファンデーションクラスで使用されている。ソフトウェアは、マウス及びキーボードフィードバックを備えるビジュアルフロントを有する。マイクロソフトウィンドウズ（登録商標）及びビジュアルＣ＋＋は、イベント駆動型であり、キーボード、マウス及び通信ポートのイベントに対して反応する。コマンドシステムソフトウェアが、マイクロコントローラ内に埋め込まれている。全ての関数は、ＡＮＳＩコンプライアントＣで書かれており、マイクロチップＭＣＣ１８コンパイラを使用してコンパイルされる。柔軟性及び維持の容易さのために、制御システムＰＣＢ及びソフトウェアは同一である。動作モードを変更するために必要なのは、ＰＣＢ上のモードピンのデジタル状態の変更だけである。「１」が１２Ｈｚ波の１サイクルとして送信され、「０」が６Ｈｚ波の１サイクルとして送信されるという、極めて単純な周波数偏移符号化（ＦＳＫ）方法が実装されている。この暗号化方法は良く機能し、正確に解読するのが極めて簡単である。
【００５３】
ＥＬＦ受信機では、「０」及び「１」の点から、メッセージコンテンツを判定するために入射信号を解読しなければならない。これは以下のように行われる。
ａ．入射ＥＬＦ信号が、最大振幅ゲインを使用して確実に制限される。
ｂ．信号の各ゼロ交差の間の時間が測定される。
ｃ．ビットタイプが、各ゼロ交差の間の時間を計測することによって決定される。
【００５４】
この極めて簡単な方法は、送信及び受信アンテナ３０２ａ、３０２ｂを同位相に方向付け、位置合わせすべきであることを示唆している。このことは、パイプライン内の隔離ツールの方向が、外部アンテナの極性がそうであるように公知であるため、実用用途でいかなる問題も呈しない。
【００５５】
各ＥＬＦメッセージは、３バイトのみで構成されているが、誤った通信を防止するために、余分なビットパッキングが送信時に加えられる。受信機マイクロコントローラが、ビットが受信されるたびに、有用なパケットを確認する。メッセージを処理するために、パケットは、７個の１ビットで始まり、７個の０ビットで終わる。データバイトは、巡回冗長検査（Cyclical Redundancy Check：ＣＲＣ）を伴い、このＣＲＣは受信機によって計算されたＣＲＣと一致しなければならない。開始及び停止シークエンスを生成するランダムデータを防止するために、データバイト及びＣＲＣは、少量に分割され、０ビット、１ビットシークエンスによって分離される。データの完全性を確実にするために段階がとられている。ＥＬＦ通信リンクのためのメッセージフォーマットは、以下のように統合される全体で６４ビットのものから成る。
ａ．７個の連続する１ビット開始パターン
ｂ．０ビット、１ビットのニブル分離器
ｃ．データバイト０最大ニブル
ｄ．０ビット、１ビットのニブル分離器
ｅ．データバイト０最小ニブル
ｆ．０ビット、１ビットのニブル分離器
ｇ．データバイト１最大ニブル
ｈ．０ビット、１ビットのニブル分離器
ｉ．データバイト１最小ニブル
ｊ．０ビット、１ビットのニブル分離器
ｋ．データバイト２最大ニブル
ｌ．０ビット、１ビットのニブル分離器
ｍ．データバイト２最小ニブル
ｎ．０ビット、１ビットのニブル分離器
ｏ．ＣＲＣバイト最大ニブル
ｐ．０ビット、１ビットのニブル分離器
ｑ．ＣＲＣバイト最小ニブル
ｒ．０ビット、１ビットのニブル分離器
ｓ．７個の終了０ビット停止パターン
マイクロコントローラは、全てのハードウェア割込みを処理する割込みサービスルーチンを有する。ＥＬＦゼロ交差信号が、これらの割込みの１つを生じさせ、それが行われると、この割込みと前の信号の間の時間が計算される。２つの時間エンベロープに基づいて、シフトレジスタとして系統化された６４ビット（８バイト）バッファ内で０ビット又は１ビットがクロックされる。マイクロコントローラは、受信されたビットを計数せず、有効な開始、停止及びニブル分離器のためにバッファを確認するだけである。有効なパケットが受信された後、関数が、データ及びＣＲＣを抽出し、メッセージの処理を行う。
【００５６】
パケットが、有効でない又はいくつかの誤差を有して受信された場合、ソフトウェアは、それを無視し、応答として送信しないことになる。設定時間内で応答がないことは、発信者によって非承認（ＮＡＣＫ）として解釈され、再送信が試みられる。有効なパケットが受信されたとき、実行すべきコマンドが存在する前面の実行関数に情報を与えるためにフラグが設定される。一旦コマンドが処理されたあと、承認メッセージが送信者に送信される。承認（ＡＣＫ）メッセージは、３バイト及びＣＲＣを有するコマンドメッセージと同じフォーマットである。
【００５７】
ＥＬＦ通信のために使用されている極低周波数のため、メッセージを処理し、コマンドを実行するために必要な時間は、各メッセージを送受信するために必要な時間と比較して無視できる。メッセージ／コマンドは、コマンドシステム４（図１３）から通信システム５（図１３）、制御システム６（図１３）へ送信される。通信システム５は、ＥＬＦモデムのように働く。システムが、制御システム６のために意図されたメッセージ／コマンドを受信するとき、これらを再パッケージ化し、ＥＬＦ上で送信する。ＥＬＦ上で制御システム６から受信された応答又は、応答がないという通知もまた、通信システム５を介してコマンドシステム４へ戻される。再送信及びＡＣＫ／ＮＡＣＫ処理のための応答性は、コマンドシステム４の応答性である。通信システム５は２つの組込み型シンチレーション検出デバイスを有する。コマンドシステム４のＰＣ上の特定のオペレータコマンドが、これらのデバイスを制御及び監視するために使用される。このコマンドは、最初に処理され、通信システム５を超えて制御システム６へ送信されない。
【００５８】
本発明が、一例としてのみ示された本明細書に開示した特定の詳細に限定されないこと、及び様々な変更及び修正が、頭記の特許請求の範囲から逸脱することなく行うことができることをもちろん理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明による装置の第１の実施形態の側部断面図である。
【図２】隔離ツールの第１の実施形態の側部断面図である。
【図３】パイプライン内で設置されていない構成での隔離ツールの第１の実施形態の側部断面図である。
【図４】パイプライン内で部分的に設置された構成での隔離ツールの第１の実施形態の側部断面図である。
【図５】パイプライン内で完全に設置された構成での隔離ツールの第１の実施形態の側部断面図である。
【図６】制御モジュールの板状部材の透視図である。
【図６ａ】図６の板状部材の端面図である。
【図６ｂ】図６の板状部材内の主放出弁の透視図である。
【図７】動作前の設置されていない図６の主放出弁の端部断面図である。
【図７ａ】動作中部分的に設置されている図６の主放出弁の端部断面図である。
【図７ｂ】動作中設置されている図６の主放出弁の端部断面図である。
【図７ｃ】動作中設置されている図６の主放出弁の断面透視図である。
【図８】圧力頭部支持盤の透視図である。
【図８ａ】図８の圧力頭部支持盤の端面図である。
【図９】隔離ツールの第２の実施形態の側部断面図である。
【図１０】二重軸ピストンの側部断面図である。
【図１１】図２に示したような隔離ツールの第１の実施形態の透視図である。
【図１２】隔離ツールの第２の実施形態の透視図である。
【図１３】装置のコマンドシステム、通信システム及び制御システムの概略図である。
【図１４】無線通信装置用の電子回路基板の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８】
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【図８ａ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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