Coalescing Valve for next generation petroleum processing

Den Koaleserende ventilen er et nytt og banebrytende ventilkonsept som vil kunne forme fremtidens petroleumsprosessering. Det nye og innovative designet gjør at den Koaleserende ventilen øker effektiviteten til nedstrøms prosessutstyr. Dette vil kunne muliggjøre mer kompakte og effektive prosessanlegg, lengre og mer lønnsom produksjon, og reduksjon av klimagassutslipp og miljøpåvirkning. Hovedmålet med dette prosjektet har vært å føre det Koaleserende ventilkonseptet gjennom en fullskala prototyptest i et kontrollert laboratoriemiljø. Dette innebar blant annet å designe og bygge en fullskala Koaleserende prototypeventil. God utnyttelse av koalesens og dråpevekst er sentralt for den Koaleserende ventilen. Vi har derfor undersøkt, utviklet og testet hypoteser som forklarer hvordan de forskjellige delene av ventilens utforming påvirker dråpekoalesensen. Vi har gjennomført forsøk for å indentifisere hva som kjennetegner optimal koalesens og for å lære hvordan vi best mulig kan implementere denne kunnskapen i det nye ventildesignet. Forskningen innebar blant annet studier av forskjellige geometriske trekk ved ventilen, undersøkelser av fysiske og kjemiske egenskaper ved petroleumsstrømmer, og å lære mer om samspillet mellom den Koaleserende ventilen og effektiviteten til nedstrøms prosessutstyr. Etter oppstart i september 2021 har vi gjennomført alle prosjektets seks hovedaktiviteter. I aktivitet 1 ferdigstilte vi prosjekt planen, kvalifiseringsprogrammet (TQP) og akseptkriteria. I aktivitet 2 gjennomførte vi forskning både på koalesens og på utformingen av strømningskanalene i ventilen. Her undersøkte vi hvordan de forskjellige designelementene og de eksterne prosessbetingelsene påvirker koalesensen. Basert på denne studien har vi utarbeidet modeller og utformet design elementer for prototypen. Målet med aktivitet 3 var å designe en Koaleserende prototypeventil basert på den nye kunnskapen vi opparbeidet gjennom aktivitet 2. Som del av aktivitet 3 har vi også utarbeidet et rammeverk som skal brukes til å designe ventiler med høyere kapasitet. Aktivitet 4 var å bygge prototypen vi designet i aktivitet 3. I aktivitet 5 gjennomførte vi in-housetesting, hvor vi sammenlignet prototyperesultatene med de forhåndsbestemte akseptkriteria. Til sist var aktivitet 6 å gjennomføre en eksternt bevitnet prototypetest. Målet med denne testen var å undersøke hvor stor den positive innvirkningen av den Koaleserende ventilen er på virkningsgraden til vannrenseutstyr. Vi fant at virkningsgraden til både hydrosykloner og kompakte flotasjonsenheter i høy grad ble forbedret ved hjelp av den Koaleserende ventilen. Prosjektet har vært vellykket. Vi har tilegnet oss viktig ny innsikt i de styrende faktorene for koalesens og til å designe den Koaleserende ventilen. Denne nye kunnskapen ble implementert i den Koaleserende prototypeventilen. Med den Koaleserende ventilen installert oppstrøms ble det demonstrert en betydelig økning i virkningsgraden til vannrenseutstyr for produsertvannsbehandling. Med bakgrunn i disse resultatene anbefales en felt test som det neste steget i utviklingen. Felttesten vil være en nøkkel til å forstå i hvor stor grad de banebrytende resultatene som ble oppnådd under prototypetestingen, også vil være gjellende i en feltapplikasjon.

The project has demonstrated outcomes and impacts such as: - Introducing a groundbreaking new valve concept within multiphase flow control - Discovering and verifying new knowledge related to droplet-droplet coalescence - Improving oil-water separation and increasing production capacity of existing developments Through a field demonstration and implementation, the Coalescing valve has the potential for outcomes and impacts such as: - Help achieving UN Sustainable Development Goals and OG21 objectives - Enabling more compact and efficient (unmanned) separation systems and production platforms - Facilitating automation and digitalization - Enabling tie-backs and other field developments, constrained today by space and weight - Reducing the cost of future field developments, both tie-backs and greenfields - Simplifying/minimizing downstream treatment of oil and water (both new and existing facilities) - Reducing energy consumption and use of chemicals during production, separation, and treatment - Reducing discharge of oil and chemicals to the environment and emissions to the air

Turbulence in traditional flow control units like valves and pumps breaks droplets of oil in water and water in oil. The consequence of droplet breakup is significantly reduced efficiency of downstream separation processes. Together with the participating companies, we aim at introducing a groundbreaking new concept; the new Coalescing Valve technology combines flow control and droplet coalescence, two normally counteracting processes. The energy released during flow control is used constructively to enlarge the size of the oil droplets, thereby boosting downstream separation processes. The Coalescing Valve is a potential quantum leap within petroleum processing, and has positive effects on both oil and water quality. Tie-backs that today are constrained by space and weight are enabled through leaner unmanned automatized/digitalized production systems, using the Coalescing Valve. By facilitating fewer, more compact and efficient downstream treatment steps, the Coalescing Valve gives higher energy efficiency by reducing the overall energy consumption and demand. This in turn reduces climate gas emissions and the overall environmental impact of the process plant. These next generation production plants will enable exploitation of particularly difficult regions that are environmentally vulnerable, less profitable, and marginal. Through the Coalescing Valve, the objective of reaching a cleaner production, resulting in reduced emissions and discharges to the environment, is met with significantly less technical and chemical efforts, at lower capital and operating expenditure than today. The innovative Coalescing Valve builds upon previous research developments and scientific literature. The concept and underlying principles are however far from fully understood. Extensive research on fundamental principles of coalescence and how to best apply this new knowledge will be undertaken while optimizing and qualifying the Coalescing Valve for long-term industrial multi-use.