GASSMÅLING Tore Løland Statoil ASA

1. GASSMÅLINGTore LølandStatoil ASA SIG 4032 NATURGASS NTNU 13. november 2001

2. I dag vil jeg snakket om • Hvorfor gassmåling er viktig • Forskjellige målemetoder for gass samt litt historikk • Viktige parametere innen gassmåling • Gå litt i detalj gjennom hvordan hvert enkelt måleprinsipp fungerer • Gå igjennom to komplette målestasjoner • Blendeplate målestasjon • Ultralydsmålestasjon • Definere grensene mellom Våtgass og flerfasemåling slik industrien ser det • Snakke litt om flerfasemåling i Statoil • Hvorfor vi trenger våtgassmålere • Litt om hvordan våtgass arter seg • Hva som er blitt gjort hittil • Ligninger som er ”laget” og litt resultater som er publisert • Oppsummering

3. Hvorfor er måling viktig • Norge selger 72 G standard kubikk med gass til Europa i år • Måler vi 1% feil vil dette kunne utgjøre 600M NOK • Påstand: • Den gass eller olje som ikke taes opp fra reservoaret vil alltid ligge der som en reserve. • Den olje eller gass som ikke er målt når den har passert målestasjonen vil for alltid være tapt alltid

4. Forskjellige måleprinsipper og historikk • Olje har alltidvært det viktige og verdifulle produktet fra gammelt av. Gassen ble sett på som en farlig ”sak”. • Der første ”målinger” av gass er for damp og luft, og til dette ble en restriksjon med trykktap over brukt, en blendeplate. • Blende ble brukt når man skulle starte begynne å måle gasstrømmer. • Blenden har sine svakheter, konkurrenter har kommet til • DP-målinger • Venturi • V-Cone • Turbin måler • Ultralydsmåler • Corrliolismåler • Det finnes også endel spesialprinsipper, men disse er mest brukt innen prosessmåling

5. Viktig skille • Prosessmåling • Måling som hjelper operatørene til å styre prosesser • Ingen spesifikke krav til nøyaktighet • Fiskalmåling • To typer • Salgsmåling • Allokeringsmåling • Reguleres av • Internasjonale standarder • Salgsavtaler som inngås mellom kjøper og selger • Transportavtaler mellom selger og eier av rørledning • OD sitt regelverk for all fiskalmåling på Norsk sokkel

6. Forskjellige måleprinsipper • Deler inn i • Volumstrømsmålere • Massestrømsmålere • Typiske massestrømsmåler • Corriolismåler • Typiske volumstrømsmålere er • Turbinmåler • Ultralydsmålere • Blendeplate, Venturi og V-Cone er hverken massestrømsmålere eller volumstrømsmålere. De er noe midt i mellom fordi tettheten inngår i både volum målingen og masse målingen.

7. Viktige begreper og parametere • Parametere: • Trykk • Temp • Masse (m) • Volum (V) • Energi (E) • Wobbe Index (WI) • Relativ tetthet (d) • Referansevolum (V.ref ) • Spesifikk brennverdi ”Calorific value” (H) • Begreper • Sammensetning av gassen • Sporstoffer i gassen • Innløpsprofil • Disse er viktig å forstå når vi skal gå inn på de forskjellige måleprisnippene

8. Blendeplate-, Ventri- og V-Conemåler • Trykkfall over en restriksjon i røret • Formlene for trykkfallet er forskjellige for alle tre målerne. • Prinsippet er det sammen for alle tre målerne

9. Turbinmåler • Måler volumstrøm • Består av av en rotor som er opplagret på en mest mulig friksjonsfri måte. • Gassen som strømmer forbi setter rotoren i bevegelse. • Rotasjonen vil være proporsjonal med volumstrømmen i røret • Rotasjonshastigheten detekteres med magnetpunkter på bladspissene som generer spenningspulser mot en detektor på rørveggen. Legg inn ligningen her • Må kalibreres på grunn av at antallet pulser er avhengig av Reynoldstallet. • Følsom for skitt og partikler i gassstrømmen

10. Ultralydsmåler • Flytiden til en ultralydspuls gjennom gassen brukes til å beregne volumstrømmen gjennom røret. • Pulsen kan gå rett over eller reflekteres på rørveggen • Volumstrømmen er gitt som • Meget god ”turndown”, kan dekke behovet fra 3 til 4 blende plater • Takler ”rare” innløpsprofiler mye bedre enn blende og turbin.

11. Corriolismåler • Måler massestrømmen direkte • Bassert på Corriolis kraften • Kan måle alt fra Cola til betong, meget fleksibel • Bare for små dimensjoner, opp til 4”. • Større målere enn 4” blir svært tunge.

