Produksjon av olje og gass

110 Pages·1993·40.615 MB·Norwegian

by  Nedregaard, Tore

HORTEN BIBLIOTEK
Tore Nedregaard
Produksjon av olje og gass
81 Nasjonalbiblioteket
Depotbibiioteket
Vett&Vitenas
© Vett & Viten A/S 1993
ISBN 82-412-0120-6
Illustrasjoner: PTI A/S når annet ikke er nevnt.
Det må ikke kopieres fra denne boka i strid med åndsverkloven og foto­
grafiloven eller i strid med avtaler om kopiering som er gjort med Kopi-
nor, interesseorgan for rettighetshavere av åndsverk.
Sats: Røyken Fotosats
Printed in Norway 1993
Østlands-Postens Boktrykkeri, Larvik
Utgiver: Vett & Viten A/S
Postboks 3, 1355 Bærum PT
FORORD
Denne boka er skrevet for å gi leseren et overblikk over hva som må til
av utstyr og systemer for å produsere olje og gass på norsk sokkel. En
generell beskrivelse av geologi og boring er tatt med for helhetens skyld.
I boka vil vi følge den naturlige olje- og gass-strømmen så langt som mu­
lig. Vi vil derfor starte med reservoaret, gå videre til boring av brønnene,
før hovedtyngden av boka som er beskrivelsen av prosessutstyret, kom­
mer. Deretter vil vi ta for oss de såkalte hjelpesystemene eller støttesyste­
mene, som er nødvendig på en plattform.
Målgruppen for boka er alle som har behov for eller ønske om å forstå
hva som må til av utstyr og systemer for å produsere olje og gass på en
offshore produksjonsplattform.
Stavanger, april 1993
Tore Nedregaard
INNHOLD
FYSISKE KONSTANTER, BEGREPER OG DEFINISJONER 9
KAPITTEL 1. INNLEDNING 11
1.1. Hva er olje og gass? 12
1.2. Petroleumsgeologi 14
1.2.1. Porøsitet og permeabilitet 14
1.2.2. Dannelse av hydrokarboner 15
1.2.3. Leting etter olje 16
1.3. Boring, brønner og komplettering 17
1.3.1. Komplettering 20
1.3.2. Perforering 21
1.3.3. Gruspakking 23
1.3.4. Kabel og kveilerørsoperasjoner 23
1.4. Økonomi og feltevaluering 25
KAPITTEL 2. PRODUKSJONSPROSESSEN PÅ PLATTFORMEN 29
2.1. Ventiltre 30
2.1.1. Formål med ventiltreet 30
2.1.2. Typer ventiltre og oppbygging 31
2.1.3. Brønnhodet 32
2.2. Strupeventilen 33
2.3. Separatorer 34
2.3.1. Generelt om separatorer 34
2.3.2. Separatortyper 37
2.3.3. Oppbygging og funksjon 40
2.3.4. Instrumentering av en trefase separator 41
2.3.5. Driftsforhold og problemer med separatorer 44
2.4. Gassbehandling 45
2.4.1. Generelt om gassproduksjon 48
2.4.2. Væskeutskiller 51
2.4.3. Gasstørking 52
2.4.4. Gasskompresjon og eksport 56
2.5. Måling av olje og gass 58
6
2.6. Produsert vann 60
2.6.1. Behov for rensing 60
2.6.2. Typer produsert-vann-renseutstyr 61
2.6.3. Kjemikaliebruk 66
2.6.4. Praktiske problemer med rensing av produsert vann 66
2.6.5. Framtidige krav og løsninger 67
2.7. Vanninjeksjon 68
2.7.1. Hensikt og formål med vanninjeksjon 68
2.7.2. Utstyrsbeskrivelse av vanninjeksjonssystemet 70
2.7.3. Kjemikaliebruk i vanninnjeksjonssystemet 73
2.7.4. Framtidige trender innen vanninjeksjon 74
2.8. Gassinjeksjon 76
