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聚合物在深水作業中的應用

聚合物在深水作業中的應用

“我只想對你說一個詞,就一個詞…塑料,塑料的未來不可估量”?;仡欉^去、著眼當下甚至展望未來,聚合物一直工業領域在扮演著無可替代的角色,深水油氣開發亦離不開聚合物的戲份。

來自 | Offshore
編譯 | 周詩雨

在現代生活中,聚合物可以說無處不在。而對于深水工程領域,聚合物的作用也可謂是不可或缺。深水浮力材料,便是深海工程領域的重要聚合物原材料。目前,在水下深潛器、水下機器人等方面都已得到應用,并能在水下數千米的深海下安全使用。

在1970年代經典電影《畢業生》(The Graduate)的開場,主角的家族朋友把他拉到一邊對他說:“I just want to say one word to you. Just one word…Plastics. There’s a great future in plastics.”(我只想對你說一個詞,就一個詞…塑料。塑料的未來不可估量。)

毫無疑問,無論對過去的人們還是如今的世界來說,塑料—或者說非金屬材料—的未來都不可估量。那聚合物的前景又怎么樣呢?其他復合材料配方,如纖維和玻璃增強塑料,又如何?答案是,他們中的任何一種都將在工業領域大展拳腳。

在海底這片油氣行業的競技場中,有兩種解決方式可以減輕重量——使元件更輕,或者使用浮力支撐重量。海上浮力的兩種傳統應用是鉆井立管和水下機器人(ROV)。

隨后在本世紀初,我們迎來了道達爾在安哥拉的Girassol項目。道達爾決定采用獨立式立管系統,這種類型的配置還是第一次,設備既要具有封隔能力,又要能夠支撐重量。道達爾派開發團隊專注于尋找可以提供這種產品的供應商,這促成了幾家公司之間的激烈競爭,最終由Balmoral Offshore Engineering贏得該合同,并基于此創造了一個全新的市場。這個概念開始被更廣泛地使用。

記錄集

隨著“減輕重量”這個觀念逐漸深扎在人們腦中,最近的一項技術發展讓整個海下工業議論紛呈。六年前,位于路易斯安那州、主要從事鉆井立管修復和維護工作的ExPert E&P公司斷言:在完井領域,浮式著陸鉆桿非常有市場。

浮式著陸鉆桿是一項具有顛覆意義的技術。通過減輕著陸鉆桿的重量,加快套管的安裝進程,減少鉆井時間,節省費用。ExPert E&P公司一名員工表示,采用該技術后,每口井可節約4000萬美元;而如果大規模使用該系統,則基本上可以用原來三口井的費用打出四口井,且即使是應用了很久的老鉆機,也能承受套管柱的重量。

在設計著陸鉆桿時,ExPert E&P Solutions公司向Trelleborg海洋公司提出具有技術挑戰性浮力材料包的需求。要求的浮力材料不僅要能承受深水中的最大壓力,還要能耐高溫、耐鉆井流體。此外,這種材料不能含有金屬元素,以保護井口免受任何意外損壞。

Trelleborg研發了采用復合球體浮力材料的復合泡沫化學配方,以及一套聚合物夾鉗和緊固件系統。

這套系統最初用于阿納達科公司,安裝在具有史上最重著陸鉆桿(達到100萬噸以上)、位于墨西哥灣Diamond Offshore的第六代鉆井船Ocean BlackHawk上,作業深度達到5900英尺(1800米)。

實際上,能提供熱絕緣和封隔管道的公司有很多。在元件市場上做得較好的是英國Advanced Insulation公司,該公司一直在向一些主要的油公司(如BP、Total、Eni和Chevron)提供一系列設備(包括海底樹和閥門)絕緣噴涂和封裝。

另外一家是美國的Materia公司,該公司最近獲得了殼牌在墨西哥灣Appomattox項目的管道保溫合同。Materia使用了一種名為Proxima的熱固性交聯聚合物,據稱其在超過3000米(10,000英尺)的水下是不可壓縮的,因此可以保持結構的完整性。Materia將這項工作交給了管道涂層專家Bayou來執行。

在這一領域,有幾家公司都有科思創的背景??扑紕撛瓕倩瘜W巨頭拜耳的材料科學部門,于2015年剖離。用于海上作業的材料由公司的涂料、粘合劑和專業業務部門負責。

二十多年來,Covestro / Bayer一直有涉足彈性體,或者更具體地說是聚氨酯聚合物領域。這些材料在海洋領域的發展前途取決于材料性能:是否具有耐腐蝕性和一定的靈活性。相關產品包括管道、電纜保護、管道絕緣,以及抗彎加強劑和限流器。

這些材料需要解決的最主要難題就是調解兩個極端:海底的低溫和產出流體的高溫。

新興玩家

還有一些較為陌生的公司正在試圖提高他們在海上業務的知名度。Nylacast本身作為“工程塑料解決方案”的供應商,正在尋找用非金屬代替金屬部件的應用方面,包括管道扶正器、線束間隔棒、J形管密封器和柔性件保護器。

Nylacast還在努力通過定制配方材料來提高元件的性能。例如,其扶正器和墊片由CF110(含油鑄型聚酰胺6)制成。該標準聚合物需要在底面加涂亞鐵涂層,使其具有“抗蠕變”性,目前已在各種特殊環境中得到應用。

此外,在尋找新機會的還有Rochling公司,這是一家擁有190年歷史的德國私人公司,2000年才進入塑料行業。其15億歐元(17億美元)營業額的一半來自汽車行業。該公司嘗試利用他們出品的塑料輕質和耐腐蝕性能,以及重新配制現有材料的能力,尋求在其他市場中的多元化,而石油天然氣是他們的一個主要目標。

Rochling公司還生產管柱扶正器,同時也制造用于密封的PTFE備用環、閥座和用于管道鋪設的滑輪段和海底端蓋。在所有的產品中,Rochling公司都想突出其塑料配方具有的良好摩擦系數、熱穩定性和機械性能的優勢。

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