JP2010509554A - パイプラインに関連して、一つ又はそれ以上の光ファイバ導波管を配置するための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

光ファイバ検出用途用のパイプラインを配置するための改良の方法及びシステム。各々が、多層で包囲された内側パイプ（１３）を有する複数のパイプ部分（１１）を準備する。各パイプ部分の両端（１７Ａ）は、包囲層を取り除き、又は省いた部分を有する。チューブ状部材（１９）が、包囲層内で、各パイプ部分に沿って長さ方向に延び、さらに、包囲層の末端壁から延びる自由端（１９Ａ）を有する。隣接したパイプ部分のチューブ状部材は、互いに接合され、パイプラインに沿って延びる一本の導管を形成する。導管は、中に、一つ又はそれ以上の光ファイバ導波管を収容するようになっている。少なくとも一つの第２材料層が、接合されたパイプ部分の間に施される。包囲層及び少なくとも一つの第２層は、パイプラインの内側パイプの断熱／保護を提供する。

Description

本発明は、概して石油及びガス産業で使用されるパイプラインに関する。より具体的には、本発明は、このようなパイプラインと関連して使用される、一つ又はそれ以上の光ファイバ導波管の配置に関する。

光ファイバ導波管は、石油及びガス産業において、パイプライン内の温度の監視、及びワックス又は水和物、及び漏れのような種々の作動状態の検出を含む種々の遠隔検出用途で広く使用される。これらの用途では、光ファイバ導波管のうまい配置が、配置の容易（及び低コスト）さ、感度、及び耐久性の間にバランスを要求するので、特に大変である。現場で多数の（典型的には１０メートルよりも短い）短い部分から組み立てられる「セグメントパイプライン」では、（長さ１キロ以上である）長い光ファイバ導波管を、多数のコネクタ又はスプライスなしにセグメントパイプラインのマルチセグメントの一部として含むことが困難であるという点で追加の複雑さがある。このようなコネクタ又はスプライスは、セグメントパイプラインの稼働寿命にわたって配置し、且つ維持するのに高価である。このようなコネクタ又はスプライスは、光ファイバ導波管に伝えられる光信号の減衰（損失）を生じさせ、これは、遠隔検出装置の有効性、及びそれから得られる測定値の有効性を減じ、及び／又はこのような光結合損失を補償する高価な装置を要求することがある。

従って、本発明の目的は、光ファイバ導波管の一部として要求されるスプライス又はコネクタの数を減らすように、セグメントパイプラインと関連して光ファイバ導波管を配置するための技術を提供することである。

改良方法を、光ファイバ検出用途のためのパイプラインの配置を目的として説明する。複数のパイプ部分を準備する。各パイプ部分は、内側パイプと、内側パイプを包囲する少なくとも一つの第１材料層を有する。各パイプ部分の両端は、少なくとも一つの第１層を取り除き、又は省いた部分を有する。チューブ状部材が、少なくとも一つの第１層内で、各パイプライン部分に沿って長さ方向に延び、且つ少なくとも一つの第１層のそれぞれの末端壁から延びる自由端を有する。隣接したパイプ部分は、隣接したパイプ部分の内側パイプを接合することによって互いに接合されて、１本のパイプラインを形成する。隣接したパイプ部分のチューブ状部材は、互いに接合されて、パイプラインの長さに沿って延びる導管を形成する。導管は、一つ又はそれ以上の光ファイバ導波管を収容するようになっている。所定対の隣接したパイプ部分のチューブ状部材を互いに接合した後、少なくとも一つの第２材料層が、所定対の隣接したパイプ部分の所定対の間の領域に施される。少なくとも一つの第１層と少なくとも一つの第２層は、パイプラインの内側パイプの断熱及び／又は保護のためにある。

本発明の好ましい実施形態によれば、光ファイバ導波管は、加圧流体を用いる圧送方法によって導管内に配置される。

本発明の一実施形態によれば、隣接したチューブ状部材の自由端は、現場で、接合にふさわしい適当な長さに切断される。

導管内に配置された光ファイバー導波管は、光ファイバ温度分布検出及び／又は光ファイバーポイント検出のような種々の遠隔光ファイバ検出用途に使用することができる。

ここに説明するパイプライン配置方法及びシステムは、光ファイバ導波管の一部として要求されるスプライス又はコネクタの数を減らすように、セグメントパイプラインと関連して光ファイバ導波管の配置のためであることが理解されよう。このようなコネクタ又はスプライスの回避は、光ファイバ導波管に伝えられる光信号の減衰（損失）を著しく減じ、その結果、遠隔検出装置、及びそこから得られる測定値の有効性を改善し、且つコストを減ずることができる。

