Framtidens olje- och gasfält till havs är sannolikt "satellitutvecklingar" som är billigare och släpper ut mindre växthusgaser än andra fält eftersom de inte kräver nya produktionsplattformar. Ett innovativt norsk beräkningsverktyg som heter "Slug Capturing 2" möjliggör nu design av längre rörledningar som gör att många fler fält kan utvecklas som satelliter.

Utom synhåll från land och från luften, den norska hyllan täcks av en spindelnät av rörledningar genom vilka produktionsvätskor strömmar från brunnarna som tappar reservoarerna.

Detta system som bär olja, vatten och gas i samma rörledning kallas flerfasstransport.

Forskare i Norge har nu utvecklat en simuleringsmodell som är utformad för att möta en av de största utmaningarna som skapas av denna form av rörledningstransport - bildandet av sniglar. Dessa begränsar avståndet på vilket ett satellitfält kan utvecklas från sin värdanläggning och kräver att stora säkerhetsmarginaler är inbyggda i utformningen av flerfasanläggningar.

Minska CO ₂ utsläpp

Flerfassteknik kom till för SINTEF och Norwegian Institute for Energy Research (IFE) för snart 40 år sedan. Denna teknik gör det möjligt att transportera obearbetad olja och gas direkt från ett fälts produktionsbrunnar till plattformar som ligger på angränsande fält eller direkt till land.

Flerfasstransport är nyckelfaktorn som har gjort det möjligt att installera helt integrerade produktionsanläggningar på havsbotten. Det gör att olja och gas kan återvinnas offshore utan de höga energiförbrukningar och utsläpp av växthusgaser som byggandet av nya produktionsplattformar innebär.

För varje ton stål som sparas i konstruktionen, CO ₂ utsläppen minskar med lite mindre än två ton.

Långa pluggar av vätska

En av de stora utmaningarna för flerfassteknikpionjärerna på SINTEF och IFE var att ta itu med problemet med slugning - bildandet av långa vätskeproppar, separerade av stora gasbubblor i rörledningarna.

Slugging orsakar massiva fluktuationer i flödeshastigheter och resulterar i vibrationer längs rörledningarna. Det kan minska rörledningens livslängd och om pluggarna är tillräckligt långa, de kan översvämma separatorerna i mottagningsanläggningen.

Beräkningsverktygen som utvecklats av pionjärerna gav adekvat kontroll över slugningsfenomenet och möjliggjorde flerfasstransport för många offshorefält. Dock, ju längre rörledningen, desto större problem med slugning.

Öka transportsträckan

Detta är en av anledningarna till att ett nytt simuleringsverktyg som nyligen utvecklats av SINTEF och det norska företaget LedaFlow Technologies är goda nyheter.

Allt tack vare det här verktyget kommer vi förmodligen snart att kunna öka det maximala flerfasstransportavståndet vilket möjliggör fler satellitutvecklingar.

Det nya verktyget kommer således att möjliggöra minskade utsläpp från olje- och gasproduktion och är av stor betydelse i övergången till ett netto-utsläppssamhälle.

"Plattformsfria" satellitfält

När det gäller framtiden för vår offshore -industri, Rystad Energy förutspår att så mycket som 75 procent av oljan och gasen från nya norska fältutvecklingar kommer att återvinnas med så kallade "tiebacks". Tiebacks möjliggör produktion från "plattformsfria" satellitfält, från vilken brunnströmmen transporteras via flerfasrörledningar till befintliga värdanläggningar med ledig kapacitet.

Resultaten av det banbrytande arbetet som SINTEF och IFE utförde på 1980 -talet förblir grunden för beräkningsmodellerna som används för att designa och driva flerfasinstallationer på havsbotten.

Vi har nu lyckats utveckla en modell som används mycket världen över; flerfassimulatorn kallad LedaFlow. Utvecklingen av denna simulator började strax efter årsskiftet av det nya årtusendet som en del av en gemensam insats mellan SINTEF och oljebolagen TOTAL och ConocoPhillips.

Kongsberg Digital ansvarar för industrialiseringen av tekniken på uppdrag av spin-off-företaget LedaFlow Technologies.

Exakta simuleringar

Det nyligen utvecklade slugging -simuleringsverktyget förutsäger både frekvensen och längden på vätskepluggarna som bildas i rörledningarna. Verktyget är så noggrant att det borde vara möjligt att utöka transportsträckorna för flerfasrörledningar - både horisontellt längs havsbotten och vertikalt uppåt från havsbotten till plattformsdäck.

De nya beräkningsmodellerna från SINTEF och LedaFlow Technologies skapas som en modul som ingår i LedaFlow -paketet.

Arbetet har utförts med finansiering från Norges forskningsråd och de två ovannämnda oljebolagen som en del av ett innovationsprojekt som heter "Accurate".

Produktion av djupt vatten

Verktyget har utformats speciellt för att uppskatta de mekaniska påfrestningarna som påverkar stigarna som sträcker sig från havsbotten upp till plattformarna. Det kommer också att möjliggöra designoptimering som kan säkerställa rörledningens integritet och förhindra läckage utan kostsam överdesign.

Detta är särskilt viktigt vid djupvattenproduktion, som i Mexikanska golfen där transporter med långa stigningar kan skapa stora problem. Djuphavsuppgångar är särskilt sårbara för mekaniska fel som orsakas av materialtrötthet till följd av slugning. Konstruktörer av sådana system behöver därför pålitliga verktyg för att kunna förutsäga livslängden för stigerörskomponenter.

Två stora oljebolag har redan använt den senaste FoU-versionen av den nya simulatormodulen för att designa djuphavsstigningar.

Optimal design av mottagningsfaciliteter

Ny kunskap om slugging skapar också möjligheter för en mer optimal design av mottagningsanläggningar installerade på värdplattformar. Detta är viktigt eftersom överdimensionering är energikrävande och därmed dyrt. Om en anläggning är för liten, operatören kan behöva minska produktionen eller ta till energikrävande motåtgärder.

"Slug Capturing 2" är namnet på den nya beräkningsmodulen. Det kommer att vara relevant för offshore -fältutvecklingar både i Norge och i andra länder. Det kommer att släppas ut på den kommersiella marknaden i början av 2021.

Innovationen bygger på avancerade laboratorieexperiment som utförts på SINTEF i världens största flerfaslaboratorium, som är installerad med experimentell utrustning som kan underlätta allt från bänk till industriella skala tester.

Laboratoriet representerar en forskningsinfrastruktur som kommer att fortsätta att ha stor betydelse i arbetet med att minska koldioxidavtrycket från olje- och gasproduktion till havs.