(57)【要約】【解決手段】海底パイプラインで使用するパイプ継手の壁厚の決定方法であって、ｉ）パイプ継手の内径を決定する工程と、ｉｉ）パイプ継手を使用する深さの最小許容静水圧を決定する工程と、ｉｉｉ）パイプ継手の目標壁厚を決定する工程であって、目標壁厚が上記内径および上記最小許容静水圧に対応する工程と、ｉｖ）上記内径および上記目標壁厚を有する複数の予備パイプ継手を製造する工程と、ｖ）複数の予備パイプ継手が崩壊する静水圧崩壊圧力を表すデータをもたらす外圧崩壊試験を実施する工程と、ｖｉ）極値理論から導出された統計的テールモデルに基づいて、上記データに対応する確率分布を決定する工程と、ｖｉｉ）上記確率分布から、１０−５以下の確率で発生する静水圧崩壊圧力を決定する工程と、ｖｉｉｉ）上記内径および上記静水圧崩壊圧力に対応するパイプ継手の壁厚を決定する工程とを含む、方法。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底パイプラインで使用するパイプ継手の壁厚の決定方法であって、
ｉ）前記パイプ継手の内径を決定する工程と、
ｉｉ）前記パイプ継手を使用する深さの最小許容静水圧を決定する工程と、
ｉｉｉ）前記パイプ継手の目標壁厚を決定する工程であって、前記目標壁厚が前記内径および前記最小許容静水圧に対応する工程と、
ｉｖ）前記内径および前記目標壁厚を有する複数の予備パイプ継手を製造する工程と、
ｖ）前記複数の予備パイプ継手が崩壊する静水圧崩壊圧力を表すデータをもたらす外圧崩壊試験を実施する工程と、
ｖｉ）極値理論から導出された統計的テールモデルに基づいて、前記データに対応する確率分布を決定する工程と、
ｖｉｉ）前記確率分布から、１０−５以下の確率で発生する静水圧崩壊圧力を決定する工程と、
ｖｉｉｉ）前記内径および前記静水圧崩壊圧力に対応する前記パイプ継手の壁厚を決定する工程と
を含む、方法。
【請求項２】
工程ｖ）が、
前記複数の予備パイプ継手の１つ以上からリングを切断する工程と、
前記リングの両端に平らで実質的に平行な面を形成する工程と、
前記リングの歪みおよび変形を測定する手段を提供する工程と、
前記リングの両端が圧力室の対向する壁とシールを形成し、前記リングの内側を外側から隔離するように、前記リングを前記圧力室に取り付ける工程と、
前記リングの外側の圧力を増加させ、圧力の増加に伴う前記リングの歪みおよび変形を測定する工程と、
前記リングの外側に加えられる圧力と測定される最大歪みとの比較を決定して、圧力の増加に伴うリング直径の非線形減少の加速の開始を検出する工程と
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記リングの歪みおよび変形を測定する手段を提供する前記工程が、前記リングにセンサを適用することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記リングの内面に前記センサを配置することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記圧力室に前記リングを取り付ける前記工程が、前記リングの両端と前記圧力室の前記壁との間にシールを設けることを含む、請求項２〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記リングの外側の圧力を増加させる前記工程が、前記リングの外側の周りの前記圧力室に加圧流体を圧送することを含む、請求項２〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
パイプが前記パイプラインで使用するための公差内に留まるように、前記パイプ継手から切断するリングの長さを選択することを含む、請求項２〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記パイプ継手から切断するリングの長さを前記パイプ継手の前記壁厚の約２倍に選択することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記予備パイプ継手から切断するリングの長さを実質的に５０ｍｍに選択することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
