(57)【要約】  外側剛性導管(30)と、可撓性ホース(10)を備える内側管状構造とを含むパイプ(100)であって、ホースが内側把持部材と外側把持部材との間に配設された管状本体を備え、管状本体が密閉層を含み、かつ極低温の温度に耐えることができる材料から形成されており、内側管状構造が、内側管状構造内を流れる極低温流体の低温から外側導管を保護するのに十分な断熱特性を有する、パイプ。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側剛性導管と、可撓性ホースを備える内側管状構造とを備えるパイプであって、該ホースが、内側把持部材と外側把持部材との間に配設された管状本体を備え、該管状本体が、密閉層を含み、かつ極低温の温度に耐えることができる材料から形成されており、該内側管状構造が、該内側管状構造内を流れる極低温流体の低温から該外管を保護するのに十分な断熱特性を有する、前記パイプ。
【請求項２】
前記剛性導管及び前記可撓性ホースの端部が、該剛性導管と該ホースとの間に流体が侵入するのを防ぐために密閉される、請求項1記載のパイプ。
【請求項３】
前記パイプの少なくとも一方の端部が、水中ライザーに連結されるように適合される、請求項1記載のパイプ。
【請求項４】
前記管状本体が、前記密閉層を挟む少なくとも2つの前記補強層を含む、請求項1、2又は3記載のホース。
【請求項５】
前記ホースが、軸方向強化手段を更に含む、請求項1、2、3又は4記載のホース。
【請求項６】
前記軸方向強化手段が、管形状で提供される材料のシートから形成された略管状のブレードを備える、請求項5記載のホース。
【請求項７】
前記軸方向強化手段が、前記ホースの長さに沿って延在する複数の軸方向強化ストリップを備える、請求項5又は6記載のホース。
【請求項８】
前記補強層又は各補強層が、前記内側管内で管状形態に巻かれた材料のシートから形成される、請求項1〜7のいずれか記載のホース。
【請求項９】
前記密閉層が、前記ホース内で管状形態に巻かれた材料のシートから形成される、請求項1〜8のいずれか記載のホース。
【請求項１０】
前記断熱層が、前記ホース内に組み込まれる、請求項1〜9のいずれか記載のホース。
【請求項１１】
前記断熱層が、前記内側把持部材と外側把持部材との間に配設される、請求項1〜10のいずれか記載のホース。
【請求項１２】
前記断熱層が、前記外側把持部材上に重なる、請求項項1〜11のいずれか記載のホース。
【請求項１３】
前記断熱層が、断熱材料製であり、対向する長手方向の端部を有する細長部材を備え、該細長部材が、該層の該対向する長手方向の端部が隣接する又は重なり合う配置になるように前記管状本体の周りにらせん状に巻かれており、各々の長手方向の端部が、該対向する長手方向の端部上の、協働する構造と相互係合することができる構造を含む、請求項12記載のホース。
【請求項１４】
前記断熱層が、玄武岩繊維から形成された布を含む、請求項10、11又は12記載のホース。
【請求項１５】
前記ホースの各々の端部に配設されたエンドフィッティングを更に備える、請求項1〜14のいずれか記載のホース。
【請求項１６】
前記ホースの前記内側及び外側把持部材が、らせん形の把持部材である、請求項1〜15のいずれか記載のホース。
【請求項１７】
前記ホースの前記内側及び外側把持部材が、らせん形のワイヤである、請求項1〜16のいずれか記載のホース。
【請求項１８】
端部同士で連結された、請求項1〜17のいずれかに定義された複数のパイプを備える、パイプライン。
【請求項１９】
第1の水面上海洋構造物と第2の水面上海洋構造物との間で流体を輸送するためのシステムであって、該第1の水面上海洋構造物と海底に沿って配置されたパイプラインの第1の端部とに動作可能に連結された第1のライザー、及び該第2の水面上海洋構造物と該パイプラインの第2の端部とに動作可能に連結された第2のライザーを備え、それによって流体が、該第1の水面上海洋構造物から該第2の水面上海洋構造物に、又は該第2の水面上海洋構造物から該第1の水面上海洋構造物に流れることができ、該パイプラインの少なくとも一部が、上記の本発明によるパイプから形成される、前記システム。
【請求項２０】
第1の水面上海洋構造と陸上に設置された構造物の間で流体を輸送するためのシステムであって、該第1の水面上海洋構造物と海底に沿って配置されたパイプラインの第1の端部とに動作可能に連結された第1のライザー、及び該陸上に設置された構造物と該パイプラインの第2の端部とに動作可能に連結されたパイプを備え、それによって流体が、該第1の水面上海洋構造物から該陸上に設置された構造物に、又は該陸上に設置された構造物から該第1の水面上海洋構造物に流れることができ、該パイプラインの少なくとも一部が、上記の本発明によるパイプから形成される、前記システム。
【請求項２１】
請求項1〜17のいずれか一項記載のパイプを通って極低温流体が流れることを含む、水中において該流体を輸送する方法であって、該パイプが、水中場所に配設される、前記方法。好ましくは、該パイプは、海底に配置される。
【請求項２２】
実質的に、添付の図を参照して本明細書で説明し、添付の図に示すパイプ。
【請求項２３】
実質的に、添付の図を参照して本明細書で説明し、添付の図に示すパイプライン。
【請求項２４】
実質的に、添付の図を参照して本明細書で説明し、添付の図に示すように第1の水面上海洋構造物と第2の水面上海洋構造物又は陸上に設置された構造物との間で流体を輸送するためのシステム。
【請求項２５】
実質的に、添付の図を参照して本明細書で説明し、添付の図に示すように水中において極低温流体を輸送する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイプに関し、より詳細には極低温用途における使用に適したパイプに関する。本発明は、特に、海底上又は海底近傍における使用に適した海洋パイプラインに関する。
