Heidrun antisluggkontroll

Document Sample
Heidrun antisluggkontroll Powered By Docstoc
					Aktiv regulering for å unngå slugging:
    Erfaring fra forsøk på Tiller og
  implementasjon på Gullfaks B&C

            John-Morten Godhavn
          Statoil F&T Prosesskontroll
Innhold

•   Omfang av sluggregulering i Statoil
•   Akademisk aktivitet
•   Hva er slugging?
•   Reguleringsmetoder for å redusere slugging
•   Eksperimentelle resultater fra Tiller
•   Beskrivelse av sluggregulering for 2-faserør fra Gullfaks B til C
Omfang av sluggregulering i Statoil
•   Til nå:
     – Storskalaforsøk på Tiller av Pål Hedne m.fl. sent på 1980-tallet
     – Heidrun Nordflanken D-linja fra april 2001
     – Heidrun Nordflanken E-linja fra oktober 2001
     – 4 uker med eksperimenter på Tiller 2001
     – 7 uker med eksperimenter på Tiller 2002
     – Tofaserør fra Gullfaks B til Gullfaks C mars 2003
•   Kommer:
     – To 11 km rør fra Tordis til Gullfaks C september 2003
•   Kan bli:
     – Kristin klargjort for sluggregulering med raske ventiler
     – Åsgard, Veslefrikk m.fl.
Akademisk
•   Paper:
     1. Suppression of slugs in multiphase flow lines by active use of topside choke -
         Field experience and experimental results, Gunleiv Skofteland and John-Morten
         Godhavn, Multiphase'03, San Remo, Italy, 11-13 June 2003. (Måledata fra Tiller 2001,
         beskrivelse av kaskaderegulator (originalt bidrag) med volumrateregulator som slave der
         volumraten er beregnet fra forenklet ventillikning med målt tetthet og difftrykk,
         feltresultater og offshore erfaringer fra Heidrun med senket rørlinjetrykk).
     2. Modelling and Slug Control within OLGA, Mehrdad Fard and John-Morten Godhavn,
         sendt til SPE journal. (Sammenligner OLGA simuleringer med måledata fra Tiller 2002.
         Originalt bidrag her er å gjenskape måledata i lukket sløyfe med sluggregulator. Dermed
         kan vi sannsynliggjøre at sluggregulering vil virke offshore dersom vi får det til i
         simuleringer med OLGA og OLGA-Matlab Control Toolbox).
     3. New Slug Control Strategies, Tuning Rules and Experimental Results, John-Morten
         Godhavn and Mehrdad Fard, Under utarbeidelse. (Originale bidrag er bl.a. nye
         reguleringsstrukturer med kun topside målinger samt modeller for regulatortuning)
•   Dr.ing.
     1. Heidi Sivertsen, Stabilization of desired flow regimes using active control, Kjemiteknikk,
         NTNU (Skogestad)
     2. Hardy Siahaan, Active control in deep-sea production and transport systems,
         Kybernetikk, NTNU (Bjarne Foss)
•   Prosjektoppgaver:
     1. Sluggregulering i lange rør: Rune Asbjørnsen, Stavanger (Drengstig)
     2. Stabilisering av gravitasjonsindusert slugging i pipeline-riser systemer med lange
         føderør, Christian F. Trudvang, Kjemiteknikk, NTNU (Skogestad)
    Hva er slugging?

•   Ujevn strømning med væskeslugger og gassbobler i flerfaserør.
•   Gir problemer nedstrøms med ujevne rater, trykk og nivå.
•   To typer:
     – små slugger (1-5 minutters periode)
     – store slugger (10-300 minutters periode, riserslugger)
•   Vanlig løsning: strupe til slugging forsvinner
     – gir redusert produksjon og høyt trykk.
•   Bedre løsning: aktiv regulering for å stabilisere trykk og rater.
•   Utfordring: tilgang på målinger (trykk, rate, tetthet) som kan
    brukes til regulering (avstand, tidsforsinkelse, oppløsning, etc)
•   Pådrag: plattform strupeventil, evt. gassløft.
Riserslugging




 Syklisk: Væskelås i bunnen av riser, trykkoppbygging, utblåsing
 Store trykkvariasjoner
 Typisk ved lave rater og lave trykk
 Spesielt aktuelt i slutten av feltets levetid
Sluggregulering - Eksperimenter




