JP2010539405A

JP2010539405A - パイプに関する改良

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Publication number: JP2010539405A
Application number: JP2010524569A
Authority: JP
Inventors: アロンウイトズジョエル
Original assignee: ビーエイチピービルリトンペトロレウムピーティーワイエルティーディー
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2008-09-15
Publication date: 2010-12-16
Anticipated expiration: 2028-09-15
Also published as: CA2699449A1; CN101883945B; BRPI0816024A2; EA018445B1; US20100301598A1; US20110268508A1; CA2699559C; EA018329B1; CA2699559A1; US8770234B2; AU2008299638B2; MY154456A; CN101861488A; AU2008299638A1; EA017132B8; JP5492774B2; EP2188561B1; AU2008299655A1; MY152207A; EA201000481A1

Abstract

複合材料で形成される外側剛性導管30を備えるパイプライン100であって、該複合材料は、長手方向の熱膨張が、効果的な長手方向の熱膨張係数0〜約-/+10×10^-6°K^-1であるように調製されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、パイプに関し、より詳細には極低温用途における使用に適したパイプに関する。本発明は、特に、海底上又は海底近傍における使用に適した海洋パイプラインに関する。

船又は他のプラットフォームなどの海洋構造物から海底パイプラインに流体を輸送するためのシステムは、数多く存在する。そのようなシステムの例として、以下が挙げられる。
（1）多点係留（conventional multi-buoy mooring）（CMBM）システム。このシステムでは、ライザー（riser）が、海洋構造物から下方のパイプラインまで直接通っており、支持ブイが、ホースの長さに沿って間隔を置いて配置されている。
（2）単一点係留塔（single tower mono-mooring）（STM）システム。このシステムでは、1棟の係留塔が、海底に固定され、海面に延在している。係留塔は、海面からパイプラインまで延在するライザーを支持する。ホース又は他のパイプが、海洋構造物から延在し、係留塔の頂部においてホースの端部に連結されることが可能である。
（3）単錨係留（single anchor-leg mooring）（SALM）システム。このシステムでは、ブイは海洋構造物に近接して配置されており、該ブイは海底上又は海底近傍に配置された連結ユニットに取り付けられ、それを支持している。ライザーは、海洋構造物から連結ユニット、次いで連結ユニットからパイプラインまで延びている。別のパイプセクションが、連結ユニットからパイプラインまで通っている。
（4）懸垂式錨係留（catenary anchor-leg mooring）（CALM）システム。このシステムでは、ブイは、海洋構造物に近接して配置されている。ライザーは、ブイから、一般的に海底上又は海底近傍に配置される水中連結ユニットまで通っている。別のパイプセクションが、連結ユニットからパイプラインまで通っている。ホース又は他のパイプは、海洋構造物から延び、ブイにおいてホースの端部に連結されることが可能である。「スティープS（Steep S）」システム、「レイジーS（Lazy S）」システム及び「チャイニーズランタン（Chinese Lantern）」システムを含む、CALMシステムの様々な構成が存在している。

先に述べたシステムすべてが当技術分野では公知であり、他にも、先に述べられていない、例えば中間海洋構造物の使用などのシステムが存在し得る。これらのシステムすべての本質的な特徴は、流体を船などの海洋構造物からパイプラインなどの水中構造物に運搬するためにライザーが設けられることである。ライザー及びライザー用の支持構造物の正確な構成は、特定の海洋場所における現状に応じて変更することができる。システムの特定の詳細に応じて、ライザーは、水没セクション、浮遊セクション及び空中セクションを含む。

パイプラインは、一般に、2つの方法のうちの一方によって構築される。第1の、陸上及び海洋パイプラインのための概して最も一般的な方法は、短い長さの金属パイプを一緒に溶接することによるものである。この金属パイプは、防食のためにコーティングがされることがあり、海洋用途においては、重量及び機械的保護のためのコンクリートコーティングが存在することが多い。一部の用途では、シンタクチックポリウレタンなどの厚膜コーティングが断熱のために施される。コーティングは、普通、接合が作り出された後に施される。海洋構築物では、接合部は、敷設バージ船からほぼ水平の位置に（いわゆる「S-lay」方式）、又は垂直に近い位置（いわゆる「J-lay」方式）に作り出される。J-lay方式は、普通、水深のあるパイプラインの構築において好ましい方法である。

海洋敷設バージ船において短いパイプセクションの接合の代替策は、連続パイプラインが、大きなリール上にいくらかの可塑的変形を有して格納される巻取り方式（reeling method）である。パイプラインは、リールから巻き出されるとき、格納からの可塑的変形を反転させるためにストレートナ（straightener）を通過する。

一部の用途では、熱特性及び水深能力の両方に関する断熱材に対する要求は、パイプインパイプシステムが明らかにしてきたようなものである。ここでは、比較的短い長さのパイプが、別のパイプの内部に置かれ、それらが互いに接合されて、連続パイプラインを製造する。同心パイプの間の環状部は、断熱材で充填されてよく、或いは真空でもよい。

極低温用途の比較的短い陸上パイプラインは、一般的なものであり、典型的には約-196℃の液体窒素及び約-163℃の液化天然ガスに関連する温度での使用に適したオーステナイトステンレス鋼から構築される。陸上極低温パイプライン用途に関する公知の問題は、パイプラインが、周囲温度から運搬液化天然ガスの温度に冷却されるときの熱収縮である。オーステナイトステンレス鋼の場合、これは、約2.8mm/mの収縮に相当する。結果として生じる熱応力を制御するために、膨張ループが、パイプライン内に一定間隔で置かれている。より最近の大阪ガスなどによる開発は、36%のニッケルと64%の鉄の合金から製造されたパイプラインを使用することである。この合金はまた、INVAR（登録商標）の商標名でも公知である。チャールズエドゥアルトギョーム（Charles-Edouard Guillaume）によって1896年に発見されたこの合金は、温度変動に伴う最小の寸法変化の特性を有する。周囲温度から液化天然ガスの温度まで冷却されるとき、その収縮は0.3mm/mであり、この大きさの程度は、オーステナイトステンレス鋼より小さいものである。これは、この合金が、膨張ループの広範囲にわたる使用の必要性を実質的に低減するという点で特に有利である。