【背景技術】
【０００２】
船又は他のプラットフォームなどの海洋構造物から海底パイプラインに流体を輸送するためのシステムは、数多く存在する。そのようなシステムの例として、以下があげられる:
(1)多点係留(conventional multi-buoy mooring)(CMBM)システム。このシステムでは、ライザー(riser)が、海洋構造物から下方のパイプラインまで直接通っており、支持ブイが、ホースの長さに沿って間隔を置いて配置されている。
(2)単一点係留塔(single tower mono-mooring)(STM)システム。このシステムでは、1棟の係留塔が、海底に固定され、海面に延在している。係留塔は、海面からパイプラインまで延在するライザーを支持する。ホース又は他のパイプが、海洋構造物から延在し、係留塔の頂部においてホースの端部に連結されることが可能である。
(3)単錨係留(single anchor-leg mooring)(SALM)システム。このシステムでは、ブイは、海洋構造物に近接して配置されており、海底上又は海底近傍に配置された連結ユニットに取り付けられ、それを支持している。ライザーは、海洋構造物から連結ユニット、次いで連結ユニットからパイプラインまで延びている。別のパイプセクションが、連結ユニットからパイプラインまで通っている。
(4)懸垂式錨係留(catenary anchor-leg mooring)(CALM)システム。このシステムでは、ブイは、海洋構造物に近接して配置されている。ライザーは、ブイから、たいてい海底上又は海底近傍に配置される水中連結ユニットまで通っている。別のパイプセクションが、連結ユニットからパイプラインまで通っている。ホース又は他のパイプは、海洋構造物から延び、ブイにおいてホースの端部に連結されることが可能である。「スティープS(Steep S)」システム、「レイジーS(Lazy S)」システム及び「チャイニーズランタン(Chinese Lantern)」システムを含む、CALMシステムの様々な構成が存在している。
【０００３】
上述のシステムすべてが、当技術分野ではよく知られており、他にも上述されていない、たとえば中間海洋構造物の使用などのシステムが存在し得る。これらのシステムすべての本質的な特徴は、流体を船などの海洋構造物からパイプラインなどの水中構造物に運搬するためにライザーが設けられることである。ライザー及びライザー用の支持構造物の正確な構成は、特定の海洋場所における現状に応じて変更することができる。システムの特定の詳細に応じて、ライザーは、水没セクション、浮遊セクション及び空中セクションを含む。
【０００４】
パイプラインは、一般に、2つの方法のうちの一方によって構築される。第1の、陸上及び海洋パイプラインのための概して最も一般的な方法は、短い長さの金属パイプを一緒に溶接することによるものである。この金属パイプは、防食のためにコーティングがされることがあり、海洋用途においては、重量及び機械的保護のためのコンクリートコーティングが存在することが多い。一部の用途では、シンタクチックポリウレタンなどの厚膜コーティングが断熱のために施される。コーティングは、普通、接合が作り出された後に施される。海洋構築物では、接合部は、敷設バージ船からほぼ水平の位置に(いわゆる「S-Lay」方式)、又は垂直に近い位置(いわゆる「J-Lay」方式)に作り出される。J-Lay方式は、普通、水深のあるパイプラインの構築において好ましい方法である。
【０００５】
海洋敷設バージ船において短いパイプセクションの接合の代替策は、連続パイプラインが、大きなリール上にいくらかの可塑的変形を有して格納される巻取り方式(reeling method)である。パイプラインは、リールから巻き出されるとき、格納からの可塑的変形を反転させるためにストレートナ(straightener)を通過する。
【０００６】
一部の用途では、熱特性及び水深能力の両方に関する断熱材に対する要求は、パイプインパイプシステムが明らかにしてきたようなものである。ここでは、比較的短い長さのパイプが、別のパイプの内部に置かれ、連続パイプラインを製造するためにそれらが互いに接合される。同心パイプの間の環状部は、断熱材で充填されてよく、或いは真空でもよい。
【０００７】
極低温用途の比較的短い陸上パイプラインは、一般的なものであり、典型的には約-196℃の液体窒素及び約-163℃の液化天然ガスに関連する温度における使用に適したオーステナイトステンレス鋼から構築される。陸上極低温パイプライン用途に関して知られている問題は、パイプラインが、周囲温度から運搬液化天然ガスの温度に冷却されるときの熱収縮である。オーステナイトステンレス鋼の場合、これは、約2.8mm/mの収縮に相当する。結果として生じる熱応力を制御するために、膨張ループが、パイプライン内に一定間隔で置かれている。より最近の大阪ガスなどによる開発は、36%のニッケルと64%の鉄の合金から製造されたパイプラインを使用することである。この合金はまた、INVAR(登録商標)の商標名でも知られている。チャールズ  エドゥアルト  ギョーム(Charles-Edouard Guillaume)によって1896年に発見されたこの合金は、温度変動に伴う最小の寸法変化の特性を有する。周囲温度から液化天然ガスの温度まで冷却されるとき、その収縮は0.3mm/mであり、この大きさの程度は、オーステナイトステンレス鋼より小さいものである。これは、この合金が、膨張ループの広範囲にわたる使用の必要性を実質的に低減するという点で特に有利である。
【０００８】
