Accurate multiphase flow predictions for long tiebacks and subsea developments

IPN ACCURATE: Nøyaktig prediksjon av flerfasestrømning for lange tiebacks og subsea-utbygginger. For å redusere kostnader og minimere miljøpåvirkning knyttet til utvikling av nye olje- og gassfelt offshore, transporteres gass, olje og vann som en flerfasestrøm fra reservoaret i ett og samme rør. Ofte legges rørene fra brønnhodet til nærmeste mottaksmulighet på land. Alternativt kan de kobles til eksisterende infrastruktur på havbunnen, såkalte "tiebacks". Dette betyr at gass, olje og vann må transporteres sammen over store avstander; gjerne 50- 100 km og i del tilfeller betydelig lenger. Gode designbeslutninger trengs for å unngå operasjonelle problemer ved langdistanse flerfasetransport, og for å sikre lønnsomhet. Et godt beslutningsgrunnlag forutsetter at strømningen i disse lange rørene predikteres nøyaktig av simuleringsmodellene. En av utfordringene industrien står overfor, er relatert til "slugging", hvor væsken strømmer som en serie av væskeplugger (slugger) adskilt av store gassbobler. Slugging forårsaker massesvingninger og påfølgende vibrasjoner i røret, og potensielt også oversvømmelse av separatoren. Langvarige mekaniske påkjenninger i rørsystemet forårsaket av vibrasjoner kan gå på bekostning av integriteten til rørflenser. Dette kan føre til forurensende lekkasje av olje fra offshoreinstallasjoner. Dypvannsstigerør er spesielt utsatt, og designere av slike systemer er avhengige av pålitelige verktøy for å forutsi levetiden til utstyret. Mye av forskningen i Accurate er dedikert til å forbedre nøyaktigheten til "Slug Capturing"-modellen i LedaFlow som er rettet mot prediksjon av slugging. Arbeidet har resultert i betydelige modellforbedringer, spesielt med hensyn til prediksjon av lengde og frekvens av slugger. Den store etterspørselen og viktigheten av denne forskningen gjenspeiles i at to oljeselskap allerede bruker den siste FoU-versjonen av LedaFlow Slug Capturing i design av flere dyptvannsstigerør. Prosjekteringsarbeidet er spesielt rettet mot å forutsi mekaniske belastninger som forårsakes av slugging på nye rørledningssystemer for dypt vann. Den nye "Slug capturing"-modellen planlegges kommersialisert våren 2021. Målet er å gjøre LedaFlow Slug Capturing til en verdensledende teknologi innen prediksjon av slugging, og tilby et verktøy som kan hjelpe oljefeltoperatører slik at de unngår olje-relaterte uhell/ulykker samt andre alvorlige drifts- og sikkerhetsproblemer til en rimelig utviklingskostnad. I tillegg til arbeidet med slugging, er tre andre problemstillinger knyttet til flerfasemodellering adressert i Accurate: Veggfukting i trefase gassdominert strømning: Ved hjelp av flerfase-data fra eksperimentkampanjer blant annet utført i SINTEFs flerfaseanlegg er det utviklet en ny modell for å prediktere veggfukting i gassdominert strømning, og økningen i trykkfall som væskefilmen forårsaker. Modellen ble inkludert i den kommersielle LedaFlow-versjonen 2019. Forbedringen vil kunne redusere usikkerheten i trykktapsprediksjonene for lange gassrør, og dermed minske designmarginen på rørstørrelse og andre kostnadsdrivende investeringer. Dette kan ha stor betydning for design og utbygging av lange tiebacks for nye gassfelt. Olje-vann-interaksjon: En ny modell er utviklet for å prediktere overgang mellom separert olje-vann til dispergert olje-vann pg er relevant for både tofase olje/vann og trefasestrømning. Modellen er viktig for å beregne strømningsmotstanden i væskedominerte systemer fordi denneer kritisk avhengig av olje / vann-strømningsregimet. Nyvinningen vil bli kommersielt tigjengelig i 2021. Videre er en ny modell for å prediktere interfase-skjærspenning mellom olje og vann utviklet og inkludert i den kommersielle LedaFlow-versjonen i 2020. Vannakkumulering i oljetransportlinjer kan føre til alvorlige korrosjonsproblemer som truer installasjonens integritet, noe som potensielt kan føre til oljelekkasjeut i omgivelsene. Den nye modellen forbedrer prediksjon av vannakkumulering betydelig, spesielt i olje / vannsystemer med skrå rør. Dette vil tillate aktører å forutse hvor og når vannakkumulering vil skje, og dermed utvikle hensiktsmessige strategier for å forhindre dette under drift. Vertikal trefasestrømning: Nye målinger utført ved SINTEFs flerfaselaboratorium i 2020 indikerer at tilstedeværelsen av olje / vanndråper reduserer gassboblekapasiteten til væskeblandingen. Dette fører til lavere konsentrasjoner av gassbobler i trefasestrømning sammenlignet med tofase, og denne reduksjonen fører til økt trykkfall for trefasestrømning. Gassinnblandingsmodellen som brukes til nær-vertikal strømning er derfor forbedret ved å ta hensyn til tilstedeværelsen av olje / vanndråper. Den nye modellen er planlagt inkludert i den kommersielle LedaFlow-versjonen i 2021. Innovasjonsprosjektet Accurate eies av LedaFlow Technologies DA, og gjennomføres i nært samarbeid med SINTEF og Kongsberg Digital.

