GASSMÅLING Tore Løland Statoil ASA

Presentasjon om: "GASSMÅLING Tore Løland Statoil ASA"— Utskrift av presentasjonen:

1 GASSMÅLING Tore Løland Statoil ASA
SIG 4032 NATURGASS NTNU 13. november 2001 Hei Mitt navn er Tore Løland, og jeg jobber med gass- og flerfasemåling i Statoil. Jeg er utdannet siv.ing fra NTH maskinavdelingen, og har tatt en doktorgrad på institutt for Mekanikk Termo- og Fluiddynamikk her på NTNU.

2 I dag vil jeg snakket om Hvorfor gassmåling er viktig
I dag så hadde jeg tenkt å snakke litt om hvorfor målinger er svært viktig, ikke bare for Statoil, men for hele det norske samfunnet. Jeg hadde også tenkt å nevne kort om historikken bak utviklingen av gassmåling, sammen med en liten gjennomgang av enkelte måleprinsipper. Vi skal gå litt i detalj på hvert enkelt måleprinsipp. Ikke dypt, men dere skal være i stand til å skille de enkelte måleprinsippene fra hver andre, og vite litt om de fordeler og ulemper som hvert enkelt prinsipp har. Jeg hadde også tenkt at vi skulle se på en komplett målestasjon som er vanlig sett med norske øyne. Dette er blendeplate. Jeg sier med norske øyne fordi hvis dette hadde vært på kontinentet ville det vært snakk om en turbinstasjon mye heller enn både blende. Så skal jeg snakke kort om flerfasemåling i Statoil Vi skal også se litt på hva som skiller våtgass fra tørrgass, og gi en meget kort innføring i dette. Jeg tror at dere har lært en del av Sven i forrige uke, så dette kommer vi ikke noe særlig innpå i dag. En av de tingene som vi kommer til å se litt på er hvorfor vi trenger våtgassmålere. Jeg ønsker at når vi er ferdig i dag skal dere huske hvorfor vi ser på dette som viktig, og hvorfor Statoil satser resurser på dette. Vi skal ikke komme inn på detaljerte mekaniskiske beskrivelser av våtgass, men se litt på fenomenet. Det som er viktig er å skille de forskjellige strømningsregimene fra hverandre. Vi skal gå litt generelt igjennom hva som er blitt gjort. Her kommer jeg til å gå igjennom publiserte resultater. Alt kan man ikke nevne i slike sammenhenger siden mye av det arbeidet som gjøres er ”hemmelig”. Masse gjøres av leverandører som ønsker å ligge litt foran konkurrentene, og da kan ikke jeg stå her og fortelle alt til dere. Vi holder oss derfor til det som er kjent. Vi skal se litt på hvordan man har endret på ligningene for tørrgassmåling for å kompensere for væsken. Til slutt er det vel vanlig med en liten oppsummering. Og der hadde jeg tenkt å nevne de tingene som jeg ser på som viktig at dere sitter igjen med etter denne forelesningen. Tror ikke jeg kommer til å holde på i fult 2 timer, og hvis det er noe som dere lurer på er det bare å spørre underveis. 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
Hvorfor er gassmåling viktig. Norge har etter hvert bygget oppe et imponerende nettverk av rør til Europa, med landfall for rørledningene i både Tyskland med Dornum og Emden, i Belgia med Zeebrygge, og i Frankrike med Dunkerque. Det er på disse stedene at vi selger/leverer gassen til kjøperene eller om dere vil får betaling. På alle disse stedene ligger det en målestasjon som både selger og kjøper ”godtar” resultatene fra. Vi selger ca. 72 milliarder standard kubikk gass til Europa hvert år, det har økt jevnt og trutt, så jeg tror vi er der nå, eller i nær fremtid. For hver kubikk får vi ca øre i betaling. La oss ta et lite tanke eksperiment hvis vi måler 1% feil vil dette utgjøre lett 600 millioner kroner. Dette er store summer som du og jeg dermed ville tape hvert år. Dette beløpet vil selvfølgelig svinge, men mellom øre har alltid prisen ligget for en standard kubikk, og dette betyr uansett at det er snakk om store summer. Derfor er det viktig at vi har kompetente folk som jobber med dette, og at det er ”spilleregler” eller nasjonale og internasjonale regler som alle må følge. Jeg vil komme med en liten påstand som dere kan tenke over, og se om dere er enig med meg eller ikke. Jeg velger å påstå at den oljen og gassen som vi ikke tar opp av reservoaret vil alltid være der. Om vi pr i dag ikke klare å få ut mer enn 30 – 40 % av olje og gassen fra hvert reservoar, så er den ikke tapt. Den vil alltid være der til vi har teknologien og ser det lønnsom å hente den opp. Men den oljen og gassen som vi sender ut på markedet uten å måle den er tapt for alltid. Dette vil vi aldri få betalt for å vil derfor være tapte inntekter. På den andre siden er det ikke sikkert at vi måler for lite, det kan godt hende at vi måler for mye, og får betalt for mye. Men dette vet vi ikke, og derfor er det viktig at vi minsker usikkerheten i målingene til et minimum. 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
