(57)【要約】【解決手段】一実施例において、本発明は、油又はその他の化石燃料のオフショア掘削に用いられるライザー装置に関するものであって、端部と端部が連続的に連結された複数のライザーセクションを具え、該ライザーセクションの各々は、第１端部及び第２端部を有するチューブと、チューブの第１端部に機械的に接合された第１フランジと、チューブの第２端部に機械的に接合された第２フランジとを具えており、チューブはアルミニウム合金からなり、フランジはアルミニウム合金からなり、ライザー装置の長さは約１５００メートル以上である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油又はその他の化石燃料のオフショア掘削に用いられるライザー装置であって、
端部と端部が連続的に連結された複数のライザーセクションを具えており、該ライザーセクションの各々は、
第１端部及び第２端部を有するチューブと、
チューブの第１端部に機械的に接合された第１フランジと、
チューブの第２端部に機械的に接合された第２フランジと、を具えており、
チューブはアルミニウム合金から構成され、
フランジはアルミニウム合金から構成され、
ライザー装置は長さが約１５００メートル以上である、ライザー装置。
【請求項２】
端部と端部が連続的に連結された複数のライザーセクションであって、該ライザーセクションの各々は、
第１端部及び第２端部を有するチューブと、
チューブの第１端部に機械的に接合された第１フランジと、
チューブの第２端部に機械的に接合された第２フランジと、を具えており、
チューブはアルミニウム合金から構成され、
フランジはアルミニウム合金から構成される、ライザーセクション。
【請求項３】
チューブの第１端部は、テーパ又はバットレス又はブリーチスレッドにより、第１フランジに機械的に接合されている請求項２のライザーセクション。
【請求項４】
チューブの第１端部は、熱収縮スリーブにより、第１フランジに機械的に接合されている請求項２のライザーセクション。
【請求項５】
チューブの第１端部は、スプリットカラーにより、第１フランジに機械的に接合されている請求項２のライザーセクション。
【請求項６】
チューブの第１端部は、鍛造ロックにより、第１フランジに機械的に接合されている請求項２のライザーセクション。
【請求項７】
チューブの第１端部は、鍛造ロックにより、第１フランジに機械的に接合されている請求項２のライザーセクション。
【請求項８】
チューブの第１端部は、マグナフォームロックにより、第１フランジに機械的に接合されている請求項２のライザーセクション。
【請求項９】
チューブの第１端部は、フレアアンドロックにより、第１フランジに機械的に接合されている請求項２のライザーセクション。
【請求項１０】
チューブの第１端部は、スプリットキーロックにより、第１フランジに機械的に接合されている請求項２のライザーセクション。
【請求項１１】
チューブの第１端部は、ハイドロフォームロックにより、第１フランジに機械的に接合されている請求項２のライザーセクション。
【請求項１２】
チューブの第１端部は、スーパーナット型接続により、第１フランジに機械的に接合されている請求項２のライザーセクション。
【請求項１３】
チューブの第１端部は、スエージロック型ジョイントにより、第１フランジに機械的に接合されている請求項２のライザーセクション。
【請求項１４】
チューブの第１端部は、スプリットフランジにより、第１フランジに機械的に接合されている請求項２のライザーセクション。
【請求項１５】
チューブは、壁厚が長さに沿って可変に構成され、機械的ジョイントが設けられる端部の厚さが厚くなるようにしている請求項２のライザーセクション。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
オフショア掘削リグ(例えば、固定プラットフォーム、ジャッキアッププラットフォーム、浮上式及び／又は半潜水型プラットフォーム)、及び動的位置決めされた掘削船は、大きな水体の底(floor)の下から炭化水素を生産するのに用いられる。ライザーストリングは、典型的には、浮上式リグと海底にあるウエルヘッド(wellhead)との間に配備される。従来のマリンライザーは、鉄金属(例えば、スチール)から作られた円筒状チューブ又はカラムを具え、海底と海面にある掘削プラットフォームとの間に垂直方向に配置される。ライザーは、典型的には、海面と掘削穴(wellbore)との間のストリングの中で端部と端部とが接続された複数のセクション又はジョイントを具えている。掘削の水深深さを深くする要請が増加し、海底と浮上式プラットフォームとの間の距離に亘って用いられることができる追加のライザーチューブが必要となっている。
【背景技術】
【０００２】
