Merancang pipa berdiameter besar untuk instalasi deepwater

Proyek South Stream mendatang di Laut Hitam panggilan untuk 560 mil dari 32-in. pipa di kedalaman sampai 7.200 ft

Martijn van Driel
Alex Mayants
Intecsea BV
Alexey Serebryakov
OAO Gazprom
Andrey Sergienko
OAO Giprospetsgaz

Gazprom telah berhasil menyadari beberapa sistem transportasi gas lepas pantai terbesar di dunia, dengan jaringan pipa di 24-in. (61-cm) dengan diameter kedalaman air melintasi lebih dari 2.100 m (6.889 kaki) dengan Blue Stream I dan II proyek.

Sekarang, dengan South Stream, perencana proyek sedang mempertimbangkan tantangan menginstal 32-in. (81-cm) pipa diameter di kedalaman yang akan melebihi 2.200 m (7.200 ft). The 900-km (560-mi) pipeline akan memperpanjang dari pantai Rusia ke daratan barat di kedua pantai Bulgaria atau Rumania. Beberapa tantangan utama meliputi:

• Kedalaman air melebihi 2.200 m (7.200 ft)
• Diameter pipa yang relatif besar untuk kedalaman air yang diberikan
• Kondisi dasar laut yang sulit dengan lereng curam dan geohazards
• Berpotensi agresif / lingkungan bawah laut korosif.

Kompleksitas pipa lepas pantai biasanya dinyatakan dalam kedalaman air dan diameter. Sementara ini bukan satu-satunya driver untuk kompleksitas proyek, ungkapan ini tidak memberikan wawasan yang baik dalam posisi proyek dalam kaitannya dengan status industri.

Sementara 24-in. pipa di 2.150 m (7.053 ft) sebagai diinstal untuk Blue Stream pada tahun 2003 merupakan tantangan besar pada saat itu, proyek itu memang mengarah pada pengembangan teknologi yang kini dianggap terbukti, dan proyek-proyek serupa telah direalisasikan di berbagai daerah di dunia . Dengan proyek-proyek seperti South Stream, industri sekarang mengeksplorasi wilayah baru dan mempersiapkan diri untuk langkah berikutnya.

Kondisi Dasar Laut

Pipa di Laut Hitam perlu melintasi dataran abyssal mendalam berbatasan dengan curam dan kadang-kadang kasar lereng benua. Sementara deepwater dari dataran abyssal mengarah ke tekanan eksternal yang tinggi, yang penting untuk kebutuhan ketebalan dinding, penyeberangan lereng benua juga dapat menantang, sering dengan risiko tinggi pipa spanning dan geohazards.

Bagian lepas pantai dari proyek South Stream.

Di laut, efek saat ini dan gelombang terbatas, menyebabkan sedikit pembebanan dinamis. Bentang pipa yang diijinkan biasanya lebih lama daripada di perairan dangkal dan diatur oleh kriteria tekuk setempat. Bentang yang berlebihan dapat diperbaiki baik dengan mencukur bahu, penempatan dukungan, atau kombinasinya, perkakas untuk kedua metode intervensi dasar laut telah dikembangkan dan tersedia.

Geohazards didefinisikan sebagai fitur dasar laut alami yang mengancam integritas sistem pipa bawah laut. Fitur tersebut meliputi saluran kapal selam, faulting, lereng tidak stabil, tanah longsor, gunung lumpur, hidrat dasar laut, bopeng, puing-puing, dan arus kekeruhan.

Secara historis, risiko yang ditimbulkan oleh fitur tersebut telah sering dihilangkan hanya dengan routing di sekitar mereka. Namun, untuk jaringan pipa melintasi lereng benua ke laut, menjadi kurang mungkin bahwa semua potensi bahaya tersebut dapat dihindari. Oleh karena itu, solusi rekayasa harus memperhitungkan geologi yang mendasari dan / atau proses pergerakan sedimen.

Geohazards dapat menyebabkan beban yang signifikan pada atau perpindahan dari pipa. Di Laut Hitam, geohazards paling relevan meliputi:

• Kesalahan
• Lereng yang tidak stabil mengakibatkan kemerosotan atau slide
• Gravitasi lumpur / arus massa
• Gempa bumi atau gelombang yang disebabkan pencairan di daerah pendekatan pantai
• Gunung berapi lumpur
• Gas-fitur pengusiran.