工程ｉｉ）が、前記パイプ継手が使用される深さに安全率を適用する工程をさらに含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記安全率が、前記パイプ継手が使用される深さに追加される、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記安全率が係数である、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記安全率が１．１である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
工程ｖｉｉ）が、前記確率分布から１０−６または１０−７の確率で発生する静水圧崩壊圧力を決定することを含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記統計的テールモデルが、一般化パレート分布である、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記一般化パレート分布のスケールおよび形状パラメータ値が、ベイジアンＭＣＭＣ法を使用して導出される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記一般化パレート分布の前記形状パラメータ値が−０．５以下である、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記内径および前記壁厚を有する複数のパイプ継手を製造する工程をさらに含む、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記複数のパイプ継手が崩壊する前記静水圧崩壊圧力を表すデータをもたらす外圧崩壊試験を実施する工程をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記外圧崩壊試験が、
前記複数のパイプ継手の１つ以上からリングを切断する工程と、
前記リングの両端に平らで実質的に平行な面を形成する工程と、
前記リングの歪みおよび変形を測定する手段を提供する工程と、
前記リングの両端が圧力室の対向する壁とシールを形成し、前記リングの内側を外側から隔離するように、前記リングを前記圧力室に取り付ける工程と、
前記リングの外側の圧力を増加させ、圧力の増加に伴う前記リングの歪みおよび変形を測定する工程と、
前記リングの外側に加えられる圧力と測定される最大歪みとの比較を決定して、圧力の増加に伴うリング直径の非線形減少の加速の開始を検出する工程と
を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法に従って決定された壁厚を有する、海底パイプラインで使用するパイプ継手。
【請求項２２】
請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法に従って決定された壁厚を有する１つ以上のパイプ継手を備える海底パイプライン。
【請求項２３】
海底パイプラインで使用するパイプ継手の静水圧崩壊圧力の決定方法であって、
ｉ）前記パイプ継手の内径を決定する工程と、
ｉｉ）前記パイプ継手を使用する深さの最小許容静水圧を決定する工程と、
ｉｉｉ）前記パイプ継手の目標壁厚を決定する工程であって、前記目標壁厚が前記内径および前記最小許容静水圧に対応する工程と、
ｉｖ）前記内径および前記目標壁厚を有する複数の予備パイプ継手を製造する工程と、
ｖ）前記複数の予備パイプ継手が崩壊する前記静水圧崩壊圧力を表すデータをもたらす外圧崩壊試験を実施する工程と、
ｖｉ）極値理論から導出された統計的テールモデルに基づいて、前記データに対応する確率分布を決定する工程と、
ｖｉｉ）前記確率分布から、１０−５以下の確率で発生する静水圧崩壊圧力を決定する工程と
を含む、方法。
【請求項２４】
前記内径および前記静水圧崩壊圧力に対応する前記パイプ継手の前記壁厚を決定する工程をさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海底パイプラインで使用するパイプ継手を設計する方法に関する。特に、本発明は、パイプ継手の最小壁厚を決定する方法に関する。
【発明の概要】
【０００２】
オイルおよびガス産業において、オイルおよび／またはガスの深海貯留層にアクセスするための、通常２，０００ｍよりも深い超深海での設置および運用に適した海底パイプラインの製造は、過去２０年にわたり、着実に発展してきた。現在、直径約１６インチ（約４１ｃｍ）の小径パイプが、最大約３，０００ｍの深さに設置されている。直径が最大３２インチ（８１ｃｍ）の大径パイプが、最大２５００ｍの水深に設置されている。将来のプロジェクトでは、最大３，５００ｍおよびそれ以上の深さにパイプを設置および運用する必要が生じる可能性がある。