一実施例において、従来の掘削ライザーの考え方は、外径(ＯＤ)が２１インチで、各端部に溶接された接続部(通常はフランジ)を有する厚壁のメインチューブを具えることである。キル＆チョークライン、ブースターライン及びハイドロリックラインは、フランジ内の接続具でメインチューブを取り囲んでおり、クランプで支持される。既存の設備では、外径が最大２２.４インチ(５７０ｍｍ)、壁厚が１.２インチ(３０ｍｍ)〜１.４インチ(３５ｍｍ)の３６フィート(１１ｍ)チューブの押出が可能である。サービスラインは、溶接されたクランプバンドを用いてメインチューブに接続される。クランプが必要とされるのは、サービスラインを座屈(buckling)から防止し、浮力モジュールの位置ずれを阻止し、防食ユニットを支持するためである。
【発明の概要】
【０００３】
しかして、本発明は、オフショア掘削作業に用いられる改良されたライザーを提供するものである。本発明の一実施例において、オフショア掘削で用いられるライザー装置は、端部と端部が連続的に(serially)連結された複数のライザーセクションを具えており、該ライザーセクションの各々は、第１端部及び第２端部を有するチューブと、チューブの第１端部に機械的に接合された第１フランジ型カップリングと、チューブの第２端部に機械的に接合された第２フランジ型カップリングとを具えており、チューブの壁厚は長さに沿って可変となるように構成される。
【０００４】
本発明の他の実施例において、本発明は、端部と端部が連続的に連結された複数のライザーセクションに関するもので、ライザーセクションの各々は、第１端部及び第２端部を有するチューブと、チューブの第１端部に機械的に接合された第１フランジ部と、チューブの第２端部に機械的に接合された第２フランジ部とを具えており、チューブはアルミニウム合金から構成され、フランジはアルミニウム合金から構成される。
【０００５】
他の実施例において、ライザー装置は、噴出防止装置と流体接続をもたらす１又は２以上の補助ラインを選択的に含むことができる。補助ラインは、限定するものでないが、チョーク＆キルライン、ハイドロリックライン及びブースターラインを挙げることができる。補助ラインを設ける場合、伸縮式ジョイントを設けることにより、ライザーの伸長が可能であり、海洋の流れ、波及び風等の要因により浮上式リグは移動する。
【０００６】
本発明のより完全な理解のために、その特徴及び利点について、添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明の他の目的、利点、特徴及び特性、方法、操作及び構造の関連要素の機能、並びに部品の組合せ及び製造の経済性については、添付の図面と共に以下の説明及び特許請求の範囲の記載を参照することにより明らかになるであろう。それらの全てはこの明細書の一部を形成するものであり、同じ引用符号は様々な図の中で同じ部品を示すものとする。
【０００８】
【図１】図１は、本発明の一実施例であって、テーパ／バットレス(Buttress)／ブリーチスレッド(Breach Thread)のカップリングを示している。
【０００９】
【図２】図２は、本発明の一実施例であって、熱収縮スリーブ(Heat Shrink Sleeve)のカップリングを示している。
【００１０】
【図３】図３は、本発明の一実施例であって、スプリットカラー(Split Collar)のカップリングを示している。
【００１１】
【図４】図４は、本発明の一実施例であって、鍛造ロック(Forge Lock)のカップリングを示している。
【００１２】
【図５】図５は、本発明の一実施例であって、スピンロック(Spin Lock)のカップリングを示している。
【００１３】
【図６】図６は、本発明の一実施例であって、マグナフォーム(Magna-Form)ロックのカップリングを示している。
【００１４】
【図７】図７は、本発明の一実施例であって、フレア＆ロック(Flare & Lock)のカップリングを示している。
【００１５】
【図８】図８は、本発明の一実施例であって、スプリットキーロック(Split Key Lock)のカップリングを示している。
【００１６】
【図９】図９は、本発明の一実施例であって、ハイドロフォーム(Hydro-Form)ロックのカップリングを示している。
【００１７】
【図１０】図１０は、本発明の一実施例であって、スーパーナット(SuperNut)型接続のカップリングを示している。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本発明の一実施例であって、スーパーナット型接続のカップリングを示している。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、本発明の一実施例であって、スーパーナット型接続のカップリングを示している。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、本発明の一実施例であって、スーパーナット型接続のカップリングを示している。
