JP2003517541A - 封じ込め性および軸方向強度の改良された複合パイプ構造体 - Google Patents
封じ込め性および軸方向強度の改良された複合パイプ構造体Info
- Publication number
- JP2003517541A JP2003517541A JP2000551945A JP2000551945A JP2003517541A JP 2003517541 A JP2003517541 A JP 2003517541A JP 2000551945 A JP2000551945 A JP 2000551945A JP 2000551945 A JP2000551945 A JP 2000551945A JP 2003517541 A JP2003517541 A JP 2003517541A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pipe
- layer
- fibers
- angle
- thickness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title abstract description 24
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 27
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 229920002430 Fibre-reinforced plastic Polymers 0.000 claims abstract description 7
- 239000011151 fibre-reinforced plastic Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 90
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 8
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 7
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 abstract description 15
- 230000032798 delamination Effects 0.000 abstract description 5
- 239000004634 thermosetting polymer Substances 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 152
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 description 55
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 13
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 9
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 8
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 6
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 6
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 5
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 4
- 238000009730 filament winding Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- -1 polyacids Polymers 0.000 description 3
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 description 2
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 2
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 description 2
- GYZLOYUZLJXAJU-UHFFFAOYSA-N diglycidyl ether Chemical compound C1OC1COCC1CO1 GYZLOYUZLJXAJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000768 polyamine Polymers 0.000 description 2
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 2
- 229930185605 Bisphenol Natural products 0.000 description 1
- LCFVJGUPQDGYKZ-UHFFFAOYSA-N Bisphenol A diglycidyl ether Chemical compound C=1C=C(OCC2OC2)C=CC=1C(C)(C)C(C=C1)=CC=C1OCC1CO1 LCFVJGUPQDGYKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004971 Cross linker Substances 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 229920002732 Polyanhydride Polymers 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 101001062854 Rattus norvegicus Fatty acid-binding protein 5 Proteins 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N bisphenol A Chemical compound C=1C=C(O)C=CC=1C(C)(C)C1=CC=C(O)C=C1 IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000009969 flowable effect Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229920003986 novolac Polymers 0.000 description 1
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 150000003141 primary amines Chemical class 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 239000011342 resin composition Substances 0.000 description 1
- 239000012260 resinous material Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 150000003335 secondary amines Chemical class 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
- 229920006305 unsaturated polyester Polymers 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B1/00—Layered products having a non-planar shape
- B32B1/08—Tubular products
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
- B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
- B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
- B32B5/26—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it also being fibrous or filamentary
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L11/00—Hoses, i.e. flexible pipes
- F16L11/04—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L9/00—Rigid pipes
- F16L9/12—Rigid pipes of plastics with or without reinforcement
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C53/00—Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
- B29C53/56—Winding and joining, e.g. winding spirally
- B29C53/58—Winding and joining, e.g. winding spirally helically
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2363/00—Epoxy resins
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2597/00—Tubular articles, e.g. hoses, pipes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
微小亀裂および離層に対する耐性の改良された複合積層型繊維強化プラスチックパイプが開示されている。このパイプは、パイプ壁構造を形成する積層された複数の層を備えており、これらの層には、熱硬化樹脂バインダ中に埋め込まれ長手方向パイプ軸に対して0°から+/-30°までの角度で配置された強化用連続繊維を含有する外側軸方向支持層と、この外側層の内面に接触してなり、熱硬化樹脂バインダ中に埋め込まれ長手方向パイプ軸に対して+/-30°よりも大きい角度で配置された強化用連続繊維を含有する内側層とが含まれている。
