Tubo composto termoplástico em ascensão no fundo do mar

Visite as páginas de notícias dos sites Airborne Oil &Gas (AOG, IJmuiden, Holanda) e Magma Global Ltd. (Portsmouth, Reino Unido) e você terá a impressão de que 2018 foi um ano divisor de águas para esses dois fabricantes líderes de termoplásticos tubo composto (TCP) para aplicações em alto mar. Mas não se surpreenda se as notícias de 2019 sobre este mercado crescente de compósitos eclipsar o do ano anterior.

Algumas realizações notáveis ​​de 2018 para AOG:Em junho, a empresa iniciou um programa de qualificação para risers de fibra de carbono / difluoreto de polivinilideno (PVDF) (tubos conectando sistemas de produção submarinos e navios de produção de superfície) para uma grande operadora na América do Sul. AOG trabalhou em colaboração com a Subsea 7 (Luxemburgo), um grande empreiteiro de instalação offshore, neste projeto. Em agosto, após um extenso programa de qualificação de cinco anos seguido pela primeira instalação piloto mundial em serviço de hidrocarboneto (furo de poço cheio) de uma linha de fluxo de fibra de vidro / polietileno de alta densidade (HDPE) (tubo que conecta a cabeça do poço a equipamentos de processamento posterior ), A Petronas (Kuala Lumpur, Malásia) reconheceu a linha de fluxo TCP da AOG como tendo alcançado o nível 6 de prontidão de tecnologia (verificação do protótipo beta). “E esperamos alcançar o TRL 7 [demonstração do sistema piloto] em 2019”, relata Martin Van Onna, AOG CCO. Junto com essas qualificações de sucesso e programas piloto, AOG relata um crescente histórico comercial, especialmente com sua fibra de vidro / HDPE TCP.

Quanto ao Magma, 2018 foi igualmente agitado. Em março, a Tullow Gana fechou um contrato com a Magma para uma linha de fluxo de 2,5 quilômetros para o desenvolvimento dos campos offshore de Tweneboa, Enyenra, Ntomme (TEN). Em maio, trabalhando com a Ocyan (Rio de Janeiro, Brasil), uma empresa de serviços offshore, a Magma concluiu e recebeu a validação de terceiros de um projeto de Riser Híbrido Multi-Furo Composto (CMHR) que emprega fibra de carbono / polieteretercetona (PEEK) da Magma. -tubo. Magma e Ocyan estão licitando o CMHR para empreendimentos em águas profundas no Brasil. Magma anunciou em agosto que uma iniciativa conjunta com Equinor (Stavanger, Noruega) garantiu £ 10,5 milhões em financiamento da Innovate UK, uma fonte de financiamento do governo, para qualificar uma solução totalmente Magma para jumpers (tubos que conectam linhas de fluxo e / ou instalações submarinas ) Finalmente, em novembro, o Instituto de Energia (Londres, Reino Unido) concedeu seu Prêmio de Inovação 2018 à Magma por seu tubo m, citando a capacidade do tubo de resolver os desafios da produção de petróleo e gás em reservas de águas profundas, bem como sua capacidade de ser reutilizado.

Em 2019, AOG e Magma têm grandes planos para aumentar a capacidade de produção, atendendo ao mercado de compósitos em desenvolvimento. “Especialmente no segundo semestre do ano passado”, afirma Van Onna, “a demanda está crescendo tão rápido que realmente precisamos crescer muito, muito rapidamente”.

Apelo TCP

Destacando esse rápido crescimento está a história relativamente breve da implantação do TCP em aplicações de petróleo e gás em alto mar. Observe que o TCP é diferente do tubo termoplástico reforçado - RTP - que existe desde a década de 1990. RTP consiste em um forro termoplástico coberto com não ligado compósitos de aramida ou fibra de vidro, então revestidos com termoplástico. É usado em aplicações de baixa pressão e temperatura menos exigentes em comparação com o TCP totalmente ligado. Embora o TCP consista em um conjunto semelhante de materiais, ele é adequado para pressões mais altas e uma faixa de temperatura maior por dois motivos. Primeiro, alguns TCP usam resinas termoplásticas de alto desempenho, como PEEK, e / ou reforço de maior resistência, como fibra de carbono. Em segundo lugar, as camadas TCP são ligadas uns aos outros por meio de um processo de fabricação de fusível derretido, que produz propriedades de desempenho mais altas do que o RTP feito dos mesmos materiais.

