Pipa Komposit Termoplastik Siap Merevolusi Operasi Laut Dalam
Kunjungi halaman berita Airborne Oil & Gas (AOG, IJmuiden, Belanda) dan Magma Global Ltd. (Portsmouth, Inggris) dan Anda akan mendapatkan kesan bahwa 2018 adalah tahun tonggak bagi kedua produsen terkemuka pipa komposit termoplastik (TCP) untuk aplikasi laut dalam. Tetapi jangan heran jika berita 2019 tentang pasar komposit yang berkembang ini mengecilkan berita tahun sebelumnya.
Beberapa prestasi notable 2018 untuk AOG: Pada Juni, perusahaan memulai program kualifikasi untuk riser serat karbon/polivinilidenida fluorida (PVDF) (pipa yang menghubungkan sistem produksi subsea dan vessel produksi permukaan) untuk operator besar di Amerika Selatan. AOG bekerja sama dengan Subsea 7 (Luxemburg), kontraktor instalasi offshore besar, pada proyek ini. Pada Agustus, setelah program kualifikasi lima tahun yang luas diikuti oleh instalasi pilot pertama dunia pada layanan hidrokarbon (sumur penuh) dari flowline serat kaca/polietilena padat tinggi (HDPE) (pipa yang menghubungkan well head ke peralatan pemrosesan lebih lanjut), Petronas (Kuala Lumpur, Malaysia) mengakui flowline TCP AOG sebagai telah mencapai technology readiness level 6 (verifikasi prototipe beta). “Dan kami berharap mencapai TRL 7 [demonstrasi sistem pilot] pada 2019,” melaporkan Martin Van Onna, CCO AOG. Samping dengan kualifikasi dan program pilot yang sukses ini, AOG melaporkan track record komersial yang tumbuh, terutama dengan TCP serat kaca/HDPE.
Seperti yang disebutkan, Magma, 2018 juga setara peristiwa. Pada Maret, Tullow Ghana memberikan kontrak kepada Magma untuk flowline 2,5 kilometer untuk pengembangan Tweneboa, Enyenra, Ntomme (TEN) field offshore. Pada Mei, bekerja sama dengan Ocyan (Rio de Janeiro, Brazil), perusahaan layanan offshore, Magma menyelesaikan dan menerima validasi pihak ketiga dari desain Composite Multi-Bore Hybrid Riser (CMHR) yang menggunakan m-pipe serat karbon/polyetheretherketone (PEEK) Magma. Magma dan Ocyan menawarkan CMHR untuk pengembangan air dalam di Brazil. Magma mengumumkan pada Agustus bahwa inisiatif bersama dengan Equinor (Stavanger, Norwegia) telah mengamankan £10,5 juta pendanaan dari Innovate UK, sumber pendanaan pemerintah, untuk kualifikasi solusi seluruh Magma untuk jumpers (pipa yang menghubungkan flowline dan/atau fasilitas subsea). Akhirnya, pada November, Energy Institute (London, Inggris) memberikan Award for Innovation 2018 kepada Magma untuk m-pipe, menyebutkan kemampuan pipe untuk menyelesaikan tantangan produksi minyak dan gas di cadangan air dalam, serta kemampuan untuk digunakan kembali.
Pada 2019, AOG dan Magma memiliki rencana besar untuk meningkatkan kapasitas produksi saat mereka melayani pasar komposit yang berkembang. “Khususnya di pertengahan tahun lalu,” Van Onna mengafirmasi, “permintaan tumbuh begitu cepat sehingga kami benar-benar perlu tumbuh sangat, sangat cepat.”
TCP appeal
Mendorong pertumbuhan cepat ini adalah sejarah yang relatif singkat dari penerapan TCP dalam aplikasi minyak dan gas laut dalam. Perhatikan bahwa TCP berbeda dari reinforced thermoplastic pipe — RTP — yang ada sejak tahun 1990-an. RTP terdiri dari liner termoplastik yang dilapisi dengan komposit serat aramid atau kaca tidak terikat, kemudian dilapisi dengan termoplastik. Ini digunakan dalam aplikasi tekanan rendah dan suhu yang kurang menuntut dibandingkan TCP yang terikat sepenuhnya. Meskipun TCP terdiri dari serangkaian material yang serupa, ia cocok untuk tekanan yang lebih tinggi dan rentang suhu yang lebih luas karena dua alasan. Pertama, beberapa TCP menggunakan resin termoplastik yang berkinerja lebih tinggi, seperti PEEK, dan/atau penguat yang lebih kuat seperti serat karbon. Kedua, lapisan TCP terikat satu sama lain melalui proses manufaktur melt-fuse, yang menghasilkan properti kinerja yang lebih tinggi daripada RTP yang dibuat dari material yang sama.
