Petroleumsteknologi GK (produksjon-delen)

Transkript

1 Petrleumteknlgi GK (rdukjn-delen) Jn Steinar Gudmundn Deember 007 PRODUKSJON AV OLJE OG GASS LEVERINGSEVNE ILSANDER I RESERVOARER INNSRØMNING OLJE INNSRØMNING GASS RYKKPROFILER I BRØNNER LØFEKURVER KUNSIG LØF PROSESSERING AV OLJE OG GASS BLOKK- OG FLYDIAGRAM KOMPRESSORER OG KOMPRESJON PRODUKSPESIFIKASJONER GASSHYDRAER RYKKAP I RØRLEDNINGER SEPARAORER OG SEPARASJON Penum i emnet - Freleningene - Ka 9, Well Dynami Behaviur, Jahn et al 1998, hele kaitlet - Ka 10, Surfae Failitie, Jahn et al 1998, ider Petrleumrdukjn mhandler - Nærbrønnmrådet, a 10 m radiu - Strømning i brønn, rdukjnrør (tubing) - Brønnhde/brønnramme (temlate) - Brønnledning (flwline) fra ramme til a) lattfrm b) terminal - Preering å lattfrm (g terminal) Leveringevne (deliverability) - Analye g å yntee (rtere g å ette ammen) - Rate q g trykk hvedarameter - Reervarytele (reervir erfrmane) - Inntrømningytele (inflw erfrmane) - Uttrømningytele (rdukjnrør/tubing erfrmane), utflw erfrmane 1

2 iltander g trykkrfil i reervarer - rykkrfil fra r w til r e, fra brønnradiu t ytre grene k ermeabilitet φ røitet kmreibilitet h reervar tykkele r w brønnradiu r e reervar radiu (radielt ytem) e ekteriør w wf brønntrykk (wf well flwing) e trykk ved reervar ytre grene (ekteriør) R reervartrykk i rdukjn - Dary lv u q ua k d μ dr A πrh Integrere fra r g til r w g wf, dermed kanellere minu ut wf μqb + πkh ln r r w q q B B V V u Dary hatighet filtreringhatighet (baere å hele trømningarealet)

3 - Steady-tate (tajnært tiltand), SS - Peudteady-tate (eudtajnært tiltand), PSS - ranient tate (ikke-tajnært tiltand) - Reervar neten m flat annekake, k, φ, h,, brønn har, teting gir gruene kh (ermeability thikne) m gir trømningkaaitet g φh (rity-mreibility thikne) m gir lageringkaaitet (av lje g/eller ga) 3

4 4 - PSS tår når trykkrfilene møte Reervartrykk i ljereervar mt tid (kumulativ rdukjn) - Vanlig tiltand PSS (når ingen injekjn av ga eller vann) - R ynker med tid, eller med N, kumulativ rdukjn - i er initialt reervartrykk ( R ) i t V B N f t S + t h A B q t i R φ t er ttal kmreibilitet S + f hvr S tår fr metning Hvi lje g ga g vann rduere, uttrykke den ttale kmreibiliteten w w g g f t S S S + + +

5 Inntrømning (lje) - PSS rateligning q πkh( re μ B ln rw R wf ) 3/ Prduktivitetindek q PI PI ( R wf πkh r e μ B ln 3/ rw 4 ) + - PSS trykkligning μ qb re R ln 3/ + πkh rw wf 4 Skinnfaktr - Skadet nærbrønnmråde, >0 - Stimulert nærbrønnmråde, <0 - Gemetrik kinn - Utfelling (BaSO4, afaltener) gir >0-5

6 6 Vannkning (ikke mhandlet 007) - Vertikal brønn, vann dra til erfreringene - Hrintal brønn, vannrygg dra til brønnbanen Inntrømning, ga - Rateligning fra Dary lv e wf g w e g d z r r kh q μ π 1 ln - Peudtrykk (eudreure), generell løning g d z m 0 ) ( μ - Peudtrykk fr inntrømning ) ( ) ( ) ( wf e g m m d z m e wf Δ μ - Rateligningen (inntrømning, inflw) fr PSS (eud-teady tate), generell løning [ ] ) ( ) ( 1 4 3/ ln wf R w e g m m r r kh q + π - Løningmetde, trykkfunkjnen z F μ g ) ( integrere numerik mellm R g wf

7 - Seifikke løninger Lavt trykk, trykkfunkjn øker lineært Δ m( ) R wf Høyt trykk, trykkfunkjn kntant (amme m fr lje) Δ m( ) R wf Reervartemeratur - emeratur mt dy - Furier lv d q ka dx rykkrfiler i brønner (ved trømning) - Ren ljebrønn - Ren gabrønn - Oljebrønn med bbleunkt i rdukjnrøret 7