Description
【０００１】
発明の分野
本発明は、繊維強化ポリマ複合積層体を含む壁構造を有してなるパイプおよび
チューブに関する。
チューブに関する。
【０００２】
関連技術の説明
繊維強化プラスチックパイプ（ＦＲＰパイプ）は、化学プラントにおけるパイ
プとしての用途のほかに、油井およびガス井の掘削で使用されるケーシングなら
びに坑井から原油および天然ガスを輸送するためのケーシングおよびチューブと
しての用途が増大している。
プとしての用途のほかに、油井およびガス井の掘削で使用されるケーシングなら
びに坑井から原油および天然ガスを輸送するためのケーシングおよびチューブと
しての用途が増大している。
【０００３】
油／ガス用途においてＦＲＰパイプが炭素鋼パイプよりも優れている点として
は、卓越した耐食性、機械的性質の設計目標を達成する上での柔軟性、および改
良された耐疲労性が挙げられる。また、ＦＲＰパイプは、所定の壁厚さに対して
、その対応する鋼パイプよりもかなり軽量である。
は、卓越した耐食性、機械的性質の設計目標を達成する上での柔軟性、および改
良された耐疲労性が挙げられる。また、ＦＲＰパイプは、所定の壁厚さに対して
、その対応する鋼パイプよりもかなり軽量である。
【０００４】
原油パイプラインや油井用チューブのような高圧パイプまたはケーシングに使
用すべく設計されたＦＲＰパイプは、一般的には、連続ガラスフィラメントのよ
うな高強度材料のフィラメントのロービングをエポキシ樹脂のような熱硬化性樹
脂組成物で含浸させ、含浸したフィラメントを張力下で行ったり来たりさせなが
らマンドレルに巻き取って複数のかみ合ったフィラメント巻線を形成することに
よって調製される。フィラメントは、パイプ軸に対して９０°の角度でまたはパ
イプ軸に対して０°から±約９０°（＋／−９０°）までの角度で巻き取ること
が可能である。巻き角が長手方向パイプ軸に対して０°〜９０°の間にある場合
、螺旋状フィラメント巻線パターンが形成される。所望のパイプ壁厚さになった
後、巻取り操作を停止し、樹脂を硬化させ、そしてマンドレルを引き抜くと、そ
の結果、繊維強化壁構造を有する円筒形パイプが得られる。このタイプのＦＲＰ
パイプおよびそれらの製造方法は、例えば、米国特許第２，８４３，１５３号お
よび同第５，３３０，８０７号に開示されている。これらの特許の全開示内容は
、参照により本明細書に組み入れる。
用すべく設計されたＦＲＰパイプは、一般的には、連続ガラスフィラメントのよ
うな高強度材料のフィラメントのロービングをエポキシ樹脂のような熱硬化性樹
脂組成物で含浸させ、含浸したフィラメントを張力下で行ったり来たりさせなが
らマンドレルに巻き取って複数のかみ合ったフィラメント巻線を形成することに
よって調製される。フィラメントは、パイプ軸に対して９０°の角度でまたはパ
イプ軸に対して０°から±約９０°（＋／−９０°）までの角度で巻き取ること
が可能である。巻き角が長手方向パイプ軸に対して０°〜９０°の間にある場合
、螺旋状フィラメント巻線パターンが形成される。所望のパイプ壁厚さになった
後、巻取り操作を停止し、樹脂を硬化させ、そしてマンドレルを引き抜くと、そ
の結果、繊維強化壁構造を有する円筒形パイプが得られる。このタイプのＦＲＰ
パイプおよびそれらの製造方法は、例えば、米国特許第２，８４３，１５３号お
よび同第５，３３０，８０７号に開示されている。これらの特許の全開示内容は
、参照により本明細書に組み入れる。
【０００５】
陸上または海洋での化石燃料の回収に使用すべく設計されたＦＲＰパイプは、
それに加わる２つの基本的な力に耐えるように作製しなければならない。第１の
力は、中圧〜高圧の下でパイプ中を通って搬送される流体（油または掘削泥水）
によってパイプ壁の法線ベクトルに沿って加えられる外向き半径方向荷重であり
、フープ荷重としても知られている。第２の力は、パイプ軸に平行なベクトルに
沿って加えられる軸方向引張荷重であり、この力は、流体の圧力によって、なら
びに／あるいは坑井の地中部分におよび／または陸上での回収作業において坑井
と地上プラットホームとの間に吊り下げされた連結パイプ材の長いストリングの
重量によって、引き起こされる。これらのストリングは、しばしば、３，０００
〜１０，０００フィート（約８５０〜２８００メートル）の長さで吊り下げられ
、この場合、運転時およびパイプストリングが化石燃料の回収プロセス中に挿入
および除去される時に引き起こされる１平方インチあたり約２５００ポンド（す
なわち２．５ｋｓｉ）を超える長期軸方向応力に耐えることができなければなら
ない。
それに加わる２つの基本的な力に耐えるように作製しなければならない。第１の
力は、中圧〜高圧の下でパイプ中を通って搬送される流体（油または掘削泥水）
によってパイプ壁の法線ベクトルに沿って加えられる外向き半径方向荷重であり
、フープ荷重としても知られている。第２の力は、パイプ軸に平行なベクトルに
沿って加えられる軸方向引張荷重であり、この力は、流体の圧力によって、なら
びに／あるいは坑井の地中部分におよび／または陸上での回収作業において坑井
と地上プラットホームとの間に吊り下げされた連結パイプ材の長いストリングの
重量によって、引き起こされる。これらのストリングは、しばしば、３，０００
〜１０，０００フィート（約８５０〜２８００メートル）の長さで吊り下げられ
、この場合、運転時およびパイプストリングが化石燃料の回収プロセス中に挿入
および除去される時に引き起こされる１平方インチあたり約２５００ポンド（す
なわち２．５ｋｓｉ）を超える長期軸方向応力に耐えることができなければなら
ない。
【０００６】
最大フープ強度を有するＦＲＰパイプは、強化用繊維がパイプ軸に対して９０
°に近い角度、例えば、＋／−７０°から９０°までの角度で巻き取られる場合
に設計することができる。これとは逆に、最大引張強度は、強化用繊維がパイプ
軸に対して０°に近い角度、例えば、＋／−３０°から０°までの角度で適用さ
れる場合に得られる。しかしながら、９０°またはそれに近い角度で巻き取られ
たパイプは軸方向引張強度の著しい低下を呈し、一方、０°またはそれに近い角
度で巻き取られたパイプはフープ強度の著しい低下を呈する。＋／−３０°〜＋
／−７０°の中間パイプ軸角度で巻き取られたパイプ（例えば、米国特許第２，
８４３，１５３号に開示されているパイプ）は、一般に、フープ強度と特に軸方
向強度との妥協の産物であり、多くの化石燃料回収作業で実用するには強度が不
十分であると考えられる。
°に近い角度、例えば、＋／−７０°から９０°までの角度で巻き取られる場合
に設計することができる。これとは逆に、最大引張強度は、強化用繊維がパイプ
軸に対して０°に近い角度、例えば、＋／−３０°から０°までの角度で適用さ
れる場合に得られる。しかしながら、９０°またはそれに近い角度で巻き取られ
たパイプは軸方向引張強度の著しい低下を呈し、一方、０°またはそれに近い角
度で巻き取られたパイプはフープ強度の著しい低下を呈する。＋／−３０°〜＋
／−７０°の中間パイプ軸角度で巻き取られたパイプ（例えば、米国特許第２，
８４３，１５３号に開示されているパイプ）は、一般に、フープ強度と特に軸方
向強度との妥協の産物であり、多くの化石燃料回収作業で実用するには強度が不
十分であると考えられる。
【０００７】
フープ強度および軸方向強度の両方を最大化すべく試行されている方法の１つ
は、強化用繊維複合体を別々の積層として互いに積み重ねる方法である。この場
合、各層は、フープ応力または軸方向応力に対する耐性を最大化するとともに複
合パイプの膨張率を最小化するように設計された異なるパイプ軸方向の角度で繊
維を含有する。＋／−２０°〜＋／−６０°の繊維層と９０°の層とを交互に含
有してなるこうした構成体の例は、米国特許第５，３３０，８０７号に開示され
ている。このほかに類似の層構成の積層体が米国特許第４，７２８，２２４号お
よび同第４，３８５，６４４号に開示されている。
は、強化用繊維複合体を別々の積層として互いに積み重ねる方法である。この場
合、各層は、フープ応力または軸方向応力に対する耐性を最大化するとともに複
合パイプの膨張率を最小化するように設計された異なるパイプ軸方向の角度で繊
維を含有する。＋／−２０°〜＋／−６０°の繊維層と９０°の層とを交互に含
有してなるこうした構成体の例は、米国特許第５，３３０，８０７号に開示され
ている。このほかに類似の層構成の積層体が米国特許第４，７２８，２２４号お
よび同第４，３８５，６４４号に開示されている。
【０００８】
複数（例えば、３〜９）の別々の層を含有してなるこのタイプの積層体は、一
般的には、フープ剛性または軸方向剛性を最適化するように設計されており、従
って、一方向繊維複合体の異方性の利点は得られない。例えば、０°の層と＋／
−７０°の層とを交互に積み重ねた場合、＋／−７０°の層の最大フープ強度の
利点も得られないし０°の層の最大軸方向強度の利点も得られない。
般的には、フープ剛性または軸方向剛性を最適化するように設計されており、従
って、一方向繊維複合体の異方性の利点は得られない。例えば、０°の層と＋／
−７０°の層とを交互に積み重ねた場合、＋／−７０°の層の最大フープ強度の
利点も得られないし０°の層の最大軸方向強度の利点も得られない。
【０００９】
また、現在市販されている複合積層体は、中程度のパイプ応力レベルを生じる
用途に使用した場合でさえも費用効率が悪いという重大な欠点を呈する。パイプ
接合部もしくはその近傍および／またはパイプの長さに沿ってパイプ壁構造に微
小亀裂や離層が起こると、流体の漏洩経路が形成される。この現象は、一般に、
「ウィーピング」と呼ばれ、パイプの短期破裂圧力の１／５〜１／１０の流体圧
力でも起こる可能性がある。これらの微少亀裂を介してパイプ壁構造中に水が進
入すると、ガラス繊維表面および／またはバインダ樹脂が攻撃を受けて離層や早
期パイプ破損が誘発される恐れがある。
用途に使用した場合でさえも費用効率が悪いという重大な欠点を呈する。パイプ
接合部もしくはその近傍および／またはパイプの長さに沿ってパイプ壁構造に微
小亀裂や離層が起こると、流体の漏洩経路が形成される。この現象は、一般に、
「ウィーピング」と呼ばれ、パイプの短期破裂圧力の１／５〜１／１０の流体圧
力でも起こる可能性がある。これらの微少亀裂を介してパイプ壁構造中に水が進
入すると、ガラス繊維表面および／またはバインダ樹脂が攻撃を受けて離層や早
期パイプ破損が誘発される恐れがある。
【００１０】
パイプ壁厚さを増大させることによって微小亀裂を軽減することができるが、
この解決策では、炭素鋼のコストと比較して複合パイプおよびチューブのコスト
が増大する。コストの増大は、中圧〜高圧（注入）用途において炭素鋼の代わり
に複合型のパイプおよびチューブを使用する上で障害になる。また、ダウンホー
ル用途では、壁厚さが増大すると、坑井の直径が制約を受ける場合に複合体を使
用することが難しくなる。なぜなら、流体を流動させるために利用できる横断面
