JP2500242B2 - 電気加熱される可とう性パイプラインを備えた海底パイプラインシステム - Google Patents

電気加熱される可とう性パイプラインを備えた海底パイプラインシステム

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JP2500242B2 JP28986991A JP28986991A JP2500242B2 JP 2500242 B2 JP2500242 B2 JP 2500242B2 JP 28986991 A JP28986991 A JP 28986991A JP 28986991 A JP28986991 A JP 28986991A JP 2500242 B2 JP2500242 B2 JP 2500242B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ジュール効果にもとづ
いて電流により可とう性海底パイプラインを一様に加熱
する加熱システムに関するものである。この場合、熱
は、パイプラインの金属外装を介して循環する電流によ
って生じる。パイプライン内では、原油が流れ温度に加
熱又は維持されることによって、パイプライン内での圧
力降下が低減し、流動期間が長くなり、したがって、よ
り多くの原油が取出せるのである。
【０００２】
【公知の技術】水深の深いところにある埋蔵個所から原
油を取出すさいの難点の１つは、油井から産出プラット
フォームへ流れるさい、原油が低温になることである。
低温になると粘度が増し、したがってパイプライン内で
の圧力降下が増大する。この結果、流量が減少し、油井
からの流動期間が短くなる。この好ましくない現象の主
要因は、海底が低温であること（１０℃以下）、油井か
らプラットフォームまでのパイプラインの距離が長いこ
と、原油の自然粘度が大であることにある。
【０００３】沖合にある油田では、複数の油井が、１つ
の産出プラットフォームか、１つの海底マニホールド
に、海底に配設されたパイプラインを介して接続されて
いる。どのような産出システムを選択するか、また油井
の数をいくつにするかは、たとえば、油田の寸法や性
質、取出し方法、水深等の複数のパラメータに左右され
る。油井からは、プラットフォームまで直接に個々のパ
イプラインを介して原油を取出すか、もしくは海底の産
出マニホールドに個別のパイプラインを集めて、そこか
ら、より大きい口径の単一のパイプラインによってプラ
ットフォームへ送るかする。
【０００４】産出時に、原油は、とりわけ、産出区域の
水深（幾何学的勾配）と原油の流量（伝達と対流とによ
る熱交換）との関数である温度で油井のヘッド部分に到
達する。軽い原油の場合、前述の構成で、断熱や加熱の
措置のない海底パイプラインを介してプラットフォーム
まで容易に流れることができる。流れ温度は、パイプラ
インの長さとパイプラインの経路に沿った水の温度に応
じて変化する。前記原油は高い流動性を有しているの
で、この水温により流量が落ちることはない。
【０００５】これに対して、粘性のある原油は、従来の
海底パイプラインを介して流れる場合、一層粘性が増
し、パイプライン内で可なり圧力が降下し、産出量が減
少することが稀ではない。
【０００６】海底パイプラインの断熱は、既に利用もさ
れ、十分に開発も行なわれている措置ではあるが、それ
だけでは粘性のある原油の流動性に関係する問題は解決
されない。言いかえると、断熱措置によって、この問題
は最小限に抑えられるが、低温でパイプラインが長い場
合には、可なりの熱交換が生じるために、粘性が増し、
パイプライン内の圧力が降下し、油井からの原油の流動
期間が短かくなる。
【０００７】原油の主な物理化学的特性は、以下で述べ
るように、流動点と粘性である。これら２つの特性にも
とづいて原油の種類の相違を区別し、利用する取出し法
を決めることが可能であるが、そのさい勧められるの
は、各種の流動性を個別に扱って、当該原油の特別な性
質と当該地域の条件を考慮に入れることである。原油の
流れに生じる圧力降下を最小限に抑えるためには、３つ
の措置が存在する： a) パイプラインのパイプ直径を大きくする。但し、水
深の深いところに使用するパイプの口径には制限があ
る。 b) 原油の汲出しヘッドの数をふやす：すなわち、たと
えばプラットフォーム、船などポンプを容易に設置でき
る場所にのみ、汲出しヘッドを設けるようにする。 c) 原油の粘性を低減させる：これは、パイプライン内
の原油を加熱すること（又は原油温度を維持すること）