2.9. Fakkelsystemet 76
KAPITTEL 3. HJELPESYSTEMER 78
3.1. Kjøle- og varmemedium 78
3.1.1. Kjølemedium 78
3.1.2. Varmemedium 79
3.2. Sjøvannstilførsel 79
3.3. Kjemikalieinjeksjon 80
3.4. Kraftforsyning 80
3.5. Åpen og lukket drenering 83
3.5.1. Åpen drenering 83
3.5.2. Lukket drenering 84
3.6. Nitrogensystemet 85
3.7. Ferskvannsforsyning 86
3.7.1. Bunkring 86
3.7.2. Ferskvannsgenerator 86
3.8. Trykkluftsystemet 88
KAPITTEL 4. VEDLIKEHOLD 90
4.1. Generelt 90
4.2. Korrosjon 90
4.2.1. Ytre korrosjon 91
4.2.2. Indre korrosjon 91
4.3. Roterende utstyr 91
4.4. Instrumentering 92
KAPITTEL 5. PUMPER, VENTILER OG ANNET UTSTYR 93
5.1. Pumper 93
5.1.1. Dynamiske pumper 93
5.1.2. Fortrengerpumper 93
7
5.2. Ventiler 94
5.2.1. Reguleringsventiler 94
5.2.2. Avstengingsventiler 94
5.2.3. Opererering og styring av ventiler 94
5.3. Varmevekslere 94
KAPITTEL 6. SIKKERHET OG MILJØVERN OFFSHORE 96
6.1. Soneklassifisering 96
6.2. Arbeidsordresystemet 96
6.3. Beredskapsorganisasjon 96
6.4. Internkontroll 97
6.5. Miljøvern 97
KAPITTEL 7. ILANDFØRING AV OLJE OG GASS 99
7.1. Oljetransport 99
7.2. Gasstransport 101
7.3. Rørskraping 101
KAPITTEL 8. FRAMTIDIGE TRENDER 103
8.1. Forskning og utvikling 103
8.2. Ubemannede plattformer 103
8.3. Kunstig løft 104
8.3.1. Elektriske nedsenkbare pumper 105
8.3.2. Jet-pumping 106
8.3.3. Gassløft 106
8.4. Null-utslipp-filosofi 107
8.5. Undervannsproduksjon og separasjon 108
8.6. Boring med muldvarp 108
LITTERATURLISTE 110
STIKKORDREGISTER 111
FYSISKE KONSTANTER,
BEGREPER OG DEFINISJONER
Før vi går inn på de neste kapitlene kan det være en fordel at de faglige
begreper og fysiske konstanter som vil bli brukt, blir definert. Nedenfor
følger derfor en opplisting av de begreper som blir brukt i boka, samt et
par som ikke blir brukt, men som er vanlig å bruke i oljeindustrien.
Trykk
Et trykk er definert som en kraft pr. flateenhet. I det daglige hører vi om
lufttrykket som oftest er målt i millibar eller hektopascal. Det er mange
mulige måter å beskrive trykk på, men i oljeindustrien er de to vanligste
bar og psi.
Bar: Bar er en vanlig betegnelse for trykk. Enkelt fortalt kan vi si at 1
bar = 1 atmosfære (egentlig 0,987 atm). Dersom en dykker ned på 10
meters dyp i vannet, vil vanntrykket være 1 bar, dvs. at vanntrykket vil
øke med en bar pr. 10 meter dybde. En vannsøyle som er 3000 meter dyp
(som en typisk brønn) vil derfor ha et trykk på 300 bar i bunnen.
Psi: I USA og Storbritannia, blir psi (pounds per square inch) fremdeles
brukt som trykkenhet. Forholdet mellom bar og psi er: 1 bar = 14,5 psi.
Alle trykk kan oppgis å være absolutte, dvs. at det atmosfæriske trykket
blir lagt til, eller såkalt «gauge» hvor altså det atmosfæriske trykket ikke
blir tatt med. For å vise hvilket trykk vi refererer til blir bokstaven a eller
g lagt til slutten av bar/psi-betegnelsen (barg/bara, eller psig/psia).
