JP2008503051A - 複合材料からなる分散された負荷伝達要素を備える電力供給管 - Google Patents

Abstract

海面と、海底、特に深海の海底に配置される装置との間で、大量の電力と、流体と、電流／電気信号とを伝達する電力供給管に関するものである。上記電力供給管は、多数の電力伝導ケーブル（５）と、管（４）と、束として集められている導電体／電線（６、６’）と、管（４）、ケーブル（５）、及び導電体／電線（６、６’）の周囲を少なくとも部分的に覆うかそれらの間に配置される充填材（１０、２、３、３’）と、上記管、ケーブル、導電体／電線、及び充填材を囲む保護用の被覆（１）とを備えている。上記電力供給管の負荷伝達要素（７）は、重量の軽い複合材料のロッド（７’）であり、それらは束として集められていても良く、個々に用いられていても良く、それらの組み合わせとして用いられていても良い。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、海面から海底、特に深海の海底に配置される装置に、大量の電力と、流体と、電流／電気信号とを伝達する電力供給管に関するものであり、多数の電力伝導ケーブルと、管と、束として集められている導電体／電線と、上記管、ケーブル、及び導電体／電線の周囲を少なくとも部分的に覆うかそれらの間に配置される充填材と、管、ケーブル、導電体／電線及び充填材を囲む保護用の被覆とを備えている。

近年、海底の石油田及びガス田に産出装置を配置することがより一般的になっている。それらを制御するために電力が供給されることが必要であり、動作を制御するための導電体だけではなく、採取された石油および／またはガスの運搬を行うための巨大な昇圧施設などの電気で動作する装置に電力を伝達するための重いケーブルを運搬するために電力の供給が必要である。

一般的に銅線で製造されている上記の重いケーブルは、現在では、継続的に開発され、実際の必要に応じてその構造及び機能が取り替えられてきた従来からある供給管に統合されている。横断面での多くの断面積を有しているこれらの重い電気ケーブルは、銅の比重のために、上記供給管に相当量の重量を与えている。銅は負荷伝達容量が非常に乏しいということが知られており、従来の構造を備える上記供給管を用いることのできる水深は、非常に制限されている。

このタイプの供給管は、海底の装置と海面の装置との間で、圧力のある液体、化学物質、流体、電気または光信号、及び電力を輸送することができるような構造として組立てられている。このような供給管の初期の型は、ＷＯ９３／１７１７６から知られている。このような供給管の典型的なものでは、輸送での負荷の大部分は、中心に配置されている鋼管の実質的な断面積にかかっている。従来技術のさらに別の例としては、英国公開特許公報ＧＢ２３２６１７７Ａと、英国公開特許公報ＧＢ２３２６７５８Ａとに開示されている。その全てを本発明が譲り受けている。

本発明の記述と請求項とにおいて、電気ケーブル、すなわち大きな横断面の面積をもつ重いものと、導電体／電線、すなわちより小さな横断面の面積をもつ細いものとは、はっきり区別がなされているということは理解されるべきである。それぞれの電気ケーブルは、大量の電力を伝達可能であるが、上記導電体或いは電線は、少量の電流及び制御信号を伝達するために用いられている。

鋼鉄製のロープは、負荷伝達要素として用いられることが可能であることがすぐにわかる。しかしながら、このことは考えうる範囲での問題を解決することにはならない。鋼鉄製のロープはまた、重い銅のケーブルとの組み合わせによって実質的に重量を占めることになり、これらは電力供給管に生じるストレスに対して効果を達成する前にそれ自体の重量のためにちぎれてしまい、大深度に届かない。

多くの成果と蓄積は、どのようにしてこれらの大電力を現実の深い深度の海底、例えば１５００メートルかそれ以上深い海底に下ろして用いることを可能とするかという解決策を見つけるために用いられてきた。

これは、現在では、本発明から派生した技術、すなわち、浮遊プラットフォームのテンションレッグを用いる方法を組み合わせることにより解決している。例については、ＷＯ０２／０５７５６０Ａ１を参照するとよい。

それ故、本発明では、前置きとして述べた種類の電力供給管が、分散された負荷伝達要素を含み、上記負荷伝達要素が軽量な複合材料のロッドであることを特徴としている。上記の軽量な複合材料のロッドは、強化繊維が埋め込まれたカーボンロッドであることが好ましい。上記のロッドは、束として集合しているか、個々に用いられていてもよく、それらの組み合わせとして用いられていても良い。

複合材料は、鋼鉄とほぼ同じ負荷伝達容量を持つと同時に、その重量が鋼鉄より約１０％低減されているといった優れた特性を有している。従って負荷伝達要素は、実質的に電力供給管全体の重量には寄与せず、その結果として電力供給管を深海で用いることを選択することができる。電力供給管は、深くなるほど重量低減を可能にする。