Semua fitur di atas telah diidentifikasi di wilayah proyek, dan perlu ditangani melalui survey yang ketat dan rekayasa.Stabilitas lereng gempa-diinduksi dan arus gravitasi massa dapat menimbulkan risiko yang signifikan terhadap integritas pipa di lereng benua Rusia, dan situasi yang sama ada untuk margin benua barat. Sebuah survei kelayakan ekstensif telah dilakukan untuk mengidentifikasi risiko dan untuk mengembangkan pilihan rute awal. Untuk lebih mengukur risiko ini, penting untuk melakukan kampanye survei desain yang komprehensif untuk menangkap dan menganalisa geohazards ini. Hal ini dapat menghemat sejumlah besar waktu / biaya survei berikutnya rinci, studi, dan konstruksi.

Ini adalah salah satu yang paling terkenal sifat Laut Hitam: lebih dari sekitar 150 sampai 200 m (490-656 ft), air Laut Hitam tidak mengandung oksigen, tetapi mengandung terlarut hidrida sulfat. Pencampuran air (didorong oleh arus dan gelombang) diperlukan untuk oksigen yang diambil dari udara dan dihasilkan oleh ganggang di permukaan laut untuk mencapai lapisan bawah laut. Di Laut Hitam, ada sangat sedikit pencampuran air vertikal, sehingga badan air bertingkat terbesar di dunia.

Untuk proyek Blue Stream, lingkungan Laut Hitam diklasifikasikan sebagai asam (atau "H2S yang mengandung") berdasarkan kampanye pengukuran yang luas dan didukung oleh data penelitian sejarah yang menunjukkan laju korosi dipercepat di beberapa bagian lingkungan Laut Hitam. Kemungkinan penyebab korosi diidentifikasi sebagai kombinasi dari H2S dan bakteri pereduksi sulfat (SRB). Air dan tanah rinci tes sedang dilakukan untuk proyek South Stream untuk membangun kimia lingkungan Laut Hitam di atas kolom air vertikal, serta tanah atas ke kedalaman 4 sampai 6 m (13-19,7 ft) di bawah permukaan dasar laut.

Bertentangan dengan pipa layanan asam normal di mana media asam diperkenalkan dalam pipa, lingkungan Laut Hitam dapat menyebabkan paparan H2S ke permukaan luar dari pipa. Kondisi Layanan ini berlaku selama masa sistem. Hal ini sulit untuk dihitung, karena tergantung pada kondisi tanah sangat lokal dan interaksi kimia pipa / tanah / air lebih panjang lengkap dan seumur hidup dari sistem. Ketika konsentrasi ini, H2S yang tinggi biasanya ditemukan pada kedalaman 2 sampai 4 m (6,5-13 ft) di bawah dasar laut. Efeknya pada pipa baja dan lasan sedang diselidiki.

Karena tidak ada konsep tersedia untuk mengurangi lingkungan H2S yang mengandung eksternal setelah operasi pipa, adalah penting untuk benar menilai risiko yang terkait dan biaya. Untuk South Stream, masalah ini sedang diselidiki secara rinci melalui survei dan analisis program ekstensif geokimia, serta pengujian material rinci dan program pembangunan.

Kinerja hidrolik

Untuk proyek seperti South Stream, investasi yang terlibat cukup besar dan kemampuan untuk mengangkut gas secara signifikan lebih dengan biaya tambahan yang terbatas meningkatkan kinerja komersial dari proyek ini. Oleh karena itu, peningkatan diameter memiliki manfaat yang signifikan bagi ekonomi proyek, memungkinkan lebih banyak gas yang akan diangkut jarak yang lebih jauh. Sebagai bagian dari analisis proyek, perencana telah meneliti hubungan antara tekanan khas inlet dan diameter luar untuk throughputs berbeda untuk 900-km (560-mi) pipeline. Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan diameter 24-32-in. memungkinkan dua kali volume gas yang akan diangkut.Sementara kerugian gesekan meningkat secara eksponensial untuk diameter yang lebih kecil, juga meningkat dengan kecepatan yang lebih tinggi diperlukan untuk mengangkut volume yang sama melalui pipa yang lebih kecil. Sementara angka ini hanya berhubungan dengan panjang pipa yang khas, pertimbangan yang sama berlaku untuk jaringan pipa jarak pendek, membenarkan keinginan untuk melaksanakan pipa berdiameter lebih besar untuk aplikasi air yang dalam. Untuk persyaratan tekanan inlet sampai 30 MPa (4.350 psi), penerapan teknologi terbukti ada dan lapangan yang tersedia. Tidak ada kesenjangan teknologi yang diramalkan.

