JPH0211718B2 - - Google Patents
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- JPH0211718B2 JPH0211718B2 JP58158173A JP15817383A JPH0211718B2 JP H0211718 B2 JPH0211718 B2 JP H0211718B2 JP 58158173 A JP58158173 A JP 58158173A JP 15817383 A JP15817383 A JP 15817383A JP H0211718 B2 JPH0211718 B2 JP H0211718B2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L59/00—Thermal insulation in general
- F16L59/06—Arrangements using an air layer or vacuum
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B36/00—Heating, cooling or insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones
- E21B36/003—Insulating arrangements
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L59/00—Thermal insulation in general
- F16L59/06—Arrangements using an air layer or vacuum
- F16L59/065—Arrangements using an air layer or vacuum using vacuum
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L9/00—Rigid pipes
- F16L9/18—Double-walled pipes; Multi-channel pipes or pipe assemblies
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- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Drying Of Solid Materials (AREA)
Description
本発明は一般には断熱された高温流体注入管装
置に関するものであり、更に詳しく言えば断熱式
管装置を形成する内側管と外側管との間の環状空
間に真空を維持するための新規な且つ有効な装置
に関するものである。 重質油及びタールサンドは、従来の原油の減産
を補うために漸次増産されるだろう液体炭化水素
の巨大未利用資源を代表するものである。しかし
ながら、油堆積層は油粘度を減少させ、油が経済
的量で産出油井へと流出させるためには加熱しな
ければならない。有力な加熱方法は地上で作つた
スチームを連続態様（スチームフラツド）又は間
欠態様（スチームステイムレーシヨン）のいずれ
かの態様で注入する方法である。 スチームが長い注入パイプ即ち「ストリング」
に沿つて注入されると、もしストリングが適当に
断熱されていない場合には相当量の熱エネルギが
油堆積層を覆つた岩石表層（500〜7000フイート）
に奪われてしまう。初期スチーム注入プロジエク
トにおいては油の価格は熱損失防止対策を十分に
施し得る程高いものではなかつたが、油価格が１
バレル当り30ドル又はそれ以上となつた場合には
油井注入管に断熱装置を施しても経済的に成り立
つものとなる。 スチームを油井へと注入し且つ過剰の熱損失を
防止するための断熱式スチーム注入管装置を使用
することは知られている。 断熱式スチーム注入タイプの管装置は同中心に
て配置された内管及び外管を具備し、該両管はそ
の間に環状空間を形成せしめるべく一緒に連結さ
れる。環状空間は典型的には空気又は不活性ガス
を有しそして例えばフアイバ及び層状断熱材のよ
うな物質によつて断熱される。 内管及び外管の間の環状空間を真空にするとい
う構成は米国特許番号第3680631号及び第3763935
号に開示される。該両特許は、流体、特に液体石
油を典型的には160〓の温度で搬送するようにし
た例えば永久凍結地帯のような冷寒雰囲気下で例
えば油のような暖い流体を搬送する技術を取扱つ
ている。 前記両特許は、環状空間へのガスの拡散を減
じ、それによつて該環状空間に最初に確立された
真空程度を維持し得るように管表面に例えばニツ
ケル又はクロム合金コーテイングのような特別の
コーテイングを施すことを教示している。該両特
許は環状空間に侵出する可能性のあるガスを吸着
するためにゲツタ物質の使用を教示する。 二重壁管の真空環状空間へとガスが拡散又は漏
洩するという問題は前記両米国特許にて一般的に