【００１８】
【図１１】図１１は、本発明の一実施例であって、スエージロック(Swagelock)型ジョイントのカップリングを示している。
【００１９】
【図１２】図１２は、本発明の一実施例であって、スプリットフランジのカップリングを示している。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本発明の一実施例であって、スプリットフランジのカップリングを示している。
【００２０】
異なる図面で用いられる同じ符号及び記号については、特に指定しない限り、同じ部品を表すものとする。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
オフショア掘削リグは、プラットフォームで運ばれるデリック(derrick)を具えている。プラットフォームは、１又は２以上の平底船(pontoons)の支持により、海底より上の水体に浮遊する。デリックは、主として掘削穴を掘削する機能を有し、抗井から油及びその他化石燃料を汲み出す機能を有する。
【００２２】
ライザーは、プラットフォームから掘削設備及び噴出防止装置(ＢＯＰ)まで延びており、噴出事故を防止するために閉じることができる一連のバルブを具えている。ライザー(24)の主な機能は、掘削チューブ及びツールを掘削穴に案内し、掘削穴内を循環する掘削泥水の戻り通路を提供することである。
【００２３】
ライザーは、共に連結された複数の細長いライザージョイント又はライザーセクションを具えている。一実施例において、ライザーセクションの各々は、高い強度重量比(strength-ti-weight ratio)を有しているので、各ライザーセクションは、その中に収容される材料の圧力に対して抵抗性を有すると共に、デッキ荷重(deckload)及び追加のライザーセクションの懸架によって生じる負荷に適応することができる。他の実施例において、ライザーセクションは、掘削泥水及び塩水による熱及び腐食作用に耐える能力を有している。
【００２４】
ライザーは、抗井(well)の仕上(completion)及び改修(workover)のプロセスに用いられる。これらのライザーは、分離したライザーであってよいし、或いはまた、必要とされる機能を単一の“抗井仕上／改修ライザー”の中に組み込まれることができる。抗井仕上ライザーは、一般的には、掘削ライザー及びＢＯＰを通じてチュービングハンガー及びチュービングを機能させるのに用いられる。改修ライザーは、掘削ライザーに代えて用いられ、海洋の海中ツリーを通じて抗井に再進入する。このライザーは、海中ツリーを設置するために用いられることもできる。“仕上／改修”ライザーは、両方に必要な機能を組み合わせている。これらのライザーは、一般的に、小径(内径５.２５インチ)であり、約４５フィート長さのジョイントを用いて組み立てられる。
【００２５】
プロダクションライザー(又は浮遊式生産システムライザー)は、海中の設備と海面のプラットフォームとの流体通路である。ライザーは、海底の固定構造と動的浮遊式生産システムとの連結具である。それゆえ、その主要目的である流体及び圧力を格納することに加えて、付随する動的負荷に適応できなければならない。プロダクションライザーの直径は、使用される種類に応じて異なるが、一般的には、外径１２インチである。プロダクションライザーは、その種類に応じて、接続部を溶接又は螺合連結によって構築されることができる。
【００２６】
生産された流体が“プロダクションライザー”を介して浮遊式生産システム(又はトップサイド)に送給された後、油、ガス及び水の抗井流れから油の分離が起こり、次に、油は、“エクスポートライザー”を通じて、トップサイドから海中チューブラインに移送される。エクスポートライザーは、一般的には、溶接された筒状のスチール構造物であり、シンプルな懸垂線形状(catenary shape)に構築される。
【００２７】
一実施例において、チューブ、第１フランジ型カップリング及び第２フランジ型カップリングは次の特性を１又は２以上有する材料から製造される。前記特性とは、約５０〜約９０Ｋｓｉ、より具体的には、約６８〜約８０Ｋｓｉである最小降伏強さと、少なくとも約５８〜７５０Ｋｓｉの最大抗張力(ＵＴＳ)である。本発明の一実施例において、材料の密度はスチールの密度の約３分の１であるが、必ずしもそうである必要はない。
【００２８】