積が炭素鋼の場合よりも小さくなるからである。これらの用途で複合体を使用す
るには、より大きな直径の掘削穴が必要であり、これが原因で掘削コストは更に
増大するであろう。
この解決策では、炭素鋼のコストと比較して複合パイプおよびチューブのコスト
が増大する。コストの増大は、中圧〜高圧（注入）用途において炭素鋼の代わり
に複合型のパイプおよびチューブを使用する上で障害になる。また、ダウンホー
ル用途では、壁厚さが増大すると、坑井の直径が制約を受ける場合に複合体を使
用することが難しくなる。なぜなら、流体を流動させるために利用できる横断面
積が炭素鋼の場合よりも小さくなるからである。これらの用途で複合体を使用す
るには、より大きな直径の掘削穴が必要であり、これが原因で掘削コストは更に
増大するであろう。
【００１１】
壁厚さを増大させることによって複合パイプの軸方向強度を有意に増大させる
ことはできない。このため、深さが約５０００フィートを超えない坑井への複合
型のダウンホールチューブ、ケーシング、および注入チューブの適用が制限され
る。
ことはできない。このため、深さが約５０００フィートを超えない坑井への複合
型のダウンホールチューブ、ケーシング、および注入チューブの適用が制限され
る。
【００１２】
従って、本発明の主な目的は、許容しうるフープ強度および軸方向強度を有す
る層状複合ＦＲＰパイプであって、微小亀裂および離層に対する耐性が増大され
ていると同時にパイプが炭素鋼の坑井／ケーシングの寸法に適合するように壁厚
さが低減されている上記パイプを提供することである。
る層状複合ＦＲＰパイプであって、微小亀裂および離層に対する耐性が増大され
ていると同時にパイプが炭素鋼の坑井／ケーシングの寸法に適合するように壁厚
さが低減されている上記パイプを提供することである。
【００１３】
発明の概要
本発明は、複数の層から形成された壁構造をもつ細長い中空管状体を有してな
り、各層が各層ごとに同じってあっても異なっていてもよい繊維を含有し、該繊
維が樹脂バインダ中に固定されているとともにパイプの長手方向軸に対して所定
の角度で配向している、繊維強化プラスチックパイプであって、約１μｍから１
４μｍ未満までの範囲の太さ（直径）を有し０°から約＋／−３０°までの範囲
の角度で配置されている複数の第１の繊維を含有する外側軸方向荷重支持層と、
約＋／−３０°よりも大きい角度で配置され約１μｍから約２４μｍまで範囲の
太さ（直径）を有する複数の第２の繊維を含有する第２の層とを備えてなる上記
パイプを提供する。
り、各層が各層ごとに同じってあっても異なっていてもよい繊維を含有し、該繊
維が樹脂バインダ中に固定されているとともにパイプの長手方向軸に対して所定
の角度で配向している、繊維強化プラスチックパイプであって、約１μｍから１
４μｍ未満までの範囲の太さ（直径）を有し０°から約＋／−３０°までの範囲
の角度で配置されている複数の第１の繊維を含有する外側軸方向荷重支持層と、
約＋／−３０°よりも大きい角度で配置され約１μｍから約２４μｍまで範囲の
太さ（直径）を有する複数の第２の繊維を含有する第２の層とを備えてなる上記
パイプを提供する。
【００１４】
このパイプは、雄ねじ型接合部をパイプの一端または両端の外側壁表面に成形
または切削によって設けるときに、成形／切削されたねじ山をパイプの軸方向荷
重支持層の内部／表面に延在させて、この層が化石燃料の回収作業時に発生する
軸方向応力の実質的にすべてに耐えるように設計される。これにより、軸方向荷
重支持層とパイプのフープ強度を最大化すべく設計されている隣接層（１層また
は複数層）との間で生じる剪断応力と軸方向歪みの不整合が低減される。
または切削によって設けるときに、成形／切削されたねじ山をパイプの軸方向荷
重支持層の内部／表面に延在させて、この層が化石燃料の回収作業時に発生する
軸方向応力の実質的にすべてに耐えるように設計される。これにより、軸方向荷
重支持層とパイプのフープ強度を最大化すべく設計されている隣接層（１層また
は複数層）との間で生じる剪断応力と軸方向歪みの不整合が低減される。
【００１５】
発明の詳細な説明
次に図面について説明する。図１は、本発明の実施形態に従って作製されたパ
イプの雄ねじ型端部の部分断面立面図を示している。図から分かるように、パイ
プは、それぞれ２、３、および４で示されている３層の積層された繊維強化ポリ
マ層ならびに５で示されている任意の第４の保護層またはラッピング層から作製
された細長い中空管状体から成る。６で示されているパイプの端部には、外側強
化層４中に切削または成形により設けられた雄ねじ型テーパ状接合部が含まれて
いる。２および３では螺旋状パターンを形成し４では水平パターンを形成してい
る図中の強化用繊維は、繊維の巻線パターンを例示するために描かれたものであ
り、繊維の巻線密度については所定の尺度で描かれているわけではない。繊維（
本明細書中ではフィラメントとも記す）は、パイプ作製前に、束ねたり、巻いた
り、または撚りを加えたりしてもよい。
イプの雄ねじ型端部の部分断面立面図を示している。図から分かるように、パイ
プは、それぞれ２、３、および４で示されている３層の積層された繊維強化ポリ
マ層ならびに５で示されている任意の第４の保護層またはラッピング層から作製
された細長い中空管状体から成る。６で示されているパイプの端部には、外側強
化層４中に切削または成形により設けられた雄ねじ型テーパ状接合部が含まれて
いる。２および３では螺旋状パターンを形成し４では水平パターンを形成してい
る図中の強化用繊維は、繊維の巻線パターンを例示するために描かれたものであ
り、繊維の巻線密度については所定の尺度で描かれているわけではない。繊維（
本明細書中ではフィラメントとも記す）は、パイプ作製前に、束ねたり、巻いた
り、または撚りを加えたりしてもよい。
【００１６】
図１の層４は、パイプの軸方向荷重支持層であり、いくつかのパイプセグメン
トを連結してストリングを形成しストリングを水平（すなわち、地上または地下
）あるいは垂直（すなわち、水中および／または坑井中）に配置した場合にパイ
プに加わる軸方向荷重の実質的にすべてに耐えるように設計されている。軸方向
荷重は、パイプストリングの作製時に連結される２つのパイプ端部と嵌合させる
のに適合した雌ねじ型コネクタまたはカプラ（図示せず）を介して層４に沿って
伝達される。雄ねじ型接合部６のテーパおよび切込みは、軸方向荷重支持層４中
に、好ましくは、下層３に到達しない程度まで延在している。
トを連結してストリングを形成しストリングを水平（すなわち、地上または地下
）あるいは垂直（すなわち、水中および／または坑井中）に配置した場合にパイ
プに加わる軸方向荷重の実質的にすべてに耐えるように設計されている。軸方向
荷重は、パイプストリングの作製時に連結される２つのパイプ端部と嵌合させる
のに適合した雌ねじ型コネクタまたはカプラ（図示せず）を介して層４に沿って
伝達される。雄ねじ型接合部６のテーパおよび切込みは、軸方向荷重支持層４中
に、好ましくは、下層３に到達しない程度まで延在している。
【００１７】
バインダ層４中に存在している繊維は、約１μｍから１４μｍ未満までの範囲
の太さを有し、長手方向パイプ軸に対して所定の角度で配置されている。この角
度は、この層の軸方向引張荷重に対する耐性を最大化すべく設計されており、例
えば、０°から＋／−３０°まで、より好ましくは約＋／−１５°まで、最も好
ましくは約０°の角度をとる。図１中の４の繊維は、パイプ軸に対して０°の角
度で配置された形で示されているが、この角度は＋／−３０°を含めて＋／−３
０°まで変化しうるものと考えられる。この層に対するの好ましい繊維太さは、
約１μｍから約１０μｍまでの範囲であるが、７μｍが特に好ましい。
の太さを有し、長手方向パイプ軸に対して所定の角度で配置されている。この角
度は、この層の軸方向引張荷重に対する耐性を最大化すべく設計されており、例
えば、０°から＋／−３０°まで、より好ましくは約＋／−１５°まで、最も好
ましくは約０°の角度をとる。図１中の４の繊維は、パイプ軸に対して０°の角
度で配置された形で示されているが、この角度は＋／−３０°を含めて＋／−３
０°まで変化しうるものと考えられる。この層に対するの好ましい繊維太さは、
約１μｍから約１０μｍまでの範囲であるが、７μｍが特に好ましい。
【００１８】
図１中に示されている層３は、パイプのフープ荷重支持層であり、層４に固定
接触した第２の層を構成し、層４の半径方向内側に配置されている。層３中に存
在している強化用繊維は、長手方向パイプ軸に対して＋／−３０°よりも大きい
角度、より好ましくはパイプ軸に対して＋／−４０°よりも大きくかつ９０°ま
での角度で配置される。層３が唯一のフープ荷重支持層である場合、繊維は、パ
イプ軸に対して少なくとも＋／−５５°、より好ましくは約＋／−７０°の角度
で配置される。層３の強化用繊維の太さは、約１μｍから約２４μｍまで、好ま
しくは約１０μｍから約１６μｍまでの範囲である。
接触した第２の層を構成し、層４の半径方向内側に配置されている。層３中に存
在している強化用繊維は、長手方向パイプ軸に対して＋／−３０°よりも大きい
角度、より好ましくはパイプ軸に対して＋／−４０°よりも大きくかつ９０°ま
での角度で配置される。層３が唯一のフープ荷重支持層である場合、繊維は、パ
イプ軸に対して少なくとも＋／−５５°、より好ましくは約＋／−７０°の角度
で配置される。層３の強化用繊維の太さは、約１μｍから約２４μｍまで、好ま
しくは約１０μｍから約１６μｍまでの範囲である。
【００１９】
図１中に示されている層３は、唯一のフープ荷重支持層であってもよいし、層
３の半径方向内側に配置され層３と固定接触した層２のような１層以上の別の層
が更に追加されていてもよい。層２は、好ましくは層３中の繊維の配置角度より
も大きい角度かつ長手方向パイプ軸に対して９０°までの角度で配置された強化
用繊維を含有する。最も好ましくは、層２中の繊維は、パイプ軸に対して少なく
とも＋／−６０°の角度で配置される。各フープ応力層の繊維は同じであっても
異なっていてもよく、繊維の太さは、約１μｍから約２４μｍまで、好ましくは
約１０μｍから約１６μｍまでの範囲である。
３の半径方向内側に配置され層３と固定接触した層２のような１層以上の別の層
が更に追加されていてもよい。層２は、好ましくは層３中の繊維の配置角度より
も大きい角度かつ長手方向パイプ軸に対して９０°までの角度で配置された強化
用繊維を含有する。最も好ましくは、層２中の繊維は、パイプ軸に対して少なく
とも＋／−６０°の角度で配置される。各フープ応力層の繊維は同じであっても
異なっていてもよく、繊維の太さは、約１μｍから約２４μｍまで、好ましくは
約１０μｍから約１６μｍまでの範囲である。
【００２０】
パイプが３層の複合強化層を含む本発明の好ましい実施形態では、いずれも長
手方向パイプ軸に対して、層４中の繊維は約０°の角度で配置され、層３中の繊
