Flerfasetransport over store avstander Utfordringer på kort og lang sikt Liv Lunde, IFE Ormen Lange Norsk Hydro
Flow Assurance - en utfordring Flow Assurance Flerfasestrøm Termiske forhold Hydrater Korrosjon Voks Erosjon Saltutfelling Asfaltener Evnen til å produsere flerfase væskestrøm fra reservoarene til prosessanleggene på en best mulig måte, både økonomisk og teknisk Sandproduksjon
Hvilke problemer er knyttet til flerfasetransport over lange avstander? Kun karbonstål har akseptabel pris og tilgjengelighet 1. Korrosjon 2. Hydrat 3. Avleiringer (scale) 4. Trykkfall/belegg? 5. Erosjon/sandproduksjon? 6. Sveising Materialproblem
Ny korrosjonsbeskyttelse av våtgassledninger Utviklet av IFE sammen med Elf og andre 1992-1997: Invest. 40 mill Reduserer innvendig korrosjon med 95% Riktig kjemikaliehåndtering prøves ut i IFEs laboratorier med oppdragsgivere fra hele verden Første gang på Troll 1997 Unngått ombygging av prosessanlegget på Kollsnes for 100-talls millioner Muliggjort Snøhvitutbygging til land Anvendes på flere nye felt i Europa, Midt-Østen og Australia
Effekt av mikrostruktur/ legeringselementer på ph-stabilisering Ved høy ph (>6.5) dannes tette beskyttende FeCO 3 filmer som beskytter mot CO 2 korrosjon 10 µm Hva vet vi om materialegenskaper som påvirker ph-stabilisering? Mikrostruktur karbid konsentrasjon og fordeling (Arne Dugstad, Hallstein Hemmer and Marion Seiersten: Effect of Steel Microstructure on Corrosion Rate and Protective Iron Carbonate Film Formation. Corrosion, Vol. 57, No. 4, pp. 369-378, 2001) Karbidnettverk fremmer veksten av karbonatfilm; dvs. filmen dannes raskere og gir bedre beskyttelse Legeringselementer (Marion Seiersten, Arne Dugstad, M. Dougan, R. Cochrane: Flow-Loop Testing of Microalloyed Low Carbon Cr-Mo Steels. EUROCORR 2001, Paper No. 172) Cr som ikke er bundet som karbid i stålet gir raskere filmvekst selv med 1-2wt%
Hvordan løse korrosjonsproblemet? Optimalisere sammensetning og struktur for å redusere maksimal korrosjonshastighet: Lure elementer? (er det noe som ikke er prøvd?) Optimalisere sammensetning og struktur for å få bedre effekt av korrosjonsreduserende tiltak (inhibitor, ph- stabilisering) ph-stabilisering mikrostruktur Inhibitor mikrostruktur og sammensetning
Forbedret korrosjonskontroll ved ph-stabilisering Innovasjonsmuligheter: Utvikling av stålkvaliteter som fremmer vekst av karbonat/hydroksyd/oksid film Bruke aktive reaktanter Styre utfellingshastigheten til FeCO 3 (tilsetninger enten til stål eller løsning) Bruke belegg som fremmer FeCO 3 utfelling ved oppstart Utnytte elementer i formasjonsvann (Ca, Sr, Ba, ) Sette til reaktanter som danner andre typer filmer på stålet under driftsbetingelser Startpunkt for langsiktig forskning: Bygge opp en fundamental forståelse av karbonatutfelling, spesielt FeCO 3, for å kunne vite hvordan utfelling (nuklering, vekst) kan påvirkes
Hvordan løse korrosjonsproblemet? Utnytte at man hovedsakelig produserer ikke-korrosive væsker Lære mer om ståloverflater og vekselvirkning med olje og kondensat Tilsats av nanopartikler som hindrer vannfuktig av veggene? Beleggteknologi Belegging etter legging Belegg som ikke fremmer korrosjon hvis de feiler Selvreparerende belegg Funksjonelle materialer som søker seg til bare ståloverflater og danner beskyttende reaksjonsprodukter
Krav til belegg som ikke gjendannes i rørledning Bestandighet: Temperatur: 0-100+ ºC Trykk: opp til 400+ bar Kjemisk: olje, gass (løst gass trykkfall), kondensat, vann, produksjonskjemikalier, Mekanisk: Må tåle pigging og andre mekaniske operasjoner Andre krav: Må være kompatibelt med sammenføyning (sveising) Krav i kortversjon: Ingen defekt er tolererbar C-stål kan ikke eksponeres for produsert vann hvis gassen inneholder CO 2 og/eller H 2 S
Innvendig korrosjon av sveiser i rørledning Angrep i sveiser observert spesielt der det er benyttet elektroder som inneholder Ni eller Ni +Cu (gode i sjøvann) Vanskelig å forutsi angrepshastighet, lokalisering og effekt av inhibitor basert på felterfaring Prosjekt TWI, Capcis, IFE + 8 selskap SPE-anbefalinger i 2004: Unngå nikkel, elektroder mest lik grunnmaterialet foretrekkes Ingen metallsammensetning eller mikrostruktur eliminerte sveiseangrep Tilpasset bruk av inhibitorer beste beskyttelsesmetodemetode
FOU-aktivitet på transportrør i dag IFE internasjonalt ledende miljø på innvendig korrosjon Enerådende i Norge Omsetning 20 mill ( 80% industrifinansiert) Utenlandske selskap 65% Økende aktivitet 1 hovedfagstudent/år NTNU 1 Dr.grad per 2-3 år 1 professor 2 NTNU DnV betydelig aktivitet på kontroll, sertifisering, standardisering etc. SINTEF Marintek design av rørleggingsoperasjoner (SIMLA)
Hvorfor offentlig støtte? Kompetansebygging på nye områder tar lang tid Langsiktig strategisk satsing gir resultater Behov for mulighet til prøve/feile nødvendig for innovasjon /nyskaping Industrien ofte ute etter kortsiktige løsninger Virkemidler Strategiske programmer SIP/ SUP Øket Dr.grads finansiering Virkemidler for personalrotasjon mellom industri og forskningsinstitusjon SFI spennende utfordring
Prioriterte forskningsoppgaver for transport over lange avstander (Øket kompetanse på fluidenes egenskaper og deres virkning på strømning, korrosjon, saltutfelling, hydratdannelse etc.) Materialegenskapene mer sekundere, men øket kunnskap om hvordan en kan sikre bestandige overflater eller beskyttende belegg i CO 2 /H 2 S miljø er essensielt. Startpunkt for langsiktig forskning: Bygge opp en fundamental forståelse av karbonatutfelling, spesielt FeCO 3, for å kunne vite hvordan utfelling (nukleering, vekst) kan påvirkes
Kombinasjon av teknologiområder Integritet av en struktur er avhengig av kombinert kunnskap Materialteknologi Kjemi / flow assurance Styrke / utmattingsegenskaper Sveiseegenskaper Aldrings-og degraderingsmekanismer Sikkerhet / risikovurderinger Tverrfaglig materialteknologisk satsing nødvendig og bør stimuleres
Transport Ugelstad Laboratory Nanotechnology focus areas: - Corrosion (improved inhibition) - Smart pipes/better materials/tomographic materials - Flow improvers (nanostructures)/nanotubes/nanofibers (modified surfaces) Improved rates/volumes Nanotubes illustrated 3 nm
Flow Improvement Illustrated Surfactant and salicylate ions form threadlike, cylindrical micelles Ugelstad Laboratory Although the micelles are torn apart by shear forces within the pump, the fragments quickly rearrange themselves