Når vi snakker om olje og gass i historisk sammenheng har alltid oljen vært det som har hatt salgbar verdi. Den gassen som har vært i brønnen har alltid vært sett på som en ”plage”, og en risiko. Derfor har man alltid prøvd å brenne den av så fort som mulig. Dette gjøres fortsatt en del steder, spesielt en del steder i Afrika er det vanlig å kvitte seg med gassen. De har rett og slett ikke noen mulighet til å benytte seg av den, men de har heller ikke noen CO2 avgift heller. Selv om Statoil tjener store summer på gass er fortsatt olje det som vi tjener mest på i forhold til investeringene. Men som dere kanskje har sett har Statoil et overskudd på 14 milliarder i tredje kvartal, og dette på tross av at oljeprisen sank. For Statoil blir gassen en større og større inntektskilde. Som dere sikkert forstår er og blir gassen en betydelig virksomhet, og den er fremtidsrettet fordi det er et mye ”reinere” brensel enn hva som er tilfelle for oljen. De første stedene man foretok gassmåling, var i dampanlegg, hvor man skulle måle avgitte dampmengder. Dette ble gjort ved hjelp av blendeplater på samme måte som for vann og olje. Jeg vet ikke om der e noen av dere som kjenner til disse prinsippene, men dette skal vi komme tilbake til. Blende blir regnet som den første gassmåleren, og svært mye arbeid er gjort på denne typen målere. Blenden har svært mange svakheter, som de enkelte markedene har lagt forskjellig vekt på. F.eks så har USA satset svært på dette prinsippet selv helt opp til i dag, mens Europa har jobbet mye med å finne alternativer til blendeplaten. Hvis vil skal gruppere noen av disse alternativene, vil jeg gjøre det slik: DP-måling: Venteri, som er den dyse, men på samme måte som blende er det en restriksjon på røret som man måler trykkfallet over. V-Cone. Dette er en patentert måler som et firma i USA har utviklet. Det er en kone som står i senter av røret som gassen må strømme rundt, og som man måler trykkfallet over. Jeg skal komme tilbake til hva som er fordelen med denne i forhold til en blendeplate måler Turbin måleren er et alternativ som har vært markedsledende i Europa de siste 30 – 40 årene. Ultralydsmåleren som Statoil og Norge har bidratt sterkt til, begynner å ta over for de andre prinsippene. Statoil var tidlig ute med å installere denne typen målere, og allerede for 7-8 år siden installerte vi slike målere på et av våre knutepunkt i Nordsjøen. Corriolis måleren. Dette er en kompaktmåler som måler massestrømmen direkte, og som kommer til å ta mer og mer av market fremover Det finnes en del andre spesielle målere, som vi ikke skal gå innpå i dag. Dette er de målerne som er mest vanlig å bruke i det som vi kaller for ”fiskal” gassmåling. Olje har alltid vært 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
Jeg liker å dele inn gassmåling i to deler. Jeg legger skillet mellom det som man kan kalle ”prosessmåling” og fiskal måling. Skillet mellom disse er kravet til nøyaktighet. Prosessmåling har ikke noen nasjonale og internasjonale regler som regulerer usikkerheten. Det er opp til prosesseier å sette krav til hvilken usikkerhet som de kan leve med i reguleringen av de enkelte prosessene. Dette kan være petrokjemisk industri, meierier, oljeraffinerier osv. Det er et utall av ulike applikasjoner her. For fiskalmåling er det ikke prosesseier selv som bestemmer. Dette er strengt regulert av forskjellige lover, regler og avtaler. Fiskalmåling er et samlebegrep for alle målinger hvor salg og kjøp av olje og gass foregår. Fiskalmåling deler vi igjen inn i to deler, allokeringsmåling og salgsmåling. I norsk sammenheng er kravet til nøyaktighet det sammen for både allokeringsmåling og salgsmåling. Kjøperne betaler for gassen på kontinentet. Alle feltene i Nordsjøen leverer inn gassen i den ene ende, så blandes den og kjøperne vet i praksis ikke fra hvilket felt den gassen som de kjøper kommer fra. Produsentene må få allokert tilbake de rettmessige mengdene som de har levert inn i transportrøret. Jeg liker å fremstille forskjellen mellom salgsmåling og allokeringsmåling ved at kundene betaler for gassen på landfallet i Europa. De betaler inne alle pengene i en stor pott, og så må dette fordeles mellom de enkelte feltene. Det er allokeringsmålingen som bestemmer hvor stor andel av potten de enkelte feltene og så videre de enkelte oljeselskapene skal ha. Det kan sees på som en fordelingsmåling. En annen viktig side er betaling av tariff,dvs. pris for bruk av rørledning. Med flere milliarder NOK investert i rørledninger er det viktig at man har en konsistent og korrekt metode for å beregne dette. Denne er og basert på de fiskale målingene Vi skal ikke gå inn på det her i dag, men jeg vil nevne at de regelverkene som vi har å forholde oss til er i første rekke OD sitt regelverk. Dette er helt avgjørende. Oljedirektoratet har myndighet til å stenge vår virksomhet hvis vi ikke oppfyller deres krav. OD sitt regelverk henviser ofte til ISO-standarder på konkrete måletyper og beregninger, men også NORSOK har i de seinere årene fått mye å si. NORSOK er olje og leverandør industriens egen standard som skal hjelpe på med å standardisere utbygninger på norsk sokkel, og brukes mye når oljeselskapene skal dele ut kontrakter av forskjellige slag til leverandørindustrien. 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. Nå skal vi se litt nærmere på de enkelte måleprinsippene. Deler det ofte inn i massestrømsmålere og volumstrømsmålere. Forskjellen er enkel. En volumstrømsmåler måler hastigheten på gassen direkte eller indirekte, og med et kjent areal gir dette volumstrømmen. En massestrømsmåler gir ut massestrømmen direkte. Relatert til volumstrømsmåleren inngår tettheten direkte i en massestrømsmåler, mens for en volumstrømsmåler trengs en separat måler eller metode for å bestemme tettheten. En typiske massestrømsmåler er Coriolis måleren. Typiske volumstrømsmålere er Turbinmåleren og Ultralydsmåleren. Disse gir ut den aktuelle volumstrømmen, og trenger trykk og temperaturmåling, samt tetthet for å kunne beregne massestrømmen. DP-målerne, Blendeplate, Venturi og V-Cone er verken massestrømsmålere eller volumstrømsmålere. Her inngår tettheten i både volumstrømsmålingen og i massestrømsmålingen.

