produksjonsoptimalisering og automatisk styring av brønner og rørledninger
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 PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Produksjonsoptimalisering og automatisk styring av brønner og rørledninger](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062309/56813d4d550346895da7075a/html5/thumbnails/1.jpg)
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
![Page 2: Produksjonsoptimalisering og automatisk styring av brønner og rørledninger](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062309/56813d4d550346895da7075a/html5/thumbnails/2.jpg)
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
![Page 3: Produksjonsoptimalisering og automatisk styring av brønner og rørledninger](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062309/56813d4d550346895da7075a/html5/thumbnails/3.jpg)
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
![Page 4: Produksjonsoptimalisering og automatisk styring av brønner og rørledninger](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062309/56813d4d550346895da7075a/html5/thumbnails/4.jpg)
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
![Page 5: Produksjonsoptimalisering og automatisk styring av brønner og rørledninger](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062309/56813d4d550346895da7075a/html5/thumbnails/5.jpg)
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
![Page 6: Produksjonsoptimalisering og automatisk styring av brønner og rørledninger](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062309/56813d4d550346895da7075a/html5/thumbnails/6.jpg)
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
![Page 7: Produksjonsoptimalisering og automatisk styring av brønner og rørledninger](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062309/56813d4d550346895da7075a/html5/thumbnails/7.jpg)
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
![Page 8: Produksjonsoptimalisering og automatisk styring av brønner og rørledninger](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062309/56813d4d550346895da7075a/html5/thumbnails/8.jpg)
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
![Page 9: Produksjonsoptimalisering og automatisk styring av brønner og rørledninger](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062309/56813d4d550346895da7075a/html5/thumbnails/9.jpg)
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
![Page 10: Produksjonsoptimalisering og automatisk styring av brønner og rørledninger](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062309/56813d4d550346895da7075a/html5/thumbnails/10.jpg)
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
![Page 11: Produksjonsoptimalisering og automatisk styring av brønner og rørledninger](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062309/56813d4d550346895da7075a/html5/thumbnails/11.jpg)
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
![Page 12: Produksjonsoptimalisering og automatisk styring av brønner og rørledninger](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062309/56813d4d550346895da7075a/html5/thumbnails/12.jpg)
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]
![Page 13: Produksjonsoptimalisering og automatisk styring av brønner og rørledninger](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062309/56813d4d550346895da7075a/html5/thumbnails/13.jpg)
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
![Page 14: Produksjonsoptimalisering og automatisk styring av brønner og rørledninger](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062309/56813d4d550346895da7075a/html5/thumbnails/14.jpg)
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
![Page 15: Produksjonsoptimalisering og automatisk styring av brønner og rørledninger](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062309/56813d4d550346895da7075a/html5/thumbnails/15.jpg)
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!!
![Page 16: Produksjonsoptimalisering og automatisk styring av brønner og rørledninger](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062309/56813d4d550346895da7075a/html5/thumbnails/16.jpg)
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
![Page 17: Produksjonsoptimalisering og automatisk styring av brønner og rørledninger](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062309/56813d4d550346895da7075a/html5/thumbnails/17.jpg)
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
![Page 18: Produksjonsoptimalisering og automatisk styring av brønner og rørledninger](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062309/56813d4d550346895da7075a/html5/thumbnails/18.jpg)
Side 18
Norsk Hydros visjoner & utfordringer
![Page 19: Produksjonsoptimalisering og automatisk styring av brønner og rørledninger](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062309/56813d4d550346895da7075a/html5/thumbnails/19.jpg)
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
![Page 20: Produksjonsoptimalisering og automatisk styring av brønner og rørledninger](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062309/56813d4d550346895da7075a/html5/thumbnails/20.jpg)
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