Pipa komposit termoplastik di laut dalam

Kunjungi halaman berita situs web Airborne Oil &Gas (AOG, IJmuiden, Netherlands) dan Magma Global Ltd. (Portsmouth, UK) dan Anda akan mendapatkan kesan bahwa 2018 adalah tahun yang menentukan bagi dua produsen termoplastik terkemuka ini pipa komposit (TCP) untuk aplikasi laut dalam. Namun, jangan kaget jika berita tahun 2019 tentang pasar komposit yang sedang berkembang ini melampaui tahun sebelumnya.

Beberapa pencapaian penting tahun 2018 untuk AOG:Pada bulan Juni, perusahaan memulai program kualifikasi untuk penambah serat karbon/polivinilidena difluorida (PVDF) (pipa yang menghubungkan sistem produksi bawah laut dan kapal produksi permukaan) untuk operator besar di Amerika Selatan. AOG bekerja sama dengan Subsea 7 (Luksemburg), kontraktor instalasi lepas pantai utama, dalam proyek ini. Pada bulan Agustus, setelah program kualifikasi lima tahun yang ekstensif diikuti oleh instalasi percontohan pertama di dunia pada layanan hidrokarbon (lubang sumur penuh) dari jalur aliran serat kaca/polietilen densitas tinggi (HDPE) (pipa yang menghubungkan kepala sumur ke peralatan pemrosesan lebih lanjut ), Petronas (Kuala Lumpur, Malaysia) mengakui flowline TCP AOG telah mencapai tingkat kesiapan teknologi 6 (verifikasi prototipe beta). “Dan kami berharap dapat mencapai TRL 7 [demonstrasi sistem percontohan] pada 2019,” lapor Martin Van Onna, AOG CCO. Seiring dengan kualifikasi dan program percontohan yang sukses ini, AOG melaporkan rekam jejak komersial yang berkembang, terutama dengan serat kaca/HDPE TCP.

Adapun Magma, 2018 juga tak kalah penting. Pada bulan Maret, Tullow Ghana memberikan kontrak kepada Magma untuk jalur aliran sepanjang 2,5 kilometer untuk pengembangan ladang lepas pantai Tweneboa, Enyenra, Ntomme (TEN). Pada bulan Mei, bekerja sama dengan Ocyan (Rio de Janeiro, Brasil), sebuah perusahaan layanan lepas pantai, Magma menyelesaikan dan menerima validasi pihak ketiga dari desain Composite Multi-Bore Hybrid Riser (CMHR) yang menggunakan serat karbon/polyetheretherketone (PEEK) Magma. -pipa. Magma dan Ocyan menawar CMHR untuk pengembangan perairan dalam di Brasil. Magma mengumumkan pada bulan Agustus bahwa inisiatif bersama dengan Equinor (Stavanger, Norwegia) telah memperoleh dana £10,5 juta dari Innovate UK, sumber pendanaan pemerintah, untuk memenuhi syarat solusi semua-Magma untuk jumper (pipa yang menghubungkan flowlines dan/atau fasilitas bawah laut ). Akhirnya, pada bulan November, Institut Energi (London, Inggris) menganugerahkan Penghargaan Inovasi 2018 kepada Magma untuk pipa-m, dengan alasan kemampuan pipa untuk memecahkan tantangan produksi minyak dan gas di cadangan laut dalam, serta kemampuannya untuk digunakan kembali.

Pada tahun 2019, AOG dan Magma memiliki rencana besar untuk meningkatkan kapasitas produksi karena mereka melayani pasar komposit yang sedang berkembang. “Khususnya pada paruh kedua tahun lalu,” Van Onna menegaskan, “permintaan tumbuh sangat cepat sehingga kami benar-benar perlu tumbuh dengan sangat, sangat cepat.”

Banding TCP

Menggarisbawahi pertumbuhan yang cepat ini adalah sejarah yang relatif singkat dari penerapan TCP dalam aplikasi minyak dan gas laut dalam. Perhatikan bahwa TCP berbeda dari pipa termoplastik yang diperkuat — RTP — yang telah ada sejak tahun 1990-an. RTP terdiri dari lapisan termoplastik yang dibungkus dengan tidak terikat komposit aramid atau serat kaca, kemudian dilapisi dengan termoplastik. Ini digunakan dalam aplikasi tekanan rendah dan suhu yang tidak terlalu menuntut dibandingkan dengan TCP yang sepenuhnya terikat. Meskipun TCP terdiri dari sekumpulan bahan yang serupa, TCP cocok untuk tekanan yang lebih tinggi dan rentang suhu yang lebih besar karena dua alasan. Pertama, beberapa TCP menggunakan resin termoplastik berkinerja lebih tinggi, seperti MENGINTIP, dan/atau penguatan kekuatan lebih tinggi seperti serat karbon. Kedua, lapisan TCP terikat satu sama lain melalui proses pembuatan sekering leleh, yang menghasilkan sifat kinerja yang lebih tinggi daripada RTP yang dibuat dari bahan yang sama.

