鋼製カテナリーライザー

スチールカテナリーライザー（SCR）は、海底パイプラインを深海浮体式または固定式の石油生産プラットフォームに接続する一般的な方法です。SCRは、石油、ガス、注入水などの流体をプラットフォームとパイプライン間で移送するために使用されます。

説明

海洋産業では、カテナリーという語は、数学における歴史的な意味よりも広い意味を持つ形容詞または名詞として使用されています。したがって、かなりの曲げ剛性を持つ剛性の鋼管を使用する SCR は、カテナリーと呼ばれます。これは、海洋の深さのスケールでは、剛性パイプの曲げ剛性が SCR の吊り下げられたスパンの形状にほとんど影響を与えないためです。SCR がとる形状は、主に重量、浮力、および流れと波による流体力によって制御されます。SCR の形状は、補強されたカテナリー方程式によって十分に近似されます。[1]予備的な検討では、従来の剛性鋼管を使用しているにもかかわらず、精度のさらなる低下が許容される場合は、理想的なカテナリー方程式を使用して SCR の形状を近似することもできます[2]。理想的なカテナリー方程式は、歴史的に、空間内の点間に吊り下げられたチェーンの形状を記述するために使用されています。チェーン ラインは定義により曲げ剛性がゼロであり、理想的な懸垂線方程式で記述されるチェーン ラインは極めて短いリンクを使用します。

SCR は、NAE の Carl G. Langner 博士 PE によって発明されました。博士は、プラットフォームと SCR が流れや波の中で移動する際に、サポート プラットフォームに対する SCR の上部領域の角度のたわみを吸収するために使用されるフレキシブル ジョイントを備えた SCR について説明しました。[3] SCR では、何千フィートもの長いサポートされていないパイプ スパンが使用されます。複雑なダイナミクス、渦誘起振動(VIV) を含む流体力学、海底とパイプの相互作用の物理学が関係します。これらは、SCR パイプの構築に使用される材料に厳しいものです。Langner 博士は、米国特許を申請する前に、何年も分析および設計作業を実行しました。その作業は 1969 年より前に開始され、機密であるシェルの内部文書に反映されていますが、初期の「ベア フット」SCR 設計に関する特許が発行されました。[4] VIV は主に、SCR パイプに取り付けられたデバイスを使用して制御されます。例えば、VIV振幅を大幅に低減する螺旋状のストレーキやフェアリング[5]のようなVIV抑制装置が挙げられます。 [6] SHEAR7プログラムのようなVIV予測エンジニアリングプログラムの開発は、MITとShell Exploration & Production [7]の協力により開始された継続的なプロセスであり、SCR開発を念頭に置きながら、SCRコンセプトの開発と並行して進められています。[8]

SCR の剛性パイプは、浮体式または剛性プラットフォーム上の吊り下げ点と海底の間で懸垂線を形成します。[9]自由吊り下げ式の SCR は、文字「J」に似た形状をしています。鋼鉄製遅延波ライザー (SLWR) の懸垂線は、実際には少なくとも 3 つの懸垂線セグメントで構成されています。懸垂線の上部セグメントと海底セグメントは負の水中重力を持ち、その曲率は海底に向かって「膨らんで」います。中間セグメントには、全長にわたって浮力材が取り付けられているため、鋼管と浮力の全体は正の浮力を持ちます。したがって、浮力セグメントの曲率は上方に「膨らんで」おり (逆懸垂線)、その形状も同じ補強された懸垂線または理想的な懸垂線方程式でよく近似できます。正浮力セグメントと負浮力セグメントは、結合点で互いに接しています。 SLWRの全体的なカテナリー形状は、これらの場所で変曲点を持つ。SLWRは、Lazy Wave構成のフレキシブルライザーがそれ以前から数十年にわたって広く使用されていたにもかかわらず、 2009年にブラジル沖のタレット係留式FPSO（BC-10、シェル社）に初めて設置された[10] 。

レイジーウェーブSCR（SLWR）の最も深い適用例は現在、メキシコ湾の水深9,500フィートに係留されているストーンズタレット係留FPSO （シェル）です。[11]ストーンズFPSOタレットには切り離し可能なブイが備わっており、乗組員を乗せた船舶をSLWRを支持するブイから切り離し、ハリケーンが到来する前に適切な避難所に移動させることができます。

SCRパイプと海底に敷設された短いパイプセグメントには、「ダイナミック」パイプ、すなわちパイプラインの肉厚よりわずかに厚い肉厚の鋼管が使用されています。これは、SCRのタッチダウンゾーンにおける動的曲げと鋼材の疲労に耐えるためです。SCRは通常、その先を剛性パイプラインで延長しますが、フレキシブルパイプラインの使用も可能です。 [12] [13] ライザーは通常、直径8～12インチで、2000～5000psiの圧力で動作します。[14]これらの範囲を超えるパイプサイズと動作圧力の設計も可能です。

