Additive manufacturing for repair and refurbishment of offshore components to extend structural lifetime

Levetidsforlengelse av offshorekonstruksjoner og komponenter er avgjørende for å sikre økt utvinning av norske petroleumsressurser innenfor et miljømessig bærekraftig rammeverk. Oljeutvinning fra eksisterende oljefelt og kobling av nye felt til eksisterende infrastruktur er viktig både for miljø og kostnadsbesparelser. Dette er ikke bare energieffektivt med tanke på å redusere karbonavtrykket, men anses også som den eneste mulige løsningen for utvinning av enkelte mindre felt. Levetidsforlengelse er utfordrende på grunn av nedbrytning og aldring. Eldre komponenter trenger ofte nødvendig (og kostbar) reparasjon og vedlikehold for å sikre at den strukturelle integriteten fortsatt er beholdt etter mange år i drift. AMRREX-prosjektet har introdusert to nye additive tilvirkningsmetoder (AM) med forskjellige råmaterialer; (i) AM ved bruk av tråd og lysbue (WAAM), og (ii) AM ved laser metall deponering (LMD). Disse to prosessene ble testet på reparasjon av skadde komponenter for å forlenge deres levetid. Hovedformålet med prosjektet var å gjennomføre WAAM- og LMD-prosesser for reparasjon og renovering av 2-3 offshore-komponenter, som oppfyller O&G materialkrav, og med en målbar kostnadsreduksjon og redusert ledetid. De viktigste FoU-oppgavene som er utført, inkluderer 1) å utvikle LMD- og WAAM-prosesser for reparasjon og fornyelse av komponenter, 2) generere kunnskap for on-site reparasjon, 3) etablere forholdet prosess-egenskap-ytelse gjennom generiske studier, 4) utvikle digitalt rammeverk for robust on-site reparasjonsplanlegging, 5) utføre materialkarakterisering og prosessimulering og 6) demonstrere og gjennomføre on-site reparasjonsmetode. FoU-aktivitetene og innovasjonene i Amrrex-prosjektet drives og realiseres gjennom industrielle case-studier. To komponenter, en termolomme og en ventilplugg, har blitt reparert ved hjelp av LMD-teknologien og reinstallert for service. Etter to års drift etter reparasjon er overflateinspeksjonen av termolommen utført, og resultatene indikerer at den reparerte delen fortsatt holder god kvalitet og at komponenten kan reinstalleres for ny service. WAAM-prosessen ble brukt til å reparere en rørkomponent som nå er installert for testing. I løpet av prosjektet ble det utført to on-site reparasjoner i samarbeid med prosjektpartnerne. Disse vellykkede case-studiene la solid kunnskapsgrunnlag for fremtidige on-site reparasjoner. I prosjektet er det utviklet et digitalt rammeverk for å støtte robust AM-basert reparasjon. Den digitale verktøykassen kan bidra til å definere og optimalisere prosessparametere og sikre vellykket reparasjon på første forsøk, gjennom å lage en digital modell av den skadde komponenten og utføre automatisk baneplanlegging, prosessparametervalg og prosessimulering. Flere generiske case-studier er også utført for å generere kunnskap om AM-prosesser, materialer og on-site reparasjonsprosesser, noe som har resultert i flere vitenskapelige publikasjoner. Oppsummert er AM-basert reparasjonsteknologi, spesielt on-site reparasjonsmetoden, blitt utviklet og demonstrert. Resultatene vil ha betydelig innvirkning på fremtidige løsninger for levetidsforlengelse for konstruksjoner i olje- og gassindustrien, og er også lett overførbare til andre industrisektorer, f.eks. offshore vind og maritim.

The innovations developed in this project will change the philosophy of repair and maintenance of offshore infrastructure, e.g., on-site repair. This will upgrade the capacity and flexibility of production and processing equipment and represent substantial increase of oil recovery rate and society benefits through prolonged ripple effects from the industry. The knowledge obtained in the project has laid solid foundation for further R&D and industrialization of AM-based repair and refurbishment technology, which will lead to new jobs and markets. The generic knowledge generated in this project will be added to existing AM material and process database to support further development and implementation of resulting innovations. The results generated in this project are readily transferable to other industries such as marine and renewable energy, where the innovations developed in this project are urgently needed.

Lifetime extension of offshore structures is urgent to meet the increasing drive to enhance the recovery from oil fields on the Norwegian continental shelf (NCS). The use of existing infrastructure is not only energy efficient with reduced carbon footprint, but is also regarded as the only economically viable solution for development of many small fields. The physical degradation and aging of offshore structures and components are main challenges for structural life extension. Aged components often need necessary (and expensive) repair and maintenance to ensure that the structural integrity is still retained throughout the extended life. The underlying idea of the AMRREX project is to introduce the emerging additive manufacturing (AM) technologies for "on-site" and "on-time" repair and refurbishment of damaged components in order to secure and extend lifetime of offshore structures. The main R&D challenge is to establish the relationship between AM process, microstructure, material properties and component performance. The innovation in the AMRREX project will result in substantial cost reduction and reduced lead time for repair and refurbishment of offshore components. A successful implementation of the innovation will represent a "game-changer" for the use of AM processes in repair and refurbishment of components in many applications, and will in this way be opening up for a wide range of opportunities for the participating partners. The innovations in the AMRREX project will benefit not only the oil and gas industry but also other industries and sectors such as marine, manufacturing, building and infrastructure and renewable energy.