海底資源の生産システム - 東京大学riodeut.k.u-tokyo.ac.jp/kisokoza_20181218_2.pdf2018/12/18 · 2018 年12月18日第8回（12：30－14：00）海底資源の生産システム

2018年12月18日第8回

（12：30－14：00）

海底資源の生産システム

・サブシー生産システム

・設置作業用船舶

1

海底油ガス田開発のライフサイクル

2Yong Bai, Qiang Bai, 尾崎雅彦 (翻訳)、サブシー工学ハンドブック Subsea Engineering Handbook

サブシー生産システムの構成要素

海底掘削システム

クリスマスツリー、坑口装置

アンビリカル、ライザー

マニホールド、ジャンパー

タイイン、フローライン

制御システム

海底への設置

3

サブシー生産システムの主要構成要素間の関係

Yong Bai, Qiang Bai, 尾崎雅彦 (翻訳)、サブシー工学ハンドブック Subsea Engineering Handbook

サブシー生産システム

分配システム• アンビリカルシステムを通じてすべての機器を海底とトップサイド間で通信して制御するために装備される製品群

海底調査• 人が引き起こす可能性のある危険要因、自然の危険要因、開発海域やパイプライン建設における工学上の制

約の特定、生態系に与える可能性のある影響の評価、海底や海底下の状態を明らかにするために実施

設置作業と船• 沖合環境下でサブシー機器や海底構造物を据え付ける作業とそのための船

コスト評価• CAPEXとOPEX

サブシー制御

海底へのパワー供給

プロジェクト遂行とインターフェース


全体構成


Wet treeを用いた典型的なサブシー生産システム

海底マニホールド

流体のフローを結合、分配、制御、モニターするために設計された配管やバルブの配置


海底マニホールド

ジャンパー

2つの構成要素間の生産流体輸送に使われる短いパイプのコネクタ

• ツリーとマニホールド• マニホールドと他のマニホールド• マニホールドとエクスポートスレッド


サブシーリジットジャンパー

海底坑口装置（サブシーウェルヘッド）

油井の上面で圧力を維持するための構成要素

• 沖合プラットフォームの上、陸上：サーフェス坑口装置

• 海底上：海底坑口装置、マッドライン坑口装置


海底坑口装置

サブシーウェルヘッドの機能

ケーシングストリングを支持してシールする

掘削中はBOPスタックを支持する

仕上げ後はサブシーツリーを支持する


典型的な18-3/4inchサブシーウェルヘッドシステム

噴出防止装置（BOP）

坑井を掘削している間、坑内の異常高圧を封じ込めるために使用

掘削後、検層により十分な量の油・ガスが存在するものと判断されると、そのゾーンに生産用チュービングが降下され、その後、BOPスタックを取り除き、ウェルヘッドから処理設備までの油・ガスの流れを制御する接手を取り付けることによって、坑井が仕上げられる


サブシー（クリスマス）ツリー

バルブ、パイプ、付属品および坑井孔の上に位置する接続部を配置したもの

• バルブは電気信号または油圧による信号で操作、あるいは、潜水士やROVによって手動で操作


垂直な坑井孔と水平な海底生産ツリーの比較

サブシークリスマスツリーの機能

坑井と生産施設との間に制御可能な接続点を提供する


垂直型クリスマスツリーの模式図水平型クリスマスツリーの模式図

アンビリカルシステム

チューブ、パイプ、導電線を装甲シースにくるんで一束ねにするもの

• ホストの施設からサブシー生産システムの機器まで設置

• 機器（ツリー、バルブ、マニホールドなど）の機能を制御するために必要な流体（メタノールなどのケミカル）や電流を送るのに使用

• 直径～10 inch (25.4 cm)


サブシー鋼製アンビリカル

サブシーフローライン

海底坑口とマニホールドあるいは洋上施設とを結ぶのに用いられる海中のパイプライン

• フレキシブル / リジッド• 生産流体、リフトガス、注水、ケミカル• 断熱が必要• 高圧・高温での使用に耐える仕様


生産用ライザー

ホストの施設とそこから間近の海底との間に存在するフローラインの一部

海面の浮体と海底の坑口を結ぶコンダクターパイプから構成

リジッドライザー / フレキシブルライザー

• 直径：3 inch ～ 12 inch (76.2 mm ～304.8 mm)