金属であるため、オーステナイトステンレス鋼及びINVAR（登録商標）は、効果的な断熱特性を有さず、そのため従来の断熱材を施すか、氷の層を生成してパイプラインを自己断熱させる。

従って、海中の極低温パイプのための一般的な課題は、以下の通りである。
1）低温流体と接触する材料は、LN2温度で脆性であってはいけない。
2）およそ200℃の温度差（海水温度が約10℃に対してLNGが-163℃、即ち173℃の差）の結果として熱流入から生じるボイルオフを最小限にするために、低温流体と外部の海水温度との間に非常に効率的な断熱材が存在しなくてはいけない。
3）さもなければ、パイプラインが収縮を必要としても収縮できないために、パイプラインは冷却時に大きな力が生じる両端で実質的に抑制されるため、パイプラインの軸／長手方向、即ちパイプラインに沿った収縮が制御されなければならない。

先に述べたように、（1）に対する従来の解決策は、内管に、オーステナイト系ステンレス鋼、例えば、316L、9％のニッケル及びNickel 36％（インバール（Invar））を使用することである。これらの全ては、低温条件と適合するが、オーステナイトステンレス鋼からインバールへ熱収縮係数は低下する。316の収縮が大きいので、第3の問題に対処するためには、くの字形に折れ曲がった膨張ループが必要である。インバールは、その熱収縮係数が名目上ゼロであるために、その問題を解決することができ、Ni9％は、およそ中間である（背景説明書を参照されたい）。

第2の問題は、内管を外管の中に入れ、かつ環状部の断熱特性に取り組むことによって対処される。これはいわゆるパイプインパイプ工法であり、多くの特許の重要な範囲である。選択のひとつは、環状部に真空を形成することであって、これは非常に有効な断熱の手段である。別の例は非常に効率的な数種の断熱材（特許文献を参照）を使用することであり、エアロゲル又はナノゲルと呼ばれている比較的新規な断熱材料に最近焦点が当てられている。また、これらの断熱材料は、部分的な真空と組み合わせられて、断熱材料を提供してきた。
要するに、この公知の技術は、環状部の断熱を含むパイプインパイプ工法である。

現在に至るまで、海洋パイプラインは、極低温用途用として構築されていなかった。極低温流体を運搬するための海洋パイプラインは、熱膨張及び断熱材という2つの問題に対処しなければならない。これが、従来のパイプインパイプ設計に基づいた同心パイプ設計の開発をもたらした。このような設計では、INVAR（登録商標）を使用して熱膨張問題を解決し、結果として生じた環状部においてエアロゲルなどの高性能断熱材料を使用して断熱問題に対処する。このような設計は、材料及び構築の点でコスト高である。

本発明は、特に、通常、海底上又は海底近傍に位置するパイプラインに関する。そのようなパイプラインは、典型的には、外管、内管、及び外管と内管との間に配置された断熱層を含む。先に論じたように、従来技術では、外管は、ステンレス鋼でよく、内管は、INVARの商標名で販売されている材料などの鉄ニッケル合金でよい。INVAR（登録商標）の材料は、熱膨張係数が低いという理由でこの目的に合わせて選択されるので、主に断熱層の存在によって引き起こされる内管と外管の間の温度差に関係なく、内管及び外管が、同じ量だけ膨張及び収縮するようになる。INVAR（登録商標）の内管を有するパイプラインは、極低温流体の輸送に効果的であるが、ニッケルを含んでいるため非常に高価である。

WO 2006044053は、船から水中の場所に極低温流体を運ぶためのシステムを開示している。しかし、この特許は、極低温流体が運ばれる先のパイプラインの設計方法についていかなる情報をも含んでいない。

本発明の目的は、パイプライン内を通って流体を効率的に輸送するのに望ましい頑丈さ及び温度耐性特徴を有するパイプを提供することである。

本発明は、複合材料技術に基づくシングルパイプ工法に関する。パイプを機械的に保持するために別の導管に配置するか、又は漏れを試験するために環状部を設けることが望ましいが、これはそのようなパイプインパイプ工法ではない。

従って、本発明の一態様に従って、複合材料で形成されたパイプを含む、パイプライン特に海中パイプラインを提供する。有利には、複合材料は、パイプが軸／長手方向と半径／フープ方向との両方において、内圧（典型的には20〜30バール（barg））によって誘導される負荷を受け取り、かつ長手方向及びフープ方向の等価熱収縮係数を制御するのに十分な機械的強度を有するようなものである。レイアップは、長手方向の収縮がゼロに近い、即ち僅かに正又は負であることが望ましく、その結果、温度により誘発された軸方向の力が僅かに伸縮又は圧縮されるようなものである。半径方向の収縮は、それが内圧によって部分的につり合いが取れることになるのでそれほど心配事ではない。複合パイプの壁厚は、熱負荷及び圧力負荷に対して所望の機械的応答を提供し、結果として有意な断熱特性を提供するように構築されるであろう。これによって、断熱充填剤（組み込まれたガラスビーズなど）を有し得る従来のポリマー系断熱材（ポリウレタン又はポリエチレンなど）を基材にしていると想定される任意の付加的な断熱材の需要が減少する。結果は、「従来の」断熱パイプであるが、軸方向に熱収縮特性を制御することによって、かつ金属に対する複合材の優れた断熱特性を利用することによって、極低温利用の本来の問題を解決する複合材に基づいている。

基本的に、本発明の本態様は、複合材料で作製されるパイプ、好ましくは海中パイプに関し、かつ最も好ましくは、該複合材料は、長手方向の熱膨張が、効果的な長手方向の熱膨張係数0〜約-/+10×10^-6°K^-1であるように調製されているものである。好ましい長手方向の熱膨張係数の範囲は、0未満（例えば、約-0.01°K^-1又は約-0.1°K^-1以下）〜-/+4×10^-6°K^-1であり、最も好ましくは、0〜-/+2×10^-6、又は0〜-/+2×10^-6°K^-1である。該パイプは複合材料から作製されても又はされなくてもよい外管又は内管を有してもよい。