従来の供給管においても、複合材料のロッドを用いるということを考えることができる。たとえそうであったとしても、本発明は、上記供給管が実質的な電力量を伝送する電力供給管の形態をしていると考えることができる。上記の詳細は、同時に提出される国際特許申請ＰＣＴ／ＮＯ０５／００２１６に開示している。

一実施形態として、上記充填材、上記管、上記ケーブル、及び導電体／電線は、電力供給管の長手方向の軸について、螺旋または渦巻きの形状で配置されていても良い。

第２の実施形態として、上記充填材、上記管、上記ケーブル、及び導電体／電線は、本質的にねじれまたは渦巻き構造がない実質的に直線の形状で配置されていても良い。

上記電力供給管の上記負荷伝達要素は、ねじれた、または渦巻き構造の束として中心に配置され、上記電力供給管内部のコアの要素となっていてもよい。

代わりとして、上記電力供給管の上記負荷伝達要素は、上記供給管の長手方向の軸に関して周辺に多数の束として分布するように配置されていても良い。

代わりとして、上記電力供給管は、その全ての範囲またはある区間で上記供給管に質量／重量を与えるために、さらに重量要素を含んでも良い。重量要素は、上記供給管が浅い水域にある場合などに、浮いてしまう傾向がある場合などに用いられる。

上記充填材、上記管、上記ケーブル、及び上記導電体／電線は、半径方向において複数の層に配置されても良い。

幾つかの実施形態では、電力ケーブルは、横断面において集団として集められていても良い。

一実施形態として、上記負荷伝達要素は、横断面において単一のロッドとして分布していても良く、いくつかは、束として集められることなくできる限りお互いに隣接して配置されていても良い。

たとえ厳密に必要性が無くとも、好ましい実施の形態としては、上記充填材は、細長い水路の要素を形成しており、それらは各々の管及びケーブルの位置を保つために、少なくとも一部が各々の管及びケーブルを囲んでいる。

他の、及びさらに別の目的、特徴、及び有利な効果は、以下に示すさらなる発明の実施の形態の記述、即ち上記目的の記述、及び付属する図面の記述とによって明らかになるであろう。

図１は、負荷伝達要素が中心に配置されている本発明の電力供給管の第１の実施形態の横断面図である。

図２は、本発明の電力供給管の第２の実施形態の横断面図である。

図３は、複数の負荷伝達要素が周辺に配置されている本発明の電力供給管のその他の実施形態の横断面図である。

図４は、負荷伝達要素が中心に配置されている本発明の電力供給管の他の実施形態の横断面図である。

図５は、負荷伝達要素が中心に配置されている本発明の電力供給管のさらに別の実施形態の横断面図である。

図６は、負荷伝達要素が中心に配置されている本発明の電力供給管のさらに別の実施形態の横断面図である。

図７は、負荷伝達要素が束として集められていない本発明の電力供給管のさらに別の実施形態の横断面図である。

図８は、特徴的な細長い水路の要素を備えていない本発明の電力供給管の変形例の横断面図である。

図９〜１４は、電力供給管の別の変形例の横断面図である。

図１〜図１４に示す上記供給管の横断面では、図示されていない２つの変形例が可能であると理解されるべきである。すなわち、１つは、上記供給管の個々の要素が上記供給管の長手方向の軸に関して、ある据え付ける間隔を備えるように配置されている変形例であり、１つは、上記の個々の要素が上記供給管の長手方向の軸に実質的に平行な直線の上にさらに沢山、または少なく配置されている変形例である。従来の供給管の詳細な構造と、参考となる製造方法とに関しては、前述した刊行物ＷＯ９３／１７１７６に記載されている。

図１による上記電力供給管は、基本的に下記の要素、即ち複合材料のロッド７’の束からなる負荷伝達要素７と、横断面での多くの断面積を有している電力ケーブル５と、例えばポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）の内部の水路要素３’と、導電体／電線６・６’と、一般的に鋼鉄で形成される流体管４と、重量要素８または例えば鋼のロープの形状のさらなる強度要素８と、例えばポリエチレン（ＰＥ）の外側の被覆１とで構成されている。符号９’は、負荷伝達要素７の周囲に配置するゴム製の被覆のような摩擦材料であっても良い。符号９は、図３に示されるような流体管４よりも大きな直径を有する管であっても良い。符号１０は、水路要素３’と異なる充填物質を表しており、泡状の物質あるいは類似の物質であってもよい。実施形態では、ロッド７’は強化繊維が埋め込まれているカーボンロッドである。上記ロッドの直径は、大きさ６ミリメートルであるが、この大きさはなんら限定されるものではない。

図２〜図６による上記電力供給管は、基本的に下記の要素、即ち複合材料のロッド７’の束からなる負荷伝達要素７と、横断面での多くの断面積を有している電力ケーブル５と、内部の水路要素３’と、中間にある水路要素３と、外部の水路要素２と、導電体／電線６・６’と、一般的に鋼鉄で形成される流体管４と、重量要素８または例えば鋼のロープの形状のさらなる強度要素８と、外側の被覆１とで構成されている。符号９’は、負荷伝達要素７の周囲に配置するゴム製の被覆のような摩擦材料であっても良い。