    Slugging i riser     Med sluggregulering
    Tettheten varierer   Boblestrøm
                         Jevn tetthet
Sluggregulering med bunntrykk
•Holder trykket på bunnramma konstant
•Trykksettpunktet velges slik at det slugger minst mulig.
•Automatisk oppstart og nedstengning av enkeltbrønner.
           PB-SP
                   PC

                                              uP     Bruker choke som
                                                     reguleringsventil
                                                          Inlet
                                           Topside      separator
               PB                           choke
                                   Riser
                   PT

Subsea
 wells                                         •Demper riserslugging
          Subsea
           choke
Sluggregulering med kaskade
•Trykkregulator gir settpunkt til flowregulator
•Holder trykket på bunnramma konstant
•Regulerer raten inn på anlegget
          PB-SP         QP-SP
                  PC                    FC
                                     QP
                                                uP
                                        FT
                                                       PSep     Inlet
                                  PT
                                             Topside          separator

                   Pi
                                              choke
                                Riser
          QSub PT
          uSub                                 •Demper riserslugging
         PW                     PB
Subsea
 wells
         Subsea                                •Demper også små slugger
          choke
Sluggregulering med ankomsttrykk

•Ankomsttrykk gir settpunkt til flowregulator
•Uavhengig av havbunnsmålinger
•Demper riserslugging
                                      PT-SP         QP-SP
•Demper også små slugger                       PC           FC

                                                       QP
•Mindre robust og tregere                                            uP
                                              PT
                                                            FT
•Alternativ når havbunnsmåling ikke fins
                                               PT
                                                                             Inlet
                                                                 Topside   separator
                                                                  choke
                                                    Riser

            Subsea
             wells
                      Subsea
                       choke
Resultater fra Tiller 2001/2002

 Regulering av bunntrykk, volumrate og kaskaderegulering (2001).
 OLGA sluggperiode 50s (2001) og 200s (2002) verifisert eksperimentelt
 Strømningskart og ventilkarakteristikk (2002)
   – Strømningskart (100% åpen ventil) får redusert sluggområde med fast
      struping (15%), og blir forsvinnende lite med aktiv sluggregulering.
 Regulatortuning (2002)
   – Lager lineær modell ved å ta opp sprangresponser med stabil strømning
   – Utviklet tilsvarende matematisk modell med fysiske parametre.
   – Tuner trykkregulator og evt rateregulator hver for seg.
   – Asymmetrisk respons på trykk (raskere å tømme riser for væske enn å
      fylle riser med ny væske). Tuning bør gjøres når ventil åpnes.
 Regulering kun basert på plattformmålinger, dvs uten bunntrykk (2002)
   – Mottakstrykk har inversrespons: ved økt ventilåpning reduseres trykket i
      bunnen, mens mottakstrykket økes mens riser ”tømmes”, før det går ned.
   – Regulator med lav forsterkning og stor integraltid virker for Tiller-sløyfen.
 ”Trege” ventiler: hvor lang lukketid kan ventilen ha? (2002)
Strømningskart med 100% åpen ventil
                                  Flow map with open valve
             1
                                                                     Steady flow
            0.9                                                      Steady/Pulsing
                                                                     Pulsing flow
                                       Pulsing flow                  Pulsing/Slugging
            0.8
                                                                     Riser slugging

            0.7

            0.6
Uso [m/s]




            0.5

            0.4
                      Riser slugging                            Steady flow
            0.3

            0.2

            0.1

             0
                  0    0.5    1    1.5     2      2.5      3   3.5      4      4.5      5
                                               Usg [m/s]
Asymmetrisk effekt




                                              Asymmetrisk respons på
                                              buntrykk med 1% økt (-) og
                                              1% redusert (--) åpning.




•   Økt ventilåpning gir mye raskere trykkreduksjon enn en tilsvarende
    redusert ventilåpning gir trykkøkning.
•   Redusert ventilåpning gir økt væskemengde i riser. Trykkøkning er
    begrenset av væskeraten inn i riser (treg).
•   Økt ventilåpning gir redusert væskemengde i riser. Væsken erstattes av
    komprimert gass fra røret som ekspanderer i riser (hurtig).
Dynamisk modellering av bunntrykkendring
                     PB    g P      bar h
                               11 3
                     QP      A       m h
Antatt tetthet 400kg/m3 og rør med tverrsnittareal 0.0037m2.