別の本発明の態様は、一方向への熱収縮を解消することができる極低温利用の複合材の使用に関する。これは、パイプライン、特に海中パイプラインの開発である。

「複合材料」は、2つ以上の材料の組合せから作製され、特有かつ特別製造の一連の特性を付与する材料である。最も一般的な複合材料の形態は、樹脂中の繊維のマトリックスである。該繊維は長手方向の配向で連続しており、又は該繊維は混合配向の短い長さであってもよい。通常、該繊維は、Ｅ-ガラス、S-ガラス、アラミド（例えばKevlar（商標））又は炭素などの高強化繊維である。該樹脂は繊維をカプセル化し、かつそれは熱可塑性樹脂、例えば、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミド、フルオロポリマー、ポリ（塩化ビニル）（PVC）、ポリウレタン（PU）、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、或いは熱硬化性樹脂、例えばエポキシ、又はポリエステル若しくはビニルエステルであってもよい。該複合材料は、所望の機械的性質を達成するために、異なる方向に配向された樹脂マトリックスにおいて長手方向の繊維の層を有する積層構造であってもよい。一般に、該複合材料中の高強度繊維の使用は、荷重配分比に対して相当な強さを有する構造をもたらし、この理由から、複合材料は、高圧容器用途を含めた、航空宇宙及び自動車産業における広い用途が見出されている。

エポキシ樹脂などの複合材料の構成成分の多くは、主に低温で脆性であるために、バルク均質形態での極低温利用には適していない。しかし、構成材料が、繊維及び積層形態で他の構成材料とマトリックスにおいて丁寧に組み合わせられると、その構造的相互作用は、バルク均質構成材料の制約を克服するようなものになる。

本発明者らは、繊維の選択が重要であり、かつ高強度炭素、アラミド、ガラス又は超高分子量ポリエチレン繊維、又はそれらの組み合わせを使用するのが好ましいことを見出した。例えば、Ｅ-ガラス、Kevlar-49、MS-LM（中強度低弾性（Medium Strength Low Modulus））炭素繊維の代表的な引張強さ、引張弾性率、及び密度は下記の順である：引張強さ、3450、3790、4138 MPa；引張弾性率、72, 124, 228 GPa；密度、2.6, 1.4, 1.8 g/ccである。本発明者らは、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂との両方が使用できることを見出した。エポキシ及びPEEK（ポリエーテルエーテルケトン）の密度は、両方とも約1.3g／ccである。本発明者らは、これらの高強力繊維の数種を含有する複合材料を用いることによって、特に第1の部材では、高保圧力を保持しながら、エンドフィッティングの加重が実質的に減少することを見出した。

複合材料を用いる別の有利な点は、複合材料が、鋼と比べてより低い熱伝導率を有することである。典型的には、該熱伝導率は、約0.1〜1W／m°Kであって、これはオーステナイトステンレス鋼より少なくとも1桁小さい。これは、エンドフィッティングに求められる断熱の量を低下させて、低温流体の沸騰を生じさせる熱流入を最小限にするので、特に極低温用途において有利である。ガスのボイルオフは、極低温液転送において非効率的であるため、ボイルオフの率を最小限にすることが大変望ましい。これは、浮遊している極低温可撓性ホースのエンドフィッティングが水と接触している船から船への輸送において特に重要である。

複合材の特有の低い熱伝導率のため、その特有の温度勾配を利用することによって、内部の複合層の外側に断熱材料又は複合材の連続層を組み入れることができる。断熱層は、例えば熱可塑性樹脂の中空断熱繊維、即ち通気性ポリウレタン（PU）であってもよい。PUの使用によって、潜在的に頑丈な外側の機械的保護層が付与される。従って、エンドフィッティングの第1及び／又は第2の部材は、複数の材料の層から構成されてもよく、そのうちのいくつか又はすべては、複合材料であり、好ましくは2W／m°K以下、より好ましくは1W／m°K以下の熱伝導率を有する。第1の及び／又は第2の層のいくつかの層は、非複合材料、例えば、非複合ポリマー材料（好ましくは、熱伝導率が2W/m°K未満、より好ましくは、1W／m°K未満）で作られてもよい。非複合材料は、熱可塑性樹脂又はPUであってもよい。従って、本発明に従って、エンドフィッティングに所望のバルク特性を提供するように設計された材料の層から外側にエンドフィッティングの構成部分を作ることが可能である。

本発明者らは、炭素及び特定のアラミド繊維、特にポリ-（p-フェニレンテレフタルアミド（Kevlar（商標）又はTwaron（商標）として公知）の比較的特異な性質を利用することは、それらが負の長手方向の熱膨張係数及び正の横の熱膨張係数を示すという点で、特に好ましいことを見出した。例えば、Kevlar-49の長手方向の熱膨張係数は-2×10^-6°K^-1であり、横方向の熱膨張係数は68×10^-6°K^-1である。これらの繊維を含有する積層複合構造では、プライ（層）は、温度の低下に伴って繊維方向に膨張し、かつ横方向に収縮する。プライの平衡対称配置内で内部剪断力が生じ、結果として、冷却時に正味の長手方向の膨張があることに留意する。繊維の方向を調整することによって、効果的な長手方向の熱膨張係数0〜約-10×10^-6°K^-1を達成することができる程度まで膨張の大きさを制御することが可能である。本発明者らは、温度の低下に伴って密閉接触圧を増加させるために、密閉環の下の半径寸法変化の大きさを制御する複合テール（composite tail）を組み立てることができる。好ましい長手方向熱膨張係数の範囲は、0未満（例えば、約-0.01°K^-1、又は約-0.1°K^-1以下）〜-4×10^-6°K^-1であり、最も好ましいのは、-1×10^-6〜-2×10^-6°K^-1である。

