Statoil sluggreguleringJohn-Morten Godhavn

Statoil F&T Prosesskontroll

Innhold

• Innledning

• Hva er slugging?

• Ulemper ved slugging

• Sluggregulering

• Resultater fra drift på Heidrun

• Eksperimentelle resultater fra Sintefs flerfaseanlegg på Tiller 2001

• Tordis sluggregulering

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.

Hva er slugging?

Slugging i riserTettheten varierer

Med sluggreguleringBoblestrømJevn tetthet

Fra eksperimenter på Tiller

Riserslugging

Syklisk: Væskelås i bunnen av riser, trykkoppbygging, utblåsing Store trykkvariasjoner (vekten av væskesøyla)Typisk ved lave rater og lave trykkSpesielt aktuelt i slutten av feltets levetid

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.

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

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

Sluggregulering med enkel PI-regulator som stabiliserer bunntrykket

Innløps-separator

PICSP

D

PT

MV

PT

•Demper lange slugger

Brukes som reguleringsventil

•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.

Sluggregulering med kaskaderegulator

•Demper lange riserslugger

•Demper også kortere slugger

SPFIC

FT

MV

PICSP

D

PT

MV

PT

•Trykkregulator gir settpunkt til volumrateregulator

•Regulerer trykket på bunnramma

•Regulerer volumraten inn på anlegget (lineariserer ventil)

Innløps-separator

Brukes som reguleringsventil

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.

SPFC

DT

MV

PC

D

PT

P2

P1

SP

MV

Tetthet

PPventilposK

21**

4700m

Sluggregulering Heidrun Nordflanken

Simuleringer før oppstart indikerte sluggingForbedring av Olga og PetraFeltmålinger ved oppstart viste det sammeSluggregulering 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

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.

Feltdata D-linja 1. april- 2. mai o Bunnrammetrykk o Tetthet topp av riser

Sluggregulering i drift 25.april

Bunnrammetrykk

tetthetsmåling

Sluggregulering Heidrun Nordflanken D-linja

Riserslugg (terrengslugg) Heidrun D-linje

Trykk toppside oppstrøms choke

•Store trykkvariasjoner•Periode ca. 17 minutter.•Forsvinner ved struping topside

Tetthet toppside

Sluggregulering Heidrun Nordflanken E-linja

•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.

gassratevæskerateTrykk før 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.

gassratevæskerate

Trykk oppstrøms choke

Ventilpådrag

Tetthet topp av riser

Trykk ved bunnramma

Sluggregulering Heidrun Nordflanken E-linja

•Heidrun E-linje 4. oktober 2001. 15 minutters utsnitt (15:15 - 15:30).•Ventil i auto. •Sluggingen effektivt dempet.

gassratevæskerate

Trykk oppstrøms chokeVentilpådrag

Tetthet topp av riser

Trykk ved bunnramma

Sluggregulering Heidrun Nordflanken E-linja

Eksperimenter på flerfaseanlegget på Tiller 2001

Laboppsett3" rør, 200m, 15 m riserReguleringsventil på toppen av riserRiser og flere rørstrekk i PVC (gjennomsiktig)9 tetthetsmåler, 6 trykktransmittereXoil, SF6.sluggtyper (tyngdedominert, hydrodynamisk, transient)

Sluggregulering – Eksperimenter på Tiller

Tetthet i toppen av riser

Ventilpådrag

Trykk i bunnen av riser

Sluggregulering - eksperimenter på Tiller

Tetthet i toppen av riser

Ventilpådrag

Trykk i bunnen av riser

Tiller 2002

Installasjon på Gullfaks C sommeren/høsten 2002Mål:

–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

Tordis Sluggregulering

Tordis A sluggregulering oversikt

***21-FT460A

Settpunkt

Settpunkt

Tordis Abrønnramme

manifold

Innløpsseparator20-VA06A

Tordis Asluggkontroll

Oljevarmer21-HA02

Boosterpumper20-PA01A/B

18-PI201M

Slugcontroller

20-DT01A

20-HV628

20-DT02A

20-PT603A

20-FIC628

20-PIC628

20-PI629 20-

PT821

20-PIC821

20-LIC834

20-LT828

20-FQ628

20-LIC828

Produsertvann

*20-FGS784

20-LT834

Gass

Olje

20-LV561

20-LV828

27-PT050A

Ventil?

**21-FT87XA?

Settpunkt

Settpunkt

Settpunkt

215 m stigerør

12 km flerfasetransport

Resirkulasjon

Ventil?

* Gjelder for måling gjennom 3" rør. Ved myevann vil man bruke måling 20FGS839 gjennom 8"rør.** Gjelder når boosterpumpe 20-PA01A brukes.Noen ganger brukes 20-PA01B til Tordis A. Etmål for oljerate ut av Tordis A blir da 21-FT460A +21-ZSH446 * 21-FT461A.*** Fiskalmåling. Kan ikke brukes som nåverdi tilregulering. Gjelder når måleløp 1 brukes.

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.