The majority of future field developments on the Norwegian Continental Shelf will likely be in subsea tiebacks, due to lower costs and a reduced CO2 footprint. The innovation project ACCURATE has delivered three key achievements for more accurate simulations of transport of unprocessed well stream over large distances: The Slug Capturing 2 model for slug prediction, already in use by major operators for optimal design of deep-water risers, enabling cost reductions while maintaining operational safety. A new LedaFlow model reducing uncertainty in the pressure drop predictions for long pipes with gas-dominated flow, thereby reducing the design margins and energy use. Significant improvements in LedaFlow's ability to simulate oil water interaction, enabling accurate prediction of flow resistance in liquid dominated systems and water accumulation. Two models resulting from ACCURATE are released in the commercial "Ledaflow 1D Engineering" software.Three more will follow in 2021.

Long tiebacks will be a key technology for the resources to be developed in the future in the NCS as they can: (a) Make economically viable marginal or small oil and gas developments (b) Extend the life of existing production installations and infrastructures (c) Maintain production levels. The proposed project represents a step change in the design of safe and cost-efficient tiebacks and subsea systems through accurate prediction of multiphase flow systems in the transient simulator LedaFlow. In this project, new and improved predictive multiphase flow models will be developed and validated using unique three-phase flow experimental datasets. Most existing experimental datasets only cover two-phase gas-liquid flows, and have a fundamental lack of detailed measurements. Access to high-quality three-phase data with detailed measurements paves the way for more advanced models and subsequently more accurate and reliable predictions. At present, no commercial tool can provide the models planned to be developed in this project and it can be a substantial market differentiator for LedaFlow. The ACCURATE project is organized in 5 work packages (H1-H5): H1:New wall film model to improve pressure drop predictions at high USG and low USL H2: New models for oil-water dispersions and oil-water flow regimes in three-phase flows H3: New closure laws to improve the predictions in unsteady flows H4: Continuous closing of modelling gaps based on new acquired data H5:LedaFlow software releases and case models for demonstrating new functionality. The new models will be incorporated in the commercial releases, after thorough testing of the implementation. The rapid path from advanced multiphase modelling at the research forefront to commercial implementation to the benefit of operators and others using LedaFlow is a strong quality of the consortium and ensures value creation from scientific progress at an earliest possible time.