JP2011047496A - パイプ形成体 - Google Patents
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Abstract
【課題】。格段に全体重量を軽減可能なパイプ形成体を提供すること。
【解決手段】薄肉筒状に形成したパイプ形成本片の外周面両端部にそれぞれ連結片を設け、両連結片間に複数の線状の補強体を介設すると共に、これらの補強体はパイプ形成本片の周方向に間隔を開けて配置し、各補強体は、長繊維束に伸延方向に沿ったプレストレスを導入することで引張強度を確保した繊維強化プラスチック製であって、一方向に伸延する補強体本片と、同補強体本片の端部に一体成形したアンカー片とを具備し、連結片は、パイプ形成本片の端部に接続可能とした内側筒部と、同内側筒部の外周に一定間隔を開けて配置した外側筒部と、両筒部の端面同士を接続したリング状の端壁部と、同端壁部の外周縁部より外方へ張り出し状に延設して形成した接続用フランジ部とを具備し、内側筒部と外側筒部の間に補強体のアンカー片を挿入して、両内・外側筒部間に横断状に架設した係止片にアンカー片を係止させた。
【選択図】図２
【解決手段】薄肉筒状に形成したパイプ形成本片の外周面両端部にそれぞれ連結片を設け、両連結片間に複数の線状の補強体を介設すると共に、これらの補強体はパイプ形成本片の周方向に間隔を開けて配置し、各補強体は、長繊維束に伸延方向に沿ったプレストレスを導入することで引張強度を確保した繊維強化プラスチック製であって、一方向に伸延する補強体本片と、同補強体本片の端部に一体成形したアンカー片とを具備し、連結片は、パイプ形成本片の端部に接続可能とした内側筒部と、同内側筒部の外周に一定間隔を開けて配置した外側筒部と、両筒部の端面同士を接続したリング状の端壁部と、同端壁部の外周縁部より外方へ張り出し状に延設して形成した接続用フランジ部とを具備し、内側筒部と外側筒部の間に補強体のアンカー片を挿入して、両内・外側筒部間に横断状に架設した係止片にアンカー片を係止させた。
【選択図】図２
Description
本発明は、大深度掘削用パイプ(いわゆる、ライザーパイプやドリルパイプ)を形成するためのパイプ形成体に関する。
従来、特許文献１に示すように、海底油田等の掘削用のライザーパイプやドリルパイプは、高張力鋼などの鉄パイプ製である。2,500mレベルの深海掘削を対象とする場合、和田一育氏（海洋科学技術センター海洋技術研究部）の技術紹介（統合国際深海掘削計画を可能にする高度な掘削技術）によれば、比引張強度が102Mpa(引張強度σu=800Mpa,比重ρ＝7.85)クラスの高張力鋼製パイプ（外径Ф55.5cm、内径Ф50cm）のライザーパイプの空中重量は、約９00tに達するので、浮力材を設けて、水中重量を軽減させている。
しかし、より深い海底掘削を行う場合、この方式では長尺化するにしたがってさらに重量が増し、円滑な現場作業を阻害するという不具合がある。
そこで、本発明では、次のようなパイプ方式を提案する。
（１）比引張強度が1,333Mpa(引張強度σu=2,400〜4,800Mpa,比重ρ＝1.8)で、高い接合能を具備したＳＣＦロッドを補強材とする超軽量のパイプを開発する。ここで、ＳＣＦロッドとは、先に発明者が発明した長繊維強化プラスチック補強体（特許第3947038号に開示されている。；以下「ＳＣＦ」ともいう。）である。なお、パイプの内側には、泥水等の作業用流体による磨耗を考慮して既製の薄肉鋼管を配置する。
（２）接合法としては従来方式を踏襲し、ＳＣＦロッド群と接合可能な鋼製ジョイントを採用する。
（１）比引張強度が1,333Mpa(引張強度σu=2,400〜4,800Mpa,比重ρ＝1.8)で、高い接合能を具備したＳＣＦロッドを補強材とする超軽量のパイプを開発する。ここで、ＳＣＦロッドとは、先に発明者が発明した長繊維強化プラスチック補強体（特許第3947038号に開示されている。；以下「ＳＣＦ」ともいう。）である。なお、パイプの内側には、泥水等の作業用流体による磨耗を考慮して既製の薄肉鋼管を配置する。
（２）接合法としては従来方式を踏襲し、ＳＣＦロッド群と接合可能な鋼製ジョイントを採用する。
