Flexible Pipe Pressure Liner Life Extension Tool

Store mengder fleksible rør er brukt i offshore olje- og gassproduksjon. Fleksible rør er komplekse multi-lags strukturer bestående av metallwirer i kombinasjon med polymerlag, tekstiler, tape og smøremiddel. Der det innerste polymerlaget, ofte laget av Polyamid 11 (PA11), er den mest sårbare komponenten. Dette laget har en kritisk funksjon med tanke på å sikre røret mot produksjonsstrømmer med høyt trykk og temperatur. Disse forholdene kan forringe polymerlagets komposisjon over tid, og dermed påvirke de mekaniske egenskapene, og gjennom dette påvirke rørets levetid. På norsk sektor har et fleksibelt rør vært i drift i snart 20 år i gjennomsnitt, og nærmer seg sin antatte levetid. Samtidig er dette estimatet gjort av produsentene av rørene, og de har ofte forutsatt mer krevende driftsforhold enn det man i virkeligheten erfarer når røret er i drift. Dette gir mulighet for å forlenge levetid på en sikker måte, dersom man kan gjennomføre pålitelige målinger og forstår hva nåværende status innebærer. Fordi det er et betydelig antall installerte fleksible rør, og fordi kostnadene ved å bytte disse ut er svært høye, er det er stort potensiale for å spare kostnader, og dermed betydelig interesse blant oljeselskapene for å forlenge driftslevetiden. Formålet med FlexLinerLife-prosjektet (FLL) har vert å utvikle en systematisk metode for prediktering av levetid for PA11 trykkbarrierer. For å løse denne utfordrende oppgaven ble det etablert et internasjonalt konsortium mellom Norge og Brasil. Inoceano (Brasil), 4Subsea (Norge) og SINTEF (Norge) har en lang og suksessrik historie med FoU-prosjekter for olje- og gassindustrien. Dette ble kombinert med grunnforskning på universitetene NTNU (Norge) og UFRJ (Brasil). Equinor har sikret direkte evaluering underveis i prosjektet. PA11 i trykkbarrieren utsettes for kjemisk degradering (hydrolyse) som bryter ned forbindelser mellom amider, og dermed reduserer lengden på polymerkjedene. Dette vil over tid føre til tap av duktilitet. Reduksjon i kjedelengden måles som foranding i CIV (korrigert iboende viskositet) som er proporsjonal med gjennomsnitts molykylvekt. Nivået av mykner og fraksjon av krystallinitet påvirker også overgangen fra duktilt til sprøtt materiale. Høyt myknerinnhold gjør at PA11 velikeholder duktiliteten ved et lavere CIV-nivå, noe som øker levetiden. Fremgangsmåten i FLL-prosjektet har vert å utvikle forbedrede modeller for determinering av overgangen fra duktilt til sprøtt materiale som funksjon av CIV, myknerinnhold, krystallinitet og tøyningsrate. Det er blant annet tatt utgangspunkt i en modell publisert av Hochstetter et al., OMAE2007-29645, for prediksjon av duktil til sprø overgangstemperatur. En av de viktigste eksperimentelle testene i FLL-prosjektet har vert å fastslå duktil til sprø overgangstemperatur for prøver med ulike kombinasjoner av CIV, myknerinnhold og krystallinitet. Et stort antall prøver (Signle Edge Notch Tensile, SENT) har blitt generert gjennom kontrollert aldring og utvasking av mykner. Strekkprøving har blitt utført fra -40 til +20oC. Resultatene fra testingen har blitt brukt til å utforske presisjonen av den eksisterende prediksjonsmodellen og implementere forbedringer for som gir bedre tilpassning til eksperimentelle data. Den nye modellern er testet mot prøver tatt fra PA11 trykkbarrieren i oljeproduksjonsrør som er tatt på land etter å ha vert i drift i flere år. Resultatene fra denne verifikasjonen viser at modelparametrene avledet fra aldrede prøver i autoklaver i laberatorie (hvor prøver har vert eksponert fra alle sider) ikke er direkte anvendelige for PA11 trykkbarierer i felt. Trykkbarrieren i fleksible rør er kun eksponert for olje og gass fra en side, noe som fører til gradienter i PA11-egenskapene som ikke eksiterer i de aldrede laberatorie-prøvene. Videre arbeid er nødvendig for å tilpasse modellen til disse eksponeringskondisjonene. Tap av mykner fra PA11 har også blitt undersøkt i FLL-prosjektet, siden modeller for å prediktere myknernivå vil være nødvendige i fremtiden. Laberatorietester har blitt utført for å determinere hvordan myknerfordelingen utvikler seg ved tid, når det mykner lekker ut fra PA11 neddykket i vann. Testresultater har blitt brukt til å estimere diffusjon- og massetransferkoeffisienter. En forenklet simuleringsmodell for myknertap er etablert for prøver som er uniformt eksponert på alle sider. Det trengs videre utvikling for å etablere en modell for prediksjon av myknertap, og mulig re-plastifisering ved hydrokarbon, i PA11 trykkbarrierer i rør i drift i felt. FLL-prosjektet har gitt vesentlig forbedret forståelse for hvordan ulike aldingsprosesser i PA11 påvirker overgangen til sprøhet. En forbedret prediksjonsmodell er utviklet og gjennstående utfordringer for videre utvikling av metodikken er identifisert.

Flexible pipes are extensively used for offshore oil and gas production. PA11 is a widely used polymer for pressure barrier in these pipes. The objective of the FlexLinerLife (FLL) project has been to develop a systematic methodology for predicting the end of life for PA11 pressure sheaths. The approach has been to improve state of the art models to predict the transition to brittleness as function of molecular weight, plasticization, crystallinity and strain rate. The work has included laboratory testing, theoretical assessment and simulation. The FLL project has significantly enhanced the understanding of how the different ageing processes in PA11 influence the transition to embrittlement. An improved prediction model has been developed and remaining challenges to further refine the methodology have been identified. An important impact from the project is better awareness of considerations that an operator must make when assessing the useful service life of PA11 pressure sheaths.

Flexible pipes are extensively used for O&G production offshore Norway, Brazil and worldwide. Many of the installed flexible pipes are reaching their predicted lifetime. However, this was estimated in the design phase often assuming more demanding operating conditions than experienced during service. Due to the great number of installed flexible pipes together with the high costs for replacing these pipes, there is a significant potential for cost saving and high interest among the oil companies in extending their service lives. The main objective of the FlexLinerLife project is to develop a systematic methodology, capable of improved accuracy in predictions of safe service life and possible life extension of flexible pipes in service. The focus will be the polymer pressure liner (crucial part for the definition of the pipe lifetime), and understand their degradation mechanisms. This will combine several approaches using experimentally properties, structural simulations and in-service monitoring techniques. In addition the following sub-goals will be achieved: -Increase the level of safety of the current installed flexible pipes through more accurate knowledge of the current degradation status -Better understanding of the degradation and failure mechanisms of the PA11 liner materials -Cooperate with relevant technical societies to evaluate the current regulation according to the project outcome -Develop and calibrate numerical models based on investigations of the degraded PA11 material -Selection of relevant new inspection technologies for the evaluation of the degradation status of in-service flexible pipes The results of FlexLinerLife will reduce the environmental impact of offshore installation reducing the necessity of dismiss and replace flexible pipes still safe to use. In addition, the improved knowledge of the degradation mechanisms will reduce the probability of in-service failures with the consequent possibility of large environmental contamination.