Statoil sluggregulering John-Morten Godhavn Statoil F

1
Statoil sluggreguleringJohn-Morten
GodhavnStatoil FT 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 ventillikningVolumr
  ate Konstantventilposisjonsqrt(difftrykk/tetthe
  t).
• 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
  (1200-1740).
• 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 (1710-1725).
• 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 (1515 - 1530).
• 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.