【０００３】
このようなパイプラインは、通常、大気圧の空気を充填した状態で設置され、その後、設置が完了すると圧力下でオイルまたはガスが充填される。このタイプのパイプラインの設置中の主なリスクは、水によって加えられる静水圧に起因し、これにより、パイプラインが最初の略丸い形状から略平らな形状に変形する可能性がある。これは、外圧崩壊と呼ばれ、制御されない場合、パイプライン全体の損傷につながる可能性がある。外圧崩壊の可能性を判断する場合、パイプラインの主な寸法は内径および壁厚である。これらの寸法は、パイプラインが経済的に実現可能かどうかを判断する際の主な要因でもある。内径は、パイプラインを通じてオイルまたはガスを輸送することができる速度を左右し、パイプラインの耐用年数にわたる運用コストにも影響を与える。また、壁厚は、パイプラインの製造および設置のコストに直接比例する。つまり、パイプラインの製造および設置のコストは、壁厚が増すにつれて増加する。
【０００４】
特定の深さで運用するために必要なパイプラインの寸法を計算するための標準工業設計指針が何十年も使用されてきた。しかしながら、このような指針は、可能な限り外圧崩壊の回避を保証するために、パイプラインの最小壁厚を過度に厚く評価する。しかし、このような保守的な手法は、パイプラインの製造および設置のコストを大幅に増加させる。
【０００５】
したがって、外圧崩壊の可能性を最小限に抑えながら、パイプラインの壁厚をより正確に決定することができる方法が必要である。
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、海底パイプラインで使用するパイプ継手の壁厚の決定方法であって、ｉ）パイプ継手の内径を決定する工程と、ｉｉ）パイプ継手を使用する深さの最小許容静水圧を決定する工程と、ｉｉｉ）パイプ継手の目標壁厚を決定する工程であって、目標壁厚が上記内径および上記最小許容静水圧に対応する工程と、ｉｖ）上記内径および上記目標壁厚を有する複数の予備パイプ継手を製造する工程と、ｖ）複数の予備パイプ継手が崩壊する静水圧崩壊圧力を表すデータをもたらす外圧崩壊試験を実施する工程と、ｖｉ）極値理論から導出された統計的テールモデルに基づいて、上記データに対応する確率分布を決定する工程と、ｖｉｉ）上記確率分布から、１０−５以下の確率に対応する静水圧崩壊圧力を決定する工程と、ｖｉｉｉ）上記内径および上記静水圧崩壊圧力に対応するパイプ継手の壁厚を決定する工程とを含む方法が提供される。本方法は、従来のパイプ継手設計方法によって提供される壁厚と比較して、壁厚が薄いパイプ継手を設計するために使用される。したがって、本方法は、数十年前に確立され、今日も使用され続けている従来の方法から大きく逸脱し、海底パイプラインの可用性、ならびにパイプラインで使用するパイプ継手の製造および設置においてかなりの商業的利点を提供する。
【０００７】
好ましくは、工程ｖ）は、複数の予備パイプ継手の１つ以上からリングを切断する工程と、リングの両端に平らで実質的に平行な面を形成する工程と、リングの歪みおよび変形を測定する手段を提供する工程と、リングの両端が圧力室の対向する壁とシールを形成し、リングの内側を外側から隔離するように、リングを圧力室に取り付ける工程と、リングの外側の圧力を増加させ、圧力の増加に伴うリングの歪みおよび変形を測定する工程と、リングの外側に加えられる圧力と測定される最大歪みとの比較を決定して、圧力の増加に伴うリング直径の非線形減少の加速の開始を検出する工程と、をさらに含む。これにより、実規模のパイプ試験と比較して、外圧試験を実施するための信頼性の高い、費用対効果の高い方法が提供される。
【０００８】
好ましくは、リングの歪みおよび変形を測定する手段を提供する工程は、リングにセンサを適用することを含む。リングの内面にセンサを配置することが特に好ましい。
【０００９】
好ましくは、圧力室にリングを取り付ける工程は、リングの両端と室の壁との間にシールを設けることを含み、リングの外側の圧力を増加させる工程は、リングの外側の周りの室に加圧流体を圧送することを含む。
【００１０】
パイプ継手から切断するリングの長さは、パイプ継手がなおパイプラインで使用するための許容範囲内に留まるように選択されることが好ましい。通常、リングの長さは、パイプ継手の壁厚の約２倍になるように選択される。あるいは、長さは、実質的に５０ｍｍである。
【００１１】
