Materialer i kaldt klima - The Arctic Materials project - Odd M. Akselsen, SINTEF Teknologifestivalen 2010, Narvik 20-21 oktober 1
Innhold Arktiske ressurser Nasjonale forutsetninger SINTEFs arktiske prosjekter Klimatiske forhold Spesielle forhold som forårsaker materialutfordringer Noen fakta om KMB-prosjektet Arktiske materialer 2
Arktiske ressurser Omkring 25% av verdens resterende olje- og gassressurser er antatt å ligge i arktiske områder (US Geological Survey). På grunn av avstand og klima er leting og utvinning kun utført i få områder; Russland, Nord-Amerika og Kasakstan). De fleste ressursene ligger offshore på mindre enn 500 m vanndybde, og er derfor tilgjengelig for boring. 3
Nasjonale forutsetninger Norge er blant de verdensledende innen offshoreteknologi etter mer enn 30 år med utfordringer i Nordsjøen Norge er blant de mest aktive i polarområdene, og har tatt vare på arven etter Nansen og Amundsen 4
SINTEF er en viktig bidragsyter til utvikling av teknologi for Arktis Eksempler på FoU portfolio ved SINTEF Arktiske materialer Funksjonelle/smarte klær Marin ising Optimaliserte maritime operasjoner Kysten: Oljesøl og strandsone opprydding Beredskap for oljesøl for Arktis og isdekkede farvann 5
Klimatiske forhold Arktisk klima kjennetegnes ved: Lange, kalde vintre Korte, kjølige somre Ekstrem stråling (sol) både sommer og vinter Gjennomsnittlig temperatur i januar varierer fra -40 til 0º Men vintertemperaturen kan falle til under -50ºC i store deler av Arktis 6
Forts. Nesten hele Arktis opplever deler av året med is og snø; noen områder er dekket hele året (isfjell, is-slurry, isbre eller snø) Gjennomsnittlig temperatur i juli varierer fra -10 til +10ºC, med noen områder har maks temperatur > 30ºC i løpet av sommeren 7
Spesielle forhold som forårsaker material-utfordringer Lave temperaturer Laveste driftstemperatur på kontinentalsokkelen -20 C I Arktis må man forvente temperaturer godt under -40 C Dette betyr at minimum design temperaturer ned til - 60 C må forventes 8
Lave temperaturer Eksempler: Russland SIBIR, Sambursky: T min : -60 C Kazakhstan - Karachaganak: T min : -45 C Norge Goliat: T min : -40 C Russland Sakhalin I & II: T min : -40 C 9
Hvorfor er lav temperatur en stor utfordring? Svært lave temperaturer kan medføre sprøbrudd i konstruksjonsstål Seighet Før sveising Etter sveising Duktilt/seigt Omslagstemperatur Sprødt Temperatur 10
Store deformasjoner Isfjell kan medføre store deformasjoner Ca 1/8 av et isfjell stikker opp over havoverflaten 11
Forts. Jordskjelv kan forårsake store deformasjoner Før og etter jordskjelv 12
Store deformasjoner tøyningsbasert design av rørledninger Earthquakes Iceberg scour Frost heave Reeling Snaking J-tubes S-laying 0 1 2 3 4 [%] Strain ranges shown are indicative 13
Andre utfordringer Telehiv Temperatursvingninger Mørketid Manglende infrastruktur Store avstander 14
Forskningsprosjektet Arctic Materials Forskningsprosjektet Arctic Materials Varighet: 2008-2012 Finansiert av: Norges Forskningsråd (Petromaks) Oljeselskap Materialprodusenter Engineeringselskaper Overordnet mål er å etablere kriterier og løsninger for sikker og kostnadseffektiv anvendelse av materialer for utvinning av hydrokarboner i arktiske strøk. ++++ Massevis av konkrete, etterprøvbare delmål 15
Finansiering Norges Forskningsråd (Petromaks) Oljeselskap Statoil ENI Norge Total Norge Materialleveandører Scana Steel Stavanger Nippon Steel Corporation JFE Steel Trelleborg Bredero Shaw Brück Pipeconnections Miras Grotnes Engineeringselskaper Vetco Gray Aker Solutions Technip 16
Fokuserte arbeidspakker Arktiske stål Fabrikasjonsvennlige stål konstruksjons- og rørstål Effektive sveisemetoder Støpte og smidde deler Constraint -effekter (geometri) og statistisk karakterisering av bruddseighet ved lave temperaturer (ned til -60ºC) Sprøbruddmekanismer (ned til -60ºC) Modellering 17
Forts. Arktiske belegg og polymerer Bedre toleranse mot temperatursvingninger Lavtemperatur egenskaper ( duktile brudd) Anti-isingsegenskaper Arktiske lettvektsløsninger Kompositter Lettmetaller/høyfaste stål Hybride løsninger 18
Uavhengig av materiale Nye, mer relevante / forbedrede testmetoder Nye metoder for karakterisering; behov for mer kunnskap om lokale egenskaper Hvilke krav skal stilles til materialer og sveiste konstruksjoner? Eksisterende regelverk / spesifikasjoner kan ikke brukes? 19
Innebygde løsninger 20
Tusen takk til Forskningsrådet og industribedriftene som finansierer prosjektet! Takk for oppmerksomheten! 21