（１）請求項１記載の本発明に係るパイプ形成体は、薄肉筒状に形成したパイプ形成本片の外周面両端部にそれぞれ連結片を設け、両連結片間に複数の線状の補強体を介設すると共に、これらの補強体はパイプ形成本片の周方向に間隔を開けて配置し、各補強体は、長繊維束に伸延方向に沿ったプレストレスを導入することで引張強度を確保した繊維強化プラスチック製であって、一方向に伸延する補強体本片と、同補強体本片の端部に一体成形したアンカー片とを具備し、連結片は、パイプ形成本片の端部に接続可能とした内側筒部と、同内側筒部の外周に一定間隔を開けて配置した外側筒部と、両筒部の端面同士を接続したリング状の端壁部と、同端壁部の外周縁部より外方へ張り出し状に延設して形成した接続用フランジ部とを具備し、内側筒部と外側筒部の間に補強体のアンカー片を挿入して、両内・外側筒部間に横断状に架設した係止片にアンカー片を係止させたことを特徴とする。
（２）請求項２記載の本発明に係るパイプ形成体は、薄肉筒状に形成したパイプ形成本片の外周面両端部にそれぞれ連結片を設け、両連結片間に複数の線状の補強体を介設すると共に、これらの補強体はパイプ形成本片の周方向に間隔を開けて配置し、各補強体は、長繊維束に伸延方向に沿ったプレストレスを導入することで引張強度を確保した繊維強化プラスチック製であって、一方向に伸延する補強体本片と、同補強体本片の端部に一体成形したアンカー片とを具備し、連結片は、パイプ形成本片の端部を延設して内側筒部となし、同内側筒部の外周面には放射方向に雌ネジ形成筒部を突設すると共に、同内側筒部の外周に一定間隔を開けて外側筒部を配置し、同外側筒部に形成した雄ネジ挿通孔と上記雌ネジ形成筒部の開口部とを符合させて形成し、隣接する外側筒部の外周面に接続用筒部を重合状態に嵌合すると共に、同接続用筒部に形成した雄ネジ挿通孔を外側筒部に形成した雄ネジ挿通孔に符合させて、これら雄ネジ挿通孔と雌ネジ形成筒部に雄ネジを螺着することで接続可能としたことを特徴とする。
（３）請求項３記載の本発明に係るパイプ形成体は、請求項１又は２記載のパイプ形成体であって、パイプ形成本片の周方向に隣接する補強体の少なくとも補強体本片間には合成樹脂を充填し、補強本片の外周を耐衝撃材で被覆したことを特徴とする。
（２）請求項２記載の本発明に係るパイプ形成体は、薄肉筒状に形成したパイプ形成本片の外周面両端部にそれぞれ連結片を設け、両連結片間に複数の線状の補強体を介設すると共に、これらの補強体はパイプ形成本片の周方向に間隔を開けて配置し、各補強体は、長繊維束に伸延方向に沿ったプレストレスを導入することで引張強度を確保した繊維強化プラスチック製であって、一方向に伸延する補強体本片と、同補強体本片の端部に一体成形したアンカー片とを具備し、連結片は、パイプ形成本片の端部を延設して内側筒部となし、同内側筒部の外周面には放射方向に雌ネジ形成筒部を突設すると共に、同内側筒部の外周に一定間隔を開けて外側筒部を配置し、同外側筒部に形成した雄ネジ挿通孔と上記雌ネジ形成筒部の開口部とを符合させて形成し、隣接する外側筒部の外周面に接続用筒部を重合状態に嵌合すると共に、同接続用筒部に形成した雄ネジ挿通孔を外側筒部に形成した雄ネジ挿通孔に符合させて、これら雄ネジ挿通孔と雌ネジ形成筒部に雄ネジを螺着することで接続可能としたことを特徴とする。
（３）請求項３記載の本発明に係るパイプ形成体は、請求項１又は２記載のパイプ形成体であって、パイプ形成本片の周方向に隣接する補強体の少なくとも補強体本片間には合成樹脂を充填し、補強本片の外周を耐衝撃材で被覆したことを特徴とする。
本発明に係るパイプ形成体を接続することで、例えば、超軽量なライザーパイプを形成することができる。そして、かかるライザーパイプは、従来の高張力鋼製のものに比べて以下のメリットがある。
（１）格段に全体重量を軽減できる（水深2,500m級で1/4.3）。
（２）製造コストを安くすることができる（水深2,500m級で58%）。
（３）設計自由度が大きく、より深い海底の掘削に対応できる。
（４）浮力材が不要となり、潮流による２次負荷応力が軽減される。
（５）輸送・設置・収納等の作業の省エネ化・迅速化を促進し、安全性が向上する。
（６）本発明に係る構造コンセプトは、ライザーパイプだけでなく、ドリルパイプにも応用でき、その組み合わせは、格段に軽量な掘削構造を構築できる。
（１）格段に全体重量を軽減できる（水深2,500m級で1/4.3）。
（２）製造コストを安くすることができる（水深2,500m級で58%）。
（３）設計自由度が大きく、より深い海底の掘削に対応できる。
（４）浮力材が不要となり、潮流による２次負荷応力が軽減される。
（５）輸送・設置・収納等の作業の省エネ化・迅速化を促進し、安全性が向上する。
（６）本発明に係る構造コンセプトは、ライザーパイプだけでなく、ドリルパイプにも応用でき、その組み合わせは、格段に軽量な掘削構造を構築できる。
