JP2657673B2 - 水中油・ガス漏洩検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は海洋油田坑口や海洋ガス田坑口等からの油や
ガスの漏洩を検知するために用いる水中油・ガス漏洩検
知装置に関するものである。

［従来の技術］ 石油掘削のため海底に設置された坑口装置は、坑井か
ら噴出する油がガス等の流体を制御する機能を有してい
るが、この制御機能を確保するためには、産出流体の坑
口圧力、温度、各バルブの開閉状態等の情報を管理する
必要があり、更にこれら情報管理を正確に行うために
は、坑口からの油やガスの漏洩を検知して、適切な処置
を施すことが必要となる。

従来、油を検知する方法としては数多くあるが、その
ほとんどは大気中（含水面）にて使用するために開発さ
れた方法である。殊に、海底石油生産システムに適用さ
れた例は少なく、なかでも坑口装置に適用された例とし
ては、検知素子に差動トランスを用いて水と油の導電率
の違いを電気的に検知するようにしたものがあるにすぎ
ない。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、上記電気式検知方法の場合には、検知電極
等が海水中で腐食や電食を起すため、耐久性の面で問題
があり、長期使用した場合の性能劣化対策が困難であっ
た。又、従来、水中において油もガスも同時に検知でき
るもの、すなわち、水（特に海水）と油とガスの識別を
行うことができるものはなかった。

そこで、本発明は、上記電気式検知方法による検知電
極等の腐食、電食等の問題を解決し、更に、海水、油、
ガスの三者の識別を行えるような水中油・ガス漏洩検知
装置を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記目的を達成するために、耐圧容器製と
した検知装置本体の前壁部に、該検知装置本体外に検知
面が露出するように光学プリズムを取付け、該プリズム
に、上記検知面へ光を入射させる発光器と、上記検知面
からの反射光の強度を測定して検知面に接触した物質を
識別する装置をそれぞれ光ファイバーを介して接続し、
且つ上記検知装置本体の前壁部に、検知すべき物質を上
記プリズムの検知面に収集するための収集フードを着脱
可能に取付けてなる構成とする。又、上記プリズムをＶ
字形状とし、光ファイバーを直結した構成としてもよ
い。更に、収集フードに検知すべき物質を導く捕集フー
ドを坑口装置側に固定し、１つの検知装置で広範囲の検
知ができるようにする。又、プリズムの検知面をクリー
ニングするクリーニング装置を設けて、常に正確な検知
ができるようにし、更にプリズムの検知面周辺部に銅板
を貼付けて、プリズムの検知面に付着する微生物や藻類
等を殺菌させるようにする。更に又、光学プリズムの検
知面を露出させる検知孔を、内側から外側へ向けて広が
る如きテーパ状としたり、検知装置本体の前壁部に設け
た凹部に、前壁部表面と検知面が同一面になるよう光学
プリズムを嵌設した構成としてもよい。

［作用］ 検知装置本体を坑口装置の近くに設置すると、坑口装
置から漏洩した油やガス等の物質が収集フード内に直接
集められるので、収集フード内に検知すべき物質が収集
された状態で、発光器からの光をプリズムの検知面に向
けて入射させると、その反射光が受光器にて受けられ、
光強度の違いにより海水、油、ガスが識別される。

収集フードへの検知すべき物質の収集のために捕集フ
ードを用いることにより、漏洩場所を広範囲に監視で
き、漏洩量が少なくても精度よく検知される。

又、クリーニング装置によってプリズムの検知面をク
リーニングすることにより、検知面に付着した微生物や
藻類、ごみ等が除去される。

更に、プリズムの検知面周囲に銅板を貼付けることに
より、銅板の殺菌効果で微生物や藻類の付着が防止ある
いは低減されるため、クリーニングの周期を伸ばすこと
ができる。

更に又、プリズムの取付部にテーパ状の検知孔を設け
たり、あるいはプリズムの検知面を装置本体の前壁と同
一面となるようにした場合は、検知面部での油、ガス、
海水相互の置換性がよくなり、これら物質の滞留による
誤検知の虞をなくすことができるようになる。