金属であるため、オーステナイトステンレス鋼及びINVAR(登録商標)は、効果的な断熱特性を有さず、そのため従来の断熱材を付着させるか、氷の層を生成してパイプラインを自己断熱させる。
【０００９】
現在に至るまで、海洋パイプラインは、極低温用途用として構築されていない。極低温流体を運搬するための海洋パイプラインは、熱膨張及び断熱材という2つの問題に対処しなければならない。これが、従来のパイプインパイプ設計に基づいた同心パイプ設計の開発をもたらした。このような設計は、熱膨張問題を解決するためにINVAR(登録商標)を使用し、結果として生じた環状部内のエアロゲルなどの高性能断熱材料が、断熱問題に対処するために使用される。このような設計は、材料及び構築の点でコスト高である。
【００１０】
本発明は、特に、通常、海底上又は海底近傍に位置するパイプラインに関する。そのようなパイプラインは、典型的には、外管、内管、及び外管と内管との間に配置された断熱層を含む。上記で論じたように、従来技術では、外管は、ステンレス鋼でよく、内管は、INVARの商標名で販売されている材料などの鉄ニッケル合金でよい。INVAR(登録商標)の材料は、熱膨張係数が低いという理由でこの目的に合わせて選択されるので、主に断熱層の存在によって引き起こされる内管と外管の間の温度差に関係なく、内管及び外管が、同じ量だけ膨張及び収縮するようになる。INVAR(登録商標)の内管を有するパイプラインは、極低温流体の輸送に効果的であるが、ニッケルを含んでいるため非常に高価である。
【００１１】
WO2006044053は、船から水中の場所に極低温流体を運ぶためのシステムを開示している。しかし、この特許は、極低温流体が運ばれる先のパイプラインの設計方法についてどんな情報をも含んでいない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、パイプライン内を通って流体を効率的に輸送するのに望ましい頑丈さ及び温度耐性特徴を有するパイプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第1の態様によれば、外側剛性導管及び内側管状構造を含むパイプであって、内側管状構造が可撓性ホースを含み、該ホースが内側把持部材と外側把持部材の間に配設された管状本体を備え、該管状本体が密閉層を含み、かつ極低温の温度に耐えることができる材料から形成され、内側管状構造が内側管状構造内を流れる極低温流体の低温から外側剛性導管を保護するのに十分な断熱特性を有する、パイプを提供する。
【００１４】
特に有利な実施態様では、剛性導管及び可撓性ホースの端部は、剛性導管と該ホースとの間に流体が侵入するのを防ぐために密閉される。
【００１５】
別の特に有利な実施態様では、パイプの少なくとも一方の端部が、水中ライザーに連結されるように適合される。
【００１６】
本発明によるパイプは、水中の場所における使用に適している。しかし、使用時、パイプのすべてが必ずしも水中に配設される必要はないことが理解されよう。
【００１７】
好ましくは、管状本体は、密閉層を挟む少なくとも2つの補強層を含む。
【００１８】
好ましくは、外側把持部材と軸方向強化手段との間に別の補強層が設けられる。
【００１９】
補強層の極限強度は、直径8"(200mm)のホースに対して100と700kNとの間であることが好ましい。補強層の破壊時の曲げひずみ(bend strain)は、2%〜15%の範囲にあることが好ましい。
【００２０】
ホースは、軸方向強化手段を更に含むことが好ましい。好ましくは、軸方向強化手段は、管形状で提供される材料のシートから形成された略管状のシース(sheath)を備え、それにより、シースは、軸力を受けたときにその管形状の完全性を維持できるようになる。ホースには、軸力下におけるホースの性能を更に向上させるために、2つ以上の管状シースを設けることができる。軸方向強化手段は、略管状のブレード(braid)の形態で設けられることが特に好ましい。本明細書では、「ブレード」という用語は、細長構造を形成するために互いに絡み合う2つ以上の繊維又は糸(yarns)で形成された材料を指す。ブレードの特徴は、軸力を受けたときに伸長することができることである。ブレードの別の特徴は、管状形態で提供されるとき、ブレードが軸力を受けたときにその直径が小さくなることである。したがって、管状本体の周り又は管状本体の構造内部に管状ブレードを設けることにより、ブレードは、軸力を受けたときに管状本体の少なくとも一部に半径方向内向きの力を及ぼすことになる。管状シース全体は、ブレードの形態で提供されることが好ましい。しかし、管状シースの長さの1つ以上の部分のみがブレードの形態で提供されることも可能である。また、ブレードは、管状シースの円周全域にわたって延在することも好ましい。しかし、管状シースの円周の一部のみがブレードの形態で提供されることも可能である。ブレードは、2軸(biaxial)形態(即ちブレードが、2本だけの絡み合う繊維又は糸から形成される)又は3軸(triaxial)形態(即ち軸方向の強度の増大のために長手方向に延びる繊維又は糸も存在する)で提供されてよい。
【００２１】
軸方向強化手段をブレードの形態で提供することが好ましいが、この軸方向強化手段は、上記で指定した機能的要件を満たす他の形態で設けられてよい。したがって、軸方向強化手段は、管状本体の周りにらせん状に巻き付けられたコード又はロープの適切な配置として設けられてよい。
【００２２】
