Nanotechnology for improved performance and lifetime of Direct Riser Tensioners

Direct Riser Tensioning system ( DRT ) er komplekse systemer med flere komponenter som påvirker ytelsen. Fra et tribologisk perspektiv er de komplekse interaksjoner mellom pakningens sammensetning, stangens legeringssammensetning, den kjemiske reaksjonen mellom den hydrauliske væsken og tøffe offshore miljøet ( korrosive miljø som sjøvann og tilstedeværelse av slitasjepartikler som borevæskepartikler ) vil drastisk redusere DRT?s levetid. Målet med NanoTribo prosjektet har vært å bedre forstå samhandlingen mellom alle komponenter involvert i systemet fra atomistisk til makroskopisk skala. Kunnskapen som er et resultat av dette prosjektet har vært av spesiell viktighet siden den komplekse kjemien av fluider ( som normal inkluderer forskjellige kjemiske komponenter med spesifikke formål som friksjonsforbedrene additiver , fortykningsmidler, anti-skummende, antioksidanter, forflytte flytepunkt, etc.) og hvordan de samhandler med bevegelige overflater (f.eks. stang og pakning) påvirker i stor grad ytelsen av systemet. Basert på informasjonen tillært under de første årene av dette prosjektet har det blitt mulig å foreslå nye materialer, fluidkombinasjoner og foreslå nye sammensetninger for bedre ytelse. Laboratoriums test resultat har bekreftet den økte ytelsen fra de foreslåtte løsningene. Resultatene har blitt bekreftet i en «Multi Degradation Lab Scale» ( MDLS ) test rigg som ble designet og bygget som del av prosjektet. Denne testen gjenga DRT systemet i en mindre skala. Hovedresultat er væske med lovende egenskaper, Forbedrede egenskaper mht friskjon og ytelse Kompabilitet med sjøvanns miljø Kompabilitet med alle komponenter i hydraylisk sylinder. Forårsaker ikke "sludge" (at væsken skiller seg og vi får et gjørme lag som må fjernes) Beholder konstant viskositet over tid. Er mer miljøvennlig (dvs inneholder ikke kjemikalier som er ødeleggende på miljøet) Lav produksjonskost. Alle kvalifiserned tester er gjennomført.

I 2018 ble det jobbet med planer for kommersialisering av væsken. Gjennomført møter med NTNU/Sintef og Innovasjon Norge. I tillegg en patent søknad ble sendt i Oktober 2018 som er under behandling. Plan for å teste væsken som del av en offshore pilot i samarbeid med Odfjell Drilling ble lagt fram for ledelsen i NOV 13/12 2018. I forberedelsen, ble det laget bl.a kostnads beregninger og risikoanalyser NOV ledelsen besluttet at en offshore test ville være for dyrt. Gjenstående kvalifiserende tester skulle gjennomføres og samtaler for å lisensiere ut væsken til aktører i markedet påbegynnes. Fokus i 2019: 1. Direkte sammenlikning i testrigg hos NTNU av ny væske og gammel væske med kontrollert friksjon og temperatur påvirkning. 2. Test hos Trelleborg i Danmark og UK for å se hvordan pakninger reagerer mot den nye væsken. Væskeproduksjon og transport er belastet prosjektet. Testen dekkes av Trelleborg. Samtaler for videre lisensiering kjøres utenfor prosjekt.

Today many exploration wells are located at water depths of between 1500 and 3000 m, meaning equally long riser pipes have to be used. A drilling riser is fixed to the seabed, connecting the well to the drilling vessel acting as an extension of the drilli ng well from the seabed to the drilling vessel?s drillfloor. Direct riser tensioning (DRT) systems, consist of 6 large hydraulic cylinders (with a stroke length of 16 m) providing tensioning of the drilling riser while compensating for the drilling vessel heave movements. Direct Riser Tensioner (DRT) cylinders are complex tribological systems which include the use of seals, guide bands, hydraulic fluids/lubricants and materials in relative movement. These components fail due to the combined effect of mult idegradation processes (friction, wear, corrosion and mechanical stresses). The origins of these degradation mechanisms lie at the atomic level and cause enormous economical loses (down time can lead to lost revenues of more than USD 550,000 per day), saf ety consequences and potential environment impact Research is needed to fully understand the interaction of the elements of the tribological system at the atomistic level. This will enable the development of a unified model for friction, wear and lubricat ion processes which characterise the performance of the DRT cylinder. This research will lay a completely new foundation for the development of new-coatings and nano-based lubricants as central elements in DRT innovations. The complexity of such systems, needs a holistic approach including basic understanding of the processes occurring at the atomic level and also full scale tests. This project will establish a unified approach by developing advanced coatings on the Direct Riser Tensioning (DRT) rod surf ace that, combined with the seals and guide bands, catalyze the formation of a thin solid tribofilm by promoting the reaction with a nano-modified fluid