NO345983B1

NO345983B1 - Bruk av en stalblanding til fremstilling av et armeringslag for et fleksibelt ror og det fleksible roret

Info

Publication number: NO345983B1
Application number: NO20075307A
Authority: NO
Inventors: Jonas Gudme
Original assignee: Nkt Flexibles Is
Priority date: 2005-03-18
Filing date: 2006-03-14
Publication date: 2021-12-06
Also published as: EP1929058B1; WO2006097112A2; BRPI0608627A2; US7923126B2; US20090218093A1; WO2006097112A3; NO20075307L; EP1929058A2; BRPI0608627B1

Description

Anvendelse av et ikke-bundet fleksibelt offshore-rør for transport av H2S-holdig råolje samt et ikke-bundet fleksibelt offshore-rør for transport av H2S-holdig råolje.

Foreliggende oppfinnelse vedrører anvendelse av et ikke-bundet fleksibelt offshore-rør for transport av H2S-holdig råolje samt et ikke-bundet fleksibelt offshore-rør for transport av H2S-holdig råolje...

Spesielt vedrører oppfinnelsen et ikke-bundet fleksibelt rør for offshore-transport av aggressive fluider, så som hydrokarbonfluider, for eksempel råolje, samt anvendelse av dette.

Ikke-bundne fleksible rør for offshore-transport er velkjent. Slike rør innbefatter en indre foring som danner en barriere mot utstrømningen av fluidet som blir overført gjennom røret, og et eller flere armeringslag på utsiden av den indre foringen (ytre armeringslag). Det fleksible røret kan innbefatte ytterligere lag så som et eller flere indre armeringslag for å forhindre at den indre foringen faller sammen. Slike indre armeringslag er normalt betegnet som et skrog. Det kan være tilveiebrakt en ytre hylse i den hensikt å danne en barriere mot innstrømninger av fluider fra røromgivelsene til armeringslagene.

Typiske ikke-bundne fleksible rør er for eksempel beskrevet i WO 0161232A1, US 6123114 og US 6085799.

Begrepet ”ikke-bundet” betyr i denne teksten at minst to av lagene som innbefatter armeringslagene og polymerlagene ikke er bundet til hverandre. I praksis vil røret innbefatte minst to armeringslag, som ikke er bundet til hverandre direkte eller indirekte via andre lag langs røret. Derved blir røret bøyelig og tilstrekkelig fleksibelt til å rulles opp for transport.

Den ovenfor nevnte typen av fleksible rør brukes blant annet for offshore så vel som anvendelser på land for transport av fluider og gasser.

Fleksible rør kan for eksempel brukes for transport av fluider hvor det er tilstede et meget høyt eller varierende vanntrykk langs lengdeaksen til røret, så som stigerør som strekker seg fra sjøbunnen opp til en installasjon på eller nær havoverflaten. Rør for transport av væske og gasser mellom installasjoner, rør som er plassert ved store dybder på havbunnen, eller mellom installasjoner nær havoverflaten.

I tradisjonelle fleksible rør, er det ene eller flere ytre armeringslag som oftest i form av spiralviklede stålwire, for eksempel formet som profiler, hvor de individuelle lagene kan være viklet ved forskjellige viklingsvinkler i forhold til røraksen. Skroget er typisk fremstilt av remser av rustfritt stål.

Et rør av den ovennevnte type må oppfylle en rekke krav. For det første må røret ha en høy mekanisk styrke for å motstå de enorme kreftene det vil bli utsatt for under transport, utlegging og under drift. Det indre trykket (fra innsiden av røret og utover) og det ytre trykket (fra utsiden av røret) er meget høye og kan variere i betydelig grad. Samtidig bør det fleksible røret være bestandig mot korrosive fluider. Videre er det viktig at vekten holdes tilstrekkelig lav ved siden en for høy vekt kan ødelegge røret under utlegging, og videre vil høyere vekt medføre en mer kostbar transport.

Generelt er slike rør forventet å ha en levetid på 20 års drift.

For å oppfylle disse kravene hos de kjente fleksible rørene, var armeringslagene eller minst noen av armeringslagene fremstilt av stålsammensetninger med høy korrosjonsbestandighet og/eller høy styrke: WO 2004/079028 foreslår bruk av en rustfri stållegering for offshore-bruk.

Stållegeringen er valgt på grunn av sin høye korrosjonsmotstand og gode mekaniske egenskaper.

Et kommersielt produkt Duplex 225, markedsført av Outokumpu er en utførelsesform av beskrivelsen i WO 2004/079028.

Stållegeringen i WO 2004/079028 er imidlertid meget kostbar på grunn av den høye andelen av kostbare legeringskomponenter, så som nikkel.

Stållegeringen i henhold til WO 2004/079028 innbefatter derved minst 4,9 masseprosent.

I WO 0227056 er det foreslått en stållegering, blant annet for bruk offshore, spesielt for anvendelser hvor korrosjonsbetingelsene er mildere.

Denne stållegeringen har en lav mengde nikkel, men dette lave nikkelinnholdet har imidlertid blitt kompensert ved tilsetning av andre komponenter. I stedet for nikkel innbefatter stållegeringen derved minst 10 nikkel-ekvivalenter (Nieq = Ni 0,5 Mn 30 (C N) 0,5 (Cu Co)).

Co og Cu er relativt kostbare legeringselementer. Mn er kjent å redusere korrosjonsbestandigheten og bør derfor ikke være tilstede i for store mengder, dvs. det bør ikke være tilstede i en mengde over 6 masse-%.

Mengden av karbon bør heller ikke være for stor, dette betyr ikke over 0,5 masse-% siden en større mengde kan resultere i utfelling av karbider som kan resultere i interkrystallinsk korrosjon. Mengden av nitrogen bør også holdes lav siden nitrogen er kjent å danne porøsitet i materialet, noe som kan være fatalt dersom materialet anvendes i offshore-applikasjoner, spesielt i omgivelser som innbefatter H2S. Normalt har det vært ønskelig å unngå nitrogen i stålmaterialer for offshore-bruk, for eksempel som beskrevet i US 6408891.