好ましくは、工程ｉｉ）は、最小許容静水圧、したがってパイプ継手の目標壁厚を増加させるために、パイプ継手が使用される深さに安全率を適用する工程をさらに含む。好ましくは、安全率は係数である。安全率が１．１であることが特に好ましい。あるいは、安全率は、パイプ継手が使用される深さに追加される。
【００１２】
好ましくは、工程ｖｉｉ）は、確率分布から１０−６または１０−７の確率で発生する静水圧崩壊圧力を決定することを含む。この確率レベルは、非常に高い安全クラスイベントの名目上の確率レベル１０−６に対応するように選択される。
【００１３】
好ましくは、統計的テールモデルは、一般化パレート分布（ＧＰＤ）である。ＧＰＤは、極値理論から導出された統計的テールモデルである。ＧＰＤは、適切に選択された閾値を超える物理過程の超過の分布を表す。統計的極値理論によると、ＧＰＤには非縮退のすべてのクラスのテール挙動が含まれている。
【００１４】
好ましくは、ＧＰＤのスケールおよび形状パラメータ値は、基礎となる分布の裾または極値が極端に短いアプリケーションで不規則な挙動を起こしやすい標準的な最尤法ではなく、ベイジアンＭＣＭＣ法を使用して導出される。ＧＰＤの形状パラメータ値は、−０．５未満、つまり−０．５以下であることが特に好ましい。
【００１５】
好ましくは、本方法は、上記内径および上記壁厚を有する複数のパイプ継手を製造する工程をさらに含む。外圧崩壊試験を実施して、複数のパイプ継手が崩壊する静水圧崩壊圧力を表すデータを得ることが特に好ましい。
【００１６】
好ましくは、外圧崩壊試験は、複数のパイプ継手の１つ以上からリングを切断する工程と、リングの両端に平らで実質的に平行な面を形成する工程と、リングの歪みおよび変形を測定する手段を提供する工程と、リングの両端が圧力室の対向する壁とシールを形成し、リングの内側を外側から隔離するように、リングを圧力室に取り付ける工程と、リングの外側の圧力を増加させ、圧力の増加に伴うリングの歪みおよび変形を測定する工程と、リングの外側に加えられる圧力と測定される最大歪みとの比較を決定して、圧力の増加に伴うリング直径の非線形減少の加速の開始を検出する工程と、を含む。
【００１７】
本発明の第２の態様によれば、海底パイプラインの製造に使用するパイプ継手であって、本発明の第１の態様の方法を使用して決定された最小壁厚を有するパイプ継手が提供される。
【００１８】
本発明の第３の態様によれば、本発明の第１の態様の方法を使用して決定された最小壁厚を有する１つ以上のパイプ継手を備える海底パイプラインが提供される。
【００１９】
本発明の第４の態様によれば、海底パイプラインで使用するパイプ継手の静水圧崩壊圧力の決定方法であって、ｉ）パイプ継手の内径を決定する工程と、ｉｉ）パイプ継手を使用する深さの最小許容静水圧を決定する工程と、ｉｉｉ）パイプ継手の目標壁厚を決定する工程であって、目標壁厚が上記内径および上記最小許容静水圧に対応する工程と、ｉｖ）上記内径および上記目標壁厚を有する複数の予備パイプ継手を製造する工程と、ｖ）複数の予備パイプ継手が崩壊する静水圧崩壊圧力を表すデータをもたらす外圧崩壊試験を実施する工程と、ｖｉ）極値理論から導出された統計的テールモデルに基づいて、上記データに対応する確率分布を決定する工程と、ｖｉｉ）上記確率分布から、１０−５以下の確率で発生する静水圧崩壊圧力を決定する工程とを含む方法が提供される。
【００２０】
好ましくは、本方法は、上記内径および上記静水圧崩壊圧力に対応するパイプ継手の壁厚を決定する工程をさらに含む。
【００２１】
ここで、本発明の上記および他の態様を、添付の図面を参照して単なる例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】試験するタイプのパイプ継手を示す。
【図２】図１のパイプ継手から切断された試験リングの断面を示す。
【図３】試験装置の断面を示す。
【図４】図３の線Ａ−Ａ上の断面を示す。
【図５】試験装置の第２の実施形態の断面を示す。
【図６】試験装置の第３の実施形態の断面を示す。
【図７】静水圧に対してプロットされた確率密度関数のグラフであり、フィッティングされた正規モデルとフィッティングされたＧＰＤモデルとの差を示す。
【図８】確率範囲０〜０．６にわたる図７の２つのモデルの分布関数を示すグラフである。
【図９】確率範囲１０−１から１０−９にわたる図７の２つのモデルの分布関数を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図面において、同様の部分は同様の参照番号で示す。
【００２４】
