JP2021121525A - ライザー管支持構造及び洋上浮体構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】船体のコスト増加や大型化を抑制しつつ、乾舷を十分確保しなくても青波からトップサイド機器を保護できるライザー管支持構造の提供。【解決手段】流体を貯蔵する生産設備１３と、海底と生産設備１３の間で流体を搬送するライザー管１５を備える洋上浮体構造物１の舷側に配置され、ライザー管１５を支持し、かつライザー管１５の吊り上げのためのライザープルイン支持機器２１を支持するライザー管支持構造１７であって、船長方向から見て、船底側から甲板側に向けて船幅方向に幅が連続的に大きくなる外形を構成する傾斜部３３を有する水密区画Ｒを内部に備えた上部ライザー管支持構造３１を有することを特徴とするライザー管支持構造１７。【選択図】図４

Description

本発明はライザー管支持構造及び洋上浮体構造物に関する。

浮体式生産貯蔵積出設備（ＦＰＳＯ設備）や緊張係留式プラットフォーム（ＴＬＰ）のような洋上浮体構造物では、海底の油田、ガス田等から生産される油層流体の搬送のためにライザー管と呼ばれる管体が用いられる。
ライザー管は、洋上浮体構造物に設けられた生産設備と海底との間で流体を搬送する管体であり、海底から生産される原油やガスを含む流体は、ライザー管を通して海底から生産設備に搬送される。
ライザー管は可撓性を有する管体であり、キール近くの船側外板に設けられるガイドを通して引き込まれ、船側外板から外側に張り出したライザー管支持構造によって支持される（特許文献１）。

特開２０１９−４３５２５号公報

ＦＰＳＯ設備等の洋上浮体構造物は油等の生産の際に洋上に係留されるため、航行中の船舶とは異なり、常時船首を波に向けた姿勢で保持するのが困難であり、舷側方向から波を受ける場合がある。特にスプレッドムアリング方式（多点係留方式）のように、船体の複数箇所に固定した複数の係留索で、洋上浮体構造物の船体全体を保持する係留方式では、船体の船首方向が統計的に最も入射してくる波が多い方向に向けられて船体方位が固定された状態で係留されるので、波が入射してくる方向が変化すると、舷側方向から波を受けるのを避けられない。
さらに、ライザー管は舷側に沿って配置されるため、舷側方向からの波がライザー管支持構造に衝突すると支持構造が破損する恐れがある。特にライザー管支持構造には、構造検査や設置機器の確認のために、鉛直方向に貫通する開口部が設けられる場合がある。この場合は、ライザー管支持構造に衝突した波の一部が開口部から水塊状となって甲板上に噴出する（以下、青波とも表記する）。これにより、ライザー管支持構造に配置されるライザー管の監視機器やライザー管の巻上機等のプルイン支持機器や精製設備等のトップサイド機器が青波で損傷を受ける可能性がある。
この問題に対して従来は乾舷を十分確保できるように、船体の深さを大きくするか、喫水を下げるか、という対策が取られていた。しかしながら、船体の深さを大きくすると構造重量増となり、コストが増加する問題があった。また喫水を下げると、同じ船体サイズでは海底から生産される原油等の貯蔵可能な量が少なくなり、海底から生産される原油等の生産設備が小型化してＦＰＳＯ設備としての性能が悪くなるため、船体を大型化する必要があるという問題があった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、船体のコスト増加や大型化を抑制しつつ、乾舷を十分確保しなくても青波からトップサイド機器を保護できるライザー管支持構造の提供を目的とする。

上記した課題を解決するため、本発明のライザー管支持構造は、海底で生産された所定の流体から所望の成分を分離して船体に貯蔵する生産設備と、前記海底と前記生産設備の間で前記流体を搬送するライザー管を備える洋上浮体構造物の舷側に配置され、前記ライザー管を支持し、かつ前記ライザー管の吊り上げのためのプルイン支持機器を支持するライザー管支持構造であって、船長方向から見て、船底側から甲板側に向けて船幅方向に幅が連続的に大きくなる外形を構成する傾斜部を有する水密区画を内部に備えた上部ライザー管支持構造を有することを特徴とする。
また、本発明の洋上浮体構造物は、上記のライザー管支持構造を備えることを特徴とする。