FR2764669A beskriver anvendelse av dupleksstål for fremstilling av et armeringslag (skrog) til et fleksibelt rør. Dupleksstålet er fortrinnsvis valgt fra rustfritt stål i kvalitetene 304, 304L, 301 og 301LN, hvor karbonnivået er lavt.

US 2003/172999A1 dupleksstål mer mindre mengde kostbare legeringselementer som for eksempel kan anvendes innen offshore-industrien.

I en artikkel med tittel «Materials for flexible riser system, problems and solution», Engineering Structures, Vol.11, 1989.01.09 er det beskrevet et fleksibelt rør bestående av flere lag. Det er vist til at det i et armeringslag kan brukes legeringer av karbonstål med god bestandighet mot korrosjon. Det er nevnt at dupleksstål kan benyttes i fleksible rør og at disse har utmerkede egenskaper, men at kostnadene er en utfordring.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe og anvende et ikke-bundet fleksibelt rør for offshore-transport som er forbedret med hensyn til sin balanse av egenskapene korrosjonsbestandighet, mekanisk styrke og kostnad.

En ytterligere hensikt ved oppfinnelsen er å velge en stållegering for bruk som armeringsmateriale i et ikke-bundet fleksibelt rør, hvilket materiale ikke har ulempene som er beskrevet over.

Nok en annen hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe et ikkebundet fleksibelt rør for offshore-transport på dypt vann, hvilket ikke-bundet fleksibelt rør er billigere enn tidligere kjente ikke-bundne fleksible rør for dypt vann.

Disse og andre hensikter har blitt oppnådd med oppfinnelsen som er definert i medfølgende krav.

Det har derfor overraskende vist seg at dupleksstål med sammensetningen:

0,01-0,05 masse-% karbon (C)

minst 0,15 masse-% nitrogen (N)

20,0-23,0 masse-% krom (Cr)

opp til 3,0 masse-% nikkel (Ni)

opp til 1,0 masse-% molybden (Mo)

3-6 masse-% mangan (Mn)

opp til 1,0 masse-% kobber (Cu)

tilfeldige urenheter i en mengde opp til 1 masse-% totalt, så som opp til 0,5 masse-% totalt, og resten er jern (Fe),

mot alle forventninger har vist seg hensiktsmessig for bruk i fleksible rør som en stållegering innbefattende mye høyere mengder av kostbare legeringskomponenter. Det har derved blitt funnet at på tross av det lave innholdet av nikkel, har dette dupleks stålet, i anvendelsen som definert i kravene, både tilstrekkelig mekanisk styrke og en tilstrekkelig motstand mot korrosjon, selv ved transport av aggressive fluider og selv ved bruk på dypt vann.

Videre er det overraskende funnet at innholdet av nitrogen ikke har noen alvorlige effekter, og det er ikke blitt observert noen sensitivitet for hydrogenindusert oppsprekking selv når det fleksible røret i henhold til oppfinnelsen har blitt brukt i H2S-aggressive miljøer.

Dupleks stålsammensetningen over, som har blitt brukt i foreliggende oppfinnelse, blir i det etterfølgende kalt, ”lav Ni-dupleksstål”.

Som nevnt over kan et ikke-bundet fleksibelt rør innbefatte et eller flere armeringslag. I henhold til oppfinnelsen blir det lave Ni-dupleksstålet brukt for fremstillingen av et eller flere av disse armeringslagene.

I en utførelsesform av oppfinnelsen innbefatter det fleksible røret 3 eller flere ikke-bundne lag, innbefattende et indre forseglingslag, omgitt av to eller flere ytre armeringslag, hvor minst et av de ytre armeringslagene er av nevnte dupleksstål. Generelt er det ofte enklest å fremstille alle ytre armeringslag av samme materiale. Det lave Ni-dupleksstålet blir derved fortrinnsvis brukt for alle de ytre armeringslagene i denne utførelsesformen. De ytre armeringslagene kan på kjent måte innbefatte en ytre hylse.

I en utførelsesform av oppfinnelsen innbefatter det fleksible røret tre eller flere ikke-bundne lag, innbefattende et indre et indre forseglingslag, omgitt av to eller flere ytre armeringslag hvor minst et av nevnte ytre armeringslag er av nevnte dupleksstål.

Minst et av armeringslagene av dupleksstål er fremstilt av wire eller remser som har blitt viklet.

Andre konstruksjoner av det fleksible røret med minst et armeringslag, i hvilket det lave Ni-dupleksstålet i henhold til oppfinnelsen kan brukes for fremstillingen, er beskrevet ytterligere nedenfor.

Det lave Ni-dupleksstålet har sammensetningen:

0,01-0,05 masse-% karbon (C)

minst 0,15 masse-% nitrogen (N)

20,0-23,0 masse-% krom (Cr)

opp til 3,0 masse-% nikkel (Ni)

opp til 1,0 masse-% molybden (Mo)

3-6 masse-% mangan (Mn)

opp til 1,0 masse-% kobber (Cu)

tilfeldig urenheter og urenheter i en mengde opp til 1 masse-% totalt, så som opp til 0,5 masse-% totalt, resten er jern (Fe).

Alle prosentandeler i denne beskrivelsen er i masse-% dersom ikke annet er angitt.

Det lave Ni-dupleksstålet som brukes i henhold til oppfinnelsen kan ha mellom 40 og 70 masse-% austenitt og mellom 30 og 60 masse-% ferritt. Austenitten gir det lavere Ni-dupleksstålet sin duktile karakter. For mye austenitt kan gjøre stålet for duktilt, mens for mye ferritt kan gjøre stålet for sprøtt. Fortrinnsvis har det lave Ni-dupleksstålet 45-65 masse-% austenitt og 35-55 masse-% ferritt, mer foretrukket har det lave Ni-dupleksstålet 50-60 masse-% austenitt og 40-50 masse-% ferritt.