本発明によるパイプラインは、いくつかの状況では、内側管構造を更に含み、該内側管構造は可撓性ホースを含む。ここで、該可撓性ホースは内側把持部材と外側把持部材の間に配設された管状本体を備え、該管状本体は密閉層を含み、かつ極低温の温度に耐えることができる材料で形成されており、該内側管状構造は内側管状構造内を流れる極低温流体の低温から外側剛性導管を保護するのに十分な断熱特性を有する。

特に有利な実施態様では、剛性導管及び可撓性ホースの端部は、剛性導管と該ホースとの間に流体が侵入するのを防ぐために密閉される。

別の特に有利な実施態様では、パイプの少なくとも一方の端部が、水中ライザーに連結されるように適合される。

本発明によるパイプは、水中の場所における使用に適している。しかし、使用時、パイプのすべてが必ずしも水中に配設される必要はないことが理解されよう。

好ましくは、管状本体は、密閉層を間に挟む少なくとも2つの補強層を含む。

好ましくは、外側把持部材と軸方向強化手段との間に更なる補強層が設けられる。

補強層の極限強度は、直径8"（200mm）のホースに対して100と700kNとの間であることが好ましい。補強層の破壊時の曲げひずみ（bend strain）は、2%〜15%の範囲にあることが好ましい。

ホースは、軸方向強化手段を更に含むことが好ましい。好ましくは、軸方向強化手段は、管形状で提供される材料のシートから形成された略管状のシース（sheath）を備え、それにより、シースは、軸力を受けたときにその管形状の完全性を維持できるようになる。ホースには、軸力下におけるホースの性能を更に向上させるために、2つ以上の管状シースを設けることができる。軸方向強化手段は、略管状のブレード（braid）の形態で設けられることが特に好ましい。本明細書では、「ブレード」という用語は、細長構造を形成するために互いに絡み合う2つ以上の繊維又は糸（yarn）で形成された材料を指す。ブレードの特徴は、軸力を受けたときに伸長することができることである。ブレードの別の特徴は、管状形態で提供されるとき、ブレードが軸力を受けたときにその直径が小さくなることである。従って、管状本体の周り又は管状本体の構造内部に管状ブレードを設けることにより、ブレードは、軸力を受けたときに管状本体の少なくとも一部に半径方向内向きの力を及ぼすことになる。管状シース全体は、ブレードの形態で提供されることが好ましい。しかし、管状シースの長さの1つ以上の部分のみがブレードの形態で提供されることも可能である。また、ブレードは、管状シースの円周全域にわたって延在することも好ましい。しかし、管状シースの円周の一部のみがブレードの形態で提供されることも可能である。ブレードは、2軸（biaxial）形態（即ちブレードが、2本だけの絡み合う繊維又は糸から形成される）又は3軸（triaxial）形態（即ち軸方向の強度の増大のために長手方向に延びる繊維又は糸も存在する）で提供されてよい。

軸方向強化手段をブレードの形態で提供することが好ましいが、この軸方向強化手段は、先に指定した機能的要件を満たす他の形態で設けられてよい。従って、軸方向強化手段は、管状本体の周りにらせん状に巻き付けられたコード又はロープの適切な配置として設けられてよい。

従って、代替的に又は追加的に、軸方向強化手段は、ホースの長さに沿って延在する複数の軸方向強化ストリップ（strip）を備える。軸方向強化ストリップは、ホースの円周の周りに等置されることが好ましい。ストリップは、2、3、4、5、6、7、8本又はそれ以上存在することができる。より好ましくは、3、4、5、又は6本のストリップが存在し、4又は6本のストリップが最も好ましい。好ましくは、各々の軸方向強化ストリップは、縦糸及び横糸を有する布製である。より好ましくは、各々の軸方向強化ストリップの縦糸は、ホースの長手方向軸に対して0°〜10°の角度で配置される。更により好ましくは、各々の軸方向強化ストリップの縦糸は、ホースの長手方向軸に対して0°〜5°の角度で配置される。最も好ましくは、各々の軸方向強化ストリップの縦糸は、ホースの長手方向軸に対して0°〜2°の角度で配置される。

軸方向強化手段は、外側把持部材又は管状本体の間に配設することができる。或いは、軸方向強化手段は、管状本体内、即ち補強層と密閉層との間に組み込むことができる。

ホースの構築材料は、意図される環境においてホースが機能することができるように選択されなければならない。従って、ホースは、加圧された流体をホースの壁から漏らすことなくその中を輸送できるようにする必要がある。また、ホースは、繰返される曲げに耐え、ホース及び流体重量の組合せによって引き起こされる軸応力に耐える必要もある。また、ホースが極低温流体の輸送に使用されることが意図されている場合、その材料は、性能の大きな低減無しに、極度の低温において作用できることが望ましい。該補強層又は各補強層の主要な目的は、ホース内を通る流体の輸送中にホースが晒されるフープ応力に耐えることである。従って、必要とされる柔軟度を有し、必要な応力に耐えることができる補強層であれば適切である。また、ホースが極低温流体を輸送することが意図されている場合、該補強層又は各補強層は、極低温の温度に耐えることができなければならない。

該補強層又は各補強層は、シート材料をらせん状に巻き付けることによって管状形態に巻かれた材料のシートから形成されることが好ましい。これは、軸方向の力をかけると巻き部分が引き離される傾向があるため、該補強層又は各補強層は、軸力に対して十分な耐性を有していないことを意味する。該補強層又は各補強層は、シート材料の1つの単一連続層を含むことができ、或いはシート材料の2つ以上の単一連続層を含むことができる。しかし、より一般的には（かつホースの長さに応じて）、シート材料の該層又は各層は、ホースの長さに沿って配置された複数の別個の長さのシート材料から形成されるであろう。

好ましい実施態様では、該補強層又は各補強層は、布、最も好ましくは織布を含む。該補強層又は各補強層は、天然又は合成材料でよい。該補強層又は各補強層は、ポリエステル、ポリアミド又はポリオレフィンなどの合成ポリマーから形成されることが好都合である。合成ポリマーは、繊維又は糸の形態で提供され、そこから布が作製される。

