深海で上昇中の熱可塑性複合パイプ

Airborne Oil＆Gas（AOG、IJmuiden、Netherlands）およびMagma Global Ltd.（Portsmouth、UK）のWebサイトのニュースページにアクセスすると、2018年は熱可塑性プラスチックのこれら2つの主要メーカーにとって分水嶺の年であったという印象を受けるでしょう。深海用途向けの複合パイプ（TCP）。しかし、この急成長している複合材料市場に関する2019年のニュースが、前年のニュースを上回っていても驚かないでください。

AOGの2018年のいくつかの注目すべき成果：6月、同社は南米の主要オペレーター向けに炭素繊維/ポリフッ化ビニリデン（PVDF）ライザー（海底生産システムと水上生産船を接続するパイプ）の認定プログラムを開始しました。 AOGは、このプロジェクトで、主要なオフショア設置請負業者であるSubsea 7（ルクセンブルグ）と協力しました。 8月、広範な5年間の認定プログラムに続いて、ガラス繊維/高密度ポリエチレン（HDPE）フローライン（坑口をさらなる処理装置に接続するパイプ）の炭化水素（フル坑井）サービスに関する世界初のパイロット設置が行われました。 ）、ペトロナス（クアラルンプール、マレーシア）は、AOGのTCPフローラインが技術準備レベル6（ベータプロトタイプ検証）を達成したことを認識しました。 「そして、2019年にTRL 7 [パイロットシステムのデモンストレーション]に到達することを期待しています」とAOGCCOのMartinVanOnnaは報告します。これらの成功した資格とパイロットプログラムに加えて、AOGは、特にグラスファイバー/ HDPE TCPで、成長している商業的実績を報告しています。

マグマに関しては、2018年も同様に波乱に富んだものでした。 3月、Tullow Ghanaは、マグマに2.5 kmのフローラインの契約を結び、Tweneboa、Enyenra、Ntomme（TEN）のオフショアフィールドを開発しました。 5月、オフショアサービス会社であるOcyan（リオデジャネイロ、ブラジル）と協力して、Magmaは、Magmaの炭素繊維/ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）mを採用した複合マルチボアハイブリッドライザー（CMHR）設計のサードパーティによる検証を完了し、受け取りました。 -パイプ。 MagmaとOcyanは、ブラジルの深海開発のためにCMHRに入札しています。マグマは8月、Equinor（ノルウェー、スタヴァンゲル）との共同イニシアチブにより、政府の資金源であるInnovate UKから、ジャンパー（フローラインや海底施設を接続するパイプ）用のオールマグマソリューションを認定するための1,050万ポンドの資金を確保したと発表しました。 ）。最後に、11月に、エネルギー研究所（ロンドン、英国）は、深海埋蔵量での石油とガスの生産の課題を解決するパイプの能力と、再利用できます。

2019年、AOGとMagmaは、開花する複合材料市場にサービスを提供するため、生産能力を増強するという大きな計画を立てています。 「特に昨年の後半には、需要が非常に急速に伸びているため、非常に迅速に成長する必要があります」とVanOnna氏は断言します。

TCPアピール

この急速な成長を強調するのは、深海の石油およびガスアプリケーションにおけるTCP展開の比較的短い歴史です。 TCPは、1990年代から存在している強化熱可塑性パイプ（RTP）とは異なることに注意してください。 RTPは、非接着で包まれた熱可塑性ライナーで構成されています。 アラミドまたはガラス繊維複合材、次に熱可塑性プラスチックでコーティング。完全に結合されたTCPと比較して、低圧で要求の厳しい温度のアプリケーションで使用されます。 TCPは同様の材料のセットで構成されていますが、2つの理由から、より高い圧力とより広い温度範囲に適しています。まず、一部のTCPは、PEEKなどの高性能熱可塑性樹脂や炭素繊維などの高強度補強材を使用しています。次に、TCPレイヤーは結合されます 同じ材料で作られたRTPよりも高い性能特性をもたらすメルトヒューズ製造プロセスを介して相互に接続します。

わずか11年前、VanOnnaは次のように語っています。いいえ TCPは深海アプリケーションに導入されていました。その後、2009年に、AOGは最初のオフショアTCPダウンラインを開発して展開しました（海底パイプラインまたは海底坑口に注入するために流体を海底にポンプで送るために使用されます）。同社は2012年に本格的なTCP生産拠点を建設しました。2018年までに、AOGは3つの生産ラインを含む生産能力と、65℃/ 150°Fおよび5までのアプリケーション向けのグラスファイバー/ HDPEを含む製造能力を増強しました。 ksi; 80°C / 180°Fおよび10ksiまでのアプリケーション向けのカーボンファイバー/ポリアミド12。最大121℃/ 250℃および15ksiのアプリケーション向けのカーボンファイバー/ PVDF。

一方、マグマは2009年に設立され、2012年にmパイプの展開を開始し、2016年に英国のポーツマスに生産拠点を開設しました。同社の5周年記念式典で、CEOのマーティンジョーンズは次のようにコメントしています。炭素繊維の使用が現在標準となっている良い前例。現在、石油やガスでも起こっています。現在、すべての主要なオペレーターと関わっています。」