8 8

9 Brønnbygging - Fringrør (aing) ementert fra brønnhde til bunn - Fringrøret erfrert i ljebærende frmajn(er) - Prdukjnrør (tubing) inne i fringrøret (annulu, ringrm i mellm) - Pakker feter bunnen av rdukjnrører til fringrøret g tetter - Oljerdukjnen igjennm erfreringene g rdukjnrøret - Nedihull ikkerhetventil, å dy fra brønnhde Brønnhde (juletre) g amletkk (manifld) - materventiler (enten fult åen eller tengt) - En ventil å t fr lggeerajner (tengt) - Vingventil å leggen ut fra brønnen (bruke fr å åne g tenge brønnen) - Strueventil etter vingventilen (tyrer brønntrømmen) - Alle brønner føre til amletkk, derfra til reearatr - Enkelte brønner kan kble fra amletkk til tetearatr 9

10 Løftekurver (Outflw Perfrmane) - rykkta måle/beregne fra brønnhde til brønnbunn (fra th til wf ) - Hver løftekurve gjelder kun et brønnhdetrykk g betemt tubing (rdukjnrør) Statik trykk mt dy - Ren ljebrønn ρgl - Ren gabrønn (bruker nittverdier av z g ) gm ex L zr 10

11 Kuntig løft - Nedihulluming - Galøft Pumer - Vlumetrike (temelume) - Dynamike (entrifugal ume) - Rate avhenger diameter løehjul - rykk generert avhenger antall trinn Ideell umeeffekt/wer (enhet W) P qδ Reell umeeffekt 1 P qδ η Hvr η er virkninggrad, tyik 0,8 ved deignbetingeler Karakteritik kurve (entrifugal ume) Alle umer må ha høyt nk ugetrykk, eller kan væken begynne å kke trøm umen Dette uttrykke ved NPSH (Net Pitive Sutin Head) I ljeindutrien hvr lje fra earatrer kal ume, er dette viktig frdi ved earatrbetingeler er ljen å metningunktet (enhver trykkredukjn vil føre til dannele av bbler) Når bble kllaer i umen kalle det kavitajn, ne m ødelegger umen Med g uten ESP (eletrial ubmerible um) uming - rykket lang tubingen (rdukjnrører) et t - Brønnhdetrykket er th ( WHP) 11

12 Med g uten galøft (GL) - rykket lang rdukjnrører t (trykk i tubingen) vie til ventre, hvr th er brønnhdetrykket (WHP) - rykket i erfreringene, wf vie til høyre Nedihull ume eller kmrer kan øke trømningraten (Aelerate Revery) g/eller øke utvinnbare reerver (Inreae Revery) 1

13 PROSESSERING AV OLJE OG GASS (i Nrge) - På lattfrmer - Undervann (ubea) - Ilandføringterminal - Surfae Failitie, Jahn et al 1998 Blkkdiagram, flytdiagram g PID - Blkkdiagram, enkle bker med trek-iler mellm - Flytdiagram, vier direkte hvilke uttyr bruke (amme uttyr m venfr) - PID (iing and intrument diagram), vier ventiler g intrumentering, gå trømnummer m vier til tabell med fyike verdier - Flytdiagrammer fr Nyhamna g Kritin (e lenk å refaget) 13

14 Kmrerer g kmrejn - Karakteritik kurve - Surge ntrl (kntrll av tilbaketrømning) - Kmrereffekt (adiabatik) k 1 m k k P R 1 1 M k k 1 k C k C v Prdukteifikajner - Olje Damtrykk, VP (true vaur reure), RVP (Reid vaur reure) BS&W (bai ediment & water) emeratur ver flyteunkt (ur int) Saltinnhld (NaCl mm) Svvelinnhlde (HS mm) - Vann Oljeinnhlde, < 40 m fr utli til jø Partikler, < 50 g/m3 - Ga Hydrkarbn (HC) duggunkt, 5-10 C under mgiveletemeratur Vann duggunkt, 5 C under HC duggunkt Brennverdi (GCVgr alrifi value) Wbbe indek (WIGCV/ γ ) Ikke HC gaer (dv CO, HS mm) 14