取扱われているが、いずれの特許もスチーム注入
を行なう油井の厳しい環境下で直面する更に他の
問題点には言及していない。このような環境下に
おける外管の外面は油井の深さと共に増大する圧
力下で腐蝕水に露呈される。管は一般には経済的
理由から炭素鋼にて作製される。腐蝕雰囲気は発
生期の水素の発生を著しく増大せしめる。又斯る
水素は特に、典型的には4000〜6000フイート又は
それ以上の深さにて遭遇する極めて大きな圧力下
に外管壁を透過する。 更に、内管の高温状態下では例えば酸素、一酸
化炭素、水素及び窒素のような望ましくないガス
が環状空間内に発生するガス発生作用は、内管の
流体が単に160〓の温度の場合のガス発生率の10
倍又はそれ以上のオーダで増大する。又、内管も
経済的理由から通常は比較的低価格の金属、例え
ば炭素鋼にて作製される。斯る鋼の表面からガス
抜きを行なうための方法としてベーキング法が知
られているが、内管に十分なガス抜きを施すため
には、1800〓の温度を約１日間付与することが必
要とされるであろう。斯る方法は一般的には実施
不能である。 少なくとも５年と考えられる断熱式スチーム注
入管装置の使用寿命の間に環状空間内の水素分圧
が最大約４トルまで増大するのは水素拡散に起因
するものと考えることができる。他の活性ガスに
よる分圧が100トルにまで増大するのは内管のガ
ス発生作用に起因するものと考えられる。斯る圧
力の増大は環状空間の断熱機能を損うものであ
る。他のガスの分圧が最大0.1トルという値は通
常許容し得るものであるが、水素にとつては水素
のモビリテイが極めて大きいという理由から0.01
トル以上の分圧は通常許容し得ないものである。 1980年２月18日のオイル・アンド・ガスジヤー
ナルに掲載されたビー・ヴイー・トレイナー
（B.V.Traynor）の論文「New Doubled−
Walled Tubulars Can Aid Thermal Recovery
Operations」にはその106頁に、厳しい油井環境
下での二重壁管の環状空間を断熱する際の問題点
が論じられている。断熱のために環状空間を真空
にするというのは経済的に実施不可能であり、従
つて真空に対する研究は放棄されたことが理解さ
れるであろう。 本発明は、内管と外管とを有しそして油井にス
チームを注入するのに使用される管装置の環状空
間に真空状態を保持する問題を解決するものであ
る。 本発明に従うと、管の組立時に環状空間にゲツ
タ物質が配置される。ゲツタ物質は好適には使用
時に高温となる表面に隣接して配設される。この
構成によりゲツタ物質の容量とポンピング速度が
増大する。内管及び外管は例えば板のような連結
手段を使用して組立てられる。つまり連結手段は
各管に溶接されそれによつて該両管の間に環状空
間が形成される。環状空間は密封されそして真空
引きされる。ゲツタ物質は管装置がスチーム注入
装置として利用されたときの加熱作用によつて自
動的に活性化されるのが好ましい。 従つて、本発明の目的はスチーム又は他の高温
流体を油井へと注入するための管装置を提供する
ことであり、該管装置は400〓以上の温度の流体
を搬送するための内側空間を画定する内管と、前
記内管のまわりに配置されそして該内管と協働し
て環状空間を画定する外管と、前記内管と外管と
を連結し、前記環状空間を密閉して大気圧から遮
断しそして該密閉環状空間に真空を確立するため
の連結手段と、前記密閉環状空間内の少なくとも
一つの活性ガスを吸着し、好ましくは装置の内管
の表面又は他の高温部材に隣接して設けられたゲ
ツタ物質とを具備して構成される。 本発明の更に他の目的は、温度上昇と共に増大
するガス発生作用によつて少なくとも一つの活性
ガスを解放する材料で内管を作製したとき、許容
し得る真空度を環状空間に保持し得るようにした
管装置を提供することである。 本発明の更に他の目的は油井の腐蝕雰囲気下で
腐蝕し、管壁部を透過し環状空間へと進入する発
生期の水素を発生せしめる材料で外管を作製した
とき、許容し得る真空度を環状空間に保持し得る
ようにした管装置を提供することである。 本発明は、内管及び外管に価格の高い耐蝕性物
質をコーテイングする必要をなくすることができ
る。 気体吸着物質ゲツタはチタン、ジルコニウム又
は他のガス吸着物質とすることができる。しかし
ながらチタン及びジルコニウムが水素ガスを吸着
するには好ましい。 本発明の更に他の目的は管装置の使用期間を通
して断熱のために必要な真空度を所定限度内に維
持することができ、又設計で簡単で、構造が丈夫
で且つ製造価格が安い、スチームを油井に分与す
るための管装置を提供することである。 次に本発明の原理を理解するべく本発明の典型
的な一実施態様を図面に則して説明する。 図面を参照すると本発明の一実施態様において
は総括して番号１０で示される断熱式高温流体注
入管装置が設けられる。該装置は、スチーム又は
他の高温流体を油井中へと注入するために油井内
へと降下せられるストリングを形成するための他
の同じような管装置と一緒に組立てることができ
る。管装置１０は典型的には長さが40フイートと
