Experimental studies for carbonated injection water

Abstract

En av metodene for å redusere utslipp av drivhusgasser ved produksjon av olje og gass er å løse karbondioksid fra eksosgassen fra gass turbinene inn i rørledningen for injeksjonsvann hvor karbondioksidet vil bli permanent lagret i brønnen under havbunnen. Gjennom litteraturstudie, samtaler med ulike leverandører og samarbeid med ansatte ved Equinors laboratorium har det blitt utarbeidet et flytskjema for å måle om strømningen bestående av karbondioksid i gassfase og vann er i enten væske- eller gass-væske fase. Systemet er i stand til å måle dette for trykk mellom 1 bar og 40 bar, og ved både laminær og turbulent strømning. Det er også relativt enkelt og skifte mikser geometri, tilsette salt i væskefasen eller implementere temperatur regulering i systemet. Det er utarbeidet lister med nødvendige deler som komponenter, fittings og rør for å sammenstille systemet, og laget en 3D modell av systemet med di deler som skal benyttes. Det er også gjennomgått teori for å beregne løseligheten av karbondioksid gass i både drikkevann og sjøvann, som videre er brukt i både designfasen av systemet og for å sammenligne mikser effektivitet for de ulike forsøkene. Massetransport modeller for bobble-, separert- og plugg strømning er presentert og brukt for å kalkulere hvor lang avstand mellom punktet hvor gass og væske møtes til blandingen er ren væskefase. Ved å sammenligne data fra eksperimentelle forsøk med di ulike modellene bestemmes hvilken modell som passer best for geometrien T-mikser, som er valgt benyttet som en start. Beste modell er videre brukt på et case-studie hvor det er benyttet data fra en ekte prosess ved havbasert produksjon av olje og gass. Ved å beregne nødvendig lengde mellom møtepunktet for gass og væske til strømningen er ren væskefase er det nødvendige gulv arealet kjent og det kan da vurderes om dette er en prosess som er mulig å inkludere i den havbaserte produksjonen, eller om det må benyttes annen mikser geometri for å redusere gulv arealet.

One of the methods which is considered to reduce the emission of green house gases from production of oil and gas is dissolving the carbon dioxide from gas turbines into the injection water pipeline for permanent storage beneath the sea bottom. Throughout literature research, discussion with several vendors and cooperation with employees at the Equinor laboratory there have been worked out a flow sheet for a system to measure the amount of dissolved carbon dioxide into water at different pressures and flow regimes at a specific mixing length. Pressure for the system range from 1 - 40 bar and there is easy to change mixer geometry and include temperature regulation. There have also been literature research about model for calculating solubility of carbon dioxide in water as a function of pressure, temperature and molality of mainly NaCl which have been used in the design of the experimental setup. Models for mass transport from gas phase to liquid is also presented for stratified-, elongated and bubbly flow regime which is used to calculate the necessary mixing length for the tee-mixer geometry which is chosen due the easy geometry and low investment- and operational costs. The best mass transfer model is further used in a scale-up case where data for an actual offshore production platform is given and the required mixing length, or occupied footprint, is calculated. If the required mixing length in order to achieve liquid phase flow is too long for installation offshore, the tee-mixer geometry is rejected and other types of geometry have to be tested.