Failure analysis during the operation of offshore oil and gas structures

• Autorzy: Ben Nengjun , Vytyaz Oleg , Jin Xin , Hrabovskyi Roman , Kopei Bogdan

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2023.08.04

Warianty tytułu

PL

Analiza awarii podczas eksploatacji podmorskich złóż ropy i gazu

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule omówiono uszkodzenia powstające w trakcie eksploatacji podmorskich złóż ropy i gazu. Niniejsza praca opiera się na opisie i analizie rzeczywistych przypadków wypadków na morskich platformach stacjonarnych i pływających, łączy ona podstawową wiedzę z bieżącymi badaniami nad najnowszymi osiągnięciami w tej dziedzinie. Wykazano, że charakterystyki wytrzymałościowe elementów betonowych i stalowych konstrukcji morskich w trakcie eksploatacji zmieniają się i kumulują wady i uszkodzenia. Ustalono, że decydującymi przyczynami uszkodzeń elementów są zużycie korozyjne, procesy korozyjno-mechaniczne oraz defekty spękaniowe. Wykazano, że do 60–75% wszystkich uszkodzeń i wypadków stalowych urządzeń morskich powstaje w wyniku korozyjnego i mechanicznego działania agresywnego środowiska oraz obciążeń siłowych. Oznacza to, że kwestie korozyjnego mechanicznego uszkodzenia takich konstrukcji stały się problemem na skalę przemysłową. Na tej podstawie można wyciągnąć następujące wnioski: doskonalenie systemu utrzymania morskich stalowych platform wiertniczych wiąże się z opracowywaniem nowych modeli i metod zarządzania niezawodnością eksploatacyjną tych konstrukcji, ukierunkowanych na podejmowanie decyzji uwzględniających odporność na pękanie oraz odporność na korozję zmęczeniową stalowych platform wiertniczych stykających się ze środowiskiem korozyjno-aktywnym. Tylko w oparciu o tego typu, naukowo i ekonomicznie ugruntowane modele, można kształtować racjonalne strategie przeprowadzania przeglądów stanu technicznego morskich platform wiertniczych, zapewniające niezbędny poziom ich niezawodności w okresie eksploatacji. Badania te mogą być bardzo pomocne w ulepszaniu projektowania i budowy bardziej niezawodnych i trwałych morskich platform, zarówno stacjonarnych, jak i pływających.

EN

: Failures caused by offshore oil and gas structures operations are investigated. This work is based on the description and analysis of real case studies of accidents on offshore stationary and floating platforms; it combines foundational knowledge and current research on the latest developments in the field. It was shown that strength characteristics of offshore reinforced concrete and steel elements change during operation and cause the accumulation of defects and damages. It was established that corrosive wear, corrosion-mechanical processes, and crack-like defects are the decisive causes of element failure. It was shown that up to 60–75% of all damages to and failures of offshore engineering facilities' steel structures occur due to the corrosion-mechanical influence of an aggressive environment and force loads. This means that issues of corrosion-mechanical failure of such structures have become an industrial-scale problem. It thus allows us to draw the following conclusions: improvement of steel offshore drilling platforms (ODPs) maintenance system involves the development of new models and methods of managing the operational reliability of these structures, aimed at making decisions that take into account the crack resistance and fatigue-corrosion strength of steel ODPs in contact with the corrosive-active environment. Only on the basis of such scientifically and economically grounded models can rational strategies be shaped for carrying out revisions of the ODPs technical condition, ensuring the necessary level of their reliability during the operation period. This investigation can be very helpful to improve the design and construction of more reliable and durable offshore stationary and floating platforms.

Słowa kluczowe

PL

morskie platformy wiertnicze; analiza awarii; korozja; uszkodzenie; konstrukcja; beton; metal

EN

offshore; drilling platforms; failure analysis; corrosion; damage; concrete; metal; structure

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 79, nr 8
• Strony: 529--536
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., rys.

