Introducere
Rășini fenolicesunt sisteme de rășini termorigide utilizate în aplicații industriale, inclusiv acoperiri, compozite, lianți și materiale formulate. În producția de petrol și gaze offshore, dacă un sistem pe bază de rășini fenolice este adecvat, depinde de rolul său material, construcția completă a sistemului, mediul de service și cerințele de calificare.
Operațiunile offshore includ mai multe medii distincte de servicii. Un sistem de materiale adecvat pentru un mediu nu ar trebui să fie automat presupus potrivit pentru altul. Prin urmare, sistemele cu rășini fenolice pot fi evaluate pentru aplicații offshore selectate, dar adecvarea nu poate fi determinată doar din chimia rășinilor sau din categoria de produse.
Offshore nu este un mediu de serviciu unic
Operațiunile offshore cuprind diferite locații de servicii cu diferite condiții de expunere:
- Aplicațiile din partea superioară pot implica expunerea atmosferică, radiații UV, variații de temperatură și aerosoli marin.
- Aplicațiile în zonele de stropire pot implica contact intermitent cu apa de mare, intemperii și încărcare asociată cu întreaga componentă.
- Aplicațiile submarine pot implica imersie continuă în apă de mare, presiune hidrostatică, acolo unde este cazul, și condiții de temperatură care variază în funcție de adâncime, geografie și condiții de proces.
- Aplicațiile în foraj sau în foraj pot implica temperaturi ridicate, presiune, hidrocarburi, saramură sau alte medii chimice, în funcție de sondă.
Expunerea la UV, de exemplu, poate fi relevantă pentru materialele din partea superioară expuse, dar, în general, nu este un factor de funcționare pentru componentele complet scufundate. Prin urmare, evaluarea materialului ar trebui să înceapă cu locația prevăzută a serviciului și profilul real de expunere.
Definiți rolul materialului înainte de a evalua adecvarea
„Rășina fenolică” descrie o categorie largă de materiale cu diferite chimie, grade, forme furnizate și utilizări prevăzute. Funcția rășinii în cadrul întregului sistem de materiale trebuie identificată înainte de a se evalua adecvarea offshore.
Rolurile posibile includ:
- Rășină matrice într-un compozit armat cu fibre.
- Liant într-un material formulat.
- Componentă a unui sistem de acoperire sau căptușeală.
- Face parte dintr-un specialistobturarea câmpurilor petroliere sau formulare de tratament.
- Alte funcții specifice aplicației.
Cerințele de performanță diferă substanțial între aceste roluri. O calitate de rășină utilizată cu succes ca liant nu poate fi transferată automat într-o aplicație de acoperire, iar performanța unui compozit pe bază de fenolic nu poate fi prezisă numai din proprietățile rășinii curate.
Expunerea termică
Comportamentul termic variază între gradele și formulările de rășină fenolică. Factorii relevanți includ:
- Chimia și gradul rășinilor.
- Starea de vindecare și dezvoltarea rețelei.
- Temperatura de functionare sustinuta.
- Ciclul termic.
- Durata expunerii.
- Construcția completă a sistemului.
Intervalul admisibil de expunere termică trebuie stabilit pentru formularea exactă a rășinii și sistemul de material complet folosind date tehnice și teste relevante pentru aplicație.
Un studiu publicat a evaluat un sistem cu rășini fenolice ca unul dintre mai multe sisteme de obturare pentru o aplicație specifică de recuperare termică a petrolului greu offshore (Liu și colab., 2018). Aceasta oferă un exemplu de formulare specializată pentru câmpuri petroliere, mai degrabă decât o dovadă că rășinile fenolice ca categorie generală de materiale sunt potrivite pentru serviciul offshore la temperatură înaltă.
Apa de mare și expunerea chimică
Apa de mare și expunerea la substanțe chimice pot afecta diferite sisteme materiale în moduri diferite.
Pentru echipamente metalice cu sisteme de acoperire
Performanța de protecție împotriva coroziunii ar trebui evaluată la nivelul întregului sistem de acoperire sau de căptușeală, mai degrabă decât doar din chimia rășinilor.
Factorii relevanți pot include:
- Starea suportului și pregătirea suprafeței.
- Formulare de acoperire.
- Metoda de aplicare.
- Starea de vindecare.
- Grosimea și integritatea filmului.
- Aderenta.
- Conditii de imersie.
- Temperatura și expunerea chimică.
Prezența unei componente de rășină fenolică nu stabilește în sine performanța de protecție împotriva coroziunii.
Pentru sisteme polimerice și compozite
Expunerea la apa de mare poate afecta:
- Absorbție de apă.
- Interfețe între rășină și armătură.
- Comportament dimensional.
- Pastrarea proprietatilor fizice si mecanice.
Răspunsul depinde de formula completă, tipul de armătură, starea de întărire, temperatura de expunere, durata de imersie, calitatea interfeței și designul componentelor.
Cerințe mecanice și de sistem compozit
Capacitatea mecanică a acompozit pe bază de fenolicieste determinată de sistemul complet compozit, mai degrabă decât de rășină singură.
Factorii importanți includ:
- Tipul de armare si arhitectura.
- Conținutul și orientarea fibrelor.
- Calitatea interfeței rășină-întărire.
- Design laminat sau componente.
- Controlul calității producției și al procesului.
- Încărcarea serviciului.
- Îmbătrânirea mediului.
