اولین بار در سال ۱۹۷۲ از لوله فلکسیبل در صنعت نفت و گاز دریایی استفاده شد. نمونه‌های اولیه به عنوان یک خط «بکش و خفه کن» ساخته و استفاده شده که با ترکیب برخی از مواد مانند لاستیک و فلز ولکانیزه، شکل گرفته است. پس از آن زمان، روز به روز تقاضا برای لوله فلکسیبل افزایش یافته است. امروزه، از لوله‌های فلکسیبل در تولید انواع محصولات در سراسر جهان استفاده میشود.
در سال‌های اخیر فناوری لوله فلکسیبل یا لوله انعطاف پذیر بسیار توسعه داشته است. البته لازم به ذکر است که روند مشخص در صنعت نفت و گاز اپراتورهایی بوده‌اند که در هر جا در پی بهره‌وری عملیاتی هستند. امروزه دستاوردهای حاشیه‌ای و جانبی در زمینه بهره‌وری عملیاتی به اقدامی معمولی و روزانه تبدیل شده است.
با این وجود، انجام این کار از آنچه به نظر می‌رسد پیچیده‌تر است، زیرا بسیاری از این اقدامات جدید در دشوارترین محیط‌ها هستند. شرایطی که تا امروز صنعت در مقابل آنها مقاومت نموده است. آب‌های عمیق‌تر، دمای بالاتر، فشار بیشتر، فرسودگی زیرساخت‌ها و شیمی پیچیده همگی باهم شرایط بسیار سخت‌تری برای مقاومت لوله‌های فلکسیبل ایجاد می‌کنند. به طور کلی، استفاده از لوله‌های فلکسیبل روز به روز در حال افزایش است. آیا باید از فناوری لوله‌های فلکسیبل انتظار بیشتری داشت؟
مزیت های لوله فلکسیبل
در هر برهه زمانی برای هر پروژه، باید بین لوله فلکسیبل یا لوله فولادی انتخاب صورت گیرد. فولاد مستحکم ساده کربنی که روی یک بارج یا قرقره به هم جوش داده شده و در بستر دریا قرار گرفته‌اند، در برخی موارد با مکانیزم پیچیده‌تری از لوله پلی اتیلن انعطاف پذیر تحت الشعاع قرار گرفته است. طراحی‌های جدید قبل از تولید و ارسال لوله‌ها، نصب و راهاندازی آنها را آسان کرده است.
معمولا انتخاب فناوری مربوط به خطوط لوله کشی زیر دریا با توجه به شرایط محلی، الزامات فنی، در دسترس بودن امکانات نصب، اولویت‌های اپراتور و میزان هزینه انجام میشود.
قابلیت استفاده از لوله انعطاف پذیر در سخت‌ترین شرایط مهم‌ترین مزیت آنها است. در سال‌های اخیر، لوله فلکسیبل به دلیل عملکرد بالا در آب با عمق بیش از ۲۵۰۰ متر (معادل ۸۲۰۲ فوت)، تحت فشار زیاد بیش از ۱۰۰۰۰psi و دمای بالاتر از ۱۳۰ درجه سانتیگراد (۲۶۶ درجه فارنهایت)، بعلاوه قابلیت مقاومت در برابر حرکت کشتی‌های غول پیکر در شرایط نامساعد آب و هوایی، به محبوبیت و توجه زیادی دست یافته‌اند.
برای محصولات شناور، معمولا رایزرهای فلکسیبل بهترین گزینه انتخابی هستند. زیرا قادر به رفع مشکلات هندسی مانند: عمق آب، فشار مایعات، عدم انعطاف پذیری و فرسودگی فولاد هستند.
لازم به ذکر است که این شرایط عملیاتی برای مقابله با شرایط دشوار خودشان طراحی شده است. حتی با گذشت ۵ سال از رکود اقتصادی، هنوز هم هر اپراتور در پی یافتن راه حلی برای کاهش هزینه و استاندارد سازی و آسان کردم مراحل نصب و راهاندازی سیستم‌های زیر دریا است.