フリーハンギング式SCRは、1994年にシェル社によって水深872mに係留されたオーガー・テンション・レッグ・プラットフォーム（TLP）[15]に初めて採用されました[16]。SCRコンセプトがオーガーTLPでの使用に技術的に適切であることをシェル社に証明したことは、カール・G・ラングナー博士の大きな功績でした。これは技術的な飛躍でした。その後、オフショア業界全体にSCRコンセプトが比較的早く受け入れられました。SCRは、最初のオーガーTLPへの設置以来、世界中の油田・ガス田で信頼性の高い性能を発揮しています。

参考文献

  1. ^ Langner, Carl G.、「Suspended Pipe Span Relationships」、OMAE シンポジウム、pp 552-558、ニューオーリンズ、1984 年 2 月。
  2. ^ Wajnikonis, Christopher J.、Robinson, Roy、「インタラクティブ深海ライザーの設計、分析、および設置方法論」、IBP 42400、2000 Rio Oil & Gas Expo and Conference、2000 年 10 月 16 ～ 19 日、ブラジル、リオデジャネイロ。
  3. ^ Langner, Carl G.、「懸垂下降管用エラストマー回転支持アセンブリ」、米国特許第5,269,629号、1993年12月14日、1991年7月29日出願。https://patentimages.storage.googleapis.com/99/98/ed/70530d77647e2c/US5269629.pdf
  4. ^ Langner, Carl G., Visser, RC、米国特許3,669,691、フローラインをプラットフォームに接続する方法、1971年2月8日出願、1972年10月24日発行。https://patentimages.storage.googleapis.com/23/89/6d/084cd5a1d531fa/US3699691.pdf
  5. ^ Allen, DW, Lee, L., Henning, DL, 渦誘起振動の抑制のためのフェアリングとヘリカルストレーキ：技術比較、OTC 19373、海洋技術会議、2008年5月5～8日、テキサス州ヒューストン。https://www.onepetro.org/conference-paper/OTC-19373-MS
  6. ^ Vandiver, J. Kim 他著、SHEAR7 バージョン 4.10b ユーザー ガイド、著作権はマサチューセッツ工科大学 (MIT) が所有し、AMOG Consulting が配布 https://shear7.com/Userguide_v4.10b.pdf
  7. ^ Vandiver、J. Kim 他、SHEAR7 の歴史 https://shear7.com/shear7-evolution/
  8. ^ Allen, DW、「オージェTLPおよび鋼製懸垂式輸出ライザーの渦誘起振動」、OTC 7821、海洋技術会議、1995年5月1～4日、テキサス州ヒューストン。https://www.onepetro.org/conference-paper/OTC-7821-MS
  9. ^ Langner, Carl G.、「タッチダウンポイントでのセルフトレンチングによる鋼製カテナリーライザーの疲労寿命の向上」、OTC 15104、海洋技術会議、2003年5月5～8日、テキサス州ヒューストン、米国。https://www.onepetro.org/conference-paper/OTC-15104-MS
  10. ^ Wajnikonis, Christopher J., Leverette, Steve, 「超深海懸垂下降ライザーの動的荷重の改良」、OTC 20180、オフショア技術会議、2009年5月4～7日、テキサス州ヒューストン、米国。https://www.onepetro.org/conference-paper/OTC-20180-MS
  11. ^ Webb, CM, van Vugt, M., Offshore Construction – Installing the World's Deepest FPSO Development, OTC 27655, Offshore Technology Conference, 2017年5月1日～4日, 米国テキサス州ヒューストン. https://www.onepetro.org/conference-paper/OTC-27655-MS
  12. ^ 「スチールカテナリーライザー」Tenaris。
  13. ^ 「スチールカテナリーライザー」。2H Offshore。
  14. ^ ハウエルズ、ヒュー. 鋼製カタナリーライザー設計の進歩(PDF) . DEEPTEC'95.
  15. ^ Phifer, KH, Kopp, F., Swanson, RC, Allen, DW, Langner, CG, オーガースチールカテナリーライザーの設計と設置、OTC 7620、オフショア技術会議、1994年5月、テキサス州ヒューストン、米国。https://www.onepetro.org/conference-paper/OTC-7620-MS
  16. ^ Mekha, Basim (2001年11月). 「浮体式生産システム向け鋼製カテナリーライザー設計の最新動向」. Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering . 123 (4): 153– 158. doi :10.1115/1.1410101.
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