Pascal: Måleenheten for trykk i Sl-systemet. Foreløpig lite brukt i dag­
liglivet, men vanlig i f.eks. prosess-simulering. 100 Pascal (Pa) = 1 bar
= 14,5 psi.
Lengde:
Tommer: Tommer blir fremdeles brukt som mål på lengde. Innen boring
blir tommer (”) brukt om f.eks. størrelsen på borerørene og foringsrøre-
ne, mens det innen produksjon er den mest brukte betegnelsen på f.eks.
rørdiameter. En tomme (inch) er 2,54 cm.
Fot: En fot (’) er 12 tommer, ca. 30,5 cm. Det er fremdeles vanlig mange
9
steder å bruke betegnelsen fot istedet for meter når en snakker om f.eks.
dybden på en brønn.
Volum:
Fat: Et fat er en volumbetegnelse på 159 liter. Betegnelsen fat, eller bbl
(barrel) som det blir forkortet, brukes oftest på beskrivelse av oljepro­
duksjon, men det er også vanlig å bruke fat om f.eks. vanninjeksjon og
produsert vann.
Kubikkmeter, m3: En kubikkmeter er 1000 liter, eller ca. 6.3 fat. Det kan
også skilles mellom en aktuell kubikkmeter, m3, og en standard kubikk­
meter, Sm3 eller SCM (standard cubic meter). En aktuell kubikkmeter er
volumet av en væske eller gass under det trykk og temperatur den er utsatt
for (som f.eks. inne i en rørledning). En standard kubikkmeter er volumet
av en væske eller gass omregnet til 15 grader celsius og atmosfærisk
trykk. Spesielt for gass er det viktig å vite om det er aktuell kubikkmeter
eller standard kubikkmeter som er oppgitt da gasser har et mye større
standard volum enn volumet ved f.eks. 50 bar.
Annet:
MM: I deler av oljeindustrien, spesielt i amerikanske og engelske selska­
per, blir en M brukt for å angi tusen, to M’er blir således 1 million.
F.eks., 2,3 MMbbl olje er da 2,3 millioner fat olje. Ellers i industrien
blir en M brukt som betegnelse for Mega (million).
Olje-ekvivalent: En olje-ekvivalent er en enhet som beregner energien og
derved verdien av både olje og gass. Enheten er kun en estimering, og
ikke spesielt nøyaktig. Den er ikke vanlig i bruk i den operative delen av
industrien men mye brukt blant økonomer og planleggere. En olje-
ekvivalent er basert på en bestemt tetthet og type olje og gass, men for­
enklet kan vi si at:
1000 Sm3 gass = 1 olje-ekvivalent = 1 tonn olje
Damptrykk: Damptrykk er en betegnelse på innholdet av gass i en olje.
Den praktisk brukbare målemetoden for damptrykk er Reids damptrykk.
For å finne Reids damptrykk (Reid Vapor Pressure, RVP) blir en oljeprø-
ve tatt på en spesiell sylinder. Denne sylinderen blir deretter varmet opp
til ca. 37 grader celsius. Det trykket som da kan avleses på sylinderen er
RVP trykket på oljen.
Ringrom: Ringrommet er mellomrommet mellom foringsrøret og borerø-
ret eller produksjonsrøret i en brønn. Den engelske betegnelsen er «annu-
lus».
10
KAPITTEL 1
INNLEDNING
Den første letebrønnen på norsk sokkel ble boret for Esso i 1966 av bore­
riggen Ocean Traveler. I de påfølgende årene ble det boret en rekke hull,
men det var kun spor av olje og gass som ble funnet. I 1969, etter totalt
31 tørre hull i Nordsjøen, fant imidlertid Phillips Ekofisk-feltet og allere­
de året etter ble Frigg-feltet oppdaget av ELF. Det norske oljeeventyret
var igang.