これらの要素は、上記の図のほとんどで繰り返し見つけることができ、各々の図において同一の符号で示されている。しかし、図４及び図５では、重量要素／強化要素８は取り除かれており、ＰＶＣプロファイル８’と取り替えられている。図６では、１つの単一重量要素８である。

図７は、横断面の範囲が幾分小さいが、１つの単一負荷伝達要素７の周りの中心に集められている電力ケーブル５を備えており、単一のロッドが電力ケーブル５の周りに分散して形成している多数の負荷伝達要素７を備えている変形例を特に示している。上記単一のロッドの間に重量要素８が配置されていても良いが、ここでは一般的な鉛製のロッド８’’が配置されている。この変形例では、水路要素２・３と、外側の被覆１とを備えている。上記は、必要とするスペースが少ないコンパクトな電力供給管を提供する。

図８は、水路要素が用いられておらず、泡状の物質などの充填物質１０が用いられている電力供給管の別の特別な変形例を示す。その他の面では、上記のような要素を備えているが、横断面では異なって配置されている。

図９〜図１４は、本発明の電力供給管のさらに別の変形例を示している。図９及び図１０は、とりわけ差し込まれる重量要素８が鉛のロッド８’’の場合を示している。

負荷伝達要素が中心に配置されている本発明の電力供給管の第１の実施形態の横断面図である。 本発明の電力供給管の第２の実施形態の横断面図である。 複数の負荷伝達要素が周辺に配置されている本発明の電力供給管のその他の実施形態の横断面図である。 負荷伝達要素が中心に配置されている本発明の電力供給管の他の実施形態の横断面図である。 負荷伝達要素が中心に配置されている本発明の電力供給管のさらに別の実施形態の横断面図である。 負荷伝達要素が中心に配置されている本発明の電力供給管のさらに別の実施形態の横断面図である。 負荷伝達要素が束として集められていない本発明の電力供給管のさらに別の実施形態の横断面図である。 特徴的な細長い水路の要素を備えていない本発明の電力供給管の変形例の横断面図である。 電力供給管の別の変形例の横断面図である。 電力供給管の別の変形例の横断面図である。 電力供給管の別の変形例の横断面図である。 電力供給管の別の変形例の横断面図である。 電力供給管の別の変形例の横断面図である。 電力供給管の別の変形例の横断面図である。

Claims (11)

1. 海面から海底、特に深海に配置される装置に大量の電力と、流体と、電流／電気信号とを伝達する電力供給管が、多数の電力伝導用のケーブル（５）と、管（４）及び束として集められている導電体／電線（６、６’）と、上記管（４）、ケーブル（５）、及び導電体／電線（６、６’）の周囲を少なくとも部分的に覆うか、それらの間に配置される充填材（１０、２、３、３’）と、上記管、ケーブル、導電体／電線、及び充填材を囲む保護用の被覆（１）とを備えており、
   上記供給管が分散された負荷伝達要素（７）を備えており、
   上記負荷伝達要素（７）が軽量の複合材料のロッド（７’）であることを特徴とする電力供給管。
2. 上記軽量の複合材料のロッド（７’）は、強化繊維が埋め込まれているカーボンロッドであることを特徴とする請求項１に記載の電力供給管。
3. 上記充填材（１０、２、３、３’）、管（４）、ケーブル（５）、及び導電体／電線（６、６’）は、上記電力供給管の長手方向に関して螺旋形状に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電力供給管。
4. 上記充填材（１０、２、３、３’）、管（４）、ケーブル（５）、及び導電体／電線（６、６’）は、本質的にねじれまたは渦巻き構造がない実質的に直線の形状に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電力供給管。
5. 上記電力供給管の上記負荷伝達要素（７）は、渦巻き構造の束として集められ、上記電力供給管内部のコアの要素として中心に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力供給管。
6. 上記電力供給管の上記負荷伝達要素（７）は、上記供給管の長手方向に関して周辺に多数の束として分布するように配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力供給管。
7. 上記電力供給管は、上記電力供給管に質量／重量を与えるために、重量要素（８、８’）を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力供給管。
8. 上記充填材、上記管、上記ケーブル、及び導電体／電線は、半径方向において複数の層に配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力供給管。
9. 上記電力ケーブル（５）は、横断面において集団として集められていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力供給管。
10. 上記負荷伝達要素（７）は、横断面において分布している個別のロッド（７’）であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の電力供給管。
11. 上記充填材が細長い水路の要素（２、３，３’）を形成しており、
    上記細長い水路の要素（２、３，３’）は、各々の上記管（４）、ケーブル（５）、及び導電体／電線（６、６’）の相対的な位置を互いに保つために、上記充填材の少なくとも一部が各々の上記管（４）、ケーブル（５）、及び導電体／電線（６、６’）を囲むことが可能であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電力供給管。

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