JP3561726B2 - 採油用ライザー管の浮力調整方法および採油用ライザー管を使用する石油生産システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海底下で採取した石油を海底から海上の船型浮体まで移送するために使用される採油用ライザー管の浮力を調整する方法および該採油用ライザー管を使用する石油生産システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８に示す採油用ライザー管１は、海底下で採油した石油を海底から海上の船型浮体２まで移送するものであり、鋼等で形成されている。このライザー管１は、その下半部周囲に配設したフロート部材３によって該下半部が浮力過剰な状態に置かれており、このため、その下端部が海底面に対してほぼ直角な姿勢を維持している。
一方、ライザー管１の上半部は、自重によって下向きな姿勢を維持し、かつ、浮体２の上下動に応じて、剛性構造が許容するわずかな撓みの範囲内で湾曲変形する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記ライザー管１の上端には、ほぼその上半部の自重が張力として作用し、また、該ライザー管１の下端には、ほぼその下半部の余剰浮力が張力として作用する。したがって、このライザー管１の張力分布は図９のように表わされる。
上記ライザー管１に作用する張力は、水深が大きくなるに伴って増大するので、大水深下での採油作業に対応するためには、ライザー管１本体およびその上下端の支持構造を強固にしなければならないが、これは、設備コストをアップさせる要因の１つになる。
一方、採油用ライザー管を使用する石油生産システムにおいては、風、波、潮流等の外力が船型浮体に作用して、ヨウ運動（水平面内回転運動）だけでなく、ロール運動（横揺れ運動）およびピッチ運動（縦揺れ運動）する。
従来においては、上記船型浮体に設けられたタレットによって上記ヨウ運動に伴う採油用ライザー管のねじれを防止するようにしていたが、このタレットはロール運動およびピッチ運動に伴う採油用ライザー管の傾きを回避する機能を有していない。このため、ロール運動およびピッチ運動時にライザー管の支持点に曲げモーメントが作用して、その支持機構の負担が大きくなるという問題を生じている。
【０００４】
本発明の課題は、このような従来の技術の問題点に鑑み、採油用ライザー管の上下端部に作用する張力を可及的に低減することができる採油用ライザー管の浮力調整方法を提供することにある。
また、本発明の他の課題は、採油用ライザー管の支持点に曲げモーメントが発生するのを回避することができる採油用ライザー管を使用する石油生産システムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明に係る採油用ライザー管の浮力調整方法は、前記ライザー管の下半部に作用させていた浮力を、該ライザー管の下半部の上方部を除く第１の区間と上半部の上方部を除く第２の区間に分散させるようにし、前記第１の区間が、前記ライザー管の上端より略３Ｌ／４（Ｌ：ライザー管の全長）離れた点以下の区間であり、前記第２の区間が、前記ライザー管の上端より略Ｌ／４離れた点と略Ｌ／２離れた点との間の区間であることを特徴としている。
【０００６】
また、本発明に係る採油用ライザー管の浮力調整方法は、前記ライザー管の下半部に作用させていた浮力を、該ライザー管の下半部の上方部を除く第１の区間と、前記下半部の上方部を含みかつ上半部の上方部を除く部位を含む第２の区間に分散させ、前記第２の区間には、中性浮力を作用させるようにしたことを特徴としている。
【０００７】
さらに、本発明に係る採油用ライザー管の浮力調整方法は、前記第１の区間が、前記ライザー管の上端より略３Ｌ／４離れた点以下の区間であり、前記第２の区間が、前記ライザー管の上端より略Ｌ／４離れた点と略３Ｌ／４離れた点との間の区間であることを特徴としている。
【０００８】
