特開 2024-8454 複数ライザー管の渦励振の低減方法、渦励振を低減する複数ライザー管システム、及び複数ライザー管システム用の位相変更ジョイント並びに非対称配置ブラケット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024008454

(43)【公開日】2024-01-19

(54)【発明の名称】複数ライザー管の渦励振の低減方法、渦励振を低減する複数ライザー管システム、及び複数ライザー管システム用の位相変更ジョイント並びに非対称配置ブラケット

(51)【国際特許分類】

   E21B 17/01 20060101AFI20240112BHJP

【ＦＩ】

E21B17/01

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022110346

(22)【出願日】2022-07-08

(71)【出願人】

【識別番号】501204525

【氏名又は名称】国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山本 マルシオ

(72)【発明者】

【氏名】荒木 元輝

(72)【発明者】

【氏名】山本 譲司

【テーマコード（参考）】

2D129

【Ｆターム（参考）】

2D129AA01

2D129AB01

2D129BA19

2D129EC28

(57)【要約】

【課題】水中に設けられたライザー管に生ずる渦励振（ＶＩＶ:Vortex-Induced Vibration）を低減させる。
【解決手段】水中に設けられた複数のライザー管２２の水流により生じる渦励振を低減する方法であって、複数のライザー管２２の配置を互いに異ならせることにより水流により複数のライザー管２２に発生する渦励振を相殺して低減する、又は、水流により複数のライザー管２２により発生する渦の影響を抑制して複数のライザー管２２に発生する渦励振を低減する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水中に設けられた複数のライザー管の水流により生じる渦励振を低減する方法であって、
複数の前記ライザー管の配置を互いに異ならせることにより前記水流により複数の前記ライザー管に発生する渦励振を相殺して低減する、又は、前記水流により複数の前記ライザー管により発生する渦の影響を抑制して複数の前記ライザー管に発生する渦励振を低減することを特徴とする複数ライザー管の渦励振の低減方法。

【請求項2】

請求項１に記載の複数ライザー管の渦励振の低減方法であって、
複数の前記ライザー管を１つの組としたライザー管セットを用い、前記ライザー管セットと隣接する他の前記ライザー管セットとが相互に捩じられた状態となるように前記配置を互いに異ならせることにより前記ライザー管セット毎に異なる位相とし、前記ライザー管に発生する前記渦励振を相殺して低減することを特徴とする複数ライザー管の渦励振の低減方法。

【請求項3】

請求項２に記載の複数ライザー管の渦励振の低減方法であって、
前記ライザー管セット毎の前記位相を異ならせるに当たり、同一の角度で連続して変えることを特徴とする複数ライザー管の渦励振の低減方法。

【請求項4】

請求項３に記載の複数ライザー管の渦励振の低減方法であって、
前記同一の角度は３６０°を３以上の整数で除した角度であることを特徴とする複数ライザー管の渦励振の低減方法。

【請求項5】

請求項１に記載の複数ライザー管の渦励振の低減方法であって、
複数の前記ライザー管の長手方向に直角な面における相互の位置を非対称に配置することにより、前記ライザー管に発生する前記渦励振の原因となる渦を抑制することを特徴とする複数ライザー管の渦励振の低減方法。

【請求項6】

請求項５に記載の複数ライザー管の渦励振の低減方法であって、
前記ライザー管の非対称に配置した前記相互の位置は、流れにより前記ライザー管に発生した前記渦の後流領域に他の前記ライザー管が位置するものであることを特徴とする複数ライザー管の渦励振の低減方法。

【請求項7】

請求項５又は６に記載の複数ライザー管の渦励振の低減方法であって、
複数の前記ライザー管の前記相互の位置の最適配置を予めシミュレーションで求めることを特徴とする複数ライザー管の渦励振の低減方法。

【請求項8】

水中に設けられた複数のライザー管の水流により生じる渦励振を低減する複数ライザー管システムであって、
複数の前記ライザー管と、
前記水流により複数の前記ライザー管に発生する渦励振を相殺して低減するため、又は、前記水流により複数の前記ライザー管により発生する渦の影響を抑制するために前記ライザー管の配置を互いに異ならせる配置変更手段を備えることを特徴とする渦励振を低減する複数ライザー管システム。

【請求項9】

請求項８に記載の渦励振を低減する複数ライザー管システムであって、
前記配置変更手段は、複数の前記ライザー管を１つの組とした複数のライザー管セットが相互に捩じられた状態となるように前記配置を変えることにより前記ライザー管セット毎に異なる位相として接続する位相変更ジョイントを有することを特徴とする渦励振を低減する複数ライザー管システム。