海底パイプラインシステムを選択する場合、もちろん、パイプラインの製造に使用するパイプ継手の内径および壁厚など、その設計に関連するすべての側面を考慮する必要がある。パイプ継手の内径は、パイプラインを通る流体の流れがパイプラインの運用寿命中に経済的な成功を保証するのに十分であることを確認するために計算される。内径が計算されたら、当該内径とパイプラインが使用される深さの静水圧とに従って、パイプライン設置中の外圧崩壊をできる限り回避するように、パイプ継手の目標壁厚を計算する。目標壁厚は、標準工業設計指針を使用して計算することができる。このような計算に一般的に使用される指針の例は、ＤＮＶ−ＯＳ−Ｆ１０１であり、当該指針では、パイプライン設置中の圧力崩壊損傷に起因する安全性は、圧力崩壊過程の近似理論モデルを、パイプ材料特性に関連する理論的に導出されたいくつかの要因および一般的に理論的に導出された安全率とともに用いて決定される。指針の例では、パイプ継手の目標壁厚は、パイプラインが使用される深さに１．３２の安全率を適用することによって得られる。これにより、パイプ継手がさらされる仮想の静水圧が増加するため、目標の壁厚の増大につながる。しかしながら、本開示では、１．１の安全率を使用することができる。１．３２の安全率は、荷重抵抗係数設計（ＬＲＦＤ）法を使用して、指針が作成された時点で利用可能な崩壊圧力試験結果と比較して較正されている。超深海への設置中に非常に長いパイプラインが損傷することによる経済的影響が大きいため、特定のプロジェクトでは、さらに特定のパイプ継手崩壊試験に基づいてパイプラインの設計を行うことが慣例となっている。しかしながら、実規模のパイプ継手の圧力試験は、適切な圧力室を必要とするため高価である。超深海に相当する圧力を加えることができる圧力室は世界でも数が少なく、パイプミルから適切な試験施設へのパイプ継手の輸送は、不便で高価である場合が多い。少なくともこれらの理由から、通常、超深海パイプラインを含む特定のプロジェクトでは、少数の実規模のパイプ圧力試験が実施されるのみである。
【００２５】
個々のパイプ継手の長区間の試験では、外圧崩壊につながる変形がパイプ長さに沿って実質的に均一であることが示されている。この観察結果は、実地試験、理論的研究および数値モデリングによって支持されている。外圧崩壊が発生する静水圧は、リングがパイプ継手と同じ荷重を受ける場合、パイプ継手から切断されたリングとパイプ継手全体とで同じになることが示唆される。出願人は、パイプ継手からリングを切断し、リングを均一な長さに機械加工することに基づく試験方法を使用して、実規模のパイプ試験に代わる代替外圧崩壊試験を開発した。この手法は、国際公開第２００８／１１４０４９号に示されている。海底パイプラインの製造に使用するパイプ継手の試験方法および装置が記載されており、当該試験には、製造されたパイプ継手から切断および機械加工されたリング試験片（以下「試験リング」）の試験が含まれる。
【００２６】
試験リングは、試験リングの機械加工面をシールできる剛性フレームに配置されており、試験リングの外側の円形面にのみ圧力を加えることができる。試験リングの内側の円形面は周囲圧力に維持されているため、試験リングの外側円形面の圧力によって引き起こされる歪みおよび変形を測定するための装置を取り付けるのに適している。
【００２７】
試験リングの機械加工された平らな両表面のシールは、圧力崩壊試験中に試験リングの円形面の変形を妨げるようになっている。リングの平らな両表面のシールは、試験中に、圧力を試験リングの外側の円形面のみに、かつ平らな機械加工された両表面の小さな領域のみに制限するようになっている。シールは、試験リングが機械加工された両表面に平行な力を実質的に受けないようにして、試験リングの円形面の変形を妨げるようになっている。
【００２８】
外部ポンプによって圧力を加え、特定量の流体を試験リングの外側円形面を囲む空間に追加する、またはその空間から減じることによって圧力が増加または減少するようにする。この構成によって、外側円筒面への圧力によって引き起こされる試験リングの半径方向の変形を、制御された様式で、大きくまたは小さくすることができる。
【００２９】
試験リングの機械加工された両平面上のシールの動作は、シールに変形がないことを保証するように形作られた剛性ブロックに試験リングを入れることで実現することができる。別の構成は、試験リングの外側円筒面に加えられるのと同じ（または異なる）圧力を受けるピストンの動作によって、シールが調整および制御される空間を確保することである。
【００３０】