Hanya 11 tahun yang lalu, Van Onna menceritakan, tidak TCP telah digunakan dalam aplikasi laut dalam. Kemudian pada tahun 2009, AOG mengembangkan dan menyebarkan downline TCP lepas pantai pertama (digunakan untuk memompa cairan ke dasar laut untuk injeksi ke pipa bawah laut atau kepala sumur bawah laut). Perusahaan membangun lokasi produksi TCP skala penuh pada tahun 2012. Pada tahun 2018, AOG telah meningkatkan kapasitas produksi untuk memasukkan tiga lini produksi serta kemampuan manufaktur yang mencakup serat kaca/HDPE untuk aplikasi hingga 65˚C/150˚F dan 5 ksi; serat karbon/poliamida 12 untuk aplikasi hingga 80˚C/180˚F dan 10 ksi; dan serat karbon/PVDF untuk aplikasi hingga 121˚C/250˚F dan 15 ksi.

Sementara itu, Magma didirikan pada tahun 2009 dan mulai memasang m-pipe pada tahun 2012, membuka lokasi produksinya di Portsmouth, Inggris pada tahun 2016. Pada perayaan ulang tahun lima tahun perusahaan, CEO Martin Jones berkomentar, “Industri penerbangan adalah preseden yang baik di mana penggunaan serat karbon sekarang menjadi standar. Sekarang ini juga terjadi di minyak dan gas. Saat ini kami terlibat dengan semua operator besar.”

Adopsi TCP yang berkembang berasal dari banyak keuntungan penghematan biaya dibandingkan pipa konvensional. Misalnya, meskipun biaya bahan lebih tinggi, serat karbon/PVDF kinerja tertinggi AOG dalam aplikasi flowline menghasilkan penghematan 30 persen yang dilaporkan pada biaya pemasangan dibandingkan dengan flowline logam. Demikian pula, tinjauan komersial Calash (London, Inggris) tentang m-pipe versus baja dalam aplikasi single-line offset riser (SLOR) memperkirakan penghematan biaya terpasang sebesar 11 persen. Penghematan ini dihasilkan dari beberapa properti TCP yang membuat transportasi, persiapan (misalnya, mengakhiri pipa dengan fitting ujung), dan pemasangan jauh lebih murah daripada melakukan tugas-tugas ini dengan pipa yang terbuat dari bahan lain.

Seperti yang sering terjadi pada komposit, properti pertama adalah bobot yang ringan — TCP memiliki bobot hanya sepersepuluh dari bobot pipa baja — tetapi kombinasi bobot yang ringan dan fleksibilitas pipa menghasilkan keuntungan kritis:pipa dapat digulung pada drum dan palet bawah laut yang relatif kecil. Karena itu, kapal yang lebih kecil dapat mengangkut dan memasang TCP bentang panjang — keuntungan logistik dan ekonomi di lokasi lepas pantai yang lebih terpencil (misalnya, di lepas pantai Afrika Barat), di mana penempatan kapal pengangkat berat konvensional merupakan proposisi yang mahal. Keuntungan penghematan biaya lainnya yang diciptakan oleh kapasitas peleburan TCP adalah bahwa pipa dapat dihentikan dan fitting ujung dipasang di lokasi.

TCP menawarkan kombinasi kekuatan tinggi, fleksibilitas dan kemudahan pemutusan, memberikan kualitas terbaik dari pipa logam konvensional (kuat tapi kaku) dan pipa fleksibel yang terbuat dari lapisan yang tidak terikat dari kabel logam yang diterapkan secara heliks dan termoplastik yang diekstrusi (fleksibel tetapi berat, dan sangat mahal untuk mengakhiri di tempat). TCP sepenuhnya mampu menangani secara efisien tekanan dan suhu yang menuntut aplikasi bawah laut — baik dari kondisi eksternal maupun dari kondisi internal yang diciptakan oleh fluida yang bergerak melaluinya. Lapisan termoplastik TCP juga menawarkan laju aliran yang tinggi karena koefisien gesekannya yang rendah. Terakhir, dua sifat kunci TCP lainnya — ketahanan terhadap korosi dan kelelahan — membuat TCP sangat tahan lama, bahkan ketika perusahaan energi lebih sering memompa minyak mentah asam (yaitu, asam) yang ditemukan lebih dalam di bawah tanah.

