Neutronen houden pijpleidingen onder water open

De industrie en particuliere consumenten zijn afhankelijk van olie- en gaspijpleidingen die zich over duizenden kilometers onder water uitstrekken. Het is niet ongewoon dat afzettingen deze pijpleidingen verstoppen. Tot nu toe waren er weinig manieren om de vorming van verstoppingen vast te stellen zonder een pijp open te maken. Neutronen kunnen dit veel gemakkelijker doen, zoals blijkt uit metingen aan de Heinz Maier-Leibnitz Research Neutron Source (FRM II) aan de Technische Universiteit van München (TUM).

Olie- en gaspijpleidingen zijn de slagaders van onze energievoorziening. Net als de Nord Stream-pijpleidingen vervoeren zij de energiebronnen over lange afstanden onder water naar opslag- en productiefaciliteiten op het land. Maar niet alleen knelpunten in de bevoorrading kunnen tot bevoorradingsproblemen leiden. Onder bepaalde omstandigheden kan het mengsel in de pijpleidingen, dat meestal bestaat uit gas, olie en water, zeer viskeus worden en zelfs vaste fasen vormen, aldus de TUM in een persbericht.

Bijzonder onaangenaam voor de exploitanten zijn de vaste hydraten die zich vormen uit gas en water. Bijvoorbeeld wanneer het mengsel afkoelt tot de lage temperaturen van de zeebodem tijdens langdurige stilstand van de pijpleiding.

Onder water

Om een verstopping ter plaatse te verhelpen, is de eerste stap het vinden van het getroffen deel van de pijpleiding. Aangezien de verstopping zich overal in de pijpleiding kan hebben gevormd, is het een grote uitdaging om de verstopping van buitenaf op te sporen. Tot dusver zijn warmtebeeldcamera’s en gammastralen gebruikt om de verstoppingen op te sporen. Geen van deze methoden werkt echter onder water. Ultrageluid daarentegen dringt zonder problemen door water heen. Maar door de wand van de pijpleiding kunnen de hydraatblokken alleen van buitenaf op korte afstand worden waargenomen.

Aangezien onderzeese pijpleidingen op diepten tot 2000 meter worden gelegd en vaak op natuurlijke wijze worden bedekt door zeebodemmateriaal zoals zand of slib, levert dit nog meer praktische moeilijkheden op. Bovendien verschillen de akoestische impedanties van de hydraatfase en de andere fasen van het ruwe-oliemengsel nauwelijks.

Sonde

TechnipFMC, een bedrijf dat gespecialiseerd is in onderwaterpijpleidingen met wereldwijd zo’n 20.000 werknemers, was “op zoek naar een efficiëntere methode om de wartels op een contactloze, niet-destructieve en betrouwbare manier te vinden, ondanks dikke wanden”, zegt Dr Xavier Sebastian, een projectmanager bij het bedrijf. “Neutronen zijn de perfecte sonde voor deze taak”, stelde Dr. Sophie Bouat, CEO van Science-S.A.V.E.D. (Scientific Analysis Vitalises Enterprise Development) voor en bracht het bedrijf in contact met wetenschappers van het Heinz Maier-Leibnitz Centrum in Garching bij München.

“Met de snelle gamma-neutronenactiveringsanalyse kunnen met name lichte atomen en waterstof zeer nauwkeurig worden opgespoord”, vervolgt zij. Aangezien hydraten, evenals olie en gas, aanzienlijk verschillen in hun waterstofgehalte, moet het mogelijk zijn verstoppingen op te sporen door de waterstofconcentratie te meten.

Haalbaarheidsstudie

Dr. Ralph Gilles, industriecoördinator bij de neutronenbron voor onderzoek FRM II, heeft samen met andere collega’s van de Technische Universiteit van München en het Onderzoekscentrum Jülich een haalbaarheidsstudie over dit onderwerp uitgevoerd. Met het instrument PGAA (Prompt Gamma Activation Analysis), dat gebruik maakt van koude neutronen van FRM II, heeft het onderzoeksteam monsters gescand en kon het aantonen dat het inderdaad mogelijk is om op deze manier onderscheid te maken tussen olie en gas of de plug.

Met behulp van de radiografie- en tomografie-installatie NECTAR en het instrument FaNGAS (Fast Neutron Induced Gamma Ray Spectroscopy) toonden zij met behulp van snelle neutronen van FRM II aan dat een voldoende groot aantal neutronen door de metalen wanden van de pijpleiding dringt om de desbetreffende meting mogelijk te maken, en dat de meting ook goed werkt onder water.

Neutronenbron

De resultaten tonen duidelijk aan dat neutronen bij uitstek geschikt zijn voor deze toepassing. “Onze experimenten hebben ook aangetoond dat we zelfs een plug in wording kunnen onderscheiden van een volledig ontwikkelde verstopping,” zegt Dr. Ralph Gilles. “Dat is heel voordelig, want dan kun je zelfs preventief een leidingsegment verwarmen om de verstopping weg te smelten voordat die zich volledig vormt.” In de praktijk beweegt een mobiele detector met een kleine neutronenbron heen en weer langs de pijpleiding om naar pluggen te zoeken. “We zijn zeer verheugd dat we met behulp van de metingen aan de neutronenbron voor onderzoek nu een efficiënte methode hebben gevonden die het veel gemakkelijker zal maken om deze stekkers in de toekomst te vinden,” zegt Dr. Xavier Sebastian.

Ook interessant: PipePredict voorspelt wanneer de waterleiding barst