Термопластиковая композитная труба готова революционизировать глубоководные операции

Посетите новостные страницы Airborne Oil & Gas (AOG, Аймуйден, Нидерланды) и Magma Global Ltd. (Портсмут, Великобритания) — и вы получите впечатление, что 2018 год стал переломным для этих двух ведущих производителей термопластиковой композитной трубы (TCP) для глубоководных применений. Но не удивляйтесь, если новости 2019 года об этом бурно растущем рынке композитов затмят предыдущий год.

Достижения 2018 года

Некоторые заметные достижения AOG 2018 г.: в июне компания запустила программу квалификации углерод/поливинилиденфторид (PVDF) райзеров (труб, соединяющих подводные производственные системы и наземные суда) для крупного оператора в Южной Америке. AOG работала в сотрудничестве с Subsea 7 (Люксембург), крупным подрядчиком по установке в открытом море. В августе, после обширной пятилетней программы квалификации, за которой последовал первый в мире пилотный монтаж на углеводородном (полная скважина) сервисе стекловолокнистого/высокой плотности полиэтилен (HDPE) флоулайна (труба, соединяющая устье скважины с дальней обработкой), Petronas (Куала-Лумпур, Малайзия) признала TCP флоулайн AOG как достигший уровня технологической готовности 6 (верификация бета-прототипа). «Ожидаем достичь TRL 7 [демонстрация пилотной системы] в 2019 г.», — сообщает Мартин Ван Онна, CCO AOG. Вместе с успешными квалификациями и пилотными программами AOG сообщает о растущем коммерческом трек-рекорде, особенно со стекловолокно/HDPE TCP.

Для Magma 2018 г. был не менее насыщенным. В марте Tullow Ghana заключила контракт с Magma на 2,5-километровый флоулайн для разработки месторождений Tweneboa, Enyenra, Ntomme (TEN) на шельфе. В мае, работая с Ocyan (Рио-де-Жанейро, Бразилия), оффшорной сервисной компанией, Magma завершила и получила стороннюю валидацию дизайна Composite Multi-Bore Hybrid Riser (CMHR), использующего углерод/полиэтерэтеркетон (PEEK) m-pipe Magma. Magma и Ocyan предлагают CMHR для глубоководных разработок в Бразилии. В августе объявлено, что совместная инициатива с Equinor (Ставангер, Норвегия) получила £10,5 млн финансирования от Innovate UK для квалификации полностью Magma решения для джамперов (труб, соединяющих флоулайны и/или подводные объекты). Наконец, в ноябре Energy Institute (Лондон, Великобритания) вручил свою 2018 премию за инновацию Magma за m-pipe, отмечая способность трубы решать вызовы добычи нефти и газа в глубоководных месторождениях и возможность повторного использования.

В 2019 г. у AOG и Magma большие планы по увеличению производственных мощностей для обслуживания расцветающего рынка композитов. «Особенно во второй половине прошлого года», — подтверждает Ван Онна, — «спрос растет так быстро, что нам действительно нужно расти очень, очень быстро».

Привлекательность TCP

Базис этого быстрого роста — относительно краткая история внедрения TCP в глубоководных нефтегазовых применениях. Заметьте: TCP отличается от армированной термопластиковой трубы (RTP), существующей с 1990-х. RTP состоит из термопластичного лайнера, перемотанного несвязанными арамидными или стекловолокнистыми композитами, затем покрытого термопластом. Используется в низких давлениях и менее требовательных температурах по сравнению с полностью связанным TCP. Хотя TCP состоит из похожих материалов, она подходит для более высоких давлений и более широкого температурного диапазона по двум причинам. Во-первых, некоторые TCP используют более высокопроизводительные термопластичные смолы, такие как PEEK, и/или более высокопрочное армирование вроде углеродного волокна. Во-вторых, слои TCP связаны друг с другом через процесс плавления-сварки при производстве, дающий более высокие свойства, чем RTP из тех же материалов.

Всего 11 лет назад, рассказывает Ван Онна, ни одна TCP не была развернута в глубоководных применениях. Затем в 2009 г. AOG разработала и развернула первую оффшорную TCP-даунлайн (для закачки жидкостей на дно для инъекции в подводные трубопроводы или устья скважин). Компания построила полноразмерное производство TCP в 2012 г. К 2018 г. AOG увеличила мощность до трех линий и возможностей: стекловолокно/HDPE до 65°C/150°F и 5 ksi; углерод/полиамид 12 до 80°C/180°F и 10 ksi; углерод/PVDF до 121°C/250°F и 15 ksi.

Между тем, Magma основана в 2009 г. и начала внедрять m-pipe в 2012 г., открыв производство в Портсмуте в 2016 г. На пятилетии CEO Мартин Джонс прокомментировал: «Авиационная индустрия — хороший прецедент, где углерод стал стандартом. Теперь это происходит и в нефти и газе. Мы сейчас вовлечены со всеми крупными операторами».