したがって、代替的に又は追加的に、軸方向強化手段は、ホースの長さに沿って延在する複数の軸方向強化ストリップ(strips)を備える。軸方向強化ストリップは、ホースの円周の周りに等置されることが好ましい。ストリップは、2、3、4、5、6、7、8本又はそれ以上存在することができる。より好ましくは、3、4、5、又は6本のストリップが存在し、4又は6本のストリップが最も好ましい。好ましくは、各々の軸方向強化ストリップは、縦糸及び横糸を有する布製である。より好ましくは、各々の軸方向強化ストリップの縦糸は、ホースの長手方向軸に対して0°〜10°の角度で配置される。更により好ましくは、各々の軸方向強化ストリップの縦糸は、ホースの長手方向軸に対して0°〜5°の角度で配置される。最も好ましくは、各々の軸方向強化ストリップの縦糸は、ホースの長手方向軸に対して0°〜2°の角度で配置される。
【００２３】
軸方向強化手段は、外側把持部材又は管状本体の間に配設することができる。或いは、軸方向強化手段は、管状本体内、即ち補強層と密閉層との間に組み込むことができる。
【００２４】
ホースの構築材料は、意図される環境においてホースが機能することができるように選択されなければならない。したがって、ホースは、加圧された流体をホースの壁から漏らすことなくその中を輸送できるようにする必要がある。また、ホースは、繰返し曲げに耐え、ホース及び流体重量の組合せによって引き起こされる軸応力に耐える必要もある。また、ホースが極低温流体の輸送に使用されることが意図されている場合、その材料は、性能の大きな低減無しに、極度の低温において働くことができなければならない。該補強層又は各補強層の主要な目的は、ホース内を通る流体の輸送中にホースが晒されるフープ応力に耐えることである。したがって、必要とされる柔軟度を有し、必要な応力に耐えることができる補強層であれば適切である。また、ホースが極低温流体を輸送することが意図されている場合、該補強層又は各補強層は、極低温の温度に耐えることができなければならない。
【００２５】
該補強層又は各補強層は、シート材料をらせん状に巻き付けることによって管状形態に巻かれた材料のシートから形成されることが好ましい。これは、軸方向の力をかけると巻き部分が引き離される傾向があるため、該補強層又は各補強層は、軸力に対して十分な耐性を有していないことを意味する。該補強層又は各補強層は、シート材料の1つの単一連続層を含むことができ、或いはシート材料の2つ以上の単一連続層を含むことができる。しかし、より一般的には(及びホースの長さに応じて)、シート材料の該層又は各層は、ホースの長さに沿って配置された複数の別個の長さのシート材料から形成される。
【００２６】
好ましい実施態様では、該補強層又は各補強層は、布、最も好ましくは織布を含む。該補強層又は各補強層は、天然又は合成材料でよい。該補強層又は各補強層は、ポリエステル、ポリアミド又はポリオレフィンなどの合成ポリマーから形成されることが好都合である。合成ポリマーは、繊維又は糸の形態で提供され、そこから布が作製される。
【００２７】
該補強層又は各補強層がポリエステルを含むとき、これは、ポリエチレンテレフタラートであることが好ましい。該補強層又は各補強層がポリアミドを含むとき、これは、ナイロンなどの脂肪族ポリアミドでよく、或いはアラミド化合物などの芳香族ポリアミドでもよい。たとえば、該補強層又は各補強層は、KEVLAR(登録商標)などのポリ(p-フェニレンテレフタルアミド)でよい。
【００２８】
該補強層又は各補強層がポリオレフィンを含むとき、これは、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリブチレンホモポリマー、又はそのコポリマー又はターポリマーでよく、1軸又は2軸配向(monoaxially or biaxially oriented)であることが好ましい。より好ましくは、ポリオレフィンは、ポリエチレンであり、最も好ましくは、ポリエチレンは高分子量ポリエチレン、特にUHMWPEである。好ましい実施態様では、軸方向強化手段もまた、UHMWPEである。
【００２９】
本発明で使用されるUHMWPEは、一般には400,000を上回る、通常は800,000を上回る、普通は1,000,000を上回る重量平均分子量を有する。重量平均分子量は、普通、約15,000,000を越えないものである。UHMWPEは、約1,000,000〜6,000,000の分子重量を特徴とすることが好ましい。本発明で最も有用なUHMWPEは、高度に延伸され、たいてい一方の方向において少なくとも2〜5倍、他方の方向において少なくとも10〜15倍に伸張されているはずである。
【００３０】
本発明の最も有用なUHMWPEは、一般に、80%を越える、より一般的には90%を越える、好ましくは95%を越える平行配向を有する。結晶化度は、一般に50%を越え、より一般的には70%を越える。85〜90%までの結晶化度が可能である。
【００３１】
UHMWPEは、たとえばUS-A-4344908、US-A-4411845、US-A-4422993、US-A-4430383、US-A-4436689、EP-A-183285、EP-A-0438831、及びEP-A-0215507に記載されている。
【００３２】
該補強層又は各補強層が、DYNEEMAの商標名でDSM High Performance Fibres BV(オランダの企業)から市販されているもの、又はSPECTRAの商標名で米国企業のAlliedSignal社から市販されているものなどの高度に配向されたUHMWPEを含むことが特に有利である。DYNEEMAについての更なる詳細は、DSM High Performance Fibers BVによって発行された「DYNEEMA;繊維における最高性能;特性及び用途(DYNEEMA;the top performance in fibers;properties and application)」というタイトルの取引用パンフレット02/98版に開示されている。SPECTRAについての更なる詳細は、AlliedSignal社によって発行された「Spectra性能材料(Spectra Performance Materials)」というタイトルの取引用パンフレット5/96版に開示されている。これらの材料は、1980年代から市販されている。