7 Viktige begreper og parametere
Før vi ser på de forskjellige måletypene hadde jeg tenkt å definere et par ting. De fleste av disse tror jeg dere kjenner fra før, som trykk temperatur, masse og volum. Energi, wobbe index, Relativ tetthet, referansevolum og spesifikk brennverdi, vet jeg ikke om dere har hørt om. Dette bare nevner jeg fordi det er begreper som er mye brukt innen salg av gass, og er avgjørende for hvilken pris man får. Relativ tetthet er definert som Forholdet mellom gassens densitet og densitet til tørr luft ved spesifisert temperatur og trykk Wobbe index er en annen parameter som er viktig ved salg av gass. Den er definert som Spesifikk brennverdi dividert med kvadratroten av relativ densitet. Dette er en viktig designparameter for ”brennere” i f.eks gassovner og gasskomfyrer. Spesifikk brennverdi er kan måles eller beregnes Det mest brukte navnet er "Calorific value" (H): Det er frigjort varme ved forbrenning av en angitt mengde. På Volumbasis gitt som MJ/Sm³ eller MJ/Nm³, på Massebasis MJ/kg og på Molbasis: kJ/mol Referansevolum definert som volumet som gassen vil okkupere ved en gitt temperatur og et gitt trykk. Normalt sett er det to slike referanse volumer vi snakker om. Standard volum er ved 15 grader og 1 atmosfære, eller 1,01325 bar. Når det er normalvolum er det 0 grader i stedet for 15 grader. Jeg vil også nevne noen begreper som går igjen. Sammensetningen av gassen er meget viktig. Dette tror jeg de fleste av dere kjenner til. En vanlig gass som vi sender til Europa inneholder mest metan, så mindre av etan, propan, iso og normal butan, iso og normal pentan og hexan. Det finnes noe som vi kaller sporstoffer. Dette er tillegg i gassen som vi ønsker å holde på et minimum. Dette er stoffer som vi ikke kan detektere på annen måte enn med en laboratorieprøve. Det kan f.eks være stoffer som kvikksølv og oksygen. Det er sikkert en del av dere som har lurt på hva denne animasjonen som går her oppe er for noe. De målerne som vi skal snakke om i dag en del av dem sterk avhenging av formen strømningsprofilet som går inn på måleren. Som dere ser vil et symmetrisk profil som går gjennom to bend endre formen sin. Dette påvirker målingen. (…..Forklar figuren…) 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 Dette er de tre prinsippene som baserer seg på en differensial trykksmåling. Venturien er en dyse. Man måler forskjellen mellom trykket før innløpet og i det smaleste delen av dysen. Blendepalten er en plate som settes inn i røret. Platen setter opp en spesiell strømning over platen og trykkfallet måles over en bestemt avstand foran og bak platen. V-Cone måleren er en patentert måler som har en restriksjon i midten av røret som gassen må strømme forbi på utsiden. Dette prinsippet har vist seg å være mer robust mot skjevheter i strømningsprofilet som jeg viste på forrige slide. Her måles trykket mellom rør-veggen og baksiden av konen. For sikkerhets skyld for alle målerne her så strømmer det fra venstre mot høyre. Dette er  (………..PEK OG FORKLAR HVA DE ENKELTE LEDDENE STÅR FOR……)