一般的な試験には、ｉ）パイプから試験リングを切断し、規定の公差内に両端を平らで平行に機械加工する工程と、ｉｉ）アタッチメントを取り付けて、試験リングの歪みおよび変形を測定する工程と、ｉｉｉ）所定の位置にシールを有するフレームに試験リングを取り付ける工程と、ｖｉ）圧力を加えて、シールが有効かつ効果的であることを確認する工程と、ｖ）圧力を増加させて、歪みおよび変形の測定値を記録する工程と、ｖｉ）最大値に達するまで、つまり外圧崩壊が発生するまで圧力を増加させ続ける工程とが含まれる。
【００３１】
また、測定された最大歪みに対する加えられた圧力の曲線をプロットして、シールを通過する作動流体の漏れに依存しない圧力の増加に伴うリング直径の非線形減少の加速の開始を検出することも有用であり得る。
【００３２】
図１は、海底パイプラインで使用されるパイプ継手１０を示す。通常の例では、長さが約１２．２ｍ、外径が５０８ｍｍ、壁厚が３５ｍｍである。試験リング１２（図２にも示す）は、パイプの一端から切断され、壁厚の約２倍の長さ７０ｍｍを有する。この長さの試験リング１２が切断された後でも、パイプ継手１０は、なおパイプラインの建設に使用することができる。試験リング１２の両端面１４は、実質的に平行で平らになるように機械加工されている。実質的に平行で平らとは、試験リング１２の全長の公差が±０．０１ｍｍであることを意味する。粗度係数は、ＩＳＯグレードＮ６を超えないことが望ましい。
【００３３】
図３および図４は、試験のために所定の位置に試験リング１２がセットアップされた、本試験方法で使用する試験装置の一実施形態を示す。試験リング１２は、上部部分１６と下部部分１８との間に取り付けられ、この両部分は共に圧力試験室を画定する。圧力試験室の２つの部分１６、１８には、位置決め栓１９が設けられており、これは、対応する位置決め穴に関連シール２１とともに配置されていて、２つの半部分の位置決めを可能にする。Ｏリングまたは圧力を加えられた圧力保持シール２０が、上部および底部部分に設けられている。これらのシールは、試験リング１２と係合して、適切な入口２４を介した加圧液圧試験流体の供給によりアクセス可能な環を形成する。試験リング１２の内側の中央空隙２６は、試験リング１２の内側円筒面の歪みゲージ（図示せず）への計装配線へのアクセスも提供するのに十分な大径のブリード穴２８を介して大気に通気される。
【００３４】
２つの半部分１６、１８は、機械的密封ねじ３０によって一緒に保持されている。ねじ３０は、上部部分１６の穴３２を通って延び、空隙２６を通過して、底部部分１８のねじ穴３４に係合する。２本のねじ３０が示されているが、適切な締め付け固定を確保するために任意の適切な数を使用することができる。
【００３５】
２つの部分１６、１８を一緒に保持する力は、環２２を圧力保持シール２０、２１に対して内側および外側に圧密にするのに十分である。試験リング１２をパイプから切断する際の許容範囲は、液圧荷重下で試験リング１２の外径から半径方向内側への移動の際の過度の拘束摩擦を回避しながら、環２２から空隙２６への漏れが発生しない範囲である。
【００３６】
図５は、試験装置の第２の実施形態を示しており、この実施形態では、図３および図４に示した締め付けねじは液圧ピストン装置に置き換えられている。シリンダ３６は、ピストン３８が摺動可能に配置された下部部分１８に形成される。シリンダの外端は、プレート４０で閉鎖されている。摺動シールを備えた穴４２が、シリンダ３６の内端から空隙２６まで延びている。連接棒４４が、ピストン３８から穴４２を通って上部部分１６の位置決め穴４６に延び、そこでピストンリング締め付け具４８に固定されている。入口５０が、シリンダ３６の下端に設けられて、加圧流体の流入を可能にし、シリンダ３６に沿ってピストン３８を駆動して上部部分１６を下部部分１８に締め付け固定する。
【００３７】
図６は、試験のために所定の位置に試験リング１２がセットアップされた、本試験方法で使用する試験装置のさらなる実施形態を示す。試験リングは、上部円筒形部分１６と底部円筒形部分１８との間に取り付けられ、両円筒形部分の間にスペーサリング部分５２が配置され、これらは一緒に圧力試験室を画定する。装置には、圧力室に加圧流体を供給するための入口２４が設けられている。
【００３８】