تحمل فشار و دمای بالاتر
این روزها بازارهای مرزی از جمله آمریکای لاتین، آفریقای غربی و به ویژه برزیل به طور گسترده‌ایی از فناوری پیشرفته لوله‌های فلکسیبل استفاده می‌کنند. این لوله‌ها در کشورهای ذکر شده برای استفاده در آب‌های بسیار عمیق، فشارهای زیاد و دمای بسیار بالا، با تولید FPSO کاربرد دارد. از همین رو اکثر پروژه‌های برزیل با پیشرفت‌های قابل توجهی همراه بوده‌اند.
افزایش استفاده از لوله انعطاف پذیر باعث بهبود تدریجی قابلیت‌های محصول شده است. تاکنون، خطوط لوله‌های فلکسیبل از ترکیب موادی از جمله الیاف تحت فشار فولادی ساخته شده‌اند. این ویژگی برای طراحان سختی بالا ایجاد مقاومت و انطباق هندسی به منظور بهبود انعطاف پذیری را فراهم می‌سازد.
همچنین طراحان از سیلانت‌های پلیمری با سختی کم برای افزایش یکپارچگی سیال استفاده می‌نمایند. با افزودن الیاف‌های تقویت کننده مقاومت، این ساختار سنتی ویژگی‌های ذاتی خود را به محصول می‌دهد. با این وجود، محیط‌های عملیاتی و اقتصادی جدید بیشتر تقاضای استفاده از لوله‌هایی عمیق‌تر، گرم‌تر، سریع‌تر، بزرگ‌تر و البته ارزان‌تر را دارند.
در همین زمینه طرح‌های جدیدی برای لوله‌های فلکسیبل ارائه شدهاست که از یک فلز کاملا مقاوم تا الیاف کامپوزیت فیبر کربن را پوشش می‌دهد. این طرح یک تغییر بزرگ در صنعت است.
وزن پایین لوله فلکسیبل
با ایجاد یک لایه الیاف تحت فشار کامپوزیتی، وزن رایزر تا ۳۰٪ کاهش می‌یابد، حمل و نقل و نصب آسان‌تر و حتی هزینه نیز کم میشود. در نتیجه به کشتی‌های کوچکتر، لوازم جانبی کمتری نیاز است و برای مدیریت، به سادگی اپراتور رایزر را پیکربندی می‌کند. این لوله‌ها کامپوزیتی به طور تعحب آوری باعث کاهش پیچیدگی کلی سیستم میشود. در حالی که خطرات عملیاتی را کاهش می‌دهد، امکان ورود به آب‌های عمیق‌تر را نیز فراهم می‌کند.
علاوه بر این، این کامپوزیت‌ها جایگزین مناسبی برای لایه‌های فلزی حساس به خوردگی دی اکسید کربن (CO2) هستند، موضوعی که به طور چشمگیری در آب‌های عمیق دیده میشود. در صورت مدیریت و کنترل نا درست، این اتفاق ممکن است باعث ترک خوردگی شود. این طرح رایزر ترکیبی که از طریق چرخه حیات کامل آزمایش شده است، برای کاهش میزان جریان گاز نفوذی از طریق لوله‌ها با جو زمین سازگار میشود، خطر عملیاتی را کاهش داده و از مزایای زیادی به ویژه در کاهش هزینه برخوردار است.
مناسب برای میادین نفتی
به علاوه همه مزایای ذکر شده، لوله‌های فلکسیبل در حین پیشرفت دارای چالش‌هایی نیز بوده‌اند. برای مثال همه زیرساخت‌های اصلی نفت و گاز، فرسایش و تخریب موجب مدیریت یکپارچه منطقه و توسعه قابل توجهی شد.
لوله انعطاف پذیری که برای صادرات گاز با حجم زیاد و تزریق گاز مورد استفاده قرار می‌گیرند ممکن است باعث به وجود آمدن نوساناتی ناشی از جریان (FLIP) شوند، در نتیجه در لوله‌های زیر دریا لرزش بیش از حدی رخ دهد. اگر زود اقدام نکنید، ارتعاش بسیار زیاد موجب خرابی و از بین رفتن مخازن نفتی میشود. این اتفاق به دلیل واکنش گاز با حفره‌های لوله فلکسیبل رخ می‌دهد که ممکن است شرایط بحرانی را به وجود آورد. اپراتورها باید این واقعیت حیاتی را بپذیرند و از طریق ایجاد تغییرات در زیر و سطح دریا، مانع ایجاد شرایط بحرانی شوند یا در مقدار جریان محدودیت‌هایی را اعمال کنند. این شرایط، تحقیقات و پیشرفت‌های اخیر منجر به بهبود سیستمی به نام Flex-Insert شده است. در این سیستم یک لایه داخلی اضافی در درون لوله قرار داده میشود که کاملا حفره‌ها را از بین می‌برد و مانع وقوع FLIP و صرفه جویی در وقت و هزینه میشود.