該補強層又は各補強層がポリエステルを含むとき、これは、ポリエチレンテレフタラートであることが好ましい。該補強層又は各補強層がポリアミドを含むとき、これは、ナイロンなどの脂肪族ポリアミドでよく、或いはアラミド化合物などの芳香族ポリアミドでもよい。例えば、該補強層又は各補強層は、KEVLAR（登録商標）などのポリ-（p-フェニレンテレフタルアミド）でよい。

該補強層又は各補強層がポリオレフィンを含むとき、これは、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリブチレンホモポリマー、又はそのコポリマー又はターポリマーでよく、1軸又は2軸配向であることが好ましい。より好ましくは、該ポリオレフィンは、ポリエチレンであり、最も好ましくは、ポリエチレンは高分子量ポリエチレン、特にUHMWPEである。好ましい実施態様では、軸方向強化手段もまた、UHMWPEである。

本発明で使用されるUHMWPEは、一般には400,000を上回る、通常は800,000を上回る、普通は1,000,000を上回る重量平均分子量を有するであろう。重量平均分子量は、普通、約15,000,000を越えないものである。UHMWPEは、約1,000,000〜6,000,000の分子重量を特徴とすることが好ましい。本発明で最も有用なUHMWPEは、高度に配向され、通例一方の方向において少なくとも2〜5倍、他方の方向において少なくとも10〜15倍に伸張されているはずである。

本発明の最も有用なUHMWPEは、一般に、80%を越える、より一般的には90%を越える、好ましくは95%を越える平行配向を有する。結晶化度は、一般に50%を越え、より一般的には70%を越える。85〜90%までの結晶化度が可能である。

UHMWPEは、例えばUS-A-4344908、US-A-4411845、US-A-4422993、US-A-4430383、US-A-4436689、EP-A-183285、EP-A-0438831、及びEP-A-0215507に記載されている。

該補強層又は各補強層が、DYNEEMAの商標名でDSM High Performance Fibres BV（オランダの企業）から市販されているもの、又はSPECTRAの商標名で米国企業のAlliedSignal社から市販されているものなどの高度に配向されたUHMWPEを含むことが特に有利である。DYNEEMAについての更なる詳細は、DSM High Performance Fibers BVによって発行された「DYNEEMA;繊維における最高性能;特性及び用途（DYNEEMA;the top performance in fibers;properties and application）」というタイトルの取引用パンフレット02/98版に開示されている。SPECTRAについての更なる詳細は、AlliedSignal社によって発行された「Spectra性能材料（Spectra Performance Materials）」というタイトルの取引用パンフレット5/96版に開示されている。これらの材料は、1980年代から市販されている。

好ましい実施態様では、該補強層又は各補強層は、横糸及び縦糸方向に配置された繊維から形成された織布を含む。本発明者らは、該補強層又は各補強層が、布の縦糸方向がホースの軸方向に対して20°未満の角度になるように配置されれば特に有利であることを見出した。本発明者らはまた、この角度が5°を越えることが好ましいと考える。好ましい実施態様では、該補強層又は各補強層は、布の縦糸方向がホースの軸方向に対して10°〜20°の角度、最も好ましくは約15°の角度になるように配置される。

密閉層の目的は、主に、輸送された流体が管状本体から漏れるのを防止することである。従って、必要とされる柔軟度を有し、望ましい密閉機能をもたらし得る密閉層であれば適切である。また、ホースが極低温流体を輸送することが意図されている場合、密閉層は、極低温の温度に耐えることができなければならない。

密閉層は、該補強層又は各補強層と同じ基本材料、特にUHMWPEから作り出すことができる。代替策として、密閉層は、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）などのフルオロポリマー、Teflon FEPの商標名でDuPont Fluoroproductsから市販されているヘキサフルオロプロピレンとテトラフルオロエチレンとのコポリマー（テトラフルオロエチレン-ペルフルオロプロピレン）、又はTeflon PFAの商標名でDuPont Fluoroproductsから市販されているフッ素化炭化水素-ペルフルオロアルコキシでよい。このようなフィルムは、押し出し成形又はブローイング成形によって作り出すことができる。

本発明者らは、密閉層が、シート材料をらせん状に巻き付けることによって管状形態に巻かれている材料のシートから形成されることが好ましいと考える。補強層と同様に、これは、軸方向の力をかけると巻き部分が引き離される傾向があるため、該密閉層又は各密閉層は、軸力に対して十分な耐性を有していないことを意味する。密閉層は、シート材料の単一の連続層を含むことができ、或いはシート材料の2つ以上の単一連続層を含むことができる。しかし、より一般的には（及びホースの長さに応じて）、シート材料の該層又は各層は、ホースの長さに沿って配置された複数の別個の長さのシート材料から形成される。所望の場合、密閉層は、内側補強層上に配置された1つ以上の熱収縮密閉スリーブ（即ち管状の形態）を含むことができる。

本発明者らは、密閉層は、複数のフィルムの重なり合う層を含むことが好ましいと考える。好ましくは、少なくとも2層、より好ましくは少なくとも5層、更により好ましくは少なくとも10層が存在する。実際に、密閉層は、20、30、40、50又はそれ以上のフィルムの層を含むことができる。層の数の上限は、ホースの全体のサイズによって決まるが、100を越える層が必要とされることはあまりないであろう。普通は、せいぜい50層で十分である。フィルムの各々の層の厚さは、通常、50〜100マイクロメートルの範囲である。

当然ながら、2つ以上の密閉層が提供されてよいことが理解されよう。

断熱層は、複合パイプの内側に付着される、即ち複合パイプの内側に配設されてよい。或いは、断熱層は、ホースと複合パイプとの間に、ホース及び剛性導管から分離した層として配設されてもよい。

しかし、断熱層は、ホース内に組み込まれることが好ましい。断熱層は、ホースの外側に付着させる、即ち外側把持部材の外側に配設することができ、或いは外側把持部材内の、外側把持部材と管状本体の密閉層との間に配設することができる。断熱層は、極低温装置に断熱をもたらすために従来使用されている任意の材料、例えば合成発泡材料などを含むことができる。