［実 施 例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示すもので、
海底に設置された坑口装置における坑口部のツリーマニ
ホールド１部への採用例を示すものである。すなわち、
水深数百メートルでも耐えられる耐圧容器とした検知装
置本体２の前壁板３の中心部に、該検知装置本体２の内
部より外部へ向けて広がる如きテーパ状の検知孔４を穿
設し、且つ上記前壁板３の内面に、上記検知孔４より検
知面が露出するように光学プリズム５を密着させて取付
け、該プリズム５の検知孔４より露出する検知面で油や
ガス等が検知できるようにする。又、洋上の支援船（又
はプラットホーム）上に設置したレーザーダイオード発
光器６からの入射用光ファイバー７を、上記検知装置本
体２の後壁板８を貫通させて検知装置本体２内に導き、
その先端を上記プリズム５の一側にセルフォックレンズ
９を介し接続して、上記発光器６からのレーザー光が入
射用光ファイバー７を通ってプリズム５の検知面中心へ
向け60゜前後の入射角で入射させられるようにし、一
方、上記プリズム５の他側には反射した光を導く反射用
光ファイバー10をセルフォックレンズ９を介して接続し
て、該反射用光ファイバー10を、上記後壁板８を貫通さ
せて支援船上に設置した光パワーメーター11に接続し、
上記プリズム５の検知面からの反射光が反射用光ファイ
バー10を通って上記光パワーメーター11で受けられるよ
うに、且つ上記光パワーメーター11では、受けた反射光
の強度を測定するようにしてあり、その測定値を、光パ
ワーメーター11に接続した演算器12で演算して検知物質
が油であるか、ガスであるか、等を識別できるようにす
る。第１図において、13は演算器12のデータをプリント
するプリンタ、14は警報器、又、第２図において、15は
洋上からの遠隔操作により検知装置本体２を運搬するRO
V（遠隔操作式無人潜水作業艇）である。

なお、上記検知装置本体２の後壁板８には、光ファイ
バー7,10の貫通部に耐圧コネクタ16が装備され、且つ該
耐圧コネクタ16と支援船との間に位置する光ファイバー
7,10は、集束してテザーケーブル17としてある。

又、上記検知装置本体２には、前壁板３の端部にブラ
ケット18を前方へ突出するよう固設し、該ブラケット18
に、所要長さの長孔19を長手方向と平行に有するリンク
20の一端を回動自在にピン20aにて枢着し、該リンク20
のブラケット18への枢着部にはアーム21を張出させ、且
つ該アーム21に、油やガス等を収集してプリズムの検知
面に位置させるための収集フード22を支持させ、更に上
記リンク20の長孔19に、検知装置本体２の側壁部に設置
したシリンダ23のロッド先端を遊嵌状態に連結し、該シ
リンダ23を伸縮作動させることにより上記リンク20及び
アーム21を介して収集フード22がピン20aを中心に検知
装置本体２の前方で前後方向に回動できるようにし、且
つ上記収集フード22の前壁板３への装着をマグネットに
よる吸着作用で行わせるようにする。更に、坑口装置の
ツリーマニホールド１の上方部には、該ツリーマニホー
ルド１から漏洩した油やガス等を広範囲から捕集するた
め10〜30゜の傾斜とした傘状の大型捕集フード24を設置
し、該捕集フード24の頂部には、該捕集フード24内に捕
集された油がガス等を上記検知装置本体２側の収集フー
ド22内に導くためのガイドダクト25を連設する。なお、
第２図において、26は坑口装置のアウターカバーであ
る。