Hanya 11 tahun yang lalu, Van Onna menceritakan, tidak ada TCP yang telah diterapkan dalam aplikasi laut dalam. Kemudian pada 2009, AOG mengembangkan dan menerapkan TCP downline offshore pertama (digunakan untuk pompa cairan ke dasar laut untuk injeksi ke pipa subsea atau wellhead subsea). Perusahaan membangun situs produksi skala penuh TCP pada 2012. Pada 2018, AOG telah meningkatkan kapasitas produksi untuk mencakup 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 2009 dan mulai menerapkan m-pipe pada 2012, membuka situs produksi di Portsmouth, Inggris pada 2016. Pada perayaan ulang tahun kelima perusahaan, CEO Martin Jones berkomentar, “Industri penerbangan adalah contoh yang baik di mana penggunaan serat karbon kini standar. Ini juga sedang terjadi di minyak dan gas. Kami saat ini terlibat dengan semua operator besar.”
Adopsi yang meningkat TCP berasal dari berbagai keuntungan menghemat biaya dibandingkan pipa konvensional. Misalnya, meskipun biaya material yang lebih tinggi, serat karbon/PVDF dengan kinerja tertinggi AOG dalam aplikasi flowline menghasilkan penghematan biaya as-installed sebesar 30 persen dibandingkan flowline logam, dilaporkan. Demikian pula, ulasan komersial Calash (London, Inggris) dari m-pipe versus steel dalam aplikasi riser offset single-line (SLOR) mengestimasi penghematan biaya as-installed sebesar 11 persen. Penghematan ini berasal dari beberapa properti TCP yang membuat transportasi, persiapan (misalnya, mengakhiri pipa dengan fitting ujung), dan instalasi jauh lebih murah daripada melakukan tugas-tugas ini dengan pipa yang terbuat dari material lain.
Seperti yang sering terjadi dengan komposit, properti pertama tersebut adalah berat ringan — TCP hanya menarik satu sepuluh berat pipa baja — namun kombinasi berat ringan dan fleksibilitas pipa memberikan keuntungan kritis: pipa dapat digulung pada drum yang relatif kecil dan palet subsea. Karena ini, kapal yang lebih kecil dapat mengangkut dan menginstal jangkauan panjang TCP — keuntungan logistik dan ekonomi di lokasi offshore yang lebih terpencil (misalnya, di luar pantai Afrika Barat), di mana penerapan kapal lift berat konvensional adalah proposisi yang mahal. Keuntungan menghemat biaya lain yang diciptakan oleh kapasitas melt-fusing TCP adalah bahwa pipa dapat diakhiri dan fitting ujung dipasang di lokasi.
TCP menawarkan kombinasi kekuatan tinggi, fleksibilitas dan kemudahan pengakhiri, yang memberikan kualitas terbaik dari pipa logam konvensional (kuat namun kaku) dan pipa fleksibel yang terbuat dari lapisan tidak terikat kawat logam helikalkan dan termoplastik ekstrusi (fleksibel namun berat, dan sangat mahal untuk diakhiri di lokasi). TCP sepenuhnya mampu menangani tekanan dan suhu yang menuntut aplikasi subsea — baik dari kondisi eksternal maupun dari kondisi internal yang diciptakan oleh cairan yang bergerak melalui mereka. Liner termoplastik TCP juga menawarkan laju alir yang tinggi karena koefisien gesekan rendahnya. Terakhir, dua properti kunci TCP lainnya — daya tahan karat dan kelelahan — membuat TCP sangat awet, meski perusahaan energi semakin sering memompa minyak mentah asam (yaitu, asid) yang ditemukan lebih dalam tanah.