I en utførelsesform innbefatter det lave Ni-dupleksstålet mellom 0,02 og 0,04 masse-% karbon, så som rundt 0,03 masse-% karbon . Mengden av karbon bør fortrinnsvis holdes så lavt siden en mengde over 0,05 masse-% kan resultere i utfelling av karbider. En liten mengde karbon er imidlertid ønsket siden karbon bidrar til styrke og er også en verdifull austenittdanner. Karbonet vil generelt være beliggende i austenittfasen til materialet, siden karbon har en meget liten løselighet i ferritfasen.

I en utførelsesform innbefatter det lavere Ni-dupleksstålet minst 0,18 masse-% nitrogen, fortrinnsvis minst 0,20 masse-% nitrogen, så som mellom 0,21 og 0,25 masse-% nitrogen, så som rundt 0,22 masse-% nitrogen. Ved nivåer over ca.0,10 masse-% er det funnet at nitrogen øker styrken og også øker korrosjonsbestandigheten litt, spesielt motstand mot gropkorrosjon har også blitt observert. Nitrogen er et viktig legeringselement som en sterk austenittdanner. En for lav mengde nitrogen kan derved gi en for liten austenittfase. Tidligere bruk av nitrogenholdig stål har imidlertid vist at nitrogenet kan resultere i dannelsen av porer i materialet og dannelse av spenningskorrosjonssprekking og hydrogenindusert sprekking når de har blitt brukt i korrosivt aggressive miljøer, så som i kontakt med H2S. Slik dannelse har imidlertid ikke blitt observert ved bruk av ovennevnte sammensetning. Det er forutsett at så lenge innholdet blir holdt under 0,25 masse-% nitrogen, vil dannelsen av porer, spenningskorrosjonssprekking og hydrogenindusert sprekking være neglisjerbart.

Legeringen innbefatter i masse-% mellom 21,0 og 22,0 masse-% krom, så som rundt 21,5 masse-% krom. Krom spiller en hovedrolle i korrosjonsmotstanden til rustfrie stål. Generelt vil økning av krominnholdet øke korrosjonsbestandigheten. Krom er også en viktig ferrittdanner til stålet og i kombinasjon med andre ferritdannere og med et balansert innhold av austenittdannere for stålet, vil det gi stålet i en ønsket duplekskarakter. Dersom krominnholdet er lavt, er det fare for at stålet vil inneholde martensitt, og dersom krominnholdet er for høyt, er det fare for en påvirket stabilitet mot utfelling av intermetalliske faser og såkalt 475-sprøhet og en ubalansert fasesammensetning for stålet.

Som nevnt over, er nikkel et meget kostbart legeringsmateriale. På grunn av kostnaden bør derfor mengden av nikkel holdes relativt lav mens det samtidig sikres at den mekaniske styrken og korrosjonsbestandigheten er tilstrekkelig høy ved anvendelsen i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Nikkel er en sterk austenittdanner og har en gunstig effekt på stålets duktilitet. Nikkel er en stabilisator for dupleksstrukturen til stålet og nikkel er derved også meget viktig for høy korrosjonsstyrke, så vel som mekanisk styrke.

Det lave Ni-dupleksstålet bør derfor fortrinnsvis ha et nikkelinnhold på mindre enn 2,0 masse-%, så som rundt 2,1 masse-% eller mindre.

Molybden er et valgfritt element i det lave Ni-dupleksstålet.

Molybden kan tilsettes for å øke motstanden mot korrosjon, spesielt i området til gropkorrosjonsmotstand. Molybden er imidlertid også et kostbart legeringselement. Det er derfor ønskelig at molybdeninnholdet er begrenset til typisk 1,0 masse-%. Fortrinnsvis innbefatter det lave Ni-dupleksstålet mindre enn 0,6 masse-% molybden, så som mindre enn 0,3 masse-%.

Mangan er en austenittblander i rustfrie stål med omtrent halve styrken til nikkel. Mangan reduserer på den annen side korrosjonsmotstanden til stålet. Mengden av mangan bør derfor ikke overskride 6 masse-%.

Fortrinnsvis innbefatter det lave Ni-dupleksstålet mellom 4,0 og 5,5 masse-% mangan, så som rundt 5,0 masse-% mangan.

Kobber kan være innbefattet i det lave Ni-dupleksstålet for å bedre korrosjonsmotstanden mot reduserende syrer så som svovelsyre eller for å justere bearbeidings herdingshastighetene til den austenittiske legeringen.

Kobber er en austenittdanner i rustfrie stål med omtrent halve styrken til nikkel. På den annen side er det en fare for utfelling av kobber dersom det er et for stort innhold av dette, og derfor bør innholdet av kobber ikke overskride 1,0 masse-%. Kobber er også et relativt kostbart legeringselement og det er derfor ønskelig å holde mengden av kobber lav. Fortrinnsvis innbefatter det lave Nidupleksstålet opp til 0,6 masse-% kobber, så som opp til 0,3 masse-% kobber.

Det lave Ni-dupleksstålet innbefatter fortrinnsvis mellom 66 og 76 masse-% jern, så som mellom 69 og 73 masse-% jern, så som mellom 70 og 73 masse-% jern, så som rundt 71,5 masse-% jern.

Det lave dupleksstålet kan i praksis produseres ved hjelp av enhver kjent metode, så som i en elektrisk bueovn hvor karbonelektroder er i kontakt med resirkulert, rustfritt skrap, og forskjellige legeringer av krom og nikkel, molybden og andre legeringskomponenter. En strøm føres gjennom elektroden og temperaturen øker til et punkt hvor skrapet og legeringene smelter. Deretter blir det smeltede materialet overført til en dekarboniseringsbeholder hvor karbonnivåene blir redusert. Ytterligere legeringsadditiver kan tilsettes.

Deretter kan det smeltede materialet enten støpes i barrer eller støpes kontinuerlig i en plate eller barreform. Deretter kan materialet formes ved varmrulling, kaldrulling, trekking eller dyptrekking til sin endelige form, for eksempel som remser eller wire.