され、内管１４と、該内管１４のまわりに配置さ
れた外管１２とを具備する。又内、外管の間には
環状空間１６が形成される。第１図に図示される
ように、環状空間１６には内管１４の外表面のま
わりを巻回して多層の断熱材１８を設けるか、又
は第２図に図示されるように繊維質断熱材２２を
設けることができる。しかしながら、他の適当な
断熱材を設けることもできる。内管及び外管の間
には軸方向に離隔した位置に例えばフランジ付連
結部材２４及び２６のような連結手段が、好まし
くは溶接によつて連結される。部材２４及び２６
は内、外管を連結する他に環状空間１６を好適に
シールする働きをも有することができる。スチー
ム又は他の高温流体を管装置へと供給するために
流体供給装置３４を番号３６で概略図示される管
路手段によつて管装置１０に連結することができ
る。装置３４は斯界では知られたものを使用する
ことができ、斯る装置は当業者には良く知られた
ものである。 環状空間１６は好ましくは10-3トル又はそれ以
下のレベルまで既知の態様で真空状態とされる。 耐用寿命が約５年又はそれ以上とされる場合に
はこの真空レベルは0.1トル又はそれ以下であつ
てこのときの水素分圧は0.01トル以下となるよう
に維持されるのが望ましい。このような圧力以上
である場合には環状空間の断熱機能は低下する。
これは、水素の場合には水素分子の分子量が軽く
又水素分子の動きが速くそれによつて望ましくな
いことであるが内管１４から外管１２へと熱が伝
達されるという理由からである。上述のように真
空度は又、各管、特に環状空間２８に導入される
スチームに露呈され、典型的には約650〓、一般
には400〜700〓の温度範囲にある内管１４の材料
から例えば酸素、窒素、水素及び一酸化炭素のよ
うな活性ガスが発生することによつて低下せられ
る。 より詳しくは後で説明するように、管装置１０
の使用期間中に環状空間１６内の雰囲気は腐蝕に
よつて発生した拡散水素によつて最大４トルだけ
増大し、又高温内管１４からのガス発生によつて
約100トルだけ増大すると考えられる。従つて、
発生する可能性のある他の方法によるガスの環状
空間への機械的漏洩が起らない場合であつても、
環状空間１６に対する全圧0.1トル及び水素分圧
0.01トルという上限は超えてしまうであろう。 本発明に従うと、環状空間１６から所望しない
活性ガスを除去するためにはゲツタ物質３０が環
状空間内で、且つ好ましくは内管１４の外面２０
又は例えば400〓以上の温度となる可能性のある
連結部材２４又は２６の表面のような他の表面に
隣接して設けられる。この位置にて、好ましくは
空間２８内のスチームの熱によつて活性化される
ゲツタ物質は外管壁を介して浸入した水素及び内
管１４から発生したガスの双方を吸収する。ゲツ
タ物質の表面積を増大するためにゲツタ物質は例
えば好適には当業者に良く知られているように大
表面積を提供する形態であるスポンジ状とするこ
とができ、又第２図にて番号３２にて示されるよ
うに内管１４の外面を囲包し且つ該外面に隣接し
て波形の金属ストリツプ上に設けることもでき
る。例えば波形ストリツプ３２は鉄又は他の合金
とすることができ、ゲツタ物質はストリツプ上に
コーテイングして形成される。 ゲツタ物質は水素及び他の活性ガスを吸収する
ために好適にはチタン、チタン合金、ジルコニウ
ム又はジルコニウム合金である。他の活性ガスを
吸収するために例えばアルミニウムのようなゲツ
タ物質を追加することができる。これらゲツタ物
質は、さもなくば空間１６へと移動するであろう
不所望の活性ガスを吸収するために高温度、典型
的には空間２８内の温度で活性化されるか又は活
性状態にもたらされる。 本実施態様において比較的低価格の軟鋼が内、
外管を作るのに使用し得るであろう。軟鋼には例
えばクロム又はニツケルメツキ又はステンレス鋼
のような耐蝕性拡散コーテイングを施す必要はな
い。この構成によつて管装置１０の製造価格を著
しく節約し、且つ同時に耐用期間にわたつて十分
な真空を保持することができる。 環状空間１６内に侵入する可能性のある水素量
を計算するに当り、外管１２の外面は管長１イン
チ当り232.7cm2の面積を有するものと仮定する。
油井ケーシング（第１図に図示せず）と断熱管と
の間の環状空間の水の容量は管長１インチ当り
369.86cm3であると仮定する。断熱管の排気空間１
６の容積は管長１インチ当り133.27cm3であると仮
定する。これらの数値は典型的な内、外管の寸法
に基いている。 本発明に従つて好適に使用されるタイプの鋼の
密度は7.86ｇ/cm3である。 酸又はアルカリ溶液の腐蝕のメカニズムは次の
通りである。 Fe→Fe2+＋2e （陽極反応） 2H+＋2e→H2（ガス） （陰極反応） １ｇイオンのFe（55.85ｇ）の腐蝕により１ｇモ
ルのH2が発生する。 上述の上に更に以下の仮定をなす。 鋼の腐蝕率：1mpy（ミル／年） 断熱管の外表面：管１インチ当り91.16cm2 内管の（スチームに露出された）内面積：管１イ