本発明では、上部ライザー管支持構造が上方幅広の傾斜部を有する水密区画を備え、ライザー管支持構造に衝突した波は傾斜部の外形に沿ってトップサイド機器から離れる方向に誘導される。
そのため、乾舷を十分確保しなくても上部ライザー管支持構造に衝突した波が開口部を昇ってトップサイド機器に衝突するのを防止でき、船体のコスト増加や大型化を抑制しつつ、青波からこれらの機器を保護できる。
また、上部ライザー管支持構造が水密区画であるため、水密区画内にライザー管の監視機器を設ける区画を形成すれば、上部ライザー管支持構造を鉛直方向に貫通する開口部を設ける必要がなくなる。そのため、青波から監視機器を確実に保護できる。
さらに、上部ライザー管支持構造が水密区画であるため、船体損傷等に起因する船体浸水時にヒール（横傾斜）の緩和と損傷時復原性能の確保のための浮力体として上部ライザー管支持構造を利用できる。

本発明によれば、船体のコスト増加や大型化を抑制しつつ、青波からトップサイド機器を保護できるライザー管支持構造を提供できる。

本実施形態に係るライザー管支持構造を備えた洋上浮体構造物を示す側面図である。 図１の上面図であって、ライザープルイン支持機器とトロリーウィンチは記載を省略している。 図２の変形例である。 図１のライザー管支持構造付近の断面図であって、船首側から船長方向を見た図である。 図１のライザー管支持構造を示す拡大斜視図である。 図１の船体及びライザー管支持構造を船首側から見た船長方向中心の正面断面図であって、（ａ）は非浸水時、（ｂ）は衝突した舷側側への浸水時を示す。 図４の上部ライザー管支持構造の変形例を示す断面図である。

以下、図面に基づき本発明の実施形態に係るライザー管支持構造を備える洋上浮体構造物の構成を説明する。ここでは洋上浮体構造物として、海底の油田、ガス田等から所定の流体としての油層流体を海底から生産し、油層流体から所望の石油やガスを分離して船体に貯蔵するＦＰＳＯ設備を例示している。
図１及び図２に示すように、洋上浮体構造物１は船体３、係留支持構造４、居住区１１、生産設備１３、ライザー管１５、及びライザー管支持構造１７を備える。

船体３は洋上浮体構造物１の船殻となる構造体であり、船底５、側壁７、及び暴露甲板９で船内を囲むように構成されている。洋上浮体構造物１は海底油田等の生産対象の上方の洋上に係留された状態でその位置を保持でき、生産・貯蔵能力に応じた設備を搭載できるのであれば、構造を適宜設定できる。新造でもよいし、タンカー等の既存の船舶を流用してもよい。また、自航で移動しても曳航されて移動してもよい。

係留支持構造４は、洋上浮体構造物１を洋上に係留するための構造であり、係留索６の一端を保持する。係留索６の他端は海底に固定される。
係留支持構造４は、ここでは左右の側壁７の４箇所に固定されている。４箇所の係留支持構造４は、図２に示すように右舷、左舷に２箇所ずつ配置されている。右舷、左舷ともに、２箇所の係留支持構造４は船首近傍と船尾近傍に各々１箇所ずつに分散配置される。この構成は船体３の複数箇所に固定した複数の係留索６で、洋上浮体構造物１の全体を保持する係留方式であり、スプレッドムアリング方式（多点係留方式）とも呼ばれる。よって係留支持構造４は、洋上浮体構造物１が係留索６で海底に係留された状態で波を受けてもタレット方式のように洋上浮体構造物１を水平方向に回転させる機能はない。

居住区１１は作業員が居住する施設であり、図１では船体３の船尾端近傍に配置された上部構造物の１つである。居住区１１は生産や精製に係る設備と干渉せず、かつ作業員の安全を確保できるのであれば、構造や設置位置は適宜設定できる。

生産設備１３は、海底から生産した油層流体から原油等の所望の成分を分離することで、原油等を生産して船体３に貯蔵する設備であり、図１では船長方向において、船体中央に配置される。生産設備１３の構造は生産する油層流体の種類や要求される原油等の生産能力に応じて適宜設定される。例えば、生産した原油等が貯蔵される貯蔵設備１３ａは船体３の内部に設けられ、油層流体から原油等を分離する分離設備１３ｂは暴露甲板９上に設けられる。