I en utførelsesform blir materialet utsatt for en endelig glødning for å oppnå maksimal mykhet og duktilitet ved varmebehandling som også danner en homogen struktur: En gløding frigjør spenningen som kan ha bygget seg opp i materialet, for eksempel under kaldbearbeiding og sikrer maksimal korrosjonsmotstand. Glødning kan danne glødeskall på overflaten som må fjernes ved beising (en syrevask som fjerner glødeskaden fra glødningen).

De forskjellige fremgangsmåtene for fremstilling og forming av stålet er velkjent innen området.

Stålet kan fortrinnsvis være formet som wire eller remser. Formen til slike wirer og remser som brukes for fremstilling av armeringer for fleksible ikke-bundne rør er velkjent. Eksempler kan finnes i US 6691743, US 6668867, US 5813439, WO 0243674, US 5740188, US 6354333, US 4549581, US 6192941, US 6283161, WO 0181809 og WO 0036324, som herved er innlemmet som referanse.

Oppfinnelsen vedrører et fleksibelt ikke-bundet rør innbefattende minst et armeringslag og minst et forseglingslag, hvor det minst ene armeringslaget til det fleksible røret er av det lave Ni-dupleksstålet som beskrevet over.

Forseglingslaget, ofte kalt en indre foring, kan være polymer så som PEX (kryssbundet polyetylen), polyamid-11 (PA) og polyvinylidenfluorid (PVDF).

Det fleksible ikke-bundne røret i henhold til oppfinnelsen kan i prinsippet ha enhver størrelse og lengde, slik det generelt er kjent innen området. Generelt har slike fleksible ikke-bundne rør en relativt stor dimensjon, for eksempel indre diameter større enn 2,5 tommer (6,5 cm), så som minst 4 tommer (10,5 cm) eller større, så som minst 6 tommer (15,7 cm) eller større, så som minst 8 tommer (20,9 cm) eller større, så som mellom 10 tommer (26,2 cm) og 20 tommer (52,3 cm), så som mellom 11 tommer (28,8 cm) og 18 tommer (47,1 cm).

Det fleksible ikke-bundne røret i henhold til foreliggende oppfinnelse innbefatter fortrinnsvis 3 eller flere ikke-bundne lag innbefattende et indre forseglingslag, omgitt av to eller flere ytre armeringslag, fortrinnsvis er minst et av nevnte ytre armeringslag av nevnte dupleksstål.

I en utførelsesform innbefatter det fleksible ikke-bundne røret en ytre hylse som omgir det ene eller flere ytre armeringslagene. Den ytre hylsen kan permeabel for gasser og/eller væske. I en utførelsesform er den ytre hylsen væsketett for å forhindre inntrengning av sjøvann under bruk.

Den ytre hylsen kan for eksempel være en termoplastisk eller termoherdende materiale, så som polyetylen (PE) og polyamid (PA), (for eksempel nylon 6, nylon 11 eller andre) og andre for eksempel som beskrevet som materialer for ytre hylser i US 4706713 og WO 03083344 som er innlemmet som referanse.

Generelt er fleksible ikke-bundne rør oppdelt i to hovedgrupper:

a) strømningsledninger som brukes for transport av fluider langs sjøbunnen ved sjøbunnivå og

b) stigere som brukes for å transportere fluider fra sjøbunnsnivå til et høyere nivå, for eksempel til en installasjon eller et skip ved havoverflaten.

I en utførelsesform er det fleksible ikke-bundne røret i henhold til oppfinnelsen en strømningsledning.

Kravet til de ytre armeringslagene til et fleksibelt rør avhenger stort sett av anvendelsen av røret. Bruk på dypere vann krever normalt høyere styrke. Det samme gjelder for bruk på grunt, bølgende vann, spesielt dersom røret er et stigerør.

Kravet til materialet til armeringslagene med hensyn til korrosjonsbestandighet avhenger i stor grad av hvor korrosiv sjøen og fluidene som skal transporteres er. Generelt er det imidlertid ønskelig at korrosjonsmotstanden til armeringslagene bør være relativt høy.

Det fleksible ikke-bundne røret i henhold til oppfinnelsen kan fortrinnsvis innbefatte et indre armeringslag (skrog) inne i det indre polymerforseglingslaget.

Bruk av et slikt skrog er velkjent. Skroget til et fleksibelt ikkebundet rør blir under bruk utsatt for fluidet som blir transportert i røret. Ved transport av aggressive og korrosive fluider så som råolje, H2S og lignende, må materialet til skroget være meget motstandsdyktig ovenfor korrosjon. Samtidig blir skroget utsatt for meget høye krefter fra sjøvannet som presser på røret. Så lenge trykket inne i røret er lik trykket utenfor røret, er det resulterende trykket ikke høyt, men det vil generelt alltid være en differanse mellom det indre trykket (inne i røret) og det ytre trykket (på utsiden av røret), spesielt under installasjon og oppstart at produksjon. Et fleksibelt ikke-bundet rør for bruk på dypt vann, så som 100 meter eller dypere, er derfor normalt forsynt med et skrog for å forhindre at røret faller sammen på grunn av det ytre trykket på røret. Kreftene kan være meget høye, hvilket betyr at skroget også må være av et meget sterkt materiale. Det er derfor meget overraskende at et fleksibelt rør med et skrog av lavt Ni-dupleksstål er i stand til å oppfylle kravene for bruk på vanndybder så som 1000 meter eller dypere. I en foretrukket utførelsesform innbefatter det fleksible ikke-bundne røret i henhold til et oppfinnelsen et skrog med det lave Ni-dupleksstålet som beskrevet over.

Det fleksible ikke-bundne røret i henhold til oppfinnelsen kan i en utførelsesform innbefatte et indre skrogarmeringslag og to eller flere ytre armeringslag, hvor de to armeringslagene er avviklede wire, kryssviklet ved vinkler på 40-60 grader, så som 45-58 grader, så som 53-56 grader til rørledningens senterakse. Fortrinnsvis er to eller flere av armeringslagene innbefattende skroget av det lave Ni-dupleksstålet.