Растущее принятие TCP обусловлено многочисленными преимуществами в стоимости над конвенциональной трубой. Например, несмотря на более высокую стоимость материалов, высший по производительности углерод/PVDF AOG в применении флоулайна дает заявленные 30% экономию в установленной стоимости по сравнению с металлическими флоулайнами. Аналогично, коммерческий обзор Calash (Лондон, Великобритания) m-pipe против стали в применении однолинейного смещенного райзера (SLOR) оценил экономию установленной стоимости в 11%. Экономия результат нескольких свойств TCP, делающих транспортировку, подготовку (например, терминирование труб концевиками) и установку значительно дешевле.

Первое свойство — легкий вес: TCP весит всего 1/10 веса стальной трубы. Но комбинация легкого веса и гибкости критична: трубу можно намотать на относительно небольшие барабаны и подводные поддоны. Благодаря этому меньшие суда могут транспортировать и устанавливать длинные пролеты TCP — логистическое и экономическое благо в удаленных оффшорных локациях (например, у побережья Западной Африки), где развертывание тяжеловесовых судов дорого. Другое преимущество плавления-сварки TCP — трубу можно терминировать и устанавливать концевики на месте.

TCP предлагает сочетание высокой прочности, гибкости и легкого терминирования, давая лучшие качества конвенциональной металлической трубы (прочная, но жесткая) и гибкой трубы из несвязанных слоев спирально намотанных металлических проволок и экструдированных термопластов (гибкая, но тяжелая, и очень дорогая для терминирования на месте). TCP полностью способна эффективно справляться с требовательными давлениями и температурами подводных применений — как от внешних условий, так и от внутренних, создаваемых движущимися жидкостями. Термопластичный лайнер TCP также дает высокие расходы за счет низкого коэффициента трения. Наконец, два других ключевых свойства TCP — коррозионная и усталостная стойкость — делают TCP высокодолговечными, даже когда энергетические компании все чаще качают кислую (кислотную) нефть с больших глубин.

Ускорение производства труб

Готовясь к растущему спросу, AOG на годе в трехлетней программе, предназначенной увеличить производственную мощность в 5 раз. «Реализуем более 10 отдельных мер, все ведущие к увеличению мощности», — говорит Ван Онна.

TCP производится у AOG в трех непрерывных шагах. Сначала экструдируется термопластичный лайнер. Затем автоматическая укладка ленты (ATL) с in-situ консолидацией наматывает от нескольких до 100 слоев волокнисто-армированной термопластичной ленты, каждый слой плавно-сварки на предыдущие. В конце труба проходит через экструзионную матрицу покрытия. Это не обычное коэкструзирование, объясняет Ван Онна. «Мы расплавляем внешний композитный слой и давлением формируем покрытие на ламинате. Результат — труба с высокой сдвиговой прочностью между покрытием и ламинатом, позволяющая клиентам терминировать наш TCP где угодно, сохраняя высокопрочный, долговечный и защитный покрытие».

AOG добавляет намотные станции — очевидный способ увеличить мощность, но также увеличивает скорость экструзии и намотки. Компания интегрировала проприетарную систему автоматического контроля на линии, обеспечивающую согласованные характеристики и свойства даже при увеличении скорости.

Производственный процесс Magma похож на AOG. m-pipe Magma состоит примерно из 25% углеродного волокна, 25% S2 стекловолокна и 50% PEEK. Magma называет свой процесс «полностью автоматизированным роботизированным 3D лазерным процессом печати». Состоит из экструзии гладкоствольного внутреннего предшественника трубы из PEEK, на которую ATL процесс лазером сплавляет чередующиеся слои стекловолокно/PEEK и углерод/PEEK лент. Magma выбрала PEEK (приобретает у Victrex, Ланкашир, Великобритания) за очень высокую усталостную емкость. Укрепления поставляет Toray Industries (Токио, Япония). Magma справляется с производственными требованиями не только внутренней линией в Портсмуте, но и мобильными в-стране производственными модулями (ICMM), первый из которых тоже работает в Портсмуте. Magma предвидит развертывание больше ICMM, так как компания предпочитает локальное производство, как логистически, так и финансово, особенно для райзеров.

Коммерческий успех скоро

Важно, развитие TCP сопровождалось созданием формального стандарта для проектирования и квалификации TCP в подводных применениях. Путь к стандарту был тернистым, говорит Ван Онна, но результат — документ и руководство, порождающие у энергетических профи большую уверенность в долгосрочной производительности продукта и его ожидаемой стоимости владения. Такая уверенность критична в строго регулируемой и тщательно контролируемой отрасли вроде оффшорного нефтегаза, где отказ трубы просто неприемлем. Стандарт, объясняет Ван Онна, охватывает квалификацию базовых материалов, метод проектирования и, конечно, производственную технологию. AOG смогла продемонстрировать, что базовые материалы TCP и качество производства равны эталону автоклавно-полимеризованных композитных структур вроде авиации.

Подход AOG к квалификации: «проводить отдельную квалификацию для всех базовых материалов. Затем проектировать и производить трубу любого размера из этих квалифицированных материалов». Достигая квалификацию и поднимаясь по уровням TRL, TCP теперь готова к массовому объему продуктов начиная с 2019 г., верит Ван Онна.