Tubería compuesta termoplástica lista para revolucionar operaciones en aguas profundas

Visite las páginas de noticias de Airborne Oil & Gas (AOG, IJmuiden, Países Bajos) y Magma Global Ltd. (Portsmouth, Reino Unido) y se llevará la impresión de que 2018 fue un año decisivo para estos dos fabricantes líderes de tubería compuesta termoplástica (TCP) para aplicaciones en aguas profundas. Pero no se sorprenda si las noticias de 2019 sobre este mercado emergente para compuestos eclipsan a las del año anterior.

Logros notables de 2018

Algunos logros notables de 2018 para AOG: En junio, la compañía comenzó un programa de calificación para risers (tuberías que conectan sistemas de producción submarina y buques de producción en superficie) de fibra de carbono/polivinilideno difluoruro (PVDF) para un operador importante en Sudamérica. AOG trabajó en colaboración con Subsea 7 (Luxemburgo), un importante contratista de instalación offshore, en este proyecto. En agosto, tras un extenso programa de calificación de cinco años seguido por la primera instalación piloto mundial en servicio de hidrocarburos (pozo completo) de una flowline (tubería que conecta la cabeza del pozo a equipos de procesamiento adicionales) de fibra de vidrio/polietileno de alta densidad (HDPE), Petronas (Kuala Lumpur, Malasia) reconoció la flowline TCP de AOG como haber alcanzado nivel de preparación tecnológica 6 (verificación de prototipo beta). "Y esperamos alcanzar TRL 7 [demostración de sistema piloto] en 2019", reporta Martin Van Onna, CCO de AOG. Junto con estas calificaciones y programas piloto exitosos, AOG reporta un historial comercial creciente, especialmente con su TCP de fibra de vidrio/HDPE.

En cuanto a Magma, 2018 fue igualmente lleno de eventos. En marzo, Tullow Ghana adjudicó un contrato a Magma para una flowline de 2,5 kilómetros para su desarrollo de campos offshore Tweneboa, Enyenra, Ntomme (TEN). En mayo, trabajando con Ocyan (Río de Janeiro, Brasil), una empresa de servicios offshore, Magma completó y recibió validación de terceros de un diseño de Riser Híbrido Multi-Cañería Compuesto (CMHR) que emplea su m-pipe de fibra de carbono/polietereetereetona (PEEK). Magma y Ocyan están pujando el CMHR para desarrollos en aguas profundas en Brasil. Magma anunció en agosto que una iniciativa conjunta con Equinor (Stavanger, Noruega) había asegurado 10,5 millones de libras en financiación de Innovate UK, una fuente de financiación gubernamental, para calificar una solución totalmente Magma para jumpers (tuberías que conectan flowlines y/o instalaciones submarinas). Finalmente, en noviembre, el Energy Institute (Londres, Reino Unido) otorgó su Premio a la Innovación 2018 a Magma por su m-pipe, citando la capacidad de la tubería para resolver los desafíos de producción de petróleo y gas en reservas de aguas profundas, así como su capacidad de ser reutilizada.

En 2019, AOG y Magma tienen grandes planes para aumentar la capacidad de producción mientras sirven al floreciente mercado de compuestos. "Especialmente en la segunda mitad del año pasado", afirma Van Onna, "la demanda está creciendo tan rápido que realmente necesitamos crecer muy, muy rápido".

Atractivo de TCP

Subrayando este rápido crecimiento está la historia relativamente breve del despliegue de TCP en aplicaciones de petróleo y gas en aguas profundas. Nótese que TCP es distinto de tubería termoplástica reforzada —RTP— que existe desde los años 90. RTP consiste en un revestimiento termoplástico sobresaturado con compuestos de fibra de aramida o vidrio no unidos, luego recubierto con termoplástico. Se usa en aplicaciones de menor presión y menos exigentes en temperatura comparado con TCP totalmente unido. Aunque TCP consiste en un conjunto similar de materiales, es adecuado para presiones más altas y un rango de temperatura mayor por dos razones. Primero, algunos TCP usan resinas termoplásticas de mayor rendimiento, como PEEK, y/o refuerzo de mayor resistencia como fibra de carbono. Segundo, las capas de TCP están unidas entre sí a través de un proceso de fabricación por fusión, que produce propiedades de rendimiento más altas que RTP hecho de los mismos materiales.