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 Dette er som vi har snakket om tidligere en volumstrømsmåler, og det ligger nesten i navnet hvordan denne virker. Gassen driver rundt en turbin i røret. Turtallet til rotoren er proporsjonalt med volumstrømmen til gassen. Detektorer på tuppen av bladene registrerer hastigheten og gjør den om til en frekvens. Hver enkelt måler må kalibreres, og de må også re kalibreres med jevne mellomrom. Hver enkelt måler har sin egen avhengighet mot Reynoldstallet, og denne vil endre seg over tid etter hvert som lagrene i rotoren blir slitt. Kalibrering og rekalibreringer tidkrevende , og trengs ikke for venturi og blendeplate. Dette er den største ulempen til turbin måleren sammen med at den er svært lett å skade enten av at det strømmer for fort gjennom den eller at det er partikler og skit i gassen som treffer rotoren. Den figuren oppe der har jeg tatt med for å illustrere hvordan måleren avhenger av Reynoldstallet, og hvordan man kan endre på måleren ved å kalibrere den mot en referanse. Man endrer rett og slett på målerens kurve med en faktor som man finner med å sammenligne med en annen måler som har en kjent unøyaktighet. Det er opp mot 10 forskjellige steder i verden som kan kalibrere eller sammenligne slike målere, og et av dem er her i Norge og eies av Statoil. Det ligger på Kårstø utenfor Haugesund og heter K-lab.

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. I Norge har vi all vår produksjon offshore. Den betyr at vi alltid har store utfordringer med å spare så mye plass og vekt som mulig siden alt skal stå på en plattform. En komplett blendeplate målestasjon består av flere måleløp, og har et langt rett rør foran seg. Dette krever mye plass og veier også mye. Dette er ikke så lett å få plass til. Derfor har Norge vært en av pådriverne for å utvikle nye målemetoder som krever mindre plass, og som veier mindre. Dette kan man få til med en ultralydsmåler. Den kan måle både lave og høye hastigheter, og dette betyr at en måler kan klare like mye som fire blendeplater. Dette gir en stor plass og vekt besparelse. Samtidig takler den forstyrrelser i profilet som vist på den videoen. Dette bidrar også til at lengden med rett rør før måleren kan kortes inn. Dette måleprinsippet har spart Statoil og andre selskaper i Nordsjøen for store summer gjennom at vi har kunne installere flere målere på eksisterende anlegg uten å måtte bygge flere plattformer etter hvert som nye felter er kommet til. Uten denne besparelsen ville vi ikke kunnet bygge ut så raskt og billig som vi har klart. Denne målere virker på den måten at en ultrapuls sendes mellom to sensorer, og gangtiden til pulsen blir målt. Dette blir brukt til å beregne hastigheten langs flere baner i rør tverrsnittet. Pulsen kan gå mellom to sensorer som står overfor hverandre, men den kan også reflekteres mot rørveggen som vist på animasjonen. I en fiskal ultralyds gass måler er det som regel 4, 5 eller 6 slike lydbaner. Disse brukes til å finne en bulkhastighet i tverrsnittet, som multipliseres med røralrealet. Dermed finner man volumstrømmen på samme måte som i en turbinmåler. Svakheten til den måleren er at den lett påvirke av støy som ligger i det samme frekvensområdet som ultralydspulsen er i. Dett er ofte det samme området som regulerignsventiler har sitt støyområdet, og måleren kan falle ut når støyen blir for stor. Det jobbes fortsatt med metoder for å kunne gjøre disse målerene mer motstandsdyktig mot støy.

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. Disse målerene er de eneste som måler massestrømmen direkte. Som dere ser har man mange forskjellige former på måleren. Det kan være en vanlig U eller en ”trekantbue”, men virkemåten er lik for alle sammen. Det er corriolis kreftene som utnyttes i disse målerne. Prinsippet er at det U-formede røret setters i svinginger ved hjelp av elektromagnetiske spoler. Når massen strømmer gjennom røret ”bremsers” svingingen i det ene beinet, mens mens strømmen ”dytter” på det andre. Kreftene på beina får U-røret til å vri seg. Denne vridningen måles, og kan knyttes direkte til massestrømmen. For de spesielt interesserte kan jeg si at i en corriolis måler så tvinges fluidet til å til å strømme langs en rett linje og rotere rundt et pivot punkt samtidig. Dette resulterer i en corriolis akserelasjons komponent som er både perpendikulær til rotasjons og translasjonsvektoren. Akserelasjonen produserer en kraft på U-røret proporsjonal til masse strømmen. I U-røret snur strømmen rundt seg selv, og dette medfører en vridning av røret. Vridningsvinkelen blir dermed et utrykk for massestrømmen. Et snedig prinsipp.

