Труба из термопластичного композитного материала на подъеме в глубоком море

Посетите новостные страницы веб-сайтов Airborne Oil &Gas (AOG, Эймёйден, Нидерланды) и Magma Global Ltd. (Портсмут, Великобритания), и у вас сложится впечатление, что 2018 год стал переломным для этих двух ведущих производителей термопластов. композитные трубы (TCP) для глубоководных работ. Но не удивляйтесь, если новости об этом быстрорастущем рынке композитов в 2019 году затмят новость предыдущего года.

Несколько заметных достижений 2018 года для AOG:в июне компания начала программу квалификации для райзеров из углеродного волокна / поливинилидендифторида (ПВДФ) (труб, соединяющих системы подводной добычи и суда для добычи на поверхности) для крупного оператора в Южной Америке. Над этим проектом AOG работала в сотрудничестве с Subsea 7 (Люксембург), крупным подрядчиком по установке морских сооружений. В августе, после обширной пятилетней программы аттестации, за которой последовала первая в мире пилотная установка по обслуживанию углеводородов (полный ствол скважины) выкидного трубопровода из стекловолокна / полиэтилена высокой плотности (HDPE) (трубы, соединяющей устье скважины с оборудованием для дальнейшей обработки). ), Petronas (Куала-Лумпур, Малайзия) признал, что трубопровод TCP компании AOG достиг уровня технологической готовности 6 (проверка бета-прототипа). «И мы ожидаем достичь TRL 7 [демонстрация пилотной системы] в 2019 году», - сообщает Мартин Ван Онна, коммерческий директор AOG. Помимо этих успешных квалификационных и пилотных программ, AOG сообщает о растущем коммерческом послужном списке, особенно с его стекловолокном / HDPE TCP.

Что касается Magma, то 2018 год был не менее насыщенным. В марте компания Tullow Ghana заключила с Magma контракт на строительство выкидного трубопровода протяженностью 2,5 км для разработки морских месторождений Tweneboa, Enyenra, Ntomme (TEN). В мае, работая с Ocyan (Рио-де-Жанейро, Бразилия), офшорной сервисной компанией, Magma завершила и получила стороннюю валидацию конструкции композитного многоствольного гибридного стояка (CMHR), в котором используется углеродное волокно / полиэфирэфиркетон Magma (PEEK) m. -трубка. Magma и Ocyan подали заявку на CMHR на глубоководные разработки в Бразилии. В августе Magma объявила, что совместная инициатива с Equinor (Ставангер, Норвегия) обеспечила финансирование в размере 10,5 миллионов фунтов стерлингов от Innovate UK, источника государственного финансирования, для квалификации полностью Magma решения для перемычек (трубопроводов, соединяющих выкидные трубопроводы и / или подводные сооружения). ). Наконец, в ноябре Энергетический институт (Лондон, Великобритания) вручил Magma награду за инновации 2018 года за ее m-pipe, сославшись на способность трубы решать проблемы добычи нефти и газа из глубоководных запасов, а также на ее способность можно использовать повторно.

В 2019 году у AOG и Magma большие планы по увеличению производственных мощностей, поскольку они обслуживают процветающий рынок композитов. «Особенно во второй половине прошлого года, - утверждает Ван Онна, - спрос растет так быстро, что нам действительно нужно расти очень, очень быстро».

Апелляция TCP

Этот быстрый рост подчеркивает относительно короткая история развертывания TCP в глубоководных нефтегазовых приложениях. Обратите внимание, что TCP отличается от трубы из армированного термопласта - RTP, которая существует с 1990-х годов. RTP состоит из термопластичного лайнера, покрытого несвязанной композиты из арамида или стекловолокна, затем покрытые термопластом. Он используется при более низком давлении и менее требовательных температурах по сравнению с полностью склеенным TCP. Хотя TCP состоит из аналогичного набора материалов, он подходит для более высоких давлений и более широкого диапазона температур по двум причинам. Во-первых, в некоторых TCP используются термопластические смолы с более высокими эксплуатационными характеристиками, такие как PEEK, и / или более прочная арматура, такая как углеродное волокно. Во-вторых, уровни TCP связаны друг к другу посредством процесса производства плавкого предохранителя, который обеспечивает более высокие эксплуатационные характеристики, чем RTP, изготовленный из тех же материалов.

