Optimized Design of Horizontal Gas-Oil-Water Gravity Separators

Abstract

Denne oppgaven sikter på å presentere arbeidet for hvordan et verktøy for optimalisert design av horisontale gass-olje-vann gravitasjonsseparatorer har blitt implementert. Arbeidet har blitt basert på tidligere arbeid av Grødal & Realff (1999). Tidligere arbeid bruker en enkelt case som input for å finne et design. Verktøyet har blitt implementert i Excel ved hjelp av Visual Basic for Application (VBA). Verktøyet kan bli brukt i konseptplanleggings fasen av feltutvikingsprosessen.

Verktøyet kan optimere kostnaden eller avtrykket av separatoren, med andre ord er minimumet av disse variablene funnet. Designet er optimert ved å endre fire design parametere: den indre diameteren av separatoren, lengden av gravitasjonsseparasjon seksjonen av separatoren, normal væske-nivået og normal olje-vann grensesnitt-nivået. Ett sett med begrensninger passer på at designet er gjennomførbart og at alle faser er separert. Ny variabler og begrensninger har blitt introdusert etter tilbakemeldinger fra representer fra Equinor. Variablene gir mer informasjon om designet og kan bli brukt til å forbedre design for separatorer i en tidlig fase av prosjektet. En metode for å finne design for flere caser har blitt implementert og testet.

For å studere hvordan verktøyet fungerer har case studier blitt gjennomført. En har blitt gjort for å sammenligne verktøyet med resultatene fra arbeidet til Grødal & Realff (1999). Verktøyet gir samme resultater som Grødal og Realff rapporterer. Den andre case studien har blitt gjort for å teste verktøyet med data fra et felt i virkeligheten. Dataene er fra Volve feltet i Norskehavet og fem forskjellige caser har blitt kjørt. Et design som fungerer for alle fem casene har blitt funnet. Den siste case studien har sammenlignet verktøyet med et lignende verktøy brukt av Equinor. En av casene fra Volve feltet ble brukt som input og verktøyene gir veldig like resultater.

The aim of this thesis is to present the implementation of a tool for optimizing design of horizontal gas-oil- water gravity separators. The work has been based on previous work done by Grødal & Realff (1999). Their work used a single case as input to find a design. This tool has been implemented in Excel by using the Visual Basic for Application (VBA). The tool can be used in the concept planning phase of the field development process.

The tool can optimize the cost or the footprint of the separator, meaning that the minimum of these variables can be found. The design is optimized by altering four design parameters: the inner diameter of the separator, the length of the gravity settling section of the separator, the normal liquid level and the normal oil-water interface level. A set of constraints ensure that the design is feasible and that all phases are separated. New variables and constraints have also been introduced after feedback with representatives from Equinor. The variables provide more design information and can be used to improve the design of separators in the early phase of a project. A proposed method to find a design for multiple cases has been implemented and tested.

Three case studies have been performed to study how the tool works. One case study has been done to compare the tool with results from the work of Grødal & Realff (1999). The tool gives the same results as Grødal and Realff report. The second case study has been conducted to test the tool with data from a field in real life. The data is from the Volve field in the North Sea. Five different cases have been run and a design that works for all five cases has been found. The final case study has compared the tool with a similar tool used by Equinor. One of the cases from the Volve field was used as input and the tools give very similar results.