【請求項10】

請求項９に記載の渦励振を低減する複数ライザー管システムであって、
同一の前記位相変更ジョイントを用いて、複数の前記ライザー管セットの前記位相が、同一の角度で連続して変えて接続されていることを特徴とする渦励振を低減する複数ライザー管システム。

【請求項11】

請求項１０に記載の渦励振を低減する複数ライザー管システムであって、
前記位相変更ジョイントの前記同一の角度は３６０°を３以上の整数で除した角度であることを特徴とする渦励振を低減する複数ライザー管システム。

【請求項12】

請求項８に記載の渦励振を低減する複数ライザー管システムであって、
前記配置変更手段は、複数の前記ライザー管の長手方向に直角な面における相互の位置を非対称に配置し、複数の前記ライザー管の非対称な配置を維持する非対称配置ブラケットを有することを特徴とする渦励振を低減する複数ライザー管システム。

【請求項13】

請求項１２に記載の渦励振を低減する複数ライザー管システムであって、
前記非対称配置ブラケットの複数の前記ライザー管の前記相互の位置に関わる距離は、流れにより前記ライザー管に発生した渦の後流領域に、他の前記ライザー管が位置する距離であることを特徴とする渦励振を低減する複数ライザー管システム。

【請求項14】

請求項１３に記載の渦励振を低減する複数ライザー管システムであって、
前記非対称配置ブラケットの複数の前記ライザー管の前記相互の位置に関わる前記距離が、複数の前記ライザー管の前記相互の位置の最適配置を予めシミュレーションで求め決定した距離であることを特徴とする渦励振を低減する複数ライザー管システム。

【請求項15】

請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の渦励振を低減する複数ライザー管システムに用いる前記位相変更ジョイントであって、
複数の前記ライザー管セットに対応した接続部と所定の位相を変える形状とを有したことを特徴とする複数ライザー管システム用の位相変更ジョイント。

【請求項16】

請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の渦励振を低減する複数ライザー管システムに用いる前記非対称配置ブラケットであって、
対象とする複数の前記ライザー管を非対称に配置するために異なった前記距離となる寸法の前記非対称配置ブラケットを複数種類有した組から成ることを特徴とする複数ライザー管システム用の非対称配置ブラケット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数ライザー管の渦励振（ＶＩＶ:Vortex-Induced Vibration）の低減方法、渦励振を低減する複数ライザー管システム、及び複数ライザー管システム用の位相変更ジョイント並びに非対称配置ブラケットに関する。

【背景技術】

【0002】

海洋掘削や海洋生産において海底と海面上の設備の間で流体を運ぶためにライザー管が用いられている。潮流等の影響によってライザー管の下流側にはカルマン渦が発生する。カルマン渦の周波数とライザー管の固有振動数がほぼ一致すると、渦励振を誘起し、渦励振がライザー管の流れに直交する方向に発生して疲労や破損を引き起こすおそれがある。

【0003】

そこで、旗状整流装置を水中ライザー管の外周に回動及び摺動可能に嵌着した水中ライザー管の防振装置が開示されている（特許文献１）。また、海面側の作業船から海底側に向かって、鉛直方向にライザー管を連続して延設させたライザー管の周囲を囲むように潮流の変化に追従して流体抵抗を低減するストレーキやフェアリングを設けた構成が開示されている（特許文献２～４）。ストレーキは、らせん状の装置をライザー管の周りに取り付け、渦放出位置の位相を長手方向に分散させることで渦励振の発生を抑制する。フェアリングは、翼形断面形状の装置をライザー管の周りに取り付け、渦放出を抑制して渦励振の発生を低減する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭５６－１２０８４２号公報

【特許文献2】特開２０１２－１３２１４１号公報

【特許文献3】米国特許第５，９８４，５８４号公報

【特許文献4】米国特許第６，９４８，８８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

今後、鉱物資源の開発等において複数のライザー管を組み合わせたライザーシステムの使用頻度が高まることが想定されている。一方、渦励振を抑制するためにライザー管にストレーキやフェアリングを設ける場合、ストレーキやフェアリングを１個ずつ手作業でライザー管に設置しており、ライザー管の設置に多大な時間を要するという技術的な課題がある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１に係る複数ライザー管の渦励振の低減方法は、水中に設けられた複数のライザー管の水流により生じる渦励振を低減する方法であって、複数の前記ライザー管の配置を互いに異ならせることにより前記水流により複数の前記ライザー管に発生する渦励振を相殺して低減する、又は、前記水流により複数の前記ライザー管により発生する渦の影響を抑制して複数の前記ライザー管に発生する渦励振を低減することを特徴とする。

