Olje og gass

Prosessimulering

Instituttet har siden midt på 1980-tallet arbeidet med utvikling og leveranser av simuleringsmodeller og simulatorteknologi for produksjonsanlegg i petroleumsindustrien. I Instituttets Petroleumssektor foregår denne virksomheten i avdeling Prosess- og strømningsteknologi.
Kontakt

Sendstad, Olav

Faggruppeleder

 

Nedenfor beskrives de viktigste bruksområdene for prosess-modeller. Informasjon om de metoder og teknologier som benyttes, finnes under seksjon Simulatorteknologi.

Produksjonsprosessen
Olje og gass strømmer fra reservoarene gjennom produksjonsbrønner og havbunnsinstallasjoner til anlegg for behandling og videre transport, enten via produksjonsplattformer eller produksjons-skip, eller direkte til prosessanlegg på land. Anleggene inneholder utstyr for utskilling av vann og kjemikalier, separasjon av gass og olje, oppvarming, nedkjøling, pumping og kompresjon, samt hjelpesystemer for denne hovedprosessen. Dette er kompliserte fabrikker hvor det er nyttig å ta i bruk matematiske simuleringsmodeller for forskjellige forhold som beskrevet nedenfor.

Modeller brukes til trening av operatører
God opplæring av personellet som skal drive prosessene er svært viktig. En treningssimulator er et effektivt hjelpemiddel for å lære operatører å beherske prosessen. I tillegg til å oppnå innsikt i prosessens normale drift, kan man trene spesielt på mer krevende situasjoner som oppstart og nedstenging av anlegget. Feilsituasjoner og uhell som opptrer svært sjelden i virkeligheten, kan enkelt igangsettes i simulatoren, slik at operatøren er trent til å reagere riktig hvis hendelsen virkelig skulle skje. Konsekvensene av eventuelle operatørfeil i den virkelige prosessen kan være store, men i simulatoren er det kostnadsfritt.

Modeller brukes i planlegging og konstruksjon
Modellene som er utviklet for bruk i simulatorene, er så nøyaktige og detaljerte at de også er svært nyttige under planlegging og design av anleggene. Mulige flaskehalser i prosessen kan oppdages, og kontrollsystemet kan verifiseres og justeres før det tas i bruk. Simulatoren kan avsløre problemer og svakheter på et tidlig tidspunkt. Hvis problemene først avsløres senere, når anlegget er ferdig bygget, vil kostnaden for å ordne problemet være veldig mye større. Simulatoren kan brukes til å forberede igangkjøringen av anlegget, slik at man sparer tid og unngår overraskelser.

Modeller brukes til driftsstøtte
Modeller er et virkemiddel for å oppnå best mulig drift av produksjonsanleggene. Detaljerte prosessmodeller som tradisjonelt benyttes for engineering og for bygging av treningssimulatorer, blir mer og mer brukt også i den daglige driften. Den såkalte ”E-field-tankegangen” er blant annet å gjøre måledata tilgjengelig, på rett sted til rett tid, for alle som trenger dem, men like viktig er gode verktøy for å systematisere og tolke den store strømmen av informasjon. Ved å mate data inn i modeller, og ved å sammenholde modellberegninger og måledata, får operatørene og driftsingeniørene et bedre grunnlag for sine beslutninger.

Modeller brukes til å beregne ikke målbare størrelser
Til tross for utvilking av bedre instrumentering, er det mange forhold som fremdeles ikke kan måles eller hvor instrumentering enten blir for kostbar eller for lite robust. Her kommer den matematiske modell til unnsetning. Noen data gis inn til modellen, andre data brukes til å kalibrere modellen, og modellen svarer med å regne ut mange forhold som ikke direkte kan måles. Et eksempel er beregning av gass og væskestrøm i lange transportrørledninger, hvor det er vanlig bare å ha målinger i endepunktene.

Modeller varsler om unormale forhold i prosessen
En modell som er direkte koblet til målesystemet på et anlegg, kan varsle om unormale forhold i prosessen. Modellen gir sammenhengen mellom målinger og de fysiske lover som prosessen følger, og vil oppdage når instrumenteringen gir inkonsistent informasjon og når modellen beregner et annet forløp enn det som observeres. Avvik mellom målingene og modellen kan gi viktig informasjon om behovet for vedlikehold eller reparasjoner.

Modeller brukes til prognoser
En modell som starter med en kjent tilstand fra prosessen, kan brukes til å simulere hvordan prosessen vil oppføre seg i fremtiden, fra sekunder til timer og dager. Derved vil man kunne forutse uheldige forhold som er i ferd med å oppstå, samt kunne eksperimentere med tiltak før de blir iverksatt.

Modeller brukes til avansert styring av prosessen
Avanserte kontrollsystemer kan benytte innebygde matematiske modeller. Et eksempel er såkalt ”Model Predictive Control”, hvor modellen selv er en sentral ingridiens i kontrollsystemets beregninger. Slike systemer er allerede utprøvd, for eksempel for stabilisering av produksjonsbrønner som ”slugger”.

Modeller brukes til produksjonsoptimalisering
Produksjonssystemene på sokkelen øker stadig i kompleksitet, og driften krever bedre og bedre samordning. Prosessmodeller av totalsystemene hjelper til med å holde oversikt over alt som skjer, og kan brukes til ulike typer produksjonsoptimalisering.