【００３３】
好ましい実施態様では、該補強層又は各補強層は、横糸及び縦糸方向に配置された繊維から形成された織布を含む。本発明者らは、該補強層又は各補強層が、布の縦糸方向がホースの軸方向に対して20°未満の角度になるように配置されれば特に有利であることを見出した。本発明者らはまた、この角度が5°を越えることが好ましいと考える。好ましい実施態様では、該補強層又は各補強層は、布の縦糸方向がホースの軸方向に対して10°〜20°の角度、最も好ましくは約15°の角度になるように配置される。
【００３４】
密閉層の目的は、主に、輸送された流体が管状本体から漏れるのを防止することである。したがって、必要とされる柔軟度を有し、望ましい密閉機能をもたらし得る密閉層であれば適切である。また、ホースが極低温流体を輸送することが意図されている場合、密閉層は、極低温の温度に耐えることができなければならない。
【００３５】
密閉層は、該補強層又は各補強層と同じ基本材料、特にUHMWPEから作り出すことができる。代替策として、密閉層は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などのフルオロポリマー、Teflon FEPの商標名でDuPont Fluoroproductsから市販されているヘキサフルオロプロピレンとテトラフルオロエチレンとのコポリマー(テトラフルオロエチレン-ペルフルオロプロピレン)、又はTeflon PFAの商標名でDuPont Fluoroproductsから市販されているフッ素化炭化水素-ペルフルオロアルコキシでよい。このようなフィルムは、押し出し成形又はブローイング成形によって作り出すことができる。
【００３６】
本発明者らは、密閉層が、シート材料をらせん状に巻き付けることによって管状形態に巻かれている材料のシートから形成されることが好ましいと考える。補強層と同様に、これは、軸方向の力をかけると巻き部分が引き離される傾向があるため、該密閉層又は各密閉層は、軸力に対して十分な耐性を有していないことを意味する。密閉層は、シート材料の単一の連続層を含むことができ、或いはシート材料の2つ以上の単一連続層を含むことができる。しかし、より一般的には(及びホースの長さに応じて)、シート材料の該層又は各層は、ホースの長さに沿って配置された複数の別個の長さのシート材料から形成される。所望の場合、密閉層は、内側補強層上に配置された1つ以上の熱収縮密閉スリーブ(即ち管状の形態)を含むことができる。
【００３７】
本発明者らは、密閉層は、複数のフィルムの重なり合う層を含むことが好ましいと考える。好ましくは、少なくとも2層、より好ましくは少なくとも5層、更により好ましくは少なくとも10層が存在する。実際に、密閉層は、20、30、40、50又はそれ以上のフィルムの層を含むことができる。層の数の上限は、ホースの全体のサイズによって決まるが、100を越える層が必要とされることはあまりないであろう。普通は、せいぜい50層で十分である。フィルムの各々の層の厚さは、通常、50〜100マイクロメートルの範囲である。
【００３８】
当然ながら、2つ以上の密閉層が提供されてよいことが理解されよう。
【００３９】
断熱層は、剛性導管の内側に付着させる、即ち剛性導管の内側に配設されてよい。或いは、断熱層は、ホースと剛性導管との間に、ホース及び剛性導管から分離した層として配設されてよい。
【００４０】
しかし、断熱層は、ホース内に組み込まれることが好ましい。断熱層は、ホースの外側に付着させる、即ち外側把持部材の外側に配設することができ、或いは外側把持部材内の、外側把持部材と管状本体の密閉層との間に配設することができる。断熱層は、極低温装置に断熱をもたらすために従来使用されている任意の材料、たとえば合成発泡材料などを含むことができる。
【００４１】
1つの好ましい実施態様では、断熱層は、断熱材料製であり、対向する長手方向の端部を有する細長部材を含み、この細長部材は、層の対向する長手方向の端部が隣接する又は重なり合う配置になるように管状本体の周りにらせん状に巻かれており、この場合、各々の長手方向の端部は、対向する長手方向の端部上の、協働する構造と相互係合することができる構造を含む。細長部材は、外側把持部材の外側に配設されることが好ましく、それによって外側層のカバーを形成する。適切な細長部材は、WO2004/044472により詳細に記載されている。
【００４２】
別の好ましい実施態様では、断熱層は、玄武岩繊維から形成された布を含む。適切な玄武岩繊維は、BT-5、BT-8、BT-10、BT-11及びBT-13の取引名称でSudaglass Fiber社から市販されている。布の好ましい厚さは、約0.1mm〜約0.3mmまでである。所望であれば、玄武岩繊維の複数の層を使用することができる。
【００４３】
2つ以上の断熱層を設けることができること、及びホースが2つ以上の異なるタイプの断熱層を含むことができることが理解されよう。
【００４４】
ホースの各々の端部には、エンドフィッティング(end fitting)が設けられることが好ましい。エンドフィッティングは、WO01/96772又はWO2004/079248に記載されているタイプのものが好ましい。
【００４５】
ホースの内側及び外側把持部材は、らせん形の把持部材であることが好ましく、らせん形のワイヤであることがより好ましい。したがって、把持部材は、それぞれが管状本体を把持し保持するコイル及び任意の他の介在層を形成することが好ましい。好ましくは、内側及び外側コイルは、同じピッチを有するらせん形の構成で装着され、外側コイルのコイルの位置は、内側コイルのコイルの位置からピッチ長の半分だけずらして配置される。