Apenas 11 anos atrás, Van Onna relata, não O TCP foi implantado em aplicativos de alto mar. Então, em 2009, AOG desenvolveu e implantou a primeira linha descendente de TCP offshore (usada para bombear fluidos para o fundo do mar para injeção em dutos submarinos ou cabeças de poço submarinas). A empresa construiu uma unidade de produção de TCP em escala real em 2012. Em 2018, AOG aumentou a capacidade de produção para incluir três linhas de produção, bem como capacidade de fabricação que inclui fibra de vidro / HDPE para aplicações de até 65˚C / 150˚F e 5 ksi; fibra de carbono / poliamida 12 para aplicações de até 80˚C / 180˚F e 10 ksi; e fibra de carbono / PVDF para aplicações de até 121˚C / 250˚F e 15 ksi.

Nesse ínterim, a Magma foi fundada em 2009 e começou a implantar seu m-pipe em 2012, abrindo sua unidade de produção em Portsmouth, Reino Unido em 2016. Na comemoração do aniversário de cinco anos da empresa, o CEO Martin Jones comentou:“A indústria da aviação é uma bom precedente onde o uso de fibra de carbono agora é padrão. Agora também está acontecendo no petróleo e no gás. Atualmente, estamos engajados com todas as principais operadoras. ”

A crescente adoção do TCP decorre de suas inúmeras vantagens de economia de custos em relação aos tubos convencionais. Por exemplo, apesar do custo mais alto de materiais, a fibra de carbono / PVDF de mais alto desempenho AOG em uma aplicação de linha de fluxo gera uma economia relatada de 30 por cento no custo instalado em comparação com linhas de fluxo de metal. Da mesma forma, uma revisão comercial da Calash (Londres, Reino Unido) de tubo m versus aço em uma aplicação de riser de deslocamento de linha única (SLOR) estimou uma economia de custos conforme a instalação de 11 por cento. Essa economia resulta de várias propriedades do TCP que tornam o transporte, a preparação (por exemplo, tubos de terminação com acessórios de extremidade) e instalação consideravelmente mais baratos do que realizar essas tarefas com tubos feitos de outros materiais.

Como costuma ser o caso com compostos, a primeira dessas propriedades é leve - o TCP pesa apenas um décimo do peso do tubo de aço - mas a combinação de leveza e flexibilidade do tubo traz uma vantagem crítica:o tubo pode ser enrolado em tambores relativamente pequenos e paletes submarinos. Por causa disso, embarcações menores podem transportar e instalar longos vãos de TCP - uma vantagem logística e econômica em locais offshore mais remotos (por exemplo, na costa oeste da África), onde a implantação de embarcações convencionais de carga pesada é uma proposta cara. Outra vantagem de economia de custos criada pela capacidade de fusão-fusão do TCP é que o tubo pode ser terminado e os acessórios instalados no local.

TCP oferece uma combinação de alta resistência, flexibilidade e facilidade de terminação, dando-lhe as melhores qualidades de tubo de metal convencional (forte, mas rígido) e tubo flexível feito de camadas não ligadas de fios de metal aplicados helicoidalmente e termoplásticos extrudados (flexível, mas pesado, e muito caro para encerrar no local). O TCP é totalmente capaz de lidar de forma eficiente com as pressões e temperaturas exigentes das aplicações submarinas - tanto de condições externas quanto de condições internas criadas pelos fluidos que se movem através delas. O revestimento termoplástico da TCP também oferece altas taxas de fluxo devido ao seu baixo coeficiente de atrito. Finalmente, duas outras propriedades importantes do TCP - resistência à corrosão e fadiga - tornam os TCPs altamente duráveis, mesmo que as empresas de energia estejam bombeando com mais frequência petróleo bruto azedo (isto é, ácido) encontrado mais profundamente no subsolo.

