PETROMAKS2-Stort program petroleum

Røroppvarming er en etablert, kostnadseffektiv og miljøvennlig metode for å hindre voks og hydratdannelse i undersjøiske rørledninger. Teknologien har sin opprinnelse i Norge, og er i dag i bruk til oppvarming av mer enn 20 undersjøiske rørledninger som har en lengde på opp til 43 km, og som har blitt installert på havdyp ned til 1070 meter. Røroppvarming er basert på det faktum at en elektrisk vekselstrøm (AC) i en metalleder genererer varme. Ved å bruke stålrøret som en elektrisk leder blir varme tilført olje/gas strømmen, og temperaturen kan således holdes over den kritiske temperaturen for dannelse av hydrater og voks. Ved å gå fra et røroppvarmingssystem som driftes med en frekvens på 50/60 Hz, til et system som driftes med en frekvens på opp til 200 Hz, kan en rekke forbedringer oppnås. En viktig forbedring ved å øke frekvensen er at strømbehovet går ned, noe som direkte reduserer størrelsen, vekten og kosten på kraftkabelen. En mindre og lettere kabel er også gunstig i forbindelse med utvikling av dypvannsfelt. Tester og beregninger er utført for å studere hvordan DEH design og materialegenskaper påvirker varmeutviklingen i røret og dimensjoneringen av DEH systemet ved frekvenser fra 50 til 200 Hz. Analysene viser at DEH kabeltverrsnittet kan reduseres med 25% ved 100 Hz og 50% ved 200 Hz (sammenlignet med 50 Hz) for rørledninger opp til 30 km. For lengre lengder enn 50 km reduseres fordelene med å øke systemfrekvensen. Prosjektet har gitt ny kunnskap om AC korrosjon. Tester er utført og viser at korrosjon på katodisk beskyttet stål (X65) er uavhengig av strømtetthet og frekvens i det testede området, og at stålet kan bli utsatt for betydelig høyere strømtetthet enn tidligere kjent uten å korrodere. For anoder (som er laget i aluminium) viser tilsvarende tester at bruk av høyere frekvens reduserer korrosjonsgraden, dette gjelder også ved høyere strømtettheter enn det som brukes i dag. Denne kunnskapen betyr at man kan bruke færre anoder og dermed spare kost. I tillegg vil denne kunnskapen også forenkle design av komplekse undervannssystemer. Installasjonsbetraktninger for dypvannsfelt har blitt utført i prosjektet. For å redusere nødvendig lengde med kabel, forenkle installasjonen og redusere offshore-tid, er det vurdert å bruk en spesiell skjøt for kobling under vann. Innføringen av en slik skjøt reduserer nødvendig lengde med kabel og dette vil gi betydelige besparelser i forbindelse med et dypvannsprosjekt. En prototype skjøt har blitt testet ved lavt trykk og testing ved høyt trykk pågår. Kabeldesign for dypt vann har blitt vurdert i prosjektet. En utfordringene med en kabel som skal forsyne et dypvannsfelt er det høye toppstrekket man får på grunn av kabelens vekt, og risikoen dette medfører for mekanisk overbelastning av kabelens indre elementene. For å redusere kabelvekten og øke aksiallastkapasiteten til en kabel, kan den tradisjonelle stålarmeringen erstattes med karbonfiberarmering. Bruken av karbonfiber som armering introduserer nye utfordringer til den mekaniske terminering av armeringen. Et konvensjonelt termineringsarrangement kan ikke brukes da en slik løsning vil knuse karbonfibertrådene. Et utviklingsprogram for å kvalifisere karbonfiberarmering pågår og et konsept for mekanisk terminering er etablert basert på omfattende småskalatesting. En prototype må bygges og testes for å kvalifisere løsningen. Kostnaden for DEH prosjekter kan reduseres betydelig ved bruk av høyere frekvens da mindre og lettere kabler kan brukes og mindre anoder er påkrevd. Hvor stor besparelse man kan få er prosjektavhengig, men for rørledninger opptil 50 km er det en klare kostnadsbesparelse sammenlignet med et 50 Hz system. For lengder lenger enn 50 km, er kostnadsbesparelsene ikke like fremtredende. Reduksjon av ledertverrsnitt (kobber) i kabelen med opptil 50% har en positiv miljøeffekt på grunn av en tilsvarende reduksjon i karbonavtrykk. Et typisk prosjekt på 30 km kan redusere kobberbehovet med opptil 138 Te. Ytterligere fordeler med redusert kabelvekt og volum kan ses for transport og installasjon.

Direct Electrical Heating (DEH) of offshore pipelines is an established cost efficient and environmental friendly method for flow assurance with its origin in Norway. Consequently, for existing field developments the major part of the engineering work, manufacturing, supplies and installations has been based on contracts with Norwegian companies. At present the method is far from fully exploited at the same time as it is being challenged by new heating methods under development. Therefore, to further increase the competitiveness of the DEH technology an innovative step is proposed. By going from a DEH system operated at the standard power frequency of 50/60 Hz to a system operated with a frequency up to-200 Hz, clear benefits on several of the involved components as well as on the whole system are realized. A key is the reduction of DEH current which directly reduces the size and weight of the power cables. Furthermore, this results in lower energy losses, reduced interference with neighbouring installations, and less complex DEH grounding system. Operation at higher frequencies is believed to directly result in better system utilization and less AC corrosion. Although some of the involved DEH components are already well suited up to200 Hz operation in the expanded operational environment, more research and development are needed to realize the innovation: Determination of the relationship between AC corrosion and frequency under different operating conditions Exploration of the influence of thermal and mechanical stresses on the electromagnetic properties of steel pipe surfaces Development of DEH cables suitable for operation at frequencies up to 200 Hz and in ultra deep waters (3000 m) For the already existing application area, the increased competitiveness given by the new DEH system is anticipated to maintain the level of activity, even in the challenging market situation. For the expanded application area, new sales are anticipated.