【0007】

ここで、複数の前記ライザー管を１つの組としたライザー管セットを用い、前記ライザー管セットと隣接する他の前記ライザー管セットとが相互に捩じられた状態となるように前記配置を互いに異ならせることにより前記ライザー管セット毎に異なる位相とし、前記ライザー管に発生する前記渦励振を相殺して低減することが好適である。

【0008】

また、前記ライザー管セット毎の前記位相を異ならせるに当たり、同一の角度で連続して変えることが好適である。

【0009】

また、前記同一の角度は３６０°を３以上の整数で除した角度であることが好適である。

【0010】

ここで、複数の前記ライザー管の長手方向に直角な面における相互の位置を非対称に配置することにより、前記ライザー管に発生する前記渦励振の原因となる渦を抑制することが好適である。

【0011】

また、前記ライザー管の非対称に配置した前記相互の位置は、流れにより前記ライザー管に発生した前記渦の後流領域に他の前記ライザー管が位置するものであることが好適である。

【0012】

また、複数の前記ライザー管の前記相互の位置の最適配置を予めシミュレーションで求めることが好適である。

【0013】

請求項８に係る複数ライザー管システムは、水中に設けられた複数のライザー管の水流により生じる渦励振を低減する複数ライザー管システムであって、複数の前記ライザー管と、前記水流により複数の前記ライザー管に発生する渦励振を相殺して低減するため、又は、前記水流により複数の前記ライザー管により発生する渦の影響を抑制するために前記ライザー管の配置を互いに異ならせる配置変更手段を備えることが好適である。

【0014】

ここで、前記配置変更手段は、複数の前記ライザー管を１つの組とした複数の前記ライザー管セットが相互に捩じられた状態となるように前記配置を変えることにより前記ライザー管セット毎に異なる位相として接続する位相変更ジョイントを有することが好適である。

【0015】

また、同一の前記位相変更ジョイントを用いて、複数の前記ライザー管セットの前記位相が、同一の角度で連続して変えて接続されていることが好適である。

【0016】

また、前記位相変更ジョイントの前記同一の角度は３６０°を３以上の整数で除した角度であることが好適である。

【0017】

ここで、前記配置変更手段は、複数の前記ライザー管の長手方向に直角な面における相互の位置を非対称に配置し、複数の前記ライザー管の非対称な配置を維持する非対称配置ブラケットを有することが好適である。

【0018】

また、前記非対称配置ブラケットの複数の前記ライザー管の前記相互の位置に関わる距離は、流れにより前記ライザー管に発生した渦の後流領域に、他の前記ライザー管が位置する距離であることが好適である。

【0019】

また、前記非対称配置ブラケットの複数の前記ライザー管の前記相互の位置に関わる前記距離が、複数の前記ライザー管の前記相互の位置の最適配置を予めシミュレーションで求め決定した距離であることが好適である。

【0020】

請求項１５に係る複数ライザー管システム用の位相変更ジョイントは、上記の渦励振を低減する複数ライザー管システムに用いる前記位相変更ジョイントであって、複数の前記ライザー管セットに対応した接続部と所定の位相を変える形状とを有したことを特徴とする。

【0021】

請求項１６に係る複数ライザー管システム用の非対称配置ブラケットは、上記の渦励振を低減する複数ライザー管システムに用いる前記非対称配置ブラケットであって、対象とする複数の前記ライザー管を非対称に配置するために異なった前記距離となる寸法の前記非対称配置ブラケットを複数種類有した組から成ることを特徴とする。

【発明の効果】

【0022】

請求項１に係る複数ライザー管の渦励振の低減方法は、水中に設けられた複数のライザー管の水流により生じる渦励振を低減する方法であって、複数の前記ライザー管の配置を互いに異ならせることにより前記水流により複数の前記ライザー管に発生する渦励振を相殺して低減する、又は、前記水流により複数の前記ライザー管により発生する渦の影響を抑制して複数の前記ライザー管に発生する渦励振を低減することによって、ライザー管にストレーキやフェアリングを設けることなく、渦励振（ＶＩＶ）を抑制することができる。これによって、ライザー管の設置に掛かる時間を短縮し、コストを低減することができる。

【0023】

ここで、複数の前記ライザー管を１つの組としたライザー管セットを用い、前記ライザー管セットと隣接する他の前記ライザー管セットとが相互に捩じられた状態となるように前記配置を互いに異ならせることにより前記ライザー管セット毎に異なる位相とすることによって、ライザー管に発生する渦励振を相殺して低減することができる。

