JP5311672B2 - 内側に耐食性被覆材を有するパイプラインの敷設方法 - Google Patents

Description

発明の領域
本発明は、海底に敷設されるパイプラインに関する。より正確には、敷設船から海底へパイプラインを敷設する方法であって、当該パイプラインは、耐食性の低い外側の配管材料に金属接触して密嵌された、内側の耐食性金属被覆材を有する。本発明に従った方法を用いれば、上述した形式のパイプラインを、敷設船に載せられた敷設ドラムから適切な場所に配置し敷設することができる。

発明の背景と従来技術
海底の設備から未処理の油井流を輸送する必要性が増加し、また輸送される流体が腐食性を有していることがさらに頻繁に発生するために、耐食性のあるパイプラインの需要が増している。しかしながら、耐食性材料製のパイプラインの価格は劇的に高騰しており、それゆえに、より価格の安い代替品が求められている。

そのような価格の安い代替品の一例は、内側に耐食性のより高い被覆材を有する炭素鋼製のパイプラインである。炭素鋼の強度は、それによって、被覆材の耐食性と結びつけられている。被覆材は典型的には、耐食性鋼、いわゆるステンレス鋼から製造されており、１〜７ｍｍ、最も典型的には約３ｍｍの厚みを有する。被覆材は、機械的接触、もしくは、熱間圧延（ロール溶接）、溶接、ろう付けまたは肉盛溶接を用いた金属結合のいずれかによって、炭素鋼のパイプラインの内表面に嵌められる。明らかに、最も低価格な代替品は、炭素鋼のパイプラインに対して内側の被覆材を金属接触を用いて機械的にしっかりと嵌め、パイプラインと被覆材との間に空間がないものである。しかしながら、この実施形態は、敷設船に載せられた配管敷設ドラムから繰り出して敷設することに関しては、不適切であるとわかっている。なぜならば、たとえば膨隆、座屈およびそれに伴って起こり得る破壊などの、いわゆる「座屈／しわ」によって、内側の被覆材が変形するからである。このような変形の結果、内側の被覆材が炭素鋼製パイプラインの内表面から外れ、そのためパイプラインの運転中の衝撃に耐える能力が失われる。これが、解決されるべき課題を象徴している。

上述した課題を解決する従来技術は知られていないが、この課題は従来、特に焦点を当てられていないようである。米国特許出願公開第２００３／００５６９５４号明細書により、パイプラインの運転状態を保つための方法に関連して、背景技術が示されている。米国特許第６１４２７０７号明細書により、パイプラインの直接的な電気加熱に関連して、背景技術が示されている。欧州特許出願公開第１２３３１４３号明細書により、油井内のコイル管の操作に関連して、背景技術が示されている。前記特許出願公開では、外側の配管内に組み込まれた内側の配管が開示されているが、前記配管の間には空間があり、ほとんどの実施形態において内側の配管は複合コイル管である。上記の従来技術は、本発明の根底にある課題とは異なる課題に関連している。

発明の要約
上述した課題は、敷設船から海底へパイプラインを敷設する方法であって、当該パイプラインは、耐食性の低い外側の配管材料に金属接触して密嵌された内側の耐食性金属被覆材を有する、方法を提供する、本発明によって解決される。当該方法は、以下の点において特徴付けられる。
ａ）パイプラインの一部分は、配管敷設ドラムに巻き取られる。このとき、当該部分の内部の加圧流体を用いて、当該部分内を超過圧力に保つ。
ｂ）既に配管敷設ドラムに巻き取られた上記一部分に、パイプラインの他の部分を連結させる。このとき、パイプラインは、機械的に動くことなく静止している。なぜならば、これらの部分が機械的に動かなければ、超過圧力を解放してもよいからである。
ｃ）これら部分内に超過圧力がかけられる。上記他の部分が配管敷設ドラムに巻き取られる。
ｄ）所定のパイプライン長さが得られるまで、ステップｂ）およびステップｃ）を繰り返して、複数の部分を一体に連結させ、一または複数の配管敷設ドラムに巻き取る。
ｅ）従来の方法を用いて、パイプラインが敷設船から海底へ敷設される。このとき、パイプラインが海底に適切に設置されるまで、加圧流体を用いたパイプライン内部の超過圧力は維持される。
ステップａ）、ｃ）およびｅ）における超過圧力は、耐食性金属被覆材の変形および耐食性金属被覆材と外側の配管材料との接触不足を回避するために十分なものである。