Siden har flere store felt kommet til, slik som Statfjord, Gullfaks, Ose-
berg og Troll.
Det var de utenlandske selskapene som dominerte på norsk sokkel til
langt inn i 1980-årene. Først ute var Phillips, tett fulgt av Elf, men Esso
og Amoco og ikke minst Mobil var også blant de tidlige pionerene på
norsk sokkel. Statoil som selskap så dagens lys i 1972, men fikk ikke
driftsoperatøransvar før i 1985, da selskapet tok over operatøransvaret på
Statfjord-feltet fra Mobil. Idag er Statoil det dominerende selskapet på
norsk sokkel og i ferd med å etablere seg også i internasjonal sammen­
heng, samtidig som de to andre norske oljeselskapene, Norsk Hydro og
Saga, har fått en sterk posisjon.
Den norske oljeproduksjonen er idag en betydelig del av den vestlige
verdens oljeproduksjon. Med en gjennomsnittlig dagsproduksjon på mer
enn 310.000 Sm3 (ca. 2 millioner fat) olje, er Norge i ferd med å gå forbi
Storbritannia som den største oljeprodusenten i Europa og Norge er nå
den vestlige verdens største oljeeksportør. Den norske produksjonen til­
svarer ca. en tiendedel av den samlede produksjonen fra OPEC landene.
Når en ser på de felt som i løpet av 90-årene vil bli satt i drift, synes
det klart at aktivitetsnivået fortsatt vil være høyt i tiden framover. I løpet
av de neste fem årene vil Troll, Sleipner, Heidrun, Draugen og flere an­
dre og mindre felt bli bygget ut. Den norske olje- og gassproduksjonen
vil derfor stabilisere seg og kanskje stige noe utover 90-årene (ref. prog­
nose fra Oljedirektoratet). Framtidsutsiktene for petroleumsvirksom­
heten i Norge synes meget lyse.
Betydningen av inntektene fra Nordsjøen på Norges økonomi er meget
stor. De store inntektene fra oljen har tillatt en høyere levestandard enn
det som ellers hadde vært økonomisk mulig. Norge er derfor i ferd med
å bli like avhengig av oljeinntektene som andre typiske oljestater og det
er idag ca. 64.000 mennesker som jobber i oljesektoren (ref. tall fra Ar­
beidsdirektoratet) .
11
1.1. Hva er olje og gass?
Olje blir ofte karakterisert som svart gull. I tidligere tider var oljeprisen
relativt sett mye høyere slik at en sammenligning med gull kanskje ikke
var så langt unna. Men rent fysisk har ikke olje særlig mange likhetstrekk
med gull. En typisk råolje fra Nordsjøen er forresten brunsvart i farge
mens gassen er fargeløs.
Både olje og gass kan vi gjerne kalle hydrokarboner, da de begge er
kjemiske forbindelser mellom hydrogenatomer og karbonatomer. De
enkleste forbindelsene er gass og de mer kompliserte forbindelsene er
olje.
Den enkleste forbindelsen er metan eller Ci, og består av en kobling
mellom ett karbonatom og fire hydrogenatom. De neste forbindelsene
blir etan (C2), propan (C3), butan (C4),pentan (C5) og hexan (C6). Mole-
kylforbindelser med mer enn 7 karbonatomer benevnes gjerne med sam-
lenavnet C7+. Figur 1.1 illustrerer oppbyggingen av disse enkleste hy­
drokarbonene. Hydrokarbonene som kommer inn under C7+-begrepet
vil være væsker. De enklere gassene, som f.eks. propan, er også kjent
fra bruk i dagliglivet.
Karbon atom Hydrogen atom
Molekyl Navn Formel
Metan (Cj) CH4
Etan (C2) c2h6
Propan (C3) C3H8
Fig. 1.1. Oppbygging av hydrokarboner. Et karbonatom har kun mulig­
het for å være sammenbundet med fire andre atomer. Formelen for metan
(CH4) forteller oss at dette er et karbonatom og fire hydrogenatomer.
12