Det fleksible ikke-bundne røret i henhold til oppfinnelsen kan i en utførelsesform innbefatte et indre skrogarmeringslag og tre eller flere ytre armeringslag, hvor det innerste av armeringslagene er et hvelv av viklede wire, viklet ved en bratt vinkel til rørets senterakse, for eksempel over 80 grader, så som over 90 grader, og de to andre armeringslagene er av viklede wire, kryssviklet ved vinkler på henholdsvis 30-40 og 70-80 grader. Fortrinnsvis er to eller flere slike av alle armeringslagene innbefattende skroget av lavt Nidupleksstål. Det fleksible ikke-bundne røret i henhold til oppfinnelsen kan innbefatte andre lag slik det er velkjent innen området, for eksempel isolasjonslag av polymerer, kompositt, kork eller annet, mellomliggende polymerhylser eller filmer etc.

Det fleksible ikke-bundne røret i henhold til oppfinnelsen kan ha en konstruksjon som beskrevet i hvilke som helst av de tidligere kjente dokumentene US 6691743, US 6668867, US 5813439, WO 0243674, US 5740188, US 6354333, US 4549581, US 6192941, US 6283161, WO 0181809, WO 0036324, US 6454897, US 6408891 og US 6110550, med den forskjell at minst et av armeringslagene er fremstilt fra det lave Ni-dupleksstålet. Disse tidligere kjente dokumentene er herved innlemmet som referanse.

I en utførelsesform av det fleksible ikke-bundne røret i henhold til oppfinnelsen har det ene eller flere armeringslagene av Ni-dupleksstål, en midlere materialtykkelse på mellom 0,4 og 20 mm, fortrinnsvis mellom 0,6 og 15 mm, så som mellom 8 og 12 mm.

Tykkelsen avhenger i stor grad av hvilken type armeringslag det gjelder og hvordan det skal være utformet. Som nevnt over er det generelt kjent å tilveiebringe armeringslag fra wire eller remser som er viklet for å danne armeringslaget(ene). I en utførelsesform er derfor minst et armeringslag av lavt Ni-dupleksstål fremstilt fra wire eller remser som fortrinnsvis har blitt viklet.

I en utførelsesform av det fleksible ikke-bundne røret er minst et armeringslag av lavt Ni-dupleksstål fremstilt fra sammenkoblede wire, hvilken fortrinnsvis hver har en profil slik at wirene blir mekanisk sammenkoblet. Dette armeringslaget kan fortrinnsvis være et ytre armeringslag.

Skroget kan være fremstilt fra sammenkoblede wire hvor wirene har en K-profil som beskrevet i WO 0181809.

Armeringslaget kan være fremstilt fra wiren av lavt Ni-dupleksstål, har wirene fortrinnsvis en midlere materialtykkelse mellom 1,5 og 15 mm, fortrinnsvis mellom 2 og 10 mm. Bredden til wirene kan for eksempel være mellom 7 og 20 mm.

I en utførelsesform av det fleksible ikke-bundne røret i henhold til oppfinnelsen er minst et armeringslag av lavt Ni-dupleksstål fremstilt av remser som har blitt viklet.

Remsene kan fortrinnsvis være brettet med en tverrsnittsform som en liggende S (en endeløs liggende S-form) slik det er tidligere kjent. Rensen har fortrinnsvis en midlere materialtykkelse på mellom 0,5 og 5 mm, så som mellom 0,6 og 3 mm. Materialtykkelsen er tykkelsen til materialet i ikke-brettet tilstand. Når remsene ikke er brettet, har de fortrinnsvis en bredde på 35 til 180 mm. Når de er brettet som en liggende S, kan bredden (tilsvarende høyden av S’en) fortrinnsvis være mellom 1⁄4 og 1⁄2 av den ikke-brettede bredden.

Oppfinnelsen vedrører også anvendelsen av det ovenfor beskrevne, fleksible, ikke-bundne røret i henhold til oppfinnelsen for transport av hydrokarbonfluider på dypt vann, fortrinnsvis i dypere enn 1000 meter, så som dypere enn 1500 meter, hvor det fleksible ikke-bundne røret kan være en strømningsledning og/eller et stigerør.

I det etterfølgende blir det beskrevet utførelsesformer av oppfinnelsen med henvisning til tegningene. Disse utførelsesformene er eksempler og bør ikke tolkes som begrensende for oppfinnelsens beskyttelsesomfang. Ved å anvende den vanlige kunnskapen til en fagmann på området, vil han innse at den beskrevne utførelsesformen kan varieres og fremdeles innbefatte elementene i henhold til oppfinnelsene.

Figur 1 viser et ikke-bundet rør med et skrog.

Figur 2 viser et ikke-bundet rør uten et skrog.

Figur 3 viser et skjematisk sideriss av en brettet og viklet remse.

Figurene er skjematiske og forenklet for enkelhets skyld og viser kun detaljer som er essensielle for forståelsen av oppfinnelsen, mens andre detaljer er utelatt. Samme henvisningstallene er brukt for identiske eller tilsvarende deler.

Det fleksible ikke-bundne røret vist i fig.1 innbefatter et indre forseglingslag 2, også kalt en indre foring, for eksempel av kryssbundet PE. Inne i den indre foringen 2 innbefatter røret et indre armeringslag 1, kalt et skrog. På utsiden av den indre foringen 2 innbefatter det fleksible ikke-bundne røret tre ytre armeringslag 3, 4, 5. Det indre armeringslaget 3 nærmest den indre foringen 2 er et trykkarmeringslag 3, fremstilt av wire viklet ved en bratt vinkel til rørets senterakse, for eksempel nær 90 grader. Rundt trykkarmeringslaget 3 innbefatter røret et par kryssviklede strekkarmeringslag 4, 5 fremstilt av viklede wire, hvor et av strekkarmeringslagene 4 har en vinkel over 55 grader, typisk mellom 60 og 75 grader, og hvor det andre av strekkarmeringslagene 5 har en vinkel under 55 grader, typisk mellom 30 og 45 grader.

