Tubo compuesto termoplástico en ascenso en las profundidades del mar

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

Algunos logros notables de 2018 para AOG:en junio, la compañía comenzó un programa de calificación para tubos ascendentes de fibra de carbono / difluoruro de polivinilideno (PVDF) (tuberías que conectan sistemas de producción submarinos y buques de producción de superficie) para un operador importante en América del Sur. AOG trabajó en colaboración con Subsea 7 (Luxemburgo), un importante contratista de instalaciones en alta mar, en este proyecto. En agosto, después de un extenso programa de calificación de cinco años seguido de la primera instalación piloto del mundo en servicio de hidrocarburos (pozo completo) de una línea de flujo de fibra de vidrio / polietileno de alta densidad (HDPE) (tubería que conecta el cabezal del pozo a otros equipos de procesamiento). ), Petronas (Kuala Lumpur, Malasia) reconoció que la línea de flujo de TCP de AOG había alcanzado el nivel de preparación tecnológica 6 (verificación del prototipo beta). “Y esperamos alcanzar TRL 7 [demostración del sistema piloto] en 2019”, informa Martin Van Onna, CCO de AOG. Junto con estas certificaciones exitosas y programas piloto, AOG reporta un historial comercial creciente, especialmente con su fibra de vidrio / HDPE TCP.

En cuanto a Magma, 2018 fue igualmente accidentado. En marzo, Tullow Ghana adjudicó un contrato a Magma por una línea de flujo de 2,5 kilómetros para el desarrollo de los campos marinos Tweneboa, Enyenra, Ntomme (TEN). En mayo, en colaboración con Ocyan (Río de Janeiro, Brasil), una empresa de servicios offshore, Magma completó y recibió la validación de un tercero de un diseño Composite Multi-Bore Hybrid Riser (CMHR) que emplea fibra de carbono / polieteretercetona (PEEK) de Magma. -tubo. Magma y Ocyan están licitando al 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 en fondos de Innovate UK, una fuente de financiamiento del gobierno, para calificar una solución totalmente Magma para puentes (tuberías que conectan líneas de flujo y / o instalaciones submarinas ). Finalmente, en noviembre, el Energy Institute (Londres, Reino Unido) otorgó su Premio a la Innovación 2018 a Magma por su tubería m, citando la capacidad de la tubería para resolver los desafíos de la producción de petróleo y gas en reservas de aguas profundas, así como su capacidad para ser reutilizado.

En 2019, AOG y Magma tienen grandes planes para aumentar la capacidad de producción, ya que 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".

Apelación de TCP

Subrayando este rápido crecimiento está la historia relativamente breve del despliegue de TCP en aplicaciones de gas y petróleo en aguas profundas. Tenga en cuenta que el TCP es distinto de la tubería termoplástica reforzada, RTP, que existe desde la década de 1990. RTP consiste en un revestimiento termoplástico envuelto con no adherido compuestos de fibra de vidrio o aramida, luego recubiertos con termoplástico. Se utiliza en aplicaciones de menor presión y temperatura menos exigentes en comparación con el TCP totalmente adherido. Aunque el TCP consta de un conjunto similar de materiales, es adecuado para presiones más altas y un rango de temperatura más amplio por dos razones. Primero, algunos TCP utilizan resinas termoplásticas de mayor rendimiento, como PEEK, y / o refuerzos de mayor resistencia como la fibra de carbono. En segundo lugar, las capas de TCP están enlazadas entre sí a través de un proceso de fabricación de fusibles fundidos, que produce propiedades de rendimiento más altas que el RTP fabricado con los mismos materiales.

Hace solo 11 años, relata Van Onna, no TCP se ha implementado en aplicaciones de aguas profundas. Luego, en 2009, AOG desarrolló y desplegó la primera línea descendente de TCP en alta mar (utilizada para bombear fluidos hacia el lecho marino para su inyección en tuberías submarinas o cabezas de pozo submarinas). La compañía construyó un sitio de producción de TCP a gran escala en 2012. Para 2018, AOG había aumentado la capacidad de producción para incluir tres líneas de producción, así como la capacidad de fabricación que incluye fibra de vidrio / HDPE para aplicaciones de hasta 65˚C / 150˚F y 5 ksi; fibra de carbono / poliamida 12 para aplicaciones de hasta 80˚C / 180˚F y 10 ksi; y fibra de carbono / PVDF para aplicaciones de hasta 121˚C / 250˚F y 15 ksi.

Mientras tanto, Magma fue fundada en 2009 y comenzó a desplegar su tubería M 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 sucediendo en el petróleo y el gas. Actualmente estamos comprometidos con todos los principales operadores ”.

La creciente adopción de TCP se debe a sus numerosas ventajas de ahorro de costes sobre las tuberías convencionales. Por ejemplo, a pesar del mayor costo de los materiales, la fibra de carbono / PVDF de mayor rendimiento de AOG en una aplicación de línea de flujo genera un ahorro reportado del 30 por ciento en el costo de instalación en comparación con las líneas de flujo de metal. De manera similar, una revisión comercial de Calash (Londres, Reino Unido) de tubería M versus acero en una aplicación de tubería vertical compensada de línea única (SLOR) estimó un ahorro de costos de instalación del 11 por ciento. Estos ahorros son el resultado de varias propiedades del TCP que hacen que el transporte, la preparación (por ejemplo, la terminación de tuberías con accesorios finales) y la instalación sean considerablemente menos costosos que realizar estas tareas con tuberías fabricadas con otros materiales.