この連結には、特に二つの重要な特徴がある。すなわち、変形（座屈／しわ）および内側の被覆材と外側の配管材料との間の接触不足を回避するために、比較的適度な超過圧力、典型的には５〜２５バールが適切であること、ならびに、パイプラインまたはその一部分の内部に規定の超過圧力がかけられていないとき、パイプラインまたはパイプラインの一部分が機械的に動かないことである。「機械的に動かない」の語は、規定の超過圧力がかけられていなければ、配管敷設ドラムに巻き取られない、または、配管敷設ドラムから繰り出されない、もしくは、パイプラインが敷設船から海底へ降ろされないことを意味する。たとえば、配管の複数の部分を溶接するときの歪みは許容され得る。軽微な変形もまた、パイプラインまたはその構成要素が典型的な配管敷設ドラムに巻き取られるときに受けるものと比較して当該変形が軽微である限り、同様に許容され得る。５〜２５バールの超過圧力の語は、５〜２５バール（０．５〜２．５ＭＰａ）の絶対圧に相当する圧力で、耐食性の低い外側の配管材料の内表面に内側の被覆材が付勢されることを示す。約５バールよりも低い圧力は、たとえば「座屈／しわ」のような変形の危険性をもたらす。一方、約２５バールよりも高い圧力は、実用的でなく、種々の問題を引き起こし得る。

詳細な説明
海底へのパイプラインの敷設は通常、大型の特殊な敷設船を用いて行なわれる。典型的には１０〜３０メートルの径を有する大型ドラム、いわゆる配管敷設ドラムを用いることにより、巨大な鋼製パイプラインでさえも敷設することができるが、そのパイプラインは事前に配管敷設ドラムに巻き取られる。パイプラインはその後、従来の方法、たとえば海中のパイプラインの形状を示すS-lay方式またはJ-lay方式を用いて、海底へ降ろされる。配管敷設ドラムは、典型的には、多数の組み立て式の部分を取り付けているが、各々の部分は典型的には１ｋｍの長さを有する。被覆材は、典型的には、３ｍｍの厚みを有するステンレス鋼製であるが、他の材料や他の厚さもまた使用可能である。配管材料間の適切な表面圧力を維持するために、被覆材の厚みを増加させることが大径の配管に関して有利となる。外側の配管材料は、耐食性が低く、典型的には厚肉の炭素鋼製配管である。しかし、他の材料もまた使用可能である。

これまでは、上述した形式の内側被覆材を有するパイプラインの敷設は、当該被覆材が座屈によって変形するために、不可能であった。そしてこれが、本発明により解決されるべき課題である。

本発明によると、パイプラインまたはその一部分に、当該部分またはパイプラインの内部の加圧流体を用いて、典型的には５〜２５バールの超過圧力がかけられる。必要な圧力は、パイプラインの径と、内側の耐食性被覆材の厚みとに依存する。径を増大させ、被覆
材をより薄肉にするために、圧力の増加が必要である。８〜１０インチの配管および２〜３ｍｍ厚さの被覆材には、５〜１０バールの超過圧力が適切である。一方、２〜３ｍｍ厚さの被覆材を有する１６インチの配管には、１０〜２０バールの超過圧力が適切である。流体は、たとえば加圧された水、加圧された空気（大気）または加圧された不活性ガスなどの、ほとんどの任意の種類の液体または気体であってもよい。ほとんどの場合において、圧力媒体として水が望ましい。なぜなら水は、容易に入手可能であり、非圧縮性であって適切な圧力に容易に加圧できるからである。配管敷設ドラムに巻き取られ水で満たされたパイプラインの重量に起因して、保管および／または引張のための船の容量がきわどくなるのであれば、好ましくは気体、たとえば圧縮空気を用いる。必要な超過圧力が低いときもまた、加圧流体として気体を用いるのがより適切である。