Hace solo 11 años, relata Van Onna, ningún TCP había sido desplegado en aplicaciones en aguas profundas. Luego en 2009, AOG desarrolló y desplegó la primera downline TCP offshore (usada para bombear fluidos al lecho marino para inyección en tuberías submarinas o cabezas de pozo submarinas). La compañía construyó un sitio de producción TCP a escala completa en 2012. Para 2018, AOG había aumentado la capacidad de producción para incluir tres líneas de producción así como capacidad de fabricación que incluye fibra de vidrio/HDPE para aplicaciones hasta 65 °C/150 °F y 5 ksi; fibra de carbono/poliamida 12 para aplicaciones hasta 80 °C/180 °F y 10 ksi; y fibra de carbono/PVDF para aplicaciones hasta 121 °C/250 °F y 15 ksi.

Mientras tanto, Magma fue fundada en 2009 y comenzó a desplegar su m-pipe en 2012, abriendo su sitio de producción en Portsmouth, Reino Unido en 2016. En la celebración del quinto aniversario de la compañía, el CEO Martin Jones comentó: "La industria de la aviación es un buen precedente donde el uso de fibra de carbono es ahora estándar. Ahora también está ocurriendo en petróleo y gas. Actualmente estamos comprometidos con todos los operadores mayores".

La creciente adopción de TCP proviene de sus numerosas ventajas de ahorro de coste sobre tubería convencional. Por ejemplo, a pesar del mayor coste de materiales, el TCP de fibra de carbono/PVDF de mayor rendimiento de AOG en una aplicación de flowline genera un ahorro reportado del 30 % en coste instalado comparado con flowlines metálicas. Similarmente, una revisión comercial de Calash (Londres, Reino Unido) de m-pipe versus acero en una aplicación de riser de línea simple offset (SLOR) estimó un ahorro de coste instalado del 11 %. Estos ahorros resultan de varias propiedades de TCP que hacen que el transporte, preparación (por ejemplo, terminar tuberías con accesorios finales), e instalación sean considerablemente menos costosos que realizar estas tareas con tuberías hechas de otros materiales.

Como suele ser el caso con compuestos, la primera propiedad es peso ligero —TCP pesa tan solo una décima parte del peso de tubería de acero— pero la combinación de peso ligero y flexibilidad de la tubería crea una ventaja crítica: la tubería puede enrollarse en tambores y palets submarinos relativamente pequeños. Debido a esto, buques más pequeños pueden transportar e instalar tramos largos de TCP —un beneficio logístico y económico en ubicaciones offshore más remotas (por ejemplo, frente a la costa de África Occidental), donde el despliegue de buques de izado pesado convencionales es una propuesta costosa. Otra ventaja de ahorro de coste creada por la capacidad de fusión de TCP es que la tubería puede terminarse e instalar accesorios finales in situ.

TCP ofrece una combinación de alta resistencia, flexibilidad y facilidad de terminación, dándole las mejores cualidades de tubería metálica convencional (fuerte pero rígida) y tubería flexible hecha de capas no unidas de alambres metálicos aplicados helicoidalmente y termoplásticos extruidos (flexible pero pesada, y muy costosa de terminar in situ). TCP es totalmente capaz de manejar eficientemente las demandantes presiones y temperaturas de aplicaciones submarinas —tanto de condiciones externas como de condiciones internas creadas por fluidos moviéndose a través de ellas. El revestimiento termoplástico de TCP también ofrece altos caudales debido a su bajo coeficiente de fricción. Finalmente, dos otras propiedades clave de TCP —resistencia a la corrosión y fatiga— hacen que los TCPs sean altamente duraderos, incluso cuando las compañías energéticas bombean con más frecuencia crudo agrio (es decir, ácido) encontrado más profundo bajo tierra.

