JPH0246827B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は水中パイプラインに有用な軽量パイプ
に関する。

〔従来の技術〕

数年前米国ガス協会は、海洋底にガスパイプラ
インを敷設する改良方法を開発する目的で資金供
与を開始した。既存の方法は、海洋表面上に浮か
ぶはしけに支持されたパイプラインの端面にパイ
プの区分を加えることを含んだ。このパイプ区分
は、パイプを水より重くするためにセメントで被
覆された金属芯パイプから成つており、そしてパ
イプラインの完成部は、はしけから海洋底に向け
て傾け降ろし、たれさがる部分は海洋底に静止さ
れる。

この方法は、500フイート（150メートル）まで
の深さにパイプラインを敷設するにはうまく作用
する。しかし、更にガス供給の遂行に意図される
更に深い深さでは、はしけから海底へのパイプの
増大した長さ及び重量はパイプをよじれさせるか
又は曲げる。同様にパイプの増大した重量は、パ
イプの回収を必要とする欠陥又は嵐の場合に大き
な障害となる。

ガス協会の基金供与は、パイプ区分を覆うセメ
ント層が水溶性被覆で覆われた多孔性中空球で充
填されているという示唆に導いた。この被覆中空
球は、初期にはパイプの重量を低減する。しか
し、このパイプが１週間又はその程度水中に沈め
られると、セメント中に浸透する水が球上の被覆
を溶解しそして球を充たす。それによつてパイプ
は、自己の重みで沈み海底に安定に静置される。

多孔性中空球は、米国特許第4111713号明細書
に記載されている。この特許に記載された中空球
においては、球の外壁は、中空微細球のような粒
子で充填されたバインダー材料より成り、孔は、
バインダー材料により完全に満たされない粒子間
のすき間に形成される。ガス協会によつて資金供
与されたパイプ敷設のための従来技術のアプロー
チにおいては、米国特許第4111713号明細書に記
載された多孔性中空球は、中空多孔球の孔を封止
し、最初は球が水で満たされるのを防ぐ水溶性被
覆で覆われた。水溶性被覆が一週間程度にわたつ
て溶解したとき、水はパイプ上のセメント被覆を
浸透し、多孔性球を通つて球の内部に浸透し、パ
イプはずつと重くなつた。

このアプローチは、水溶性被覆の水への露出を
正確にコントロールすることが不可能であるため
に、明らかに実施できないことが証明された。か
かる露出は、被覆球が湿潤セメントに混合される
とき、そして同様に貯蔵中、雨及び空気中の湿気
がセメントに浸透するときに起る。この露出は被
覆の早期溶解を起こし、パイプによる種々のそし
て予想できない結果をもたらす。遂には、水溶性
被覆球のアプローチは放棄され、より深い海洋で
パイプラインを敷設する実際的方法は得られてい
ない。

〔発明が解決しようとする課題〕

したがつて、当該技術が直面する問題は、敷設
されるパイプラインの端に、最初に配置されると
きには軽量であるが、１週間程度の後に海洋床の
底に安定に横たわるように重くなるパイプを如何
にして製造するかということであつた。

〔課題を解決するための手段および作用〕

本発明は、湿りまたは湿潤条件下で貯蔵した後
でも実質的に変化しない速度で水を吸収する、水
中パイプラインに有用な軽量パイプであり、該パ
イプは、芯パイプを取り囲み、かつ中空球で充填
された多孔性のセメント−ベース円筒状シエルか
ら成り、該中空球は個々に(a)重合体バインダー材
料と、該バインダー材料により保持された多数の
固体粒子より成る中空芯多孔性球であつて、球壁
の厚みの少なくとも一部が上記粒子によつて充填
され、該粒子充填球壁が浸透性である中空芯多孔
性球と、(b)該中空芯多孔性球の外表面上の、非常
に薄くて該球を部分的にのみ封止する被覆とより
成り、それによつて、被覆された球に10Kg／cm²又
はそれ以上の圧力下で水がゆつくり浸透し、上記
セメント−ベース円筒状シエルは、そのような圧
力がかかる深さの水中に浸透されていると、次第
に重量が増加することを特徴とする軽量パイプを
提供する。