本発明の追加の目的及び利点が、詳細な説明を提供する図面と関連して参照することによって、当業者にとって明らかになる。

本発明による、マルチセグメントパイプラインを形成するのに使用されるパイプ部分の概略図である。 図１Ａのパイプ部分の一端の概略図である。 本発明による、図１Ａの２つの隣接したパイプ部分を示す概略図である。 本発明による、１本のパイプラインを形成するために互いに接合された、図１Ａの４つの隣接したパイプ部分を示す概略図である。 本発明による、図４の隣接したパイプ部分の間の領域に施された断熱／保護材料を示す概略図である。 光ファイバ導波管に沿って温度を測定するための遠隔検出装置の略図であり、光ファイバ導波管の一部分が、本発明によりマルチセグメントパイプラインに配置されている図である。

今、図１Ａ及び１Ｂを参照して、一つ又はそれ以上の断熱／保護材料の層１５でくるまれた（好ましくは、剛性用途のために鋼で、又は可撓性ライザーのような可撓性用途のために複合構造で実現される）内側パイプライン１３を含むパイプライン部分１１を示す。剛性用途のために、断熱／保護層１５は、一つ又はそれ以上の固形及び／又はフォームポリマー層、及びおそらくは、一つ又はそれ以上のセメント層を含むことがある。可撓性用途のために、断熱／保護層１５は、一つ又はそれ以上のフォームの層を含むことができる。断熱／保護層１５の一部分は、パイプライン部分１１の両端１７Ａ，１７Ｂが取り除かれ、又は省かれる。チューブ状部材１９が、断熱／保護層１５内で、長さ方向に、パイプライン部分１１に沿って延びる。パイプライン部材１１の製造中（即ち、断熱／保護層１５を内側パイプ１３の外側に施すとき）に、チューブ状部材１９を断熱／保護層１５に埋没してもよい。変形として、チューブ状部材１９を、断熱／保護層１５に穿設されたチャンネルに挿入してもよい。チューブ状部材１９は、パイプライン部分１１の断熱／保護層１５の末端壁２０Ａ，２０Ｂの各々から延びる自由端１９Ａ，１９Ｂを含む。チューブ状チューブ１９は、プラスチック又は他のポリマー材料で作られる。変形として、チューブ状部材１９を、ステンレス鋼又は他の金属材料で作ってもよい。好ましくは、チューブ状部材１９の自由端１９Ａ，１９Ｂは、後述するように接合する前に位置決め、及び整合を見込むために、手で曲げることができ、及び／又は柔順である。例えば、３１６Ｔｉ級ステンレス鋼で作られた直径０．２５インチ（６．３５ｍｍ）のチューブは、この目的のために十分に曲げることができ、及び／又は柔順である。好ましくはチューブ状部材１９の自由端１９Ａ，１９Ｂは、示されるように、内側パイプ１３の末端面２１Ａ，２１Ｂを優に超え、以下に説明するように、その後の接合のために余分な長さを提供する。

図２及び３に示すように、複数のパイプライン部分１１を互いに接合することによってパイプライン２３が形成される。パイプライン部分１１は、隣接したパイプライン部分の内側パイプ１３の端を互いに溶接することによって、周知のフランジ連結によって、又は他の適当な手段によって接合される。このような接合作業は、パイプラインの所望の最終場所とは異なる組立場所で行われるけれども、典型的には、パイプライン２３の所望の場所又はその近くの現場で行われる。

隣接したパイプライン部分１１のチューブ状部材１９は、図３に示すように、互いに接合され、パイプライン２３の長さに沿って延びる導管２４を形成する。典型的には、この作業は、隣接したチューブ状部材の自由端を、接合にふさわしい長さに切断することを要求する。好ましくはチューブ状部材の切断及び接合作業は、パイプライン２３の所望場所の現場で行われる。隣接したチューブ状部材は、隣接した部材の切断端を互いに溶接することによって、（圧縮接合のような）機械的な連結によって、隣接した部材の切断端を連結するコネクタによって、又は他の適当な手段によって接合される。コネクタは、典型的に低圧気送管で使用される押し嵌めコネクタ、又は溶接スリーブ（即ち、隣接したチューブ状部材の２つの端にぴったりと嵌り、且つチューブ状スリーブの両端での環状溶接によって完成されるチューブ状スリーブ嵌め）によって実現することができる。好ましい実施形態では、接合工程は、隣接したチューブ状部材を互いに整合させ、且つ隣接したチューブ状部材の自由端の切断から生じるバリを取り除く。これらの作業は、導管２４が滑らかであるのを保証し、これは、一つ又はそれ以上の光ファイバ導波管又はケーブルを導管２４内に配置するのに有利である。

