Til hovedinnhold

Direkte elektrisk oppvarming (DEH) av rørledninger blir benyttet på stadig flere felt i Nordsjøen. Statoil har hittil hatt ansvaret for installasjonene som er utført med denne oppvarmingsmetoden. Nå er også DEH valgt for produksjonsrørledningen på Ormen Lange, dvs at prosjektet vil bruke DEH som en backup-metode for å smelte eventuelle isplugger som kan ha oppstått i tilfelle andre tiltak for å unngå hydrater/is (MEG, trykkavlastning) ikke gir tilfredsstillende resultat.

Oppvarming på Ormen Lange
Oppvarmingssystemet for Ormen Lange skal heve temperaturen i rørledningen fra minus to til pluss en grad. Den primære oppgaven for DEH er å smelte deler av en isplugg (for å få trykk-kommunikasjon over pluggen) som ikke har latt seg fjerne med de primære metodene som er inkludert i driftsstrategien for denne rørledningen. Uten bruk av DEH vil derfor en situasjon med isplugger i røret innebære at rørledning må skiftes.

Store havdyp
Den delen av røret som skal varmes opp er 20 km. Tilsvarende rørlengder er utredet tidligere for DEH. Men ettersom metoden skal brukes som en etterinstallasjon, det vil si at kabelen skal legges ut først når en ispluggsituasjon har oppstått, ble det startet et utviklingsarbeid i 2005. Dette innebar blant annet kvalifiseringsarbeid både for kabel og for selve systemet, fordi DEH skal brukes på et for så vidt stort dyp, fra 850 m til 550 m vanndyp og at kabelen blir liggende et stykke fra røret. Basisavstand er beregnet til å være én meter i forhold til leggekravene.

I forhold til dimensjoneringen av oppvarmingssystemet har SINTEF Energiforskning utført et omfattende arbeid for å kontrollere de parametrene som kan påvirke det elektriske kraftsystemet. Derfor har det vært gjort beregninger og tester i forhold til materialparametere, for eksempel magnetisk permeabilitet for stålet som brukes i rørledningen, betydningen av avstand mellom kabel og rør, og hvordan de termiske betingelsene for kabelen vil være i en oppvarmingssituasjon.

Systemet vil ha en betydelig høyere strøm enn det som normalt brukes for DEH. Dette har sammenheng med at det er dårlig termisk isolasjon i røret og at det dermed vil være et spesielt høyt effektbehov.

Fullskala tester
Andre oppgaver som har vært studert hos SINTEF Energiforskning, har vært å vise at det å smelte en plugg ved hjelp av oppvarmingssystemet vil fungere i praksis.
Vi har derfor utført et verifikasjonsarbeid i laboratoriet i en beholder med en testlengde av et rør i full skala. Der er det kartlagt hvilke strømbehov som trengs for å smelte en plugg i en viss grad. Denne pluggen er også vurdert i forhold til hvor mye som må smeltes langs rørveggen for at væskestrømming kan starte i røret på nytt etter tining. Forsøkene er ikke utført under trykk, fordi de trykkmessige forholdene ikke har vært tema for dette arbeidet.

Spesialutviklet elektrodesystem
DEH-systemet må designes med et anode-/elektrodeanlegg på røret der kabler kobles til, ettersom en del av strømmen i kabelen vil gå over til sjøvann i disse tilkoblingspunktene. Strømovergang fra røret har vært et spesielt tema i Ormen Langes utviklingsprosjektet, fordi det ikke legges ut anoder langs røret på tradisjonell måte.

I stedet er det blitt utviklet et elektrodesystem som legges ut sammen med kabelen hvis det blir aktuelt å installere oppvarmingssystemet. Dette er studert i et skalert forsøk i Orkangerfjorden hvor det ble kartlagt en del hovedprinsipper for hvordan dette elektrodesystemet bør se ut.