【0024】

また、前記ライザー管セット毎の前記位相を異ならせるに当たり、同一の角度で連続して変えることによって、同一の角度にずれた渦を発生させてライザー管に発生する渦励振をより効果的に相殺して低減することができる。

【0025】

また、前記同一の角度は３６０°を３以上の整数で除した角度とすることによって、適切な角度にずれた渦を発生させてライザー管に発生する渦励振をより効果的に相殺して低減することができる。

【0026】

ここで、複数の前記ライザー管の長手方向に直角な面における相互の位置を非対称に配置することによって、前記ライザー管に発生する前記渦励振の原因となる渦を抑制することができる。

【0027】

また、前記ライザー管の非対称に配置した前記相互の位置は、流れにより前記ライザー管に発生した前記渦の後流領域に他の前記ライザー管が位置するものとすることによって、水流によりライザー管により発生する渦の影響を抑制して複数のライザー管に発生する渦励振を低減することができる。

【0028】

また、複数の前記ライザー管の前記相互の位置の最適配置を予めシミュレーションで求めることによって、実際に複数ライザー管システムを構成することなく、予め渦励振を抑制できる複数ライザー管システムを設計することができる。

【0029】

請求項８に係る複数ライザー管システムは、水中に設けられた複数のライザー管の水流により生じる渦励振を低減する複数ライザー管システムであって、複数の前記ライザー管と、前記水流により複数の前記ライザー管に発生する渦励振を相殺して低減するため、又は、前記水流により複数の前記ライザー管により発生する渦の影響を抑制するために前記ライザー管の配置を互いに異ならせる配置変更手段を備えることによって、ライザー管にストレーキやフェアリングを設けることなく、渦励振（ＶＩＶ）を抑制することができる。これによって、ライザー管の設置に掛かる時間を短縮し、コストを低減することができる。

【0030】

ここで、前記配置変更手段は、複数の前記ライザー管を１つの組とした複数の前記ライザー管セットが相互に捩じられた状態となるように前記配置を変えることにより前記ライザー管セット毎に異なる位相として接続する位相変更ジョイントを有することによって、ライザー管に発生する渦励振を相殺して低減することができる。

【0031】

また、同一の前記位相変更ジョイントを用いて、複数の前記ライザー管セットの前記位相が、同一の角度で連続して変えて接続されていることによって、同一の角度にずれた渦を発生させてライザー管に発生する渦励振をより効果的に相殺して低減することができる。

【0032】

また、前記位相変更ジョイントの前記同一の角度は３６０°を３以上の整数で除した角度であることによって、適切な角度にずれた渦を発生させてライザー管に発生する渦励振をより効果的に相殺して低減することができる。

【0033】

ここで、前記配置変更手段は、複数の前記ライザー管の長手方向に直角な面における相互の位置を非対称に配置し、複数の前記ライザー管の非対称な配置を維持する非対称配置ブラケットを有することによって、前記ライザー管に発生する前記渦励振の原因となる渦を抑制することができる。

【0034】

また、前記非対称配置ブラケットの複数の前記ライザー管の前記相互の位置に関わる距離は、流れにより前記ライザー管に発生した渦の後流領域に、他の前記ライザー管が位置する距離であることによって、水流によりライザー管により発生する渦の影響を抑制して複数のライザー管に発生する渦励振を低減することができる。

【0035】

また、前記非対称配置ブラケットの複数の前記ライザー管の前記相互の位置に関わる前記距離が、複数の前記ライザー管の前記相互の位置の最適配置を予めシミュレーションで求め決定した距離とすることによって、実際に複数ライザー管システムを構成することなく、予め渦励振を抑制できる複数ライザー管システムを設計することができる。

【0036】

請求項１５に係る複数ライザー管システム用の位相変更ジョイントは、上記の渦励振を低減する複数ライザー管システムに用いる前記位相変更ジョイントであって、複数の前記ライザー管セットに対応した接続部と所定の位相を変える形状とを有したことによって、複数のライザー管を１つの組とした複数のライザー管セットが相互に捩じられた状態となるように配置を変えることができ、ライザー管に発生する渦励振を相殺して低減することができる。

【0037】

請求項１６に係る複数ライザー管システム用の非対称配置ブラケットは、上記の渦励振を低減する複数ライザー管システムに用いる前記非対称配置ブラケットであって、対象とする複数の前記ライザー管を非対称に配置するために異なった前記距離となる寸法の前記非対称配置ブラケットを複数種類有した組から成ることによって、ライザー管に発生する渦励振をより効果的に相殺して低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】第１の実施の形態における複数ライザー管システムの構成を示す図である。