海底掘削用ライザー

スチールカテナリーライザー

下端において水平、上端では鉛直と約20°以内の角度をなす


スチールカテナリーライザーの図解

トップテンションライザー

海底と浮体式プラットフォームを結ぶ長大な円筒シリンダ


スパー（左）とTLP（右）で用いられるトップテンションライザー

フレキシブルライザー

フレキシブルな多層の複合パイプに基づいたライザー


典型的なフレキシブルパイプの断面図

ハイブリッドライザー

フレキシブルジャンパーラインにより浮体構造物と金属製のリジッドライザーの相対変位を吸収するライザー


ハイドブリッドライザーのバンドル

仕上げ用と改修用のライザー

仕上げ用ライザー• チュービングおよびチュービングハンガーを掘削用ライザーと噴出防止装置(BOP)を通して坑内に降下するために使用

• サブシーツリーを降下するために用いられることもある改修用ライザー

• サブシーツリーを通して坑井にリエントリーするために、掘削用ライザーに置き換えて一般的に使用

• サブシーツリーを設置するために用いられることもある


チョーク・キルライン

ライザーの主管の外部に取り付けられ、坑内で高圧となる事態が生じた場合に、それを制御するために使用

高比重の泥水をチョーク・キルラインを通してポンプで送ることにより、坑内の高圧を抜くことができる

高比重の泥水で圧力を制御できない場合には、セメントがキルラインを通してポンプで送られ、坑井は封止される

21

ライザージョイント


大水深と浅水深における油・ガス田開発

200m以浅：潜水士が潜水可能

200～1500m：大水深

1500m以深：超大水深


海上坑口方式と海底仕上げ方式

海上坑口方式(dry tree)

海底仕上げ方式(wet tree)• 海底面のどこにでもクリスマスツリーの設置が可能

• 大水深海域では稼働中または稼働予定の坑井の70%以上が海底仕上げ方式


海上坑口方式と海底仕上げ方式の概念図

海底仕上げ方式

ダイレクトアクセス井• 海上から海底井まで直結• 油・ガスの輸送はパイプラインまたは浮体式生産掘削装置(FPDU)に連なる浮体式貯蔵積出設備(FSO)によって行われる

海底井クラスタ• ある範囲の複数の海底井または遠隔操作の海底タイバックから、浮体式生産貯蔵積出設備(FPSO)や浮体式生産設備(FPU)などの既存施設へ油・ガスを集積することができる、最も効率的かつ費用対効果が良く生産できるよう配置した油井の集合体


海底仕上げ方式


タイバックによる生産の施設概念図浮体式生産設備(FPU)による生産の施設概念図

浮体式生産貯蔵積出設備(FPSO)による生産の施設概念図

サブシータイバック

既存のプラットフォームの生産能力を活用することで、採算に合わないと考えられていた小規模の油・ガス層の開発を経済的に実施


サブシータイバックと浮体式生産貯蔵積出設備(FPSO)

タイバックのフィールドデザイン

既存の生産プラットフォームに接続する海底坑口装置とフローラインで構成

タイバックが長距離に及ぶ場合、生産流体のフローアシュアランスの面（フローライン内にハイドレートが生成されることにより詰まる現象）から距離が制限

ケミカルを運ぶアンビリカルのコストは非常に大きい

遠隔操作可能な海底坑口装置の近傍に小規模のプラットフォームを設置し、そこに貯蔵してあるケミカルを、坑口に接続してある短いアンビリカルを通してフローラインに注入

海底セパレータを設置し、生産流体を油・ガス・水に分離


スタンドアローン

新たなホストプラットフォームの設置による油・ガス田開発

スタンドアローンのコンセプトは、通常、メインとなる構造物が掘削用プラットフォームとしてすでに設置されており、それを引き続き生産用プラットフォームとして使用する考え方


スタンドアローンによる開発フィールド

スタンドアローンシステムとタイバックシステム


スタンドアローン構造物の分類

油田からの生産物を受け取る主役となるホスト施設• 固定式プラットフォーム

• 基部は海底地盤上に固定• 通常、水深500 m以浅の場合に設置

• 浮体システム• テンドンまたはワイヤーロープで係留• 水深が300 mから1500 m以深までの場合に採用


スタンドアローンシステムのホスト施設


FPSO:生産、貯蔵、積み出しを行う浮体式船形施設。プラットフォームや海底生産システムで産出された油・ガスを受け取り、一時貯蔵した後に、タンカーに積み出しするかパイプラインで搬出するように設計。

固定式プラットフォーム:海底地盤に直接固定されたコンクリート製基部または鋼製ジャケットの上にプラットフォームが取り付けられる。油・ガスの生産にはジャッキアッププラットフォームが使われる場合もある。

TLP (tension leg platform):海底から鉛直係留された浮体構造物。レグとよばれる緊張ケーブルにより構造物の各コーナーを海底と固定することで、鉛直方向の動きを拘束。

