(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２本の流路（２１、２２）と、信号伝達と動力伝送を行うための電気／油圧式補助スイベル（２８）とを具備する主或いは流体スイベルを備えていて、石油或いはガスを海底生産するための坑井に取り付け且つ海面（２）においては生産用作業船（３）に接続されるようになっているスイベル装置であって、
流体スイベルが、固定式クリスマスツリー（５０）の頂部に回転可能なスイベルハウジング（２４）を具備していること、
流体スイベルの上方側から坑井へ介入することを可能にさせるため、流路（２１、２２）が、流体スイベルの中心コア部材（２５）の中を垂直に貫通していること、
クリスマスツリー（５０）の下方部に、海底（１）の基礎を随伴する基礎構造体（４９）の上で共通垂直軸（２０Ｘ）の周囲で回転可能にジャーナル結合されている力伝送ハウジング（６０）が取り付けられていること、
係留ヨーク（８３）が２本の脚を具備していて、それらの自由端部が、力伝送ハウジング（６０）の一方の側において取り付け手段（６１）に回転可能に接続されていて、そしてそれらの対向する端部が、係留索（６９）の端部に取り付けられるようになっていること、及び
力伝送ハウジング（６０）とスイベルハウジング（２４）との間に、スイベルハウジングに、ヨーク（６３）の影響下で、力伝送ハウジング（６０）と同じ回転運動を起こさせるため、機械ガイド或いはカップリング（７１−７５）が取り付けてあること、を特徴とするスイベル装置。
【請求項２】
コア部材（２５）の中の流路（２１、２２）が、クリスマスツリー（５０）において対応する流路（５６、５７）の延長部と直接一直線になっていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のスイベル装置。
【請求項３】
力伝送ハウジング（６０）とスイベルハウジング（２４）との間の前記機械カップリングが、クリスマスツリー（５０）とスイベルハウジング（２４）の側部において共通垂直軸（２０Ｘ）に平行に延在しているロッド要素（７２）を具備していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のスイベル装置。
【請求項４】
ロッド要素（７２）が、その下方端において、力伝送ハウジング（６０）に取り付けられていて、且つ内端がスイベルハウジング（２４）に取り付けられているアーム（７３）の外端において、スリーブ（７３Ａ）と協同すること、及びスリーブ（７３Ａ）が、流体スイベルと、さらにはクリスマスツリー（５０）をも坑井頭（４８）に据え付けている間に、ロッド要素（７２）の上方端と協同させるための下向きガイドコーン（７３Ｂ）を具備していることを特徴とする請求の範囲第３項に記載のスイベル装置。
【請求項５】
補助スイベル（２８）を収容する回収可能な頂上部材（７７）を備えていて、頂上部材（７７）が、その下方部において流体スイベルのコア部材（２５）と協同するようになっているコネクタ（２０Ｂ）を具備していて、前記コア部材が、好ましくは、スイベルハウジング（２４）の上方側から幾分上方に突出していることを特徴とする請求の範囲第１−４項のいずれか１つに記載のスイベル装置。
【請求項６】
頂上部材（７７）がコネクタ（２０Ｂ）に回転可能にジャーナル結合されていて、且つ頂上部材（７７）には、コーン（７５Ｂ）を具備しているスリーブ（７５Ａ）を担持していて、ロッド要素（７２）と協同するようになっているアーム（７５）が取り付けられていることを特徴とする請求の範囲第４又は５項に記載のスイベル装置。
【請求項７】
頂上部材（７７）が、クリスマスツリー（５０）のための制御モジュール（２９）を収容していること、及び架橋アーム（７７Ｂ）が、頂上部材（７７）から外方及び下方に延在していて、そして架橋アーム（７７Ｂ）の下方端に、スイベルハウジング（２４）上で横方向に突設されていて、接続或いは制御ケーブル（３３）のための接続部材（３３Ａ）と接続されている補助コネクタ部品と協同するようになっているコネクタプレート（７８）が取り付けられていることを特徴とする請求の範囲第６項に記載のスイベル装置。
【請求項８】
頂上部材（７７）が、頂上部材（７７）を取り付けたり或いは回収するための操作ヘッド（７７Ａ）を、スイベル（２４）及びクリスマスツリー（５０）とは別体に或いは一体に具備していることを特徴とする請求の範囲第５、６又は７項に記載のスイベル装置。
【請求項９】