上部および底部部分はリング状で、中央開口部２６を有する。中央開口部は、圧力崩壊試験を実施するためのセンサおよび他の装置を取り付けるために、試験装置の中心と試験リングの内面とへのアクセスを提供する。上部部分と底部部分の対向する面は、段差を有し、それぞれ、上部部分１６の底部および底部部分１８の上部の縁周りに円周方向に延びる肩部５４を形成している。これにより、肩部と各部分の開口部との間に突出した環状段付き部分５６が設けられる。各部分の肩部５４は、支持面を備え、各支持面の間にスペーサリング５２が配置されている。上部および底部部分の各環状段付き部分５６は、支持面を備え、各支持面に試験リング１２が取り付けられている。環状段付き部分の外径は、スペーサリング５２の内径に実質的に対応する。スペーサリング５２は、上部および底部部分の２つの面の間の距離を調整するのに役立つ。スペーサリング５２の内径は、上部および底部部分１６、１８の外径よりも小さく、それぞれの開口部の直径よりも大きい。スペーサリング５２の外径は、上部および底部部分１６、１８の外径よりも大きい。
【００３９】
シール手段２０を保持する円周溝が、上部および底部部分１６、１８の対向する面に設けられている。追加のシール手段５８が、スペーサリング５２と上部および底部部分１６、１８の環状段付き部分５６の側面との間に、環状段付き部分の側面の円周溝に設けられている。
【００４０】
上部および底部部分は、上部部分１６の外側縁部周りの穴３２およびスペーサリング２０を通って延び、底部部分１８の穴３２と係合する機械的シール手段、たとえばねじ（図示せず）によって一緒に保持される。追加の固定手段が、上部部分の環状段付き部分５６の穴を通って延び、底部部分１８の環状段付き部分５６の穴と係合してもよい。各部分を一緒に適切に締め付け固定するために、任意の数の固定手段を使用することができる。
【００４１】
本試験方法は、関連する試験装置とともに、以前の実規模のパイプ試験手法に勝る多くの利点を実証している。まず、パイプラインに必要なすべてのパイプ継手から取り出した試験リングの代表サンプルの試験が可能になり、これらの各パイプ継手の外部静水圧崩壊に耐える能力の直接的、物理定量的な証左をもたらし得る。各試験リングの崩壊許容範囲は、切断元のパイプ継手の崩壊許容範囲の代表として確実に保持することができる。２つ目に、本試験方法の使用は、実規模のパイプ試験を実施するよりもはるかに安価であるため、データセットが大きくなり、十分に規格外の単一の継手が崩壊を起こす統計的確率の増加に対して、パイプラインの長さの増加に伴って露出が増加することに基づいてパイプライン全体の壁厚を増加させる、例示の指針で現在使用されている安全率の低減を可能にする。各試験リングが切断されたパイプ継手は、製品のパイプ継手としてなお使用することができるため、無駄にならない。
【００４２】
目標壁厚が計算されると、複数の予備パイプ継手が製造され、各パイプ継手は上記内径および上記目標壁厚を有する。次に、予備パイプ継手で外圧崩壊試験を実施して、外部静水圧に対する許容範囲を決定し、予備パイプが崩壊する静水圧崩壊圧力を表すデータセットを得る。外圧崩壊試験は、実規模のパイプ継手で、または好ましくは、出願人によって開発された前述の試験方法を使用して実施することができる。
【００４３】
次に、データセットを検査して、たとえば１０−７の確率で静水圧崩壊圧力がどの程度になるかを決定する。これは、データセットに基づいて確率分布をプロットすることにより行われる。現在の慣例では、確率分布を取得するために、正規分布モデルをデータセットにフィッティングさせる。しかしながら、本発明は、一般化パレート分布（ＧＰＤ）モデルなどの極値理論から導出された統計的テールモデルをフィッティングすることにより確率分布を決定する。図７は、静水圧（ｘ）に対してプロットされた確率密度関数ｆ（ｘ）のグラフ６１を示し、フィッティングされた正規モデル６２およびフィッティングされたＧＰＤモデル６４の密度関数間の差を示している。両方のモデル６２、６４は、３４．７ＭＰａ〜４４．４ＭＰａの範囲にあるデータセットにフィッティングされており、グラフ６１は、２５ＭＰａ〜４０ＭＰａの範囲にわたってプロットされていて、上記データセット範囲と観測値がない分布のはるかに低いテールとの両方に及ぶ。フィッティングされた正規モデル６２は、平均３９．２ＭＰａおよび標準偏差２．１ＭＰａがサンプルの平均および標準偏差にそれぞれ対応する、ベル型の分布を示している。フィッティングされたＧＰＤモデル６４は、この例では閾値４０．３ＭＰａより下のデータにのみフィッティングされた統計的テールモデルである。フィッティングされたＧＰＤモデル６４の分布のパラメータは、スケール３．９１ＭＰａおよび形状−０．６６９である。これらのパラメータは、ベイジアンＭＣＭＣ法を使用して導出された事後平均である。グラフ６１から、フィッティングされたＧＰＤモデル６４から導出された分布は、有限の下端点で突然停止する凸状のテールを有することが明らかであろう。これは、崩壊の確率が低下するにつれて予測される崩壊圧力のレベルが指数関数的に低下する無限に長い連続テールを有するフィッティングされた正規分布モデルから導出された分布と対照的である。
