Compressor Fouling

Abstract

For at olje- og gasselskaper skal kunne være konkurransedyktige i dagens marked, er økt effektivitet i produksjonen og forbedret feltutvinning av stor betydning. En måte å oppnå dette på kan være å bruke nyskapende teknologi som subsea våtgasskompresjon. Fordelene med denne teknologien inkluderer forbedrede utvinningsgrad, reduserte investeringskostnader grunnet færre komponenter og redusert størrelse på systemet. Til tross for fordelene er våtgasskompresjon ekstremt komplisert og er fremdeles en relativt ny teknologi. Dette resulterer i at degraderingsmekanismene assosiert med våtgasskompresjon ikke er fullstendig forstått. En viktig degraderingsmekanisme for kompressordrift er beleggdannelse, som for tørrgasskompresjon har vist å redusere polytropisk effektivitet, løftehøyde og trykkforhold.

Effekten av beleggdannelse i diffuserseksjonen på kompressorens ytelse for både tørr- og våtgasskompresjon er eksperimentelt testet ved kompressorlabben på NTNU. Beleggdannelse har blitt etterlignet ved hjelp av metallmaling tilsatt pleksiglasspartikler. Beleggets holdbarhet mot våtgasstrømning, partikkelproduksjon, innvirkning på strømingsregimet til væsken, og påførings- og fjerningsprosess har blitt dekket. Totalt 11 strøk med teksturmaling ble vellykket påført den bakre diffuserveggen for å oppnå en beleggtykkelse representativ funn fra industrien.

De oppnådde resultatene dokumenterer tydelig en reduksjon i polytropisk effektivitet, polytropisk løftehøyde og trykkforhold for beleggtestene, hvor reduksjonen var observer mest markant for høye volumstrømmer. Det ble imidlertid observer, for de to laveste GMFene, en økning i kompressorytelsen sammenlignet med deres respektive rene tester for lave strømningsrater. Det ble observert en forskyvning av det beste effektivitetspunktet mot lavere volumstrømmer, samt en reduksjon i den maksimale gjennomstrømningsraten for alle GMFene når en gikk fra ren til belagt diffuserseksjon. Beleggdannelse i diffusjonsseksjonen ble også observert å øke både "head rise to surge" og "pressure ratio rise to surge" for alle testede GMFer. Økningen ble observert til å være størst for lavere GMFer.

For oil and gas companies to be competitive in today’s market, increased efficiency of production and improved field recovery are of great importance. Utilizing innovative technologies such as subsea wet gas compression can be one way of achieving this. Advantages of this technology includes, enhanced recovery rates, reduced investment cost due to fewer components and reduced size of system. Despite the dvantages, wet gas compression is extremely complex and is still a relatively new technology. This results in the degradation mechanisms associated with wet gas compression not being fully understood. An important deteriorating mechanism for compressor operation is fouling, which for dry gas compression have shown to reduce the polytropic efficiency, head and pressure ratio.

The impact of diffuser fouling on the compressor performance for both dry and wet gas compression has been experimentally tested at the NTNU compressor lab. Fouling replication with the use of texturized paint has been documented. Its durability towards wet gas flow, particle production, impact on liquid flow regime, and application and removal process have been covered. A total of 11 coats of texturized paint were successfully applied to the hub side of the diffuser section to obtain a material build up representative of industry findings.

The obtained test results clearly document a reduction in polytropic efficiency, polytropic head and pressure ratio for fouled conditions with the reduction being most severe at high flow rates. However, an increase in compressor performance compared to their respective clean tests was observed for the two lowest GMFs at low flow rates. The best efficiency point was seen to be shifted towards lower flow rates and a reduction in the maximum throughput was observed for fouled conditions for all GMFs compared to their respective clean tests. Fouling of the diffuser section was also observed to enhance both the head rise to surge and pressure ratio rise to surge for all tested GMFs, with the increase being greatest for lower GMFs.