により達成されよう。
【０００８】最後に挙げた仮説の場合、流体の粘性は温
度上昇につれて急激に減少するので、その関係は、下記
のアンドラーデ（Ａｎｄｒａｄｅ）の方程式が示すよう
に幾何級数的である： μ＝Ａ・ｅ(B/T) (1) この式において、μは粘性、Ａ及びＢは定数、Ｔは温
度、ｅは２．７１８２８２である。
【０００９】可とう性パイプラインの製作費は、剛性の
パイプラインのそれより高いにも拘らず、水深の深いと
ころで用いる原油取出しシステムの設計者は、可とう性
パイプラインを優先して用いてきた。可とう性パイプラ
インが、より好まれる理由が次の比較表から理解されよ
う。
【００１０】 表 Ｉ 特性 可とう性 剛性 設置時間 より短時間 より長時間 製作費 より高い より安い 設置費用 より安い より高い 海底での順応能力 より大きい より小さい 回収及び再利用の可能性 あり なし
【００１１】可とう性パイプラインは、世界各地で広く
用いられている。製造会社も数社あって、それぞれが種
々の構成配置及び使用材料によって決められた設計のパ
イプを製造している。これらの可とう性パイプライン
は、基本的には、ら旋状のスチール層に、ポリアミドを
ベースとしたエラストマー等の断熱材層が交互にそう入
される形式を有している。内側のスチール層は重ね合わ
されており最も外側の層は交差した外装から成ってい
る。この外装の目的は、パイプラインの構造を補強する
ことにあり、これら全体がポリアミド層で被覆されてい
る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、可とう性の海底パイプラインを一様に加熱する
システムを得ることにある。このシステムは、可とう性
パイプラインのスチール外装を伝わる電流の循環によっ
て、エネルギーを発生し、一定量の熱をパイプラインと
その内部を流れる流体とに放散し、周囲と産出ラインと
の間の温度差を維持して流体の流れを中断しないように
するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】後に説明する本発明の実
施例に用いられている符号を参考のために付記して記述
すると、本発明は、電気加熱される可とう性パイプライ
ンを備えた海底パイプラインシステムであって、 海面プ
ラットフォームと、海底に配置された湿式クリスマスツ
リーと、前記海面プラットフォームから前記湿式クリス
マスツリーまで延びている可とう性パイプラインとを含
むシステムにおいて、 前記可とう性パイプラインは、半
径方向内方に順次備えられた、外側のポリアミド層２
９、２重の交差補強外装３１、内側のポリアミド層３
３、及び内側に連結されたステンレス鋼のカーカス３５
を含み、 前記システムは、更に、前記海面プラットフォ
ーム１５から前記湿式クリスマスツリー１７まで、少な
くとも前記２重の交差補強外装３１を通して電流を循環
するための循環手段を含み、この循環手段は、前記海面
プラットフォーム１５に備えられていて制御された整流
ユニット２１と、電極５５を介して海底において下端部
が接地されている電気ケーブル５３とを含み、 少なくと
も前記２重の交差補強外装３１を通して電流を循環する
前記循環手段が、海底に接地されている前記電極５５及
び前記電気ケーブル５３を介して前記海面プラットフォ
ーム１５に備えた前記制御された整流ユニット２１へ電
流を流す手段を含むことを特徴とする。
【００１４】本発明のシステムにおいて、電流は、整流
ユニット２１から、少なくとも２重の交差補強外装３１
を通って海底に流れ、海底から電極５５及び電気ケーブ
ル５３を通って整流ユニット２１に帰還する。
【００１５】更に、本発明によれば、可とう性パイプラ
インの各層の断熱措置や電気接続の態様は、このほかに
も可能であるが、これについては以下で詳述する。
【００１６】
【実施例】本発明の特徴及び利点を添付図面につき詳説
する。図１と図２から分かるように、水深約６００ｍま
でのところに設置される原油産出システムに用いる可と
う性パイプライン１は、基本的には、同心的な複数の層
から成っている。これらの層は、ステンレス鋼のら旋状
カーカス３、ポリアミド層５、２重の交差外装７、ポリ
アミド被覆層９から成っている。約６００ｍを超える水
深に用いる場合は、図２に示したように、ポリアミド層
５と２重の外装７との間にゼータワイヤ１１のら旋状カ
ーカスを設けて補強する。
【００１７】既述の方程式（１）に戻り、流体の粘性
（μ）の変化と温度との関係を示した図４を分析する
と、原油の粘性が高ければ、それだけ温度上昇につれて