Minst et av armeringslagene 2, 3, 4, 5 er fremstilt av lav Nidupleksstål. Fortrinnsvis er i det minste skroget 2 fremstilt fra lavt Nidupleksstål.

Figur 2 viser en annen rørdesign. Dette fleksible ikke-bundne røret omfatter en indre foring 12 og et par ytre armeringslag 14, 15 i form av wire viklet rundt den indre foringen 12. De to armeringslagene er kryssviklet ved en vinkel til rørets senterakse nær 55 grader, typisk er et av lagene viklet ved en vinkel litt mindre enn 55 grader, for eksempel mellom 52 og 55 grader, og det andre av dem er viklet ved en vinkel på litt mer enn 55 grader, for eksempel mellom 55 og 57.

I det minste et av armeringslagene 14, 15 er fremstilt av lavt Nidupleksstål. Fortrinnsvis er begge armeringslagene 14, 15 fremstilt av lavt Nidupleksstål.

Figur 3 viser bretting og vikling av en remse som blir et skrog.

Remsen er brettet til en uendelig liggende S-form 21. Hodene til S’en er mekanisk sammenlåst i hverandre når den brettede remsen blir viklet for å danne en rørform. Språket kan være dannet av en brettet remse eller fra to eller flere remser som er viklet og mekanisk sammenlåst.

Forsøkseksempler

I det følgende forsøket ble det undersøkt tre forskjellige stållegeringer.

Stållegeringene er vist i Tabell 1.

Stållegeringene er kommersielt tilgjengelige fra Outokumpo Stainless Steel Oy, Finland.

Tabell 1

Kjemisk sammensetning i masse-% - resten er Fe

Eksempel 1

Det ble fremstilt seks forsøksrør, hver med en lengde på 8 meter og en indre diameter på 6 tommer. Forsøksrørene hadde en design av den typen som er vist i Figur 2, men var ytterligere forsynt med et skrog fremstilt av stål.

Forseglingslagene og de ytre armeringslagene var identiske i alle forsøksrørene. Skroget var fremstilt av enten 316L eller LDX 2001 (også kalt Lean Duplex). Skroget var fremstilt av brettede og viklede remser. Før brettingen hadde remsene bredden og tykkelsen som vist i Tabell 2.

Tabell 2

Prøver A, B og C ble viklet ved en stigning på 19,1 mm. Prøver D, E og F ble viklet med en stigning på 26,25 mm. Mengden av stålmateriale som ble brukt for skrogene for prøve D, E og F, var ca.7 masse-% mindre enn mengden stålmateriale som ble brukt for prøvene A, B og C.

Rørene ble utsatt for en sammenbruddstest, ved å føre inn prøvene i en trykkreaktor slik at rørendene var åpne mot atmosfærisk trykk. Trykket i reaktoren ble økt med ca.15 bar per minutt, inntil designtrykk, som i dette forsøket var innstilt til 100 bar. Trykket ble holdt ved 100 bar i 30 minutter.

Deretter ble trykket igjen kontinuerlig økt ved en hastighet på 15 bar/minutt, inntil røret brøt sammen.

Resultatene av sammenbruddsforsøkene er vist i Tabell 2.

Eksempel 2

Det ble undersøkt tre forskjellige materialer i følgende miljø i 720 timer:

Temperatur: 130<o>C

pCO2: 15,5 bara

pH2S: 0,1 bara

Klorid: 30 g/liter

Surhet: 4,0 (Norsok M-506)

Forsøksmateriale

Det ble undersøkt tre forskjellige materiale med skroggeometri som beskrevet i Tabell 3.

Tabell 3

Forsøksmiljø

Det ble brukt tilnærmet 15 liter av en vandig løsning med følgende sammensetning:

55 mg/liter NaHCO3

40,5 g/liter NaCl

Forsøkstemperaturen var 130<o>C.

Aksialtrykket til CO2 var 15,5 bara og partialtrykket til H2S var 0,1 bara. pH ble beregnet til 4,0 ved bruk av NORSOK M-506.

Utførelse av forsøk

Oppsett

En glassforet autoklav med et totalt volum på 21,5 liter ble brukt under forsøket.

Pre-test

Prøvene ble kuttet i passende lengder (5-12 cm) ved bruk av et vannkjølt kutteskive.

Prøvene ble rengjort og avfettet ved bruk av følgende prosedyre:

1. Mekanisk rengjøring i varmt vann med rensemiddel.

2. Eksponering til heksan i ultralydbad i 10 minutter.

3. Eksponering for etanol i ultralydbad i 10 minutter.

4. Eksponering til aceton i ultralydbad i 10 minutter.

Etter rengjøring og tørking ble lengden og vekten til prøvene målt og prøvene ble plassert i autoklaven på en PTFE-plate.

15 liter av forsøksløsningen ble fremstilt i en 20-liters glassreaksjonsbeholder ved bruk av:

742,5 g NaCl

8,25 g NaHCO3

Fortynnet til 15 liter ved bruk av ionebyttet vann.

Glassreaktoren og autoklaven ble koblet sammen.

Forsøk

Forsøksløsningen ble avluftet med industrielt ren CO2 fra 1. juni, 2004 til 2. juni, 2004. Den 2. juni, 2004 ble autoklaven og tilkoblingsledningene til autoklaven evakuert fire ganger i 30 minutter og fylt med CO2 mellom evakueringene. Etter den siste evakueringen ble forsøksløsningen overført til autoklaven ved vakuum.

Spesielt fremstilt forsøksgass bestående av 0,64 masse-% H2S i CO2 ble brukt som forsøksgass og boblet gjennom testløsningen i 30 minutter ved 13 barg.

Autoklaven ble oppvarmet til en temperatur på 130<o>C som ble nådd 4. juni, 2004, kl.08:00. Forsøksgassen ble boblet gjennom forsøksløsningen i 30 minutter ved rundt 17,3 barg og forsøkstiden ble startet.