ンチ当り48.12cm2 外管の壁厚：0.635cm 内管の壁厚：0.483cm 透過係数Ｕは次式に従つて計算することができ
る。 Ｕ＝U0e（−Ｋ／RT） ここで、 U0＝2.83×10-3cm3/cm−sec−atm1/2 Ｋ＝8400cal/ｇ-mole Ｒ＝ガス定数 Ｔ＝温度（〓） 150、400及び650〓の温度における透過係数Ｕ
は次の通りであることが分る。 U150〓＝1.1×10-8cm3/cm・sec・atm1/2 U400〓＝4.1×10-7cm3/cm・sec・atm1/2 U630〓＝2.95×10-6cm3/cm・sec・atm1/2 内側断熱管のスチーム側の水素分圧は零である
と仮定する。Q1は水から断熱管の真空空間への
水素流れであり、Q2は断熱管の真空空間からス
チームへの水素流れであるとすると、定常条件は
Q1＝Q2である。 Ｑは次式に従つて計算される。 Ｑ＝Ａ・Ｕ・p1/2／ｔ(cm3/sec) ここで、 Ａ＝表面積（cm2） ｐ＝管の内側と外側との間の雰囲気の圧力差 ｔ＝管壁の厚み（cm） 上記仮定及び設定Q1＝Q2に基づいて定常状態
下にある断熱管の真空空間の水素分圧は400〜650
〓の範囲内の内管温度に対して表の通り又はそ
以上の値であると評価される。 表：水面下の距離の関数としての水素分圧 深さ(ft) H2分圧(トル) 0 2.1×10-2 500 3.2×10-1 1000 6.4×10-1 2000 1.27 4000 2.55 6000 3.82 上記表より、定常状態下に水素が環状空間へと
侵入することによつてもたらされる環状空間圧力
は、もし水素ガスを吸収するために有効な手段が
設けられていないならば水面においてさえも受容
出来ないような大きさ（0.01トル以上）となるこ
とが理解されるであろう。 上述のように腐蝕を防止するか又は上述のよう
に水素の真空空間への進入を防止するために種々
の腐蝕防止剤を利用することができるが、これは
使用する断熱管の価格を増大せしめる。 真空空間における水素ゲツタとして水素ガスに
対し強い親和力を有しているチタン又はジルコニ
ウムを使用することによつて、水素及び他のガス
が真空空間からの吸着されそして本発明に従つた
断熱管の使用寿命を延長せしめることができる。 水素ゲツタとしてのチタンの反応は次の通りで
ある。 Ti（ｓ）＋H2(g)→TiH2（ｓ） ｓは固体を意味し、ｇはガスを意味する。 水素化チタンの形成自由エネルギと解離圧力は
表で温度の関数として示される。自由エネルギ
の大きな負の値及び低い解離圧力はチタンが断熱
管の真空空間内にて有効な水素ゲツタとして機能
し得ることを示す。
置に関するものであり、更に詳しく言えば断熱式
管装置を形成する内側管と外側管との間の環状空
間に真空を維持するための新規な且つ有効な装置
に関するものである。 重質油及びタールサンドは、従来の原油の減産
を補うために漸次増産されるだろう液体炭化水素
の巨大未利用資源を代表するものである。しかし
ながら、油堆積層は油粘度を減少させ、油が経済
的量で産出油井へと流出させるためには加熱しな
ければならない。有力な加熱方法は地上で作つた
スチームを連続態様（スチームフラツド）又は間
欠態様（スチームステイムレーシヨン）のいずれ
かの態様で注入する方法である。 スチームが長い注入パイプ即ち「ストリング」
に沿つて注入されると、もしストリングが適当に
断熱されていない場合には相当量の熱エネルギが
油堆積層を覆つた岩石表層（500〜7000フイート）
に奪われてしまう。初期スチーム注入プロジエク
トにおいては油の価格は熱損失防止対策を十分に
施し得る程高いものではなかつたが、油価格が１
バレル当り30ドル又はそれ以上となつた場合には
油井注入管に断熱装置を施しても経済的に成り立
つものとなる。 スチームを油井へと注入し且つ過剰の熱損失を
防止するための断熱式スチーム注入管装置を使用
することは知られている。 断熱式スチーム注入タイプの管装置は同中心に
て配置された内管及び外管を具備し、該両管はそ
の間に環状空間を形成せしめるべく一緒に連結さ
れる。環状空間は典型的には空気又は不活性ガス
を有しそして例えばフアイバ及び層状断熱材のよ
うな物質によつて断熱される。 内管及び外管の間の環状空間を真空にするとい
う構成は米国特許番号第3680631号及び第3763935
号に開示される。該両特許は、流体、特に液体石
油を典型的には160〓の温度で搬送するようにし
た例えば永久凍結地帯のような冷寒雰囲気下で例
えば油のような暖い流体を搬送する技術を取扱つ
ている。 前記両特許は、環状空間へのガスの拡散を減
じ、それによつて該環状空間に最初に確立された
真空程度を維持し得るように管表面に例えばニツ
ケル又はクロム合金コーテイングのような特別の
コーテイングを施すことを教示している。該両特
許は環状空間に侵出する可能性のあるガスを吸着
するためにゲツタ物質の使用を教示する。 二重壁管の真空環状空間へとガスが拡散又は漏
洩するという問題は前記両米国特許にて一般的に
取扱われているが、いずれの特許もスチーム注入