【図2】第１の実施の形態における複数ライザー管の構成を示す図である。

【図3】第１の実施の形態におけるライザー管セットの構成を示す図である。

【図4】第１の実施の形態における位相変換ジョイントの構成を示す図である。

【図5】第１の実施の形態における複数ライザー管による渦放出の様子を示す図である。

【図6】第２の実施の形態における複数ライザー管システムの構成を示す図である。

【図7】第２の実施の形態における複数ライザー管の構成を示す図である。

【図8】第２の実施の形態におけるライザー管の非対称配置の例を示す図である。

【図9】第２の実施の形態における複数ライザー管による渦放出の様子を示す図である。

【図10】複数ライザー管による渦放出の様子を示す概念図である。

【図11】第２の実施の形態における複数ライザー管における水流の角度０°～角度３１５°まで変えた場合の渦放出の概念図である。

【図12】第２の実施の形態における複数ライザー管における水流の角度０°とした場合の渦放出の概念図である。

【図13】第２の実施の形態における複数ライザー管における水流の角度４５°とした場合の渦放出の概念図である。

【図14】第２の実施の形態における複数ライザー管における水流の角度９０°とした場合の渦放出の概念図である。

【図15】第２の実施の形態における複数ライザー管における水流の角度１３５°とした場合の渦放出の概念図である。

【図16】第２の実施の形態における複数ライザー管における水流の角度１８０°とした場合の渦放出の概念図である。

【図17】第２の実施の形態における複数ライザー管における水流の角度２２５°とした場合の渦放出の概念図である。

【図18】第２の実施の形態における複数ライザー管における水流の角度２７０°とした場合の渦放出の概念図である。

【図19】第２の実施の形態における複数ライザー管における水流の角度３１５°とした場合の渦放出の概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0039】

［第１の実施の形態］
第１の実施の形態における複数ライザー管システム１００は、図１に示すように、水域に設けた洋上施設１０、ライザー組立装置（デリック）１２、水中ポンプ１４、移送管１６、掘削ユニット１８及び複数ライザー管２０を含んで構成される。複数のライザー管は、石油、ガスの開発においては、海底（油層）に海水を圧入する管と、石油、ガスを洋上施設に揚げる管など移送物を分けて使用するために用いられる。鉱物資源開発では、鉱石と海水を洋上施設に揚げる管と海底に不要な海水を戻す管として複数の管が用いられる。このような事例のとおり、異なった移送物、用途により複数の管を使用する。

【0040】

洋上施設１０は、鉱石等の資源を採取するために水面に浮かべられる構造物である。洋上施設１０には、複数ライザー管２０を海底付近まで吊り下げるためのライザー組立装置（デリック）１２が設けられる。ライザー組立装置（デリック）１２は、複数ライザー管２０を組み立てると共に、水中に設置される複数ライザー管２０を支持するために用いられる。

【0041】

水中ポンプ１４は、水底から資源を海上へ送出するためのポンプである。水中ポンプ１４は、例えば、鉱物資源の開発において、鉱石と海水等の多相流体を海底から洋上施設１０へ送出するために用いられる。移送管１６は、水底の鉱物資源の開発において、水中ポンプ１４と掘削ユニット１８の間を接続する配管である。また、移送管１６は、石油等の流体の開発において、複数ライザー管２０と洋上施設１０との間を接続する配管である。

【0042】

掘削ユニット１８は、水底にある鉱石を採取・採集するための装置である。掘削ユニット１８は、移送管１６、水中ポンプ１４を介して複数ライザー管２０へ採集した鉱石をスラリーとして送出する。なお、本実施の形態では、水底から鉱石を採取・採集するための掘削ユニット１８を設けた構成としたが、水中又は水底の資源を掘削、採集等するための装置であればよく、例えば、水底を掘削する掘削機や浚渫機等でもよい。

【0043】

複数ライザー管２０は、水底で採取された鉱石等の資源を水面側の洋上施設１０まで輸送するためのライザー管を複数組み合わせてなる水中長大管である。なお、本実施の形態では、複数ライザー管２０を用いて鉱石を採取する例を示しているが、石油、ガス、海洋深層水等の他の資源を輸送するために用いることもできる。

【0044】

図２は、複数ライザー管２０の構成を示す。複数ライザー管２０は、複数のライザー管を組み合わせたライザー管セット２０ａを含み、ライザー管セット２０ａと位相変換ジョイント２０ｂとを組み合わせて構成される。本実施の形態では、３本のライザー管を組み合わせたライザー管セット２０ａを適用した例を示している。ただし、ライザー管セット２０ａを構成するライザー管の数は、３本に限定されるものではなく、２本以上であればよい。