粘性の減少する度合も大であることが分かる。流れてい
る流体の温度は、注意深く研究する必要がある。なぜな
ら、原油の吸上げヘッドをふやすより、流体を加熱する
ほうが経済的だからである。
【００１８】方程式（１）は、層流の場合、パイプライ
ン内での圧力降下が、直接に流体の粘性に比例すること
を示している。
【００１９】
【数１】 この式において、ΔＨ＝圧力降下、ｆ＝摩擦係数、Ｌ＝
パイプラインの長さ、Ｖ＝流体の速度、Ｄ＝パイプライ
ンの口径、ｇ＝重力の加速度、μ＝流体の粘性である。
【００２０】図４の線図と方程式（２）を分析すると、
次のことがわかる。すなわち、所与の流体温度を２０℃
に高めることにより、初期温度と原油の種類とに応じ
て、圧力降下は５０％から７０％減少し、原油の初期温
度が低く、粘性が高ければ、それだけ圧力降下の減少率
も大となるということである。
【００２１】前述のデータにもとづいて、ジュール効果
にもとづき海底の可とう性パイプラインを電気的に加熱
するシステムが得られる。言いかえると、この場合、熱
は、可とう性パイプラインの金属外装を通る電流の循環
によって発生せしめられる。このシステムは、参考例と
して示した図５から分かるように、プラットフォーム１
５から海底１９に配置された湿式クリスマスツリー１７
まで延びる可とう性パイプライン１３と、電源となる制
御された整流ユニット２１と、ブラッケット２５により
可とう性パイプライン１３と平行に保持された電気ケー
ブル２３と、金属製外装と電気的に絶縁された２個の端
子接続部２７とを有している。
【００２２】図６から分かるように、可とう性パイプラ
イン１３は、基本的には、ポリアミド被覆層２９と、２
重の交差補強外装３１と、ポリアミド層３３と、ステン
レス鋼の内側カーカス３５とから成っている。可とう性
パイプライン１３は、頂部のところに配置されたコネク
タ２７を介して、頂部がアダプタ３７と結合され、頂部
の内部では絶縁体３９及び支持体４１と結合されてい
る。また、パイプライン１３の２重の交差補強外装３１
は、折曲げられて、ブラケット４３により保持されてい
る。ブラケット４３は、コネクタの内側で、端部を支持
体４１に保持された絶縁体３９の内側に連結されてい
る。更に、コネクタ２７内には、絶縁充てん材４５が充
てんされている。電流は、制御された整流ユニット２１
から出て、２重の交差補強外装３１（引張り外装）を通
り、可とう性パイプライン１３の外部に設けられた電気
ケーブルを介して戻って来る。
【００２３】本発明によれば、可とう性パイプラインの
各層の絶縁や電気接続には、以上とは別の態様も可能で
ある。図７の場合、図６のポリアミド層３３に代えて電
気絶縁層４７が設けられている。電流は、この場合、外
装３１を介して伝えられ、カーカスを介して戻る。この
実施例の場合、電気ケーブル２３は用いないで済む。こ
のため材料の節約にもなれば、電気ケーブルが接続され
ていないので、取扱いや設置も容易になる。外装３１
と、重ね合わされたステンレス鋼のカーカス３５とは、
パイプライン内で絶縁され、コネクタ２７とも絶縁され
ており、電気的にケーブル４９を介して接続されてい
る。
【００２４】図８の実施例の場合は、電流の循環が、ス
テンレス鋼のカーカス３５を介して送られ、パイプライ
ン１３の外部に取付けられた電気ケーブルを介して戻さ
れる。この形式を選択する場合は、熱の発生がパイプラ
イン内側のすぐ近くのところに集中する利点が得られ
る。外装３１とカーカス３５とは、互いに絶縁され、コ
ネクタ２７とも絶縁されている。また、電気ケーブル５
１がカーカス３５と接続されている。
【００２５】カーカス３５を介して加熱するシステムは
熱源とパイプライン内側との間がより近くなる利点に加
えて、もう一つの重要な可能性を有している。パイプラ
イン内にパラフィンが生成してパイプラインをふさいで
しまい、これを除去せねばならない場合がある。その場
合には、圧縮空気を注入し、妨害しているパラフィンに
孔を開けたあと、水を注入し、その孔に充てんする。こ
れによって、電流は、内側のカーカス３５と電気接触す
るであろう流体を介して流れることができる。
【００２６】更に、図９、図１０、図１１の場合、外装
３１は、重ね合わされたステンレス鋼のカーカス３５及
びコネクタ２７と絶縁されている。また、このカーカス
３５とコネクタ２７とは電気接続されている。外装３１
とカーカス３５とは、パイプライン内では絶縁され、コ
ネクタ２７を介して電気接続されている。さもなけれ
ば、外装３１とカーカス３５とは互いに絶縁されるよう