Untuk jaringan pipa sepanjang South Stream, persyaratan suhu kedatangan minimum yang diijinkan dapat menjadi faktor yang mengatur daripada kehilangan tekanan. Gas mendingin ketika mendaki lereng benua dan melewati bagian pendekatan pantai dimakamkan di ujung penerima. Baik pengetahuan tentang penyelesaian pipa (dan karena kondisi tanah) dan lapisan beton menjadi penting untuk secara akurat memprediksi kinerja hidrolik dari sistem. Dalam hal sedimen in-situ pada pendekatan pantai hilir ditemukan menjadi rentan terhadap embun beku heave, akan lebih bijaksana untuk mempertimbangkan pengurukan direkayasa.

Parameter yang sangat mempengaruhi kinerja termo-hidrolik sistem adalah embedment di landas kontinen di ujung penerima. Secara keseluruhan, embedment dalam lembut, tanah liat sering cair Laut Hitam dapat dengan mudah menjadi 50 sampai 100% atau lebih dari diameter. Kinerja Thermo-hidrolik diverifikasi terhadap informasi operasional yang ada untuk memberikan kepastian tambahan, mengingat pentingnya pipa penguburan, analisis hidrolik akan ditinjau kembali setelah hasil survei geoteknik diperoleh dan pipa pemakaman telah dihitung.

Parameter lain yang mempengaruhi suhu penerima adalah aplikasi lapisan beton. Lapisan beton menyediakan isolasi termal dibandingkan dengan pipa uncoated. Salah satu pilihan yang dipertimbangkan adalah untuk melanjutkan ketebalan dinding deepwater sampai dengan pendaratan penerima, sehingga mengurangi tingkat beton dilapisi pipa.Meskipun hal ini kemungkinan besar akan mengakibatkan belanja modal yang lebih tinggi, kapasitas throughput keseluruhan dapat ditingkatkan.

Seleksi kelas baja

Hal ini umumnya praktis untuk menerapkan kemungkinan pipa kelas tertinggi untuk meminimalkan ketebalan dinding, berat, dan biaya pipa. Untuk aplikasi lepas pantai laut, DNV SAWL 450 telah digunakan di berbagai kondisi asam dan non-asam. DNV SAWL 485 kelas telah diproduksi hampir secara eksklusif untuk layanan non-asam, meskipun perkembangan terakhir dan uji coba dalam kondisi pelayanan asam telah dimulai untuk jaringan pipa berdiameter kecil. Namun demikian, kualifikasi tambahan untuk H2S tahan aplikasi yang diperlukan untuk memastikan kinerja DNV SAWL 485.

Skala penuh rig uji runtuh.

Installability

Kombinasi diameter pipa dan kedalaman air maksimum untuk South Stream melebihi yang sebelumnya dicapai dalam industri pipa di seluruh dunia. Masalah pertama yang harus diperhatikan dalam hal keseluruhan kelayakan konstruksi, oleh karena itu, kemampuan untuk menginstal dimensi pipa yang dipilih di segmen deepwater rute.

Selain itu, panjang rute yang signifikan memperkenalkan tantangan tambahan untuk memaksimalkan efisiensi instalasi. Pemasangan pipa akan membutuhkan perpanjangan kapasitas instalasi pemasangan pipa global yang ada.Dengan demikian, faktor-faktor keberhasilan dan pengalaman dari proyek pipa rekor sebelumnya seperti Blue Stream dan Nord Stream harus dievaluasi dan diterapkan jika sesuai.