維は＋／−４０°から＋／−６０°、好ましくは約＋／−５５°で配置され、層
２中の繊維は＋／−６０°よりも大きい角度、好ましくは約＋／−７０°で配置
される。
手方向パイプ軸に対して、層４中の繊維は約０°の角度で配置され、層３中の繊
維は＋／−４０°から＋／−６０°、好ましくは約＋／−５５°で配置され、層
２中の繊維は＋／−６０°よりも大きい角度、好ましくは約＋／−７０°で配置
される。
【００２１】
図１に示されている層５は、層４中の繊維を樹脂バインダ中にしっかりと結合
させるための保護層または繊維強化巻き層として適用しうる任意の層である。層
５は、軸方向荷重支持層として設計されたものではなく、テーパ状雄ねじ型接合
部６を形成する前にパイプ端部で切り取られている。
させるための保護層または繊維強化巻き層として適用しうる任意の層である。層
５は、軸方向荷重支持層として設計されたものではなく、テーパ状雄ねじ型接合
部６を形成する前にパイプ端部で切り取られている。
【００２２】
本発明の複合積層パイプは、先に記載の米国特許第２，８４３，１５３号に開
示されているような周知の湿式フィラメント巻取りプロセスによって作製される
。この方法によると、連続強化用フィラメントの束は、流動性樹脂材料（好まし
くは未硬化の熱硬化性樹脂）で含浸され、回転するマンドレル上を行ったり来た
りするシャトルを介して張力下で供給される。このほか、回転するマンドレル自
体が行ったり来たりして、シャトルは固定位置にあってもよい。
示されているような周知の湿式フィラメント巻取りプロセスによって作製される
。この方法によると、連続強化用フィラメントの束は、流動性樹脂材料（好まし
くは未硬化の熱硬化性樹脂）で含浸され、回転するマンドレル上を行ったり来た
りするシャトルを介して張力下で供給される。このほか、回転するマンドレル自
体が行ったり来たりして、シャトルは固定位置にあってもよい。
【００２３】
含浸された繊維の束は、マンドレルに沿って互いに近接または当接した状態で
重ねられ、所望の層厚さになるまで交互に各層上に重ねられて十字形に交差した
（螺旋状の）パターンを形成する。マンドレルの長手方向軸に対する繊維の配置
角度は、シャトルがマンドレルを横切るときのシャトルの横方向速度の関数とし
て広範囲に制御可能である。最初の層の所望の厚さが得られた後（図１中の層２
）、樹脂で含浸された繊維の第２の層（図１中の層３）を層２の場合と異なる角
度で重ねるべくプロセスの調整を行い、順次、積み重ねの作業を繰り返す。また
、フィラメント巻取り法を用いて軸方向荷重支持層４を適用してもよい。ただし
、繊維はマンドレル軸に対して０°の角度で配置される。後者の場合、所望の厚
さの軸方向荷重支持層は、手でレイアップ可能な樹脂飽和プレプレグテープまた
はスリーブとして適用される。このほか、図１中の５に記されているような９０
°の外側ラップで保持しながらマンドレルを用いて層３上に０°の繊維を重ねる
場合、長手方向レイダウン法を使用することが可能である。
重ねられ、所望の層厚さになるまで交互に各層上に重ねられて十字形に交差した
（螺旋状の）パターンを形成する。マンドレルの長手方向軸に対する繊維の配置
角度は、シャトルがマンドレルを横切るときのシャトルの横方向速度の関数とし
て広範囲に制御可能である。最初の層の所望の厚さが得られた後（図１中の層２
）、樹脂で含浸された繊維の第２の層（図１中の層３）を層２の場合と異なる角
度で重ねるべくプロセスの調整を行い、順次、積み重ねの作業を繰り返す。また
、フィラメント巻取り法を用いて軸方向荷重支持層４を適用してもよい。ただし
、繊維はマンドレル軸に対して０°の角度で配置される。後者の場合、所望の厚
さの軸方向荷重支持層は、手でレイアップ可能な樹脂飽和プレプレグテープまた
はスリーブとして適用される。このほか、図１中の５に記されているような９０
°の外側ラップで保持しながらマンドレルを用いて層３上に０°の繊維を重ねる
場合、長手方向レイダウン法を使用することが可能である。
【００２４】
強化用繊維の結合剤としての働きをする樹脂質は、好ましくは、エポキシなど
の熱硬化樹脂である。本発明を実施するのに好ましいエポキシ樹脂としては、ビ
スフェノールＡジグリシジルエーテル、ビスフェノールグリシジルエーテル、ノ
ボラック樹脂グリシジルエーテル、および脂肪族ポリエポキシドが挙げられるが
、他の好適なエポキシ樹脂を使用してもよい。エポキシ樹脂以外の好適な熱硬化
性のポリマとしては、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル、およびポリイミド
が挙げられる。これらの樹脂の縮合度は、樹脂生成物の粘度が管状体の形成に必
要な作業条件に適合するように選択される。熱硬化性のポリマは、好適な硬化剤
と混合される。好適な硬化剤としては、芳香族ポリアミン、ポリアミド、脂肪族
ポリアミン、ポリ酸、ポリ無水物、ジシアンジアミド、第１級もしくは第２級ア
ミン、これらの混合物、または熱硬化性樹脂用の架橋剤として一般に使用される
任意の他の硬化剤が挙げられる。
の熱硬化樹脂である。本発明を実施するのに好ましいエポキシ樹脂としては、ビ
スフェノールＡジグリシジルエーテル、ビスフェノールグリシジルエーテル、ノ
ボラック樹脂グリシジルエーテル、および脂肪族ポリエポキシドが挙げられるが
、他の好適なエポキシ樹脂を使用してもよい。エポキシ樹脂以外の好適な熱硬化
性のポリマとしては、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル、およびポリイミド
が挙げられる。これらの樹脂の縮合度は、樹脂生成物の粘度が管状体の形成に必
要な作業条件に適合するように選択される。熱硬化性のポリマは、好適な硬化剤
と混合される。好適な硬化剤としては、芳香族ポリアミン、ポリアミド、脂肪族
ポリアミン、ポリ酸、ポリ無水物、ジシアンジアミド、第１級もしくは第２級ア
ミン、これらの混合物、または熱硬化性樹脂用の架橋剤として一般に使用される
任意の他の硬化剤が挙げられる。
【００２５】
管状パイプ体を形成する際に繊維に適用される樹脂の量は、硬化生成物中に存
在する繊維の体積分率が少なくとも約４０％、より好ましくは約５０〜７０％の
範囲、更に好ましくは約５５〜６５％の範囲であり残りがエポキシ樹脂組成物で
あるという条件を満たすのに十分な量でなければならない。
在する繊維の体積分率が少なくとも約４０％、より好ましくは約５０〜７０％の
範囲、更に好ましくは約５５〜６５％の範囲であり残りがエポキシ樹脂組成物で
あるという条件を満たすのに十分な量でなければならない。
【００２６】
強化用の繊維、フィラメント、繊維束、またはフィラメント束には、極めて高
い引張強度を呈するガラス繊維、グラファイト繊維、アラミド繊維、もしくはＫ
ｅｖｌａｒ（登録商標）繊維の連続フィラメント、またはそれらの組合せが含ま
れていてもよい。軸方向荷重支持層に有用なフィラメントの太さ（直径）は、約
１μｍから１４μｍ未満までの範囲であるが、約１μｍ〜約１０μｍが好ましく
、７μｍが特に好ましい。フープ荷重支持層に有用なフィラメントの太さは、約
１μｍから約２４μｍまでの範囲であるが、約１０μｍ〜約１６μｍが好ましい
。ガラス繊維は、好ましくは、樹脂バインダに対する繊維表面の湿潤性および接
着性を向上させるアミノポリシロキサンのような材料で被覆される。
い引張強度を呈するガラス繊維、グラファイト繊維、アラミド繊維、もしくはＫ
ｅｖｌａｒ（登録商標）繊維の連続フィラメント、またはそれらの組合せが含ま
れていてもよい。軸方向荷重支持層に有用なフィラメントの太さ（直径）は、約
１μｍから１４μｍ未満までの範囲であるが、約１μｍ〜約１０μｍが好ましく
、７μｍが特に好ましい。フープ荷重支持層に有用なフィラメントの太さは、約
１μｍから約２４μｍまでの範囲であるが、約１０μｍ〜約１６μｍが好ましい
。ガラス繊維は、好ましくは、樹脂バインダに対する繊維表面の湿潤性および接
着性を向上させるアミノポリシロキサンのような材料で被覆される。
【００２７】
樹脂で湿潤させた複合パイプをマンドレル上に集成した後、樹脂を硬化させる
のに十分な温度（１００〜１７０℃）まで約３０分間から１２時間までの範囲の
時間にわたり構造体を加熱することによって樹脂を硬化させ、その後、集成体を
マンドレルから取り出す。
のに十分な温度（１００〜１７０℃）まで約３０分間から１２時間までの範囲の
時間にわたり構造体を加熱することによって樹脂を硬化させ、その後、集成体を
マンドレルから取り出す。
【００２８】
再び、図１に戻って説明する。軸方向荷重支持層４の相対厚さは、予想される
長期使用時のパイプへの軸方向荷重（例えば、少なくとも２０ｋｓｉ）に耐える
のに十分なものでなければならない。一般的には、軸方向荷重支持層は、パイプ
壁厚さの５０％以下、最も好ましくはパイプ壁厚さの約２０％から５０％までを
占めるであろう。
長期使用時のパイプへの軸方向荷重（例えば、少なくとも２０ｋｓｉ）に耐える
のに十分なものでなければならない。一般的には、軸方向荷重支持層は、パイプ
壁厚さの５０％以下、最も好ましくはパイプ壁厚さの約２０％から５０％までを
占めるであろう。
【００２９】
パイプ壁の残りの部分には、フープ荷重支持層３または層３および２が含まれ
る。フープ荷重支持層（１層または複数層）は、約１５ｋｓｉを超える長期フー
プ応力に耐えることができるが、好ましくは、約４ｋｓｉの最小軸方向応力にも
耐えられるように構成される。
る。フープ荷重支持層（１層または複数層）は、約１５ｋｓｉを超える長期フー
プ応力に耐えることができるが、好ましくは、約４ｋｓｉの最小軸方向応力にも
耐えられるように構成される。
【００３０】
本発明に従って作製されるＦＲＰパイプは、約２〜３６インチの範囲の外径を
有することができ、通常、油／ガスの製造用および輸送用として使用される。ダ
ウンホール用途に使用されるパイプは、２種類：すなわち、４．５インチ（公称
）以下の外径を有するチューブと、４．５インチ（公称）を超える外径を有する
ケーシングとに分類される。
有することができ、通常、油／ガスの製造用および輸送用として使用される。ダ
ウンホール用途に使用されるパイプは、２種類：すなわち、４．５インチ（公称
）以下の外径を有するチューブと、４．５インチ（公称）を超える外径を有する
ケーシングとに分類される。
【００３１】
先に述べたように、本発明に従って作製されるＦＲＰパイプは、パイプ壁断面
に沿った軸方向応力およびフープ応力のそれぞれに対処するためのビルトイン型
パイプを提供する。これにより、パイプ壁厚さの低減が可能であると同時に、フ
ープ強度および軸方向強度の両方を１００％まで増大させることが可能である。
に沿った軸方向応力およびフープ応力のそれぞれに対処するためのビルトイン型
パイプを提供する。これにより、パイプ壁厚さの低減が可能であると同時に、フ
ープ強度および軸方向強度の両方を１００％まで増大させることが可能である。
【００３２】