پشتیبانی دائمی
با وجود پیشرفت‌های قابل توجه در فناوری به کار رفته در لوله‌های فلکسیبل جدید، این سوال مطرح میشود که چگونه می‌توان خطوط لوله فلکسیبل موجود و قدیمی را مدیریت کرد؟ در اکثر موارد خطوط مورد استفاده قدیمی، دارای مواد فولادی هستند که تحت تأثیر خوردگی آب دریا قرار می‌گیرند. فضای حلقوی عامل اصلی یکپارچگی و استراتژی‌های بازرسی یا مدیریت است. این حجم موجود بین پوشش پلیمری داخلی و پوشش پلیمری خارجی دارای سیم‌های فولادی از جنس الیاف‌های تحت فشار و با قابلیت کشسانی هستند. خراب شدن پوشش خارجی یکی از دلایل مهم ورود آب دریا به رایزر است که باعث خوردگی سیم‌ها میشود.
مشکل موجود در مححیط‌هایی با سطح CO2 بالا این است که آب بخار میشود و قبل از ورود به فضای حلقوی با CO2 ادغام میشود. این اتفاق باعث ایجاد محلول بسیار اسیدی و بسیار خورنده میشود که در نزدیکی سیم‌های آمور قرار دارند.
هر دو شرایط موجب ایجاد یک حلقه اشباع شده میشود. به دلیل عواقب احتمالی خرابی لوله فلکسیبل، برای اطمینان از یکپارچگی این پوشش بیرونی به اطلاعات مفید و آگاهی نیاز است.
مقاومت بالا در برابر خوردگی و پوسیدگی
قبل از استفاده از پوشش خارجی، سنسورها دور لوله پیچیده می‌شوند و در لایه سیم کشسانی قرار می‌گیرند، در نتیجه تغییر کمی در روند ساخت به وجود می‌آید. این سیستم دارای قابلیت نظارت دائمی بر یکپارچگی لوله می‌باشد. به عبارت دیگر اقدامات زودهنگام نه تنها عملی بلکه بسیار موثر است.
آسیب به پوشش خارجی منجر میشود که سیم‌های آرمور کشسانی در معرض خوردگی و پوسیدگی قرار بگیرند. در بین روش‌های متنوع این شرکت جهت مدیریت یکپارچگی، فناوری MAPS برای ارائه اطلاعات درباره یکپارچگی سیم‌های آمور کشسانی طراحی شده‌اند. این سیستم برای مواردی که دچار آسیب پوشش خارجی هستند بسیار مناسب است. فناوری بنیادی MAPS، تکنیکی غیر مخرب و غیر تماسی برای اندازه گیری فشار در مواد فولادی و همچنین قابلیت «دسترسی» است. به این معنی که قابلیت تشخیص اثر آسیب سیم در فاصله چند متری از محل آسیب واقعی وجود دارد. علاوه بر ویژگی‌های دیگر، این ویژگی یک مزیت بزرگ محسوب میشود زیرا این ویژگی امکان بررسی مناطق بحرانی را فراهم می‌سازد.
این روزها، اپراتورها به طور چشمگیری در پی یافتن ارائه دهندگانی هستند که بتوانند بهترین محصول را عرضه کنند. انتخاب محصول فقط بخش کوچکی از هزینه کلی است. حمل و نقل، نصب و مدیریت یکپارچگی بخش‌های باقی مانده را تشکیل می‌دهند. اپراتورها به دنبال بهروی و کارایی بیشتر می‌باشند.
کاهش خطرات عملیاتی، کاهش اسیب‌های زیست محیطی و افزایش امنیت در کنار کاهش هزینه‌های نگهداری و افزایش طول عمر تجهیزات این محصولات را بهینه کرده است. با افزایش سرعت، انعطاف پذیری و عملکرد، این سیستم های سازگار باعث بهره وری و کارایی بیشتر میشود.