所定対の隣接したパイプライン部分１１のチューブ部材を接合した後、隣接したパイプ部分の間に、一つ又はそれ以上の断熱／保護材料の層２５を施すことができる。断熱／保護層２５は、例えばクローズドセル、若しくはシンタクチックフォーム、又は他の適当な材料で構成される。断熱／保護層２５を、隣接したパイプ部分の間に施し、内側パイプ１３を連結する接続部２７、及び隣接したパイプライン部分のチューブ状部材１９を連結する接続部２９を覆う。

隣接したチューブ状部材１９の接合によって形成される導管２４は、内部に一つ又はそれ以上の光ファイバ導波管又は光ファイバケーブルを収容するために使用される。好ましくは光ファイバ導波管又はケーブルは、加圧流体を使用する圧送方法によって導管２４内に配置される。このような圧送方法の例が、米国特許第６，７２２，６３６号、米国再発行特許３８，０５２、及び米国再発行特許３７，２８３に説明されており、その全体をここに援用する。この方法で、光ファイバ導波管又はケーブルは、パイプライン２３の相当な長さ（例えば、数キロメートル）に亘って導管２４内に圧送される。圧送距離は、導管２４の特性（例えば、直径）に依存する。パイプライン２３が最大圧送距離を超えて延びる場合には、圧送が完了した後に、結合部又は光コネクタを使用して、光ファイバ導波管又はケーブルの端を互いに接合する。変形として、複数の連続的な導管の部分内に、より長い、連続的な光ファイバを圧送することによって、圧送工程を繰り返し実施してもよい。次いで、導管の部分を、上述のような機械的又は溶接手段によってつなぎ合わせる。

導管２４内に配置された光ファイバ導波管は、光ファイバケーブルによって遠隔装置に連結される。遠隔装置は、陸上、或いはプラットフォーム上に配置される。好ましくは遠隔装置は、導管２４内に配置された光ファイバ導波管に沿った位置での温度の指示をなす光ファイバ温度分布検出測定値（distributed fiber optic temperature sensing measurements）のためにある。この光ファイバ導波管は、パイプライン２３に沿って延びるので、温度測定値は、パイプライン２３に沿った温度測定値を提供する。変形として、遠隔装置は、パイプライン２３に沿った種々の位置の温度若しくは圧力、又は変形の指示を提供するための、光ファイバ「点検出」測定値のためにある。遠隔装置の測定値は、パイプライン２３を監視し、パイプライン２３を詰まらせる水和物又はワックス生成のような警告状態の自動検出又は予測のために、他のシステムに通知されてもよい。シュルンベルジェによってＳｅｎｓａ（登録商標）の名称で販売されているような、既存の遠隔装置を使用することができる。このような遠隔装置の操作の詳細は、米国特許第５，６９６，８６３号に説明されており、開示の全てをここに援用する。

変形として、又はこのような測定値に加えて、遠隔装置は、周知の光ファイバ騒音検出技術を使用した振動又は気泡の検出を通じて、パイプラインの漏れを検出するようになっている。騒音検出は、流体漏れ又は水和物生成を検出するのに使用してもよい。

