Forsknings- og dr.ing. program innen ny fagdisiplin: Petronics

Presentasjon om: "Forsknings- og dr.ing. program innen ny fagdisiplin: Petronics"— Utskrift av presentasjonen:

1 Forsknings- og dr.ing. program innen ny fagdisiplin: Petronics
Produksjonsoptimalisering og automatisk styring av brønner og rørledninger Forsknings- og dr.ing. program innen ny fagdisiplin: Petronics

2 Innhold Deltakere og organisering Finansiering Bakgrunn
Automatisering innenfor oljeindustrien ABBs forsknings- og produktprogram ”ABB Enhanced Oilfield Control” Problemstillinger Norsk Hydros utfordringer og visjoner Mål

3 Deltakere NTNU Norsk Hydro ABB
Inst. for petroleumsteknologi (prof. Michael Golan) Inst. for mekanikk, termo- og fluidmekanikk (prof. Tor Ytrehus) Inst. for klima- og kuldeteknikk (prof. Ole Jørgen Nydal) Inst. for teknisk kybernetikk (prof. Bjarne Foss) Inst. for kjemisk prosessteknologi (prof. Sigurd Skogestad) Norsk Hydro ABB ABB Industri ABB Corporate Research

4 Organisering Totalprosjektet vil bestå av tre selvstendige deler:
Et dr.ing.program med seks dr.ing.studenter som involverer fem NTNU institutter ABBs forsknings- og produktprogram ”ABB Enhanced Oilfield Control” Norsk Hydros prosjekt ”Produksjonskontroll & Optimalisering” Dr.ing.programmet vil knyttes tett opp mot den omfattende interne satsingen i Norsk Hydro og ABB

5 Organisering (forts.)

6 Finansiering ABB og Norsk Hydro fullfinansierer sine spesifikke deler av totalprosjektet ABB vil i tillegg kjøpe inn FoU-tjenester fra blant annet NTNU og Universitet i Tulsa (jmf. prosjektplan) Det søkes kun om NFR-støtte til deler av dr.ing.programmet: NOK pr. dr.ing.student pr. år. ABB og Norsk Hydro finansierer selv sin egeninnsats (veiledning, ressursgrupper, datainnsamling etc.) i dr.ing.programmet

7 Automatisering i oljeindustrien
Økende interesse blant oljeselskapene for automatisert produksjon Den store mengden tilgjengelig produksjonsdata kan brukes til on-line styring og optimalisering, men da må det utvikles nye metoder og ny teknologi Basert på erfaringer fra landbasert prosessindustri, forventer man at høyere automatiseringsgrad gir: Mer kostnadseffektiv produksjon Sikrere produksjon Mer miljøvennlig produksjon

8 ABB Enhanced Oilfield Control
Tverrfaglig produkt- og forskningsprogram initiert av ABB Industri i 1997 Utfordringer Stabil og kostnadseffektiv flerfasetransport i brønner og rørledninger Håndtering av komplekse produksjonssystemer Produksjon rett til land Samarbeidspartnere på forskningssiden: ABB Corporate Research NTNU Universitetet i Tulsa, Oklahoma, USA T P F PC FC

9 Fokus på kritiske deler i produksjon og prosess
Recompression Separation Flare Gas Export and Injection Gas Drying and Condition Injection Export Pipeline Enhanced Oilfield Control Wellhead Platform

10 ABB Enhanced Oilfield Control
Status: Innovative produkter for on-line styring og optimalisering av oljeproduksjon Nye metoder og verktøy for utvikling og design av styrings- og optimaliseringsalgoritmer for brønner og rørledninger Viktig momenter: Resultater har fremkommet gjennom utstrakt tverrfaglig samarbeid Sterkt behov for mer tverrfaglig kompetanse på dette området - kopling petroleumsteknologi og systemteknologi (Petronics) ABB SW Production Optimization Production Allocation ABB SW Automatic Well Control Slug Control T P F PC FC PT TT Pipeline PT h

11 Eksempel 1: Slugging på Hod-Valhall
To flare Wellhead Platform (WP) Wells Wells Separator 1. Stage Separator 2. Stage Separator PT TT PT 70 m Production Platform (PP) 10-20 % of design capacity Pipeline 12” 13 km