De beregnede resulterende trykkene var:

CO2 15,5 bara

H2S 0,1 bara

Damptrykk til vann ved 130<o>C 2,7 bara

Totalt absolutt trykk 18,3 bar

Mål nanometertrykk 17,3 bar

Trykket og temperaturen ble regulert jevnlig under forsøket så vel som testgassen ble jevnlig boblet gjennom forsøksløsningen. Det ble ikke observert noen trykkavlastning.

5. juli 2004 ble autoklaven avkjølt og resulterte i en eksponeringstid som overskred 720 timer. Autoklaven ble spylt med CO2 før prøvene ble fjernet. Prøvene ble rengjort med vann og tørket før de ble veid og visuelt undersøkt.

Resultater

De eksponerte prøvene ble inspisert visuelt ved bruk av et brillemikroskop ved lav forstørrelse. Enhver generell eller lokalisert korrosjon ble rapportert. I tillegg ble prøvene veid og korrosjonshastigheten bestemt. Resultatene kan finnes i Tabell 4.

Visuell inspeksjon:

2205 Duplex (UNS S32205)

Det ble observert to korrosjonspunkter.

Prøve nr.1A

1 lite misfarget sted og et mørklagt område med korrosjon.

Prøver 1B og 1C

Det ble ikke observert noen generell eller lokalisert korrosjon.

316L (UNS S31603)

Enkelte områder var formørket av spredte korrosjonsangrep.

Prøve nr.2A

Et lite punkt med misfarging. Noen formørkede områder med korrosjon. Prøve nr.2B

4-5 steder med liten misfarging. To formørkede områder med korrosjon.

Prøve nr.2C

1 lite sted med misfarging. Noen formørkede områder med korrosjon.

LDX 2101 (UNS S32101)

Enkelte områder var formørket fra spredte korrosjonsangrep.

Prøve nr.3A

4 små misfargede områder. 2 formørkede områder med korrosjon.

Prøve nr.3B

5 formørkede områder med korrosjon.

Prøve nr.3C

5-7 formørkede områder med korrosjon.

Tabell 4

Eksempel 3

Det ble undersøkt tre forskjellige materialer for skroget i følgende miljø i 720 timer:

Temperatur: 130<o>C

pCO2: 3,1 bara

pH2S: 0,02 bara

Klorid: 50 g/liter

Surhet: 4,0 (Norsok M-506)

Forsøksmateriale

Det ble undersøkt tre forskjellige materialer med skroggeometri som beskrevet i Tabell 3 over (som i Eksempel 2).

Forsøksmiljø

Tilnærmet 15 liter av en vandig løsning med følgende sammensetning ble brukt:

5,51 mg/liter NaHCO3

82,4 g/liter NaCl

Forsøkstemperaturen var 130<o>C.

Partialtrykket til CO2 var 3,1 bara og partialtrykket til H2S var 0,02 bara. pH ble beregnet til 4,0 ved bruk av NORSOK M-506.

Utførelse av forsøk

Oppsett

Pre-test

Prøvene ble rengjort og avfettet ved bruk av følgende prosedyre:

5. Mekanisk rengjøring i varmt vann med vaskemiddel.

6. Eksponering til heksan i et ultralydbad i 10 minutter.

7. Eksponering for etanol i et ultralydbad i 10 minutter.

8. Eksponering til aceton i et ultralydbad i 10 minutter.

9. Dekontaminert i 15% HNO3-løsning i 5 minutter.

Etter rengjøring og tørking ble lengden og vekten til prøvene målt (se appendiks A), og prøvene ble plassert i autoklaven på en PTFE-plate.

Det ble fremstilt 15 liter forsøksløsning i en 20-liters glassreaksjonsbeholder ved bruk av:

1236 g NaCl

82,65 mg NaHCO3

Fortynnet til 15 liter ved bruk av ionebyttet vann.

Glassreaktoren og autoklaven ble koblet sammen.

Forsøk

Forsøksløsningen ble avluftet med industrielt rent CO2 fra 18. august, 2004 til 19. august, 2004. Den 19. august, 2004 ble autoklaven og tilkoblingsledningene til autoklaven evakuert fire ganger i 30 minutter og fylt med CO2 mellom evakueringene. Etter den siste evakueringen ble forsøksløsningen overført til autoklaven ved hjelp av vakuum.

Spesielt fremstilt forsøksgass inneholdende 0,64% H2S i CO2 ble brukt som forsøksgass og boblet gjennom forsøksløsningen i 30 minutter ved 1,5 barg.

Autoklaven ble oppvarmet til en temperatur på 130<o>C som ble nådd den 23. august, 2004, kl.09:00. Forsøksgassen ble boblet gjennom forsøksløsningen i 60 minutter ved rundt 4,8 barg og forsøkstiden ble startet.

De beregnede resulterende trykkene var:

CO2 3,1 bara

H2S 0,02 bara

Damptrykk til vann ved 130<o>C 2,7 bara

Totalt absolutt trykk 5,8 bar

Mål nanometertrykk 4,8 bar

Trykket og temperaturen ble kontrollert jevnlig under forsøket så vel som forsøksgassen ble jevnlig boblet gjennom forsøksløsningen. Det ble ikke observert noen trykkavlastning.

22. september 2004 ble autoklaven avkjølt og resulterte i en eksponeringstid som overskred 720 timer. Autoklaven ble spylt med CO2 før prøvene ble fjernet. Prøvene ble rengjort med vann og tørket før de ble veid og visuelt undersøkt.

Resultater

De eksponerte prøvene ble inspisert visuelt ved bruk av et brillemikroskop ved lav forstørrelse. Enhver generell eller lokalisert korrosjon ble rapportert. I tillegg ble prøvene veid og korrosjonshastigheten bestemt. Resultatene finnes i Tabell 5.

Visuell inspeksjon:

2205 Duplex (UNS S32205)

Det ble ikke observert noen generell eller lokalisert korrosjon.

