Statoil sluggregulering John-Morten Godhavn Statoil F&T Prosesskontroll

1. Statoil sluggreguleringJohn-Morten GodhavnStatoil F&T Prosesskontroll

2. Innhold • Innledning • Hva er slugging? • Ulemper ved slugging • Sluggregulering • Resultater fra drift på Heidrun • Eksperimentelle resultater fra Sintefs flerfaseanlegg på Tiller 2001 • Tordis sluggregulering

3. Innledning • Slugging er ujevn strømning med væske og gass i flerfaserør. • To typer slugging: • korte slugger (1-5 minutters periode, hydrodynamiske) • lange slugger (10-180 minutters periode, også kalt riserslugger og terrengslugger) • Senket mottakstrykk og færre nedstengninger kan oppnås enkel regulering. • Shell, ABB og flere andre har sine egne sluggreguleringssystemer, men få er i drift. • Pilotinstallasjon av Statoils (Gunleiv Skoftelands) løsning på Heidrun i 2001 har vært en suksess. • Eksperimentelle mellomskalaforsøk på Sintefs flerfaseanlegg på Tiller 2001/2002.

4. Hva er slugging? Med sluggregulering Boblestrøm Jevn tetthet Slugging i riser Tettheten varierer Fra eksperimenter på Tiller

5. Riserslugging • Syklisk: Væskelås i bunnen av riser, trykkoppbygging, utblåsing • Store trykkvariasjoner (vekten av væskesøyla) • Typisk ved lave rater og lave trykk • Spesielt aktuelt i slutten av feltets levetid

6. Hydrodynamiske slugger • Dannes ved at bølger slår opp i taket på røret; væsken blokkerer røret, bølgene slår seg sammen • Korte slugger med høy frekvens • Gassrate, væskerate, trykk, topografi bestemmer grad av slugging • Trigger riserslugging Eksempel fra flerfaseanlegget på Tiller.

7. Ulemper med slugging • Variasjoner i væskerate inn på 1. trinns separator • Nivåsvingninger, dårlig separasjon, nedstengninger • Trykkstøt, vibrasjoner og utmatting av utstyr • Ratemålingsproblemer • Variasjoner i gassrate • Trykksvingninger • Væskemedrivning i gassutløp • Fakling • Ratemålingsproblemer

8. Metoder for å redusere og håndtere slugging • Design forandringer • Øke prosesskapasitet, f.eks. størrelse på 1. trinn separator (kostbart) • Slug Catcher (kostbart og plasskrevende) • Øke hastighetene ved lavere rørdiameter • Gassløft i riser-fot eller i brønn • Operasjonelle forandringer og prosedyrer • Forandre driftsbetingelser i rørledningen, f.eks. trykk/rate/GOR • Struping topside: øker mottakstrykket, reduserer produksjon • Optimalisere brønnproduksjon • Pigging for å fjerne væske i gass/kondensat rørledninger • Bruk av flyt-forbedrer (usikker effekt) • Avansert regulering av mottaksanlegget for å begrense konsekvenser av slugging • Modellbasert regulering (MPC) • Sluggregulering der aktiv bruk av plattform strupeventil brukes til å • Dempe og unngå slugging

9. Sluggregulering med enkel PI-regulator som stabiliserer bunntrykket • Reduserer sluggstørrelsen ved at den åpner ventilen i det sluggen bygger seg opp i riseren (trykkøkning) • Trykksettpunktet velges så lavt som mulig uten at det slugger. • Automatisk oppstart og nedstengning av enkeltbrønner uten at strupeventil må justeres manuelt. Brukes som reguleringsventil SP PIC MV Innløps- separator PT PT D • Demper lange slugger

10. Sluggregulering med kaskaderegulator • Trykkregulator gir settpunkt til volumrateregulator • Regulerer trykket på bunnramma • Regulerer volumraten inn på anlegget (lineariserer ventil) SP SP PIC Brukes som reguleringsventil FIC MV MV FT Innløps- separator PT PT • Demper lange riserslugger • Demper også kortere slugger D

11. Sluggregulering med kaskaderegulator uten ratemåling • Ofte har vi ikke flerfase volumratemåling. • Estimerer rate med forenklet ventillikning:Volumrate= Konstant*ventilposisjon*sqrt(difftrykk/tetthet). • Difftrykk over ventilen måles med to trykktransmittere så nærme ventilen som mulig hhv. opp- og nedstrøms. • Tetthet i flerfasestrømningen måles med gammadensitometer så nært ventilen som mulig. • Trykkregulatoren kan styre ventilen direkte eller gi settpunkt til rateregulator i en kaskadekobling. SP SP PC FC MV MV DT P1 P2 PT D

