La impresión 3D aporta nuevas dimensiones a la puesta en marcha en el campo

(Foto: Total)

El acceso y el uso de la fabricación aditiva (AM), también conocida como impresión 3D, ha aumentado en los últimos años debido a la expiración de patentes sobre técnicas y tecnologías, dice Hugues Greder, ingeniero de petróleo líder de Total.

El poder de cómputo es mucho más poderoso y también ha habido un aumento en el poder de los láseres utilizados en el proceso de AM. Si bien una gran proporción de AM hoy en día todavía es para la creación de prototipos y herramientas, aproximadamente un tercio es para usos finales, es decir, piezas, dijo a la Conferencia de Tecnología Subacuática (UTC) en Bergen, Noruega, a principios de este año. Y es probable que venga más.

Total está dispuesto a hablar sobre AM después de algunas historias de éxito recientes, incluida la resolución de un problema durante la puesta en marcha de tuberías submarinas de aguas profundas que de otro modo habría costado más de € 10 millones ($ 11,2 millones) para rectificar. El problema se encontró durante la puesta en servicio de campo de Egina en 2018.

Descubierto en 2003, el campo Egina se encuentra a 1.600 metros de profundidad, a unos 200 kilómetros al sur de Port Harcourt, en la costa de Nigeria. Debido a que tiene un reservorio bastante poco profundo, a 1.400 metros debajo de la línea de lodo, se están perforando alrededor de 40-50 pozos de alcance extendido en el campo. Estos producen un buque flotante de producción, almacenamiento y descarga (FPSO) de hasta 330 metros de largo, el más grande de Total, que entró en funcionamiento el año pasado, produciendo alrededor de 200,000 barriles de petróleo equivalente por día (boe / d), o alrededor del 10% de producción nigeriana.

Durante la puesta en servicio, surgió un problema. "Cuando queríamos conectar la línea de exportación de gas Egina a la línea de exportación de gas Akpo, no pudimos quitar la tapa de presión en el ensamblaje en T en línea", dice Greder. "Lo intentamos varias veces y no funcionó". La tapa de presión, ubicada a 1.300 metros de profundidad del agua, tiene una brida del émbolo y tornillos. "Cuando observamos, vimos rastros de hidratos de gas, así que pensamos que el bloqueo se debía a los hidratos de gas en el interior". El retraso podría haber significado que el Egina FPSO no se puso en servicio a tiempo.

La forma convencional de lidiar con esto sería una intervención submarina, y reemplazar el tee en línea. Esto habría costado tanto tiempo como dinero y habría significado cerrar en Akpo. "Un colega nigeriano analizó la situación y pensó fuera de la caja", dice Greder. "La idea era eliminar el émbolo y forzar el metanol a la ubicación". La forma de una herramienta necesaria para hacer esto se diseñó y luego se adaptó con el fin de utilizar la fabricación aditiva para "imprimirla". AM significaba que la geometría podría ser más compleja que si se usaran métodos de fabricación tradicionales, y el tiempo de fabricación podría ser más rápido.

"No estamos limitados por las herramientas y no es necesario tener una pieza sólida", puede ser hueca, lo que ahorra tiempo de impresión y materiales, dice Greder. De hecho, al imprimirlo, el peso de la herramienta se redujo en un 50%. La pieza, que mide 32 centímetros de diámetro y 35 centímetros de alto, se imprimió en 36 horas, capa por capa, en la empresa del grupo Total Hutchinson (fundada por un empresario estadounidense en Francia en 1853) en París. Se hizo con polvo de poliamida 12, que se sinteriza con láser en la forma requerida.

El uso de este método crea, inicialmente, un cubo grande. Con el polvo de poliamida no sinterizado eliminado, la herramienta fue revelada y luego enviada a Port Harcourt dentro de las 48 horas y luego enviada a alta mar. Usando un vehículo submarino (ROV) operado de forma remota, el émbolo se desatornilló y luego la herramienta se usó para inyectar metanol, disolviendo los hidratos en la tubería y permitiendo con éxito la extracción del tapón presurizado en cuatro horas.

"Pasaron 10 días desde el diseño hasta la entrega, un 50% más ligero de lo esperado, y el costo se redujo en un factor de 10 en comparación con una operación submarina convencional para este tipo de problema, que habría costado más de € 10 millones", dice Greder La producción de Akpo tampoco tuvo que detenerse y la línea de exportación de gas se conectó a tiempo.

“El uso de la impresión aditiva significa que está optimizado topológicamente. Puedes tener formas cercanas a lo que la naturaleza nos puede ofrecer, como un nido de abejas ”, dice Greder. Al utilizar más este enfoque, se pueden reducir los plazos de entrega, el tiempo no productivo y los déficits de producción. “En el futuro, puedo imaginar una impresora en Aberdeen, Stavanger, Bergen, donde puede enviar un archivo e imprimir una herramienta que necesita y enviarla a alta mar. Si puede hacerlo a pedido, también puede ahorrar costos de almacenamiento.

"Otra ventaja es que se pueden fabricar piezas compactas y sofisticadas con más funciones, más livianas y más fáciles de instrumentar", continúa. “Se pueden hacer pequeños agujeros para medir la presión en ubicaciones específicas. Estos agujeros no se pueden mecanizar. Pero puede incrustarlos con precisión para permitirle monitorear y monitorear la presión de una parte. En tercer lugar, puede hacer reparaciones in situ de piezas ".

Greder dice que, para Total, esto es algo nuevo y valioso en el campo, y está sucediendo más. "Varios impulsores se han hecho y puesto en refinerías en Francia", dice. "En las instalaciones de producción de Culzean en el Mar del Norte del Reino Unido, imprimimos en 3D algunos inductores de aleación de titanio para su instalación en bombas de transferencia". Los impulsores modificados ayudaron a contrarrestar la cavitación y pudieron producirse rápidamente, en lugar de tomar 24 semanas, utilizando los métodos tradicionales.

"Esto crecerá", concluye Greder. “AM ciertamente interrumpirá la cadena de suministro de petróleo y gas. Se necesita más trabajo sobre la calidad del material; estás creando una parte al mismo tiempo que creas la forma. Antes trabajabas en el material que se creó y luego se certificó la forma. Por lo tanto, hay trabajo por hacer en torno a la certificación de material y la repetibilidad. También hay propiedad intelectual, si desea una copia de una parte. Por el momento, hemos comenzado a usarlo en partes no críticas. Pero vendrá.