Twórcy

autor

Ben Nengjun

• Yancheng Polytechnic College

autor

Vytyaz Oleg

• Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas

autor

Jin Xin

• Jiangsu Yongwei Offshore Equipment Co., Ltd

autor

Hrabovskyi Roman

• Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas

autor

Kopei Bogdan

• Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas

Bibliografia

• Abbas M., Shafiee M., 2020. An overview of maintenance management strategies for corroded steel structures in extreme offshore environments. Offshore Structures, 71: 102718. DOI: 10.1016/j.marstruc.2020.102718.
• Amaechi C.V., Reda A., Butler H.O., Ja’e I.A., An C., 2022a. Review on fixed and floating offshore structures. Part I: Types of platforms with some applications. Journal of Offshore Science and Engineering, 10(8): 1074. DOI: 10.3390/jmse10081074.
• Amaechi C.V., Reda A., Butler H.O., Ja’e I.A., An C., 2022b. Review on fixed and floating offshore structures. Part II: Sustainable design approaches and project management. Journal of Offshore Science and Engineering, 10(7): 973. DOI: 10.3390/jmse10070973.
• Cwiek J., 2005. Hydrogen assisted cracking of high-strength weldable steels in sea-water. Journal of Materials Processing Technology,164–165: 1007–1013. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2005.02.083.
• Dmytrakh I.M., Akid R., Miller K.J., 1997. Electrochemistry of deformed smooth surfaces and short corrosion fatigue crack growth behaviour. British Corrosion Journal, 32(2): 138–144. DOI: 10.1179/bcj.1997.32.2.138.
• Dong J., Asif Z., Shi Y., Zhu Y., Chen Z., 2022. Climate change impacts on coastal and offshore petroleum infrastructure and the associated oil spill risk: A review. Journal of Offshore Science and Engineering, 10(7): 849. DOI: 10.3390/jmse10070849.
• Fatoba O.O., Leiva-Garcia R., Lishchuk S.V., Larrosa N.O., Akid R.,2018. Simulation of stress-assisted localised corrosion using a cellular automaton finite element approach. Corrosion Science, 137: 83–97. DOI: 10.1016/j.corsci.2018.03.029.
• Holand P., Awan H., 2012. Reliability of Deepwater Subsea BOP Systems and Well Kicks. Final report ES 201252/02. Unrestricted Version. <https://www.bsee.gov/sites/bsee.gov/files/tap-technicalassessment-program/674aa.pdf> (access: August 2012).
• Huet B., L'Hostis V., Miserque F., Idrissi H., 2005. Electrochemical behavior of mild steel in concrete: Influence of pH and carbonate content of concrete pore solution. Electrochimica Acta, 51(1):172–180. DOI: 10.1016/j.electacta.2005.04.014.
• Ibrion M., Paltrinieri N., Nejad A.R., 2020. Learning from failures: Accidents of offshore structures on Norwegian continental shelf over 40 years time period. Engineering Failure Analysis, 111:104487. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2020.104487.
• Kaiser M.J., 2007. World offshore energy loss statistics. Energy Policy, 35(6): 3496–3525. DOI: 10.1016/j.enpol.2006.12.020.
• Katopodis T., Sfetsos A., 2019. A review of climate change impacts to oil sector critical services and suggested recommendations for industry uptake. Infrastructures, 4(4): 4040074. DOI: 10.3390/infrastructures4040074.
• Keshe H., 2003. Corrosion of metals. Physico-chemical principles and actual problems. Springer Berlin (Heidelberg). DOI: 10.1007/978-3-642-96038-3.
• Khan M.U., Ahmad S., Al-Gahtani H.J., 2017. Chloride-induced corrosion of steel in concrete: An overview on chloride diffusion and prediction of corrosion initiation time. International Journal of Corrosion, 2017(3): 1–9. DOI: 10.1155/2017/5819202.