ライザー管１５は、生産設備１３と海底との間で油層流体を搬送する管である。ライザー管１５の径や本数、長さ、材質等は、生産する油層流体の種類や要求される原油等の生産能力や水深に応じて適宜公知のものを選択すればよい。
なお、油層流体の生産を開始する際には、海底に接続されているライザー管１５は、ライザープルイン支持機器２１上を船長方向に移動可能に設けられたトロリーウィンチ２３に吊り上げられ、洋上浮体構造物１に接続される。また、生産終了後のライザー管１５は洋上浮体構造物１との接続が解除され、海底に向けて繰り出される。なお、ライザープルイン支持機器２１は暴露甲板９の左右両舷の外側に張り出して設置される。

ライザー管支持構造１７は、油層流体の生産の際にライザー管１５を支持する部材である。図１及び図２ではライザー管支持構造１７は船体３の左右両舷側に沿って船長方向における中心付近に１箇所ずつ配置される。ただしライザー管支持構造１７の位置は要求される油層流体の生産能力に応じて適宜設定できる。例えば図３に示すように左舷側にのみライザー管支持構造１７を配置してもよい。

図４及び図５に示すようにライザー管支持構造１７は、上部ライザー管支持構造３１、上部固定チューブ３４、下部ライザー管支持構造３２、及び下部固定チューブ５３を備える。
上部ライザー管支持構造３１は、ライザー管１５の上端部分を暴露甲板９の近傍で支持して水平方向の運動を規制すると共に、ライザープルイン支持機器２１の下部を支持する水密区画Ｒを内部に備える。上部ライザー管支持構造３１には、鉛直方向に貫通した上部貫通孔３０が、船長方向に沿って、支持するライザー管１５の数だけ形成される。上部貫通孔３０にはライザー管１５の上端部分を支持する上部固定チューブ３４が挿入されている。ライザー管１５の上端部分は、上部固定チューブ３４に嵌装されることで、上部ライザー管支持構造３１に支持される。

上部ライザー管支持構造３１は、傾斜部３３、上部支持構造部４１及び接続部４３を備え、傾斜部３３、上部支持構造部４１、接続部４３、及び舷側（側壁７）で囲まれた領域内に水密区画Ｒを備える。
傾斜部３３は、船長方向から見て、船底側から甲板側に向けて船幅方向に幅が連続的に大きくなる外形を有する部分である。

上部ライザー管支持構造３１が傾斜部３３を有することで、上部ライザー管支持構造３１に衝突した波が傾斜部３３の外形に沿って、船体３の外側方向に、すなわち、ライザープルイン支持機器２１や生産設備１３のようなトップサイド機器から離れる方向に誘導される。また、この構造では傾斜部３３によって、従来技術では上部ライザー管支持構造３１の下面に構造検査や設置機器の確認のために開口されていた開口部が塞がれる。
そのため、船体３の乾舷を十分確保しなくても上部ライザー管支持構造３１に衝突した波が、この開口部を昇ってトップサイド機器に衝突するのを防止でき、洋上浮体構造物１の大型化やコスト増加を抑制しつつ、青波からトップサイド機器を保護できる。

さらに上部ライザー管支持構造３１は水密区画Ｒを内部に備えるため、水密区画Ｒ内にライザー管１５の監視機器を設ける区画を形成すれば、青波から監視機器を確実に保護できる。

また、上部ライザー管支持構造３１が水密区画Ｒを内部に備えるため、船体損傷等に起因する洋上浮体構造物１の浸水時にヒールの緩和と損傷時復原性能の確保のための浮力体として上部ライザー管支持構造３１を利用できる。
例えば図６（ａ）に示す姿勢で洋上浮体構造物１が海底に係留された状態で、洋上浮体構造物１に物資や人員を補給するプラットフォーム補給船が、誤って洋上浮体構造物１の舷側に衝突して浸水が生じる可能性がある。
この場合、図６（ｂ）に示すように、洋上浮体構造物１は衝突した舷側の破損によって浸水して、衝突した舷側側が下になるヒールと呼ばれる横傾斜状態になる。この際に上部ライザー管支持構造３１が水没すると、内部の水密区画Ｒが浮力体として作用するため、洋上浮体構造物１のヒール角を小さくできる。

