3D-Druck eröffnet neue Dimensionen für die Inbetriebnahme vor Ort

(Foto: Gesamt)

Der Zugang zu und die Nutzung von Additiver Fertigung (AM), auch als 3D-Druck bekannt, hat in den letzten Jahren zugenommen, da Patente für Techniken und Technologien abgelaufen sind, sagt Hugues Greder, Lead Petroleum Engineer bei Total.

Die Rechenleistung ist viel leistungsfähiger und die Leistung der im AM-Prozess verwendeten Laser wurde ebenfalls erhöht. Während ein großer Teil von AM heute noch für Prototypen und Werkzeuge bestimmt ist, ist etwa ein Drittel für Endanwendungen bestimmt, dh für Teile, teilte er der Underwater Technology Conference (UTC) in Bergen, Norwegen, Anfang dieses Jahres mit. Und es wird wahrscheinlich noch mehr kommen.

Total ist sehr daran interessiert, über AM zu sprechen, nachdem in jüngster Zeit einige Erfolge zu verzeichnen waren, darunter die Lösung eines Problems bei der Inbetriebnahme von Tiefsee-Unterwasserpipelines, dessen Behebung ansonsten mehr als 10 Millionen Euro (11,2 Millionen US-Dollar) gekostet hätte. Das Problem wurde bei der Inbetriebnahme des Egina-Feldes im Jahr 2018 festgestellt.

Das 2003 entdeckte Egina-Feld befindet sich in einer Wassertiefe von 1.600 Metern, etwa 200 Kilometer südlich von Port Harcourt, vor der Küste Nigerias. Da es ein ziemlich flaches Reservoir in 1.400 Metern Tiefe unterhalb der Schlammgrenze gibt, werden auf dem Feld etwa 40-50 Brunnen mit erweiterter Reichweite gebohrt. Diese produzieren bis zu 330 Meter lange schwimmende Produktions-, Lager- und Entladungsschiffe (FPSO) - die größten von Total -, die letztes Jahr in Betrieb gegangen sind und ungefähr 200.000 Barrel Öläquivalent pro Tag (boe / d) oder ungefähr 10% produzieren. der nigerianischen Produktion.

Bei der Inbetriebnahme ist ein Problem aufgetreten. „Als wir die Egina-Gasexportleitung an die Akpo-Gasexportleitung anschließen wollten, konnten wir die Druckkappe an der Inline-Tee-Baugruppe nicht entfernen“, sagt Greder. „Wir haben es mehrmals versucht und es hat nicht funktioniert.“ Die Druckkappe in 1.300 Metern Wassertiefe hat einen Kolbenflansch und Bolzen. „Als wir uns umsahen, sahen wir Spuren von Gashydraten, sodass wir dachten, dass die Blockierung durch Gashydrate im Inneren verursacht wurde.“ Eine Verzögerung hätte bedeuten können, dass der Egina FPSO nicht termingerecht in Betrieb genommen wurde.

Die konventionelle Art, damit umzugehen, wäre ein Eingriff unter Wasser - und das Ersetzen des Inline-T-Stücks. Dies hätte sowohl Zeit als auch Geld gekostet und das Schließen von Akpo bedeutet. „Ein nigerianischer Kollege hat die Situation analysiert und umgedacht“, sagt Greder. „Die Idee war, den Kolben zu entfernen und Methanol an den Ort zu drücken.“ Die Form eines Werkzeugs, das dazu benötigt wurde, wurde erstellt und dann angepasst, um es mithilfe der additiven Fertigung zu „drucken“. AM meinte, die Geometrie könnte komplexer sein als bei Verwendung herkömmlicher Fertigungsmethoden - und die Fertigungszeit könnte kürzer sein.