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は掘削船１の掘削説明図である。掘削船１はライザー掘削システムを備えてライザー掘削法により海底地殻２を掘削する。掘削船１には海中に下方に伸びるライザーパイプＡを設け、同ライザーパイプＡ内にはドリルパイプＢを挿通している。同ドリルパイプＢは、その上端を掘削船１上に設けた回転駆動機構であるパワースイベル３に接続し、下端部に噴出防止装置４を設けて、下端にドリルビット（図示せず）を設けている。５は船底に設けた複数の推進装置（スラスター）、６はケーシングパイプ、７は海面、８は海底面である。
このようにして、パワースイベル３により、ドリルパイプＢを介してドリルビットを回転させることにより、海底地殻２が海底面８から掘削され、それに伴ってドリルパイプＢの下端は海底地殻２内に侵入して下降するようにしている。この際、ドリルビットには、ライザーパイプＡ内におけるドリルパイプＢを介して、泥水や海水などからなる作業用流体が供給される。また、噴出防止装置４の下部に設けられた、長さの異なる複数のケーシングパイプ６が掘削深度に応じて挿入され、これにより、掘削孔における壁面の崩落が防止される。噴出防止装置４には多数の圧力放出用安全弁を設けて、これらの圧力放出用安全弁により掘削孔内の圧力を制御して、高圧の炭化水素ガスや地殻内間隙水などの急激な噴出を制御することで、安全な掘削工程を確保している。
次に、ライザーパイプＡの構造を、図２及び図３を参照しながら説明する。すなわち、ライザーパイプＡは、図２及び図３に示すように、所要個数のパイプ形成体１０を軸線方向に連続的に接続することで所要長さに形成している。
パイプ形成体１０は、薄肉円筒状に形成したパイプ形成本片１１の外周面両端部にそれぞれ連結片１２,１２を取り付け、両連結片１２,１２間に複数の線状の補強体としてのＳＣＦロッド１３を介設すると共に、これらのＳＣＦロッド１３はパイプ形成本片の円周方向に略均等に間隔を開けて配置している。ここで、ＳＣＦロッド１３は、長繊維束に伸延方向に沿ったプレストレスを導入することで引張強度を確保した繊維強化プラスチック製であって、一方向に伸延する補強体本片としてのロッド本片１３ａと、同ロッド本片１３ａの端部に一体成形したリング状のアンカー片１３ｂとを具備している。
連結片１２は、パイプ形成本片１１の端部に接続可能とした円筒形状の内側筒部１２ａと、同内側筒部１２ａの外周に一定間隔を開けて配置した円筒形状の外側筒部１２ｂと、両筒部１２ａ,１２ｂの端面同士を接続したリング状の端壁部１２ｃと、同端壁部１２ｃの外周縁部より外方へ張り出し状に延設して形成した接続用フランジ部１２ｄとを具備している。１１ａはパイプ形成本片１１の端部の外周面に形成した雄ネジ部、１２ｅは連結片１２の端部の内周面に形成した雌ネジ部であり、雄ネジ部１１ａに雌ネジ部１２ｅを内外周面重合状態に螺着して接続している。１２ｆは連結片１２の一方の端面に形成している凹状雌ネジ部、１２ｇは連結片１２の他方の端面に形成している凸状雄ネジ部である。そして、凹状雌ネジ部１２ｆに凸状雄ネジ部１２ｇを螺着して嵌合状態に接続可能としている。１７は接続用フランジ部１２ｄ,１２ｄ同士を連結している連結ボルト、１８は連結ナットである。
そして、内側筒部１２ａと外側筒部１２ｂの間に形成される正面視リング状の空間１４内にＳＣＦロッド１３のアンカー片１３ｂを挿入して、両内・外側筒部１２ａ,１２ｂ間に放射線方向に横断状に架設した係止片１５にアンカー片１３ｂを係止させている。本実施形態ではボルト状の係止片１５を軸線が放射線方向に向くように内・外側筒部１２ａ,１２ｂ間に挿通している。そして、係止片１５は図２に示すように外側筒部１２ｂの円周方向に千鳥状に配置して、各係止片１５に隣接させて係止されるアンカー片１３ｂ同士が干渉しないようにしている。１６は空間１４内に充填したコンクリート等の充填材であり、同充填材１６により各係止片１５を固定している。
また、パイプ形成本片１１の端部以外の露出している本体部分の外周面には、内側保護層１９を形成している。この内側保護層１９は薄肉層状に形成した炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）の表面に耐衝撃布を貼り付けて形成することができる。ＳＣＦロッド１３の外周には外側保護層２０を形成している。この外側保護層２０は内側保護層１９と同様の素材で形成することができる。そして、パイプ形成本片１１の周方向に隣接するＳＣＦロッド１３のロッド本片１３ａ間には合成樹脂２１を充填している。このように、ＳＣＦロッド１３のロッド本片１３ａの内外周を耐衝撃材である内外側保護層１９,２０で被覆すると共に、各ロッド本片１３ａ間に合成樹脂２１を充填しているため、各ロッド本片１３ａを整然と位置決めすることができると共に、各ロッド本片１３ａを保護して、各ＳＣＦロッド１３の機能を良好に確保することができる。
