ChemFlow - Enabling subsea tiebacks with complex fluid chemistry

IPN ChemFlow - Muliggjøring av subsea tie-backs med komplekse fluider. For å minimere miljøavtrykket og redusere kostnadene knyttet til petroleumsproduksjon, vil mange nye feltutbygginger sannsynligvis realiseres som såkalte "tiebacks"; undersjøiske rør som transporterer brønnstrømmen til permanente installasjoner. I mange tilfeller vil tiebacks være det eneste alternativet for å utvikle offshore-felt kostnadseffektivt. Tiebacks krever dog som regel lengre rørledninger og dermed større nøyaktighet på prediksjoner fra simuleringer fordi den totale usikkerheten i prediksjonene er proporsjonal med lengden av rørledningen. De fleste produksjonssystemer leverer petroleumsstrømmer med kompleks kjemi. Kompleksiteten oppstår enten fra kjemiske forbindelser som naturlig forekommer i produksjonsstrømmen eller kjemikalier som tilsettes for å forhindre korrosjon eller andre transportproblemer. Tilstedeværelse av kjemikalier kan endre strømningsegenskapene drastisk og potensielt forårsake alvorlige problemer som ustabiliteter, dårlig separasjon, skumdannelse og dermed produksjonstap. Industrien har ikke verktøy for å forutsi problemer forårsaket av kjemikalier siden eksisterende modeller bare kan håndtere "ideelle" fluidsystemer. Dette er spesielt viktig I forbindelse med tieback-løsninger, hvor kjemikalie-injeksjon ofte må økes for å kompensere for at tilkoblede rørledninger tynner ut kjemikaliekonsentrasjonen. Konsekvensen er at beslutninger knyttet til prosjektering og drift av produksjonssystemer for olje og gass er basert på ufullstendig informasjon og kan være suboptimale fra både et økonomisk og miljømessig synspunkt. For å avhjelpe dette har ChemFlow som mål å utvikle enkle, robuste karakteriseringsmetoder for komplekse fluidsystemer. ChemFlow vil også utvikle nye modeller i flerfasesimulatoren LedaFlow, slik at industrien kan forutsi oppførselen til komplekse væskesystemer. Ved å utføre flerfase strømningsforsøk i rør kan nøyaktigheten til de nye prediksjonsmodellene valideres. Det antas at de planlagte innovasjonene vil være viktige for utvikling av lønnsom petroleumsproduksjon med redusert CO2-avtrykk og minst mulig bruk av kjemikalier. ChemFlow bidrar dermed til tieback-løsninger som kan spille en nøkkelrolle for Norges evne til å oppfylle utslippsmål samtidig som en konkurransedyktig næring opprettholdes. Eksport av teknologien kan ha betydelig innvirkning på miljøavtrykket fra olje- og gassindustrien globalt. I løpet av det første året har ChemFlow nådd flere viktige milepæler: * Ny funksjonalitet som forbedrer nøyaktigheten ved simulering av trefase vertikal strømning og slug-strømning hvor væskeplugger er adskilt av gasslommer er gjort kommersielt tilgjengelig i Ledaflow versjon 2.7 som inkluderer Slug Capturing 2. * Modellering av surfaktant-stabilisert gass/væske systemer er godt i gang basert på eksperimentelle data tidligere generert i flerfaselaboratoriene på Tiller og feltdata som prosjektets partnere har delt. De foreløpige resultatene indikerer at ustabil strømning kan oppstå dersom det er et lag av fritt vann i en strømning med olje og vann. * Eksperimentene planlagt for 2021 er nesten fullført. De første kampanjene fokuserte på væskedominert olje/vann strømning samt trefase strømning (gass/olje/vann) med og uten tilsetting av råolje. En stor mengde relevante data er generert og disse vil være gjenstand for inngående analyser og modellering i 2022. Før utgangen av 2021 skal det også gjennomføres en eksperimentell kampanje som demonstrerer overgang mellom stratifisert (lagdelt) strømning og slug-strømning. * Arbeidet med fluid karakterisering har også hatt en god start med fokus på gass/væske systemer. Både skumdannelse og grenseflate reologi er studert. Innovasjonsprosjektet ChemFlow eies av LedaFlow Technologies DA. Partnere er SINTEF, Kongsberg Digital,TOTAL E&P, ConocoPhillips og Lundin. Prosjektet vil ha stor nytte av interaksjon med partnerrepresentanter i USA og Frankrike.

To minimize the environmental footprint and reduce the costs of the petroleum production, many future field developments are likely to be tiebacks to permanent installations. In many areas, tiebacks are the only option to develop offshore fields cost efficiently. Most petroleum production systems deliver fluids with complex physical chemistry, where the complexity arises either from natural surfactants or chemicals added to prevent corrosion or other flow assurance issues. The presence of chemicals/surfactants can change the flow behaviour drastically, potentially causing severe problems such as flow instabilities, poor separation, foaming, and thus production loss. The industry is not equipped to predict problems associated with chemicals and surfactants, as current models can only deal with "ideal" fluid systems. The consequence is that decisions regarding design and operation of petroleum production systems are based on incomplete information and are suboptimal from both an economic and environmental viewpoint. To improve this, ChemFlow aims to develop simple, robust characterization methods for complex fluid systems. ChemFlow will also develop new models in the multiphase flow simulator LedaFlow, enabling the industry to predict the behaviour of complex fluid systems. By conducting multiphase pipeline flow experiments, accuracy of the new prediction models can be validated. It is believed that the planned innovations will be important for profitable development of petroleum production systems with reduced CO2 footprint and minimum use of chemicals. ChemFlow contributes to tieback solutions that can play a key role for Norway's ability to meet emission targets while maintaining a competitive industry. Furthermore, export of the technology can have a significant impact on the environmental footprint from global oil and gas industry.