316L (UNS S31603)

Ingen generell korrosjon og en lav forekomst av små misfargede punkter og områder ble funnet. Appendiks C inneholder bilder av den typiske observerte misfargingen.

Prøve nr.2A

Et lite misfarget punkt. To små områder med misfarging.

Prøve nr.2B

3 små områder med misfarging.

Prøve nr.2C

4 små steder med misfarging, 1 lite område med misfarging.

LDX 2101 (UNS S32101)

Ingen generell korrosjon og en lav tilstedeværelse av små misfargede punkter og områder ble funnet.

Prøve nr.3A

2 små misfargede punkter flere misfargede steder på kanten.

Prøve nr.3B

6-7 små misfargede punkter og noen misfargede områder.

Prøve nr.3C

3 små misfargede punkter og 2 misfargede områder.

Tabell 5

Claims

Patentkrav

1. Anvendelse av et ikke-bundet fleksibelt offshore-rør for transport av H2S-holdig råolje, hvor det ikke-bundede fleksible røret innbefatter minst et ikkebundet armeringslag (1, 3) av et dupleksstål og minst et ikke-bundet forseglingslag (2) hvor dupleksstålet innbefatter i masse-%:

0,01-0,05 masse-% karbon (C)

minst 0,15 masse-% nitrogen (N)

20,0-23,0 masse-% krom (Cr)

opp til 3,0 masse-% nikkel (Ni)

opp til 1,0 masse-% molybden (Mo)

3-6 masse-% mangan (Mn)

opp til 1,0 masse-% kobber (Cu)

tilfeldige urenheter i en mengde opp til 1 masse-% totalt, så som opp til 0,5 masse-% totalt, og resten er jern (Fe),

og hvor det minst ene ikke-bundede armeringslaget av nevnte dupleksstål innbefatter et indre armeringslag (1) (skrog) inne i et indre polymer-forseglingslag.

2.

Anvendelse i henhold til krav 1,

hvor det fleksible røret innbefatter tre eller flere ikke-bundne lag, innbefattende et indre forseglingslag (2), omgitt av to eller flere ytre armeringslag (3, 4, 5), hvor minst et av de ytre armeringslagene er av nevnte dupleksstål.

3.

Anvendelse i henhold til krav 2,

hvor fleksible røret innbefatter en ytre hylse (6) som omgir nevnte ytre armeringslag (3, 4, 5), og alle nevnte ytre armeringslag er av nevnte dupleksstål.

4.

Anvendelse i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav,

hvor dupleksstålet innbefatter i masse-%, mellom 0,02 og 0,04 masse-% karbon, så som rundt 0,03 masse-% karbon.

5.

Anvendelse i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav,

hvor innbefatter i masse-% minst 0,18 masse-% nitrogen, fortrinnsvis minst 0,20 masse-% nitrogen, så som mellom 0,21 og 0,25 masse-% nitrogen, så som rundt 0,22 masse-% nitrogen.

6.

Anvendelse i henhold til et eller flere av de foregående krav,

hvor dupleksstålet innbefatter i masse-% mellom 21,0 og 22,0 masse-% krom, så som rundt 21,5 masse-% krom.

7.

Anvendelse i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav,

hvor dupleksstålet innbefatter i masse-% mindre enn 2,0 masse-% nikkel, så som rundt 2,1 masse-% eller mindre nikkel.

8.

Anvendelse i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav,

hvor dupleksstålet innbefatter i masse-% opp til 0,6 masse-% molybden, så som 0,3 masse-% eller mindre molybden.

9.

Anvendelse i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav,

hvor dupleksstålet innbefatter i masse-% mellom 4,0 og 5,5 masse-% mangan, så som rundt 5,0 masse-% mangan.

10.

Anvendelse i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav,

hvor dupleksstålet innbefatter i masse-% opp til 0,6 masse-% kobber, så som opp til 0,3 masse-% kobber, fortrinnsvis innbefatter dupleksstålet kobber kun som en urenhet.

Anvendelse i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav,

hvor dupleksstålet innbefatter i masse-% mellom 66 og 76 masse-% jern, så som mellom 69 og 73 masse-% jern, så som mellom 70 og 73 masse-% jern, så som rundt 71,5 masse-% jern.

12.

Anvendelse av et fleksibelt rør i henhold til hvilke som helst av de foregående krav, for transport på dypt vann, dypere enn 1000 meter, så som dypere enn 1500 meter.

13.

Et ikke-bundet fleksibelt offshore-rør for transport av H2S-holdig råolje og innbefattende minst et ikke-bundet armeringslag (1, 3, 4, 5) og minst et ikkebundet forseglingslag (2),

k a r a k t e r i s e r t v e d a t det minste ene armeringslaget (1, 3, 4, 5) til det fleksible røret er av et dupleksstål med sammensetning i masse-%:

0,01-0,05 masse-% karbon (C)

minst 0,15 masse-% nitrogen (N)

20,0-23,0 masse-% krom (Cr)

opp til 3,0 masse-% nikkel (Ni)

opp til 1,0 masse-% molybden (Mo)

3-6 masse-% mangan (Mn)

opp til 1,0 masse-% kobber (Cu)

tilfeldige urenheter i en mengde opp til 1 masse-% totalt, så som opp til 0,5 masse-% totalt,

og resten er jern (Fe),

og hvor det minst ene ikke-bundede forseglingslaget er et indre forseglingslag (2) og hvor det minst ene armeringslaget av nevnte dupleksstål innbefatter et indre armeringslag (1) (skrog) inne i et indre polymer-forseglingslag.

Fleksibelt rør i henhold til krav 13,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t at det fleksible røret innbefatter tre eller flere ikke-bundne lag (1, 2), innbefattende et indre forseglingslag (2), omgitt av to eller flere ytre armeringslag (3, 4, 5), hvor minst et av nevnte ytre armeringslag er av nevnte dupleksstål.

15.

Fleksibelt rør i henhold til hvilke som helst av kravene 13 til 14,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t minst et armeringslag (1, 3, 4, 5) av dupleksstål er fremstilt av wire eller remser, som har blitt viklet.