ここで、ＳＣＦロッド１３の機能は次の通りである。すなわち、ＳＣＦロッド１３を形成する長繊維束は、引張強度を有するため、主筋材として十分に機能させることができると共に、軽量（力学的に等価な鉄筋の重量の約４０分の１）であるため、取扱性が良く、配筋作業を楽にしかも安全に行うことができる。そのため、熟練を要することなく配筋作業を行うことができて、作業効率と人件費の点から、配筋作業コストを大幅に削減することができる。さらには、ＳＣＦロッド１３を形成する長繊維束が腐食しないため、ライザーパイプＡのメンテナンスを不要若しくは大幅に削減することができる。
上記のように、所要個数のパイプ形成体１０を連結してライザーパイプＡを形成することで、各パイプ形成体１０に作用する引張力ないしは圧縮力である力は、ＳＣＦロッド１３のロッド本片１３ａ→ＳＣＦロッド１３のアンカー片１３ｂ→係止片１５→連結片１２→連結片１２の接続用フランジ部１２ｄ→隣接するパイプ形成体１０の連結片１２の接続用フランジ部１２ｄ→連結片１２→係止片１５→ＳＣＦロッド１３のアンカー片１３ｂ→ＳＣＦロッド１３のロッド本片１３ａに伝播して分散される。そのため、剛性を良好に確保したまま全体重量を格段に軽減することができて、ライザーパイプＡの製造コストを安価にすることができる。
次に、ドリルパイプＢの構造を、図４及び図５を参照しながら説明する。すなわち、ドリルパイプＢは、図４及び図５に示すように、所要個数のパイプ形成体３０を軸線方向に連続的に接続することで所要長さに形成している。
パイプ形成体３０は、薄肉円筒状に形成したパイプ形成本片３１の外周面両端部にそれぞれ連結片３２,３２を設け、両連結片３２,３２間に複数の線状の補強体としてのＳＣＦロッド１３を介設すると共に、これらのＳＣＦロッド１３はパイプ形成本片３１の円周方向に間隔を開けて配置している。
連結片３２は、パイプ形成本片３１の端部を延設して内側筒部３２ａとなし、同内側筒部３２ａの外周面には放射線方向に軸線を向けた雌ネジ形成筒部３２ｂを突設すると共に、同内側筒部３２ａの外周に一定間隔を開けて外側筒部３２ｃを配置し、同外側筒部３２ｃに設けたリング状の雄ネジ挿通孔部３２ｄと上記雌ネジ形成筒部３２ｂの開口部同士を放射線方向に符合させている。ここで、雌ネジ形成筒部３２ｂにはＳＣＦロッド１３のアンカー片１３ｂを係止して、雌ネジ形成筒部３２ｂを係止片として機能させている。また、ライザーパイプＡと同様に、ＳＣＦロッド１３のロッド本片１３ａの内外周は耐衝撃材である内・外側保護層１９,２０で被覆すると共に、各ロッド本片１３ａ間に合成樹脂２１を充填して、各ロッド本片１３ａを整然と位置決めしている。そして、各ロッド本片１３ａを保護して、各ＳＣＦロッド１３の機能を良好に確保している。
隣接する外側筒部３２ｃ,３２ｃの外周面に雄ネジ部３２ｇ,３２ｇを形成する一方、接続用筒部３２ｅの内周面に雌ネジ部３２ｈを形成している。そして、隣接する外側筒部３２ｃ,３２ｃの雄ネジ部３２ｇ,３２ｇに接続用筒部３２ｅの雌ネジ部３２ｈを螺着している。この際、隣接する外側筒部３２ｃ,３２ｃの外周面に接続用筒部３２ｅの内周面を重合状態に嵌合すると共に、同接続用筒部３２ｅに形成した雄ネジ挿通孔３２ｆを外側筒部３２ｃに形成した雄ネジ挿通孔部３２ｄに符合させて、これら雄ネジ挿通孔部３２ｄと雌ネジ形成筒部３２ｂに雄ネジ３３を螺着することで、隣接する外側筒部３２ｃ,３２ｃ同士を接続用筒部３２ｅを介して接続可能としている。
上記のように、所要個数のパイプ形成体３０を連結してドリルパイプＢを形成することで、各パイプ形成体３０に作用する引張力ないしは圧縮力である力は、ＳＣＦロッド１３のロッド本片１３ａ→ＳＣＦロッド１３のアンカー片１３ｂ→雌ネジ形成筒部３２ｂ→雄ネジ３３→接続用筒部３２ｅ→隣接するパイプ形成体１０の雄ネジ３３→接続用筒部３２ｅ→ＳＣＦロッド１３のアンカー片１３ｂ→ＳＣＦロッド１３のロッド本片１３ａに伝播して分散される。そのため、剛性を良好に確保したまま全体重量を格段に軽減することができて、ドリルパイプＢの製造コストを安価にすることができる。