TCPの採用が拡大しているのは、従来のパイプに比べて多くのコスト削減の利点があるためです。たとえば、材料のコストが高いにもかかわらず、フローラインアプリケーションでのAOGの最高性能の炭素繊維/ PVDFは、金属フローラインと比較して、設置時のコストを30％削減すると報告されています。同様に、シングルラインオフセットライザー（SLOR）アプリケーションでのmパイプと鋼のCalash（ロンドン、英国）の商業レビューでは、設置時のコスト削減が11％と見積もられました。これらの節約は、輸送、準備（たとえば、エンドフィッティングでパイプを終端する）、および設置を他の材料で作られたパイプでこれらのタスクを実行するよりもかなり安価にするいくつかのTCPプロパティから生じます。

複合材料の場合によくあることですが、最初のそのような特性は軽量です— TCPの重量は鋼管の10分の1の重量です—しかし、パイプの軽量と柔軟性の組み合わせは、決定的な利点をもたらします。比較的小さなドラムと海中パレットに巻き付けられます。このため、小型船は長距離のTCPを輸送および設置できます。これは、従来の重量物運搬船の配備がコストのかかる提案である、より離れた沖合の場所（たとえば、西アフリカ沿岸沖）でのロジスティックおよび経済的恩恵です。 TCPの溶融融着能力によって生み出されるもう1つのコスト削減の利点は、パイプを終端処理し、エンドフィッティングをオンサイトに設置できることです。

TCPは、高強度、柔軟性、および終端処理の容易さの組み合わせを提供し、従来の金属パイプ（強​​力であるが剛性）と、らせん状に適用された金属ワイヤーと押し出し熱可塑性プラスチックの非接着層から作られた柔軟なパイプ（柔軟であるが重い、非常にオンサイトで終了するにはコストがかかります）。 TCPは、海中アプリケーションの厳しい圧力と温度を、外部条件と、それらを通過する流体によって生成される内部条件の両方から効率的に処理することができます。 TCPの熱可塑性ライナーは、摩擦係数が低いため、高流量も提供します。最後に、他の2つの重要なTCP特性、つまり耐食性と耐疲労性により、エネルギー会社が地下深くで見つかった酸っぱい（つまり酸性の）原油をより頻繁に汲み上げているにもかかわらず、TCPは非常に耐久性があります。

パイプ生産の加速

加速する需要に対応する準備をしているAOGは、会社の生産能力を5倍に増やすことを目的とした3年間のプログラムの1年間です。 「私たちは10以上の個別の対策を実施しており、そのすべてが生産能力の向上につながります」とVanOnna氏は言います。

TCPは、AOGで3つの連続したステップで生成されます。まず、熱可塑性ライナーを押し出します。次に、現場での圧密を伴う自動テープ敷設（ATL）により、繊維強化熱可塑性テープの数層から100層までが巻き取られ、各層が前の層に溶融溶融します。最後に、パイプはコーティング押出ダイを通過します。これは通常の共押出しではない、とVanOnnaは説明します。 「外側の複合層を溶かし、ラミネート上にコーティングを圧力成形します。その結果、コーティングとラミネートの間のせん断強度が高いパイプが得られます。これにより、クライアントは、高強度で耐久性のある保護コーティングを維持しながら、TCPをどこでも終端できます。」

AOGは、容量を増やすための明白な方法である巻き取りステーションを追加していますが、押し出しと巻き取りの速度も上げています。同社は生産ラインに独自の自動検査システムを統合しており、生産速度が向上しても一貫した特性と特性を保証します。

マグマの製造プロセスは、AOGの製造プロセスに似ています。 Magma m-pipeは、約25％の炭素繊維、25％のS2ガラス繊維、および50％のPEEKで構成されています。マグマは、その製造プロセスを「完全に自動化されたロボット3Dレーザー印刷プロセス」と呼んでいます。これは、PEEKから作られた滑腔内パイプ前駆体の押し出しで構成され、その上にATLプロセスがレーザーを使用してガラス繊維/ PEEKと炭素繊維/ PEEKテープの交互の層を融合します。マグマは、疲労能力が非常に高いため、同社がビクトレックス（英国ランカシャー）から買収したPEEKを選択しました。東レ（東京、日本）は、mパイプに使用される補強材を供給しています。マグマは、英国のポーツマスの内部生産ラインだけでなく、ポーツマスでも最初に稼働しているモバイル国内製造モジュール（ICMM）で生産需要に対応しています。 Magmaは、特にライザーアプリケーションの場合、ロジスティックと財務の両方で現地生産を優先しているため、より多くのICMMを展開することを期待しています。

まもなく商業的成功

重要なことに、TCPの開発には、海中アプリケーションでのTCPの設計と認定に関する正式な標準の作成が伴いました。 Van Onna氏によると、この基準への道のりは骨の折れるものでしたが、その結果、エネルギーの専門家の間で、製品の長期的なパフォーマンスと予想される使用コストに大きな自信をもたらすドキュメントとガイドラインが作成されました。このような自信は、パイプの故障が単純に受け入れられない海洋石油やガスの生産など、規制が厳しく監視されている業界では非常に重要です。 Van Onna氏によると、この規格は、母材の認定、設計方法、そしてもちろん製造技術を網羅しています。 AOGは、TCPベースの材料と生産品質が、航空宇宙で使用されているようなオートクレーブ硬化複合構造のベンチマークと同等であることを実証できました。

資格に対するAOGのアプローチは、Van Onnaが続けて、「すべてのベース材料に対して個別の資格を実行することでした。次に、これらの適格な材料を使用して、あらゆるサイズのパイプを設計および製造します。」資格を取得し、TRLレベルを超えて、TCPは現在、2019年以降、大量の製品に対応できるようになっているとVanOnna氏は考えています。