例えば、図２は、外側半径１．３７インチおよび内側半径０．９７インチなら
びに壁厚さ０．４インチを有する２，０００ｐｓｉｇ規格の市販のチューブの断
面を示している。壁は、＋／−７０°巻きガラス繊維を含有する交互層を内側か
ら外側へ５層有してなり、０°に配置されたガラス繊維を含有する薄い交互層を
取り囲んでいる。
びに壁厚さ０．４インチを有する２，０００ｐｓｉｇ規格の市販のチューブの断
面を示している。壁は、＋／−７０°巻きガラス繊維を含有する交互層を内側か
ら外側へ５層有してなり、０°に配置されたガラス繊維を含有する薄い交互層を
取り囲んでいる。
【００３３】
図４は、本発明に従って作製された類似のパイプの断面図を示しているが、壁
厚さはわずか０．２５インチにすぎず、内側から外側へ、厚さ０．１５インチを
有する単一の＋／−７０°巻きガラス繊維層と、０°に配置されたガラス繊維を
含有し層厚さ０．１０インチを有する単一の軸方向荷重支持層とを備えている。
いずれの場合においても、繊維の体積分率は、各層とも約６０％である。
厚さはわずか０．２５インチにすぎず、内側から外側へ、厚さ０．１５インチを
有する単一の＋／−７０°巻きガラス繊維層と、０°に配置されたガラス繊維を
含有し層厚さ０．１０インチを有する単一の軸方向荷重支持層とを備えている。
いずれの場合においても、繊維の体積分率は、各層とも約６０％である。
【００３４】
各パイプ構成の引張応力およびフープ応力の比較評価から分かるように、図４
の構成では、図２の市販のデザインと比較して、フープ強度が約６０％増大し、
軸方向強度が約７０％増大する。このことは、本発明のチューブを用いると費用
効率が６０〜７０％増大するのみならず、現用の市販のチューブを用いて達成さ
れる深さ５０００フィートよりも約６０〜７０％深い距離まで到達できることを
意味する。
の構成では、図２の市販のデザインと比較して、フープ強度が約６０％増大し、
軸方向強度が約７０％増大する。このことは、本発明のチューブを用いると費用
効率が６０〜７０％増大するのみならず、現用の市販のチューブを用いて達成さ
れる深さ５０００フィートよりも約６０〜７０％深い距離まで到達できることを
意味する。
【００３５】
本発明に従って構成されたパイプにより提供される更なる利点は、軸方向応力
に耐える主要層が単一の外側層であるため、種々の層間の軸方向歪みの不整合が
低減されることである。軸方向荷重は、パイプ壁の断面を横切って剪断荷重とし
て加えられ、結果として軸方向歪み（変形）となって現れる。パイプ壁の断面全
体にわたって軸方向歪みを生じた場合、時間が経つと、パイプ壁の離層および微
小亀裂が起こり、ウィーピングおよび早期パイプ破損として知られている現象を
生じる恐れがある。
に耐える主要層が単一の外側層であるため、種々の層間の軸方向歪みの不整合が
低減されることである。軸方向荷重は、パイプ壁の断面を横切って剪断荷重とし
て加えられ、結果として軸方向歪み（変形）となって現れる。パイプ壁の断面全
体にわたって軸方向歪みを生じた場合、時間が経つと、パイプ壁の離層および微
小亀裂が起こり、ウィーピングおよび早期パイプ破損として知られている現象を
生じる恐れがある。
【００３６】
２種の市販の多層パイプ構成に対する軸方向歪みの不整合が、図２および３に
示されている。また、パイプ接合（略図で示されている）を介してパイプに加わ
る軸方向荷重についても示されている。これらの図は、直接的な引張荷重に耐え
る外側層で生じる歪みおよび種々の層の境界で生じる他の歪みを明確に示してい
る。
示されている。また、パイプ接合（略図で示されている）を介してパイプに加わ
る軸方向荷重についても示されている。これらの図は、直接的な引張荷重に耐え
る外側層で生じる歪みおよび種々の層の境界で生じる他の歪みを明確に示してい
る。
【００３７】
図４は、本発明のパイプ設計により軸方向歪みの不整合が低減されることを示
している。この場合、軸方向荷重は実質的にすべて、０°の外側層によって支え
られている。
している。この場合、軸方向荷重は実質的にすべて、０°の外側層によって支え
られている。
【００３８】
以下の実施例により本発明について更に説明するが、本発明はこれらの実施例
に限定されるものではない。
に限定されるものではない。
【００３９】
実施例１
当技術分野で知られている方法に従って形成された複合パイプについてフープ
応力および軸方向応力の計算を行った。この計算は、樹脂バインダ中に０°の角
度で配置された市販の直径１４μｍの繊維から形成された外側層を備えてなる繊
維強化パイプに基づいて行った。層中の繊維の体積分率は約６０％であった。外
側層は、外側層と同じ繊維から形成された内側層に接触している。内側層の繊維
は、樹脂バインダ中に体積分率６０％で存在し、＋／−７０°の角度で巻かれて
いる。
応力および軸方向応力の計算を行った。この計算は、樹脂バインダ中に０°の角
度で配置された市販の直径１４μｍの繊維から形成された外側層を備えてなる繊
維強化パイプに基づいて行った。層中の繊維の体積分率は約６０％であった。外
側層は、外側層と同じ繊維から形成された内側層に接触している。内側層の繊維
は、樹脂バインダ中に体積分率６０％で存在し、＋／−７０°の角度で巻かれて
いる。
【００４０】
このようなパイプは、長期（１０〜３０年間）にわたる油生産作業で使用した
場合、約２，０００ｐｓｉの平均外圧および２１，０００Ｌｂの平均引張荷重を
受けるであろう。従って、このようなパイプの外側層は、２．６ｋｓｉのフープ
応力および約２１．８ｋｓｉの平均軸方向応力に耐えなければならない。内側層
は、１５ｋｓｉのフープ応力および４．９ｋｓｉの平均軸方向応力に耐えなけれ
ばならない。
場合、約２，０００ｐｓｉの平均外圧および２１，０００Ｌｂの平均引張荷重を
受けるであろう。従って、このようなパイプの外側層は、２．６ｋｓｉのフープ
応力および約２１．８ｋｓｉの平均軸方向応力に耐えなければならない。内側層
は、１５ｋｓｉのフープ応力および４．９ｋｓｉの平均軸方向応力に耐えなけれ
ばならない。
【００４１】
計算結果を表１に示す。これから分かるように、従来の直径１４μｍの繊維か
ら形成された０°の層は、長期の使用に耐えるに十分な強度を有していない。
ら形成された０°の層は、長期の使用に耐えるに十分な強度を有していない。
【００４２】
【表１】
【００４３】
表から分かるように、０°の層に対する長期フープ強度の計算値２ｋｓｉは、
フープ強度２．６ｋｓｉという使用時の要件を十分に満たしていない。繊維の体
積分率を高くすることによってフープ強度を増大させることは実用的でない。な
ぜなら、体積分率が高くなるとボイドの含有率が不必要に大きくなるからである
。このほか、繊維の全量を増加させることによって、従って、外側層の全厚さを
増加させることによって、フープ強度を増大させることも実用的でない。なぜな
ら、繊維を増量すると材料費が高くなり、厚さを増加させると、製造、輸送、お
よび設置にかかるコストが増大するからである。
フープ強度２．６ｋｓｉという使用時の要件を十分に満たしていない。繊維の体
積分率を高くすることによってフープ強度を増大させることは実用的でない。な
ぜなら、体積分率が高くなるとボイドの含有率が不必要に大きくなるからである
。このほか、繊維の全量を増加させることによって、従って、外側層の全厚さを
増加させることによって、フープ強度を増大させることも実用的でない。なぜな
ら、繊維を増量すると材料費が高くなり、厚さを増加させると、製造、輸送、お
よび設置にかかるコストが増大するからである。
【００４４】
実施例２
本発明の複合パイプについてもフープ応力および軸方向応力の計算を行った。
実施例１の場合と同じように、０°の外側繊維層は＋／−７０°の内側繊維層と
接触しており、これらの層はいずれも樹脂バインダを有し、バインダ中の繊維の
分率は６０％であった。しかしながら、本発明に係る外側繊維層の繊維は直径が
７μｍであった。強度計算の結果を表２に示す。
実施例１の場合と同じように、０°の外側繊維層は＋／−７０°の内側繊維層と
接触しており、これらの層はいずれも樹脂バインダを有し、バインダ中の繊維の
分率は６０％であった。しかしながら、本発明に係る外側繊維層の繊維は直径が
７μｍであった。強度計算の結果を表２に示す。
【００４５】
【表２】
【００４６】
表１と表２の比較から明らかなように、０°の層中で７μｍの繊維を使用した
パイプが０°の層中で１４μｍの繊維を使用した対応するパイプよりも４０％大
きいフープ強度を有する。
パイプが０°の層中で１４μｍの繊維を使用した対応するパイプよりも４０％大
きいフープ強度を有する。
【図１】 本発明の複合パイプエレメントの部分断面立面図である。
【図２】 交互の繊維方向を有する複数の層を備えた異なる市販の複合パイ
プ２種の壁部分の概略断面図である。
プ２種の壁部分の概略断面図である。
【図３】 交互の繊維方向を有する複数の層を備えた異なる市販の複合パイ
プ２種の壁部分の概略断面図である。
プ２種の壁部分の概略断面図である。
【図４】 各層の繊維の方向が本発明に適合している２層複合パイプの壁部
分の概略断面図である。
分の概略断面図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年７月１０日（２０００．７．１０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
陸上または海洋での化石燃料の回収に使用すべく設計されたＦＲＰパイプは、
それに加わる２つの基本的な力に耐えるように作製しなければならない。第１の
力は、中圧〜高圧の下でパイプ中を通って搬送される流体（油または掘削泥水）
によってパイプ壁の法線ベクトルに沿って加えられる外向き半径方向荷重であり
、フープ荷重としても知られている。第２の力は、パイプ軸に平行なベクトルに
沿って加えられる軸方向引張荷重であり、この力は、流体の圧力によって、なら
びに／あるいは坑井の地中部分におよび／または陸上での回収作業において坑井
と地上プラットホームとの間に吊り下げされた連結パイプ材の長いストリングの
重量によって、引き起こされる。これらのストリングは、しばしば、３，０００
〜１０，０００フィート（約８５０〜２８００メートル）の長さで吊り下げられ
、この場合、運転時およびパイプストリングが化石燃料の回収プロセス中に挿入
および除去される時に引き起こされる１平方インチあたり１７２３７．５ｋＰａ
（２５００ポンドまたは２．５ｋｓｉ）を超える長期軸方向応力に耐えることが
できなければならない。
それに加わる２つの基本的な力に耐えるように作製しなければならない。第１の
力は、中圧〜高圧の下でパイプ中を通って搬送される流体（油または掘削泥水）
によってパイプ壁の法線ベクトルに沿って加えられる外向き半径方向荷重であり
、フープ荷重としても知られている。第２の力は、パイプ軸に平行なベクトルに
沿って加えられる軸方向引張荷重であり、この力は、流体の圧力によって、なら