坑口装置のツリーマニホールド１からの油やガス等の
漏洩を検知する場合には、検知装置本体２を、ROV15に
より海底まで運搬して坑口装置のアウターカバー26内に
挿入し、収集フード22の開放部が捕集フード24頂部に連
設されたガイドダクト25の上端を覆うような位置に検知
装置本体２を位置させる。この場合、収集フード22は予
めシリンダ23の操作により検知装置本体２の前方へ離れ
ているように回動させて前壁板３から一旦離反させてお
き、前壁板３前面にガイドダクト25の上端が近接するよ
うに検知装置本体２がセットされたとこで収集フード22
をシリンダ23により前壁板３側へ引き寄せ、マグネット
にて収集フード22を前壁板３に装着させるようにする。
これにより収集フード22とガイドダクト25との取合い調
整を容易に行わせることができる。かかる状態におい
て、ツリーマニホールド１から油やガス等の漏洩がある
と、漏洩した油やガス等の物質は捕集フード24によって
捕集され、ガイドダクト25内を通って収集フード22内に
収集されることになる。収集フード22内に収集された漏
洩物質は検知孔４を通ってプリズム５の検知面に接触す
るので、発光器６からのレーザー光を入射用光ファイバ
ー７に導入すると、レーザー光はプリズム５の検知面に
入射される。プリズム５の検知面で反射した反射光は反
射用光ファイバー10に導かれ、この反射した光の強度を
光パワーメーター11で測定する。この光パワーメーター
11の測定値は演算装置12に入れて分析し、上記漏洩物質
が海水であるか、油であるか、ガスであるかを識別す
る。この場合、検知面でのレーザー光の反射光量は、検
知面に付着した検知物質の屈折率の違いによって変化す
るので、その変化量を光パワーメーター11によって計測
することにより検知した物質の識別が行われる。因に、
屈折率は、原油:1.46〜1.53、海水:1.33〜1.34、ガス:
1.0であるから、反射光の減衰光量は、原油:30dB、海
水:7dB、ガス:0dBであり、この減衰光量の違いによっ
て、プリズム５の検知面に接触した物質を識別すること
ができる。

なお、上記実施例では、検知装置本体２に収集フード
22を着脱できるようにし、更に捕集フード24を用いた場
合を示したが、本発明の検知装置を捕集フード24なしで
使用することもできる。この場合、検知装置本体２を坑
口装置近くに設置すればよく、これにより、坑口装置か
ら漏洩した油やガスは直接収集フード22内に集められる
ので、確実に検知することができる。

しかし坑口装置のアウターカバー26内の天井部に設置
する場合は、該天井部に多くの検知物質が堆積して来な
い限り検知ができないことになる。

この点、上記の実施例の如く捕集フード24を漏洩が予
想される個所に被せ、漏洩したガス、油が検知装置の検
知面に導かれるようにすれば、坑口装置内で発生する漏
洩を漏洩量が少なくても１台の検知装置で監視できる利
点がある。すなわち、たとえば、捕集フード24がない場
合には、第２図に示す坑口装置のアウターカバー26内の
天井部に溜る漏洩物質がプリズム５の検知面より下側に
なるようなレベル位置Ｌまで蓄積されない限り、その検
知を行うことはできないが、捕集フード24を油やガス等
の漏洩が予想される個所に被せ、漏洩物質をガイドダク
ト25を用いて収集フード22内に導くようにすれば、検知
装置本体２を、漏洩予想個所毎に設置することなく、
又、１台だけで少量の漏洩量の場合でも検知作業を行う
ことができる。又、本発明では、プリズム５の検知面を
形成するための検知孔４を単なる貫通孔とせず、検知装
置本体２の内部から外部へ向けて広がる如きテーパ状と
してあるため、検知面での海水と油、ガスとの置換を容
易に行わせることができる。すなわち、たとえば、検知
面の検知孔を同一径の貫通孔とした場合は、検知装置を
水中より空気中に移動しても、検知孔４の中にある水が
表面張力により検知孔４外へ流出せずに滞留してしまう
ことがあるが、検知孔４を内側から外側へ末広がり状に
なる円錐状の孔としてあるので、検知孔４内での水の滞
留がなくなり、水ガス、水油、ガス油の相互の置
換を確実に行うことができる。

第３図は上記プリズム５の検知面の他の構成例を示す
もので、検知面での各物質相互の置換をより確実に行わ
せるようにしたものである。すなわち、検知装置本体２
の前壁板３にプリズムセット用凹み27を設け、該プリズ
ムセット用凹み27にプリズム５を嵌合して、その周辺を
プレートで脱落防止を図り、プリズム５の検知面を上記
前壁板３の前面と同一面になるようにしたものであり。
この場合、検知装置本体２を空気中に移動させても、プ
リズム５の検知面には水が滞留するようなことが全くな
い。

