Ny metode kan spare offshoreindustrien for store summer
Hva skjer når en rørledning blir truffet av en ankerkjetting eller bunntrål fra en fiskebåt? En ny metode som kan simulere hva som skjer ved slike sammenstøt, vil kunne spare offshoreindustrien for store beløp.
Oljerørledninger legges ofte på store dyp. Hver eneste dag, året rundt, strømmer olje og gass gjennom tusenvis av kilometer med ledningsnett. Mens temperaturen på utsiden holder bare noen få grader, sørger et plastbelegg for å holde oljen inne i rørene varm slik at den strømmer lett. Dette er viktig. Kjøles oljen ned, flyter den tregere. Da kan den klumpe seg og lage avsetninger som i verste fall kan tette rørledningene.
Mange slags skader kan oppstå, dypt der nede i havmørket. Rørene kan bli truffet av anker som faller ned eller hekter seg fast. Trålere som ploger etter fisk langs havbunnen kan også gjøre stor skade. Andre eksempler er rør som vrir seg, knekker eller vibrerer.
Animasjonen under viser en oljerørledning som blir truffet av en bunntrål. Stipendiat Ole Vestrum har utviklet en metode som kan simulere hvordan plastbelegg utenpå rørene oppfører seg i sammenstøt som dette. Video: Rastlaus
I tillegg til å isolere mot varmetap og beskytte rørene mot korrosjon, viser det seg at plastbelegget fungerer utmerket som støtfangere.
Støtfangereffekten er en viktig tilleggs-egenskap. Dette fenomenet interesserte doktorgradsstudent Ole Vestrum i SFI CASA på NTNU. Han har utviklet en modell som beskriver hvordan plastbelegget påvirker oppførselen til en rørledning som plutselig utsettes for en ekstrem belastning. Metoden kan modellere kollisjoner mot oljerørledninger langt til havs.
Vestrum har konsentrert seg om å studere skader som kan oppstå som følge av ulykker.
- Les også: Nå skal litium også resirkuleres
Prøvekrasj på pc betyr store penger spart
– Plutselige sammenstøt kan få ulike følger. I verste fall kan det oppstå sprekker i det indre stålrøret, noe som igjen kan føre til at olje lekker ut, forklarer Vestrum.
Når uhell skjer på store dyp, er det i ettertid ofte vanskelig å få et klart bilde av hva som har skjedd. Fysiske kollisjonstester på enkeltkomponenter i full skala, kan bidra til å gi et bedre bilde, men dette koster tid og penger.
Bildet viser plastbelegg rundt et oljerør, som er ment å beskytte rørene mot korrosjon og isolere mot varmetap. Belegget viser seg også å fungere utmerket som støtfangere. Foto: Sølvi Normannsen
I tillegg vil det være nær umulig å teste rørenes egenskaper i full skala under realistiske forhold.
Petroleumsindustrien kan minke risikoen for uhell og skader ved å legge rørtraséene utenom områder der det er annen aktivitet. Ulempen er at det gir store ekstrakostnader. For, jo lengre rørledninger, desto større prislapp.
Equinor kunne ta korteste og dermed billigste vei
Metoden Vestrum har utviklet gjør det mulig å teste rørledningene i et virtuelt datamiljø. Da kan industrien selv simulere hvordan ulike hendelser påvirker rørene under mange slags forhold.
Siden plastbeleggene er så komplisert oppbygd, er det svært krevende å beregne hvordan de vil oppføre seg under ulike forhold. Måten industrien har løst dette på, er rett og slett å droppe og ta dem med når de regner på nye prosjekter.
Stipendiat Ole Vestrum, SFI CASA, NTNU. Foto: Sølvi Normannsen
Samtidig betyr denne utveien at de kan gå glipp av store innsparinger. Det at plasten kan beskytte rørene, gjør at rørtraséer kan legges gjennom utsatte områder i stedet for rundt. Og når rørledningene blir kortere, blir de også billigere.
Med Vestrums meotode blir det enklere å ta plastbeleggene med i beregningene.