を行なう油井の厳しい環境下で直面する更に他の
問題点には言及していない。このような環境下に
おける外管の外面は油井の深さと共に増大する圧
力下で腐蝕水に露呈される。管は一般には経済的
理由から炭素鋼にて作製される。腐蝕雰囲気は発
生期の水素の発生を著しく増大せしめる。又斯る
水素は特に、典型的には4000〜6000フイート又は
それ以上の深さにて遭遇する極めて大きな圧力下
に外管壁を透過する。 更に、内管の高温状態下では例えば酸素、一酸
化炭素、水素及び窒素のような望ましくないガス
が環状空間内に発生するガス発生作用は、内管の
流体が単に160〓の温度の場合のガス発生率の10
倍又はそれ以上のオーダで増大する。又、内管も
経済的理由から通常は比較的低価格の金属、例え
ば炭素鋼にて作製される。斯る鋼の表面からガス
抜きを行なうための方法としてベーキング法が知
られているが、内管に十分なガス抜きを施すため
には、1800〓の温度を約１日間付与することが必
要とされるであろう。斯る方法は一般的には実施
不能である。 少なくとも５年と考えられる断熱式スチーム注
入管装置の使用寿命の間に環状空間内の水素分圧
が最大約４トルまで増大するのは水素拡散に起因
するものと考えることができる。他の活性ガスに
よる分圧が100トルにまで増大するのは内管のガ
ス発生作用に起因するものと考えられる。斯る圧
力の増大は環状空間の断熱機能を損うものであ
る。他のガスの分圧が最大0.1トルという値は通
常許容し得るものであるが、水素にとつては水素
のモビリテイが極めて大きいという理由から0.01
トル以上の分圧は通常許容し得ないものである。 1980年２月18日のオイル・アンド・ガスジヤー
ナルに掲載されたビー・ヴイー・トレイナー
（B.V.Traynor）の論文「New Doubled−
Walled Tubulars Can Aid Thermal Recovery
Operations」にはその106頁に、厳しい油井環境
下での二重壁管の環状空間を断熱する際の問題点
が論じられている。断熱のために環状空間を真空
にするというのは経済的に実施不可能であり、従
つて真空に対する研究は放棄されたことが理解さ
れるであろう。 本発明は、内管と外管とを有しそして油井にス
チームを注入するのに使用される管装置の環状空
間に真空状態を保持する問題を解決するものであ
る。 本発明に従うと、管の組立時に環状空間にゲツ
タ物質が配置される。ゲツタ物質は好適には使用
時に高温となる表面に隣接して配設される。この
構成によりゲツタ物質の容量とポンピング速度が
増大する。内管及び外管は例えば板のような連結
手段を使用して組立てられる。つまり連結手段は
各管に溶接されそれによつて該両管の間に環状空
間が形成される。環状空間は密封されそして真空
引きされる。ゲツタ物質は管装置がスチーム注入
装置として利用されたときの加熱作用によつて自
動的に活性化されるのが好ましい。 従つて、本発明の目的はスチーム又は他の高温
流体を油井へと注入するための管装置を提供する
ことであり、該管装置は400〓以上の温度の流体
を搬送するための内側空間を画定する内管と、前
記内管のまわりに配置されそして該内管と協働し
て環状空間を画定する外管と、前記内管と外管と
を連結し、前記環状空間を密閉して大気圧から遮
断しそして該密閉環状空間に真空を確立するため
の連結手段と、前記密閉環状空間内の少なくとも
一つの活性ガスを吸着し、好ましくは装置の内管
の表面又は他の高温部材に隣接して設けられたゲ
ツタ物質とを具備して構成される。 本発明の更に他の目的は、温度上昇と共に増大
するガス発生作用によつて少なくとも一つの活性
ガスを解放する材料で内管を作製したとき、許容
し得る真空度を環状空間に保持し得るようにした
管装置を提供することである。 本発明の更に他の目的は油井の腐蝕雰囲気下で
腐蝕し、管壁部を透過し環状空間へと進入する発
生期の水素を発生せしめる材料で外管を作製した
とき、許容し得る真空度を環状空間に保持し得る
ようにした管装置を提供することである。 本発明は、内管及び外管に価格の高い耐蝕性物
質をコーテイングする必要をなくすることができ
る。 気体吸着物質ゲツタはチタン、ジルコニウム又
は他のガス吸着物質とすることができる。しかし
ながらチタン及びジルコニウムが水素ガスを吸着
するには好ましい。 本発明の更に他の目的は管装置の使用期間を通
して断熱のために必要な真空度を所定限度内に維
持することができ、又設計で簡単で、構造が丈夫
で且つ製造価格が安い、スチームを油井に分与す
るための管装置を提供することである。 次に本発明の原理を理解するべく本発明の典型
的な一実施態様を図面に則して説明する。 図面を参照すると本発明の一実施態様において
は総括して番号１０で示される断熱式高温流体注
入管装置が設けられる。該装置は、スチーム又は
他の高温流体を油井中へと注入するために油井内
へと降下せられるストリングを形成するための他
の同じような管装置と一緒に組立てることができ
る。管装置１０は典型的には長さが40フイートと
され、内管１４と、該内管１４のまわりに配置さ