【0045】

ライザー管セット２０ａは、図３に示すように、スペーサ２４によって複数のライザー管２２を所定の間隔を保って組み合わせた部材である。ライザー管２２の直径は、４インチ～２２インチ（約１０１．６ｍｍ～約５５９ｍｍ）程度とされる。１つのライザー管２２の長さは、５０フィート～９０フィート（約１５．２４ｍ～約２７．４３２ｍ）程度とされる。ただし、ライザー管２２のサイズは、これらに限定されるものではなく、採集対象である資源の種類、複数ライザー管システム１００を設置する環境、資源を採集する水深等に応じて適宜変更してもよい。本実施の形態における複数ライザー管システム１００の構成は、全てのサイズのライザー管２２に適用することができる。ライザー管セット２０ａの端部は位相変換ジョイント２０ｂと接続するためのコネクタ２０ｃとされている。

【0046】

位相変換ジョイント２０ｂは、２つのライザー管セット２０ａを接続する部材である。位相変換ジョイント２０ｂの端部はライザー管セット２０ａと接続するためのコネクタ２０ｃとされている。位相変換ジョイント２０ｂは、図４に示すように、ライザー管２２が並ぶ方向の角度が両端部において互いに異なるような形状を有するライザー管セット２０ａの配置変更手段である。位相変換ジョイント２０ｂは、例えば、少なくとも一部のライザー管２２を捩って一方の端部（図中のＤ側）と他方の端部（図中のＥ側）において複数のライザー管２２の互いの間隔が変わらないように、両端部においてライザー管２２が並ぶ角度（位相）を変更するような形状を有する。

【0047】

複数ライザー管２０は、位相変換ジョイント２０ｂによってライザー管セット２０ａを繋ぎ合わせて形成される。したがって、図２のＡ－Ａ断面、Ｂ－Ｂ断面及びＣ－Ｃ断面に示すように、位相変換ジョイント２０ｂによって繋ぎ合わされた箇所毎にライザー管セット２０ａを構成する複数のライザー管２２が並ぶ方向の角度（位相）が変更される。

【0048】

具体的には、例えば、ライザー管セット２０ａ毎に位相変換ジョイント２０ｂを設けて、隣り合うライザー管セット２０ａの間の角度（位相）を異ならせることが好適である。このとき、ライザー管セット２０ａ毎に同一の角度で連続して変えることが好適である。例えば、複数ライザー管２０の延設方向に沿って一般的なライザー管２２の長さである５０フィート～９０フィート（約１５．２４ｍ～約２７．４３２ｍ）毎に角度（位相）を変更する。１つの位相変換ジョイント２０ｂによって変更する角度（位相）は、３６０°を３以上の整数で除した角度であることが好適である。例えば、１つの位相変換ジョイント２０ｂによって３０°以上１２０°以下の範囲で角度（位相）を変更することが好適である。ただし、変化させる角度（位相）は、複数ライザー管システム１００を適用する環境の条件に応じて変更してもよい。また、隣り合うライザー管セット２０ａの間の角度（位相）は、同一の角度でなくてもよい。例えば、水域の深度方向の水流分布が上層部と下層部で大きく異なる場合は、隣り合うライザー管セット２０ａの間の角度(位相)を同一の角度から変えてもよい。なお、同一の角度とすることにより、位相変換ジョイント２０ｂとして同一のものを使用できる利点を有する。

【0049】

なお、本実施の形態の位相変換ジョイント２０ｂの例では、Ｄ側（Ｄ断面）においてライザー管２２が並ぶ方向に対してＥ側（Ｅ断面）においてライザー管２２が並ぶ方向がなす角度を４５°としている。したがって、位相変換ジョイント２０ｂが設けられる毎にライザー管セット２０ａの角度（位相）が０°、４５°、９０°、１３５°・・・と変更される。ただし、当該角度は、４５°に限定されるものではない。

【0050】

図５は、複数ライザー管２０に対して水流を当てたときの渦の放出の様子を示す。水流に対して下流側において複数ライザー管２０に渦が発生する。本実施の形態における複数ライザー管２０では、ライザー管セット２０ａと隣接する他のライザー管セット２０ａとが相互に捩じられた状態となるように配置を互いに異ならせることによりライザー管セット２０ａ毎に異なる角度（位相）としてライザー管２２が並ぶ方向を変化させることによって水流により発生する渦の放出方向が変化する。これによって、複数ライザー管２０に生ずる渦励振（ＶＩＶ）を相殺して低減することができる。