• Khan M.Z.A., Khan H.A., Aziz M., 2022. Harvesting energy from ocean: Technologies and perspectives. Energies, 15(9): 3456. DOI: 10.3390/en15093456.
• Kopey B.V., 2018. Equipment for development of offshore petroleum deposits. Ivano-Frankivsk Nat. Techn. Univ. of Oil and Gas (ISBN 978-966-694-304-3).
• Kryzhanivs’kyi E.І., Hrabovs’kyi R.S., Vytyaz’ О.Y., 2018. Consideration of the geometry of corrosion-fatigue cracks in assessing residual life of long-term operation objects. Materials Science, 54(5): 647–655. DOI: 10.1007/s11003-019-00229-8.
• Li Z., Xie R., Wu Y., Yuan J., 2022. Progress and prospect of CNOOC's oil and gas well drilling and completion technologies. Natural Gas Industry: B, 9(2): 209–217. DOI: 10.1016/j.ngib.2021.08.020.
• Lin H., Yang L., Chen G., Li P., Qi B., 2019. A novel methodology for structural robustness assessment of offshore platforms in progressive collapse. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 62: 103966. DOI: 10.1016/j.jlp.2019.103966.
• Little B.J., Lee J.S., Ray R.I., 2008. The influence of offshore biofilms on corrosion: A concise review. Electrochimica Acta, 54(1): 2–7. DOI: 10.1016/j.electacta.2008.02.071.
• Necci A., Tarantola S., Vamanu B., Krausmann E., Ponte L., 2019. Lessons learned from offshore oil and gas incidents in the arctic and other ice-prone seas. Ocean Engineering, 185: 12–26. DOI:10.1016/j.oceaneng.2019.05.021.
• Piedras Lopes T.A., Ebecken N.F.F., 1997. In-time fatigue monitoring using neural networks. Offshore Structures, 10(5): 363–387. DOI: 10.1016/s0951-8339(96)00016-0.
• Planete Energies. Offshore Oil and Gas Production, 2021. <https://www.planete-energies.com/en/medias/close/ offshore-oil-andgas-production> (access: December 2021).
• Pratikno H., Titah H.S., 2016. Bio-corrosion on steel structure (ASTM A106 and A53) in offshore environment. Asian Journal of Applied Sciences, 9(3): 120–125. DOI: 10.3923/ajaps.2016.120.125.
• Savija B., Lukovic M., 2016. Carbonation of cement paste: Understanding, challenges, and opportunities. Construction and Building Materials, 117: 285–301. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.04.138.
• Shabakhty N., 2011. System failure probability of offshore jack-upplatforms in the combination of fatigue and fracture. Engineering Failure Analysis, 18(1). 223–243. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2010.09.002.
• Shcherban P., Mazur E., 2022. Survey of reliability of offshore oil and gas infrastructure in south baltic conditions. Pomorstvo, 36(1):68–73. DOI: 10.31217/p.36.1.8.
• Stratmann M., Müller J., 1994. The mechanism of the oxygen reduction on rust-covered metal substrates. Corrosion Science, 36(2):327–359. DOI: 10.1016/0010-938X(94)90161-9.
• Syrotyuk А.M., Dmytrakh I.M., 2014. Methods for the Evaluation of Fracture and Strength of Pipeline Steels and Structures Under the Action of Working Media. Part І. Influence of the Corrosion Factor. Materials Science, 50(3): 324–339. DOI: 10.1007/ s11003-014-9724-5.
• Taffese W.Z., Nigussie E., 2020. Autonomous corrosion assessment of reinforced concrete structures: Feasibility study. Sensors (Switzerland), 20(23): 1–25. DOI: 10.3390/s20236825.
• Tovo R., 2002. Cycle distribution and fatigue damage under broadband random loading. International Journal of Fatigue, 24(11): 1137–1147. DOI: 10.1016/S0142-1123(02)00032-4.
• Legislative acts and normative documents
• NACE SP0176, 2007. Corrosion control of submerged areas of permanently installed steel offshore structures associated with petroleum production. Houston.
• Standard DNVGL-ST-F101, 2017. Suboffshore pipeline systems.DNVGL.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).