本発明によれば、信頼できるそして有効な新し
いパイプ敷設法を可能にする新しい多孔性中空球
又は粗大球が提供される。これらの新しい中空球
は、海底での圧力下でも水の遅い吸収のみを起こ
す、低いそしてコントロールされた浸透性を有す
る。特に、本出願人は、浸透性被覆は、米国特許
第4111713号明細書に教示されたような多孔性中
空球に適用することができること、および該被覆
は、その被覆の浸透度を制御するように調節する
ことができることを見出した。したがつて多孔性
球を被覆することにより、本出願人は、ある期間
にわたつて多孔性球に導入される液体の量を制御
することが可能であることを見出した。時間がた
つと溶解してしまう可溶性被覆を適用した従来技
術とは著しく違つて、本出願人は、最初から浸透
性である被覆を提供する。しかしながら、その被
覆は、少量のみを浸透するので、多孔性球を水で
満たすには実質的な時間を要する。

本発明の上記の新規な中空球で充填されたセメ
ントシエルを有するパイプ区分は、最初は低減さ
れた重量を有する（一般に、それらの初期密度は
水の比重より僅かに大きいので、パイプ区分は、
はしけから配置されるときに水中に沈むが、しか
し必要が生じたときは、依然として容易に引き揚
げることができる）。

しかし、球が次第に１〜２週間に亘つて水を吸
収するにつれ、パイプラインは海底に安定に静置
するのに充分なだけ重くなる。

本発明の中空球は、それらの使用が期待される
圧力、すなわち、ほとんど全ての使用に対して10
Kg／cm²又はそれ以上の圧力で浸透性であるように
設計される。好ましい中空球は、米国特許第
4111713号に教示されている如き中空芯多孔性球
から成つている。この球は、孔のいくらかをシー
ルするが、予め定められた圧力及び海洋深度で水
によつて浸透される被覆球を残す薄い被覆を担持
する。この球の外壁は、中空微細球の如き粒子で
充填されたバインダー材料から成り、そしてバイ
ンダー材料で完全には充填されていない粒子間の
すき間に孔が発生する。この球は、本発明の用途
に必要であるものより大きな多孔性をもつて形成
されていてもよいが、しかし重合体ベース材料の
薄い被覆で被覆されるときに必要な浸透性を達成
するものである。

本発明の球の浸透性は、安定であり、そして球
で充填されたパイプ区分は水に入れられたとき予
想できる重量及び予想できる重量増加を有する。
この球は、芯パイプに適用されるべき湿潤セメン
トに適宜に導入することができ、それによつて
500フイート（150メートル）の現在普通の水準よ
り遥かに大きな海深で実際的に敷設することがで
きるパイプ区分を製造することができる。

第１図は、本発明の代表的な低浸透性球の拡大
断面図であり、 第２図は、本発明のある長さのパイプの、部分
的に断面を示した側面図であり、そして 第３図は、本発明のパイプがどのように水中に
敷設されるかを示す模式図である。

第１図は、本発明の代表的な低浸透性中空球１
０の断面図であり、これは部分的なシーリング層
１２で被覆された米国特許第4111713号に示され
ている如き中空芯多孔性球１１から成つている。
この例示の球１１は、中空微細球１３で充填され
ているバインダー材料（図に示されていない）か
ら成る球状外壁から成つている。米国特許第
4111713号（引用して本明細書の一部とする）に
記述されている如く、中空球は、１）バインダー
材料の固化可能な液体小滴と２）中空ガラス微細
球の如き微粉自由流動性分離剤粒子塊を一緒に混
転し、そして十分に混合することによつて調製さ
れる。バインダー材料の小滴は、混転作用中熱又
は他の条件の適用で気体を発生する添加剤を含有
し、小滴内に中心内部空間を形成する。分離剤粒
子は、混転作用中、液体小滴で湿潤され、その中
に少なくとも部分的に吸収されるが、十分な分離
剤粒子が存在するので、個々の非吸収分離剤粒子
に対して液滴を恒常的に混転させる。混転は、中
空液体小滴が冷却、反応、又は溶媒の蒸発による
等で固化する迄続けられる。

