Gassmåling. Tore Løland. Statoil ASA

Transkript

1 Gassmåling Tore Løland Statoil ASA

2 I dag vil jeg snakke om Hvorfor gassmåling er viktig Forskjellige målemetoder for gass samt litt historikk Viktige parametere innen gassmåling Gå litt i detalj gjennom hvordan hvert enkelt måleprinsipp fungerer Gå igjennom to komplette målestasjoner Blendeplate målestasjon Ultralydsmålestasjon Definere grensene mellom Våtgass og flerfasemåling slik industrien ser det Snakke litt om flerfasemåling i Statoil Hvorfor vi trenger våtgassmålere Litt om hvordan våtgass arter seg Hva som er blitt gjort hittil Ligninger som er laget og litt resultater som er publisert Oppsummering

3 Hvorfor er måling viktig Norge selger 72 G standard kubikk med gass til Europa i år Måler vi 1% feil vil dette kunne utgjøre 600M NOK Påstand: Den gass eller olje som ikke taes opp fra reservoaret vil alltid ligge der som en reserve. Den olje eller gass som ikke er målt når den har passert målestasjonen vil for alltid være tapt alltid

4 Forskjellige måleprinsipper og historikk Olje har alltid vært det viktige og verdifulle produktet fra gammelt av. Gassen ble sett på som en farlig sak. Der første målinger av gass er for damp og luft, og til dette ble en restriksjon med trykktap over brukt, en blendeplate. Blende ble brukt når man skulle starte begynne å måle gasstrømmer. Blenden har sine svakheter, konkurrenter har kommet til DP-målinger Venturi V-Cone Turbin måler Ultralydsmåler Corrliolismåler Det finnes også endel spesialprinsipper, men disse er mest brukt innen prosessmåling

5 Viktig skille Prosessmåling Måling som hjelper operatørene til å styre prosesser Ingen spesifikke krav til nøyaktighet Fiskalmåling To typer Salgsmåling Allokeringsmåling Reguleres av Internasjonale standarder Salgsavtaler som inngås mellom kjøper og selger Transportavtaler mellom selger og eier av rørledning OD sitt regelverk for all fiskalmåling på Norsk sokkel

6 Forskjellige måleprinsipper Deler inn i Volumstrømsmålere Massestrømsmålere Typiske massestrømsmåler Corriolismåler Typiske volumstrømsmålere er Turbinmåler Ultralydsmålere Q = A V m& = ρ Q Blendeplate, Venturi og V-Cone er hverken massestrømsmålere eller volumstrømsmålere. De er noe midt i mellom fordi tettheten inngår i både volum målingen og masse målingen.

7 Viktige begreper og parametere Parametere: Trykk Temp Masse (m) Volum (V) Energi (E) Wobbe Index (WI) Relativ tetthet (d) Referansevolum (V. ref ) Spesifikk brennverdi Calorific value (H) Begreper Sammensetning av gassen Sporstoffer i gassen Innløpsprofil Disse er viktig å forstå når vi skal gå inn på de forskjellige måleprisnippene

8 Blendeplate-, Ventri- og V-Conemåler Trykkfall over en restriksjon i røret Formlene for trykkfallet er forskjellige for alle tre målerne. Prinsippet er det sammen for alle tre målerne

9 Turbinmåler Deviation (%) " USM 96UF189 Måler volumstrøm Gas flow velocity (m/s) October 25, 1996 Without correction With meter factor Består av av en rotor som er opplagret på en mest mulig friksjonsfri måte. Gassen som strømmer forbi setter rotoren i bevegelse. Rotasjonen vil være proporsjonal med volumstrømmen i røret Rotasjonshastigheten detekteres med magnetpunkter på bladspissene som generer spenningspulser mot en detektor på rørveggen. Legg inn ligningen her Må kalibreres på grunn av at antallet pulser er avhengig av Reynoldstallet. Følsom for skitt og partikler i gassstrømmen

10 Ultralydsmåler Flytiden til en ultralydspuls gjennom gassen brukes til å beregne volumstrømmen gjennom røret. Pulsen kan gå rett over eller reflekteres på rørveggen Volumstrømmen er gitt som l 1 2 cos ϕ t Meget god turndown, kan dekke behovet fra 3 til 4 blende plater Takler rare innløpsprofiler mye bedre enn blende og turbin. v = D - t 1 U

11 Corriolismåler Måler massestrømmen direkte Bassert på Corriolis kraften Kan måle alt fra Cola til betong, meget fleksibel Bare for små dimensjoner, opp til 4. Større målere enn 4 blir svært tunge.

12 Komplette målestasjoner for gass Man trenger mer enn bare flow elementet i en komplett målestasjon Temperatur element Tetthetsmåler Trykkmåler Gas Cromatograph, GC PT COMPUTER SYSTEM VPF PTL DP TE TE PTL VPF DP DT DT TE DP INPUT OUTPUT ORIFICE PLATE PDI TE = TEMPERATURE ELEMENT DP = DIFF. PRESSURE TRANSMITTER DT = DENSITY TRANSMITTER PT = PRESSURE TRANSMITTER PTL = PRESSURE TRANSMITTER (LEAKAGE DETECTION) PDI = PRESSURE DIFFERENTIAL INDICATOR VPF = VALVE POSITION FEEDBACK