12 Komplette målestasjoner for gass
Man trenger mer enn bare flow elementet i en komplett målestasjon Temperatur element Tetthetsmåler Trykkmåler Gas Cromatograph, GC Som jeg så vidt nevnte tidligere er det behov for flere komponenter når en volumstrømsmåler skal brukes til å finne massestrømmen eller kanskje mann er på jakt etter energi strømmen. Det finnes ikke i dag så vidt jeg vet noe instrument som klarer alt i et og samme instrument. Man må sette sammen flere komponenter for å klare å kunne måle strømmen noenlunde korrekt, og finne de kvalitets parameterne som kontraktsavdelingen har bestemt at skal bestemme prisen på gassen. Den mest vanlige er som jeg har sagt før blendeplate målestasjonen, og det er et slikt eksempel vi skal se på nå. I tillegg til selve blendeplaten som er en plate med et hull, som danner en obstruksjon i røret hvor man kan måle et trykkfall , trenger man trykkelement for å måle trykket på gassen, og temperatur element . Man trenger også en tetthetsmålere både for å bestemme volumstrømmen og massestrømmen. I tillegg trenger man en GC for å kunne bestemme de parameterene som har med kvaliteten å gjøre. Dette er parametere som sammensetnng, brennverdi, og i noen tilfeller kan Gcen være den som gir ut tettheten. (…Forklar figuren……) Figuren viser hvordan man bygger opp en målestasjon. Man må måle trykket oppstrøms blendeplaten, man trenger selvfølgelig en Dpcvelle, men også man man ha uttak og innløp for for tetthetsmåleren. Nederst pleier man i sette temperaturelementet. Dette står som regel plassert i en lomme som ligger inn i røret. Denne lommen er normalt fylt med olje for at varmeovergangen mellom gassen og den væskefylte lommen skal være så god som overhode mulig. På toppen av dette trenger man en datamaskin som samler inn dataene fra hver av delene, og som beregner de riktige parameterene bassert på de forskjellige målingene fra hver an delene. Jeg har også tatt med et par bilder fra byggingen av en av våre målestasjoner i nord Europa. Håper der klarer å få et begrep om dimensjonene. Det er ganske store dimensjoner det er snakk om.

13 Tetthetsmåler, Solatron 7812
Prinsippet for selve densitetsmåleren er et legeme, utformet som en gaffel eller sylinder som oscillerer og svinger med en egenfrekvens gitt av densiteten til gassen som det svingende legemet er omgitt av. Relasjonen mellom svingeperioden, t , og densiteten er gitt av følgende formel: r = K0 + K1*t + K2*t^2 der K0, K1 og K2 er konstanter som bestemmes individuelt for hvert instrument. Nøyaktigheten for densitetsmålingen etter denne metoden er ca %. Tetthetsmåleren trenger å få tilført gass hele tiden. Derfor så setter man den slik at man kan utnytte det trykkfallet som blir gjennom en blende for eksempel. Dette har jeg prøvd å vise på figuren. Nedstrøms blendeplaten setter man en probe som tar ut gass. Denne ledes gjennom tetthetsmåleren som ”kjenner” på denne, og måler tettheten. Gassen ledes så enten til fakkel eller som er vanlig i Statoil at vi leder den tilbake til rett etter blendeplaten, hvor det er laver trykk på grunn av at tverrsnittet er mindre, som gir høyere hastighet på gassen og lavere trykk. Etter blenden gjennvinnes mye av trykkfallet over blenden, og det er denne effekten som benyttes til å drive gassen gjennom tetthetsmåleren. 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 Gass kromatografer eller GCer som er en mye brukt betegnelse er et eget fag nesten i seg selv. Grunnprinsippet for hvordan en kromatograf fungerer er uavhengig av produsent. Det er gass sammensetning som måles med kromatograf. Dette er et viktig instrument for Statoil, og på alle terminalene som jeg viste på en tidligere overhead er det "on-line" kromatografer. På plattformene er blir den "offisielle" sammensetningen bestemt ved analyse med laboratoriekromatograf av en gassprøve som er samlet over en måned med strømningsproporsjonal prøvetaker. I tillegg er det "on-line" kromatografer for kontinuerlig overvåkning av gasskvaliteten. Gasskromatografen består av en del som separerer og registrerer komponentene i gassen og en del som styrer sekvensene, foretar beregninger og kommuniserer. Separasjonsdelen består av kolonner som gassen går gjennom og separeres på grunn av at komponentenes reaksjonsevne til kolonnematerialet er forskjellig. Gassprøven føres gjennom kromatografen av en kontinuerlig strømmende bæregass. Figuren viser skjematisk en komplett installasjon av en gasskromatograf. Figuren viser også typiske trekk ved on-line analyseutstyr: Prøveuttak, kondisjonerings med trykkavlastning og filtrering av prøven og kalibreringsgasser. For nøyaktige målinger kreves det kalibreringsgasser av meget høy kvalitet, typisk med usikkerhet i angivelsen av metan 0.05 % og med økende relativ usikkerhet til 1 % for komponenter med konsentrasjon ned mot 0.1 mol%.