Eksperimentell modell
Et førsteordens lineært filter gir en god
tilnærming til den eksperimentelle
bunntrykkresponsen
       PB   KB
          
       QP 1  TB s
 med parametrene KB=0.12bar/m3/h og
 TB=65 sekunder.

Anbefalte
regulatorparametre
       3
 KC      og Ti  TB                                Bunntrykk målt (-) og lineær
      KB                                            tilnærming fra modell (--).
Sluggregulering bunntrykk kaskaderegulator
Topptrykkregulering
                           PT-SP         QP-SP
                                    PC           FC
                                                                                         1  Tn s
                                                                            PT   KT
                                            QP
                                                                                                         QP
                                                                                        1  T s 
                                                          uP
                                   PT
                                                 FT                                                  2
                                                                  Inlet                       p
                                    PT
                                                      Topside   separator
                                                       choke
                                         Riser

    Subsea
     wells
             Subsea
              choke
•   Inversrespons gjør det vanskeligere å
    regulere.
•   Åpning av ventil under stabil strømning
    gir trykkfall i bunnen av riseren.
•   I toppen av riseren får vi derimot en
    liten trykkøkning først før trykket også
    der faller.
•   Struping av ventil gir trykkøkning i
    bunnen og midlertidig trykkfall i toppen.
Sluggregulering topptrykk kaskaderegulator
                        Gullfaks feltet
Gullfaks B sender normalt olje til A og gass til A og C i enfaserør.
Vil unngå stans på Gullfaks B under 3 ukers revisjonsstans på A.
   Gullfaks A                        Gullfaks B                           Gullfaks C

                          olje
                                                      gass/olje/
                                                      tofase
                          gass

                         olje                           olje
                                                               gass
                            tankskip
         gass                                     tankskip
                 gass
                                                                   gass
brønner                                brønner                               brønner

                                     Statpipe
          reinjeksjon                                              reinjeksjon
 Sluggregulering rør mellom Gullfaks B og C
 Tofasestrømning fra B til C ga kraftig slugging med 17 min. periode.
 Sluggregulering lagt inn for å redusere slugging, fakling, etc.
 Effektiv sluggdemping i OLGA med konstant rate fra Gullfaks B.


                  PT         PC                                                        SP
                                                                                                Sluggregulator
                                   Gass                      telemetrioverføring
                                                  PT                                       PC

                              LT     LC                                                          uP

                 Separator
                                                                                                      PSep
                              Olje                                                                           Separator
                                                                                                PV
                                          GFB
                                                   ca 200m                         GFC
     GFB                                  riser                                             ca 250m
                 Produsert                                                         riser
     Riser                                ned
     opp           vann


                                                         4 km tofaserør


       Brønner
Sluggregulering GFB-GFC rør

•Slugging i tofaserøret med fast ventilposisjon ga opptil 16-18 bar
trykkvariasjoner oppstrøms choke.
•Redusert til 4-5 bar med sluggregulering.
•Trykkvariasjoner i separator på Gullfaks B gir varierende væskerate.
•Vanskelig å få fjernet alle variasjoner.
Planer sluggregulering F&U 2003

•   Simulere sluggregulering i OLGA og Petra
     – Omvendt rekkefølge av vanlig utvikling: Først installasjon på Heidrun,
         deretter eksperimenter på Tiller, og først nå simulering.
•   Lage standardisert opplegg for implementasjon av sluggregulering i OLGA,
    slik at sluggregulering blir vurdert i utviklingsfase av nye prosjekter og f.eks.
    når rørlinjetrykk skal senkes.
•   Mål: Aktiv sluggregulering blir vurdert som alternativ til endring av utstyr.
•   Teste ut sluggregulering på lange rør (f.eks. 40 km)
•   Teste ut sluggregulering på lange risere (f.eks. 2.5 km)
•   Teste ut sluggregulering uavhengig av bunnmålinger

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Tags:
Stats:
views:0
posted:5/8/2013
language:Unknown
pages:21