12. Komplette målestasjoner for gass • Man trenger mer enn bare flow elementet i en komplett målestasjon • Temperatur element • Tetthetsmåler • Trykkmåler • Gas Cromatograph, GC

13. Tetthetsmåler, Solatron 7812 • Et instrument som bestemmer tettheten til en gass. • Periodetiden til et svingeelement • Formel for tetthet er gitt ved: • Konstantene er funnet ved en kalibrering i kjent gass

14. GC- Gasskromatograf • Gass sammensetning måles med kromatograf. • Gasskromatografen består av • En del som separerer og registrerer komponentene i gassen • En del som styrer sekvensene, foretar beregninger og kommuniserer. • Fra sammensetningen kan vi finne bl.a. • Tettheten til gassen • Wobb Index

15. Heidrun Åsgard Trondheim Snorre Statfjord Visund Gullfaks Bergen Huldra Veslefrikk Troll Brage Oseberg Stavanger Flerfasemåling

16. Flerfase måleren • Flerfasemåleren består av en flerfase fraksjonsmåler og en flerfase hastighetsmåler • Flerfase fraksjonsmåleren måler fasefraksjonene av vann, gass og olje i et tverrsnitt. • Flerfase hastighetsmåleren måler hastigheten på den samlede strømmen i røret. • Nytteverdier ved anvendelse av flerfasemåler • Bedre og sikrere brønninngrep pga økt reservoarforståelse • Umiddelbar deteksjon av vanngjennombrudd • Unngår produksjonstap ved brønntesting • Enklere og billigere brønntesting • Lavere investeringskostnader • Produksjonsoptimalisering

17. Våtgassmåling, skillet mellom flerfase og en fase • Vanlig å definere våtgass som mellom 90 og 100% gass, og 0-10% væske • Væske er både hydrokarboner og vann • Hvorfor trenger vi våtgassmålere

18. Hvordan arter våtgass seg • Den Våte gassen vil oppfører seg som ”mettet” gass med dråper som kondenserer og fordamper, litt avhengig av lokalt trykk. • Etter hvert som andelen væske stiger vil væsken danne veggfilm i tillegg til at det er dråper som ”flyr” i gassen • Videoene viser demoer for stratified, annualar og mist strømning Stratified flow Annular/Mist flow

19. Hva gjør industrien innen våtgass • Flere selskaper jobber med utvikling av slike målere, to av dem som er kommet lengst er: • ISA Control har en venturiløsning bestående av flere venturier i serie som gir to ligninger med 2 ukjente og dermed finner de forskjellige fasene (enkelt forklart) • Roxar, et norskt selskap som bruker microbølge til å detektere vann, og DP måler ligning for å skille væske fasen og gassfasen for hydrokarboner fra hverandre • Statoil sammen med Roxar testet både V-Cone og venturi (enkel venturi, ikke ISA Controll’s løsning) med godt resultat.

20. Ligninger som kompenserer for det ”våte” • Flere forskjellige ligninger for å kompensere for væske i Dpmålere • Murdock • Chisolm • De Leeuw • Alle ligningene fungerer etter samme prinsipp • Tettheten til væske og gassfasen er ”input” til ligningen sammen med “tørrgassmålerens” verdi. • Statoil har best erfaring med Chisolm

21. Resultater • Viser her resultater som er publisert av ISA Control sin måler • Ikke godt nok for fiskal måling enda • Typisk er feilen: • Væske opp til 20% feil måling • Gass, mindre enn 2 - 3%

22. Utfyllende litteratur • Richard W. Miller: "Flow Measurement Engineering Handbook”, 3rd edition McGraw-Hill, ISBN 0-07-042366-0 • ISO 5167-1: "Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices- Part 1: Orifice plates, nozzles and Venturi tubes inserted in circular cross section conduits running full". 1998. • ISO CDTR 12765: "Measurement of fluid flow in closed conduits - Methods using transit time ultrasonic flowmeters”, 1996. • ISO 9951: "Measurement of gas in closed conduits - Turbine meters" 1990. • ISO 12764: "Measurement of fluid flow in closed conduit - Flowrate measurement by means of Vortex shedding flowmeters inserted in circular cross section conduits running full". Draft 2, 05/06/96. • IFEA rapport: ”Håndbok i mengdemåling av væske og gass”, 20.01.96. • IFEA Publikasjon: ”Håndbok i mengdemåling av væske og gass, Del 2: Installasjon og bruksbetingelser”, 92.08-20. • Forskrift for fiskal kvantumsmåling av olje og gass mv. Oljedirektoratet 1997. ISBN 82-7257-522-1. • ISO 12213 - 1/2/3: ”Natural gas - Calculation of compression factor”, 1997. • ISO 6976: "Natural gas - Calculation of calorific values, density, relative density and Wobbeindex from composition". Second edition 1996-02-01. • ISO/CD 14532: "Natural gas - Terminology for natural gas”, 1996-05-10.

23. Oppsummering TOLOLA@statoil.com • Tørrgassmåling • Prossess- og fiskalmåling • Fiskalmåling, deles i to allokering og salsgsmåling • Volumstrøms- og massemålere • DP-målere • Ventur • V-Cone • Blendeplate • USM målere • Turbin • Corriolis målere • Internasjonale og nasjonale måleforskrifter samt kommersielle avtaler regulerer operasjon av fiskal salgsmålestasjoner • Våtgassmåling skal tette gapet mellom flerfase og tørrgassmålere • Viktig for en del felter med høy trykk og høy temperatur. • Skal kontrollere dannelsen av hydrater og korrosjonskontroll, gjennom måling av vann fra brønn. • Nøyaktigheten til en våtgassmåler vil ikke komme opp på fiskalt nivå med den teknologien som vi kjenner til i dag. • Flerfasemålere har heller ikke den samme nøyaktigheten som en tørrgassmåler har. • Både flerfase og våtgassmåling er forholdsvis ny teknologi, og vil nok kunne utvikle seg på samme måte som tørrgassmålere på sikt.