【００４４】
図８および図９はそれぞれ、グラフ６６、６８を示し、確率範囲にわたって２つのモデル６２、６４の分布関数をプロットし、データが存在する範囲から極端な観測値のないはるかに低いテールまで移動している。図８から、確率範囲０〜０．６にわたる２つのモデル６２、６４の分布関数は、データが存在する範囲で密接に一致することがわかる。
【００４５】
図９のグラフ６８は、確率範囲１０−１〜１０−９にわたる２つのモデル６２、６４の分布関数を示している。このプロットは、２つのモデル６２、６４がデータセットからさらに外挿され、データセットの範囲を超える圧力に対する外圧崩壊の確率を推定するため、２つのモデル６２、６４の違いを強調している。グラフ６８から明らかなように、フィッティングされた正規モデル６２から導出された分布関数は、ゼロに向かってゆっくりと減衰する低いテールを有し、凸状形状の、データセット内で観測された最小のデータ点に比較的近い有限の下端点を有するフィッティングされたＧＰＤモデル６４から得られた分布曲線と比較して、はるかに高い崩壊確率を割り当てる。
【００４６】
フィッティングされたＧＰＤモデルの使用によって、パイプ継手の外圧崩壊を確実に予測する新規の方法が提供され、パイプ継手の壁厚の大幅な削減を可能にし、パイプラインの商業的可用性の向上と大幅なコスト削減とがもたらされる。たとえば、データセットが深さ２，５００ｍに設置されるパイプ継手に関連すると仮定すると、パイプ継手の最小許容崩壊圧力は、水密度１，０２５ｋｇ／ｍ３および重力加速度９．８１ｍ／ｓ２に基づいて、２５．１ＭＰａの範囲にある。図９を参照すると、データセットは、フィッティングされた正規モデル６２から導出された分布関数に基づく確率１０−７でのパイプ崩壊圧力は２９ＭＰａの範囲にあることを示している。この圧力を最小許容崩壊圧力２５．１ＭＰａと比較すると、当該点の継手の目標壁厚および内径は安全性を有し、おそらく壁厚をたとえば１ｍｍだけわずかに低減し得ることがわかる。この例では、パイプラインの長さが５００ｋｍであると仮定する。このようなパイプラインの建設には、約４０，０００個のパイプ継手が必要である。パイプ鋼のコストが１ｍ３あたり約１９，０００ポンドの場合、壁厚を１ｍｍ低減すると、約２，３００万ポンドの節約になる。
【００４７】
同じデータセットは、フィッティングされたＧＰＤモデル６４から導出された分布関数に基づく確率１０−７でのパイプ崩壊圧力は３４．５ＭＰａの範囲にあることを示している。この圧力を最小許容崩壊圧力２５．１ＭＰａと比較すると、目標壁厚は過度に慎重であることがわかり、それにより壁厚を大幅に削減する機会が開放され、大幅なコスト削減につながる。上記の例に続いて、確率１０−７でのフィッティングされたＧＰＤモデル６４を使用して導出されたパイプ崩壊圧力と最小許容崩壊圧力２５．１ＭＰａとの差は、壁厚を９ｍｍ程度ほど大幅に低減し得ることを示している。このような壁厚の低減は、約２億４００万ポンドの節約につながる可能性がある。これは、フィッティングされた正規分布モデル６２を使用して導出された確率分布関数を使用して導出される可能な節約額と比較すると、桁違いに大きい。
【００４８】
本発明による方法は、数十年前に確立され、今日も使用され続けている従来のパイプ継手設計方法から大きく逸脱し、海底パイプラインの可用性、ならびにパイプラインで使用するパイプ継手の製造および設置においてかなりの商業的利点を提供する。当業者であれば、現在開示されている方法は、限定ではなく例として教示していることが理解されよう。したがって、上記の説明に含まれるまたは添付の図面に示される事項は、限定的な意味ではなく、例示として解釈されるべきである。添付の特許請求の範囲は、言語の問題としてそれらの中間に属する可能性がある、本明細書に記載されているすべての一般的および特定の特徴、ならびに本方法および装置の範囲のすべての記述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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【国際調査報告】
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