上述した如く、本発明では、検知孔４をテーパ状とし
たり、プリズム５の検知面と前壁板３の前面とを同一面
とすることにより、物質相互の置換を容易に行わせるこ
とができ、これにより油、ガス、海水等を識別して検知
できるようになるが、プリズム５の検知面には微生物や
藻類あるいはごみ等が付着する虞があるので、プリズム
５の検知面を適時クリーニングすることが望ましい。か
かるクリーニング装置を第４図乃至第６図に示す。

第４図及び第５図はクリーニング装置の第１実施例を
示すもので、耐油性のゴム、テフロン、毛等からなるブ
ラシ28をクリーニング部材として用い、該ブラシ28をス
プリングケース29内に保持されたスプリング30に支持さ
せると共に、上記スプリングケース29を、両ロッド型シ
リンダ31の一方のロッド32aに取付け、且つ上記両ロッ
ド型シリンダ31の他方のロッド32bにピニオン33を取付
け、押引シリンダ34の操作によって往復動させられるよ
うにした所要幅のラック35に上記ピニオン33を噛合させ
たものである。なお、このクリーニング装置は、坑口装
置のアウターカバー26内に設置するものであり、そのた
め、下方から浮上してきた油がブラシ28に付着しないよ
うにすべく、非使用時（格納時）のブラシ28の下部位置
に防油カバー36が設置してある。なお、37は検知器台、
38は水中ブッシュを示す。

このクリーニング装置を用いて、プリズム５の検知面
をクリーニングする場合には、検知装置本体２を引上げ
て検知器台37上に載置し、シリンダ23の操作により収集
フード22を前壁板３から離反させた状態とする。次に、
両ロッドシリンダ31の操作によりロッド32aを伸長させ
てブラシ28をプリズム５を検知面に押当てる。この際、
ブラシ28はスプリング30によって支持されているため、
プリズム５に無理な力が作用するようなことはない。こ
の状態で押引シリンダ34を押引操作すると、ラック35が
往復動させられるためピニオン33が正、逆回転させら
れ、この回転力が両ロッドシリンダ31のロッド32b、32a
等を介してブラシ28に伝えられることにより、プリズム
５の検知面がクリーニングされる。

第６図はクリーニング装置の第２実施例を示すもの
で、並設した２台のモータ39,40にそれぞれブラシ28を
支持させ、且つ検知器台37の後部と側部にそれぞれガイ
ド部材41,42を介して移動用シリンダ43,44を接続し、移
動用シリンダ43,44の作動により検知器台37を前後、左
右方向へ移動させられるようにし、たとえば、一方のモ
ータ39側のブラシ28によって荒クリーニングを行わせ、
他方のモータ40側のブラシ28によって仕上クリーニング
を行わせるようにしたものである。

この実施例を採用した場合には、２つのブラシ28を用
いてクリーニングできるため、上記第４図に示したもの
より更にクリーニング性能の向上を図ることができる。
なお、上記第６図に示した実施例の場合、検知器台37を
移動させる方式としたが、ブラシ28を支持するモータ3
9,40側を移動させるようにしてもよく、その場合、あら
ゆる移動機構を採用し得る。更に上記の場合、クリーニ
ング部材としてブラシ28を用いたが、ブラシ28に代え
て、第７図に示す如く耐油性のゴムブレード28aを用い
たり、第８図に示す如くノイネッツやタフネル等の油吸
収材28bを用いるようにしてもよい。

又、上記の場合、クリーニング時には作業の邪魔にな
らないように、収集フード22を検知装置本体２の前壁板
３から離脱させることが必要となるが、該収集フード22
を検知装置本体２に対して着脱させる機構としては、前
記実施例で示したものの他、第９図及び第10図に示す方
式を採用するようにしてもよい。すなわち、シリンダ45
のロッド46にラック47を連結し、該ラック47にピニオン
48を噛合させ、水中ブッシュ49に支持される該ピニオン
48の軸50にアーム51を固定し、該アーム51に収集フード
22を支持させ、シリンダ45の操作によりラック47を押引
してピニオン48を回転させることによって、アーム51を
回動させるようにしたものである。この方式を採用して
も収集フード22の着脱を容易に行うことができる。