Prototyp kabel
I laboratoriet har vi ellers hatt et betydelig arbeid med å se på kabelens materialegenskaper og eventuelle problemer som kan oppstå ved store temperaturskiftinger. Dette kan skje når oppvarmingssystemet starter ved veldig lav temperatur for materialet. Det er derfor gjort materialtester og også tester på en prototyp kabel, som er produsert hos Nexans Norway for prosjektet.

Vi har også utført forsøk med det relevante trykket (opptil 85 bar). Resultatene fra disse forsøkene var svært positive, og de har vist at kabelen for dette formålet vil være velegnet for bruk i DEH-systemet for Ormen Lange.


Dette er forsøk på en prototyp kabel for Ormen Lange DEH som er testet ved relevant vanntrykk (80 bar), spenning og temperatur. Foto: Odd Lillevik

Dimensjonering av kraftforsyning
Gjennom en betydelig mengde målinger har vi kartlagt magnetisk permeabilitet for karbonstålet som ble brukt i røret. Dette har gitt grunnlag for å dimensjonere mer nøyaktig strømbehov og de øvrige elektriske parameterne som vil være relevant for systemet. Dette er viktig for dimensjonering av kraftforsyning på fartøyet som skal forsyne DEH-systemet med strøm i den fasen hvor det vil bli brukt.

Gjennom tidligere utviklingsarbeider for DEH-metoden er det etablert et beregningsverktøy for dimensjonering av systemet. Parameterne som inngår for bruk av DEH på Ormen Lange er bestemt ut i fra de målinger vi har gjort i laboratoriet. Vi har dermed også utnyttet resultatene fra laboratorietestene for å utvide analyseverktøyet også for bruk på tining av isplugger, noe vi ikke har jobbet med tidligere.

Status for DEH
DEH ble allerede i 1996/97 kvalifisert som en metode for å sikre at rørtemperaturen kan holde seg over hva som er den kritiske temperaturen for dannelse av hydrater. Design basis krav for alle installasjoner utført før Ormen Lange-installasjonen har vært at DEH skal forebygge hydrater ved å holde en forutbestemt rørtemperatur (vedlikeholdsmodus).

DEH skal også gi mulighet for å øke rørtemperatur fra sjøvannstemperatur til over hydratnivå innen en viss tid dersom en fullstendig nedkjøling har funnet sted (oppvarmingsmodus). Gjennom store utviklingsoppgaver finansiert i hovedsak av Statoil direkte eller prosjekter Statoil har vært operatør for, har metoden blitt
tilpasset de ulike tekniske løsninger som bør velges for de enkelte felt.

Nye anvendelser
Kvalifiseringsarbeidet for Ormen Lange DEH, som er utført hos SINTEF Energiforskning, har vist seg å gi positive resultater med tanke på bruk av systemet som en metode for tining av en isplugg. Arbeidet som har pågått i et og et halvt år i storskala forsøk i laboratoriet, tester på kabel, skalerte forsøk på elektrodeanlegg og omfattende beregninger, har vist at de forventinger vi hadde til å kunne bruke metoden på Ormen Lange har vært riktige. Og dette kan også være en ny mulighet for anvendelse av DEH.

I innledningsfasen av utviklingsarbeidet ble det foretatt en predesign av systemet med tanke på elektriske parametere. Resultater fra arbeidet i prosjektet viser at et kraftforsyningssystem kan etableres for bruk av metoden ved etterinstallering for tining av isplugg.

Videre utfordringer
I forhold til hvilke oppgaver som senere kan være aktuelle for bruken av DEH, så ser vi at metoden kan videreutvikles for lengre rørlengder enn det den har brukt hittil. I tillegg kan systemet designes på en annen måte for å unngå for høy spenning på kabelen som skal legges inntil røret.

Vi ser også muligheter for å videreutvikle metoden for kontinuerlig oppvarming, noe som kan bli et stadig mer aktuelt tema.

Kontaktperson
Harald Kulbotten

 


Forsøksoppsett i en isolert tank for verifisering av DEH anvendt for tining av isplugg. Et vannfylt Ormen Lange-rør er nedkjølt til -2 grader C.

Systemet for innsamling av måledata er vist på det øverste bildet. Foto: Harald Kulbotten.