Como suele ser el caso de los compuestos, la primera propiedad de este tipo es el peso ligero (el TCP pesa tan solo una décima parte del peso de la tubería de acero), pero la combinación de peso ligero y flexibilidad de la tubería constituye una ventaja crítica:la tubería puede ser enrollados en tambores relativamente pequeños y tarimas submarinas. Debido a esto, los buques más pequeños pueden transportar e instalar grandes tramos de TCP, una ventaja logística y económica en ubicaciones marinas más remotas (por ejemplo, frente a la costa de África Occidental), donde el despliegue de buques convencionales de carga pesada es una propuesta costosa. Otra ventaja de ahorro de costos creada por la capacidad de fusión por fusión de TCP es que la tubería se puede terminar e instalar los accesorios finales en el sitio.

TCP ofrece una combinación de alta resistencia, flexibilidad y facilidad de terminación, lo que le otorga las mejores cualidades de la tubería de metal convencional (fuerte pero rígida) y la tubería flexible hecha de capas no adheridas de alambres metálicos aplicados helicoidalmente y termoplásticos extruidos (flexibles pero pesados ​​y muy costoso de terminar en el sitio). TCP es totalmente capaz de manejar de manera eficiente las exigentes presiones y temperaturas de las aplicaciones submarinas, tanto de las condiciones externas como de las condiciones internas creadas por los fluidos que se mueven a través de ellas. El revestimiento termoplástico de TCP también ofrece altos caudales debido a su bajo coeficiente de fricción. Por último, otras dos propiedades clave del TCP, la resistencia a la corrosión y la fatiga, hacen que los TCP sean muy duraderos, incluso cuando las empresas de energía bombean con mayor frecuencia petróleo crudo agrio (es decir, ácido) que se encuentra a mayor profundidad bajo tierra.

Aceleración de la producción de tuberías

Preparándose para satisfacer la creciente demanda, AOG lleva un año en un programa de tres años diseñado para aumentar la capacidad de producción de la empresa en un factor de cinco. "Estamos implementando más de 10 medidas individuales que conducen a una mayor capacidad de producción", dice Van Onna.

El TCP se produce en AOG en tres pasos continuos. Primero, se extruye un revestimiento termoplástico. A continuación, la colocación automática de cinta (ATL) con consolidación in situ se enrolla en cualquier lugar desde unas pocas hasta 100 capas de la cinta termoplástica reforzada con fibra, y cada capa se fusiona por fusión sobre las capas anteriores. Por último, la tubería pasa a través de una matriz de extrusión de revestimiento. Esta no es una coextrusión regular, explica Van Onna. “Derretimos la capa exterior de material compuesto y formamos a presión el revestimiento sobre el laminado. El resultado es una tubería con alta resistencia al cizallamiento entre el recubrimiento y el laminado, que permite a nuestros clientes terminar nuestro TCP en cualquier lugar, mientras mantienen un recubrimiento protector, duradero y de alta resistencia ”.

AOG está agregando estaciones de bobinado, una forma obvia de aumentar la capacidad, pero también está aumentando las velocidades de extrusión y bobinado. La empresa ha integrado un sistema de inspección automático patentado en la línea de producción, que garantiza características y propiedades uniformes incluso a medida que aumenta la velocidad de producción.

El proceso de producción de Magma se parece al de AOG. Magma m-pipe consta de aproximadamente un 25 por ciento de fibra de carbono, un 25 por ciento de fibra de vidrio S2 y un 50 por ciento de PEEK. Magma se refiere a su proceso de fabricación como un "proceso robótico de impresión láser 3D totalmente automatizado". Consiste en la extrusión de un precursor de tubería interior de calibre liso hecho de PEEK sobre el cual un proceso ATL usa un láser para fusionar capas alternas de fibra de vidrio / PEEK y cintas de fibra de carbono / PEEK. Magma eligió PEEK, que la empresa adquiere de Victrex (Lancashire, Reino Unido), debido a su altísima capacidad de fatiga. Toray Industries (Tokio, Japón) suministra los refuerzos utilizados en m-pipe. Magma se mantiene al día con las demandas de producción no solo con su línea de producción interna de Portsmouth, Reino Unido, sino también con módulos de fabricación nacionales móviles (ICMM), el primero de los cuales también está operando en Portsmouth. Magma anticipa la implementación de más ICMM, ya que la empresa favorece la producción local, tanto logística como financieramente, especialmente para aplicaciones verticales.

Éxito comercial pronto

Es importante destacar que el desarrollo de TCP ha ido acompañado de la creación de un estándar formal para el diseño y la calificación de TCP en aplicaciones submarinas. El camino hacia este estándar ha sido laborioso, dice Van Onna, pero el resultado es un documento y una guía que genera entre los profesionales de la energía una gran confianza en el rendimiento a largo plazo del producto, así como en su costo de uso esperado. Tal confianza, uno puede imaginar, es fundamental en una industria altamente regulada y vigilada de cerca como la producción de petróleo y gas en alta mar, donde la falla de las tuberías es simplemente inaceptable. El estándar, explica Van Onna, cubre la calificación de los materiales base, así como el método de diseño y, por supuesto, la tecnología de producción. AOG ha podido demostrar que sus materiales base de TCP y la calidad de producción son iguales a las de las estructuras compuestas curadas en autoclave de referencia como las que se utilizan en la industria aeroespacial.

El enfoque de AOG para la calificación, continúa Van Onna, fue “ejecutar una calificación separada para todos nuestros materiales base. Luego diseñamos y fabricamos tuberías de cualquier tamaño utilizando esos materiales calificados ". Al lograr la calificación y ascender a través de los niveles de TRL, TCP ahora está listo para un volumen masivo de productos a partir de 2019, cree Van Onna.