船長方向から見て、船底側から甲板側に向けて船幅方向に幅が連続的に大きくなる外形を有するのであれば、傾斜部３３の具体的な形状は図４及び図５に示すように直線状（平板状）でもよいし、図７に示す曲線状（曲面状）でもよい。

傾斜部３３は、少なくとも一部が満載喫水線ｄｆより上に位置するように洋上浮体構造物１の舷側に配置されることが好ましい。さらに、図４に示すように傾斜部３３の全部が満載喫水線ｄｆより上に位置するように洋上浮体構造物１の舷側に配置されることがより好ましい。
傾斜部３３の少なくとも一部、又は全部が満載喫水線ｄｆより上に位置することで、積載重量の上限まで船体３に油等を貯蔵した状態でも傾斜部３３の少なくとも一部が水面よりも上方に配置される。
そのため、舷側方向から受けた波を傾斜部３３の外形に沿って、積載重量によらず洋上浮体構造物１の舷側から離れる方向に誘導でき、青波からトップサイド機器をより確実に保護できる。

傾斜部３３は図４に示すように、船長方向から見た外形形状を構成する外形線と舷側（側壁７）とのなす傾斜角αが一定か、又は図７に示すように、傾斜角が船底側から甲板側に向けて漸次大きくなっている構成が好ましい。
具体的な傾斜角αは、図４に示すように２０度以上、６０度以下であることが好ましい。
傾斜角αが２０度以上であると、傾斜部３３の鉛直方向高さが過大にならない。そのため、下部ライザー管支持構造３２等のライザー管支持構造１７を構成する他の部材に干渉せずに傾斜部３３を形成できる。
傾斜角αが６０度以下であると、傾斜部３３の傾斜角αが過大にならない。そのため、舷側方向から受けた波により傾斜部３３が受ける力、特に上方向の力が小さくなり、波による力で傾斜部３３が変形するのを確実に防止できる。
なお、図７に示すように傾斜部３３が曲面で、かつ傾斜角が船底側から甲板側に向けて漸次大きくなっている構成の場合、船長方向から見た外形形状を構成する外形線の異なる位置Ｐ１、Ｐ２での接線Ｔ１、Ｔ２と舷側（ここでは側壁７）とのなす傾斜角α１、α２は異なる。この場合でも洋上浮体構造物１が舷側方向から波を受けた場合に波が傾斜部３３に沿って上昇するので、図４に示す傾斜部３３の外形線が直線で傾斜角αが一定の場合と同様の効果を得られる。また、図７における傾斜角α１、α２は、図４における傾斜角αと同様に２０度以上、６０度以下であるのが好ましい。

図４では上部支持構造部４１だけでなく上部固定チューブ３４も傾斜部３３と同様に、船長方向から見て、船底側から甲板側に向けて船幅方向に幅が連続的に大きくなる外形を有する部分がある。
ただし、上部固定チューブ３４は上部支持構造部４１の上部貫通孔３０にライザー管１５を固定するために上部貫通孔３０とライザー管１５の間に設けられる間挿材であり、上部支持構造部４１とは別の部材である。そのため、傾斜部３３のように傾斜させる必要はない。

上部支持構造部４１はライザープルイン支持機器２１を支持する部分であり、図４に示すように傾斜部３３の上端に上部支持構造部４１の下端が一体化される。
上部支持構造部４１はライザープルイン支持機器２１の下端を支持する支持上面４１ａを備える。また上部支持構造部４１は傾斜部３３とは異なり、船長方向から見て、船底側から甲板側に向けて船幅方向の幅が一定の外形を有する。この幅は傾斜部３３上端の幅やライザー管１５の径に応じて適宜設定される。
上部支持構造部４１の船幅方向の幅が一定であることで、上部ライザー管支持構造３１の全体を傾斜部３３で構成する場合と比べて、上部ライザー管支持構造３１の上面近傍の部分を幅広で厚みを持った構造にできる。このような構造とすることで、ライザー管１５を支持する水平部材として、支持上面４１ａのみならず、上部支持構造部４１の下端に支持上面４１ａと等しい大きさでかつ平行な水平部材を上部ライザー管支持構造３１の内部に追加することが可能となり、より強固にライザープルイン支持機器２１及びライザー管１５を支持することが可能になる。また、この構造では傾斜部３３が上部支持構造部４１の下部に設けられているため、洋上浮体構造物１が舷側方向から波を受けた場合に波をより確実に傾斜部３３に沿って上昇及び外側へ誘導できる。
上部支持構造部４１の鉛直方向高さ（厚み）は、上部ライザー管支持構造３１に要求される強度と、傾斜部３３が波を誘導するために必要な鉛直方向高さを考慮して適宜設定すればよい。さらに工作性を考慮すると、上部支持構造部４１の具体的な厚みは例えば１ｍから３ｍの間とすることが、より好ましい。