スイベルハウジング（２４）が、少なくとも２本の上昇管（３１、３２）のための横方向の接続部材（３１Ａ及び３２Ｂ）てあって、好ましくは、接続管（３３）のための接続部材（３３Ａ）と同一平面に配向されていて且つ接続管（３３）の下に配設されている横方向の接続部材（３１Ａ及び３２Ｂ）を具備していること、及び前記接続部材（３１Ａ及び３２Ｂ）が、ヨーク脚（６３）の間で、中心から実質的に外方に向いていることを特徴とする請求の範囲第１−８項のいずれか１つに記載のスイベル装置。
【請求項１０】
上昇管とスイベルハウジングのための接続部材（３１Ａ及び３２Ｂ）の間に、隔離バルブ（３１Ａ，３２Ｂ）が、好ましくは、ウイングバルブとして作用するように取り付けられていることを特徴とする請求の範囲第９項に記載のスイベル装置。
【請求項１１】
坑井頭が導管（４７）を備えている請求項１−１０のいずれかに記載のスイベル装置であって、スイベルハウジング或いは力伝送ハウジング（６０）が、クリスマスツリー（５０）或いは流体スイベル（２４、２７）に応力を与えずに、前記ヨークの取付け手段（６１）から直接導管へ係留力を伝送するため導管（４７）に接続されている基礎構造体（４９）に回転可能に取り付けられていることを特徴とするスイベル装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、少なくとも２本の流路と、信号伝達と動力伝送を行うための電気／油圧式補助スイベルとを具備する主或いは流体スイベルを備えていて、石油或いはガスを海底生産するための坑井に取り付け且つ海面においては生産用作業船に接続されるようになっているスイベル装置に関する。
海洋大陸棚限界生産田を開発する場合は、コストを低く維持することが重要である。通常の方式による開発に伴う実質的なコスト要因は、坑井に取り付けるクリスマスツリーと、生産物管理作業現場、例えば、プラットホーム或いは生産用浮き作業船との間の海底パイプラインと海底ケーブルである。この場合、主として、およそ２ｋｍという距離が問題になる。これに関して、現代の掘削技術によって、穿孔或いは坑井を枝分かれさせることができるので、クリスマスツリーの数を少なくしても、生産が可能になるということに留意すべきである。これによって、たとえば、１基だけの海底クリスマスツリーを使用して、海底生産田を開発することができる。
１９９６年８月７日付国際特許出願ＰＣＴ／ＮＯ９６／００２０１は、係留した生産用作業船或いは船を使用した炭化水素の海洋生産システムに関する。本発明は、その更なる展開であると云ってもよく、生産用作業船を、海底のクリスマスツリーの真上に或いは極く間近に漂駐することができ、且つ海底のパイプライン或いはケーブルに依存せずに、坑井からの流体の流れをクリスマスツリーと作業船との間に直接移送することができるという着想に基づいている。
有利な点として、以下の本明細書に記載される解決策では、本発明による集成装置の中に、ほぼ、組込まれてしまう特殊で且つ好ましく簡単にした形のクリスマスツリーを使用することができる。このことは、下記の記載から明らかにされる。
従って、上記の序論で述べた装置において、本発明による新規で且つ特別な特徴は、流体スイベルが、僅かな数のバルブ、好ましくは、生産マスタバルブ及び環状マスタバルブのようなバルブを具備している回転可能なスイベルハウジングを、固定式クリスマスツリーの頂部に備えているということ、及び前記の流路が、流体スイベルの中心コア部材の中を垂直に貫通していて、坑井への介入が、流体スイベルの上側からできるということである。
実際には種々の形で具体化されるこの基本的な解決策に基づいて、多くの利点を得ることができるが、特に、その数例を下記に記載する。
使用する生産用作業船は、普通の船舶設計と比較して、特に言及しなければならない程の改良を何等必要としないので、比較的費用がかからない。
スイベル装置を取付けたり、若しくは、場合によっては回収するのに、或いは坑井の保守に同じ生産用作業船を使用することができるので、操業費の削減に寄与する。
本発明の新規な集成装置を使用することによって、極めて小さな限界海底田からも利益をもたらすことができ、従って、その生産田の生産量が増加する。
使用する装置は、生産田から生産田へ移動させることによって、再利用することができる。
以下の記載により、図面を参照することによって、本発明は一層明確にされるであろう。ここに、
図１は、海底の据付装置と連結され且つ海底に係留されている生産用作業船を含めた集成装置の全体を示す簡単な概略図である。
図２は、本発明による装置の好ましい実施例を示している立面図及び一部断面図である。