Acelerando a produção de tubos

Preparando-se para atender à demanda crescente, AOG está em um ano em um programa de três anos projetado para aumentar a capacidade de produção da empresa por um fator de cinco. “Estamos implementando mais de 10 medidas individuais que levam ao aumento da capacidade de produção”, diz Van Onna.

O TCP é produzido no AOG em três etapas contínuas. Primeiro, um forro termoplástico é extrudado. Em seguida, o assentamento automático de fita (ATL) com consolidação in-situ envolve de algumas a 100 camadas da fita termoplástica reforçada com fibra, com cada camada fundida por fusão nas camadas anteriores. Por último, o tubo é executado através de uma matriz de extrusão de revestimento. Isso não é coextrusão regular, explica Van Onna. “Nós derretemos a camada externa de compósito e moldamos sob pressão o revestimento no laminado. O resultado é um tubo com alta resistência ao cisalhamento entre o revestimento e o laminado, o que permite aos nossos clientes encerrar nosso TCP em qualquer lugar, enquanto mantém um revestimento protetor, durável e de alta resistência ”.

AOG está adicionando estações de enrolamento, uma maneira óbvia de aumentar a capacidade, mas também está aumentando as velocidades de extrusão e enrolamento. A empresa integrou um sistema proprietário de inspeção automática na linha de produção, que garante características e propriedades consistentes, mesmo com o aumento da velocidade de produção.

O processo de produção do Magma é semelhante ao AOG. Magma m-pipe consiste em cerca de 25 por cento de fibra de carbono, 25 por cento de fibra de vidro S2 e 50 por cento de PEEK. Magma se refere ao seu processo de fabricação como um "processo de impressão a laser 3D robótico totalmente automatizado". Consiste na extrusão de um precursor de tubo interno de furo liso feito de PEEK no qual um processo ATL usa um laser para fundir camadas alternadas de fibra de vidro / PEEK e fitas de fibra de carbono / PEEK. A Magma escolheu o PEEK, que a empresa adquire da Victrex (Lancashire, Reino Unido), devido à sua alta capacidade de fadiga. A Toray Industries (Tóquio, Japão) fornece os reforços usados ​​no tubo m. A Magma está acompanhando as demandas de produção não apenas com sua linha de produção interna em Portsmouth, Reino Unido, mas também com módulos de manufatura móvel no país (ICMM), o primeiro dos quais também está operando em Portsmouth. A Magma prevê implantar mais ICMMs, já que a empresa privilegia a produção local, tanto logística quanto financeiramente, principalmente para aplicações riser.

Sucesso comercial em breve

É importante ressaltar que o desenvolvimento do TCP foi acompanhado pela criação de um padrão formal para projeto e qualificação do TCP em aplicações submarinas. O caminho para esse padrão foi árduo, diz Van Onna, mas o resultado é um documento e uma diretriz que engendra entre os profissionais de energia uma grande confiança no desempenho de longo prazo do produto, bem como em seu custo de uso esperado. Tal confiança, pode-se imaginar, é crítica em uma indústria altamente regulamentada e observada de perto como a produção de petróleo e gás offshore, onde a falha de tubulação é simplesmente inaceitável. O padrão, explica Van Onna, cobre a qualificação dos materiais básicos, bem como o método de design e, claro, a tecnologia de produção. AOG foi capaz de demonstrar que seus materiais básicos de TCP e qualidade de produção são iguais àqueles de referência, estruturas compostas curadas em autoclave, como aquelas usadas na indústria aeroespacial.

A abordagem da AOG para a qualificação, continua Van Onna, era "executar uma qualificação separada para todos os nossos materiais básicos. Em seguida, projetamos e fabricamos tubos de qualquer tamanho usando esses materiais qualificados. ” Alcançando a qualificação e subindo pelos níveis do TRL, o TCP está agora pronto para um grande volume de produtos a partir de 2019, acredita Van Onna.