Accelerating pipe production
Persiapan untuk memenuhi permintaan yang semakin meningkat, AOG sedang dalam tahun pertama dari program tiga tahun yang dirancang untuk meningkatkan kapasitas produksi perusahaan dengan faktor lima. “Kami mengimplementasikan lebih dari 10 tindakan individu yang semuanya mengarah pada peningkatan kapasitas produksi,” Van Onna kata.
TCP diproduksi di AOG dalam tiga tahap berkelanjutan. Pertama, liner termoplastik diekstrusi. Kedua, automated tape laying (ATL) dengan in-situ consolidation melilit beberapa hingga 100 lapisan pita termoplastik terkuat serat, dengan setiap lapisan melt-fused pada lapisan sebelumnya. Terakhir, pipa dijalankan melalui cetakan coating extrusion. Ini bukan coextrusion biasa, Van Onna menjelaskan. “Kami meleleh lapisan komposit luar dan membentuk coating dengan tekanan pada laminat. Hasilnya adalah pipa dengan kekuatan geser tinggi antara coating dan laminat, yang memungkinkan klien kami untuk mengakhiri TCP kami di mana saja, sambil mempertahankan coating yang kuat, awet dan melindungi.”
AOG menambahkan stasiun winding, cara yang jelas untuk meningkatkan kapasitas, tetapi juga meningkatkan kecepatan ekstrusi dan winding. Perusahaan telah mengintegrasikan sistem inspeksi otomatis miliknya pada lini produksi, yang memastikan karakteristik dan properti yang konsisten meskipun kecepatan produksi ditingkatkan.
Proses produksi Magma mirip dengan AOG. m-pipe Magma terdiri dari sekitar 25 persen serat karbon, 25 persen serat kaca S2 dan 50 persen PEEK. Magma menyebut proses manufaktur mereka sebagai “fully automated robotic 3D laser print process.&rdquo. Ini terdiri dari ekstrusi precursor pipa dalam bore halus yang terbuat dari PEEK yang kemudian proses ATL menggunakan laser untuk melt-fuse lapisan bergantian pita serat kaca/PEEK dan serat karbon/PEEK. Magma memilih PEEK, yang diperoleh dari Victrex (Lancashire, Inggris), karena kapasitas kelelahan yang sangat tinggi. Toray Industries (Tokyo, Jepang) menyediakan penguat yang digunakan dalam m-pipe. Magma memenuhi kebutuhan produksi tidak hanya dengan lini produksi internal Portsmouth, Inggris, tetapi juga dengan modul manufaktur dalam negeri mobile (ICMM), yang pertama juga beroperasi di Portsmouth. Magma mengantisipasi menempatkan lebih banyak ICMM, karena perusahaan mendukung produksi lokal, baik logistik maupun keuangan, khususnya untuk aplikasi riser.
Commercial success soon
Penting, pengembangan TCP telah diiringi dengan pembuatan standar formal untuk desain dan kualifikasi TCP dalam aplikasi subsea. Jalan menuju standar ini telah menyakitkan, kata Van Onna, tetapi hasilnya adalah dokumen dan pedoman yang menghasilkan kepercayaan besar di kalangan profesional energi terhadap kinerja jangka panjang produk, serta biaya penggunaan yang diharapkan. Kepercayaan seperti itu, dapat dibayangkan, adalah kritis di industri yang sangat diatur dan dipantau seperti produksi minyak dan gas offshore, di mana kegagalan pipa tidak dapat diterima. Standar, Van Onna menjelaskan, mencakup kualifikasi material dasar serta metode desain dan, tentu saja, teknologi produksi. AOG telah dapat menunjukkan bahwa material dasar TCP dan kualitas produksi setara dengan struktur komposit yang dikurangi autoclave sebagai patokan seperti yang digunakan di penerbangan.
Pendekatan AOG terhadap kualifikasi, Van Onna melanjutkan, adalah untuk “menjalankan kualifikasi terpisah untuk semua material dasar kami. Kemudian kami merancang dan memproduksi pipa dengan ukuran apa pun menggunakan material yang telah dikualifikasi.” Mencapai kualifikasi dan naik melalui level TRL, TCP kini siap untuk volume massal produk mulai 2019, Van Onna percaya.