Mempercepat produksi pipa

Bersiap untuk memenuhi permintaan yang semakin cepat, AOG adalah satu tahun dalam program tiga tahun yang dirancang untuk meningkatkan kapasitas produksi perusahaan dengan faktor lima. “Kami menerapkan lebih dari 10 tindakan individual yang semuanya mengarah pada peningkatan kapasitas produksi,” kata Van Onna.

TCP diproduksi di AOG dalam tiga langkah berkelanjutan. Pertama, liner termoplastik diekstrusi. Selanjutnya, peletakan pita otomatis (ATL) dengan konsolidasi in-situ berputar di mana saja dari beberapa hingga 100 lapisan pita termoplastik yang diperkuat serat, dengan setiap lapisan meleleh ke lapisan sebelumnya. Terakhir, pipa dijalankan melalui die ekstrusi pelapis. Ini bukan koekstrusi biasa, Van Onna menjelaskan. “Kami melelehkan lapisan komposit luar dan membentuk lapisan dengan tekanan ke laminasi. Hasilnya adalah pipa dengan kekuatan geser yang tinggi antara lapisan dan laminasi, yang memungkinkan klien kami untuk menghentikan TCP kami di mana saja, sambil mempertahankan lapisan pelindung yang kuat, tahan lama dan.”

AOG menambahkan stasiun berliku, cara yang jelas untuk meningkatkan kapasitas, tetapi juga meningkatkan kecepatan ekstrusi dan penggulungan. Perusahaan telah mengintegrasikan sistem inspeksi otomatis eksklusif pada lini produksi, yang memastikan karakteristik dan properti yang konsisten bahkan saat kecepatan produksi meningkat.

Proses produksi Magma memiliki kemiripan dengan AOG. Magma m-pipe terdiri dari sekitar 25 persen serat karbon, 25 persen serat kaca S2 dan 50 persen PEEK. Magma mengacu pada proses pembuatannya sebagai "proses cetak laser 3D robot yang sepenuhnya otomatis." Ini terdiri dari ekstrusi prekursor pipa bagian dalam dengan lubang halus yang terbuat dari MENGINTIP di mana proses ATL menggunakan laser untuk memadukan lapisan serat kaca/PEEK dan serat karbon/PEEK tape. Magma memilih PEEK, yang diperoleh perusahaan dari Victrex (Lancashire, Inggris), karena kapasitas kelelahannya yang sangat tinggi. Toray Industries (Tokyo, Jepang) memasok bala bantuan yang digunakan dalam m-pipe. Magma memenuhi permintaan produksi tidak hanya dengan jalur produksi internal Portsmouth, Inggris, tetapi juga dengan modul manufaktur dalam negeri seluler (ICMM), yang pertama juga beroperasi di Portsmouth. Magma mengantisipasi penyebaran lebih banyak ICMM, karena perusahaan menyukai produksi lokal, baik secara logistik maupun finansial, terutama untuk aplikasi riser.

Segera sukses secara komersial

Yang penting, pengembangan TCP telah disertai dengan pembuatan standar formal untuk desain dan kualifikasi TCP dalam aplikasi bawah laut. Jalan menuju standar ini sangat melelahkan, kata Van Onna, tetapi hasilnya adalah dokumen dan pedoman yang menimbulkan kepercayaan besar di kalangan profesional energi terhadap kinerja jangka panjang produk, serta perkiraan biaya penggunaan. Keyakinan seperti itu, dapat dibayangkan, sangat penting dalam industri yang sangat diatur dan diawasi dengan ketat seperti produksi minyak dan gas lepas pantai, di mana kegagalan pipa tidak dapat diterima. Standar tersebut, Van Onna menjelaskan, mencakup kualifikasi bahan dasar serta metode desain dan, tentu saja, teknologi produksi. AOG telah mampu menunjukkan bahwa bahan dasar TCP dan kualitas produksinya setara dengan struktur komposit benchmark yang diawetkan dengan autoklaf seperti yang digunakan di ruang angkasa.

Pendekatan AOG untuk kualifikasi, Van Onna melanjutkan, adalah untuk “menjalankan kualifikasi terpisah untuk semua bahan dasar kami. Kemudian kami merancang dan memproduksi pipa dengan berbagai ukuran menggunakan bahan-bahan berkualitas tersebut.” Mencapai kualifikasi dan mendaki melalui tingkat TRL, TCP sekarang siap untuk volume massal produk mulai tahun 2019, Van Onna percaya.