接続部４３は傾斜部３３の下端部分と洋上浮体構造物１の舷側を接続する部分であり、傾斜部３３の下端に一体化される。接続部４３は傾斜部３３と同様に船底側から甲板側に向けて船幅方向に幅が連続的に大きくなる外形を有するのが好ましい。船長方向から見た外形形状を構成する外形線の接線と舷側とのなす傾斜角βも傾斜部３３と同様に２０度以上、６０度以下であるのが好ましい。

一方で、接続部４３を傾斜部３３に接続する手段としては溶接が一般的であり、接続部４３は溶接継手部分となる。この場合、工作性を確保するため、図４に示すように、接続部４３の傾斜角βが傾斜部３３の傾斜角αよりも大きくなって６０度を越えてもよい。
このように、接続部４３を介して傾斜部３３を洋上浮体構造物１の舷側に接続することで、傾斜部３３の傾斜角αが小さい場合でも、接続する手段が限定されないので、傾斜部３３の下端を強固に洋上浮体構造物１に固定できる。

上部ライザー管支持構造３１の船長方向の長さは、油層流体の生産に使用するライザー管１５の数と径、及びライザープルイン支持機器２１の船長方向長さに応じて適宜設定すればよい。なおライザープルイン支持機器２１の船長方向長さが上部ライザー管支持構造３１よりも長い場合、図２に示すブラケット３６のように、上部ライザー管支持構造３１の船長方向両端に、ライザープルイン支持機器２１を支持する構造物を設けてもよい。

また、上部ライザー管支持構造３１は水密区画Ｒを内部に備えるが、水密区画Ｒは単一の区画である必要はない。図５に示すように船長方向に沿って上部ライザー管支持構造３１に横隔壁３５を設けて、複数の区画に分離してもよい。上部ライザー管支持構造３１内の水密区画Ｒを複数の区画に分離することで、仮に１つの水密区画に補給船が衝突する等して浸水した場合でも、横隔壁３５が他の区画への浸水を阻止するため、ヒールを緩和する機能を他の水密区画で維持できる。

上部ライザー管支持構造３１の内部区画である水密区画Ｒの用途は、ライザー管１５の支持機能と波の誘導機能を阻害しない範囲で適宜設定できる。ボイド区画として用いてもよいし、バラスト水タンクとして用いてもよい。また、カメラ等のライザー管１５の監視機器を設ける区画として用いてもよい。

下部ライザー管支持構造３２は、喫水下のビルジ近傍でライザー管１５を支持して水平方向の運動を規制する部材であり、図４及び図５に示すように上部ライザー管支持構造３１よりも鉛直方向下方のビルジ近傍、言い換えれば、キールラインに近い低い位置に設けられる。
下部ライザー管支持構造３２は、鉛直方向に貫通した下部貫通孔５１を備え、下部貫通孔５１にはライザー管１５を支持する下部固定チューブ５３が挿入されている。ライザー管１５は、下部固定チューブ５３に嵌装されることで、下部ライザー管支持構造３２に支持される。
下部ライザー管支持構造３２は喫水下、ここでは満載喫水線ｄｆより船底側に設けられるため、上部ライザー管支持構造３１とは異なり、青波からトップサイド機器を保護する機能を備える必要はない。そのため、下部ライザー管支持構造３２は、傾斜部３３に相当する構成を備える必要はなく、水密区画を内部に備える必要もない。
下部ライザー管支持構造３２の鉛直方向高さ、船長方向の長さ、及び船幅方向の幅は、生産に使用するライザー管１５の数と径に応じて適宜設定すればよい。
以上がライザー管支持構造１７を備える洋上浮体構造物１の構成の説明である。

