Lifetime prediction of polymer-, elastomer and composite materials for sub sea application in arctic and deep water regions

PolyLife prosjektet har utforsket aldring av polymermaterialer i de aggressive miljøer, som ligner miljøene de anvendes i ved olje- og gassutvinning. I prosjektperioden er det blitt etablert laboratorier med utstyr designet til å utføre aldringstester i krevende miljøer og for å utføre målinger av diffusivitet og løselighet. Prosedyrer for å operere dette utstyr med termodynamisk komplekse testmiljøer har blitt etablert. I tillegg er det utviklet metoder for å karakterisere materialegenskaper til aldrede og virgine materialer for å forstå aldringsmekanismer. Assosiert til dette er det utviklet programvaremoduler for effektiv analyse av eksperimentelle data og simuleringsmoduler. Dette gjelder i særlig grad for permeabilitet. PolyLife inkluderer studier av materialtypene HNBR, PUR og PA11. For HNBR og PUR er det gjennomført omfattende studier av, hvordan de aldres under høyt trykk og temperatur i kontakt med vann, organiske vesker og gasser i surt miljø tilsvarende det man finner i olje- og gassinstallasjoner på store dyp. Det inkluderer identifisering av aldringsmekanismer og metoder for bestemmelse av levetid i slike miljøer. Kunnskapen generert av Polylife danner grunnlag for bedre tolkning og utnyttelse a data fra akselererte aldringstester og for å kunne etablere bedre testmetoder. PA11 benyttes som barriere i fleksible risere (rør). Vann, spesielt ved høy temperatur og lav Ph bryter ned PA via hydrolyse. PolyLife har påvist at metanol som brukes til rensing av risere akselererer hydrolysen. PhD studenten i prosjektet har utviklet et multiskala modelleringskonsept som knytter sammen modeller for degradering på molekylær skala med endringer i morfologi og videre til endringer i bulk egenskaper.

The production of oil and gas is happening under ever tougher conditions. The combination of high loads, high temperatures and corrosive environment (oil, chemicals) with the extreme requirements on reliability for offshore oil production in arctic and de ep water regions requires a proper choice of materials that can withstand the conditions. The main idea is to combine detailed experimental and theoretical analysis of material specific ageing processes on molecular and microstructural level into global models for life time prediction. The lifetime prediction will be based on advanced models for the sorption of the surrounding species into the material combined with kinetic models for degradation (e.g. chain scissoring, cross-linking etc.) and relations between the local molecular and morphological structure and mechanical properties. The experimental methods and models shall be used to qualify materials and components for given lifetimes under combined mechanical and environmental load conditions with a reduced requirement on testing time. The reliability of the final global models will be verified on selected polymer-, elastomer- and composite materials relevant for sub-sea installations. Solutions for sub sea processing and oil production in arctic a nd deep water regions must satisfy severe requirements on reliability, zero emissions, reduced need for maintenance and low weight. Use of polymers, elastomers and composite materials represent a technology gap for development of cost-efficient solutions that meet these requirements An important achievement of the project will be development of a national competence center in this area which will be attractive to the industry for efficient development and qualification of new commercial solutions. Also o f great importance for the industry is the development of a project guideline giving lifetime qualification methods that are simpler, less time consuming and more reliable than the methods used today.