Adecvarea structurală nu poate fi dedusă numai din proprietățile rășinii curate. Aplicațiile structurale sau portante ar trebui să fie susținute de testarea întregului sistem compozit în condiții relevante pentru serviciul prevăzut.
Durabilitate și îmbătrânire pe termen lung
Performanța offshore pe termen lung poate depinde de mai mulți factori de îmbătrânire:
- Absorbție de apă și îmbătrânire legată de umiditate.
- Ciclul termic.
- radiații UV și intemperii, acolo unde este relevant pentru aplicațiile expuse.
- Stabilitatea interfețelor rășină-substrat sau rășină-armare.
- Păstrarea proprietăților fizice și mecanice relevante.
- Aderența acoperirii acolo unde este cazul.
- Efecte de imersiune pe termen lung.
Importanța relativă a acestor factori se modifică odată cu locația serviciului. Sistemele expuse la suprafață și sistemele scufundate permanent necesită, prin urmare, evaluări diferite de durabilitate. Mediul de serviciu singur nu stabilește adecvarea materialului.
Calificare și testare
Adecvarea offshore nu poate fi stabilită doar din chimia rășinilor. În funcție de aplicație, evaluarea poate include:
- Performanța expunerii termice și păstrarea proprietăților.
- Rezistenta la fluidele de serviciu asteptate.
- Îmbătrânire în apă de mare sau prin imersie.
- Aderenta acolo unde este cazul.
- Reținerea proprietăților mecanice după îmbătrânire.
- Stabilitate dimensională acolo unde este cazul.
- Integritatea acoperirii acolo unde este cazul.
- Performanță mecanică la nivel compozit.
- Reproductibilitatea procesului și controlul calității.
- Performanță pe termen lung în condiții reprezentative de expunere.
Standardele industriale aplicabile, specificațiile proprietarului sau operatorului sau procedurile interne de calificare ar trebui identificate pentru aplicația prevăzută.
Ce ar trebui să evalueze formulatorii și inginerii de materiale
Atunci când evaluează un sistem de rășini fenolice pentru o aplicație offshore, echipele tehnice ar trebui să ia în considerare:
- Desemnarea exactă a gradului de rășină.
- Chimia și tipul rășinii.
- Formular furnizat.
- Rolul material vizat.
- Sistem de vindecare și condiții.
- Tip suport sau armătură.
- Umpluturi sau aditivi, acolo unde este cazul.
- Mediu de service țintă, cum ar fi serviciul de topside, splash-zone, submarin sau de foraj.
- Temperatura și presiunea de funcționare, acolo unde este cazul.
- Expunere chimică și prin imersie.
- expunerea la UV sau la intemperii, acolo unde este cazul.
- Considerații privind umiditatea și absorbția de apă.
- Cerințe de interfață și aderență.
- Comportamentul de îmbătrânire și păstrarea proprietăților.
- Condiții de prelucrare și pregătirea suprafeței, acolo unde este cazul.
- Controlul defectelor și nulurilor.
- Teste de formulare sau procesare la scară mică.
- Testarea sistemului complet.
- Calificare specifică aplicației.
Ce ar trebui să verifice cumpărătorii
Profesioniștii în achiziții ar trebui să solicite și să examineze:
- Desemnarea exactă a gradului.
- Chimia și tipul rășinii.
- Formular furnizat.
- Aplicația preconizată și rolul material.
- Fişa de date tehnice (TDS).
- Fișă cu date de securitate (FDS).
- Certificat de analiză (CoA).
- Metode și condiții de testare menționate.
- Documentația de vindecare.
- Date privind rezistența chimică, acolo unde este cazul.
- Date de imersare sau de îmbătrânire, acolo unde este cazul.
- Rapoarte de testare specifice aplicației.
- Documentație de calificare sau certificare, acolo unde este necesar.
- Probă de material pentru evaluarea testului.
TDS și CoA caracterizează calitatea de rășină sau lotul de producție furnizat, dar nu demonstrează prin ele însele adecvarea offshore. Datele tehnice specifice aplicației și testele de calificare trebuie revizuite înainte de aprobarea materialului.
Concluzie
Sistemele de rășini fenolice pot fi evaluate pentru aplicații selectate de petrol și gaze offshore, dar adecvarea nu poate fi determinată numai din chimia rășinilor sau din categoria de produse. Evaluarea ar trebui să țină seama de calitatea exactă a rășinii, formularea, rolul materialului, construcția completă a sistemului, condițiile de expunere, cerințele de îmbătrânire și criteriile de calificare specifice aplicației.
Un sistem de materiale care funcționează adecvat într-o singură acoperire, compozit sau formulare specializată pentru câmp petrolier nu ar trebui considerat automat adecvat pentru o altă condiție de serviciu offshore.
Pentru selectarea materialelor, cumpărătorii și echipele tehnice ar trebui să examineze documentația specifică clasei și să utilizeze datele de încercare sau de calificare relevante pentru aplicație înainte de aprobare.
Referințe
1. Gardziella, A., Pilato, LA, & Knop, A. (2000). Rășini fenolice: chimie, aplicații, standardizare, siguranță și ecologie (ed. a II-a). Springer Berlin, Heidelberg. DOI: 10.1007/978-3-662-04101-7. Hardcover ISBN: 978-3-540-65517-6.
2. Liu, Y., Li, Z. și Pan, M. (2018). Un sistem de obturare la temperatură înaltă pentru recuperarea termică a petrolului greu în larg. PLOS ONE, 13(6), e0199709. DOI: 10.1371/journal.pone.0199709.