びに／あるいは坑井の地中部分におよび／または陸上での回収作業において坑井
と地上プラットホームとの間に吊り下げされた連結パイプ材の長いストリングの
重量によって、引き起こされる。これらのストリングは、しばしば、３，０００
〜１０，０００フィート（約８５０〜２８００メートル）の長さで吊り下げられ
、この場合、運転時およびパイプストリングが化石燃料の回収プロセス中に挿入
および除去される時に引き起こされる１平方インチあたり１７２３７．５ｋＰａ
（２５００ポンドまたは２．５ｋｓｉ）を超える長期軸方向応力に耐えることが
できなければならない。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
壁厚さを増大させることによって複合パイプの軸方向強度を有意に増大させる
ことはできない。このため、深さが１５２４ｍ（５０００フィート）を超えない
坑井への複合型のダウンホールチューブ、ケーシング、および注入チューブの適
用が制限される。
ことはできない。このため、深さが１５２４ｍ（５０００フィート）を超えない
坑井への複合型のダウンホールチューブ、ケーシング、および注入チューブの適
用が制限される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
発明の概要
本発明は、複数の層から形成された壁構造をもつ細長い中空管状体を有してな
り、各層が各層ごとに同じってあっても異なっていてもよい繊維を含有し、該繊
維が樹脂バインダ中に固定されているとともにパイプの長手方向軸に対して所定
の角度で配向している、繊維強化プラスチックパイプであって、１μｍから１４
μｍ未満までの範囲の太さ（直径）を有し０°から＋／−３０°までの範囲の角
度で配置されている複数の第１の繊維を含有する外側軸方向荷重支持層と、約＋
／−３０°よりも大きい角度で配置され１μｍから約２４μｍまで範囲の太さ（
直径）を有する複数の第２の繊維を含有する第２の層とを備えてなる上記パイプ
を提供する。
り、各層が各層ごとに同じってあっても異なっていてもよい繊維を含有し、該繊
維が樹脂バインダ中に固定されているとともにパイプの長手方向軸に対して所定
の角度で配向している、繊維強化プラスチックパイプであって、１μｍから１４
μｍ未満までの範囲の太さ（直径）を有し０°から＋／−３０°までの範囲の角
度で配置されている複数の第１の繊維を含有する外側軸方向荷重支持層と、約＋
／−３０°よりも大きい角度で配置され１μｍから約２４μｍまで範囲の太さ（
直径）を有する複数の第２の繊維を含有する第２の層とを備えてなる上記パイプ
を提供する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
バインダ層４中に存在している繊維は、約１μｍから１４μｍ未満までの範囲
の太さを有し、長手方向パイプ軸に対して所定の角度で配置されている。この角
度は、この層の軸方向引張荷重に対する耐性を最大化すべく設計されており、例
えば、０°から＋／−３０°まで、より好ましくは＋／−１５°まで、最も好ま
しくは約０°の角度をとる。図１中の４の繊維は、パイプ軸に対して０°の角度
で配置された形で示されているが、この角度は＋／−３０°を含めて＋／−３０
°まで変化しうるものと考えられる。この層に対するの好ましい繊維太さは、１
μｍから１０μｍまでの範囲であるが、７μｍが特に好ましい。
の太さを有し、長手方向パイプ軸に対して所定の角度で配置されている。この角
度は、この層の軸方向引張荷重に対する耐性を最大化すべく設計されており、例
えば、０°から＋／−３０°まで、より好ましくは＋／−１５°まで、最も好ま
しくは約０°の角度をとる。図１中の４の繊維は、パイプ軸に対して０°の角度
で配置された形で示されているが、この角度は＋／−３０°を含めて＋／−３０
°まで変化しうるものと考えられる。この層に対するの好ましい繊維太さは、１
μｍから１０μｍまでの範囲であるが、７μｍが特に好ましい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
図１中に示されている層３は、パイプのフープ荷重支持層であり、層４に固定
接触した第２の層を構成し、層４の半径方向内側に配置されている。層３中に存
在している強化用繊維は、長手方向パイプ軸に対して＋／−３０°よりも大きい
角度、より好ましくはパイプ軸に対して＋／−４０°よりも大きくかつ９０°ま
での角度で配置される。層３が唯一のフープ荷重支持層である場合、繊維は、パ
イプ軸に対して少なくとも＋／−５５°、より好ましくは約＋／−７０°の角度
で配置される。層３の強化用繊維の太さは、約１μｍから約２４μｍまで、好ま
しくは１０μｍから約１６μｍまでの範囲である。
接触した第２の層を構成し、層４の半径方向内側に配置されている。層３中に存
在している強化用繊維は、長手方向パイプ軸に対して＋／−３０°よりも大きい
角度、より好ましくはパイプ軸に対して＋／−４０°よりも大きくかつ９０°ま
での角度で配置される。層３が唯一のフープ荷重支持層である場合、繊維は、パ
イプ軸に対して少なくとも＋／−５５°、より好ましくは約＋／−７０°の角度
で配置される。層３の強化用繊維の太さは、約１μｍから約２４μｍまで、好ま
しくは１０μｍから約１６μｍまでの範囲である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
図１中に示されている層３は、唯一のフープ荷重支持層であってもよいし、層
３の半径方向内側に配置され層３と固定接触した層２のような１層以上の別の層
が更に追加されていてもよい。層２は、好ましくは層３中の繊維の配置角度より
も大きい角度かつ長手方向パイプ軸に対して９０°までの角度で配置された強化
用繊維を含有する。最も好ましくは、層２中の繊維は、パイプ軸に対して少なく
とも＋／−６０°の角度で配置される。各フープ応力層の繊維は同じであっても
異なっていてもよく、繊維の太さは、約１μｍから２４μｍまで、好ましくは１
０μｍから約１６μｍまでの範囲である。
３の半径方向内側に配置され層３と固定接触した層２のような１層以上の別の層
が更に追加されていてもよい。層２は、好ましくは層３中の繊維の配置角度より
も大きい角度かつ長手方向パイプ軸に対して９０°までの角度で配置された強化
用繊維を含有する。最も好ましくは、層２中の繊維は、パイプ軸に対して少なく
とも＋／−６０°の角度で配置される。各フープ応力層の繊維は同じであっても
異なっていてもよく、繊維の太さは、約１μｍから２４μｍまで、好ましくは１
０μｍから約１６μｍまでの範囲である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
パイプが３層の複合強化層を含む本発明の好ましい実施形態では、いずれも長
手方向パイプ軸に対して、層４中の繊維は約０°の角度で配置され、層３中の繊
維は＋／−４０°から＋／−６０°、好ましくは＋／−５５°で配置され、層２
中の繊維は＋／−６０°よりも大きい角度、好ましくは＋／−７０°で配置され
る。
手方向パイプ軸に対して、層４中の繊維は約０°の角度で配置され、層３中の繊
維は＋／−４０°から＋／−６０°、好ましくは＋／−５５°で配置され、層２
中の繊維は＋／−６０°よりも大きい角度、好ましくは＋／−７０°で配置され
る。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
管状パイプ体を形成する際に繊維に適用される樹脂の量は、硬化生成物中に存
在する繊維の体積分率が少なくとも４０％、より好ましくは５０〜７０％の範囲
、更に好ましくは５５〜６５％の範囲であり残りがエポキシ樹脂組成物であると
いう条件を満たすのに十分な量でなければならない。
在する繊維の体積分率が少なくとも４０％、より好ましくは５０〜７０％の範囲
、更に好ましくは５５〜６５％の範囲であり残りがエポキシ樹脂組成物であると
いう条件を満たすのに十分な量でなければならない。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
強化用の繊維、フィラメント、繊維束、またはフィラメント束には、極めて高
い引張強度を呈するガラス繊維、グラファイト繊維、アラミド繊維、もしくはＫ
ｅｖｌａｒ（登録商標）繊維の連続フィラメント、またはそれらの組合せが含ま
れていてもよい。軸方向荷重支持層に有用なフィラメントの太さ（直径）は、１
μｍから１４μｍ未満までの範囲であるが、１μｍ〜１０μｍが好ましく、７μ
ｍが特に好ましい。フープ荷重支持層に有用なフィラメントの太さは、約１μｍ
から約２４μｍまでの範囲であるが、１０μｍ〜１６μｍが好ましい。ガラス繊
維は、好ましくは、樹脂バインダに対する繊維表面の湿潤性および接着性を向上
させるアミノポリシロキサンのような材料で被覆される。
い引張強度を呈するガラス繊維、グラファイト繊維、アラミド繊維、もしくはＫ
ｅｖｌａｒ（登録商標）繊維の連続フィラメント、またはそれらの組合せが含ま
れていてもよい。軸方向荷重支持層に有用なフィラメントの太さ（直径）は、１
μｍから１４μｍ未満までの範囲であるが、１μｍ〜１０μｍが好ましく、７μ
ｍが特に好ましい。フープ荷重支持層に有用なフィラメントの太さは、約１μｍ
から約２４μｍまでの範囲であるが、１０μｍ〜１６μｍが好ましい。ガラス繊
維は、好ましくは、樹脂バインダに対する繊維表面の湿潤性および接着性を向上
させるアミノポリシロキサンのような材料で被覆される。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
再び、図１に戻って説明する。軸方向荷重支持層４の相対厚さは、予想される
長期使用時のパイプへの軸方向荷重（例えば、少なくとも２０ｋｓｉ）又は１３
７９００ｋＰａに耐えるのに十分なものでなければならない。一般的には、軸方
向荷重支持層は、パイプ壁厚さの５０％以下、最も好ましくはパイプ壁厚さの約
２０％から５０％までを占めるであろう。
長期使用時のパイプへの軸方向荷重（例えば、少なくとも２０ｋｓｉ）又は１３
７９００ｋＰａに耐えるのに十分なものでなければならない。一般的には、軸方
向荷重支持層は、パイプ壁厚さの５０％以下、最も好ましくはパイプ壁厚さの約
２０％から５０％までを占めるであろう。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
パイプ壁の残りの部分には、フープ荷重支持層３または層３および２が含まれ
る。フープ荷重支持層（１層または複数層）は、約１５ｋｓｉを超える長期フー
プ応力に耐えることができるが、好ましくは、６８９５ｋＰａ（４ｋｓｉ）の最
小軸方向応力にも耐えられるように構成される。
る。フープ荷重支持層（１層または複数層）は、約１５ｋｓｉを超える長期フー
プ応力に耐えることができるが、好ましくは、６８９５ｋＰａ（４ｋｓｉ）の最
小軸方向応力にも耐えられるように構成される。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