次に、試設計について説明する。すなわち、既存の高張力鋼ライザー管（長さ：2500mの外径：Ф555、内径：Ф500）を比較対象として、ライザーパイプＡの試設計を以下に行う。
〔ケース１(水深；1250〜2500m)〕
図３のようなライザーパイプＡの断面を想定する。
Ф14のSCFロッド《断面：1.54cm2,引張強度N0=37.7t》18本を採用する。
内側の《土砂流による摩耗防止用》鋼管（肉厚3mm、内径Ф500）の応力分担を無視（安全側）すれば、水深1250mでのライザーパイプＡの引張耐力ＮＴは、
ＮＴ1=18x37.7=678.6ｔ・・・・・・(1)1
次に、提案ライザーパイプＡの重量を算定する。
・1250mの鋼製パイプ《内径Ф500肉厚3mm》の重量
Ｗ内ｓ1=1250mｘ7.85xπ(25.32-252) /104=14.8t・・・・・・(2)1
・SCFロッドの重量(比重：1.8)
ＷＤ1=1250mｘ1.8x(π1.42/４)x18/104≒6.2t・・・・・・(3)1
・樹脂部の重量 (比重：1.08)
ＷP1=1250mｘ1.08xπ{ (26.92-25.52) -1.42/４x18}/104=27.4t・・・・・・(4)1
・内部CFRP層(2mm)と外CFRP(1mm)&ケプラー（1mm）の複合層の重量(比重：1.8)
ＷＣ1=1250mｘ1.8x{π(25.52-25.32)＋π(27.12-26.92)} /104=14.8t・・・・・・(5)1
さらに、提案ライザーパイプのユニット長を15mとし、両端の鋼製ジョイントの重量（0.5t/1対：概略試算による）とすれば、1250mでは、
ＷJ=(1250/15+1)x0.5≒42t・・・・・・(6)
ゆえに 長さ1250mの本パイプの重量ＷＴは、
ＷＴ1=14.8＋6.2＋27.4＋14.8＋42=105.4t・・・・・・(7)1
浮力は（本パイプの内側の空間を除外して）
F1=1250ｘπ(27.12-252) /104≒42.9t・・・・・・(8)1
水深1250mでのライザーパイプの引張作用力P1は,噴出防止装置 (空中重量370tから浮力分削減した330t程度 )を加えて
P1=ＷＴ1＋330−F1=392.3t・・・・・・(9)1
垂直方向の安全率は
ν1=678.6/392.3=1.73 (OK)・・・・・・(10)1
水圧25Mpaに対する円周方向応力（CFRP層ヤング率：140Gpa,SCF層ヤング率：３Gpa）
換算厚ｔ1 ＊＝0.2+0.1+0.3x (210/140)+1.4 x3/140=0.78cm
薄肉円筒理論より、内部CFRP層(2mm)の円周方向応力は、半径R1=25.4cm で
σθ1= R1/ｔ1 ＊ｘ25=814Mpa・・・・・・(11)1
サンドイッチされた状態にある内部CFRP層は局部座屈しにくいため、許容圧縮応力は、1500Mpaになる．
よって円周方向応力の安全率は、
νθ1=1500/814.84 (OK)・・・・・・(12)1
〔ケース２(水深；0〜1250m)〕
ケース２のSCFライザー管では、水圧が12.5Mpaと小さくなるが、逆に垂直方向の重量が増すので、SCFロッドの本数は、32本に増やす．
引張耐力ＮＴ2=32x37.7=1,206.4t・・・・・・(1)2
・1250mの鋼製パイプ《内径Ф500肉厚3mm》の重量
Ｗ内ｓ2=1250mｘ7.85xπ(25.32-252) /104=14.8t・・・・・・(2)2
・SCFロッドの重量(比重：1.8)
ＷＤ2=1250mｘ1.8x(π1.42/４)x32/104≒11.1t・・・・・・(3)2
・樹脂部の重量ＷP(比重：1.08)
ＷP 2=1250mｘ1.08x{π(26.82-25.42) -(π1.42/４)x32}/104=24.3t・・・・・・(4)2
CFRP層《内部CFRP層(１mm)と外CFRP層(１mm) &ケプラーの複合層（１mm）》の重量は、
ＷＣ2=1250mｘ1.8xπ{ (25.42-25.32)+ (272-26.82)} /104=11.2t・・・・・・(5)2
ゆえに 長さ1250mの本パイプの重量ＷＴは、
ＷＴ2=14.8+11.1+24.3+11.2+42=103.4t・・・・・・(7)2
浮力は（本パイプの内側の空間を除外して）
F2=1250ｘπ(272-252) /104≒41t・・・・・・(8)2
水深0mでのライザーパイプの引張作用力P 2は, P1= 420tを加えて
P 2=ＷＴ2＋P1− F 2=454.7t・・・・・・(9)2
水面近くの波浪の衝撃力（衝撃係数1.4）を考慮して