れた外管１２とを具備する。又内、外管の間には
環状空間１６が形成される。第１図に図示される
ように、環状空間１６には内管１４の外表面のま
わりを巻回して多層の断熱材１８を設けるか、又
は第２図に図示されるように繊維質断熱材２２を
設けることができる。しかしながら、他の適当な
断熱材を設けることもできる。内管及び外管の間
には軸方向に離隔した位置に例えばフランジ付連
結部材２４及び２６のような連結手段が、好まし
くは溶接によつて連結される。部材２４及び２６
は内、外管を連結する他に環状空間１６を好適に
シールする働きをも有することができる。スチー
ム又は他の高温流体を管装置へと供給するために
流体供給装置３４を番号３６で概略図示される管
路手段によつて管装置１０に連結することができ
る。装置３４は斯界では知られたものを使用する
ことができ、斯る装置は当業者には良く知られた
ものである。 環状空間１６は好ましくは10-3トル又はそれ以
下のレベルまで既知の態様で真空状態とされる。 耐用寿命が約５年又はそれ以上とされる場合に
はこの真空レベルは0.1トル又はそれ以下であつ
てこのときの水素分圧は0.01トル以下となるよう
に維持されるのが望ましい。このような圧力以上
である場合には環状空間の断熱機能は低下する。
これは、水素の場合には水素分子の分子量が軽く
又水素分子の動きが速くそれによつて望ましくな
いことであるが内管１４から外管１２へと熱が伝
達されるという理由からである。上述のように真
空度は又、各管、特に環状空間２８に導入される
スチームに露呈され、典型的には約650〓、一般
には400〜700〓の温度範囲にある内管１４の材料
から例えば酸素、窒素、水素及び一酸化炭素のよ
うな活性ガスが発生することによつて低下せられ
る。 より詳しくは後で説明するように、管装置１０
の使用期間中に環状空間１６内の雰囲気は腐蝕に
よつて発生した拡散水素によつて最大４トルだけ
増大し、又高温内管１４からのガス発生によつて
約100トルだけ増大すると考えられる。従つて、
発生する可能性のある他の方法によるガスの環状
空間への機械的漏洩が起らない場合であつても、
環状空間１６に対する全圧0.1トル及び水素分圧
0.01トルという上限は超えてしまうであろう。 本発明に従うと、環状空間１６から所望しない
活性ガスを除去するためにはゲツタ物質３０が環
状空間内で、且つ好ましくは内管１４の外面２０
又は例えば400〓以上の温度となる可能性のある
連結部材２４又は２６の表面のような他の表面に
隣接して設けられる。この位置にて、好ましくは
空間２８内のスチームの熱によつて活性化される
ゲツタ物質は外管壁を介して浸入した水素及び内
管１４から発生したガスの双方を吸収する。ゲツ
タ物質の表面積を増大するためにゲツタ物質は例
えば好適には当業者に良く知られているように大
表面積を提供する形態であるスポンジ状とするこ
とができ、又第２図にて番号３２にて示されるよ
うに内管１４の外面を囲包し且つ該外面に隣接し
て波形の金属ストリツプ上に設けることもでき
る。例えば波形ストリツプ３２は鉄又は他の合金
とすることができ、ゲツタ物質はストリツプ上に
コーテイングして形成される。 ゲツタ物質は水素及び他の活性ガスを吸収する
ために好適にはチタン、チタン合金、ジルコニウ
ム又はジルコニウム合金である。他の活性ガスを
吸収するために例えばアルミニウムのようなゲツ
タ物質を追加することができる。これらゲツタ物
質は、さもなくば空間１６へと移動するであろう
不所望の活性ガスを吸収するために高温度、典型
的には空間２８内の温度で活性化されるか又は活
性状態にもたらされる。 本実施態様において比較的低価格の軟鋼が内、
外管を作るのに使用し得るであろう。軟鋼には例
えばクロム又はニツケルメツキ又はステンレス鋼
のような耐蝕性拡散コーテイングを施す必要はな
い。この構成によつて管装置１０の製造価格を著
しく節約し、且つ同時に耐用期間にわたつて十分
な真空を保持することができる。 環状空間１６内に侵入する可能性のある水素量
を計算するに当り、外管１２の外面は管長１イン
チ当り232.7cm2の面積を有するものと仮定する。
油井ケーシング（第１図に図示せず）と断熱管と
の間の環状空間の水の容量は管長１インチ当り
369.86cm3であると仮定する。断熱管の排気空間１
６の容積は管長１インチ当り133.27cm3であると仮
定する。これらの数値は典型的な内、外管の寸法
に基いている。 本発明に従つて好適に使用されるタイプの鋼の
密度は7.86ｇ/cm3である。 酸又はアルカリ溶液の腐蝕のメカニズムは次の
通りである。 Fe→Fe2+＋2e （陽極反応） 2H+＋2e→H2（ガス） （陰極反応） １ｇイオンのFe（55.85ｇ）の腐蝕により１ｇモ
ルのH2が発生する。 上述の上に更に以下の仮定をなす。 鋼の腐蝕率：1mpy（ミル／年） 断熱管の外表面：管１インチ当り91.16cm2 内管の（スチームに露出された）内面積：管１イ
ンチ当り48.12cm2 外管の壁厚：0.635cm 内管の壁厚：0.483cm 透過係数Ｕは次式に従つて計算することができ