にし、外装３１がコネクタ２７及び、コネクタ２７と絶
縁されたカーカスに接続されるようにする。
【００２７】海底に布設する電気加熱される可とう性パ
イプラインを備えた海底パイプラインシステムは、本発
明の実施例によれば、図１２に見られるように、海底１
９に接地された下端部に電極５５を有する電気ケーブル
５３を備えている。電流の帰還は、外装３１、カーカス
３５のいずれを介して戻る場合も、海底１９に設置され
た電極５５を介して且つ電気ケーブル５３を通して行な
われる。このシステムは、複数のサテライト油井が、電
気加熱されるシステムを利用している場合に適してい
る。なぜなら、それらの油井すべてに共通の１つの帰路
を得ることができるからである。加えて、このシステム
によれば、パイプライン付属具の絶縁が不要のため、付
属具の細部を簡単化することができる。すなわち、電気
的に付属具に接続される導電的なカーカスが海水を介し
て電極との間の回路を閉じることになる。このシステム
の場合、場合によっては、付属具に接続される構成要素
（ＷＣＴ、すなわち湿式クリスマスツリーや、可とう性
パイプラインの金属層自体）に陰極防食を施すこともで
きる。
【００２８】電流に関しては、各システムは、各タイプ
の変化形に合った特別の設備に応じて、直流又は交流で
動作できる。しかし、加熱用には直流を用いるのが望ま
しい。直流は、同じピーク電圧時に交流より高い熱を発
生するからである。また、直流は、絶縁材がより少なく
て済み、容量性及び誘導性のリアクタンスなしに回路を
純抵抗的な回路にするので、インピーダンスが低減され
る。
【００２９】図１３に示した電気回路から分かるよう
に、この回路は、直流電源を有する純抵抗回路である。
この図において、Ｖccは印加直流電流の電圧、Ｒd は可
とう性パイプラインの電気抵抗、Ｒc は電流帰還用のケ
ーブルの電気抵抗、Ｉは循環電流である。
【００３０】Ｒc ／Ｒd の比は、出来るだけ低くせねば
ならない。パイプラインやケーブル内に発生する熱は、
それらのものの電気抵抗に比例するからである。したが
って、電気ケーブルの寸法づけのさい、この点に留意し
て、高い加熱効率が得られるようにせねばならない。原
油の温度制御は、ＯＣＤＣ５７後方の原油到着パイプラ
インに設けられた温度センサ５９により行なわれる。こ
のセンサ５９は、整流ユニット２１に信号を送り、整流
ユニット２１はケーブルを介して電流を制御する。かく
して流体流の連続的制御が達成される。
【００３１】本発明による可とう性の海底パイプライン
用電気加熱システムは、極めて簡単であり、かつまた完
全に国産技術の枠内のものである。このシステムを完成
させるのに要する投資額は、比較的小さく、基本的には
供給されるべき熱量に左右される。この熱量は、また、
パイプラインの断熱度の関数として最小限に抑えられる
であろう。
【００３２】
【発明の効果】本発明による加熱システムにより得られ
る効果として挙げられるのは、とりわけ、原油温度の自
動制御、調節された温度の容易な修正、制限要因である
パイプライン内の圧力降下を除去することによる原油産
出量の増大、油田からの原油実収率の増加、パイプライ
ン内壁へ付着するパラフィン物質の低減もしくは除去等
である。
【００３３】更にここで指摘しておかねばならないの
は、このシステムは、単に原油流のみを対象としたもの
ではなく、ガスのパイプラインにも利用できる点であ
る。その場合には、したがって、生成する水化物を低減
又は除去したり、掻取具又はピッグによる清掃の必要が
低減又は解消される。
【図面の簡単な説明】
【図１】約６００ｍまでの水深のところに用いる公知の
可とう性パイプラインの構造を示した斜視図。
【図２】約６００ｍ以上の水深のところに用いる公知の
可とう性パイプラインの構造を示した斜視図。
【図３】使用水深（ｍ）とパイプライン口径（cm）との
関係を示した図で、水深の深いところで用いるためのパ
イプライン口径の限度を示したもの。
【図４】ブラジル、リオデジャネイロのカンポス海盆で
産出される数種の原油について、粘性（ＣＰ）の変化を
温度との関係で示した線図。
【図５】可とう性の海底パイプラインと平行に設けられ
た電流帰還用のケーブルを有する海底パイプライン用電
気加熱システムの図。
【図６】図５に示したシステムの可とう性パイプライン
とコネクタとの縦断面図。
【図７】本発明による可とう性パイプラインの各層の絶
縁及び電気接続の別の態様を示した縦断面図。
【図８】本発明による可とう性パイプラインの各層の絶
縁及び電気接続の更に別の態様を示した縦断面図。