15 Flerfasemåling Heidrun Åsgard Trondheim Snorre Statfjord Visund
Troll Brage Stavanger Trondheim Visund Gullfaks Bergen Åsgard Oseberg Snorre Heidrun Statfjord Huldra Veslefrikk Vi skal ikke snakke mye om flerfase og flerfasemåling. Vil nevne kort hvor vi bruker flerfasemålere i dag, og vise de forskjellige typene som er på markedet. Det er en goddel produsenter som har prøvd seg på flerfasemålig, men så langt er det bare tre norske produsenter som virkelig har fått dette til. Det er Roxar, Framo og Fluenta. Roxar kjøpte opp Fluenta tidligere i år, og derfor kan man si at egentlig er det bare to produsenter som er ledende i dag, Roxar og Framo. Disse bildene viser: - Roxar topside (øverst venstre - Roxasr subsea (øvserst høyre) - Fluenta topside (nederst venstre) - Framo topside (nederst høyre) Staoil er det oljeselskapet som har desidert flest flerfasemålere av alle oljeselskapene, også utenfor norsk sokkel. Vi har over dobbelt som mange målere som nummer to. Alle disse feltene som er vist på figuren har flerfasemålere. Det er totalt 65 målere Noen av disse er Installasjon/felt Ant. Beskrivelse Dato oppstart Status nov 01 Gullfaks B 1 4" topside 12/1996 I drift Gullfaks A ” topside 08/1998 I drift/ under oppgradering Gullfaks A. Sat. ph “topside 10/1998 I drift / underoppgradering Gullfaks C. Sat. ph 2 1 5" topside Installert Statfjord C. Nordfl. 1 8" topside 08/99 I drift Statfjord C. Sygna 1 5" topside 08/00 I drift Statfjord C. Nord/Øst 4 6" topside 06/00 I drift Veslefrikk 1 3" topside 06/00 I drift Huldra 6 6" topside 2001 Installert Åsgard 30 5" subsea av 14 i drift Gullfaks A. Sat. ph 1 2 5" subsea demontert,1 ikke i drift Heidrun Nordfl. 7 5" subsea 2000 i drift Heidrun 1 4" topside 2001 bestilt

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 Som jeg sa skal vi ikke gå i detalj på hvordan en flerfase måler virker, men jeg skal bare si litt kort om fordelene og litt om virkemåten. Flerfasemåleren består av en flerfase fraksjonsmåler og en flerfase hastighetsmåler Flerfase fraksjonsmåleren måler fasefraksjonene av vann, gass og olje i et tverrsnitt. Det er i hovedsak tre prinsipper som kan brukes her. Det er Gamma måling med radioaktiv kilde, mikrobølge måling, og kapasitiv målig. Normalt er det en enten rein gamma måling, eller blandig av gamma og mikrobølge eller gamma og kapasitiv måling. Flerfase hastighetsmåleren måler hastigheten på den samlede strømmen i røret. Denne kan være enten en Dpmåling. Den mest brukte er venturi. Eller en korrelasjonsmåling, hvis man har mulighet til det. 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 Disse to bildene viser to forskjellige instalasjonsmetoder. Den til venstre er subsea hvor måleren monteres på brønnhode choken. Mens bildet til høyre viser en vanlig topside instalasjon på en plastform.

17 Våtgassmåling, skillet mellom flerfase og en fase
Våtgass er vanskelig å definere, i forhold til det som vi betegner som flerfase og tørrgass. Tørrgass er bare en fase, gass. Mens flerfase er både gass olje og vann på en gang. Våtgass er på en måte ikke blitt helt flerfase, det har en del av flerfasene sine egenskaper, men mangler noen som den på den andre siden har felles med tørrgass. Vi definere som regel våtgass som en strømning hvor vi har over 90% gass, og resten væske. Væsken kan bestå av både vann og hydrokarboner. Hvorfor tenger vi våtgassmålere. Tørrgass målere har vært på markedet i mange år. Det avhenger av måleprinsippet, men en del av tørrgass målerene som DP-måleren og ultralydsmåleren vil tåle at det kommer væske, men de vil ikke være i stand til å måle det. For en gass turbin vil væske være katastrofalt. Flerfasemåleren fungere definitivt best når det er like mye tilstede av hver fase. En tredjedel gass, en tredjedel vann og en tredjedel olje er definitivt best, når gassandelen stiger over 90% vill flerfasemålerene begynne å få store problemer. Det er med andre ord et gap i dagens måleteknologi, og dette er det vi har definert som våtgass. Over 90% gass i strømmen. Eksempler på felter som man kan definere som våtgass felter måleteknisk sett er Snøhvit som dere kjenner til pluss flere av de feltene som vi skal bygge ut i tiden som kommer. Mikkel er et annet, og også Kvite bjørn vil jeg definere som et våtgass felt. Fellers ar at de har høyt trykk, og høy temperatur i reservoaret. Ofte er det små felter som skal knyttes til eksisterende infrastruktur. Måten man har løst dette på tidligere har vært å separere gassen og væsken og måle de hver for seg. Dette er verken praktisk, teoretisk eller økonomisk mulig å få til på en del av de feltene som Statoil skal bygge ut i årene som kommer. 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 Vi skal ikke gå i detalj på strømnings regimer for våtgass, men jeg har tatt med to filmer som jeg håper illustrerer to typer av strømningsfemomener. Den til venstre. Er det som vi kaller for stratifisert strømning. Det kan vi se på som en elv som renner i bunnen av røret. Denne elven renner som regel seinere enn gassen, og dette er ofte vanskelig for våtgassmålerene å registrere. Dette strømningsregimet er lett å skille ut. Det er svært lite væske blandet inn i gassen. Den andre videoen er en blanding av annular og tåkestrømning. Disse to er det ikke lett så skille mellom og den filmen er definitivt en blanding av de to. Tåkestrømning er at væske er blandet homogent inn i gassen, og transporteres like fort som gassen. Dette er jeg sikker på at dere ser for dere. Annulær strømning er verre. Men generelt kan man se på det som overgangen mellom stratifisert strømning og tåkestrømning. I dette tilfellet går gassen så fort at væsken begynner å klatre opp etter rørveggen. En del dråper gir inn i gassen, og faller tilbake til rør veggen. I videoen er det litt av begge deler, noen små og noen store dråper, Det er nok mer en annular strømning enn tåkestrømning, men skillet er vagt som dere sikkert forstår. Stratified flow Annular/Mist flow