図５は、温度を測定する光ファイバ導波管を利用するシステムを略図で示す。高出力パルスモードレーザ源５１が、指向性カプラー５３を通して、且つ光ファイバ導波管５２に沿って光のパルスを発する。光ファイバ導波管５２の一部が、パイプライン２３の導波管２４内に配置される。光ファイバ導波管５２は、システムの温度検出要素を形成し、且つ温度が測定されるべき位置に配置される。光パルスが光ファイバ導波管５２に沿って伝搬するとき、その光は、密度及び組成揺らぎ（レイリー散乱）、並びに分子振動及びバルク振動（それぞれ、ラマン散乱及びブリユアン散乱）を含む幾つかの機構によって散乱される。散乱した光の或るものは、光ファイバ導波管のコア内に保たれ、光源５１に向かって導かれる。この戻り信号は、指向性カプラー５３によって分割され、レシーバ５４に送られる。均一なファイバでは、戻った光の強度が、時間とともに指数関数的減衰を示す（さらに、光ファイバ導波管の中の光の速さに基づいて、光が光ファイバを移動した距離を明らかにする）。このような、組成及び光ファイバ導波管の長さに沿う温度のような要因の変化は、距離とともに密度の「完璧な」指数関数的減衰からの偏差を明らかにする。レシーバ５４は、典型的には、後方散乱成分を戻り信号から取り出す光フィルタ５５を利用する。後方散乱成分は、検出器５６によって検出される。検出された信号は、信号処理回路５７によって処理され、該回路は、典型的には、検出された信号を増幅させ、次いで、生じた信号をデジタル形式に変換（高速アナログ−デジタル変換器）する。次いでデジタル信号を解析し、光ファイバ導波管の長さに沿う温度プロフィールを作る。このタイプの検出は、光ファイバ導波管５２の長さに沿う温度プロフィールを測定するので、分配温度検出（ＤＴＳ）と呼ばれる。

光ファイバー点検出のために、ブラッググレーティングを、光ファイバ導波管に所望の位置でエッチングする。光ファイバ導波管の一部分が、パイプライン２３の導管２４内に配置される。ブラッググレーティングは、特定の波長の光を反射するように設計される。光を、光ファイバ導波管に発する。反射光の波長のずれの測定値は、温度、又は圧力若しくは歪みを測定するのに使用される。多点センサは、間隔を隔てた複数のブラッググレーティングを有し、典型的に、これらは異なる波長を反射するようにエッチングされる。反射光の波長のずれの分析は、光ファイバ導波管に沿う多数の別々の位置での状態を検出することができる。このような「点検出」機能は、米国特許第６，０９７，４８７号に詳細に説明されており、全体としてここに援用する。

パイプラインと関連して、一つ又はそれ以上の光ファイバ導波管を配置する方法及びシステムの幾つかの実施形態をここに説明し、且つ例示した。本発明の特定の実施形態を説明したが、本発明は当該技術が許すほど範囲が広くあるべきであり、且つ詳細な説明も同様に読むべきであるから、本発明はこれに限定されるものではない。かくして、特定のパイプライン材料システムを説明したが、他のパイプライン材料も使用できることを理解すべきである。その上、特定のタイプの光ファイバ検出器、技術、及び用途を説明したが、他の光ファイバ検出器、技術、及び用途を使用してもよいことが分かる。従って、当業者には、特許請求の範囲に記載された範囲から逸脱することなく、提供された発明に他の修正を行ってもよいことが理解できる。

Claims (29)