【図９】本発明による可とう性パイプラインの各層の絶
縁及び電気接続の更に別の態様を示した縦断面図。
【図１０】本発明による可とう性パイプラインの各層の
絶縁及び電気接続の更に別の態様を示した縦断面図。
【図１１】本発明による可とう性パイプラインの各層の
絶縁及び電気接続の更に別の態様を示した縦断面図。
【図１２】端部に電極を有する電流帰還用電気ケーブル
を備えた可とう性海底パイプライン用の電気加熱システ
ムを示した図。
【図１３】直流電流電源を有する純抵抗電気回路を示し
た図。
【符号の説明】
１ 可とう性パイプライン ３ ステンレス鋼のらせん状カーカス ５ ポリアミド層 ７ ２重の交差補強外装 ９ ポリアミド被覆層 １１ ゼータワイヤのらせん状カーカス １３ 可とう性パイプライン １５ プラットフォーム １７ 湿式クリスマスツリー １９ 海底 ２１ 整流ユニット ２３ 電気ケーブル ２５ ブラケット ２７ コネクタ ２９ ポリアミド被覆層 ３１ ２重の交差補強外装 ３３ ポリアミド層 ３５ ステンレス鋼のカーカス ３７ アダプタ ３９ 電気絶縁体 ４１ 支持体 ４３ ブラケット ４５ 絶縁充てん材 ４７ 電気絶縁層 ４９，５１，５３ 電気ケーブル ５５ 電極（陽極）

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気加熱される可とう性パイプラインを
    備えた海底パイプラインシステムであって、 海面プラットフォームと、海底に配置された湿式クリス
    マスツリーと、前記海面プラットフォームから前記湿式
    クリスマスツリーまで延びている可とう性パイプライン
    とを含むシステムにおいて、 前記可とう性パイプラインは、半径方向内方に順次備え
    られた、外側のポリアミド層（２９）、２重の交差補強
    外装（３１）、内側のポリアミド層（３３）、及び内側
    に連結されたステンレス鋼のカーカス（３５）を含み、 前記システムは、更に、前記海面プラットフォーム（１
    ５）から前記湿式クリスマスツリー（１７）まで、少な
    くとも前記２重の交差補強外装（３１）を通して電流を
    循環するための循環手段を含み、この循環手段は、前記
    海面プラットフォーム（１５）に備えられていて制御さ
    れた整流ユニット（２１）と、電極（５５）を介して海
    底において下端部が接地されている電気ケーブル（５
    ３）とを含み、 少なくとも前記２重の交差補強外装（３１）を通して電
    流を循環する前記循環手段が、海底に接地されている前
    記電極（５５）及び前記電気ケーブル（５３）を介して
    前記海面プラットフォーム（１５）に備えた前記制御さ
    れた整流ユニット（２１）へ電流を流す手段を含むこと
    を特徴とするシステム。
JP28986991A 1990-11-07 1991-11-06 電気加熱される可とう性パイプラインを備えた海底パイプラインシステム Expired - Lifetime JP2500242B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BR9005628 1990-11-07
BR9005628A BR9005628C1 (pt) 1990-11-07 1990-11-07 Método de desobstrução de linhas flexìveis submarinas.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04262190A JPH04262190A (ja) 1992-09-17
JP2500242B2 true JP2500242B2 (ja) 1996-05-29

Family

ID=4050700

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP28986991A Expired - Lifetime JP2500242B2 (ja) 1990-11-07 1991-11-06 電気加熱される可とう性パイプラインを備えた海底パイプラインシステム

Country Status (9)

Country Link
US (1) US5289561A (ja)
EP (1) EP0485220B1 (ja)
JP (1) JP2500242B2 (ja)
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