他の実施例において、補助ラインは、限定するものではないが、チョーク＆キルチューブ、ハイドロリックチューブ及びブースターチューブを含んでいる。補助ラインはチューブの外側に配置され、ＢＯＰ及び抗井ヘッドへ流体接続(hydraulic communication)する役割を有する。
【００２９】
他の実施例において、１つのチューブの一端とフランジ状カップリングとの間に機械的取付具がある。機械的取付具は、２つの略円筒形のチューブセグメントを接合するのに用いられることもできる。機械的取付具は、フランジカップリングをチューブに溶接する従来のプロセスに取って代わるものである。機械的取付具が溶接方式に取って代わるのは、溶接方式の場合では、溶接部の強度は、母材金属の強度より常に小さくなるという問題があるためであり、溶接部及び／又は溶接部の熱影響部の耐食性についても、母材より低いことがあるからである。
【００３０】
さらに他の実施例において、溶接ジョイントに代えて機械的ジョイントが用いられる。適当な機械的ジョイントは、限定するものではないが、ネジ付きジョイント、ボルト留め又は他の種類の機械的ジョイントを含んでいる。機械的ジョイントの利点として、ジョイントにおける母材金属の特性(強度と耐食性)を維持できることが挙げられる。他の例において、ライザーセクションを構成するのに複数のチューブセクションが必要とされる場合、チューブセクションは、カップリングによって接合されることができる。さらに他の実施例では、接合領域にシーラントが施される。
【００３１】
さらに他の実施例において、ライザーセクションはまた、ストリング又は一連のライザーセクションどうしを固定連結するために、ネジ付きインサート、ボルト及びノーズピンを含んでいる。ライザーセクションは、当業者に認識される要領で各補助ラインを固定するために、補助ラインソケット、補助ラインロックナット、補助ラインボックス、補助ラインチューブ及び補助ライン伸縮ピンをさらに含んでいる。伸縮ピンは、ライザーセクションのカップリング間にギャップを設けることで、伸長できるように機能する。
【００３２】
さらなる実施例において、本発明のアルミニウム製掘削ライザーシステムは、ライザーセクションを有し、チューブの壁厚は長さに沿って可変となるように構成される。例えば、チューブは、機械的ジョイントが配置される端部を厚くすることができる。
【００３３】
一実施例において、チューブセクションは長さが約３３フィートで、２つのチューブと２つのフランジがライザーセクション(合計約７５フィート)を構成する。本発明の方法及び装置は、機械的ジョイントのところで壁厚を大きくしており、ライザーセクションの荷重負荷能力の全体損失が低減される。一実施例において、厚さは、母材チューブ金属と機械的ジョイント部の最大強度比まで増加する。例えば、厚さは機械的ジョイント部で３０％以上増大する。
【００３４】
他の実施例において、チューブ厚さは、長さに沿って連続的に変化するか、又は１段階又は複数段階で変化する。他の例として、大きな壁厚を有するチューブの長さは変化する(例えば、短くすると最小重量設計になるが、最大効率を得るために、長さは、溶接部(熱影響部を含む)よりも長くすべきである)。単一ステップ法の場合、厚さが減少する割合は別の可変である(例えば、より急速に)。単一ステップを用いた具体的一実施例において、厚さセクションの長さが１−３フィートで、厚さ減少する長さが１−２フィートである。さらに他の実施例において、外径及び／又は内径は変化する。
【００３５】
他の実施例において、テーパを作るために様々な方法が用いられる。例えば、テーパの形成は、機械加工によって行なうことができるし、及び／又は、材料を除去せずに移動させる金属加工によって行なうこともできる。
【００３６】
本発明は、ライザー用として、あらゆる材料、あらゆる幾何学的形状及びあらゆる製造方法に用いられることができる。さらに他の実施例において、材料はアルミニウム合金である。さらに他の実施例において、チューブは押出成形されたチューブであり、押出加工を用いて幾何学的形状が作られる。
【００３７】
適当な材料として、限定するものではないが、ＡＡ６０６３−Ｔ６、ＡＡ６０６１−Ｔ６、ＡＡ２２１９−Ｔ６又はＡＡ２２１９−Ｔ８、ＡＡ２５１９−Ｔ８、ＡＡ７０３９−Ｔ６及びＡＡ７００５−Ｔ６等のグレード、又はＡＡ７０７５−Ｔ６、ＡＡ７０５０−Ｔ７６、ＡＡ７０５０−Ｔ７４、ＡＡ７０５５−Ｔ７７、ＡＡ７０５５−Ｔ７６、ＡＡ７０８５−Ｔ６、ＡＡ７０８５−Ｔ７６等の摩擦撹拌溶接可能グレード、又はＡＡ２０９９−Ｔ８、ＡＡ２１９９−Ｔ８及びＡＡ２１９５−Ｔ８等の混合溶接性を有する合金が挙げられる。
【００３８】
適当な材料として、アルミニウム協会の２ＸＸＸ、５ＸＸＸ、６ＸＸＸ、７ＸＸＸ及びこの合金群と同等のロシア規格品を挙げることもできる。さらに他の実施例において、適当な材料として、限定するものではないが、耐食性用Ａｌ−Ｌｉ合金が挙げられる。
