Upload
levia
View
49
Download
7
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Produksjonsoptimalisering og automatisk styring av brønner og rørledninger. Forsknings- og dr.ing. program innen ny fagdisiplin: Petronics. Innhold. Deltakere og organisering Finansiering Bakgrunn Automatisering innenfor oljeindustrien - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Side 1
Produksjonsoptimalisering og automatisk styring av brønner og rørledninger
Produksjonsoptimalisering og automatisk styring av brønner og rørledninger
Forsknings- og dr.ing. program innen ny fagdisiplin:
Petronics
Forsknings- og dr.ing. program innen ny fagdisiplin:
Petronics
Side 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
Side 3
Deltakere
• NTNU – 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
Side 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
Side 5
Organisering (forts.) Produksjonsoptim alisering og autom atisk styring av brønner og rørledninger
N o rsk H yd roP ro d u ks jo nsko n tro ll &
O p tim a lise ring
N o rsk H yd roR e ssu rsg ru p pe
V e ile d e re
A B B Ind u s triA B B C o rp o ra te R e se a rch
R e ssu rsg ru p peV e ile d e re
P ro f. B ja rn e F o ssN T N U
In s t. fo rte kn isk kyb e rn e tikk
P ro f. M icha e l G o lan N T N U
In s t. fo r p e tro le u m s tekn o lo g io g a n ve n d t g eo fys ikk
P ro f. T or Y tre h usN T N U
In s t. fo r m e ka n ikk,te rm o - og flu id dyn a m ikk
P ro f. O le J . N yd a lN T N U
In s t. fo r k lim a-o g ku lde te kn ikk
P ro f. S ig u rd S ko g e s tadN T N U
In s t. fo r k je m iskp ro se ss te kn o lo g i
D r.in g . M o rte n D a lsm oP ro g ra m le d er
D r.in g .p ro g ram
A B B Ind u s triA B B E n h an ce d O ilf ie ld C o n tro l
Side 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:– 500.000 NOK pr. dr.ing.student pr. år. – ABB og Norsk Hydro finansierer selv sin egeninnsats
(veiledning, ressursgrupper, datainnsamling etc.) i dr.ing.programmet
Side 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
Side 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
Oil production rate versus time
0
5
10
15
20
25
30
35
0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0TIME (h)
Oil p
rod
uc
tio
n r
ate
(M
stb
/D) Gas lift rate= 1894. Mscf/D
Oil production rate versus gas lift rate
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0.0 1000.0 2000.0 3000.0 4000.0 5000.0 6000.0 7000.0
Gas Lift rate (Mscf/D)
Oil
prod
uctio
n ra
te (M
stb/
D)
Oil production rate - Stable flow
Oil production rate - Unstable flow
Region of optimum operation
T P
P
F
PC
FC
P
Side 9
Fokus på kritiske deler i produksjon og prosess
WellheadPlatform
Recompression
Separation
Flare
Gas Exportand Injection
Gas Drying and Condition
Injection
Export
Pipeline
En
han
ced O
ilfield C
on
trol
Side 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)
Automatic Well Control
Automatic Well Control
SlugControl
SlugControl
Production OptimizationProduction OptimizationABB SW
ABB SW
T P
P
F
PC
FC
P
Production AllocationProduction Allocation
PTPT
TT
Pipeline h
Side 11
Eksempel 1: Slugging på Hod-Valhall
Separator
PTPT
TT
Pipeline 12”13 km
70 m
We
lls
Wellhead Platform (WP)
We
lls
2. StageSeparator
1. StageSeparator
Production Platform (PP)
To flare
10-20 % of design capacity
Side 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 2690
100
110
120
130
Inle
t pre
ssur
e
290
100
110
120
130
Out
let p
ress
ure
Terrain induced slug flow.
20 21 22 23 24 25 260
0.5
1
1.5
2
Time [hour]
Gas
flow
rate
[kg/
s]
20 21 22 23 24 25 260
5
10
15
20
Oil
flow
rate
[kg/
s]
Side 13
Resultater for Hod-Valhall med ABBs SlugConH
od
pre
ssu
re [
PS
I]
Va
lha
ll p
ress
ure
[P
SI]
20 25 30 35 40 45 50
100
110
120
130
20 25 30 35 40 45 50
100
110
120
130
.
20 25 30 35 40 45 500
10
20
30
Va
lve
op
en
ing
[%
]
20 25 30 35 40 45 500
0.5
1
1.5
Ga
s flo
wra
te [
kg/s
]
20 25 30 35 40 45 500
5
10
15
Oil
flow
rate
[kg
/s]
Time [hour]
Controller starts
Slug flow Stabilizing control
Slug flow (build up)
Controllerin manual
Side 14
Eksempel 2: Ustabil gassløftet produksjon
Separator
Gass
Olje
Kompressor
Vann
T P
P
F
F
P
PC
FCCC
T
PPL
Oil production rate versus time
0
5
10
15
20
25
30
35
0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0TIME (h)
Oil p
rod
uc
tio
n r
ate
(M
stb
/D) Gas lift rate= 1894. Mscf/D
Side 15
Problemer og ”løsninger” knyttet til gassløft-ustabilitet
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!!
Side 16
Resultater for gassløftet brønn med ABBs WellCon
0 2 4 6 8 10 1270
80
90
100
110
120
130Casing Pressure
time [hours]
bar
0 2 4 6 8 10 12-10
0
10
20
30
40
50Total Oil Production Rate
time [hours]
kg/s
Open-Loop Closed-Loop
Open-Loop Closed-Loop
Side 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 & optimaliseringStabilisering & optimalisering av transiente eller vanskelige
operasjonsbetingelser (slugging etc.) Nærbrønnsmodellering
Forenklet modellering/implementering av innstrømning til brønn
Side 18
Norsk Hydros visjoner & utfordringer
Side 19
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 =
PETRONICSPETRONICS
Side 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