半潜水 (セミサブ)型プラットフォーム:掘削、海底生産施設の設置、油・ガスの生産に使用。

サテライト採収井システム

プラットフォームからの坑井とは別の単独の海底井

採収井はそれぞれ離れており、採収井からの生産流体は単独のフローラインによって、数個の採収井の中央付近に位置する海底マニフォールドか生産用プラットフォームまで運ばれる

32

タイバックシステムの採収井


テンプレート、坑井群システム

採収井がグループ化されるクラスタ井• 各々数mから数十m離れて配置

テンプレート構造に従属する形で坑井が接近して配置されるテンプレート井

• テンプレート：開発井の掘削および生産機器材のガイドとなる海底面に

設置される台座

• 生産井テンプレートの上にマニホールドを設置

33

マニホールドとクラスタ井の配置


デイジーチェーン

フローラインによって坑井を数珠つなぎにするもの

34

デイジーチェーンを介したフローラインと坑井の接続形態


標準的な設置作業用船舶

輸送バージとタグボート

掘削用船舶

パイプ敷設およびアンビリカル敷設船

起重機船

オフショア支援船


輸送バージとタグボート

サブシー構造物を陸上からオフショアの設置サイトに輸送する船


輸送バージタグボート

掘削用船舶

掘削作業のほか、サブシー生産システムの設置に用いられる船

ジャッキアップリグ

セミサブ

ドリルシップ



360 ft (110 m)までの浅水域で一般的

構造の一部が海底面と接合



セミサブ

水深が深く（400～4000 ft, 120～1200 m）、浮体から掘削する場合に選択

掘削場所へ曳航される間は船のように浮かび、到着するとポンツーンに注水してリグの一部を半潜水状態にすることができる

波の作用を受けにくい

自動船位保持か係留


セミサブ

ドリルシップ（掘削船）

掘削リグと位置保持装置を備えた船

セミサブより大きい積載能力を持つが、動揺特性において欠点


掘削船

パイプ敷設船

パイプを敷設する船

S-レイ船• 船尾はスティンガーを装備した斜滑面になっており、スティンガーは海底に向かうパイプラインの形状がS字状になってストレスが緩和されるように使用される

J-レイ船• スティンガーの代わりに、J-レイタワーまたはランプを使用する。パイプが敷設船から垂直に近い角度で繰り出される

リールレイ船• ドラムに巻き取られたパイプを繰り出し、特殊な直線型ランプを使用して直線にする


パイプ敷設船


S-レイ船

J-レイランプのあるJ-レイ船

リールレイ船

アンビリカル敷設船

アンビリカルを敷設する船

リールレイ船

カルーセル型敷設船• より長いアンビリカルを敷設可能


カルーセル型敷設船

起重機船

数千トンに及ぶ大きい吊り上げ能力を持つ特殊なクレーンを積載した船


起重機船

オフショア支援船

フィールド掘削、建設、デコミッショニング、廃棄を支援する特殊な船舶群

ROV支援船

潜水作業支援船

調査船

オフショア補給船またはフィールド支援船


2018年12月18日�第8回�（12：30－14：00）��海底資源の生産システム海底油ガス田開発のライフサイクルサブシー生産システムの構成要素サブシー生産システム全体構成海底マニホールドジャンパー海底坑口装置（サブシーウェルヘッド）サブシーウェルヘッドの機能噴出防止装置（BOP）サブシー（クリスマス）ツリーサブシークリスマスツリーの機能アンビリカルシステムサブシーフローライン生産用ライザースチールカテナリーライザートップテンションライザーフレキシブルライザーハイブリッドライザー仕上げ用と改修用のライザーチョーク・キルライン大水深と浅水深における油・ガス田開発海上坑口方式と海底仕上げ方式海底仕上げ方式海底仕上げ方式サブシータイバックタイバックのフィールドデザインスタンドアローンスタンドアローンシステムとタイバックシステムスタンドアローン構造物の分類スタンドアローンシステムのホスト施設サテライト採収井システムテンプレート、坑井群システムデイジーチェーン標準的な設置作業用船舶輸送バージとタグボート掘削用船舶ジャッキアップリグセミサブドリルシップ（掘削船）パイプ敷設船パイプ敷設船アンビリカル敷設船起重機船オフショア支援船

Documents

海底資源の生産システム - 東京大学riodeut.k.u-tokyo.ac.jp/kisokoza_20181218_2.pdf2018/12/18 · 2018 年12月18日 第8回 （12：30－14：00） 海底資源の生産システム

海底資源の生産システム - 東京大学riodeut.k.u-tokyo.ac.jp/kisokoza_20181218_2.pdf2018/12/18 · 2018 年12月18日第8回（12：30－14：00）海底資源の生産システム