Kelayakan instalasi bagian deepwater dari rute mengatur keseluruhan kelayakan sistem konstruksi. Sebagai bagian dari proses ini, kemampuan pembuluh instalasi pipa deepwater yang ada sedang dinilai terhadap persyaratan instalasi deepwater pada proyek ini. Tiga kapal yang sudah ada instalasi pipa deepwater biasanya dianggap cocok untuk proyek seperti South Stream adalah Saipem S7000, Allseas Solitaire, dan HMC Balder. Selain itu, kapasitas instalasi deepwater akan meningkat di masa depan jika beberapa kapal baru yang selesai sesuai jadwal. Ini termasuk Saipem FDS-2 dan Castorone, sedangkan Allseas Pieter Schelte, dan sebuah kapal baru yang dikembangkan oleh Kontraktor Hereema Kelautan (HMC). Secara umum, telah menyimpulkan bahwa instalasi layak menggunakan deepwater instalasi armada kapal yang ada. Namun, penilaian dari tiga kapal pemasangan pipa deepwater yang ada menunjukkan bahwa ketiga kapal akan membutuhkan beberapa modifikasi / upgrade untuk menginstal sistem South Stream aman dan efisien.

Ketebalan dinding

Inti dengan kemampuan untuk mengembangkan proyek-proyek berdiameter besar di laut adalah desain ketebalan dinding dalam kombinasi dengan manufakturabilitas pipa karena pengaruh tersebut.

Skala penuh pipa uji runtuh.

Untuk diameter pipa dan ketebalan dinding yang sedang dibahas, hanya dua proses manufaktur pipa layak: JCOE dan UOE.

Dalam proses JCOE, piring dibentuk untuk J-bentuk menggunakan modul ditekan, langkah-demi-langkah pada interval tetap lebar. Kemudian menggunakan metode yang sama, piring dibentuk untuk C-bentuk sampai memperoleh O-bentuk. Pipa mengalami ekspansi dingin setelah taktik las dan busur terendam dilas di bagian dalam dan bagian luar.

Proses UOE terdiri dari membentuk piring ke U-bentuk dan O-bentuk menggunakan modul ditekan, diikuti oleh taktik las dan las longitudinal pipa. Berbeda dengan proses JCOE, baik U-bentuk dan O-bentuk yang diperoleh menggunakan satu langkah pembentukan. Setelah pipa dingin diperluas untuk memperoleh dimensi yang diperlukan.Untuk kedua metode manufaktur pipa, arus DNV kode hasil formulasi pengurangan kekuatan tekan setelah proses manufaktur, dengan 15% dibandingkan dengan kekuatan tarik.

Ketebalan dinding diperlukan untuk South Stream adalah pada batas kemampuan pabrik terkemuka '. Salah satu keterbatasan untuk beberapa pabrik adalah kapasitas dari proses pipa pembentuk (seperti kapasitas O-press).Sementara pembatasan ini dapat dihindari melalui investasi yang cukup besar dalam upgrade dari pabrik, kontrol sifat pipa di daerah las untuk pipa berdinding tebal tersebut tetap menjadi isu utama (dalam parameter tertentu seperti keuletan dan ketangguhan). Untuk aplikasi deepwater, sifat pipa ini sangat penting untuk kinerja pipa. Mencapai parameter bahan yang diinginkan untuk ketebalan dinding yang diperlukan menggunakan metode perhitungan standar di tepi apa yang bisa dihasilkan. Penurunan kecil dalam ketebalan dinding dapat menghasilkan peningkatan besar dalam manufakturabilitas, dan dengan demikian mendorong kelayakan sebenarnya dari proyek untuk throughput tertentu dan kombinasi OD.

Untuk bagian deepwater pipa, perencanaan ditentukan oleh kriteria tekuk setempat. Kondisi ini terjadi pada saat instalasi di sagbend pipa dimana pipa akan mengalami kombinasi yang paling ekstrim dari tekanan eksternal dan lentur. Dalam perhitungan ketebalan dinding yang diperlukan untuk ini keadaan batas desain, kemajuan teknologi penting berikut dapat diterapkan:

• Pemulihan perlawanan runtuhnya melalui penuaan termal
• Kontrol dimensi ketat pada pembuatan pipa
• Kontrol ketat terhadap lentur ketegangan selama instalasi
• Kondisi sebagian perpindahan dikontrol diterapkan dalam desain untuk sagbend tersebut.

Kontribusi terbesar ke dinding optimasi ketebalan dari pemulihan perlawanan runtuhnya melalui penuaan termal.Resistensi runtuhnya pipa dihubungkan dengan pipa hoop kuat tekan. Banyak penelitian termasuk skala kecil dan skala penuh tes telah dilakukan dalam 20 tahun terakhir (misalnya Oman-India, Blue Stream, dan Mardi Gras), yang membuktikan bahwa pemulihan yang signifikan dalam kekuatan runtuhnya dapat diperoleh untuk DNV SAWL 450 baja (di urutan 30%). Bahkan, hasil tes menunjukkan perlawanan runtuhnya pulih bahkan melampaui nilai asli.