„Wir sind nicht an Werkzeuge gebunden und es muss kein festes Teil vorhanden sein“, sagt Greder. Dies kann hohl sein und spart Druckzeit und Material. Tatsächlich wurde das Werkzeuggewicht durch Drucken um 50% reduziert. Das Teil mit einem Durchmesser von 32 Zentimetern und einer Höhe von 35 Zentimetern wurde in 36 Stunden Schicht für Schicht bei der 1853 von einem amerikanischen Geschäftsmann in Frankreich gegründeten Total Group Company Hutchinson in Paris gedruckt. Es wurde unter Verwendung von Polyamid 12-Pulver hergestellt, das in die erforderliche Form lasergesintert wird.

Mit dieser Methode wird zunächst ein großer Würfel erstellt. Nachdem das nicht gesinterte Polyamidpulver entfernt worden war, wurde das Werkzeug freigelegt und innerhalb von 48 Stunden nach Port Harcourt verschifft und dann an Land geschickt. Unter Verwendung eines ferngesteuerten Unterwasserfahrzeugs (ROV) wurde der Kolben gelöst und dann das Werkzeug zum Einspritzen von Methanol verwendet, um die Hydrate in der Leitung aufzulösen und den Druckstopfen innerhalb von vier Stunden erfolgreich entfernen zu können.

"Es dauerte 10 Tage von der Planung bis zur Auslieferung, 50% weniger als erwartet, und die Kosten konnten im Vergleich zu einem herkömmlichen Unterwasserbetrieb für diese Art von Problem, das mehr als 10 Millionen Euro gekostet hätte, um den Faktor 10 gesenkt werden", sagt Dr. Greder. Auch die Akpo-Produktion musste nicht gestoppt werden und die Gasexportlinie wurde termingerecht angeschlossen.

„Der Einsatz von additivem Druck bedeutet, dass er topologisch optimiert ist. Sie können Formen haben, die dem entsprechen, was die Natur uns bieten kann, wie ein Bienennest “, sagt Greder. Durch diesen Ansatz können mehr Vorlaufzeiten, Nebenzeiten und Produktionsausfälle reduziert werden. „Zukünftig kann ich mir einen Drucker in Aberdeen, Stavanger, Bergen vorstellen, in dem Sie eine Datei senden können und der ein benötigtes Werkzeug druckt und auf See versendet. Wenn Sie dies bei Bedarf tun können, können Sie auch Speicherkosten sparen.

„Ein weiterer Vorteil ist, dass kompakte, anspruchsvolle Teile mit mehr Funktionen, geringerem Gewicht und einfacher zu instrumentieren sind“, fährt er fort. „Es können winzige Löcher gemacht werden, um den Druck an bestimmten Stellen zu messen. Diese Löcher können Sie nicht bearbeiten. Sie können sie jedoch präzise einbetten, damit Sie ein Teil überwachen und den Druck überwachen können. Drittens können Sie Vor-Ort-Reparaturen an Teilen durchführen. “

Laut Greder ist dies für Total etwas Neues und Wertvolles auf diesem Gebiet, und es passiert mehr. „In Frankreich wurden mehrere Laufräder hergestellt und in Raffinerien eingesetzt“, sagt er. „In der Produktionsstätte von Culzean in der britischen Nordsee haben wir einige Induktoren aus Titanlegierung für den Einbau in Transferpumpen dreidimensional gedruckt.“ Die modifizierten Impeller halfen, der Kavitation entgegenzuwirken, und konnten mit herkömmlichen Methoden schnell anstatt nach 24 Wochen hergestellt werden.

"Das wird wachsen", schließt Greder. „AM wird mit Sicherheit die Öl- und Gasversorgungskette stören. Es muss mehr an der Qualität des Materials gearbeitet werden. Sie erstellen ein Teil gleichzeitig mit dem Erstellen der Form. Zuvor haben Sie an Material gearbeitet, das erstellt wurde, und dann wurde die Form zertifiziert. Es muss also noch an der Zertifizierung des Materials und der Wiederholbarkeit gearbeitet werden. Es gibt auch geistiges Eigentum, wenn Sie eine Kopie eines Teils möchten. Vorerst haben wir damit begonnen, unkritische Teile zu bearbeiten. Aber es wird kommen. "