上記他の課題を解決する本発明に係る石油生産システムは、採油用ライザー管をタレットを介して支持する船型浮体を備え、海底下で採取した石油を前記採油用ライザー管を介して海底から海上まで移送する石油生産システムであって、前記タレットが、球面を有する球面ブロックを球面軸受けによって支持した構造を有し、前記球面ブロックに前記ライザー管を支持させたことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る採油用ライザー管の浮力調整方法について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態を示している。なお、この図１において、図８に示す各要素と共通する要素には同一の符号を付してある。
【００１０】
図１に示す採油用ライザー管１は、海底下で採油した石油を海底から海上の船型浮体２まで移送するために使用するものであり、鋼等で形成されている。このライザー管１は、その上端より略３Ｌ／４（Ｌ：ライザー管の全長）離れた点以下の区間の周囲にフロート部材３−１を配設し、かつ、上記上端より略Ｌ／４離れた点と略Ｌ／２離れた点との間の区間の周囲にフロート部材３−２を配設してある。
なお、フロート部材３−１，３−２のそれぞれと図８に示したフロート部材３とは、長さが異なる（前者の長さは後者の長さの半分）ものの、構造および機能においては同一である。
【００１１】
この実施例においては、図８に示すフロート部材３の浮力が上記各フロート部材３−１，３−２に分散されるので、ライザー管１が海中において図示したような形態を示す。なお、図１の鎖線１は、図８に示すライザー管１と同じ形態を示している。
【００１２】
このように、この実施例では、ライザー管１の上半部側（上記略Ｌ／４の点と略２Ｌ／４の点との間に位置する区間）に浮力を分散させているので、該ライザー管１の張力分布が図２に実線で示したようになる。
すなわち、上方のフロート部材３−２による浮力によってライザー管１の上端での張力が図８の場合におけるそれ（鎖線参照）の約半分に低減され、かつ、下方のフロート部材３−１による浮力が図８の場合の半分になるので、ライザー管１の下端における張力も図８の場合におけるそれ（鎖線参照）の約半分に低減される。
【００１３】
したがって、ライザー管１本体およびその上下端の支持構造として従来と同様のものを採用した場合、より水深の大きな場所での作業が可能になり、また、水深がそれほど大きくないところの作業に適用する場合には、上記支持構造の必要強度を従来よりも低くすることができる。
【００１４】
なお、上記実施例では、フロート部材３−１，３−２の長さを等しくして、図８に示すフロート部材３の浮力を該各フロート部材３−１，３−２に等分散するようにしているが、これらのフロート部材３−１，３−２の長さを異ならせること、つまり、これらのフロート部材３−１，３−２に対する上記張力の分散比率を異ならせることも可能である。
また、上記フロート部材３−１，３−２は、必ずしも図１に示した位置に設ける必要はなく、それらの配設位置が若干上下にずれてもライザー管１の上下端の張力低減効果が得られる。
【００１５】
要するに、ライザー管１の下半部に作用させていた図８のフロート部材３による浮力を、該ライザー管１の下半部の上方部を除く第１の区間と上半部の上方部を除く第２の区間とに分散させるようにすれば、ライザー管１の，上下端における張力を低減することができる。
【００１６】
更に、上記実施例では、１個のフロート部材３−２をライザー管１の上半部内に配設してあるが、このフロート部材を複数に分割して、それらをたとえば上記フロート部材の配設区間に間欠的に配列させることも可能である。この場合、例えば分割フロート部材の配列数を３個とすると、その配列区間におけるライザー管１の張力は、図２に点線で例示したようになる。
【００１７】
図３は、本発明の第２の実施形態を示している。この実施形態におけるライザー管１は、その上端より略３Ｌ／４離れた点以下の区間にフロート部材３−１を配設するとともに、上記上端より略Ｌ／４離れた点と略３Ｌ／４離れた点との間の区間にフロート部材３−３を配設している。
フロート部材３−１は、その配設区間に過剰浮力を作用させる。フロート部材３−３は、フロート部材３−１のほぼ２倍の長さを有し、その配設区間における浮力がほぼ中性浮力となるようにその浮力が設定されている。
【００１８】
この第２の実施形態によれば、図８に示すフロート部材３の浮力がフロート部材３−１，３−３に分散されるので、ライザー管１の張力分布が図４に実線で示したようになる。