図１は、生産用作業船或いは船３が、海底１の２０で示した坑井或いは類似の据付装置と協同して操作する場合の集成装置の全体の概略図である。図１には、上昇管或いはホース３１及び３２が示してあるが、これらは船３にまで届いていて、そこで、単に概念的に示したプロセス装置３Ａと接続している。さらに、係留索６９が、海面２から、船３の船首部にある係留手段にまで延びている。係留索６９の中間部分には浮力要素が取付けてあり、同じく、上層管３１及び３２も、その下方に、上昇管或いはホースを海底１から上昇させるための浮力体が取付けられている。概説したこのシステムは、上述した国際特許出願に詳述されている。
図２には、生産用作業船が、風と天候、特に波の影響を受けながら、海底の据付装置の周囲を動く時に、揺動或いは回転運動をする部材及び構成部品がハッチングで示してある。海底油井或いはガス井の場合、集成装置は、好ましくは、坑井頭４８、即ち、生産用配管の頂部の軸と一致している中心の共通垂直軸２０Ｘを中心に組立てられている。
比較的詳細な図２は、主として、海底１の油井或いはガス井の頂部に共通する大体の構造を示している。コンクリート製のプレート或いは基部４５は、海底１の上に基礎を形成していて、且つ、共通の導管４７に接続される自己調整ボール管継手型フレーム４６を支持するための開口を中央に備えている。周知の方法によって、これは、海底１の直下の構造体の中に数十メートル沈降されている。導管４７の中には、実用生産用配管が懸吊されていて、坑井頭４８自体の頂部で端末になっている。
基礎構造体４９は、その上に集成装置の全体を支持している。強固な支持構造体要素を介して、基礎構造体４９が、直接、導管４７に接続されていて、係留するための力をそれに伝達している。基礎構造体４９でジャーナル結合になっていて、中心軸２０Ｘの周囲で回転する強固な回転棚様のハウジング６０が示してある。ハウジング６０は、好ましくは、直径の反対側に取付け部材６１を具備しているが、この部材６１は、突起スタッドの形状をしていて、ヨーク６３用であり、そして、このヨーク６３の上端は、一本或いはそれ以上の係留索に接続されるようになっている。ヨーク６３が２つの脚を具備していて、この脚が、上端で結合されているか、或いは継ぎ手部品６４と結合されていることが理解されるであろう。ヨーク６３は、取付部材６１の間で直径方向に延在している水平軸の回りで揺動させることによって、種々の角位置を取ることができ、それによって、ヨークが運動する角度範囲は、少なくとも、上方にほぼ垂直位置まで拡大し、一方、実用上の最小の角位置は、接続管３３及び／又は上昇管３１と３２のために制限される。
係留されている生産用作業船と共に操業する間、これは、索６９、従って、ヨーク６３を介して、集成装置のハッチング部分を軸２０Ｘの周囲に回転させる。同じ様な回転運動が、実用スイベル装置にも発生し、それによって、中心のコア部材２５が、バルブブロック５０と共に静止状態にあり、一方、スイベルハウジング２４を始めとするスイベルのその余の部品は、回転運動に関与している。従って、スイベルハウジング２４は、バルブブロック５０の頂部３０でジャーナル結合されている。ハウジング６０とスイベルハウジング２４を、同時に且つ協同して回転運動させるために、直立ロッド要素７２の形をした機械ガイド或いはカップリングを示してあるが、この直立ロッド要素７２は、その下方端で、ハウジング６０に取付けられているブラケット７１で支持されていて、さらに、スイベルハウジング２４から横方向に突設されている支持アーム７３上のスリーブ７３Ａを介して上方に延在している。この機械カップリングは、スイベルハウジング２４に対して十分強固に製造されていて、これが係留索６９を介して海面の船と接続される場合、ヨーク６３の影響下で、回転棚様或いはハウジング６０と同じ回転運動を起こさせる。上記で説明した、ハウジング６０と流体スイベルハウジング２４との間の回転相互接続に加えて、スリーブ７３Ａと協同するロッド要素７２も、坑井頭にスイベル装置を取付けている間は、実用的で有効な機能を発揮することができる。この目的のため、スリーブ７３Ａは、流体スイベルと実用的なクリスマスツリーを、坑井頭４８上に取付けた場合に、ロッド要素７２の上方端と協同するための下方に幅が広いコーン７３Ｂを備えている。クリスマスツリー或いはブロック５０は、その下方部で、坑井頭４８上に脱着可能に取付けるための取付或いは接続装置５０Ｂを具備しているが、これ自体は既知である。
スイベル装置５０は、内腔あるいは流路を軸方向に貫通していて、生産内腔２１と環状内腔２２とを具備している固定式中央コア部材２５を備えている。これら両者は、特に、それにより可能になる種々のバルブ機能を目的として、バルブブロック５０中の対応する流体流路或いは導管と下向きに連通している。特に、この点に関して、これらの流体内腔或いは流路が、スイベルの中央コア部材２５の頂部から垂直に、好ましくは、クリスマスツリー５０内に示してある対応する流路５６，５７内に直接延長して延在しているということを留意すべきである。従って、流体スイベルの上側から坑井へ介入することが可能になる。然しながら、これは、全スイベル装置の頂部部材７７が移動されるということを条件にするが、このことは以下に更に詳述されるであろう。