P 2 *=1.4 P 2=636.6t・・・・・・(9)*2
垂直方向の安全率は
ν2 *=1,206.4/636.6 =1.9 (OK)・・・・・・(10)*2
水圧12.5Mpaに対する円周方向応力の計算；
換算厚ｔ2 ＊＝0.1+0.1+0.3x210/140+1.4x3/140=0.68cm
薄肉円筒理論より、内部CFRP層(1mm)の円周方向応力は、半径R2=25.05cm で
σθ2= R2/ｔ2 ＊ｘ12.5=460 Mpa・・・・・・(11)2
SCFロッドで密にサンドイッチされた内部CFRP層は座屈しないため、その許容圧縮応力は、1500Mpaになる．
よって円周方向応力の安全率は、
νθ2=1500/460 =3.3 (OK)・・・・・・(12)2
以上からSCFライザー管の全体重量ＷＴは、
ＷＴ=ＷＴ1+ＷＴ2=105.2+103.4 =208.6 t・・・・・・(13)2
一方、既存の2500mの高張力鋼ライザー管(外径：Ф555、内径：Ф500)の重量は、次の値になる．
ＷＴ０=2500mx 7.85xπ(55.52-502) /4≒893.9t
ＷＴ/ＷＴo=208.6/893.9≒1/4.3・・・・・・(14)
〔製作コストの推定〕
・SCFロッド１３の材料費（500万円/ｔ）
ＣＤ=500万円/ｔx(6.2+11.1)t=8,650万円・・・・・・(15)
・合成樹脂２１の材料費（100万円/ｔ）
ＣP=100万円/ｔx(27.4+24.3 )ｔ=5,170万円・・・・・・(16)
・CFRP層（内・外側保護層１９,２０）の材料費（400万円/ｔ）
ＣＣ=400万円/ｔx(14.8+11.2)ｔ=10,400万円・・・・・・(17)
・鋼管（パイプ形成本片）の材料費（30万円/ｔ）
ＣS=３０万円/ｔx(14.8 +14.8)ｔ=888万円・・・・・・(18)
・鋼製ジョイント（連結片）の材料費（70万円/ｔ）
ＣS=70万円/ｔx84t =5,880万円・・・・・・(19)
ゆえに、長さ2,500mの提案ライザーパイプの総材料費ＣＴは、（間接経費4割）
ＣＴ=｛8,650 ＋5,170＋10,400＋888＋5,880｝x1.4
＝43,383万円 （約4.34億円）・・・・・・(20)
これに対して、高張力鋼製ライザーパイプ(893.9t)の場合、間接経費込みで60万円/tとし,ジョイント製作費<式（１４）より、3.7CS=21,756万円>を合わせて、
ＣＴO=60万円/tx893.9t+21,756=75,390万円（約7.54億円）・・・・・・(21)
よって
ＣＴ/ＣＴO≒0.58・・・・・・(22)
図３のようなライザーパイプＡの断面を想定する。
Ф14のSCFロッド《断面：1.54cm2,引張強度N0=37.7t》18本を採用する。
内側の《土砂流による摩耗防止用》鋼管（肉厚3mm、内径Ф500）の応力分担を無視（安全側）すれば、水深1250mでのライザーパイプＡの引張耐力ＮＴは、
ＮＴ1=18x37.7=678.6ｔ・・・・・・(1)1
次に、提案ライザーパイプＡの重量を算定する。
・1250mの鋼製パイプ《内径Ф500肉厚3mm》の重量
Ｗ内ｓ1=1250mｘ7.85xπ(25.32-252) /104=14.8t・・・・・・(2)1
・SCFロッドの重量(比重：1.8)
ＷＤ1=1250mｘ1.8x(π1.42/４)x18/104≒6.2t・・・・・・(3)1
・樹脂部の重量 (比重：1.08)
ＷP1=1250mｘ1.08xπ{ (26.92-25.52) -1.42/４x18}/104=27.4t・・・・・・(4)1
・内部CFRP層(2mm)と外CFRP(1mm)&ケプラー（1mm）の複合層の重量(比重：1.8)
ＷＣ1=1250mｘ1.8x{π(25.52-25.32)＋π(27.12-26.92)} /104=14.8t・・・・・・(5)1
さらに、提案ライザーパイプのユニット長を15mとし、両端の鋼製ジョイントの重量（0.5t/1対：概略試算による）とすれば、1250mでは、
ＷJ=(1250/15+1)x0.5≒42t・・・・・・(6)
ゆえに 長さ1250mの本パイプの重量ＷＴは、
ＷＴ1=14.8＋6.2＋27.4＋14.8＋42=105.4t・・・・・・(7)1
浮力は（本パイプの内側の空間を除外して）
F1=1250ｘπ(27.12-252) /104≒42.9t・・・・・・(8)1
水深1250mでのライザーパイプの引張作用力P1は,噴出防止装置 (空中重量370tから浮力分削減した330t程度 )を加えて