12 Operasjonelle problemer som skyldes slugging
Store forstyrrelser inn til separatortoget Dårlig separasjon (vann i olje) Tap av produkt (olje i vann) Brudd på miljørestriksjoner (olje i vann) Sterkt varierende belastning på kompressorene Ineffektiv operasjon av kompressortog Mulige tripper som følge av hurtige endringer i belastning 20 21 22 23 24 25 26 90 100 110 120 130 Inlet pressure 2 Outlet pressure Terrain induced slug flow. 0.5 1 1.5 Time [hour] Gas flowrate [kg/s] 5 10 15 Oil flowrate [kg/s]

13 Resultater for Hod-Valhall med ABBs SlugCon
. 130 130 120 120 Hod pressure [PSI] Valhall pressure [PSI] 110 110 100 100 20 20 25 25 30 30 35 35 40 40 45 45 50 50 30 Controller in manual Controller starts 20 Valve opening [%] 10 20 25 30 35 40 45 50 1.5 15 1 10 Gas flowrate [kg/s] Oil flowrate [kg/s] 0.5 5 20 20 25 25 30 30 35 35 40 40 45 45 50 50 Time [hour] Slug flow Stabilizing control Slug flow (build up)

14 Eksempel 2: Ustabil gassløftet produksjon
PC Gass L P P T P Olje F FC CC Separator Vann F P Kompressor T P

15 Problemer og ”løsninger” knyttet til gassløft-ustabilitet
Hovedproblemer Vanlig fremgangsmåte Separatoren(e) tripper Hyppige nedstengninger Produksjonsallokering blir vanskelig Veldig ineffektiv operasjon Gamle felt gir økte problemer Kontinuerlig økning av gassløftrate Bruker for mye gass!! Kontinuerling choking Høyt brønnhodetrykk!!

16 Mer olje med mindre bruk av gass!
Resultater for gassløftet brønn med ABBs WellCon 2 4 6 8 10 12 70 80 90 100 110 120 130 Casing Pressure time [hours] bar -10 20 30 40 50 Total Oil Production Rate kg/s Open-Loop Closed-Loop Mer olje med mindre bruk av gass!

17 Problemstillinger Prosjektet vil ta utgangspunkt i prioriterte produksjonstekniske utfordringer slik Norsk Hydro ser dem, og dr.ing.oppgavenes innhold vil reflekteres av dette Tre høyt prioriterte utfordringer er: Lokal optimalisering Optimalisering ned til brønnnivå ut fra lokal kapasitetsbegrensning (f.eks ved kompressorvask ) Dynamisk stabilisering & optimalisering Stabilisering & optimalisering av transiente eller vanskelige operasjonsbetingelser (slugging etc.) Nærbrønnsmodellering Forenklet modellering/implementering av innstrømning til brønn

18 Norsk Hydros visjoner & utfordringer

19 Petroleumsteknologi +
Metodikk Tverrfaglige problemstillinger trenger tverrfaglige løsninger Erfaringene fra ABBs eget forskningsprogram viser at det er et stort potensiale i å bringe sammen fagområdene petroleumsteknologi (produksjonsteknologi og strømningsteknologi) og systemteknologi (kybernetikk og kjemisk prosessteknologi) Metodikken som vil bli brukt i prosjektet vil derfor hentes fra et nytt fagområde - Petronics - en kombinasjon av petroleumsteknologi og systemteknologi Petroleumsteknologi + Systemteknologi = PETRONICS PETRONICS

20 Mål Utdanne seks dr.ing.kandidater, med start juni år 2000, koblet mot brukerstyrt industriforskning og produktutvikling i Norsk Hydro og ABB Industri: Danne grunnlaget for en ny fagdisiplin i Norge - Petronics - som kombinerer petroleumsteknologi og systemteknologi Utvikle teknologi, prosesser og produkter som bidrar til: Stabil og kostnadseffektiv flerfasetransport i brønner og rørledninger Optimal håndtering av komplekse produksjonssystemer Produksjon rett til land