Всего 11 лет назад Ван Онна вспоминает: нет TCP был развернут в глубоководных приложениях. Затем, в 2009 году, AOG разработала и ввела в эксплуатацию первую линию нисходящей линии TCP (используется для закачки флюидов на морское дно для закачки в подводные трубопроводы или подводные устья скважин). В 2012 году компания построила полномасштабную производственную площадку для TCP. К 2018 году AOG увеличила производственные мощности, включив три производственные линии, а также производственные мощности, которые включают стекловолокно / HDPE для приложений до 65˚C / 150˚F и 5 тыс. фунтов / кв. дюйм; углеродное волокно / полиамид 12 для температур до 80 ° C / 180 ° F и 10 тысяч фунтов на кв. дюйм; и углеродное волокно / ПВДФ для температур до 121˚C / 250˚F и 15 тысяч фунтов / кв.дюйм.

Тем временем компания Magma была основана в 2009 году, а в 2012 году начала развертывать свою m-pipe, открыв производство в Портсмуте, Великобритания, в 2016 году. На праздновании пятилетнего юбилея компании генеральный директор Мартин Джонс прокомментировал:«Авиационная промышленность - это отрасль промышленности. хороший прецедент, когда использование углеродного волокна стало стандартом. То же самое сейчас происходит и с нефтью и газом. В настоящее время мы работаем со всеми основными операторами ».

Растущее распространение TCP связано с его многочисленными преимуществами экономии по сравнению с обычными трубами. Например, несмотря на более высокую стоимость материалов, углеродное волокно / PVDF с высочайшими характеристиками AOG в выкидных линиях дает 30-процентную экономию на затратах на монтаж по сравнению с металлическими выкидными линиями. Аналогичным образом, коммерческий обзор m-pipe по сравнению со сталью в Калаше (Лондон, Великобритания) в применении однолинейного смещенного стояка (SLOR) оценил экономию затрат при установке в размере 11 процентов. Эта экономия является результатом нескольких свойств TCP, которые делают транспортировку, подготовку (например, заделку труб концевыми фитингами) и установку значительно дешевле, чем выполнение этих задач с трубами, изготовленными из других материалов.

Как часто бывает с композитами, первым из таких свойств является легкий вес (TCP весит всего одну десятую веса стальной трубы), но сочетание легкого веса и гибкости трубы дает критическое преимущество:труба может быть намотанными на относительно небольшие бочки и подводные поддоны. Из-за этого меньшие суда могут транспортировать и устанавливать большие пролеты TCP - логистическое и экономическое благо в более удаленных оффшорных точках (например, у побережья Западной Африки), где развертывание обычных судов большой грузоподъемности является дорогостоящим. Еще одно преимущество экономии затрат, создаваемое способностью расплавления TCP, заключается в том, что трубу можно оконцевать и устанавливать концевые фитинги на месте.

TCP предлагает сочетание высокой прочности, гибкости и простоты заделки, что придает ей лучшие качества обычных металлических труб (прочные, но жесткие) и гибких труб, изготовленных из несвязанных слоев спирально наложенных металлических проволок и экструдированных термопластов (гибких, но тяжелых и очень дорого прекратить на месте). TCP полностью способен эффективно справляться с высокими давлениями и температурами подводных приложений - как из-за внешних условий, так и из-за внутренних условий, создаваемых текучими средами, движущимися через них. Термопластическая футеровка TCP также обеспечивает высокий расход благодаря низкому коэффициенту трения. Наконец, два других ключевых свойства TCP - устойчивость к коррозии и усталости - делают TCP очень долговечными, несмотря на то, что энергетические компании все чаще перекачивают кислую (то есть кислую) сырую нефть, обнаруженную глубже под землей.