さらに、スイベル装置２０は、コア部材２５の周囲に、シールとベヤリング要素とを具備した２個或いはそれ以上の、２７で示した環状流体流路を備えている。流体スイベルのこれらの部品は、それ自体は従来から知られていて、たとえば、ノルウエー特許第１７７，７８０号は、主として他の用途を意図しているものであるが、軸方向に分割可能なスイベル装置を記載している。
スイベルハウジング２４は、水中を通って生産用作業船まで上方向に延在するようになっている上昇管或いはホース３１及び３２を接続する接続部材を具備していて、これら接続部材は３１Ａ及び３２Ａで示してある（図１参照）。流体を移送するため、接続部材３１Ａ及び３２Ａは、スイベル２０の比較的中央に配設されているが、接続管３３用の上方接続部材３３Ａは、スイベルハウジング２４の上方の部品に配設されていて、言及した回転運動の間、軸２０Ｘの周囲で回転するようになっている。ベヤリング３０は、クリスマスツリー或いはブロック５０に対して回転できるように、スイベルハウジング２４を支持している。
コネクタ２０Ｂによって、エンケーシング７７で表されている頂上部材が、図２における全スイベル装置２０と一体になっている。コネクタ２０Ｂによって、頂上部材を分割することができ、且つ、頂上部材を残余のスイベル装置から回収することができるが、このことは以下の記載から明らかにされる。信号と動力を伝送するための補助スイベル２８が、頂上部材７７の中に配設されていて、且つこの頂上部材は、クリスマスツリーのための制御モジュール２９も収容している。スリップリング機構７９が、頂上部材７７の中の前記構成部品とクリスマスツリー５０、さらに坑井頭内に組込まれている他のユニットとの間を種々のワイヤ接続するのに必要な回転カップリングとして機能する。
一方、頂上部材エンケーシング７７の側壁から、コネクタ２０Ｂの側面に沿って外方且つ下向きに架橋アーム７７Ｂが延在していて、この架橋アーム７７Ｂを介して、電気及び油圧式接続が、頂上部材７７から取付けられており、また、接続管３３用の接続部材３３Ａ上の相補型コネクタ部品と協同するためのコネクタプレート７８或いは同様のものが取付けられている。従って、これが、接続７８、架橋アーム７７Ｂ、及びスリップリング機構７９を収容する頂上部材７７を介して、クリスマスツリー５０等と連結することができる。
頂上部材７７の下方の部品に符号２６で示したように、これは、コネクタ２０Ｂに回転ジャーナル連結されている。ヨーク６３の影響下における頂上部材７７の同期及び同時回転運動は、ラジアルアーム７５を介して頂上部材エンケーシング７７に接続されているスリーブ７５Ａの中に延在しているロッド要素７２によって、確実に実効される。スリーブ７５Ａは、下方向の開口コーン７５Ｂを具備しているが、これはそれより下のコーン部材７３Ｂに似ていて、頂上部材７７を、コア部材２５の上方端に離して、安全に取付け且つ据え付けるのに寄与しており、同時に、７８において接続が実効される。このように頂上部材７７を取付け或いは回収するために、頂上部材７７には、上方操作ヘッド７７Ａが取付けられているが、この上方操作ヘッド７７Ａは、既知の方法によって、適当な工具と協同できるような形状と寸法にすることができる。操作ヘッド７７Ａによるこれらの操作も、条件に依存していて、坑井頭４８に取付けるため、流体スイベル２４，２７、並びにクリスマスツリー或いはブロック５０，及びその上のコネクタ５０Ｂを備えている全スイベル装置を含んでいることは明らかである。
上昇管用の横方向に向いている接続部材３１Ａ及び３２Ａは、好ましくは、接続管３３用の接続部材３３Ａと同一平面内に配向されていて、そしてすべての接続部材は、好ましくは、ヨーク脚６３の間で、スイベルハウジング２４の中心から、実質的に外方に向いている。図２から明らかなように、接続部材とスイベルハウジング２４との間に隔離バルブ３１Ｂ及び３２Ｂを設けることが実用的である。これらの隔離バルブは、ウイングバルブとしても作用することができ、クリスマスツリー５０の好ましくて簡単な形状という観点から興味がある。
上述したスイベルの設計に関する幾つかの特徴は、同時に出願した「海底坑井集成装置」という名称の特許出願第９６３５８５号に記載されている構造上の特徴に対応している。
【図１】
0003816536.tif 000002
【図２】
0003816536.tif 000003