1つの好ましい実施態様では、断熱層は、断熱材料製であり、対向する長手方向の端部を有する細長部材を含み、この細長部材は、層の対向する長手方向の端部が隣接する又は重なり合う配置になるように管状本体の周りにらせん状に巻かれており、この場合、各々の長手方向の端部は、対向する長手方向の端部上の、協働する構造と相互係合することができる構造を含む。細長部材は、外側把持部材の外側に配設されることが好ましく、それによって外側層のカバーを形成する。適切な細長部材は、WO2004/044472により詳細に記載されている。

別の好ましい実施態様では、断熱層は、玄武岩繊維から形成された布を含む。適切な玄武岩繊維布は、BT-5、BT-8、BT-10、BT-11及びBT-13の取引名称でSudaglass Fiber社から市販されている。布の好ましい厚さは、約0.1mm〜約0.3mmまでである。所望であれば、玄武岩繊維の複数の層を使用することができる。

2つ以上の断熱層を設けることができること、及びホースが2つ以上の異なるタイプの断熱層を含むことができることが理解されよう。

ホースの各々の端部には、エンドフィッティング（end fitting）が設けられることが好ましい。エンドフィッティングは、WO01/96772又はWO2004/079248に記載されているタイプのものが好ましい。

ホースの内側及び外側把持部材は、らせん形の把持部材であることが好ましく、らせん形のワイヤであることがより好ましい。従って、把持部材は、それぞれが管状本体を把持し保持するコイル及び任意の他の介在層を形成することが好ましい。好ましくは、内側及び外側コイルは、同じピッチを有するらせん形の構成で装着され、外側コイルのコイル位置は、内側コイルのコイル位置からピッチ長の半分だけずらして配置される。

別の実施態様では、内側管状構造に、断熱材料から形成された断熱層が設けられる。断熱層は、管状本体の特別な層でよく、或いは外側把持部材の周りに形成された層でもよい。

別の実施態様では、断熱材料から形成された断熱層が、内側管状構造と外管との間に設けられる。

別の実施態様では、断熱は、内側管状構造と外管との間の空間に配設された粒子状の断熱材料（例えばビーズ）によって提供される。断熱粒子は、通常、ガラス微小球、パーライト、ポリスチレン粒子を含むことができる。粒子は、それらを内側管状構造と外側導管との間にただ注入することにより空間内に配置させることができる。

必要とされる断熱は、上記の特有の技術の任意の組合せによって提供することができる。

ホース及び複合パイプの寸法は、ホース及び複合パイプが接触するように、又は、好ましくはホースと複合パイプとの間に空隙が存在するように選択することができる。導管を内側管状構造に対して離間した関係に維持するために、内側管状構造と複合パイプとの間に1つ以上のスペーサが設けられることが好ましい。該スペーサ又は各スペーサは、ホースの外側の周りに延在するリングを備えることが好ましい。複数の前記リングは、ホースの長さに沿って設けられてよい。該スペーサ又は各スペーサのリングは、例えばポリウレタン、PTFE、又はバルサ若しくはコルクなどの木材でよい。該スペーサ又は各スペーサのリングは、内側管状構造内を通って輸送される極低温流体の温度からゴムスペーサを保護するのに十分な基礎となる断熱が存在すれば、ゴムでもよい。

別の実施態様では、スペーサは、内側管状構造と外管との間にらせん状に巻き付けられたロープ又はロッドの形態でよい。巻き付けは、長いピッチ及び/又は近接なピッチでよい。ロープ又はロッドは、例えばポリエステルロープ、矩形の断面を有するポリウレタンストリップ、又は円形の断面を有するゴムでよい。

本発明によるパイプは、広い範囲の用途に有用であるが、極低温流体、特に-100℃を下回る温度の流体、より好ましくは、約-104℃（エチレンの沸点）又はそれ以下の温度の流体、最も好ましくは約-150℃又はそれ以下の温度の流体の輸送に特に有用である。パイプは、約-162℃の温度のLNGを効率的に輸送することができ、それぞれ約-183℃又は-196℃の温度の液体酸素又は液体窒素を効率的に輸送することができる。具体的には、パイプが使用される最低実用温度は、約-200℃〜-220℃である。

剛性導管の内径は、少なくとも150mmであることが好ましい。より好ましくは、ホースの内径は、少なくとも150mmであることが好ましい。ホースの内径は、400mm程度の大きさ又は更には600mm若しくは800mm程度の大きさであってよい。

パイプは、通常、5m〜20mの長さで供給されるが、それよりも長い又は短い長さのパイプを供給することが可能である。パイプセクションは、数十又は数百又は最大数千メートルであり得る所望の長さのパイプラインを提供するために、一緒に接合することができる。

本発明によるパイプは、ホース又は端部同士で連結されたホースの複数の長さを含む列を剛性導管内に配置することにより、例えば導管に通すことによって製造することができる。

一般に、パイプの使用圧力は、約500kPaゲージ〜約2000kPaゲージまでの範囲であり、或いは約2500kPaゲージ以下でも可能である。このような圧力は、ホースの運転圧力に関し、破裂圧力（これは数倍大きいものであるに違いない）ではない。体積流量は、液体媒体、圧力及び内径に依存している。1000m³/h〜12000m³/hまでの流量が一般的である。

本発明の別の態様によれば、端部同士で連結された上記の複数のパイプを備えるパイプラインが提供される。パイプラインは、数メートルの長さでよいが、好ましくはパイプラインの長さは、少なくとも100m、より好ましくは少なくとも200m、最も好ましくは少なくとも500mである。パイプラインは、好ましくは5000m以下の長さ、より好ましくは2000m以下であり、1000m未満の長さでよい。通常、この長さは、約100m〜2000mである。

本発明によるパイプは、流体、特に極低温流体の海底に沿った輸送を伴う用途に特に有用である。パイプは、2つの海洋水面上構造物の間、又は海洋水面上構造物と陸上に設置された構造物との間で流体を輸送するために必要とされてよい。