12. Sluggregulering Heidrun Nordflanken • Simuleringer før oppstart indikerte slugging • Forbedring av Olga og Petra • Feltmålinger ved oppstart viste det samme • Sluggregulering på D-linja startet opp 25/4-2001 med kraftig redusert slugging og mindre mottakstrykk. • Sluggregulering på E-linja startet opp ca 1/10-01 med like stor suksess. • Kontinuerlig sluggregulering siden oppstart. • Brukes også når enkeltbrønner startes opp. • Tverrfaglig samarbeid Stavanger/Trondheim D Elevation -355m 4700m

13. Sluggregulering Heidrun Nordflanken D-linja • Sluggregulering på D-linja har vært i kontinuerlig drift fra 25. april 2001 • Trykksettpunkt ca. 38 bar på bunnramma • Ankomsttrykk redusert fra 55 barg til 30 barg. Sluggregulering i drift 25.april Bunnrammetrykk tetthetsmåling Feltdata D-linja 1. april- 2. mai o Bunnrammetrykk o Tetthet topp av riser

14. Riserslugg (terrengslugg) Heidrun D-linje Trykk toppside oppstrøms choke • Store trykkvariasjoner • Periode ca. 17 minutter. • Forsvinner ved struping topside Tetthet toppside

15. Sluggregulering Heidrun Nordflanken E-linja gassrate væskerate Trykk før choke Ventilpådrag Tetthet topp av riser Trykk ved bunnramma • Heidrun E-linje 4. oktober 2001. 6 timers utsnitt (12:00-17:40). • Sluggene dempes ved aktiv bruk av choke. • Sluggene kommer tilbake når choken settes i manuell. • Sluggregulering: mulighet for lavere ankomsttrykk.

16. Sluggregulering Heidrun Nordflanken E-linja gassrate væskerate Trykk oppstrøms choke Ventilpådrag Tetthet topp av riser Trykk ved bunnramma • Heidrun E-linje 4. oktober 2001. 15 minutters utsnitt (17:10-17:25). • Ventil i manuell • Jevn slugging med ca 3 minutters periode.

17. Sluggregulering Heidrun Nordflanken E-linja gassrate væskerate Trykk oppstrøms choke Ventilpådrag Tetthet topp av riser Trykk ved bunnramma • Heidrun E-linje 4. oktober 2001. 15 minutters utsnitt (15:15 - 15:30). • Ventil i auto. • Sluggingen effektivt dempet.

18. Eksperimenter på flerfaseanlegget på Tiller 2001

19. Sluggregulering – Eksperimenter på Tiller Trykk i bunnen av riser Ventilpådrag Tetthet i toppen av riser

20. Sluggregulering - eksperimenter på Tiller Trykk i bunnen av riser Ventilpådrag Tetthet i toppen av riser

21. Tiller 2002

22. Tordis Sluggregulering • Installasjon på Gullfaks C sommeren/høsten 2002 • Mål: • redusere ankomsttrykket for å øke produksjonen • hindre følgetripper ved tripp av en av Tordislinjene • Metode: • basisregulatorer bruker ventil aktivt til sluggdemping • Nåverdi ca. 200 MNOK (Hydros estimat med 8 bar lavere ankomsttrykk) • Investering ca. 7 MNOK

23. Tordis A sluggregulering oversikt

24. Oppsummering • Gode resultater oppnådd på Heidrun ved bruk av enkel PI-regulator som regulerer bunntrykket ved aktiv bruk av plattform strupeventil. • Oppnår jevnere strømning ved lavere ankomsttrykk. • Kan redusere mottakstrykk og dermed produsere mer fra hver brønn. • Kortere slugger kan dempes ved å bruke en kaskaderegulator som regulerer volumraten gjennom ventilen i tillegg til bunntrykket. • Flere prosjekter på gang: Tordis, Kristin. • Samarbeid med Norsk Hydro om årets eksperimenter på Tiller. • Ser for oss at dette blir en del av standard instrumentering på nye utbygginger. Krever minimalt med ekstra utstyr - evt bytte ventil, tilgang på trykkmåling fra bunnen og evt en tetthetsmåling på plattformen. • Regulering legges inn i plattformens kontrollsystemløsning.