P1=ＷＴ1＋330−F1=392.3t・・・・・・(9)1
垂直方向の安全率は
ν1=678.6/392.3=1.73 (OK)・・・・・・(10)1
水圧25Mpaに対する円周方向応力（CFRP層ヤング率：140Gpa,SCF層ヤング率：３Gpa）
換算厚ｔ1 ＊＝0.2+0.1+0.3x (210/140)+1.4 x3/140=0.78cm
薄肉円筒理論より、内部CFRP層(2mm)の円周方向応力は、半径R1=25.4cm で
σθ1= R1/ｔ1 ＊ｘ25=814Mpa・・・・・・(11)1
サンドイッチされた状態にある内部CFRP層は局部座屈しにくいため、許容圧縮応力は、1500Mpaになる．
よって円周方向応力の安全率は、
νθ1=1500/814.84 (OK)・・・・・・(12)1
〔ケース２(水深；0〜1250m)〕
ケース２のSCFライザー管では、水圧が12.5Mpaと小さくなるが、逆に垂直方向の重量が増すので、SCFロッドの本数は、32本に増やす．
引張耐力ＮＴ2=32x37.7=1,206.4t・・・・・・(1)2
・1250mの鋼製パイプ《内径Ф500肉厚3mm》の重量
Ｗ内ｓ2=1250mｘ7.85xπ(25.32-252) /104=14.8t・・・・・・(2)2
・SCFロッドの重量(比重：1.8)
ＷＤ2=1250mｘ1.8x(π1.42/４)x32/104≒11.1t・・・・・・(3)2
・樹脂部の重量ＷP(比重：1.08)
ＷP 2=1250mｘ1.08x{π(26.82-25.42) -(π1.42/４)x32}/104=24.3t・・・・・・(4)2
CFRP層《内部CFRP層(１mm)と外CFRP層(１mm) &ケプラーの複合層（１mm）》の重量は、
ＷＣ2=1250mｘ1.8xπ{ (25.42-25.32)+ (272-26.82)} /104=11.2t・・・・・・(5)2
ゆえに 長さ1250mの本パイプの重量ＷＴは、
ＷＴ2=14.8+11.1+24.3+11.2+42=103.4t・・・・・・(7)2
浮力は（本パイプの内側の空間を除外して）
F2=1250ｘπ(272-252) /104≒41t・・・・・・(8)2
水深0mでのライザーパイプの引張作用力P 2は, P1= 420tを加えて
P 2=ＷＴ2＋P1− F 2=454.7t・・・・・・(9)2
水面近くの波浪の衝撃力（衝撃係数1.4）を考慮して
P 2 *=1.4 P 2=636.6t・・・・・・(9)*2
垂直方向の安全率は
ν2 *=1,206.4/636.6 =1.9 (OK)・・・・・・(10)*2
水圧12.5Mpaに対する円周方向応力の計算；
換算厚ｔ2 ＊＝0.1+0.1+0.3x210/140+1.4x3/140=0.68cm
薄肉円筒理論より、内部CFRP層(1mm)の円周方向応力は、半径R2=25.05cm で
σθ2= R2/ｔ2 ＊ｘ12.5=460 Mpa・・・・・・(11)2
SCFロッドで密にサンドイッチされた内部CFRP層は座屈しないため、その許容圧縮応力は、1500Mpaになる．
よって円周方向応力の安全率は、
νθ2=1500/460 =3.3 (OK)・・・・・・(12)2
以上からSCFライザー管の全体重量ＷＴは、
ＷＴ=ＷＴ1+ＷＴ2=105.2+103.4 =208.6 t・・・・・・(13)2
一方、既存の2500mの高張力鋼ライザー管(外径：Ф555、内径：Ф500)の重量は、次の値になる．
ＷＴ０=2500mx 7.85xπ(55.52-502) /4≒893.9t
ＷＴ/ＷＴo=208.6/893.9≒1/4.3・・・・・・(14)
〔製作コストの推定〕
・SCFロッド１３の材料費（500万円/ｔ）
ＣＤ=500万円/ｔx(6.2+11.1)t=8,650万円・・・・・・(15)
・合成樹脂２１の材料費（100万円/ｔ）
ＣP=100万円/ｔx(27.4+24.3 )ｔ=5,170万円・・・・・・(16)
・CFRP層（内・外側保護層１９,２０）の材料費（400万円/ｔ）
ＣＣ=400万円/ｔx(14.8+11.2)ｔ=10,400万円・・・・・・(17)
・鋼管（パイプ形成本片）の材料費（30万円/ｔ）
ＣS=３０万円/ｔx(14.8 +14.8)ｔ=888万円・・・・・・(18)
・鋼製ジョイント（連結片）の材料費（70万円/ｔ）
ＣS=70万円/ｔx84t =5,880万円・・・・・・(19)
ゆえに、長さ2,500mの提案ライザーパイプの総材料費ＣＴは、（間接経費4割）
