Til hovedinnhold

Neste generasjons flerfase strømningsmodeller for brønner og stigerør i LedaFlow

Neste generasjons flerfase strømningsmodeller for brønner og stigerør i LedaFlow

Industrien opererer i dag med ganske forenklede modeller av hva som er observert i felter når det gjelder vertikale rør. Manglende forståelse gjør at design av brønn og stigerør ikke alltid er optimale. Dette kan medføre høye operasjonelle utfordringer, høye kostnader og innebærer en potensiell risiko.

Man trenger gode modeller for vertikal strømning som er basert på mer korrekt beskrivelse av de fysiske fenomen som skjer i disse vertikale rør. Modellene må deretter testes mot forsøksdata; dette kalles for validering. Det er ekstremt viktig å ha tilgang til forsøksdata kjørt under betingelser som ligner mest mulig på de betingelsene man har i virkelige felt. Det vil si at forsøk bør kjøres i store og lange rør med høyt trykk. Disse forsøksdata finnes ikke per i dag og det er få steder i verden hvor disse forsøkene kan gjennomføres. SINTEF's flerfase anlegg på Tiller er en av dem.

LedaFlow (TM) er en kommersiell programvare som simulerer flerfasestrømning basert på modeller som representerer de virkelige fysiske fenomenene inne i rør.

Målet for prosjektet er å videreutvikle LedaFlow (TM) for å kunne gi nøyaktige simuleringer av strømning i brønn og stigerør. For å oppnå dette skal vi:

  • Kjøre unike storskalaforsøk på SINTEF's flerfase anlegg i et vertikalrør som er 55 meter langt, 4" i diameter og høyt trykk.
  • Implementere nye moduler og funksjonalitet i LedaFlow (TM) for simulering av vertikal strømning, basert på de fysiske fenomenene og ikke på forenklede antagelser. Nye moduler valideres med de forsøksdata fra SINTEF.

Evnen til å predikere flerfasestrømning i brønner og stigerør med høy nøyaktighet, vil være en sterk marked differensiator for LedaFlow (TM). Det representerer betydelig verdiskapning for LedaFlow Technologies DA (LFTDA).

Vi har nå lykkes med gjennomføring av de unike storskalaforsøk på SINTEF's flerfase anlegg på Tiller. Vi har fått mange data for vertikal strømning ved industri relevante rør dimensjoner og høyt trykk. Ved hjelp av denne samling av storskala valideringsdata, er vi nå i gang med å forbedre flere av modellene for vertikal strømning.

For eksempel, vi forstår nå bedre samspillet mellom gassen og væsken i brønnen, og også hvordan små mengde væsker kondenserer og akkumulerer i en brønn eller stigerør. Denne nye kunnskapen var implementert i den programvareoppdateringen utgivelsen av LedaFlow (TM) (LedaFlow 2.0, april 2016). Sluttbrukerne av programvaren har allerede uttrykt den høye verdien av modell forbedringer. Prediksjonen av gass strømning med små mengder væske har forbedret betraktelig og dermed økonomisk overskudd på påfølgende operasjoner. Prosjektarbeid i 2017 har fokusert på å anvende og utvide kunnskap og de nye modellene til høy viskøse fluider.

Vi har også jobbet med å utvikle, implementere og teste en forbedret dråpe innrivingsmodell. Resultatene viser forbedringer i prediksjonene samt at endringer i løsningsprosedyre medfører forbedringer i regnehastighet. Disse forbedringene er nå implementert i den kommersielle software.

I 2016 så vi på hvordan friksjonsfaktoren og trykktap i en brønn blir påvirket når det indre røret er ikke konsentrisk med utløpsrøret. Dette er kjent som "Asymmetrisk annulus". Vi har bearbeidet pragmatiske korreksjoner som er i tråd med fysikk mens de fortsatt ikke redusere beregningshastigheten. Videre tar den foreslåtte korreksjon hensyn til type av fluid (Newtonsk eller ikke-Newtonsk) og også om strømningen er laminær, turbulent eller i overgangssonen. Dette arbeidet har blitt implementert i den nyeste programvareoppdateringen utgivelsen av LedaFLow (TM) (LedaFlow 2.1, september 2016).

Forsøkene har også gitt ny kunnskap om "churn flow"- et vanlig, men lite forstått kaotisk strømningsfenomen som kan oppstå når gass og olje transporteres i ett og samme loddrette rør. De ferske målingene har gitt sikrere viten om hvordan den kaotiske naturen til fenomenet påvirker brønntrykkets evne til å skyve gass og væske videre gjennom flerfaseledninger langs havbunnen. I løpet av 2017 har vi testet grundig denne nye modellen og den er nå tilgjengelig i LedaFlow 2.3.

Til slutt, vi har økt kunnskap og oppgradert modellene for transiente oppførsel i rør strømning med høye vinkler eller vertikal rør, som vanligvis er simulert ved hjelp av "Slug Capturing" tilnærming i LedaFlow. Målet med dette arbeidet er å få bedre prediksjoner i dynamiske strømningssituasjoner, særlig for "slug flow", som er en strømningsregime som kan forårsake betydelige driftsproblemer hvis ikke regnskapsført i prosessen design. For eksempel kan de intermitterende væskemengder i forbindelse med "slug flow" forårsake mekanisk svikt i spoler eller oversvømmelse av separasjons anlegg, fører til produksjonstap og eventuelt fare for personell. Ved å forbedre "Slug Capturing" modellen i LedaFlow, er transiente strømningsforholdene nå mer nøyaktig forutsagt, slik at for en mer optimal utforming og drift av slugging transportsystemer.

Prosjektet er finansiert av Forskningsrådet

Publisert 22. januar 2019

Prosjektstart

01.01.2015