【００３９】
図１は、本発明の一実施例であって、テーパ／バットレス／ブリーチスレッドのカップリングを示している。ブリーチスレッドは、線形負荷を部分的回転でロックすることができる。バットレススレッドは、高い軸方向負荷を担持できるように設計される。それゆえ、ライザーチューブとフランジとは、ライザーチューブがフランジの中へ挿入され、回転されてネジ部係合できるようにネジ形成される。
【００４０】
図２は、本発明の一実施例であって、熱収縮スリーブのカップリングを示している。フランジ又はスレッドが加熱されると、ライザーチューブ径よりも膨張し、冷却されると圧縮ジョイントが作られる。他の特徴は、要素の界面の中へ一体化されることができ、機械的連結が改善されることである。
【００４１】
図３は、本発明の一実施例であって、スプリットカラーのカップリングを示している。スプリットカラーは、フランジ又はスリーブ又はチューブとの機械的連結を向上させるための特徴を含んでいる。フランジとスリーブは分割されている。ライザーチューブへの取付けは、フランジとスリーブ半体をボルト留めすることによって行われ、このようにしてライザーチューブを連結することができる。
【００４２】
図４は、本発明の一実施例であって、鍛造ロックのカップリングを示している。フランジ又はスリーブは、ツールにより、ライザーチューブに鍛造される。
【００４３】
図５は、本発明の一実施例であって、スピンロックのカップリングを示している。ツールにより、フランジ又はスリーブがライザーチューブ上に次第に形成される。ツールがライザーチューブを送ると、ツール又はアッセンブリは回転される。
【００４４】
図６は、本発明の一実施例であって、マグナフォームロックのカップリングを示している。磁気衝撃荷重により、フランジ又はスリーブがライザーチューブに鍛造される。
【００４５】
図７は、本発明の一実施例であって、フレア＆ロックのカップリングを示している。ライザーチューブのアプセット又はフレアは、マルチピースフランジ内に収容され、適所でボルト留めされる。
【００４６】
図８は、本発明の一実施例であって、スプリットキーロックのカップリングを示している。スプリットキーリングはくさびで留められ、張力でライザー内でロックされる。ライザーが張力状態でないとき、保持リング又はピンがカラーを適所で保持する。一実施例において、フランジカラーは、キー係合部を過ぎてライザーチューブにロードされる。スプリットキーリングはライザーチューブに取り付けられる。フランジカラーは、ライザーチューブ端部の方へ後退させられて、キーリングをくさび留めする。フランジカラーを適所で保持するために、保持リング又はピンが取り付けられる。
【００４７】
図９は、本発明の一実施例であって、ハイドロフォームロックのカップリングを示している。ライザーチューブの一部は拡張され、フランジの中へロックされる。ライザーチューブの制御されたセクションに内部圧力が加えられる。ジョイントの幾何学的形状及び接合部(interfaces)は様々なものが用いられる。
【００４８】
図１０は、本発明の一実施例であって、スーパーナット型接続のカップリングを示している。図１０Ａ乃至１０Ｃは、追加の実施例を示している。図１０Ｃは、チューブ上のノーズピンスレッドを示している。ボルトを締め付けると、フランジはテーパ状チューブセクションに引き上げられる。
【００４９】
図１１は、本発明の一実施例であって、スエージロック型ジョイントのカップリングを示している。くさびは、軸方向荷重の下で圧縮フープ応力を発生させる。
【００５０】
図１２は、本発明の一実施例であって、スプリットフランジのカップリングを示している。図１２Ａは、追加の実施例を示している。
【００５１】
本発明について、例示の実施例を参照して説明したが、この説明は、限定する意味に解されるべきではない。当該分野の専門家であれば、例示の実施例の他に本発明の他の実施例について、その説明を参照することにより、様々な変形及び組合せは明らかであろう。それゆえ、添付の特許請求の範囲は、そのような変形又は実施例のあらゆるものを包含することが意図される。
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
2010530485.tif 000014
【図１０Ｃ】
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【図１１】
2010530485.tif 000016
【図１２】
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【図１２Ａ】
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