ＣＴ=｛8,650 ＋5,170＋10,400＋888＋5,880｝x1.4
＝43,383万円 （約4.34億円）・・・・・・(20)
これに対して、高張力鋼製ライザーパイプ(893.9t)の場合、間接経費込みで60万円/tとし,ジョイント製作費<式（１４）より、3.7CS=21,756万円>を合わせて、
ＣＴO=60万円/tx893.9t+21,756=75,390万円（約7.54億円）・・・・・・(21)
よって
ＣＴ/ＣＴO≒0.58・・・・・・(22)
Ａ ライザーパイプ
Ｂ ドリルパイプ
１０ パイプ形成体
１１ パイプ形成本片
１２ 連結片
Ｂ ドリルパイプ
１０ パイプ形成体
１１ パイプ形成本片
１２ 連結片
Claims (3)
- 薄肉筒状に形成したパイプ形成本片の外周面両端部にそれぞれ連結片を設け、両連結片間に複数の線状の補強体を介設すると共に、これらの補強体はパイプ形成本片の周方向に間隔を開けて配置し、
各補強体は、長繊維束に伸延方向に沿ったプレストレスを導入することで引張強度を確保した繊維強化プラスチック製であって、一方向に伸延する補強体本片と、同補強体本片の端部に一体成形したアンカー片とを具備し、
連結片は、パイプ形成本片の端部に接続可能とした内側筒部と、同内側筒部の外周に一定間隔を開けて配置した外側筒部と、両筒部の端面同士を接続したリング状の端壁部と、同端壁部の外周縁部より外方へ張り出し状に延設して形成した接続用フランジ部とを具備し、
内側筒部と外側筒部の間に補強体のアンカー片を挿入して、両内・外側筒部間に横断状に架設した係止片にアンカー片を係止させたことを特徴とするパイプ形成体。 - 薄肉筒状に形成したパイプ形成本片の外周面両端部にそれぞれ連結片を設け、両連結片間に複数の線状の補強体を介設すると共に、これらの補強体はパイプ形成本片の周方向に間隔を開けて配置し、
各補強体は、長繊維束に伸延方向に沿ったプレストレスを導入することで引張強度を確保した繊維強化プラスチック製であって、一方向に伸延する補強体本片と、同補強体本片の端部に一体成形したアンカー片とを具備し、
連結片は、パイプ形成本片の端部を延設して内側筒部となし、同内側筒部の外周面には放射方向に雌ネジ形成筒部を突設すると共に、同内側筒部の外周に一定間隔を開けて外側筒部を配置し、同外側筒部に形成した雄ネジ挿通孔と上記雌ネジ形成筒部の開口部とを符合させて形成し、
隣接する外側筒部の外周面に接続用筒部を重合状態に嵌合すると共に、同接続用筒部に形成した雄ネジ挿通孔を外側筒部に形成した雄ネジ挿通孔に符合させて、これら雄ネジ挿通孔と雌ネジ形成筒部に雄ネジを螺着することで接続可能としたことを特徴とするパイプ形成体。 - パイプ形成本片の周方向に隣接する補強体の少なくとも補強体本片間には合成樹脂を充填し、補強本片の外周を耐衝撃材で被覆したことを特徴とする請求項１又は２記載のパイプ形成体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2009198402A JP2011047496A (ja) | 2009-08-28 | 2009-08-28 | パイプ形成体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009198402A JP2011047496A (ja) | 2009-08-28 | 2009-08-28 | パイプ形成体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2011047496A true JP2011047496A (ja) | 2011-03-10 |
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ID=43834025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009198402A Pending JP2011047496A (ja) | 2009-08-28 | 2009-08-28 | パイプ形成体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2011047496A (ja) |
-
2009
- 2009-08-28 JP JP2009198402A patent/JP2011047496A/ja active Pending
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