ところで、上述した如きクリーニング装置を用いるこ
とにより、プリズム５の検知面に付着した微生物や藻類
を除去することができるが、これら微生物や藻類の付着
自体を防止あるいは低減できればクリーニング作業を回
数を減らすことができる。

そのため、検知装置本体２の前壁板３に検知孔４を穿
設した第１図の方式に対しては、第11図に示す如く上記
検知孔４の周面に銅板52を貼付け、一方、検知装置本体
２の前壁部３前面とプリズム５の検知面とを同一面とし
た第３図の方式に対しては、第12図に示す如くプリズム
５の検知面周囲に銅板52を貼付けるようにする。

これらの方式を採用した場合、銅板52のもつ殺菌効果
により、プリズム５の検知面への微生物や藻類の付着を
防止あるいは低減することができる。

次に、第13図は本発明の別の実施例に示すものであ
る。すなわち、上記実施例におけるプリズム５に代え
て、Ｘ字状のガラス棒の如く成形した光学プリズム５′
を用い、且つ該プリズム５′の両端に光ファイバー7,10
を直接結合したものである。

かかる構成とした場合、プリズム５′に入射したレー
ザー光はそのまま進み反射して出て行くため、前記した
実施例を如く光を平行にするためのセルフォックレンズ
９が不要となり、これに伴い、テザーケーブル17とした
光ファイバー7,10をプリズム５′に直接結合することが
できて、水深300mで30Kgの圧力でも結合部に損傷等を起
す虞がなくなる。この結果、検知装置本体２を非耐圧容
器製とすることができる利点がある。

なお、本発明は前記実施例にのみ限定されるものでは
なく、光パワーメーターの代りにOTDR（Optical Time D
omain Reflectometer）を利用して、プリズム検知面下
の物質に対する後方散乱光を検出することにより油、
水、ガスの変化の差を求めるようにしてもよく、又、捕
集フード24にガイドダクト25を斜めに接続した場合を示
したが、捕集フード24を漏斗状にしてもよく、その他本
発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得るこ
とは勿論である。

［発明の効果］ 以上述べた如く、本発明の水中油・ガス漏洩検知装置
によれは、次の如き優れた効果を発揮する。

（ｉ） 耐圧容器製とした検知装置本体の前壁部に、該
検知装置本体外に検知面が露出するように光学プリズム
を取付け、該プリズムに、上記検知面へ光を入射させる
発光器と、上記検知面からの反射光の強度を測定して検
知面に接触した物質を識別する装置をそれぞれ光ファイ
バーを介して接続し、且つ上記検知装置本体の前壁部
に、検知すべき物質を上記プリズムの検知面に収集する
ための収集フードを着脱可能に取付けてなる構成として
あるので、検知装置本体を坑口装置近くに設置すること
により、収集フード内に漏洩物質を直接集めることがで
き、発光器、プリズム、光強度測定装置の組合せにより
光量の違いから海水、油、ガスを識別することができ
て、正確な検知が可能であり、又、従来の電気式の如
き、電極の腐食、電食、更には漏電等の虞がない。

（ii） プリズムをＶ字形状にすることにより、光ファ
イバーの直結が可能となるため、装置本体を非耐圧容器
とするか又は耐圧容器そのものを不要とすることができ
る。