この操作は、一般に回転パンの如き混合装置中
で達成される。個体化しうる液体小滴は、固体バ
インダー材料の粒子を溶融することによつて、混
転操作中に形成することができ、又は反応又は溶
媒の蒸発によつて固化する液体を用いてもよい。

固体化中空球は、一般に、直径が平均して約
0.05〜２cmの間にあるが、しかし容易な取扱い及
び望ましい浸透性には、これらは、好ましくは、
直径が0.2〜１cmの間にある。この球は、分離剤
粒子により少なくとも部分的に充填され、好まし
くは完全に充填された球状外壁から成る。球の外
面の分離剤粒子は、一般的には、部分的に埋めら
れているのみであり、球の外部表面を形成するよ
うに部分的に突き出ている。

中空微細球は好ましい分離粒子であり、そして
本発明に用いるために特に軽量の中空芯多孔性球
を形成する。米国特許第3365315号は、特に好ま
しい中空微細球を教示している。他の有用な中空
分離剤粒子には、浮遊法で得た中空フライアツシ
ユ又は中空フエノール系微細球が含まれる。固体
粒子は、少なくとも分離剤粒子の一部を構成す
る。

中空芯多孔性球の多孔性は、分離剤粒子の粒径
をコントロールすることによつて（大きな分離剤
粒子は多孔性を増大する）そしてバインダー材料
の粘度をコントロールすることによつて（分離剤
粒子の大きな容積は低粘度小滴にとられ、そして
バインダー材料のより欠乏した球状壁を与える）、
コントロールされる。ある浅い海深については、
望ましい多孔性は球を被覆することなしに達成さ
れる。しかし、最も普通の多孔性球は、種々の重
合体ベース材料で被覆され、その多孔性又は浸透
性を望ましい水準まで低下させる。エポキシ樹脂
は、それらの強度、化学的安定性及び適用の容易
さの故に好ましい被覆材料である。フエノール樹
脂、尿素−ホルムアルデヒド、ウレタン、ポリエ
ステル、又はアクリレートは、用いられる他の重
合体のいくつかの例である。

中空芯多孔性球に適用されるシール材料の厚さ
又は重量が大きければ、それだけシール材料で充
填される細孔の数は多い。必要な浸透性の度合い
は、球で充填されたパイプが用いられる海深に依
つて変わる。パイプが深くで用いられれば、それ
だけ球に水を押し入れるのに発揮される圧力が大
きく、そして球を水で充填する所望の遅い速度を
達成するためには、それだけ低い浸透性が必要と
される。一般に所期の圧力で球が満たされるのに
少なくとも一週間がかかり、そして充填の最適速
度は約10〜15容量％／週である。この後者の速度
は、水中に展開後、最初の２週間の間に約20〜30
％重量増加し、それによつて最終的に重量を増加
する本発明のパイプを生ずる。かかる増加は、最
初の２週間内の容易な取扱い、及び必要な場合の
回収を可能にする。

実際的な被覆方法を可能にするために、球が凝
集するのを回避するために二段階またはそれ以上
でより厚いシール被覆を適用するのがよい。米国
特許第4111713号に記述されている中空微細球充
填多孔性球については、球上への被覆は、普通
1000フイート（300メートル）の海深に望ましい
浸透性及び圧縮強度を達成するために、約20〜
100マイクロメートル厚である（かかる深さは、
それぞれ、一般に約500ポンド／平方インチ（35
Kg／cm²）の圧力がかかり、そして圧縮強度を必要
とし、500〜1500フイート（150〜450m）の深さ
は一般に250〜750ポンド／平方インチ（17.5〜
52.5Kg／cm²）の圧力がかかる。）。この厚さを達成
するために二つ又は三つの被覆が典型的に用いら
れる。

