Olje og gass

Økt kunnskap om flerfasestrømning gjennom fireårig forskerprosjekt

Den 20. april 2010 førte en eksplosjon og brann om bord på boreriggen Deepwater Horizon i Mexicogolfen til at 11 personer ble drept og havet ble forurenset av store mengder råolje. Etter to dager sank riggen og etterlot borerøret på havbunnen mens store mengder olje og gass lekket ut fra brønnen gjennom gapet mellom stigerøret (røret opp til plattformen før den sank) og borestrengen som drev boret. Ulykken er kjent som Macondo-ulykken etter navnet på selve brønnen. Forskning kan gi bedre simuleringsmodeller som vil bidra til sikrere og mer effektive brønn-operasjoner og faren for ulykker kan bli redusert.
Økt kunnskap om flerfasestrømning gjennom fireårig forskerprosjekt
Kontakt

Nossen, Jan

St.f.avdelingsleder

 

- Bildet over viser hastighetsmålinger med laser i Brønnsløyfa på IFE

Under nevnte ulykke på boreriggen Deepwater Horizon i Mexicogolfen i 2010, ble man veldig bekymret over den store mengden olje som ble sluppet ut i sjøen og tok livet av fisk, krepsdyr og sjøfugl. Størrelsen på utslippene har også spilt stor rolle i rettssakene og forhandlingene som fulgte der operatørselskapet BP til slutt måtte betale en bot på 18,7 milliarder dollar eller mer enn 170 milliarder kroner. En av metodene som ble brukt til å anslå størrelsen på utslippet var å bruke et simuleringsprogram for rørtransport av olje og gass til å beregne utstrømningen av olje via den målte frekvensen av oljeplugger som strømmet støtvis ut på havbunnen fra røret.

Mangler i simuleringsmetode
Det er alvorlige mangler i denne metoden. Den viktigste er mangelen på pålitelige modeller for strømning av olje og gass i annulus, det vil si det ringformede rommet mellom det indre og det ytre røret i brønnen (annulus er latin for ring). Simu­lerings­programmer som OLGA som brukes til simulering av transport av olje og gass i rørledninger mangler nøyaktige formler for strømningsforholdene i annulus. Design av olje- og gassbrønner er dermed basert på unøyaktige modeller som kan føre til usikkerhet og høye feilmarginer. Dette kan føre til ineffektiv brønnkonstruksjon og risiko for produksjons­problemer.

Annulus illustrasjonFiguren viser:
Til venstre: Symmetrisk annulus, med det indre røret i midten av det ytre røret. Til høyre: Eksentrisk annulus, med det indre røret liggende på bunnen av det ytre røret.

Prosjektsøknad
Allerede i 2012 var et oljeselskap interessert i å delfinansiere et forskningsprosjekt om strømning i annulus på IFE hvis vi kunne skaffe resten av pengene fra Forskningsrådet. Dette prosjektet skulle utvikle kunnskap som var nødvendig for å bygge ut noen vanskelige oljefelt.

Dessverre rammet oljekrisen oss, og pengestrømmen fra oljeindustrien tørket ut. Vi søkte derfor Forskningsrådet om penger til et forskerprosjekt. Et forskerprosjekt skal bestå av grunnleggende forskning som frambringer ny kunnskap og skal ha et sterkt innslag av forsker­utdanning (PhD og postdoktorer). Prosjektet ble innvilget og skal gå over 4 år (2016-2019) med et budsjett på 12,5 millioner kroner.

Mål
Målet med prosjektet ANNULUS er å bringe kunnskapen om strømning i annulus-geometrier til et nytt nivå og skaffe data og fysisk forståelse som kan brukes som grunnlag for å utvikle mer pålitelig programvare i framtida. Forbedrede modeller kan brukes av operatørene og vil kunne bidra til sikrere og mer effektive brønn­operasjoner slik at faren for ulykker kan bli redusert. For IFE kan prosjektet føre til at vi skaffer oss unik kompetanse og erfaring på dette området som kan hjelpe oss til å skaffe nye industriprosjekter på dette området seinere.

Annulusforsøk i Brønnsløyfa. Foto: Jan Nossen
Annulusforsøk i Brønnsløyfa på IFE

Samarbeid og organisering
Prosjektet er et samarbeid mellom avdeling for prosess- og strømningsteknologi på IFE, Universitetet i Oslo (Matematisk institutt) og Imperial College London (Department of Mechanical Engineering). I prosjektet er det det en doktorgrads­student ved Universitet i Oslo, Christopher Friedemann, som gjør avanserte simuleringer i samarbeid med Imperial College, som har utviklet et simuleringsprogram som er velegnet til dette prosjektet. I tillegg ansettes en postdoktorstipendiat som skal gjøre detaljerte målinger i Brønnsløyfa på IFE ved hjelp av vår unike røntgentomograf, utviklet i infrastrukturprosjektet IMF som ble finansiert av Forskningsrådet og Statoil. Dette instrumentet kan gi oss detaljerte data om fordelingen av gass, olje og vann i et tverrsnitt av røret mer enn 100 ganger i sekundet, noe som gjør at vi kan studere detaljer som er viktige å forstå for å kunne lage gode beregningsmodeller.

Røntgeninstrument. Foto: Jan Nossen
Røntgeninstrument på IFE som gjør svært detaljerte målinger og som ble utviklet i infrastrukturprosjektet IMF og finansiert av Forskningsrådet og Statoil.

Collage Joar og 3d printer
Joar Amundsen, IFE, overvåker tilstanden til Brønnsløyfa under forsøkene. Han har også designet holderne som  holder det indre røret på plass i senter av det ytre røret. Til høyre sees avd. PROSTEKs 3D-printer hvor holderne ble produsert.

Forskerprosjektet ANNULUS ledes av Jan Nossen, og prosjektmedarbeidere på IFE er Joar Amundsen, Karin Hald, Lan Liu, Nicoleta Popovici, Olaf Skjæraasen, Hans Gunnar Sleipnæs og Murat Tutkun. Veiledere for PhD-studenten ved Universitetet i Oslo er førsteamanuensis Mikael Mortensen på UiO samt Jan Nossen og Murat Tutkun på avdeling  Prosess- og strømningsteknologi på IFE.

Annulus. Gutta i labben. Foto: Jan Nossen

I Brønnsløyfa: Hans Gunnar Sleipnæs, Joar Amundsen, Murat Tutkun og Jan Nossen

2017-02-01 Tekst og foto: Jan Nossen, forskningssjef og prosjektleder