る。 Ｕ＝U0e（−Ｋ／RT） ここで、 U0＝2.83×10-3cm3/cm−sec−atm1/2 Ｋ＝8400cal/ｇ-mole Ｒ＝ガス定数 Ｔ＝温度（〓） 150、400及び650〓の温度における透過係数Ｕ
は次の通りであることが分る。 U150〓＝1.1×10-8cm3/cm・sec・atm1/2 U400〓＝4.1×10-7cm3/cm・sec・atm1/2 U630〓＝2.95×10-6cm3/cm・sec・atm1/2 内側断熱管のスチーム側の水素分圧は零である
と仮定する。Q1は水から断熱管の真空空間への
水素流れであり、Q2は断熱管の真空空間からス
チームへの水素流れであるとすると、定常条件は
Q1＝Q2である。 Ｑは次式に従つて計算される。 Ｑ＝Ａ・Ｕ・p1/2／ｔ(cm3/sec) ここで、 Ａ＝表面積（cm2） ｐ＝管の内側と外側との間の雰囲気の圧力差 ｔ＝管壁の厚み（cm） 上記仮定及び設定Q1＝Q2に基づいて定常状態
下にある断熱管の真空空間の水素分圧は400〜650
〓の範囲内の内管温度に対して表の通り又はそ
以上の値であると評価される。 表：水面下の距離の関数としての水素分圧 深さ(ft) H2分圧(トル) 0 2.1×10-2 500 3.2×10-1 1000 6.4×10-1 2000 1.27 4000 2.55 6000 3.82 上記表より、定常状態下に水素が環状空間へと
侵入することによつてもたらされる環状空間圧力
は、もし水素ガスを吸収するために有効な手段が
設けられていないならば水面においてさえも受容
出来ないような大きさ（0.01トル以上）となるこ
とが理解されるであろう。 上述のように腐蝕を防止するか又は上述のよう
に水素の真空空間への進入を防止するために種々
の腐蝕防止剤を利用することができるが、これは
使用する断熱管の価格を増大せしめる。 真空空間における水素ゲツタとして水素ガスに
対し強い親和力を有しているチタン又はジルコニ
ウムを使用することによつて、水素及び他のガス
が真空空間からの吸着されそして本発明に従つた
断熱管の使用寿命を延長せしめることができる。 水素ゲツタとしてのチタンの反応は次の通りで
ある。 Ti（ｓ）＋H2(g)→TiH2（ｓ） ｓは固体を意味し、ｇはガスを意味する。 水素化チタンの形成自由エネルギと解離圧力は
表で温度の関数として示される。自由エネルギ
の大きな負の値及び低い解離圧力はチタンが断熱
管の真空空間内にて有効な水素ゲツタとして機能
し得ることを示す。
【表】
.
650 −10579 10−５ ２
管装置１０の使用寿命は５年間であり、又環状
空間１６内の最終真空が0.1トル以下で且つ水素
分圧が0.01トル以下に保持されるものと仮定する
と、該真空空間は上述のように先ず10-3トル又は
それ以下のレベルにまで真空引きされるべきであ
る。水素が約４トルの分圧に貢献し、又全てのガ
スが約100トルの圧力に寄与するであろうと仮定
すると、環状空間内にゲツタ物質を使用すること
により管の使用寿命の終り時期に於る真空レベル
は0.1トル以下、水素分圧は0.01トル以下に維持
されるであろう。 本発明の原理の応用例を説明するために本発明
の特定の実施態様を詳しく図示し説明したが、本
発明は他の方法にても実施し得ることを理解され
たい。
650 −10579 10−５ ２
管装置１０の使用寿命は５年間であり、又環状
空間１６内の最終真空が0.1トル以下で且つ水素
分圧が0.01トル以下に保持されるものと仮定する
と、該真空空間は上述のように先ず10-3トル又は
それ以下のレベルにまで真空引きされるべきであ
る。水素が約４トルの分圧に貢献し、又全てのガ
スが約100トルの圧力に寄与するであろうと仮定
すると、環状空間内にゲツタ物質を使用すること
により管の使用寿命の終り時期に於る真空レベル
は0.1トル以下、水素分圧は0.01トル以下に維持
されるであろう。 本発明の原理の応用例を説明するために本発明
の特定の実施態様を詳しく図示し説明したが、本
発明は他の方法にても実施し得ることを理解され
たい。
第１図は本発明に従つた断熱式スチーム注入管
装置の縦方向断面図である。第２図は本発明で従
つた断熱式スチーム注入管装置の他の実施態様の
横断面図である。 １２：外管、１４：内管、１６：環状空間、１
８，２２：断熱材、２４，２６：連結部材、３
４：流体供給装置。
装置の縦方向断面図である。第２図は本発明で従
つた断熱式スチーム注入管装置の他の実施態様の
横断面図である。 １２：外管、１４：内管、１６：環状空間、１
８，２２：断熱材、２４，２６：連結部材、３
４：流体供給装置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 油井内へと高温流体を分与するための装置で
あつて、内側空間を有し、400〓（204℃）以上の
温度の流体を搬送するようにした内管と、前記内
管のまわりに配置されそして該内管との間に環状
空間を画定する外管と、前記環状空間を密閉して