すなわち、上方のフロート部材３−３による浮力によってライザー管１の上端での張力が図８の場合におけるそれ（鎖線参照）の約半分に低減され、かつ、下方のフロート部材３−１による浮力が図８の場合の半分になるので、ライザー管１の下端における張力も図８の場合におけるそれ（鎖線参照）の約半分に低減される。そして、フロート部材３−３の配設区間におけるライザー管１の張力がほぼゼロになる。
したがって、この第２の実施形態においても、上記第１の実施形態と同様に、ライザー管１の上下端における張力を低減することができる
【００１９】
なお、上記実施例では、フロート部材３−１の長さをライザー管１の長さの略１／４に、また、フロート部材３−３の長さをライザー管１の長さの略１／２にそれぞれ設定しているが、必ずしもそのように設定しなくても良い。
すなわち、フロート部材３−１の長さは、ライザー管１の下端の張力の低減作用（この作用を得るためには、ライザー管１の長さの１／２よりも短くする必要がある。）と、該ライザー管１の下端部を海底面にほぼ直角にさせる過剰浮力作用とが得られるのであれば、ライザー管１の長さの略１／４に限定されない。
【００２０】
また、フロート部材３−３の長さは、ライザー管１の上端の張力の低減作用（この作用を得るためには、その上端がライザー管１の中間点よりも上方に位置している必要がある。）が得られ、かつ、該ライザー管１の上端部が自重によってほぼ垂直な姿勢になるという条件が満たされれば、ライザー管１の長さの略１／２に限定されない。
【００２１】
図５は、石油生産システムの要素である前記船型浮体２の部分平面図である。また、図６および図７は、それぞれ図５のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。これらの図に示すように、船型浮体２はタレット５を備え、このタレット５に接続された係留索６を介して海底に係留されている。そして、前記ライザー管１は、このタレット５にその上端が支持されている。
【００２２】
タレット５は、球面を有する球面ブロック５ａと、この球面ブロック５ａの軸線に沿って一体形成された円柱部５ｂとを備えている。球面ブロック５ａは、球体の上部および下部を平坦にした形状を有し、その球面に接する球面軸受け７を介して船型浮体２の船体２ａに水平に支持されている。
上記球面ブロック５ａを備えたタレット５によれば、上記円柱部５ｂを任意の方向に傾動させることができるとともに、その円柱部５ｂをその軸線を中心として回動させることができる。
【００２３】
上記タレット５は、索６によってその運動がほぼ規制されている。したがって、船型浮体２が風、波、潮流等の外力によって例えばヨウ方向に付勢された場合、この浮体２の船体２ａがタレット５を中心として例えば図５に鎖線で示したようにヨウイングすることになる。
また、船型浮体２が、上記外力によってピッチ方向およびロール方向に付勢された場合には、その船体２ａがタレット５を中心として例えば図６および図７に鎖線で示したようにヨウイングおよびローリングをすることになる。
【００２４】
このように、上記タレット５を備えた船型浮体２によれば、該浮体２がヨウ、ピッチ、ロールのいずれの方向に運動した場合でも、タレット５の円柱部５ｂがほぼ垂直な姿勢を保持するので、この円柱部５ｂに接続されたライザー管１に曲げモーメントが作用しない。したがって、ライザー管１本体およびその上下端の支持構造に対する外力負荷を低減して、それらの疲労を少なくすることが可能になる。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、ライザー管の下半部に作用させていた浮力を、該ライザー管の下半部の上方部を除く第１の区間と上半部の上方部を除く第２の区間に分散させるようにしているので、上記ライザー管の上下端に作用する張力を低減することができる。したがって、ライザー管本体およびその上下端の支持構造として従来と同様のものを採用した場合、より水深の大きな場所での作業が可能になり、また、水深がそれほど大きくないところの作業に適用する場合には、上記支持構造の必要強度を従来よりも低くすることができる。
【００２６】
