Stadig dypere

Medarbeiderne på Norsk Hydros Forskningssenter arbeider spreng for å finne fremtidens utbyggingsløsninger for utvinning av olje og gass. – Målet er å utvikle et sett av komponenter som kan tilpasses mange forskjellige felt og reservoarforhold. Dette skal redusere utbyggings- og driftskostnader, kraftbehov og utslipp til omkringliggende omgivelser, forteller sjefsforsker Per Eivind Gramme i Norsk Hydro.

Overingeniør Sven Arne Kjølberg understreker at ingen felt er like. – Vi må ha et sett med byggeklosser som består av nedihullsutstyr og havbunnsinstallasjoner. Slik kan vi drenere mindre felt hvor økonomien ikke tåler tradisjonelle oljeinstallasjoner, sier han.

Hittil har store deler av utbyggingsløsningene til havs krevd overflateinstallasjoner for å kunne separere olje, gass og vann. Målet er å unngå slike fordyrende installasjoner. Et ubemannet anlegg på og i havbunnen kombinert med prosesserings- og lageranlegg på land er langt bedre.

Basisforskning

Forskerne har gått tilbake til basisforskning for å finne de beste løsningene for morgendagens feltutbygginger. – Vi var svært overrasket over at det nesten ikke fantes relevant detaljert prosesskunnskap rundt hva som skjer i innløpet i en innløpsseparator. Selve oljeseparasjonsprosessen blir i stor grad kjørt på antagelser og erfaring, men er i liten grad basert på vitenskapelige undersøkelser. Dette er årsaken til at mange av feltoperatørene har store driftsproblemer med separasjonstogene på dagens oljeinstallasjoner. Vi gikk tilbake laboratoriet for å finne ut hva som skjer, og finne nye løsninger, forteller Gramme.

Spesielt når oljeinstallasjonene er over platåproduksjonen, det vil si topproduksjonen, oppstår problemer. Da endres olje–vannforholdet, slik at forholdene i separatoren endres. – Vanligvis er separatoren konstruert for optimale forhold, men de oppstår aldri. Med anlegget her i Porsgrunn kan vi utforske, eksperimentere og verifisere nye løsninger før de settes ombord på plattformene. Det gir oss unike muligheter til å komme i forkant og utvikle riktige prosedyrer for å kjøre separasjonen, sier Gramme og Kjølberg.

Enklere separasjon

På tradisjonelle plattformer skal opptil 40 forskjellige oljebrønner inn i samme innløpsseparator. Hver brønn har sin karakteristikk og produksjonsrate. Når disse brønnene samles i manifoldene før innløpsseparatoren, oppstår en miks som kan bli vanskelig å separere. Ved hjelp av store mengder kjemikalier, lange oppholdstider og elektrostatiske filtre produseres salgbar råolje. – Ved å bruke nedihullsseparasjon unngås store mengder av de problemene som oljeselskapene i dag har på feltene på norsk sokkel. I reservoaret separeres fluidene mye raskere enn hva de gjør på dekk på en oljeplattform. Derfor er det enkelt å separere olje fra vann. Væsketemperaturen og trykket er optimalt for råoljeproduksjonen. Forskningen viser at stort sett alle problemer knyttet til oljeproduksjonen skyldes trykkfallet og temperaturforskjellene som oppstår fra reservoaret og opp på dekk. Ved å fjerne vannet i reservoaret reduseres korrosjon og utfelling av komponenter som hydrater og asfaltener som tetter stigerørene. Disse fenomenene mener vi kan unngås ved separasjon i reservoaret, forteller Gramme.

Fjerner produsert vann

Når vannet separeres fra oljen i reservoaret under ideelle forhold, så er gjennomløpstiden separatoren redusert fra inntil 10 minutter, ned til få sekunder. Utstyret som brukes er mindre både av størrelse og kompleksitet. Dessuten vil det mest sannsynlig kreves svært liten kraft til å pumpe vannet tilbake til reservoaret igjen.

Dagens utbyggingsløsninger krever store anlegg på plattformen for å behandle produsert vann, samt å pumpe dette tilbake til reservoaret. I de aller fleste tilfeller tappes produsert vann rett på sjøen med store miljøutslipp som resultat. Gramme påpeker at selv om kravene til utslipp av produsert vann går på oljeinnhold i vannet. maks 40 ppm, er det sporstoffene fra kjemikaliene som brukes og vannløslige organiske oljekomponenter som utgjør den største trusselen for miljøet. – Olje kan estetisk se fæl ut og skade sjøfugl og dyr i overflaten, men alkylfenoler i oljen og kjemikaliene påvirker marine dyr hormonelt, slik at reproduksjonsevnen reduseres.(Se TU 44 side 12-13) Konsekvensene av dette vet vi lite om.

Selvregulerende

Norsk Hydro har hittil arbeidet med H-sep, som separerer olje og vann i reservoaret. Etter planene skal denne prøves ut på Ullrigg i Stavanger i vinter. – Vi må prøve ut på land før vi installerer H-sep offshore på Brage. Vi må finne de rette prosedyrene og må ta frem nødvendige verktøy for å ferdigstille og sette i drift brønn med separator, forteller Kjølstad.

Men arbeidet med å utvikle nedihullsutstyr stopper ikke opp med den første prototypen. Allerede nå har forskerne kjørt tester med en gass-olje-vann separator ved forskningsanlegget i Porsgrunn. Hydro har brukt en råoljeblanding fra Njord samt en transparent modellvæske med tilsvarende separasjonsegenskaper. En av testseparatorene ble laget i pleksiglass slik forskerne kunne studere separasjonen i detalj. – Vi må ha et selvregulerende system for en trefase separasjon nede i reservoaret. Da må vi være ekstra nøye med å utforme utløpsdelen i separatoren. Dessuten må separatorene være spesialkonstruert for hvert enkelt felt, forteller Gramme

Tungolje

Forskerne i Porsgrunn mener at å separere olje og vann nede i brønnen vil være spesielt lønnsomt for tungoljefelt. Tung olje har dårlige separasjonsegenskaper. Den inneholder mange calsiumnaftener, asfaltener og organiske stoffer som stabiliserer emulsjoner. I horisontale brønner på tungoljefelt er olje og vann stort sett helt adskilt. For å løfte olje opp til dekk, er det behov for store pumper nedi brønnen. Nesten alle problemer ved tungoljeproduksjon kan knyttes til disse pumpene. Olje og vann blandes som i en coctailmikser og blir svært vanskelig å håndtere både i stigerør, manifolder og i innløpseparatoren. – For et felt som Grane hadde nedihullsproduksjon nærmest vært ideelt. Små, enkle undervannsenheter kombinert med en enkel overflateinstallasjon eller transport inn til land, ville vært langt mer lønnsomt enn en løsning med en stor plattform ute i havet, mener Gramme.

– En desentralisert oljeproduksjon vil bidra til å redusere miljøutslippene både i form av redusert mengder CO2. Det kan lages slik at gass kan pumpes tilbake i reservoaret, samt at vi kan redusere bruken av kjemikalier og dermed bedre livsmiljøet i havet, understreker sjefsforskeren. Både Gramme og Kjølberg regner med at Norsk Hydro har et forsprang siden de er det eneste oljeselskapet med et forsøkslaboratorium med muligheter for å simulere de riktige reservoarforholdene med bruk av råolje rett fra de aktuelle felt. – Da kan vi skaffe til veie riktige resultater med en gang og redusere igangkjøringskostnadene offshore med flerfoldige millioner, forteller Kjølberg.