大気圧と遮断しそして該密閉環状空間に真空を確
立するべく前記内管と外管とを連結するための手
段と、前記密閉環状空間内の少なくとも一つの活
性ガスを吸着するためのゲツタ物質にして、高温
で活性化され且つ密閉環状空間内の、内管が400
〓（204℃）以上の温度になつたとき400〓（204
℃）以上の温度となる一表面に隣接して配置され
るゲツタ物質とを具備することを特徴とする高温
流体分与装置。 ２ 内管に400〓（204℃）以上の温度の流体を供
給するための手段が連結されて成る特許請求の範
囲第１項記載の装置。 ３ 内管は、高温度にてその作用が増大するガス
発生作用によつて少なくとも一つの活性ガスを解
放するような物質にて作成されて成る特許請求の
範囲第１項記載の装置。 ４ 外管は腐蝕雰囲気にて使用されるものであ
り、又該外管は、腐蝕雰囲気にて腐蝕し発生期の
水素を発生するような物質で作成され、ゲツタ物
質は活性化されたとき水素を吸着するようなタイ
プのものである特許請求の範囲第１項から第３項
のいずれかの項に記載の装置。 ５ ゲツタ物質はチタン、チタン合金、ジルコニ
ウム合金及びジルコニウムから成る群の一つを具
備して成る特許請求の範囲第４項記載の装置。 ６ 内管及び外管は炭素鋼で作られ、前記内管は
400〓（204℃）以上の温度でのガス発生作用によ
つて複数の活性ガスを解放し、該活性ガスはゲツ
タ物質によつて吸着されて成る特許請求の範囲第
４項記載の装置。 ７ 密閉空間には断熱材が配設されて成る特許請
求の範囲第６項記載の装置。 ８ 断熱材は繊維質断熱材及び層状断熱材から成
る群の一つから成る特許請求の範囲第７項記載の
装置。 ９ 連結手段は内管及び外管の軸線方向に離隔し
そして該内管及び外管に溶接された少なくとも二
つの連結部材を具備し、内管の内側空間はスチー
ムを搬送するようにした特許請求の範囲第７項記
載の装置。 １０ 内管を囲包し且つ該内管に隣接して金属ス
トリツプを配置し、そして該金属ストリツプにゲ
ツタ物質が担持されて成る特許請求の範囲第１項
記載の装置。 １１ 400〓（204℃）以上の温度の流体を移送す
る内管と、該内管との間に環状空間を形成するべ
く連結手段によつて前記内管に連結された外管と
から形成された管装置の前記環状空間に真空を維
持する方法であつて、前記空間を密閉し大気圧と
遮断する工程と、前記外管の腐蝕に起因する外管
からの水素透過及び内管が高温度になつたことに
起因する内管のガス発生作用による前記環状空間
へと移動する活性ガスを吸着するためにゲツタ物
質を前記環状空間に設ける工程とを具備すること
を特徴とする真空維持方法。 １２ 内管が400〓（204℃）以上の温度になつた
とき400〓（204℃）以上の温度になる環状空間の
表面に隣接してゲツタ物質を配置せしめる工程を
有し、それによつて400〓（204℃）以上の温度に
て該環状空間を流れる流体による内管の加熱作用
がゲツタ物質を活性化するに十分なものとなるよ
うにした特許請求の範囲第１１項記載の方法。 １３ 外管は炭素鋼で作成され、管状装置は油井
の腐蝕雰囲気にて使用され、外管は軸方向に離間
した少なくとも二つの位置で内管に連結され、そ
して内管は400〓（204℃）以上の温度のスチーム
を担持して成る特許請求の範囲第１１項記載の方
法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US413285 | 1982-08-31 | ||
| US06413285 US4512721B1 (en) | 1982-08-31 | 1982-08-31 | Vacuum insulated steam injection tubing |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5980890A JPS5980890A (ja) | 1984-05-10 |
| JPH0211718B2 true JPH0211718B2 (ja) | 1990-03-15 |
Family
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| JP58158173A Granted JPS5980890A (ja) | 1982-08-31 | 1983-08-31 | 真空断熱式スチ−ム注入管装置 |
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| AT (1) | ATE24958T1 (ja) |
| BR (1) | BR8304588A (ja) |
| CA (1) | CA1203158A (ja) |
| DE (1) | DE3369183D1 (ja) |
| IN (1) | IN161303B (ja) |
| MX (1) | MX157212A (ja) |
| PH (1) | PH22451A (ja) |
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