（iii） 捕集フードを用いることにより、漏洩個所を
広範囲に監視できると共に、少ない漏洩量でも精度よく
検知することができる。

（iv） 検知面がガラスであるため、クリーニングが容
易である。

（ｖ） 検知面周辺部に銅板を貼付けることにより、検
知面への微生物や藻類の付着を防止あるいは低減するこ
とができ、クリーニング作業の周期を延ばすことができ
る。

（vi） プリズムの取付部にテーパ状の検知孔を設けた
り、あるいはプリズムの検知面を装置本体の前壁と同一
面にすることにより、検知面部での油、ガス、海水相互
の置換性がよくなり、これら物質の滞留による誤検知の
虞がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の水中油・ガス漏洩検知装置の一実施例
を示す概要図、第２図は坑口装置ツリーマニホールド部
からの漏洩物質を検知している状態を示す概略図、第３
図はプリズムの他の取付例図、第４図はプリズムの検知
面をクリーニングするためのクリーニング装置の一例を
示す概略側面図、第５図は第４図の部分平面図、第６図
はクリーニング装置の他の例を示す概略平面図、第７図
及び第８図はいずれもクリーニング装置で使用するクリ
ーニング部材の例図、第９図は収集フードの着脱機構の
他の例を示す概略側面図、第10図は第９図の平面図、第
11図及び第12図はいずれもプリズム検知面への微生物や
藻類の付着を防止するための手段を示す実施例図、第13
図は本発明の他の実施例を示す概略図である。 ２……検知装置本体、３……前壁板、４……検知孔、 5,5′……光学プリズム、６……発光器、7,10……光フ
ァイバー、11……光パワーメーター、22……収集フー
ド、23……シリンダ、24……捕集フード、28……ブラ
シ、33……ピニオン、34……押引シリンダ、35……ラッ
ク、39,40……モータ、43,44……移動用シリンダ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊本 雅俊 東京都江東区豊洲３丁目１番15号 石川 島播磨重工業株式会社東京第二工場内 (72)発明者 中尾 伸介 東京都江東区豊洲３丁目１番15号 石川 島播磨重工業株式会社東京第二工場内 (72)発明者 河瀬 裕 東京都江東区豊洲３丁目２番16号 石川 島播磨重工業株式会社豊洲総合事務所内

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】耐圧容器製とした検知装置本体の前壁部
   に、該検知装置本体外に検知面が露出するように光学プ
   リズムを取付け、該プリズムに、上記検知面へ光を入射
   させる発光器と、上記検知面からの反射光の強度を測定
   して検知面に接触した物質を識別する装置をそれぞれ光
   ファイバーを介して接続し、且つ上記検知装置本体の前
   壁部に、検知すべき物質を上記プリズムの検知面に収集
   するための収集フードを着脱可能に取付けてなることを
   特徴とする水中油・ガス漏洩検知装置。
2. 【請求項２】検知装置本体の前壁部に、該検知装置本体
   外に検知面が露出するようにＶ字形状とした光学プリズ
   ムを取り付け、該プリズムに、上記検知面へ光を入射さ
   せる発光器と、上記検知面からの反射光の強度を測定し
   て検知面に接触した物質を識別する装置を、上記プリズ
   ムに直結した光ファイバーを介してそれぞれ接続し、且
   つ上記検知装置本体の前壁部に、検知すべき物質を上記
   プリズムの検知面に収集するための収集フードを着脱可
   能に取り付けてなることを特徴とする水中油・ガス漏洩
   検知装置。
3. 【請求項３】海底の坑口部から漏洩した物質を、上記検
   知装置本体の検知面に導くための捕集フードを備えた請
   求項（１）又は（２）に記載の水中油・ガス漏洩検知装
   置。
4. 【請求項４】上記プリズムの検知面をクリーニングする
   ためのクリーニング装置を検知装置本体に備えた請求項
   （１）又は（２）に記載の水中油・ガス漏洩検知装置。
5. 【請求項５】検知装置本体におけるプリズムの検知面周
   辺部に銅板を貼付けた請求項（１）又は（２）に記載の
   水中油・ガス漏洩検知装置。
6. 【請求項６】検知装置本体の前壁部に、該検知装置本体
   の内部より外部へ向けて広がる如きテーパ状の検知孔を
   穿設し、該検知孔の内側に光学プリズムを取付けた請求
   項（１）又は（２）に記載の水中油・ガス漏洩検知装
   置。
7. 【請求項７】検知装置本体の前壁部に凹部を設け、該凹
   部に、上記前壁部の表面と検知面が同一面になるよう光
   学プリズムを嵌設した請求項（１）に記載の水中油・ガ
   ス漏洩検知装置。