本発明に従って作製されるＦＲＰパイプは、５．０８〜９１．４４ｃｍ（２〜
３６インチ）の範囲の外径を有することができ、通常、油／ガスの製造用および
輸送用として使用される。ダウンホール用途に使用されるパイプは、２種類：す
なわち、１１．４３ｃｍ（４．５インチ）（公称）以下の外径を有するチューブ
と、１１．４３ｃｍ（４．５インチ）（公称）を超える外径を有するケーシング
とに分類される。
３６インチ）の範囲の外径を有することができ、通常、油／ガスの製造用および
輸送用として使用される。ダウンホール用途に使用されるパイプは、２種類：す
なわち、１１．４３ｃｍ（４．５インチ）（公称）以下の外径を有するチューブ
と、１１．４３ｃｍ（４．５インチ）（公称）を超える外径を有するケーシング
とに分類される。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
例えば、図２は、外側半径１．３７インチ、３．４７９８ｃｍおよび内側半径
２．４６ｃｍ（０．９７インチ）ならびに壁厚さ１．０１６ｃｍ（０．４インチ
）を有する２１０１．３３ｋＰａ（２，０００ｐｓｉｇ）規格の市販のチューブ
の断面を示している。壁は、＋／−７０°巻きガラス繊維を含有する交互層を内
側から外側へ５層有してなり、０°に配置されたガラス繊維を含有する薄い交互
層を取り囲んでいる。
２．４６ｃｍ（０．９７インチ）ならびに壁厚さ１．０１６ｃｍ（０．４インチ
）を有する２１０１．３３ｋＰａ（２，０００ｐｓｉｇ）規格の市販のチューブ
の断面を示している。壁は、＋／−７０°巻きガラス繊維を含有する交互層を内
側から外側へ５層有してなり、０°に配置されたガラス繊維を含有する薄い交互
層を取り囲んでいる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
図４は、本発明に従って作製された類似のパイプの断面図を示しているが、壁
厚さはわずか０．６３５ｃｍ（０．２５インチ）にすぎず、内側から外側へ、厚
さ０．３８１ｃｍ（０．１５インチ）を有する単一の＋／−７０°巻きガラス繊
維層と、０°に配置されたガラス繊維を含有し層厚さ０．２５４ｃｍ（０．１０
インチ）を有する単一の軸方向荷重支持層とを備えている。いずれの場合におい
ても、繊維の体積分率は、各層とも約６０％である。
厚さはわずか０．６３５ｃｍ（０．２５インチ）にすぎず、内側から外側へ、厚
さ０．３８１ｃｍ（０．１５インチ）を有する単一の＋／−７０°巻きガラス繊
維層と、０°に配置されたガラス繊維を含有し層厚さ０．２５４ｃｍ（０．１０
インチ）を有する単一の軸方向荷重支持層とを備えている。いずれの場合におい
ても、繊維の体積分率は、各層とも約６０％である。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
このようなパイプは、長期（１０〜３０年間）にわたる油生産作業で使用した
場合、１３７９０ｋＰａ（２，０００ｐｓｉ）の平均外圧および９５２５６ｋｇ
（２１，０００Ｌｂ）の平均引張荷重を受けるであろう。従って、このようなパ
イプの外側層は、１７９２７ｋＰａ（２．６ｋｓｉ）のフープ応力および１５０
３１１ｋＰａ（２１．８ｋｓｉ）の平均軸方向応力に耐えなければならない。内
側層は、１０３４２５ｋＰａ（１５ｋｓｉ）のフープ応力および３３７８５．５
（４．９ｋｓｉ）の平均軸方向応力に耐えなければならない。
場合、１３７９０ｋＰａ（２，０００ｐｓｉ）の平均外圧および９５２５６ｋｇ
（２１，０００Ｌｂ）の平均引張荷重を受けるであろう。従って、このようなパ
イプの外側層は、１７９２７ｋＰａ（２．６ｋｓｉ）のフープ応力および１５０
３１１ｋＰａ（２１．８ｋｓｉ）の平均軸方向応力に耐えなければならない。内
側層は、１０３４２５ｋＰａ（１５ｋｓｉ）のフープ応力および３３７８５．５
（４．９ｋｓｉ）の平均軸方向応力に耐えなければならない。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
【表１】
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
表から分かるように、０°の層に対する長期フープ強度の計算値２ｋｓｉは、
フープ強度１７９２７ｋＰａ（２．６ｋｓｉ）という使用時の要件を十分に満た
していない。繊維の体積分率を高くすることによってフープ強度を増大させるこ
とは実用的でない。なぜなら、体積分率が高くなるとボイドの含有率が不必要に
大きくなるからである。このほか、繊維の全量を増加させることによって、従っ
て、外側層の全厚さを増加させることによって、フープ強度を増大させることも
実用的でない。なぜなら、繊維を増量すると材料費が高くなり、厚さを増加させ
ると、製造、輸送、および設置にかかるコストが増大するからである。
フープ強度１７９２７ｋＰａ（２．６ｋｓｉ）という使用時の要件を十分に満た
していない。繊維の体積分率を高くすることによってフープ強度を増大させるこ
とは実用的でない。なぜなら、体積分率が高くなるとボイドの含有率が不必要に
大きくなるからである。このほか、繊維の全量を増加させることによって、従っ
て、外側層の全厚さを増加させることによって、フープ強度を増大させることも
実用的でない。なぜなら、繊維を増量すると材料費が高くなり、厚さを増加させ
ると、製造、輸送、および設置にかかるコストが増大するからである。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
【表２】
【手続補正書】
【提出日】平成１３年７月５日（２００１．７．５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】削除
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】削除
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】削除
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】削除
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 アンダーソン マイケル ポール
アメリカ合衆国 ニュージャージー州
08809−1143 クリントン ウェストウェ
イ 10
Ｆターム(参考） 3H111 AA02 BA15 BA25 BA26 BA28
CB04 CB08 CB14 CC12 DA07
DB08
4F100 AK01A AK01B AK01C AK53A
AK53B BA03 BA07 BA10A
BA22 DA11 DG01A DG01B
DG01C DH02A DH02B DH02C
GB07 GB31 GB51 JB13A
JB13B JK02 JK05 YY00A
YY00B YY00C
Claims (10)
- 【請求項１】 複数の層から形成された壁構造をもつ長手方向軸を同心とし
た細長い中空管状体を有してなり、該層のうちの少なくとも２層が樹脂バインダ
中に固定された繊維を含有し、該繊維がパイプの長手方向軸に対して角度をなし
て配置されている、繊維強化プラスチックパイプであって、約１μｍから１４μ
ｍ未満までの範囲の太さを有し０°から約＋／−３０°までの範囲の角度で配置
されている複数の第１の繊維を含有する外側層と、約＋／−３０°よりも大きい
角度で配置され約１μｍから約２４μｍまで範囲の太さを有する複数の第２の繊
維を含有する第２の層とを備えてなる上記パイプ。 - 【請求項２】 前記第１の繊維が前記長手方向パイプ軸に対して約＋／−１
５°未満の角度で配置され約１μｍから約１０μｍまでの範囲の太さを有する、
請求項１に記載のパイプ。 - 【請求項３】 前記第１の繊維が前記長手方向パイプ軸に対して約０°の角
度で配置され７μｍの太さを有する、請求項１に記載のパイプ。 - 【請求項４】 前記軸方向荷重支持層が前記パイプ壁厚さの５０％以下を占
める、請求項１に記載のパイプ。 - 【請求項５】 前記第２の繊維が前記長手方向パイプ軸に対して約＋／−４
０°よりも大きくかつ９０°までの角度で配置され約１０μｍから約１６μｍま
での範囲の太さを有する、請求項１に記載のパイプ。 - 【請求項６】 前記第２の繊維が前記長手方向パイプ軸に対して約＋／−５
５°よりも大きい角度で配置されている、請求項５に記載のパイプ。 - 【請求項７】 前記第２の層の半径方向内側で前記第２の層に固定接触した
状態で配置されている第３の層を更に備えてなり、該第３の層が第３の繊維を含
有し、該第３の繊維が前記第２の繊維の配置角度よりも大きい角度かつ９０°ま
での角度で配置され約１μｍから約２４μｍまで範囲の太さを有する、請求項１
に記載のパイプ。 - 【請求項８】 前記第２の繊維が前記長手方向パイプ軸に対して約＋／−４
０°よりも大きくかつ約＋／−６０°までの角度で配置され、前記第３の繊維が
前記長手方向パイプ軸に対して約＋／−６０°よりも大きくかつ９０°までの角
度で配置されている、請求項７に記載のパイプ。 - 【請求項９】 前記樹脂バインダが熱硬化樹脂である、請求項1に記載のパ
イプ。 - 【請求項１０】 前記熱硬化樹脂がエポキシ樹脂である、請求項1に記載の
パイプ。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US9283398A | 1998-06-05 | 1998-06-05 | |
| US09/092,833 | 1998-06-05 | ||
| PCT/US1999/009950 WO1999062704A1 (en) | 1998-06-05 | 1999-05-05 | Composite pipe structures having improved containment and axial strength |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003517541A true JP2003517541A (ja) | 2003-05-27 |
Family
ID=22235383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000551945A Pending JP2003517541A (ja) | 1998-06-05 | 1999-05-05 | 封じ込め性および軸方向強度の改良された複合パイプ構造体 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1082209A1 (ja) |
| JP (1) | JP2003517541A (ja) |
| CN (1) | CN1304355A (ja) |
| AU (1) | AU743991B2 (ja) |