水面上海洋構造物は、永久的構造物でも暫定的構造物でもよく、水面上に配設される。通常の状況では、構造物の一部は水面上に延在し、構造物の一部は水没されることが理解されよう。永久的構造物は、取り付け後、海底上方の適所に永久的に固定されたままのものである。永久的構造物の例は、鋼製ジャケット式支持構造物（steel jacket support structure）及び重力式支持構造物（gravity base support structure）を含む。暫定的構造物は、場所から場所に移動することができるものである。暫定的構造物の例は、一般的には船又はバージ船又は半潜水形海洋掘削装置（semisubmersible）又はテンションレッグ方式プラットフォームなどの鋼製又はコンクリート製の船体を有する浮遊可能な船舶である。暫定的構造物の別の例は、浮遊式生産貯蔵積出装置（floating production storage and off-loading unit）である。水面上海洋構造物は、海底下方から油又はガスを生成する手段を有することができる。更に又はその代わりに、水面上海洋構造物は、油又はガスを貯蔵する手段を有することもでき、ガスは液状であってもよい。

従って、本発明の別の態様によれば、第1の水面上海洋構造物と第2の水面上海洋構造物との間で流体を輸送するためのシステムであって、第1の水面上海洋構造物と海底に沿って配置されたパイプラインの第1の端部とに動作可能に連結された第1のライザー、及び第2の水面上海洋構造物とパイプラインの第2の端部とに動作可能に連結された第2のライザーを備え、それによって流体が、第1の水面上海洋構造物から第2の水面上海洋構造物に、又は第2の水面上海洋構造物から第1の水面上海洋構造物に流れることができ、パイプラインの少なくとも一部が上記の本発明によるパイプから形成されるシステムを提供する。

本発明の別の態様によれば、第1の水面上海洋構造物と陸上とに設置された構造物の間で流体を輸送するためのシステムであって、第1の水面上海洋構造物と海底に沿って配置されたパイプラインの第1の端部とに動作可能に連結された第1のライザー、及び陸上に設置された構造物とパイプラインの第2の端部とに動作可能に連結されたパイプを備え、それによって流体が、第1の水面上海洋構造物から陸上に設置された構造物に、又は陸上に設置された構造物から第1の水面上海洋構造物に流れることができ、パイプラインの少なくとも一部が、上記の本発明によるパイプから形成される、システムを提供する。陸上に設置される構造物は、例えば、陸上に設置される貯蔵施設でよい。

1つの実施態様では、システムは、水面に配置されたブイを含み、第1及び/又は第2のライザーは、ブイから水面下海洋構造物に延び、ホースは、ブイによって支持される。先に述べたCALMシステムは、そのようなシステムの一例である。

しかし、本発明によるシステムは、CMBMシステムでよく、このCMBMシステムでは、本発明によるホースは、水面上海洋構造物から水面下海洋構造物に直接延びている。

その代わり、本発明によるシステムは、SALMシステムでもよく、このSALMシステムでは、水面ブイは、海底に配置された水面下連結器に取り付けられ、ホースは、水面上海洋構造物から水面下連結器に直接延びている。

先に述べたシステムでは、ブイによって支持された流体連結器が更に設けられることが好ましい。流体連結器は、水面下海洋構造物から延びているライザーの上端と流体連通して連結されるように、並びに水面下海洋構造物から延びているパイプと流体連通して連結されるように適合される。このようにして、流体は、連結器を通ってパイプからライザーに流れることができる。連結器は回転可能であることが好ましく、それによって水面上海洋構造物は、ブイの周りを回転することができる。連結器のこの形態は、普通、「スイベル連結器」（swivel connector）として知られている。極低温流体の輸送に適したスイベル連結器の一例は、EP0833769に開示されている。

本発明によるシステムは、水没可能なブイが提供されるWO2006/044053に記載されたタイプのシステムで使用することもできる。従って、本発明の別の態様によれば、水面上海洋構造物とパイプラインとの間で極低温流体を輸送するためのシステムであって、a）第1の端部及び第2の端部を有する第1の極低温ライザーであって、第1のライザーの縦位置が調整可能であり、前記第1のライザーの前記第2の端部が、水域において前記パイプラインと流体連通して配置されている、第1の極低温ライザーと、b）前記第1のライザーの前記第1の端部に連結された第1の水没可能なタレット連結器であって、極低温流体が前記水面上海洋構造物と前記第1のライザーの前記第1の端部との間で連通可能になるように水面上海洋構造物の水に開放可能に連結するように適合されており、前記第1の連結器の縦位置が変更可能になるように前記水域の底部に係留されている、第1の水没可能なタレット連結器とを備え、第1の連結器が、前記第1の船舶が前記第1の連結器に連結されている間、前記水面上海洋構造物が前記水域の水面上の前記第1の連結器の周りを回転することを可能にするように適合され、パイプラインの少なくとも一部が、上記の本発明によるパイプから形成される、システムを提供する。

水面上及び水面下海洋構造物は、海洋、即ち海、大洋、湖、港又は他の水域に配設されることが理解されよう。しかし、岸から構造物の距離に関する特定の制約は存在せず、この距離は、例えば数メートル、数百メートル、数キロメートル又は数百キロメートルでよい。

本発明の別の態様に従って、流体（好ましくは、極低温流体）を水中において輸送する方法を提供し、該方法は、先に記載した本発明によるパイプを通して流体を流すことを含む。
好ましくは、該パイプは水中の場所に配設される。好ましくは、パイプは、海底に配置される。

次に以下の添付の図を参照する。
本発明によるパイプの一部の横断面図である。図1に示すパイプのホースの横断面図である。船から本発明によるパイプに極低温流体を運ぶためのシステムを示す概略図である。

最初に図1及び2を参照すると、本発明によるパイプラインが、概して100で示されている。ホースは、ホース10及び複合パイプ30を備える。ホース10は、選択的なものであって、本発明のパイプラインに必ずしも必要とされるものではないことを留意されたい。