【0051】

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態における複数ライザー管システム２００は、図６に示すように、洋上施設１０、ライザー組立装置（デリック）１２、水中ポンプ１４、移送管１６、掘削ユニット１８及び複数ライザー管３０を含んで構成される。ここで、複数ライザー管３０を除く構成は、第１の実施の形態における複数ライザー管システム１００と同じであるので説明は省略する。

【0052】

複数ライザー管３０は、水底で採取された鉱石等の資源を水面側の洋上施設１０まで輸送するためのライザー管からなる水中長大管である。なお、本実施の形態では、複数ライザー管３０を用いて鉱石を採取する例を示しているが、石油、ガス、海水等の他の資源を輸送するために用いることもできる。

【0053】

図７は、複数ライザー管３０の構成を示す。複数ライザー管３０は、複数のライザー管３０ａを組み合わせて構成されている。本実施の形態では、３本のライザー管３０ａを組み合わせた複数ライザー管３０を例として示している。ただし、ライザー管３０ａの数は、３本に限定されるものではなく、３本以上であればよい。複数ライザー管３０は、ライザー管３０ａ及び非対称配置ブラケット３０ｂを組み合わせて構成される。

【0054】

ライザー管３０ａの直径は、４インチ～２２インチ（約１０１．６ｍｍ～約５５９ｍｍ）程度とされる。１つのライザー管３０ａの長さは、５０フィート～９０フィート（約１５．２４ｍ～約２７．４３２ｍ）程度とされる。ただし、ライザー管３０ａのサイズは、これらに限定されるものではなく、採集対象である資源の種類、複数ライザー管システム２００を設置する環境、資源を採集する水深等に応じて適宜変更してもよい。本実施の形態における複数ライザー管システム２００の構成は、全てのサイズのライザー管３０ａに適用することができる。ライザー管３０ａの端部は他のライザー管３０ａと接続するためのコネクタ３０ｃとされている。

【0055】

非対称配置ブラケット３０ｂは、複数のライザー管３０ａの配置を保つための部材である。非対称配置ブラケット３０ｂは、ライザー管３０ａを通す円環状の部材を互いに繋いだ構成を有する。非対称配置ブラケット３０ｂは、当該円環状の部材にライザー管３０ａをそれぞれ通すことによって、ライザー管３０ａの長手方向に対して直角な面において複数のライザー管３０ａを相互の位置が非対称となるように配置する。ここで、非対称とは、ライザー管３０ａの長手方向に対して直角な面に含まれる任意の点に対して点対称でなく、かつ、任意の線に対して線対称ではないことを意味する。このとき、複数のライザー管３０ａを非対称に配置した状態における相互の位置は、複数ライザー管３０を流体内に配置したときに流体の流れによってライザー管３０ａに発生した渦の後流領域に他のライザー管３０ａが位置するものとすることが好適である。

【0056】

図８は、３本のライザー管２２を用いた複数ライザー管３０の配置の例を示す。図８は、ライザー管３０ａの長手方向に対して直角な方向（図７に示すＡ－Ａ断面方向）からみた図である。中央にあるライザー管３０ａを基準とすると、当該ライザー管３０ａの外径ＯＤ１と他のライザー管３０ａの外径ＯＤ２及び外径ＯＤ３とした場合、図８に示すように、中央にあるライザー管３０ａから他のライザー管３０ａがそれぞれ距離２×（ＯＤ１＋ＯＤ２）以下及び距離２×（ＯＤ１＋ＯＤ３）以下の範囲にある場合に流体力学的相互作用が大きくなる。すなわち、隣り合う２つのライザー管３０ａの距離は、１つのライザー管３０ａの外径ともう１つのライザー管３０ａの外径の和の２倍以内とすることが好適である。

【0057】

複数ライザー管３０は、非対称配置ブラケット３０ｂによって非対称に配置されたライザー管３０ａを長手方向（水面から水底の方向）に繋ぎ合わせて形成される。ライザー管３０ａは、コネクタ３０ｃ同士を接続することによって繋ぎ合わすことができる。

【0058】

なお、対象とする複数のライザー管３０ａを非対称に配置するために、ライザー管３０ａの間の距離を変えた非対称配置ブラケット３０ｂを複数種類用いてもよい。この場合、屈曲した接続管やフレキシブル管を用いてライザー管３０ａの端部のコネクタ３０ｃ同士を接続すればよい。