【００４６】
本発明の重要な特徴は、外側剛性導管が、内側管状構造内を通って輸送される極低温流体の温度から適切に保護されることである。外側導管は、通常、金属又は強化プラスチックであり、上記の膨張/収縮効果に対して適切な保護を提供するために、外側剛性導管の内面の温度を、約-20℃を上回るように維持することが重要である。好ましくは、外側剛性導管の内面の温度は、パイプを取り囲む水温の30℃以内、より好ましくは20℃以内に維持されなければならない。周囲の水温は、通常、5℃〜30℃の範囲である。したがって、外側剛性導管の内面の温度は、約5℃〜約-20℃の範囲にあることが好ましい。
【００４７】
外側導管の内面の温度は、導管の材料の脆化温度を上回り続けることが重要である。この脆化温度は、通常、-20℃を下回るものであり、材料の選択によって変わる。
【００４８】
必要とされる断熱は、いくつかの方法で達成可能である。1つの方法は、内側管状構造の管状本体によってもたらされる断熱のみに依存することである。管状本体の材料は、必要とされる断熱をもたらすようなものであることができる。更に、好ましい実施態様では、管状本体の材料は、更なる断熱をもたらす一定量の空気を層内に残す方法で、マンドレルの周りに複数の層を巻き付けることによって形成される。
【００４９】
別の実施態様では、内側管状構造に、断熱材料から形成された断熱層が設けられる。断熱層は、管状本体の特別な層でよく、或いは外側把持部材の周りに形成された層でもよい。
【００５０】
別の実施態様では、断熱材料から形成された断熱層が、内側管状構造と外管との間に設けられる。
【００５１】
別の実施態様では、断熱は、内側管状構造と外管との間の空間に配設された粒子状の断熱材料(たとえばビーズ)によって提供される。断熱粒子は、通常、ガラス微小球、パーライト、ポリスチレン粒子を含むことができる。粒子は、それらを内側管状構造と外側導管との間に注入することにより空間内に配置させることができる。
【００５２】
必要とされる断熱は、上記の特有の技術の任意の組合せによって提供することができる。
【００５３】
剛性導管は、通常、鋼製、特に炭素鋼又はオーステナイトステンレス鋼製である。剛性導管には、好ましくは防水である外部及び/又は内部コーティングが設けられてよい。例示的なコーティングは、溶融接着エポキシ、ポリプロピレン及びポリエチレンである。導管は、任意の所望の形状の管状構造であるが、通常は、円形断面形状のものである。
【００５４】
ホース及び剛性導管の寸法は、ホース及び剛性導管が接触するように、又は、好ましくはホースと剛性導管との間に空隙が存在するように選択することができる。導管を内側管状構造に対して離間した関係に維持するために、内側管状構造と外側剛性導管との間に1つ以上のスペーサが設けられることが好ましい。該スペーサ又は各スペーサは、ホースの外側の周りに延在するリングを備えることが好ましい。複数の前記リングは、ホースの長さに沿って設けられてよい。該スペーサ又は各スペーサのリングは、たとえばポリウレタン、PTFE、又はバルサ若しくはコルクなどの木材でよい。該スペーサ又は各スペーサのリングは、内側管状構造内を通って輸送される極低温流体の温度からゴムスペーサを保護するのに十分な基礎となる断熱が存在すれば、ゴムでもよい。
【００５５】
別の実施態様では、スペーサは、内側管状構造と外管との間にらせん状に巻き付けられたロープ又はロッドの形態でよい。巻き付けは、長いピッチ及び/又は近接なピッチでよい。ロープ又はロッドは、たとえばポリエステルロープ、矩形の断面を有するポリウレタンストリップ、又は円形の断面を有するゴムでよい。
【００５６】
本発明によるパイプは、広い範囲の用途に有用であるが、極低温流体、特に-100℃を下回る温度の流体、より好ましくは、約-104℃(エチレンの沸点)又はそれ以下の温度の流体、最も好ましくは約-150℃又はそれ以下の温度の流体の輸送に特に有用である。パイプは、約-162℃の温度のLNGを効率的に輸送することができ、それぞれ約-183℃又は-196℃の温度の液体酸素又は液体窒素を効率的に輸送することができる。具体的には、パイプが使用される最低実用温度は、約-200℃〜-220℃である。
【００５７】
剛性導管の内径は、少なくとも150mmであることが好ましい。より好ましくは、ホースの内径は、少なくとも150mmであることが好ましい。ホースの内径は、400mm程度の大きさ又は更には600mm若しくは800mm程度の大きさであってよい。
【００５８】
パイプは、通常、5m〜20mの長さで供給されるが、それよりも長い又は短い長さのパイプを供給することが可能である。パイプセクションは、数十又は数百又は最大数千メートルであり得る所望の長さのパイプラインを提供するために、一緒に接合することができる。
【００５９】
本発明によるパイプは、ホース又は端部同士で連結されたホースの複数の長さを含む列を剛性導管内に配置することにより、たとえば導管に通すことによって製造することができる。
【００６０】
一般に、パイプの使用圧力は、約500kPaゲージ〜約2000kPaゲージまでの範囲であり、或いは約2500kPaゲージ以下でも可能である。このような圧力は、ホースの運転圧力に関し、破裂圧力(これは数倍大きいものであるに違いない)ではない。体積流量は、液体媒体、圧力及び内径に依存している。1000m3/h〜12000m3/hまでの流量が一般的である。
【００６１】