Acelerando la producción de tubería

Preparándose para satisfacer la demanda acelerada, AOG está a un año de un programa de tres años diseñado para aumentar la capacidad de producción de la compañía por un factor de cinco. "Estamos implementando más de 10 medidas individuales que todas conducen a mayor capacidad de producción", dice Van Onna.

TCP se produce en AOG en tres pasos continuos. Primero, se extruye un revestimiento termoplástico. Luego, colocación automática de cinta (ATL) con consolidación in-situ enrolla desde unas pocas hasta 100 capas de cinta termoplástica reforzada con fibra, con cada capa fundida sobre las capas precedentes. Por último, la tubería pasa por una matriz de extrusión de recubrimiento. Esto no es co-extrusión regular, explica Van Onna. "Fundimos la capa compuesta exterior y formamos a presión el recubrimiento sobre el laminado. El resultado es una tubería con alta resistencia al corte entre el recubrimiento y el laminado, lo que permite a nuestros clientes terminar nuestro TCP en cualquier lugar, manteniendo un recubrimiento de alta resistencia, duradero y protector".

AOG está añadiendo estaciones de enrollado, una forma obvia de aumentar capacidad, pero también está aumentando velocidades de extrusión y enrollado. La compañía ha integrado un sistema de inspección automático propietario en la línea de producción, que asegura características y propiedades consistentes incluso cuando se aumenta la velocidad de producción.

El proceso de producción de Magma se parece al de AOG. El m-pipe de Magma consiste en aproximadamente 25 % fibra de carbono, 25 % fibra de vidrio S2 y 50 % PEEK. Magma se refiere a su proceso de fabricación como un "proceso de impresión 3D láser robótico totalmente automatizado". Consiste en extrusión de un precursor de tubería interior lisa hecho de PEEK sobre el cual un proceso ATL usa un láser para fusionar capas alternadas de cintas de fibra de vidrio/PEEK y fibra de carbono/PEEK. Magma seleccionó PEEK, que la compañía adquiere de Victrex (Lancashire, Reino Unido), por su capacidad de fatiga muy alta. Toray Industries (Tokio, Japón) suministra los refuerzos usados en m-pipe. Magma mantiene el ritmo con demandas de producción no solo con su línea de producción interna en Portsmouth, Reino Unido, sino con módulos de fabricación en país móviles (ICMM), el primero de los cuales también opera en Portsmouth. Magma anticipa desplegar más ICMMs, ya que la compañía favorece la producción local, tanto logística como financieramente, especialmente para aplicaciones de riser.

Éxito comercial pronto

Importante, el desarrollo de TCP ha sido acompañado por la creación de un estándar formal para diseño y calificación de TCP en aplicaciones submarinas. El camino a este estándar ha sido minucioso, dice Van Onna, pero el resultado es un documento y guía que engendra entre profesionales de energía una gran confianza en el rendimiento a largo plazo del producto, así como su coste esperado en uso. Tal confianza, uno puede imaginar, es crítica en una industria altamente regulada y vigilada de cerca como la producción offshore de petróleo y gas, donde el fallo de tubería es simplemente inaceptable. El estándar, explica Van Onna, cubre la calificación de materiales base así como el método de diseño y, por supuesto, la tecnología de producción. AOG ha podido demostrar que sus materiales base TCP y calidad de producción son iguales a los del referente, estructuras compuestas curadas en autoclave como las usadas en aeroespacial.

El enfoque de AOG a la calificación, continúa Van Onna, fue "ejecutar calificación separada para todos nuestros materiales base. Luego diseñamos y fabricamos tubería de cualquier tamaño usando esos materiales calificados". Lograr calificación y escalar niveles TRL, TCP está ahora preparado para un volumen masivo de productos a partir de 2019, cree Van Onna.