13 Tetthetsmåler, Solatron 7812 Et instrument som bestemmer tettheten til en gass. Periodetiden til et svingeelement Formel for tetthet er gitt ved: ρ = K K1 t + K2 t Konstantene er funnet ved en kalibrering i kjent gass Orifice plate Sample return to downstream tapping Flange tap Density transducer in pocket Flow Sample probe

14 GC- Gasskromatograf Gass sammensetning måles med kromatograf. Gasskromatografen består av En del som separerer og registrerer komponentene i gassen En del som styrer sekvensene, foretar beregninger og kommuniserer. Fra sammensetningen kan vi finne bl.a. Tettheten til gassen Wobb Index

15 Flerfasemåling Heidrun Åsgard Trondhei m Snorre StatfjordVisund Gullfaks Huldra Troll Veslefrikk Brage Oseberg Bergen Stavanger

16 Flerfase måleren Flerfasemåleren består av en flerfase fraksjonsmåler og en flerfase hastighetsmåler Flerfase fraksjonsmåleren måler fasefraksjonene av vann, gass og olje i et tverrsnitt. Flerfase hastighetsmåleren måler hastigheten på den samlede strømmen i røret. Nytteverdier ved anvendelse av flerfasemåler Bedre og sikrere brønninngrep pga økt reservoarforståelse Umiddelbar deteksjon av vanngjennombrudd Unngår produksjonstap ved brønntesting Enklere og billigere brønntesting Lavere investeringskostnader Produksjonsoptimalisering

17 Våtgassmåling, skillet mellom flerfase og en fase Vanlig å definere våtgass som mellom 90 og 100% gass, og 0-10% væske Væske er både hydrokarboner og vann Hvorfor trenger vi våtgassmålere

18 Hvordan arter våtgass seg Den Våte gassen vil oppfører seg som mettet gass med dråper som kondenserer og fordamper, litt avhengig av lokalt trykk. Etter hvert som andelen væske stiger vil væsken danne veggfilm i tillegg til at det er dråper som flyr i gassen Videoene viser demoer for stratified, annualar og mist strømning Stratified flow Annular/Mist flow

19 Hva gjør industrien innen våtgass Flere selskaper jobber med utvikling av slike målere, to av dem som er kommet lengst er: ISA Control har en venturiløsning bestående av flere venturier i serie som gir to ligninger med 2 ukjente og dermed finner de forskjellige fasene (enkelt forklart) Roxar, et norskt selskap som bruker microbølge til å detektere vann, og DP måler ligning for å skille væske fasen og gassfasen for hydrokarboner fra hverandre Statoil sammen med Roxar testet både V-Cone og venturi (enkel venturi, ikke ISA Controll s løsning) med godt resultat. dp1 dp2 p

20 Ligninger som kompenserer for det våte Flere forskjellige ligninger for å kompensere for væske i Dpmålere Murdock Chisolm De Leeuw Alle ligningene fungerer etter samme prinsipp Tettheten til væske og gassfasen er input til ligningen sammen med tørrgassmålerens verdi. Statoil har best erfaring med Chisolm

21 Resultater Viser her resultater som er publisert av ISA Control sin måler Ikke godt nok for fiskal måling enda Typisk er feilen: Væske opp til 20% feil måling Gass, mindre enn 2-3%

22 Utfyllende litteratur Richard W. Miller: "Flow Measurement Engineering Handbook, 3rd edition McGraw-Hill, ISBN ISO : "Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices- Part 1: Orifice plates, nozzles and Venturi tubes inserted in circular cross section conduits running full" ISO CDTR 12765: "Measurement of fluid flow in closed conduits - Methods using transit time ultrasonic flowmeters, ISO 9951: "Measurement of gas in closed conduits - Turbine meters" ISO 12764: "Measurement of fluid flow in closed conduit - Flowrate measurement by means of Vortex shedding flowmeters inserted in circular cross section conduits running full". Draft 2, 05/06/96. IFEA rapport: Håndbok i mengdemåling av væske og gass, IFEA Publikasjon: Håndbok i mengdemåling av væske og gass, Del 2: Installasjon og bruksbetingelser, Forskrift for fiskal kvantumsmåling av olje og gass mv. Oljedirektoratet ISBN ISO /2/3: Natural gas - Calculation of compression factor, ISO 6976: "Natural gas - Calculation of calorific values, density, relative density and Wobbeindex from composition". Second edition ISO/CD 14532: "Natural gas - Terminology for natural gas,

23 Oppsummering Tørrgassmåling Prossess- og fiskalmåling Fiskalmåling, deles i to allokering og salsgsmåling Volumstrøms- og massemålere DP-målere Ventur V-Cone Blendeplate USM målere Turbin Corriolis målere Internasjonale og nasjonale måleforskrifter samt kommersielle avtaler regulerer operasjon av fiskal salgsmålestasjoner Våtgassmåling skal tette gapet mellom flerfase og tørrgassmålere Viktig for en del felter med høy trykk og høy temperatur. Skal kontrollere dannelsen av hydrater og korrosjonskontroll, gjennom måling av vann fra brønn. Nøyaktigheten til en våtgassmåler vil ikke komme opp på fiskalt nivå med den teknologien som vi kjenner til i dag. Flerfasemålere har heller ikke den samme nøyaktigheten som en tørrgassmåler har. Både flerfase og våtgassmåling er forholdsvis ny teknologi, og vil nok kunne utvikle seg på samme måte som tørrgassmålere på sikt.