19 Hva gjør industrien innen våtgass
Det har lenge vært kjent at man må utvikle bedre metoder for å måle våtgass. Det er bare noen ildsjeler i universitetsmilijøene, og i de store selskapene sine fremtidsrettede FOU avdelinger at man har sett på metoder for å måle våtgass. Det selskapet som er kommet lengst er ISA Control. De overtok et patent fra British gas. Dette patentet hadde BG jobbet frem til en ide som de hadde testet. De hadde med andre ord ikke noen ferdig teknologi. ISA har satt dette i system, og fått frem et produkt som de har testet i forskjellige laboratorier. De har nå en teknikk som er akseptert som måleteknologi. Prinsippet til ISA er at man måler trykk fallet over flere steder eller om man vil over flere forskjellige dyser. Dette har jeg prøvd å illustrere med tegningen ved siden av bildet. De har fire trykkuttak og måler tre forskjellige trykkfall. De får da et lukket ligningsystem som de løser, på grunn av de tre trykkfallene som de måler kan de sette opp flere venturi ligninger. Dette er reint empiriske ligninger som de har funnet fra eksprimenter. Problemet til ISA er at de bare kan skille på væsker og gasser, de ser med andre ord ikke hvor mye vann som er i væskefasen. Dette har et norsk firma prøvd å løse, i samarbeid med Statoil. Vi trenger dette på grunn av at svært mange av våre fremtidige utbygninger vil være det som vi kaller høy temperatur og høyttrykk felter. Det som kjennetegner disse er at de har bare gass i starten, og dette stort sett er i gassfase når hydrokarbonene kommer opp av brønnen. Etter hver som brønnen blir eldre vil det komme mer og mer vann. Når vannet kommer kan vi ikke forutsi, og dette er grunnen til at vi må ha en eller annen måte å detektere dette på. Roxar bruker mikrobølge til å detektere vann. Dette er så nytt at vi ikke har kommet frem til en konklusjon enda på om vi skal bruke venturi eller V-Cone sammen med mikrobølgen. Prinsippet er med andre ord tilsvarende som for ISA. Man bruker en Dp-måler til å finne total massen, og en eller annen form for korreksjon for å finne væskeandelen. Roxar skiller så videre på om det er vann eller hydrokarboner som er i væskefasen. Det som er problemet til begge disse to målerne er at man må vite sammensetningen av hydrokarbonene eller sagt på en annen måte man må ved hjelp av andre metoder finne tettheten til væske og gass for hydrokarbonene, og dette er ikke alltid like lett. Gjør man feil er vil man øke feilen i målingene siden dette går rett inn i ligningene. 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 På forrige side så snakket vi om forskjellige produsenter som har våtgassmålere for salg. Det er produsert en del artikler rundt dette med å kompensere for væske andelen i DP-måler som venturi og V-Cone. ISA Control har sin egen ligning som jeg aldri har sett, men jeg tipper at den ikke er så ulik noen av de tre som jeg har skrevet opp her. Murdock var den første som presenterte en ligning for våtgass kompensasjon i en DP-måler, og de to andre har bare utvidet denne orginalen. De bygger med andre ord rundt samme prinsipp. Chisolm er den som Statoil har ha best suksess. Måten denne ligningen virker på er at man bruker en standard V-Cone eller venturi ligning. Når man har kommet frem til en volumstrøm så brukes denne som innputt til den ligningen som dere ser her. (PEK). Det som skjer er at volumstrømmen korrigeres med den faktoren som dere ser under. Dette er rett og slett forholdet mellom tetthetene til væske og gassfasen, sant at man må korrigere for Lockhart-Martinelli tallet, som sier noe om hvor man er i fasediagrammet og hva trykket og temperaturen er gjennom tettheten til de to fasene.

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% Det er selvfølgelig en del produsenter som jobber med å utvikle nye målekonsepter for våtgassmåling, men det er ikke så mange produsenter som har presentert data i artikler. En av de få som har gjort det er ISA Control. Som dere ser av grafene er det ikke det ikke bedre enn rundt 10% de klarer å anngi væskedelen med, mens for gass delen klarer de i beste fall rundt 2 - 3% nøyaktighet. Det kreves bedre enn 1% nøyaktighet for å kunne kalle det en fiskalmåling, og det er som dere ser et stykke igjen før dette firmaet er der både med gassfasen og væskefasen. Denne måleren har som vi snakket om tidligere bare en splitt mellom væske og gass, og ser ikke vann. Alt vil derfor bli regnet som væske fra måleren, og den egner seg derfor ikke til overvåking av rørledninger for korrosjon blant annet. Dette er typeiske verdier som man kan forvente av en våtgassmåler som skal angi væske og gass i en og samme måler. Resultatene er fra labforsøk, og man må forvente at det blir større usikkerhet når man skal operere dette i felt. Det er mye lettere å kontrollere inngangsparameterne på labben enn i felt.