このシーリング材料は、粘度が広範囲に変わつ
てよい。低粘度はより良好な被覆を与えるが、し
かしかかる材料のより重い重量の被覆は均一な厚
さのものとしては適用することができない。より
強い撹拌は高粘度シーリング材料で凝集を制限す
る。好ましい粘度範囲は約500〜5000センチポイ
ズであるが、しかし100センチポイズのように低
い粘度及び20000センチポイズのように高い粘度
も用いられた。

被覆操作は、普通、中空芯多孔性球及びシーリ
ング材料を含有するミキサー中で遂行される。別
法として、米国特許第4111713号（特に第５図参
照）に教示される如く、球はコンベアーベルト上
を運ばれながら、シーリング材料により噴霧され
てもよく、次に上に向かう空気ジエツト自由落下
流中に吹きつけ、そこでシーリング材料が固化す
る。

第２図は、低浸透性球で充填されたセメントシ
エル１７で被覆された中心パイプ１６から成る。
本発明の典型的なパイプ区分１５を示す。このパ
イプは、代表的には低浸透性球を所望のいずれか
のセメント組成物に混合することによつてつくら
れ、これは水浸透性又は多孔性セメント構造物を
形成する。この混合物は、次に中心パイプの廻り
の層として適用される。この球は、セメント中に
分散された後は、一般に化学的に不活性であるべ
きである。

このセメントは、完成パイプの重量が海水の比
重とほぼ同じか又は、それよりわずかに高いよ
う、充分な球で充填される。この球は、一般に約
0.35ｇ／cm³より高くない密度を有する。これより
高い密度は、水の密度に等しい全体のパイプ重量
を達成するためには、球が混合物の約50容量％よ
り多いという非実際的な荷重でセメントに混合す
ることが必要になる。最も望ましい球密度は、約
0.2ｇ／cm³、又はそれ以下であり、この場合は、
容積荷重は30％以下でよい。

パイプラインの調製は、第３図に示されるよう
に進められる。パイプ区分が次々に加えられ、そ
して完成部分１９がはしけ２０から展開される。
完成部分の重量はそれを水中に沈め、そして海底
に最後に静止させる。しかし、その初期の低減重
量の故に、パイプは、１週間又は２週間内には海
洋表面に容易に揚げることができる。

〔実施例〕

本発明を以下の実施例で更に説明する。

フエノール樹脂の熱反応性、熱硬化性、一段法
2.4〜3.4mm直径粒子（１〜1.5モルのホルムアルデ
ヒド対１モルのフエノールのモル比を有するフエ
ノール、ｏ−クレゾール、及びホルムアルデヒド
のアンモニア触媒縮合生成物）を用いて、多孔性
中空球を調製した。粒子は、10〜100マイクロメ
ートル直径中空ガラス微細球のベツドを含有する
９インチ（23cm）直径パンに落とした。このパン
を35゜の角度に傾け、約２回転／秒回転し、そし
てブンゼンバーナーで250〓（120℃）の温度に下
から加熱した。発泡剤として作用する水により固
化中空微細球が約２分間で形成した。この球は直
径約６〜10mmであつた。

得られる球のシエルは、大気圧で水によつて浸
透されないが、微細多孔性であつた。約10ポン
ド／平方インチ（0.7Kg／cm²）水圧で、中空球は
急速に（即ち数分で）大部分水で充たされた。ベ
ツクマン空気比較ピクノメーターでの試験は、球
が約２ポンド／平方インチ（0.14Kg／cm²）圧力で
ある空気で直ちに充たされることを示している。