このように本実施形態によれば、ライザー管支持構造１７は、船長方向から見て、船底側から甲板側に向けて船幅方向に幅が連続的に大きくなる外形を構成する傾斜部３３を有する水密区画Ｒを内部に備えた上部ライザー管支持構造３１を有する。
そのため、乾舷を十分確保しなくても上部ライザー管支持構造３１に衝突した波が開口部を昇ってトップサイド機器に衝突するのを防止でき、洋上浮体構造物１のコスト増加や大型化を抑制しつつ、青波からトップサイド機器を保護できる。
また、上部ライザー管支持構造３１が水密区画Ｒを内部に備えるため、水密区画Ｒ内にライザー管１５の監視機器を設ける区画を形成すれば、青波から監視機器を確実に保護できる。
さらに、上部ライザー管支持構造３１が水密区画Ｒを内部に備えるため、船体損傷等に起因する洋上浮体構造物１の浸水時にヒールの緩和と損傷時復原性能の確保のための浮力体として上部ライザー管支持構造３１を利用できる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は実施形態に限定されない。当業者であれば本発明の技術思想の範囲内で各種変形例及び改良例に想到するのは当然のことであり、これらも本発明に含まれる。

１ 洋上浮体構造物
３ 船体
４ 係留支持構造
５ 船底
６ 係留索
７ 側壁
９ 暴露甲板
１１ 居住区
１３ 生産設備
１３ａ 流体貯蔵設備
１３ｂ 分離設備
１５ ライザー管
１７ ライザー管支持構造
２１ ライザープルイン支持機器
２３ トロリーウィンチ
３０ 上部貫通孔
３１ 上部ライザー管支持構造
３２ 下部ライザー管支持構造
３３ 傾斜部
３４ 上部固定チューブ
３５ 横隔壁
３６ ブラケット
４１ 上部支持構造部
４１ａ 支持上面
４３ 接続部
５１ 下部貫通孔
５３ 下部固定チューブ
Ｒ 水密区画

Claims (8)

1. 海底で生産された所定の流体から所望の成分を分離して船体に貯蔵する生産設備と、前記海底と前記生産設備の間で前記流体を搬送するライザー管を備える洋上浮体構造物の舷側に配置され、前記ライザー管を支持し、かつ前記ライザー管の吊り上げのためのプルイン支持機器を支持するライザー管支持構造であって、
   船長方向から見て、船底側から甲板側に向けて船幅方向に幅が連続的に大きくなる外形を構成する傾斜部を有する水密区画を内部に備えた上部ライザー管支持構造を有することを特徴とするライザー管支持構造。
2. 前記上部ライザー管支持構造は、
   前記傾斜部の少なくとも一部が満載喫水線より上に位置するように前記洋上浮体構造物の舷側に配置される請求項１に記載のライザー管支持構造。
3. 前記上部ライザー管支持構造は、
   前記傾斜部の上端と一体化され、前記プルイン支持機器を支持する支持上面を備える上部支持構造部を備える請求項１又は２に記載のライザー管支持構造。
4. 前記上部ライザー管支持構造は、
   前記傾斜部の下端に一体化され、前記傾斜部を前記洋上浮体構造物の舷側に接続する接続部を備える請求項１又は２に記載のライザー管支持構造。
5. 前記上部ライザー管支持構造は、
   前記傾斜部の上端と一体化され、前記プルイン支持機器を支持する支持上面を備える上部支持構造部と、
   前記傾斜部の下端に一体化され、前記傾斜部を前記洋上浮体構造物の舷側に接続する接続部を備え、
   前記上部支持構造部、前記傾斜部、前記接続部、及び前記舷側で囲まれた内部が水密区画である請求項１又は２に記載のライザー管支持構造。
6. 前記上部ライザー管支持構造の前記傾斜部は、船長方向から見た外形形状を構成する外形線と舷側とのなす傾斜角が一定か、又は船底側から甲板側に向けて漸次大きくなっている請求項１〜５のいずれか一項に記載のライザー管支持構造。
7. 前記上部ライザー管支持構造の前記傾斜角が２０度以上、６０度以下である請求項６に記載のライザー管支持構造。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のライザー管支持構造を備える洋上浮体構造物。

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