Transcript Statoil sluggregulering John-Morten Godhavn Statoil F&T Prosesskontroll

Statoil sluggregulering
John-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 riser
Tettheten varierer
Med sluggregulering
Boblestrøm
Jevn 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 trykk
Spesielt 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
•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
SP
reguleringsventil
MV
PIC
Innløpsseparator
PT
PT
D
•Demper lange slugger
Sluggregulering med kaskaderegulator
•Trykkregulator gir settpunkt til volumrateregulator
•Regulerer trykket på bunnramma
•Regulerer volumraten inn på anlegget (lineariserer ventil)
SP
MV
SP
PIC
FIC
Brukes som
reguleringsventil
MV
FT
Innløpsseparator
PT
PT
•Demper lange riserslugger
D
•Demper også kortere slugger
Sluggregulering med kaskaderegulator uten ratemåling
•Ofte har vi ikke flerfase volumratemåling.
•Estimerer rate med forenklet ventillikning:
Volumrate=
Konstant*ventilposisjon*sqrt(difftrykk/tetthet).
SP
MV
SP
PC
FC
MV
•Difftrykk over ventilen måles med to
trykktransmittere så nærme ventilen som
mulig hhv. opp- og nedstrøms.
K * ventilpos *
•Tetthet i flerfasestrømningen måles med
gammadensitometer så nært ventilen som
mulig.
•Trykkregulatoren kan styre ventilen direkte
eller gi settpunkt til rateregulator i en
kaskadekobling.
D
P1  P2
Tetthet
DT
P1
P2
PT
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
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
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
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.
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.
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.
Eksperimenter på flerfaseanlegget på Tiller 2001
Laboppsett
3" rør, 200m, 15 m riser
Reguleringsventil på toppen av riser
Riser og flere rørstrekk i PVC (gjennomsiktig)
9 tetthetsmåler, 6 trykktransmittere
Xoil, SF6.
sluggtyper (tyngdedominert, hydrodynamisk, transient)
Sluggregulering – Eksperimenter på Tiller
Trykk i bunnen av riser
Ventilpådrag
Tetthet i toppen av riser
Sluggregulering - eksperimenter på Tiller
Trykk i bunnen av riser
Ventilpådrag
Tetthet i toppen av riser
Tiller 2002
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
Tordis A sluggregulering oversikt
Settpunkt
20PIC628
Slug
controller
Gass
20FQ628
20FIC628
Settpunkt
20DT01A
20DT02A
20PT603A
Tordis A
sluggkontroll
27PT050A
Settpunkt
20PI629
20PIC821
Ventil?
Settpunkt
20LT834
20PT821
20LIC834
Resirkulasjon
Ventil?
20-HV628
**21FT87XA?
Oljevarmer
21-HA02
***21FT460A
Innløpsseparator
20-VA06A
*20FGS784
20-LV828
20-LV561
Boosterpumper
20-PA01A/B
20LT828
20LIC828
215 m stigerør
Produsert
vann
Settpunkt
Olje
* Gjelder for måling gjennom 3" rør. Ved mye
vann vil man bruke måling 20FGS839 gjennom 8"
rør.
** Gjelder når boosterpumpe 20-PA01A brukes.
Noen ganger brukes 20-PA01B til Tordis A. Et
mål for oljerate ut av Tordis A blir da 21-FT460A +
21-ZSH446 * 21-FT461A.
*** Fiskalmåling. Kan ikke brukes som nåverdi til
regulering. Gjelder når måleløp 1 brukes.
Tordis A
brønnramme
manifold
12 km flerfasetransport
18PI201M
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.