好ましくは、異なる配管敷設ドラムに巻き取られたパイプラインの複数の部分間の連結を避けるために、パイプライン全体が一つの配管敷設ドラムに巻き取られるべきである。しかしながら、この連結に係る課題は、一の配管敷設ドラムの中心を通って次の配管敷設ドラムの中心へパイプラインを導き、配管の敷設または巻き取り中に複数のドラムを同期させて回転させることにより、避けることができる。あるいはまた、パイプラインの複数の部分を連結するために、たとえば連結部の一方側または両側にアイスプラグを取り付けるなど、別の方法を用いてもよく、これにより超過圧力を維持することができる。他の器具類、たとえばプラグやバルブもまた使用可能である。同様に、種々の連結サブ（connecting subs）および回り継手も使用可能である。

超過圧力を制御するための、ポンプ、圧縮機および必要な配管システムを、敷設船に搭載して取り付ける必要がある。好ましくは、配管の一部は、配管敷設船に搭載された一つまたは複数の配管敷設ドラムに直接装着される。または、配管の一部を保持するドラムが、敷設船にまで輸送されて、船上に乗せ換えられてもよい。

Claims (7)

1. 敷設船から海底へパイプラインを敷設する方法であって、前記パイプラインは、耐食性の低い外側の配管材料に金属接触して密嵌された内側の耐食性金属被覆材を有し、
   ａ）前記パイプラインの一部分は、配管敷設ドラムに巻き取られ、このとき、前記一部分の内部の加圧流体を用いて、前記一部分内を超過圧力に保ち、
   ｂ）既に前記配管敷設ドラムに巻き取られた前記一部分に、パイプラインの他の部分を連結させ、このとき、前記パイプラインは、機械的に動くことなく静止しており、なぜならば、前記一部分および前記他の部分が機械的に動かなければ、前記超過圧力を解放してもよいからであり、
   ｃ）前記一部分および前記他の部分内に超過圧力がかけられ、前記他の部分が前記配管敷設ドラムに巻き取られ、
   ｄ）所定のパイプライン長さが得られるまで、ステップｂ）およびステップｃ）を繰り返して、複数の部分を一体に連結させ、一または複数の配管敷設ドラムに巻き取り、
   ｅ）従来の方法を用いて、前記パイプラインが前記敷設船から前記海底へ敷設され、このとき、前記パイプラインが前記海底に適切に設置されるまで、加圧流体を用いた前記パイプライン内部の超過圧力は維持され、
   ステップａ）、ｃ）およびｅ）における前記超過圧力は、前記耐食性金属被覆材の変形および前記耐食性金属被覆材と前記外側の配管材料との接触不足を回避するために十分なものであることを特徴とする、方法。
2. ステップａ）、ｃ）およびｅ）における前記超過圧力は、約５〜２５バールの範囲にある、請求項１に記載の方法。
3. 前記パイプラインまたはその一部分の内部に用いられる前記流体は水であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記パイプラインまたはその一部分の内部に用いられる前記流体は圧縮空気であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 前記内側の金属被覆材は、約３ｍｍの厚みを有するステンレス鋼製の被覆材であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. 前記パイプラインの複数の部分は、前記パイプラインと複数の部分との両方が機械的に動かず静止しているときに、前記パイプラインの内部に超過圧力をかけずに一体に溶接されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
7. 使用される前記超過圧力は、前記内側の耐食性金属被覆材の完全性と形状とを確保するために、前記パイプラインの径に依存する、請求項１に記載の方法。