Stipendiatens arbeid er en fortsettelse av tidligere SIMLab-stipendiat Martin Kristoffersens studier av stålrør uten plastbelegg. Deler av dette arbeidet inngikk i Equinors planlegging av en ny rørtrasé i tilknytning til Åsgard A. Den korteste og dermed billigste ruten innebar betydelig risiko for sammenstøt med fortøyningsliner.
Kollisjonstester ved SIMLab bekreftet at beleggene bidro til å beskytte rørene.
Utfallet ble at Equinor kunne velge den beste traséen, og dermed klare seg med 5 kilometer kortere rørledning. Bare i dette ene tilfellet sparte selskapet godt over 150 millioner kroner.
Nøkkelen ligger i porene
Vestrum beskriver porøse plastmaterialer som mer levende, og langt mer følsomme for lastpåvirkning og temperaturendring, enn for eksempel stål og aluminium. Mye av forklaringen på den komplekse oppførselen ligger i materialets porestruktur.
– Det ligner en sveitserost, full av hull og groper. Porøsiteten kan faktisk variere fra 0 til 30 prosent i en og samme enkeltdel. Det vil si at man ikke kan ta i bruk tradisjonelle metoder å beskrive disse materialene.
Her er prøvestykker av plastbelegget. De ble røntgenfotografert, og ga stipendiaten åtte milliarder datapunkter fra hvert prøvestykke. Foto: Sølvi Normannsen
CASA-stipendiatens ferd startet med omfattende tester av full-skala oljerør i SIMLabs sparkemaskin. Forsøkene skjedde i nært samarbeid med Equinor. Ved såkalte kvasi-statiske innrykkstester påføres oljerørene hakk, skår eller bulker.
Deretter ble prøvestykker fra plastbelegget skannet med røntgentomografi eller røntgen CT, omtrent slik det foregår i helsevesenet. Ifølge Vestrum er dette en aldeles utmerket måte å studere porestrukturer på. Og vi snakker om studier av små størrelser, helt ned til en milliondels meter.
Hårete regnestykker
Hvert prøvestykke genererer rundt åtte milliarder datapunkter. Dermed skal det noen temmelig hårete regneoperasjoner til, før all informasjon kan puttes inn i datamodellene som kan simulere oppførselen.
For å lette regneoperasjonene, valgte Vestrum å dele dataene opp i flere lag.
Stipendiaten delte opp dataene fra prøvestykkene i lag. Dermed fikk han til å beskrive oppførselen til pilastbelegget på mikronivå.
Ved hjelp fra postdoktor Lars Edvard Blystad Dæhli i FractAl-prosjektet ved SIMLab, lyktes han etter hvert å beskrive oppførselen til den porøse plasten – ned på mikrostruktur-nivå.
Underveis gjorde han mindre, fysiske tester for å få bekreftet om simuleringene og forsøkene stemte over ens. Alle disse stegene formet tilslutt datamodellen som kan beskrive oppførselen til rørledningen.
– Resultatene viste overraskende sterkt sammenfall mellom porøsiteten i materialet og måten det oppfører seg på, forteller Vestrum.
Det at metoden er såkalt generisk, betyr at den også vil kunne brukes til å beskrive andre materialer og egenskapene deres. For eksempel kan det være nyttig å simulere det som er beleggets primære oppgave, nemlig å isolere.
Equinor er nå interessert i å bruke Vestrums modell på ulike typer produkter. Våren 2020 jobber to masterstudenter med nettopp dette.
– Nyskapende arbeid
Ole Vestrums veileder, professor Tore Børvik, beskriver stipendiatens arbeid som både uvanlig og nyskapende. Han kaller det et solid bidrag til både vitenskapsteorien og til SIMLabs fagfelt.
– I tillegg kan det spare industrien og samfunnet for store summer, sier Børvik.
Neste steg på veien vil være å teste ut Oles metode på betong.
Stipendiaten forsvarer doktorgraden sin ved NTNU over Skype, den 26. mars. Tittelen på avhandlingen er: «Impact on porous polymer coated pipelines».