この多孔性球は、次にエポキシ樹脂の２つの連
続層で被覆した。300ｇの球を５−ガロン
「Mixall」混合バケツに入れ、そして加熱ガンで
160〓（70℃）に加熱し、その後94.6部のビスフ
エノールＡの液体ジグリシジルエーテル及び5.4
部の脂肪族モノグリシジルエーテル希釈剤から成
る混合物（パートＡ）26.7部をバツチに加え、そ
してすべての球を被覆するように充分混合した。
次に48.3部の、アミノエチルピペラジンとノニル
フエノールの75−25混合物；18.9部の、変性脂肪
族アミン90部とビスフエノールＡジグリシジルエ
ーテル10部のアミン末端付加物；10.5部の、アミ
ノエチルピペラジン65部とビスフエノールＡジグ
リシジルエーテル35部のアミン末端付加物；18.9
部の非反応性増量剤樹脂及び顔料、及び3.4部の
トリス（２，４，６−ジメチルアミノメチル）フ
エノールから成る混合物（パートＢ）21.3部を加
え、そしてこのバツチをゲル化が起こるまで充分
混合しそして被覆球が自由流動性となるように充
分なキユアリングを起こした。混合の直後、パー
トＡとパートＢのブレンドは、23℃で3600センチ
ポイズの粘度を有した。第二の被覆を同じように
して適用したが、しかし量は20.1部のパートＡ及
び15.9部のパートＢに低減した。

被覆球の密度は0.20ｇ／cm³であり、これらは静
水圧で測定して500ポンド／平方インチ〜900ポン
ド／平方インチ（35〜63Kg／cm³）の圧縮強度を示
した。ベツクマン空気比較ピクノメーターでの球
の試験では、ピクノメーターは27秒のドリフトを
示し、満足な低度の浸透性が達成されたことを意
味する。

この球を、25部のポルトランドセメント、76部
の砂、38部のじやり、及び10部の水から成るセメ
ントに混合し、混合物の30容量％を引き受けるの
に充分な球を加えた。この混合物を次にキユア
し、そして端に添い４インチ（10cm）のそして約
1.15ｇ／cm³の密度を有する立方体を形成した。セ
メント立方体を７日間熟成し、通常の大気圧で１
〜３日間水に浸漬し、そして次に500ポンド／平
方インチ（35Kg／cm³）の圧力で水中に入れた。球
の内部空隙は立方体の約25容量％を引き受けた。
したがつて、立方体は加圧水浸漬中に水の密度を
乗じた立方容積の25容量％に等しい量で、最終的
に重量増加することができた。圧力下においた
後、この立方体は、最終的に重量が増加した重量
の10〜15％のほぼ直線レート／週で重量増加し
た。

〔発明の効果〕

本発明の水中パイプラインに有用な軽量パイプ
は、海底に浸漬されたときに、セメント−ベース
円筒シエル中の被覆された中空芯多孔性球が１〜
２週間にわたつて次第に水を吸収するにつれ海底
に安定に静置するのに十分なだけ重くなる。した
がつて、本発明の軽量パイプを用いたパイプライ
ンは、１〜２週間の間は海洋表面に容易に引揚げ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の中空球の拡大断面図であり、
第２図は本発明のパイプ区分の部分的側面図であ
り、第３図は、本発明のパイプの敷設法を示す模
式図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 湿りまたは湿潤条件下で貯蔵した後でも実質
   的に変化しない速度で水を吸収する、水中パイプ
   ラインに有用な軽量パイプであり、該パイプは、
   芯パイプを取り囲み、かつ、中空球で充填された
   多孔性のセメント−ベース円筒状シエルから成
   り、該中空球は個々に(a)重合体バインダー材料
   と、該バインダー材料により保持された多数の固
   体粒子より成る中空芯多孔性球であつて、球壁の
   厚みの少なくとも一部が上記粒子によつて充填さ
   れ、該粒子充填球壁が浸透性である中空芯多孔性
   球と、(b)該中空芯多孔性球の外表面上の、非常に
   薄くて該球を部分的にのみ封止する被覆とより成
   り、それによつて、被覆された球に10Kg／cm²又は
   それ以上の圧力下で水がゆつくり浸透し、上記セ
   メント−ベース円筒状シエルは、そのような圧力
   がかかる深さの水中に浸漬されると、次第に重量
   が増加することを特徴とする軽量パイプ。 ２ 固体粒子が中空微細球から成る特許請求の範
   囲１に記載の軽量パイプ。 ３ 中空球が35Kg／cm²又はそれ以上の圧力で水に
   よつてゆつくり浸透される特許請求の範囲１に記
   載の軽量パイプ。