ホース10は、内側補強層14、外側補強層16、及び層14と16との間に挟まれた密閉層18を含む管状本体12を含む。軸方向の強化をもたらすブレードの形態の略管状のシース20が、外側補強層16の外面の周りに配設される。

管状本体12及び管状シース20は、内側のらせん状コイルワイヤ22と外側のらせん状コイルワイヤ24との間に配設される。内側及び外側ワイヤ、22及び24は、それらがコイルのらせんのピッチ長さの半分に相当する距離だけ互いにずれるように配設される。

断熱層26が、外側ワイヤ24の周りに配設される。断熱層26は、例えば発泡プラスチックなどの従来の断熱材料でよい。

補強層14及び16は、UHMWPE又はアラミド繊維などの合成材料の織布を含む。

密閉層18は、内側補強層14と外側補強層16との間に流体密封封止をもたらすために内側補強層14の外面の周りに巻き付けられた複数のプラスチックフィルムの層を含む。

エンドフィッティング28が、内側管10の各々の端部に設けられ、該管10を終端させるように働く。エンドフィッティング28は、例えばWO01/96772又はWO2004/079248に記載されたタイプのエンドフィッティングでよい。

ホース10は、内側ワイヤ22をマンドレルの周りに巻き付け、内側補強層14を内側ワイヤ22の周りに巻き付け、密閉層18を内側補強層14の周りに巻き付け、外側補強層16を密閉層16の周りに巻き付け、管状シースを、外側補強層16を覆うように引っ張り、外側ワイヤ24をシース20の周りに巻き付け、断熱層26を外側ワイヤ24及びシース20を覆うように装着させることにより、形成することができる。

複合パイプ30は、外側の防水コーティング34を有する金属チューブ32を備える。

金属チューブ30とホース10との間には、環状部36が形成されている。環状部36は、空き領域として残されてよく、或いは（図1に示す）断熱材料38で部分的に又は完全に充填されてよい。環状部が空き領域として残される場合、ホース10を剛性導管30に対して定位置に保持するためにスペーサ（図示せず）を設けることができる。スペーサは、ホース10を受ける内側円形開口を有するディスク形状でよい。

輸送される流体は、ホース10内の実質的に円筒形の空間40を通って流れることができる。

図3は、本発明によるパイプライン100を利用する例示的なシステムの図である。図3に示すシステムは、CALMシステムであるが、パイプライン100は、SALMシステム、CMBMシステム、及びSTMシステムなどの他のシステムにも同様に良好に適用することができる。

図3では、LNG貯蔵ユニット（図示せず）を含む船300が、海面上302に浮遊している。海底パイプライン304は、海底306に沿って通っている。水面係留ブイ308は、船300からいくらか距離を離して水面上に浮遊している。ブイ308は、その上部に、ブイ308の基底部分に対してスイベル回転することができる回転可能なターンテーブル310を含む。係留ロープ312は、船300からターンテーブル310に延びており、アンカーチェーン314は、ブイ308の底部から海底306に延びている。

ホース316は、船300からブイ308に延びている。ホース316は、高い浮力を有しており、それによって水面上に浮遊することが可能になる。

ホース318は、ブイ308からパイプライン304に延びている。ホース318は、ホース316に連結され、それによって流体が船302上の貯蔵ユニットからパイプライン304（又はパイプライン304から船302上の貯蔵ユニット）に流れることができる。パイプライン314は、図1に示す複数の長さのパイプ10から構築される。

先に述べた本発明は、特許請求の範囲内において改変されてよいことが理解されよう。

Claims

複合材料で形成される、複合パイプを含むパイプラインであって、該複合材料は、その長手方向の熱膨張が、効果的な長手方向の熱膨張係数0〜約-/+10×10^-6°K^-1であるように調製されている、前記パイプライン。
好ましい長手方向の熱膨張係数の範囲が、0〜-/+4×10^-6°K^-1である、請求項1記載のパイプライン。
好ましい長手方向の熱膨張係数の範囲が、0〜-/+2×10^-6、又は0〜-/+2×10^-6°K^-1である、請求項1記載のパイプライン。
外管及び／又は内管を更に含み、複合材料で作られていても、作られていなくてもよい、請求項1〜3のいずれか一項記載のパイプライン。
内管及び外管のうちの少なくとも1つが断熱材で作られている、請求項4記載のパイプライン。
内側管状構造を更に備えるパイプラインであって、該内側管状構造は可撓性ホースを備え、該可撓性ホースが、内側把持部材と外側把持部材との間に配設された管状本体を備え、該管状本体が、密閉層を含み、かつ極低温の温度に耐えることができる材料で形成されており、ここで、該内側管状構造は、該内側管状構造内を流れる極低温流体の低温から剛性外管を保護するのに十分な断熱特性を有する、請求項1〜5のいずれか一項記載のパイプライン。
10バールを超える内圧に耐えることができる、請求項1〜6のいずれか一項記載のパイプライン。
石油又はガス流体の供給源と連結するように適合されている、請求項1〜7のいずれか一項記載のパイプライン。
海中パイプラインである、請求項1〜8のいずれか一項記載のパイプライン。
第1の水面上海洋構造物と第2の水面上海洋構造物との間で流体を輸送するためのシステムであって、第1の水面上海洋構造物と海底に沿って配置された請求項1〜9のいずれか一項記載のパイプラインの第1の端部とに動作可能に連結された第1のライザー、第2の水面上海洋構造物と該パイプラインの第2の端部とに動作可能に連結された第2のライザーを備え、それによって流体が、第1の水面上海洋構造物から第2の水面上海洋構造物に、又は第2の水面上海洋構造物から第1の水面上海洋構造物に流れることができる、前記システム。
請求項1〜9のいずれか一項記載のパイプラインを通して流体を流すことを含む、水中で流体を輸送する方法。
前記流体が、極低温流体である、請求項11記載の方法。
前記パイプラインが、潜水位置に配設される、請求項11又は12記載の方法。
前記パイプラインの少なくとも一部が、海底に配置される、請求項10、11又は12記載の方法。