そして、特に請求項１の発明では、前記第１の区間が、前記ライザー管の上端より略３Ｌ／４（Ｌ：ライザー管の全長）離れた点以下の区間であり、前記第２の区間が、前記ライザー管の上端より略Ｌ／４離れた点と略Ｌ／２離れた点との間の区間であるので、ライザー管の上下端に作用する張力が該ライザー管の下半部に浮力を作用させた場合のそれに比してほぼ半減することになる。
【００２７】
請求項２に係る発明によれば、ライザー管の下半部に作用させていた浮力を、該ライザー管の下半部の上方部を除く第１の区間と、前記下半部の上方部を含みかつ上半部の上方部を除く部位を含む第２の区間とに分散させ、前記第２の区間に中性浮力を作用させるようにしているので、請求項１に係る発明と同様な効果を得ることができる。
【００２８】
請求項３に係る発明によれば、前記第１の区間が、前記ライザー管の上端より略３Ｌ／４離れた点以下の区間であり、前記第２の区間が、前記ライザー管の上端より略Ｌ／４離れた点と略３Ｌ／４離れた点との間の区間であるので、請求項１に係る発明と同様な効果を得ることができる。
【００２９】
請求項４に係る発明によれば、採油用ライザー管を支持するタレットが、球面を有する球面ブロックを球面軸受けによって支持した構造を有するので、上記タレットを備える船型浮体がヨウ、ピッチ、ロールのいずれの方向に運動した場合でも、タレットの姿勢が保持される。
したがって、タレットに支持されたライザー管に曲げモーメントが作用するのを回避して、ライザー管本体およびその上下端の支持構造に対する外力負荷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の浮力調整方法の一実施形態を示す概念図。
【図２】図１の実施形態におけるライザー管の張力分布を例示したグラフ。
【図３】本発明の浮力調整方法の他の実施形態を示す概念図。
【図４】図３の実施形態におけるライザー管の張力分布を例示したグラフ。
【図５】船型浮体におけるタレットの配設部を示す部分平面図。
【図６】図５のＡ−Ａ断面図。
【図７】図５のＢ−Ｂ断面図。
【図８】従来におけるライザー管の浮力調整方法を示す概念図。
【図９】図８のライザー管の張力分布を例示したグラフ。
【符号の説明】
１ ライザー管
２ 船型浮体
３−１〜３−３ フロート部材
５ タレット
５ａ 球面ブロック
５ｂ 円柱部
６ 係留索
７ 球面軸受け

Claims (4)

1. 海底下で採油した石油を海底から海上まで移送する採油用ライザー管の浮力を調整する方法であって、
   前記ライザー管の下半部に作用させていた浮力を、該ライザー管の下半部の上方部を除く第１の区間と上半部の上方部を除く第２の区間に分散させるようにし、前記第１の区間が、前記ライザー管の上端より略３Ｌ／４（Ｌ：ライザー管の全長）離れた点以下の区間であり、前記第２の区間が、前記ライザー管の上端より略Ｌ／４離れた点と略Ｌ／２離れた点との間の区間であることを特徴とする採油用ライザー管の浮力調整方法。
2. 海底下で採油した石油を海底から海上まで移送する採油用ライザー管の浮力を調整する方法であって、
   前記ライザー管の下半部に作用させていた浮力を、該ライザー管の下半部の上方部を除く第１の区間と、前記下半部の上方部を含みかつ上半部の上方部を除く部位を含む第２の区間に分散させ、前記第２の区間には、中性浮力を作用させるようにしたことを特徴とする採油用ライザー管の浮力調整方法。
3. 前記第１の区間が、前記ライザー管の上端より略３Ｌ／４離れた点以下の区間であり、前記第２の区間が、前記ライザー管の上端より略Ｌ／４離れた点と略３Ｌ／４離れた点との間の区間であることを特徴とする請求項２に記載の採油用ライザー管の浮力調整方法。
4. 採油用ライザー管をタレットを介して支持する船型浮体を備え、海底下で採取した石油を前記採油用ライザー管を介して海底から海上まで移送する石油生産システムであって、
   前記タレットが、球面を有する球面ブロックを球面軸受けによって支持した構造を有し、前記球面ブロックに前記ライザー管を支持させたことを特徴とする採油用ライザー管を使用する石油生産システム。

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