本発明の別の態様によれば、端部同士で連結された上記の複数のパイプを備えるパイプラインが提供される。パイプラインは、数メートルの長さでよいが、好ましくはパイプラインの長さは、少なくとも100m、より好ましくは少なくとも200m、最も好ましくは少なくとも500mである。パイプラインは、好ましくは5000m以下の長さ、より好ましくは2000m以下であり、1000m未満の長さでよい。通常、この長さは、約100m〜2000mである。
【００６２】
本発明によるパイプは、流体、特に極低温流体の海底に沿った輸送を伴う用途に特に有用である。パイプは、2つの海洋水面上構造物の間、又は海洋水面上構造物と陸上に設置された構造物との間で流体を輸送するために必要とされてよい。
【００６３】
水面上海洋構造物は、永久的構造物でも暫定的構造物でもよく、水面上に配設される。通常の状況では、構造物の一部は水面上に延在し、構造物の一部は水没されることが理解されよう。永久的構造物は、取り付け後、海底上方の適所に永久的に固定されたままのものである。永久的構造物の例は、鋼製ジャケット式支持構造物(steel jacket support structure)及び重力式支持構造物(gravity base support structure)を含む。暫定的構造物は、場所から場所に移動することができるものである。暫定的構造物の例は、一般的には船又はバージ船又は半潜水形海洋掘削装置(semisubmersible)又はテンションレッグ方式プラットフォームなどの鋼製又はコンクリート製の船体を有する浮遊可能な船舶である。暫定的構造物の別の例は、浮遊式生産貯蔵積出装置(floating production storage and off-loading unit)である。水面上海洋構造物は、海底下方から油又はガスを生成する手段を有することができる。更に又はその代わりに、水面上海洋構造物は、油又はガスを貯蔵する手段を有することもでき、ガスは液状であってもよい。
【００６４】
したがって、本発明の別の態様によれば、第1の水面上海洋構造物と第2の水面上海洋構造物との間で流体を輸送するためのシステムであって、第1の水面上海洋構造物と海底に沿って配置されたパイプラインの第1の端部とに動作可能に連結された第1のライザー、及び第2の水面上海洋構造物とパイプラインの第2の端部とに動作可能に連結された第2のライザーを備え、それによって流体が、第1の水面上海洋構造物から第2の水面上海洋構造物に、又は第2の水面上海洋構造物から第1の水面上海洋構造物に流れることができ、パイプラインの少なくとも一部が、上記の本発明によるパイプから形成される、システムを提供する。
【００６５】
本発明の別の態様によれば、第1の水面上海洋構造物と陸上とに設置された構造物の間で流体を輸送するためのシステムであって、第1の水面上海洋構造物と海底に沿って配置されたパイプラインの第1の端部とに動作可能に連結された第1のライザー、及び陸上に設置された構造物とパイプラインの第2の端部とに動作可能に連結されたパイプを備え、それによって流体が、第1の水面上海洋構造物から陸上に設置された構造物に、又は陸上に設置された構造物から第1の水面上海洋構造物に流れることができ、パイプラインの少なくとも一部が、上記の本発明によるパイプから形成される、システムを提供する。陸上に設置される構造物は、たとえば、陸上に設置される貯蔵施設でよい。
【００６６】
1つの実施態様では、システムは、水面に配置されたブイを含み、第1及び/又は第2のライザーは、ブイから水面下海洋構造物に延び、ホースは、ブイによって支持される。上述のCALMシステムは、そのようなシステムの一例である。
【００６７】
しかし、本発明によるシステムは、CMBMシステムでよく、このCMBMシステムでは、本発明によるホースは、水面上海洋構造物から水面下海洋構造物に直接延びている。
【００６８】
その代わり、本発明によるシステムは、SALMシステムでもよく、このSALMシステムでは、水面ブイは、海底に配置された水面下連結器に取り付けられ、ホースは、水面上海洋構造物から水面下連結器に直接延びている。
【００６９】
上述のシステムでは、ブイによって支持された流体連結器が更に設けられることが好ましい。流体連結器は、水面下海洋構造物から延びているライザーの上端と流体連通して連結されるように、並びに水面下海洋構造物から延びているパイプと流体連通して連結されるように適合される。このようにして、流体は、連結器を通ってパイプからライザーに流れることができる。連結器は回転可能であることが好ましく、それによって水面上海洋構造物は、ブイの周りを回転することができる。連結器のこの形態は、普通、「スイベル連結器」(swivel connector)として知られている。極低温流体の輸送に適したスイベル連結器の一例は、EP0833769に開示されている。
【００７０】
本発明によるシステムは、水没可能なブイが提供されるWO2006/044053に記載されたタイプのシステムで使用することもできる。したがって、本発明の別の態様によれば、水面上海洋構造物とパイプラインとの間で極低温流体を輸送するためのシステムであって、a)第1の端部及び第2の端部を有する第1の極低温ライザーであって、第1のライザーの縦位置が調整可能であり、前記第1のライザーの前記第2の端部が、水域において前記パイプラインと流体連通して配置されている、第1の極低温ライザーと、b)前記第1のライザーの前記第1の端部に連結された第1の水没可能なタレット連結器であって、極低温流体が前記水面上海洋構造物と前記第1のライザーの前記第1の端部との間で連通可能になるように水面上海洋構造物の水に開放可能に連結するように適合されており、前記第1の連結器の縦位置が変更可能になるように前記水域の底部に係留されている、第1の水没可能なタレット連結器とを備え、第1の連結器が、前記第1の船舶が前記第1の連結器に連結されている間、前記水面上海洋構造物が前記水域の水面上の前記第1の連結器の周りを回転することを可能にするように適合され、パイプラインの少なくとも一部が、上記の本発明によるパイプから形成される、システムを提供する。