1. 光ファイバ検出用途のためのパイプラインの配置方法であって、
   各々、内側パイプ及び内側パイプを包囲する少なくとも一つの第１材料層を有する複数のパイプ部分を準備し、各パイプ部分の両端は、少なくとも一つの第１層が取り除かれ、又は省かれた部分を有し、チューブ状部材が、少なくとも一つの第１層内で各パイプ部分に沿って長さ方向に延び、チューブ状部材は、少なくとも一つの第１層のそれぞれの末端壁から延びる自由端を有し、
   前記隣接したパイプ部分の内側パイプを接合することによって隣接したパイプ部分を互いに接合して、パイプラインの長さ方向部分を形成し、
   隣接したパイプ部分のチューブ状部材を互いに接合して、パイプラインの長さ方向部分に沿って延びる導管を形成し、導管は、内部に一つ又はそれ以上の光ファイバ導波管を収容するようになっており、
   所定対の隣接したパイプ部分のためのチューブ状部材を互いに接合した後、所定対の隣接したパイプ部分の間の領域に、少なくとも一つの第２材料層を施す、
   光ファイバ検出用途のためのパイプラインの配置方法。
2. 少なくとも一つの第１層及び少なくとも一つの第２層は、パイプラインの長さ方向部分の内側パイプを断熱する、請求項１に記載の方法。
3. 少なくとも一つの第１層及び少なくとも一つの第２層は、パイプラインの長さ方向部分の内側パイプを保護する、請求項１に記載の方法。
4. 所定のパイプ部分のチューブ状部材は、所定のパイプ部分の製造中、少なくとも一層内に埋没される、請求項１に記載の方法。
5. 所定のパイプ部分のチューブ状部材は、所定のパイプ部分の少なくとも一層に穿設されたチャンネルに挿入される、請求項１に記載の方法。
6. 所定のパイプ部分のチューブ状部材の自由端は、手で曲げられる、請求項１に記載の方法。
7. 所定のパイプ部分のチューブ状部材の自由端は、所定のパイプ部分の内側パイプの末端面を超えて延びられる請求項１に記載の方法。
8. 隣接したパイプ部分は、隣接したパイプ部分の内側パイプの端を互いに溶接することによって互いに接合される請求項１に記載の方法。
9. 隣接したパイプ部分は、フランジ連結によって互いに接合される請求項１に記載の方法。
10. 隣接したパイプ部分の接合は、パイプラインの所望場所又はその近くの現場、又はパイプラインの組立場所で行われる請求項１に記載の方法。
11. パイプラインの所望場所の現場で、隣接したチューブ状部材の自由端を、接合にふさわしい長さに切断することをさらに含む請求項１に記載の方法。
12. 前記隣接したチューブ状部材の接合は、隣接したチューブ状部材の切断端を互いに接合することを含む請求項１１に記載の方法。
13. 前記隣接したチューブ状部材の接合は、隣接したチューブ状部材の切断端を連結するコネクタの使用を含む請求項１１に記載の方法。
14. 隣接したチューブ状部材の接合は、そこから生じる導管が滑らかであることを保証するようになっている請求項１に記載の方法。
15. 接合される隣接したチューブ状部材を整合させることをさらに含む請求項１４に記載の方法。
16. 隣接したチューブ状部材の自由端の切断から生じたバリを取り除くことをさらに含む請求項１４に記載の方法。
17. 少なくとも一つの第２層は、所定対の隣接したパイプ部分の内側パイプを連結する接続部を覆う請求項１に記載の方法。
18. 少なくとも一つの第２層は、所定対の隣接したパイプ部分のチューブ状部材を連結する接続部を覆う請求項１に記載の方法。
19. 少なくとも一つの光ファイバ導波管を、加圧流体を使用する圧送方法によって、導管内に配置することをさらに含む請求項１に記載の方法。
20. 導管内に配置された光ファイバ導波管を遠隔装置に連結することをさらに含む請求項１９に記載の方法。
21. 遠隔装置は、光ファイバ温度分布検出測定値を提供する請求項２０記載の方法。
22. 遠隔装置は、光ファイバ点検出測定値を提供する請求項２０に記載の方法。
23. パイプラインの複数の前記パイプ部分は、可撓性である請求項１に記載の方法。
24. パイプラインの複数の前記パイプ部分は、剛性である請求項１に記載の方法。
25. 光ファイバ検出用途のためのパイプラインに使用される装置であって、
    内側パイプ及び内側パイプを包囲する少なくとも一つの第１材料層を有するパイプ部分を含み、各パイプ部分の両端は、少なくとも第１層が取り除かれ、又は省かれた部分を有し、チューブ状部材が、少なくとも一つの第１層内で各パイプ部分に沿って長さ方向に延び、チューブ状部材は、少なくとも一つの第１層のそれぞれの末端壁から延びる自由端を有する、
    装置。
26. 光ファイバ検出用途のためのパイプラインであって、
    複数のパイプ部分を含み、各パイプ部分は、内側パイプ及び内側パイプを包囲する少なくとも一つの第１材料層を有し、各パイプ部分の両端は、少なくとも第１層が取り除かれ、又は省かれた部分を有し、チューブ状部材が、少なくとも一つの第１層内で各パイプ部分に沿って長さ方向に延び、チューブ状部材は、少なくとも一つの第１層のそれぞれの末端壁から延びる自由端を有し、
    前記隣接したパイプ部分の内側パイプを接合することによって、隣接したパイプ部分を互いに接合して、パイプラインの長さ方向部分を形成する手段と、
    隣接したパイプ部分のチューブ状部材を互いに接合してパイプラインの長さ方向部分に沿って延びる導管を形成する手段と含み、導管は、内部に一つ又はそれ以上の光ファイバ導波管を収容するようになっており、
    隣接したパイプ部分の間の領域に施された少なくとも一つの第２材料層を含む、
    パイプライン。
27. 少なくとも一つの第２層は、所定対の隣接したパイプ部分の内側パイプを連結する接続部を覆う、請求項２６に記載のパイプライン。
28. 少なくとも一つの第２層は、所定対の隣接したパイプ部分のチューブ状部材を連結する接続部を覆う請求項２６に記載のパイプライン。
29. 導管内に配置された少なくとも一つの光ファイバ導波管をさらに含む請求項２６に記載のパイプライン。

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