Menggunakan formulasi F101 DNV saat ini, sebagian besar pabrik, saat ini, menunjukkan bahwa mereka mampu memproduksi pipa dengan signifikan meningkatkan faktor fabrikasi, menggabungkan pemulihan kekuatan melalui penuaan termal. Efek penuaan termal adalah kemampuan baja untuk memulihkan kekuatannya karena regangan penuaan. Hal ini dimungkinkan untuk mengambil keuntungan dari penuaan termal melalui penerapan lapisan eksternal, yang biasanya terjadi pada kisaran suhu yang sama seperti di mana proses penuaan termal terjadi.

Untuk deepwater, pipa berdiameter besar seperti South Stream, menggunakan dinding tipis tanpa mengorbankan keandalan sistem yang diinginkan tidak hanya untuk ekonomi jelas dalam baja tabungan tetapi juga karena kebutuhan, kepatuhan buta dengan kode desain internasional saat ini akan menghasilkan ketebalan dinding yang berada di luar manufakturabilitas.

Untuk memberikan pemilik, desainer, dan produsen keyakinan yang memadai, Gazprom telah menugaskan program pengujian penuh, yang saat ini sedang berlangsung. Program pengujian ini meliputi pengujian skala penuh sebagai diterima dengan baik dan diberi perlakuan termal sambungan pipa, dikenakan gabungan pemuatan tekanan eksternal dan lentur.

Kontinjensi perbaikan Deepwater

Di masa lalu, meskipun kemungkinan kegagalan dari pipa deepwater direncanakan dengan baik kecil, risiko yang terkait telah menjadi perhatian karena kesulitan dalam membuat perbaikan. Sedangkan usaha yang dibutuhkan tetap besar, teknologi deepwater saat ini menyediakan perkakas yang memungkinkan perbaikan besar-diameter, pipa laut.Bahkan di kawasan ini, sistem perbaikan yang tersedia untuk kedalaman air (Blue Stream) atau diameter (Hijau Streaming) dalam pembahasan. Untuk menggabungkan ke dalam aplikasi baru relatif mudah, dengan sedikit kesenjangan teknologi.

Kesimpulan

A 24-in. pipa di kedalaman air 2.150-m atau 32-in. pipa di kedalaman air 1.400-m diterima oleh industri lepas pantai sebagai teknologi terbukti. Proyek South Stream kini menyelidiki kelayakan menggunakan diameter yang lebih besar (seperti 32-in.) Di 2.200-m ditambah air kedalaman, dan konstruksi yang sukses akan menjadi lain langkah-perubahan untuk industri lepas pantai. Penggunaan diameter yang lebih besar akan memberikan manfaat yang jelas untuk ekonomi proyek, yang memungkinkan throughput jauh lebih tinggi, tetapi hal ini membutuhkan aplikasi advance teknologi yang sudah ada.

Untuk armada instalasi ini, installability pipa tersebut sangat kompleks, tapi tidak mengatur. Kemampuan ini akan lebih ditingkatkan jika pembuluh instalasi deepwater saat ini dijadwalkan akan selesai sesuai jadwal. Namun, desain yang ketat adalah penting, terlepas dari diameter yang dipilih.

Kunci keberhasilan dari proyek tersebut adalah manufakturabilitas pipa sesuai dengan ketebalan dinding yang diperlukan. Ketebalan dinding yang diperlukan untuk jaringan pipa berdiameter besar adalah di tepi kemampuan pabrik terkemuka '. Beberapa kemajuan teknologi perlu diterapkan untuk mencapai kelayakan, dan program pengembangan yang ketat sedang berlangsung untuk keberhasilan pelaksanaan.

Pengakuan

Berdasarkan makalah yang disajikan pada Konferensi Internasional Teknologi Lepas Pantai Jauh dan Pameran yang diselenggarakan pada 30 November-Desember 2 2010, di Amsterdam.

Sumber: http://www.offshore-mag.com/articles/print/volume-71/issue-8/flowlines-__pipelines/designing-large-diameter-pipelines-for-deepwater-installation.html ( 12 Februari 2014)