【００７１】
水面上及び水面下海洋構造物は、海洋、即ち海、大洋、湖、港又は他の水域に配設されることが理解されよう。しかし、岸から構造物の距離に関する特定の制約は存在せず、この距離は、たとえば数メートル、数百メートル、数キロメートル又は数百キロメートルでよい。
【００７２】
本発明の別の態様によれば、上記の本発明によるパイプに流体を流すことを含む、水中において極低温流体を輸送する方法であって、パイプが、特定された水中に配設される方法を提供する。好ましくは、パイプは、海底に配置される。次に以下の添付の図を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明によるパイプの一部の横断面図である。
【図２】図1に示すパイプのホースの横断面図である。
【図３】船から本発明によるパイプに極低温流体を運ぶためのシステムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００７４】
最初に図1及び2を参照すると、本発明によるパイプが、概して100で示されている。ホースは、ホース10及び剛性導管30を備える。
【００７５】
ホース10は、内側補強層14、外側補強層16、及び層14と16との間に挟まれた密閉層18を含む管状本体12を含む。軸方向の強化をもたらすブレードの形態の略管状のシース20が、外側補強層16の外面の周りに配設される。
【００７６】
管状本体12及び管状シース20は、内側のらせん状コイルワイヤ22と外側のらせん状コイルワイヤ24との間に配設される。内側及び外側ワイヤ、22及び24は、それらがコイルのらせんのピッチ長さの半分に相当する距離だけ互いにずれるように配設される。
【００７７】
断熱層26が、外側ワイヤ24の周りに配設される。断熱層26は、たとえば発泡プラスチックなどの従来の断熱材料でよい。
【００７８】
補強層14及び16は、UHMWPE又はアラミド繊維などの合成材料の織布を含む。
【００７９】
密閉層18は、内側補強層14と外側補強層16との間に流体密封封止をもたらすために内側補強層14の外面の周りに巻き付けられた複数のプラスチックフィルムの層を含む。
【００８０】
エンドフィッティング28が、内側管10の各々の端部に設けられ、該管10を終端させるように働く。エンドフィッティング28は、たとえばWO01/96772又はWO2004/079248に記載されたタイプのエンドフィッティングでよい。
【００８１】
ホース10は、内側ワイヤ22をマンドレルの周りに巻き付け、内側補強層14を内側ワイヤ22の周りに巻き付け、密閉層18を内側補強層14の周りに巻き付け、外側補強層16を密閉層16の周りに巻き付け、管状シースを、外側補強層16を覆うように引っ張り、外側ワイヤ24をシース20の周りに巻き付け、断熱層26を外側ワイヤ24及びシース20を覆うように装着させることにより、形成することができる。
【００８２】
剛性導管30は、外側の防水コーティング34を有する金属チューブ32を備える。
【００８３】
金属チューブ30とホース10との間には、環状部36が形成されている。環状部36は、空き領域として残されてよく、或いは(図1に示す)断熱材料38で部分的に又は完全に充填されてよい。環状部が空き領域として残される場合、ホース10を剛性導管30に対して定位置に保持するためにスペーサ(図示せず)を設けることができる。スペーサは、ホース10を受ける内側円形開口を有するディスク形状でよい。
【００８４】
輸送される流体は、ホース10内の実質的に円筒形の空間40を通って流れることができる。
【００８５】
図3は、本発明によるパイプ100を利用する例示的なシステムの図である。図3に示すシステムは、CALMシステムであるが、パイプ100は、SALMシステム、CMBMシステム、及びSTMシステムなどの他のシステムにも同様に良好に適用することができる。
【００８６】
図3では、LNG貯蔵ユニット(図示せず)を含む船300が、海面上302に浮遊している。海底パイプライン304は、海底306に沿って通っている。水面係留ブイ308は、船300からいくらか距離を離して水面上に浮遊している。ブイ308は、その上部に、ブイ308の基底部分に対してスイベル回転することができる回転可能なターンテーブル310を含む。係留ロープ312は、船300からターンテーブル310に延びており、アンカーチェーン314は、ブイ308の底部から海底306に延びている。
【００８７】
ホース316は、船300からブイ308に延びている。ホース316は、高い浮力を有しており、それによって水面上に浮遊することが可能になる。
【００８８】
ホース318は、ブイ308からパイプライン304に延びている。ホース318は、ホース316に連結され、それによって流体が船302上の貯蔵ユニットからパイプライン304(又はパイプライン304から船302上の貯蔵ユニット)に流れることができる。パイプライン314は、図1に示す複数の長さ(lengths)のパイプ10から構築される。
【００８９】
上述の本発明は、特許請求の範囲内において改変されてよいことが理解されよう。
【図１】
2010500521.tif 000003
【図２】
2010500521.tif 000004
【図３】
2010500521.tif 000005
【国際調査報告】
2010500521.tif 000006
2010500521.tif 000007
2010500521.tif 000008