【0059】

図９は、複数ライザー管３０に対して水流を当てたときの渦の放出の様子を示す。水流に対して下流側において複数ライザー管３０に渦が発生する。図１０は、１本のライザー管３０ａに発生する渦励振を示す。時間ｔ１（左図）では、第1渦がライザー管３０ａの下流側に発生する。渦が発生した領域（図中、薄い灰色で示す）は低圧領域となり、当該低圧領域の影響でライザー管３０ａに水流との合力が発生する。時間経過と共に時間ｔ２（右図）では、第２渦がライザー管３０ａの下流側の異なる位置に発生する。この状態においても、渦が発生した領域が低圧領域となってライザー管３０ａに合力が発生する。このように、時間の経過とともに、ライザー管３０ａには互い異なる方向に合力が発生し、ライザー管３０ａは水流に対して垂直な方向に振動する。当該振動は、渦励振（ＶＩＶ：Vortex Induced Vibration）と呼ばれ、ライザー管３０ａの疲労等耐久性に影響する。

【0060】

図１１は、本実施の形態における複数ライザー管３０に対して様々な角度で水流を当てたときに想定される渦の発生状態を示す概念図である。図１１では、０°（Ｒｏｔａｔｉｏｎ ０°）から３１５°（Ｒｏｔａｔｉｏｎ ３１５°）まで４５°おきに渦の発生状態を示している。

【0061】

図１２は、３本のライザー管３０ａを非対称位置に組み合わせた複数ライザー管３０に対して角度０°で水流を当てたときの渦の発生状況の時間的な変化を示す。図に示すように、複数のライザー管３０ａを上記距離の条件を満たすように近接させて配置した場合、流体力学的な相互干渉によって１本のライザー管３０ａの場合とは異なる流場となる。すなわち、時間ｔ１（左図）においてライザー管３０ａの各々に対して渦は反対位相で発生する。さらに、時間ｔ２（右図）においては、１本のライザー管３０ａの場合に比べて小さい低圧領域が発生する。ここで、ライザー管３０ａの各々に発生する力を合計して合力を求めると、水流に対して垂直な方向の合力はある程度相殺され、複数ライザー管３０全体に生ずる振動は小さくなる。

【0062】

図１３は、複数ライザー管３０に対して角度４５°で水流を当てたときの渦の発生状況の時間的な変化を示す。角度０°と同様に、ライザー管３０ａの各々に渦が反対位相で発生し、水流に垂直な方向の合力は相殺され、１本のライザー管３０ａの場合に比べて小さくなる。

【0063】

図１４～図１９は、複数ライザー管３０に対してそれぞれ角度９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°、３１５°で水流を当てたときの渦の発生状況の時間的な変化を示す。これらの角度においても、角度０°及び角度４５°と同様に、ライザー管３０ａの各々に渦が反対位相で発生し、水流に垂直な方向の合力は相殺され、１本のライザー管３０ａの場合に比べて小さくなる。したがって、いずれの角度においても複数ライザー管３０に生ずる渦励振（ＶＩＶ）も小さくなる。

【0064】

なお、複数ライザー管３０に対する水流に垂直な方向の合力の相殺の程度及び渦励振（ＶＩＶ）の低減の程度は、上記の通り、水流の強さやライザー管３０ａの距離及び配置により異なるので、複数ライザー管システム２００を設置する状況に対してライザー管３０ａの最適距離や最適配置を正確に求めるため、予めシミュレーションによって解析することが好適である。

【0065】

以上のように、本実施の形態における複数ライザー管システム２００では、複数ライザー管３０において３つ以上のライザー管３０ａを非対称に配置することによって、水流により複数ライザー管３０に発生する渦の影響を抑制して渦励振（ＶＩＶ）を低減することができる。

【産業上の利用可能性】

【0066】

本発明は、流体内に配置されるライザー管を用いる複数ライザー管の渦励振の低減方法、渦励振を低減する複数ライザー管システム、及び複数ライザー管システム用の位相変更ジョイント並びに非対称配置ブラケット線を提供する。本発明の適用範囲は、海洋や湖沼等の水中のライザー管を含めた線状構造物に限定されるものではなく、空中の屋外設置用ポールや電線等の気体中の線状構造物における渦励振（ＶＩＶ）を低減するために利用することができる。なお、気体中の線状構造物に適用する場合は、請求項の水中等の水に関連した用語は、気体に置き替えて解釈するものとする。

【符号の説明】

【0067】

１０ 洋上施設、１２ ライザー組立装置（デリック）、１４ 水中ポンプ、１６ 移送管、１８ 掘削ユニット、２０ 複数ライザー管、２０ａ ライザー管セット、２０ｂ 位相変換ジョイント、２０ｃ コネクタ、２２ ライザー管、２４ スペーサ、３０ 複数ライザー管、３０ａ（３０ａ－１，３０ａ－２，３０ａ－３） ライザー管、３０ｂ 非対称配置ブラケット、３０ｃ コネクタ、３２ ライザー管、１００，２００ 複数ライザー管システム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】