22 Utfyllende litteratur
Richard W. Miller: "Flow Measurement Engineering Handbook”, 3rd edition McGraw-Hill, ISBN ISO : "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" 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”, IFEA Publikasjon: ”Håndbok i mengdemåling av væske og gass, Del 2: Installasjon og bruksbetingelser”, Forskrift for fiskal kvantumsmåling av olje og gass mv. Oljedirektoratet ISBN ISO /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 ISO/CD 14532: "Natural gas - Terminology for natural gas”, Jeg vet ikke om det er noen av dere som synes dette virker så interessant at dere ønsker å finne ut mer om gassmåling. Jeg har laget til en liten liste over referanser som forteller mer om det som jeg har snakket om i dag. Som vit.ass så foreleste jeg i noen fag her oppe, og studentene hørte alltid etter hva som ble sagt hvis jeg nevnte at dette kunne vært greit å huske til eksamen. Jeg har ingen ide om hva dere kommer til å få på eksamen, og vet ikke om dette er relevant, det er det andre som får bestemme. Liste inneholder både ISO standarder, lærebøker, og noen åpne raporter fra bla. Institutt for energiteknikk.

23 Oppsummering TOLOLA@statoil.com Tørrgassmåling
I dag så har vi bare rast igjennom en del begreper innen måling, og jeg regner ikke med at dere skal kunne huske alt det som jeg har snakket om. Som dere kanskje har forstått har jeg ikke prøvd å gå inn på noen enorme utledninger av ligninger. Det har i i hvert fall ikke vært meningen far min side. Jeg tror det ville kreve minst et fag fra hvert delemne tørrgass, våtgass og flerfase hvis dere skulle kunne få tak i detaljene. Det er ikke mulig på disse to timene. Det som jeg har snakket om i dag er: Det kan være greit å skille mellom prosessmåling og fiskalmålig. Skillet går kort og godt med hvem som bestemmer hvor nøyaktig målingene skal være. I Norge er det staten gjennom Oljedirektoratet som bestemmer hvor stor usikkerhet som er tillatt ved salg av norsk gass, og det var mindre enn 1% usikkerhet for gass. Har ikke sagt det i dag, men usikkerheten for reine væskemålinger er satt til 0.5%. For prosessmåling var det annerledes. Her var den prosesseieren selv som bestemmer hvilken usikkerhet som han kan leve med. Oljedirektoratet går ikke i detalj på hvert enkelt måleprinsipp, men henviser til internasjonale standarder når for hvordan man skal designe og operere de enkelte målestasjonene. Vi har også snakket en del om forskjellige måleprinsipper, og hva som må til for at man skal ha en komplett målestasjon som kan selge gass etter volum, masse og eller energi. For å beregne energi innholdet i gassen trenger man en GC som finner sammensetingen. Har man DP måler som en blendeplate, så er det vanlig å bruke et densitometer for å måle tettheten til gassen. De forskjellige måleprinsippene som snakket om var delt inn etter hva de rapporterte som grunnvariabel. Volumstrømsmålerne gav aktuelt volum, og til denne gruppen hørte ultralydsmålere og turbin målere. Vi såg også litt på hvordan en massemåler som er brukt i fiskal sammenheng fungerte, og vi snakket også generelt litt om forskjellige DP-målere. Våtgassmåling skal tette det gapet som i dag finnes mellom flerfasemålere og tørrgassmålere. Dette trenger vi fordi vi skal bygge ut en del felter i fremtiden som har høy temperatur og høyt trykk. I disse feltene vil det være fare for vann, og dette vil kunne medføre både fare for hydrat dannelse og økt korrosjon. Spesielt hvis vannet har et høyt saltinnhold. Felter som er av denne karakteren er både Mikkelfeltet ved siden av Midgard og Åsgard. Et annet felt er Snøhvit som vil ha et svært lite vanninnhold, men det er tilgjengjeld meget salt, og dette kan ødelegge røret i form av kraftig korrosjon. Vi har også sett litt på hva man kan vente seg av usikkerhet i dagens våtgassmålere. De vil ikke kunne komme innenfor fiskalmålegrensene, men de vil være gode nok til de oppgavene som de er tiltenkt. På sikt, etter hvert som måleteknologien blir mer moden, vil vi nok kunne forvente oss en økt nøyaktighet. Selv om ikke vi har snakket om det i noen særlig grad, så gelder dette med økt nøyaktighet etter hvert som teknologien blir mer moden også for flerfasemålerne. Hvis det er noe dere lurer på kan dere spørre nå eller sende meg en mail til denne adressen: 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.