15 Gahydrater - Otår når naturga g vann ved trykk g temeratur ver likevektkurven - Vannet kan være rduert vann g/eller utkndenert - yik ammenetning, 15% wt naturga, 85% wt vann, vlum 1 m 3 hydrat innehlder m 3 - Likevektkurve hydrat Naturga ved reervarbetingeler vil innehlde vanndam i følge diagram av tyen vit nedenfr Ved rdukjn til verflaten g trømning i undervann rørledninger, vi trykket falle g temeraturen falle (hvedeffekten) Dermed reduere løeligheten til vanndam i ga g vann kndenere ut Det er dette vannet m kan danne hydrater - Hindring av hydratdannele Injekjn av frtvæke (glykl, fr ekemel MEGmnetylenglykl) Ilajn fr krte trekninger (innen felt, fra brønnramme til lattfrm) Ilajn g elektrik varming (varmekabel) fr lengre avtander (DEHdiret eletial heating), fra felt til ilandføringterminal Cld flw (under utvikling) - Hammerhmidt ligning fr frtvæker, enker fryeunktet - Δ K M x x 1 15

16 abell Egenkaer til inhibitrer brukt fr å hindre hydratdannele, M er mlekylvekt, K er emirik kntant i Hammerhmidt ligning g ρ tetthet Inhibitr M (kg/kml) K (-) ρ (kg/m 3 ) MOH MEG DEG EG NaCl

17 emeratur i rør (g brønner) ved tabil trømning - Innlø 1, utlø, mgivele (jø) Uπd + ( 1 )ex L mc - Ilerte rør, 1 < U < (W/m K) - Ikke-ilerte rør, 15 < U < 5 (W/m K) 17

18 rykkta grunnet frikjn i rør (g brønner) - tal trykkta er frikjn + gravitajn + akelerajn - Δ Δ + Δ + Δ f g a - Dary-Weibah ligningen fr inkmreible fluider (lje g/eller vann), veggfrikjn f L Δ f ρu d - Kmreible fluider (ga), hrintal trømning, veggfrikjn - d A M d ( 1 ) ln + L 0 f m z R f 1 Fr vanlige (lange) garør fra Nrge til Kntinentet er trykktaet i nitt 6 bar/100 km Det betyr at naturlige lgaritmike leddet er ganke lite g kan ignrere Dermed kan fr ekemel diameteren finne m femte-rten i ligningen (A har d 4 ) - Frikjnfaktr Glatte rør, Blaiu ligning, kan bruke når Re < 10 5 f 0,316 0,5 Re Re ρud μ Rue rør, Haaland ligning, anbefale fr generell bruk 1 f 1,8 6,9 lg n Re n + k 3,75d 1,11n n 1 fr væke, n 3 fr ga 18

19 Searatrer g earajn - Ga-væke (lje g vann) g lje-vann earajn - Hrintale g vertikale earatrer baert å gravitajn - Innlø (rimær earajn), tankvlumet (ekundær earajn ved gravitajn), virvelbryter (vækeutlø), dukmatte (gautlø), rfilerte later i tankvlumet (dråer kaleer) Dråemekanikk - Kntant ynkehatighet u D (SVterminal ettling velity) - Generell ligning fr dråe u D 3 4 gd f D ρl ρg ρ G f D er frikjnfaktr (eller mttandkeffiient) dråe - Frenkling fr dimenjnering av earatrer u D k ρl ρg ρ G k er earajnkntanten, emirik - Når Stke lv gjelder (lave Reynldtall dråe) u D gd 18 ρ L ρg μg Når earajn kjer i en hydrykln, fr ekemel, ertatte g med (u /r) hvr u er tangentielt hatighet g r ykln radiu Gakaaitet earatrer - Vertikal earatr ( q ) G ρl ρ G 1 AG k G ρ z API anbefaler fr vertikal earatr 0,05( m / ) < k < 0,11( m / ) 19

20 0 - Hrintal earatr 0,58 6 L k A q G G L G G ρ ρ ρ API anbefaler fr hrintal earatr m k m S / 0,15 /,1 0 < < NORSOK anbefaler k 0,137 m/ Gatetthet g tandard betingeler Reell ga-lven znr V Gatetthet ( ) zr kg ml V n / ( ) zr M m kg 3 / ρ ( ) kml kg M / Standard betingeler ( tandard nditin) n n R z V zr V 1 z z V V z q q B g (FVF ga) z V V

21 VEDLEGG PV (reure-vlume-temerature) - Faediagram - Reelle galven V znr - Seifikk tetthet ga (gravitet) M ga γ M M ga luft γ 8,96 - Reduert (eudreduert) trykk g temeratur ( tår fr kritik) r r - Kay Rule (y tår fr mlfrakjn) y i i i i y i i - Krrenderende tiltand - z-faktr diagram (Standing-Katz diagram, figur fra Rjey a 1997) 1

22