Ускорение производства труб

Готовясь удовлетворить растущий спрос, AOG выполняет один год из трехлетней программы, предназначенной для увеличения производственных мощностей компании в пять раз. «Мы реализуем более 10 индивидуальных мер, которые все приводят к увеличению производственных мощностей», - говорит Ван Онна.

TCP создается в AOG в три непрерывных этапа. Сначала экструдируется термопластическая подкладка. Затем автоматическая укладка ленты (ATL) с наматыванием на месте от нескольких до 100 слоев армированной волокном термопластической ленты, при этом каждый слой плавится с предыдущими слоями. Наконец, труба пропускается через фильеру для экструзии покрытия. Ван Онна объясняет, что это не обычная соэкструзия. «Мы плавим внешний композитный слой и наносим покрытие на ламинат под давлением. В результате получается труба с высокой прочностью на сдвиг между покрытием и ламинатом, что позволяет нашим клиентам заканчивать изоляцию в любом месте, сохраняя при этом высокопрочное, долговечное и защитное покрытие ».

Компания AOG добавляет намоточные станции, что является очевидным способом увеличения производительности, но также увеличивает скорость экструзии и намотки. Компания интегрировала в производственную линию запатентованную систему автоматического контроля, которая обеспечивает неизменные характеристики и свойства даже при увеличении скорости производства.

Производственный процесс Magma имеет сходство с AOG. M-pipe Magma состоит примерно на 25 процентов из углеродного волокна, на 25 процентов из стекловолокна S2 и на 50 процентов из PEEK. Magma называет свой производственный процесс «полностью автоматизированным процессом 3D-лазерной печати с использованием роботов». Он состоит из экструзии прекурсора внутренней трубы с гладким отверстием, изготовленного из PEEK, на котором в процессе ATL используется лазер для сплавления чередующихся слоев лент из стекловолокна / PEEK и углеродного волокна / PEEK. Magma выбрала PEEK, который компания приобретает у Victrex (Ланкашир, Великобритания) из-за его очень высокой усталостной способности. Toray Industries (Токио, Япония) поставляет арматуру, используемую в m-pipe. Magma удовлетворяет производственные потребности не только своей внутренней производственной линией в Портсмуте, Великобритания, но и созданием мобильных производственных модулей внутри страны (ICMM), первый из которых также работает в Портсмуте. Magma ожидает развертывания большего количества модулей ICMM, поскольку компания отдает предпочтение местному производству, как в логистическом, так и в финансовом отношении, особенно для райзерных приложений.

Скоро коммерческий успех

Важно отметить, что разработка TCP сопровождалась созданием формального стандарта для проектирования и аттестации TCP в подводных приложениях. Путь к этому стандарту был кропотливым, говорит Ван Онна, но результатом стал документ и руководство, которое вселяет в профессионалов в области энергетики большую уверенность в долгосрочных характеристиках продукта, а также в ожидаемых затратах на его использование. Такая уверенность, как можно себе представить, имеет решающее значение в строго регулируемой и тщательно контролируемой отрасли, такой как морская добыча нефти и газа, где отказ трубопровода просто недопустим. Стандарт, поясняет Ван Онна, охватывает квалификацию основных материалов, а также метод проектирования и, конечно же, технологию производства. Компания AOG смогла продемонстрировать, что ее базовые материалы TCP и качество продукции не уступают эталонным композитным структурам, отверждаемым в автоклаве, например, используемым в аэрокосмической отрасли.

Подход AOG к квалификации, продолжает Ван Онна, заключался в «проведении отдельной квалификации для всех наших основных материалов. Затем мы проектируем и производим трубы любого размера из этих качественных материалов ». По мнению Ван Онна, достигнув квалификации и пройдя уровни TRL, TCP теперь готова к массовому выпуску продукции, начиная с 2019 года.