| WO (1) | WO1999062704A1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013511413A (ja) * | 2009-11-23 | 2013-04-04 | アプライド ナノストラクチャード ソリューションズ リミテッド ライアビリティー カンパニー | 熱硬化性マトリックス中のｃｎｔ浸出繊維 |
| US8999453B2 (en) | 2010-02-02 | 2015-04-07 | Applied Nanostructured Solutions, Llc | Carbon nanotube-infused fiber materials containing parallel-aligned carbon nanotubes, methods for production thereof, and composite materials derived therefrom |
| US9017854B2 (en) | 2010-08-30 | 2015-04-28 | Applied Nanostructured Solutions, Llc | Structural energy storage assemblies and methods for production thereof |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6581644B1 (en) | 1997-04-04 | 2003-06-24 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Composite pipe structure having improved containment and axial strength |
| JP2003517541A (ja) * | 1998-06-05 | 2003-05-27 | エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニー | 封じ込め性および軸方向強度の改良された複合パイプ構造体 |
| US8679606B2 (en) * | 2010-10-14 | 2014-03-25 | Vetco Gray Inc. | Thick walled composite tubular and method of making |
| CN109070495B (zh) * | 2016-03-30 | 2021-06-25 | 株式会社栗本铁工所 | 纤维强化树脂中空体及其制造方法 |
| US11879568B2 (en) | 2019-01-04 | 2024-01-23 | Canadian Pressure Control Inc. | Pipeline-leak-containment apparatus |
| CN111288291B (zh) * | 2020-02-17 | 2022-05-27 | 深圳烯湾科技有限公司 | 高压储氢瓶 |
| CN112833263A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-05-25 | 上海英泰塑胶股份有限公司 | 一种连续纤维预浸箍筋带圈热塑复合油气集输管道 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1098329A (en) * | 1977-12-02 | 1981-03-31 | Richard L. Vanauken | Composite tubular element and methods for making same |
| FR2648535B1 (fr) * | 1989-06-20 | 1991-10-04 | Inst Francais Du Petrole | Procede d'optimisation de tubes multicouches en materiaux composites et tubes obtenus par le procede |
| US5330807A (en) * | 1990-03-15 | 1994-07-19 | Conoco Inc. | Composite tubing with low coefficient of expansion for use in marine production riser systems |
| JPH04122631A (ja) * | 1990-09-13 | 1992-04-23 | Petoca:Kk | 炭素繊維強化プラスチックの管状物及びその製造方法 |
| JP2003517541A (ja) * | 1998-06-05 | 2003-05-27 | エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニー | 封じ込め性および軸方向強度の改良された複合パイプ構造体 |
-
1999
- 1999-05-05 JP JP2000551945A patent/JP2003517541A/ja active Pending
- 1999-05-05 WO PCT/US1999/009950 patent/WO1999062704A1/en not_active Application Discontinuation
- 1999-05-05 CN CN99807064A patent/CN1304355A/zh active Pending
- 1999-05-05 AU AU38870/99A patent/AU743991B2/en not_active Ceased
- 1999-05-05 EP EP99921742A patent/EP1082209A1/en not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013511413A (ja) * | 2009-11-23 | 2013-04-04 | アプライド ナノストラクチャード ソリューションズ リミテッド ライアビリティー カンパニー | 熱硬化性マトリックス中のｃｎｔ浸出繊維 |
| US8999453B2 (en) | 2010-02-02 | 2015-04-07 | Applied Nanostructured Solutions, Llc | Carbon nanotube-infused fiber materials containing parallel-aligned carbon nanotubes, methods for production thereof, and composite materials derived therefrom |
| US9017854B2 (en) | 2010-08-30 | 2015-04-28 | Applied Nanostructured Solutions, Llc | Structural energy storage assemblies and methods for production thereof |
| US9907174B2 (en) | 2010-08-30 | 2018-02-27 | Applied Nanostructured Solutions, Llc | Structural energy storage assemblies and methods for production thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU3887099A (en) | 1999-12-20 |
| EP1082209A1 (en) | 2001-03-14 |
| CN1304355A (zh) | 2001-07-18 |
| WO1999062704A1 (en) | 1999-12-09 |
| AU743991B2 (en) | 2002-02-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0972154B1 (en) | Composite structures having high containment strength | |
| EP0524206B1 (en) | Composite tubular member with multiple cells | |
| EP3721125B1 (en) | High-pressure pipe with pultruded elements and method for producing the same | |
| US6581644B1 (en) | Composite pipe structure having improved containment and axial strength | |
| WO1998045635A9 (en) | Composite structures having high containment strength | |
| CA2076391E (en) | Composite tubular member with axial fibers adjacent the side wall | |
| US8678042B2 (en) | Composite spoolable tube | |
| US6357485B2 (en) | Composite spoolable tube | |
| NO328265B1 (no) | Spolbart komposittror | |
| CA2334913A1 (en) | A flexible composite pipe and a method for manufacturing same | |
| US9732889B2 (en) | Flange, and a method of manufacturing a flange | |
| JP2003517541A (ja) | 封じ込め性および軸方向強度の改良された複合パイプ構造体 | |
| WO2000070256A1 (en) | A flexible lightweight composite pipe for high pressure oil and gas applications | |
| US11345111B2 (en) | Composite | |
| WO1998045634A1 (en) | Composite pipe structures having high containment and axial strength | |
| NO318444B1 (no) | Spolbart komposittrorlegeme. | |
| MXPA99008891A (en) | Composite structures having high containment strength |