Gass- og kondensatbehandling
I et gassfelt produseres både gass, kondensat og vann.
I en tidlig fase produseres det mest gass og kondensat som er oppløst i gassen, og noe vann som er mettet i gassen i reservoaret. Senere vil formasjonsvann også følge produksjonen til overflaten. Et prosessanlegg for et gassfelt må derfor kunne håndtere både gass, kondensat og vann.
Brønnstrømmen fra de enkelte brønnene eller brønngruppene blir strupt ved ventiltreet med en justerbar strupeventil (wing choke valve). Gass har mindre tetthet enn olje, derfor vil brønnhodetrykket være høyere på gassbrønner enn på oljebrønner som har samme reservoartrykk. De fleste gassfelt er produsert ved trykkavlasting av reservoaret, derfor vil brønnhodetrykket gradvis avta over tid.
Produsert vann blir behandlet på samme måte som på oljefelt.
Gass fra lavtrykksseparatorer blir komprimert i kompressorer og blandet med høytrykksgassen fra høytrykksseparatorer. Uønskede komponenter i gassen fjernes for å forhindre korrosjon og oppfylle krav til sluttproduktet. Eksempler på uønskede komponenter er vann, CO2 og H2S, og også tyngre hydrokarbonkomponenter.
Gass separeres ut i flere trinn med forskjellig trykk både for olje og gassfelt. Separert gass må trykkes opp med en eller flere kompressorer. Flere kompressorer i rekkefølge kalles et kompressortog.
Vi tar utgangspunkt i en tretrinns separasjon. Gass fra siste trinns separator komprimeres med en kompressor slik at gassen får samme trykk som gassen i andre trinns separator, og disse føres sammen til neste kompressor. Denne øker trykket ytterligere slik at gassen får samme trykk som gassen i første trinns separator, og disse føres sammen, slik at all produsert gass er kombinert i en felles strøm for videre håndtering.
En kompressor drives som regel av en elektrisk motor eller av en gassturbin med drivverk til kompressoren. Hvert kompresjonstrinn har også kjøler og væskeutskiller. Kompressoren er utformet for et gitt forhold mellom utløpstrykk og innløpstrykk og vil ikke fungere tilfredsstillende med store avvik fra dette. Den må også ha tilgang på en minimum gassrate fra brønnene, ellers slites den raskt.
Kompresjon av gass medfører også temperaturøkning. Gassen må derfor avkjøles etter kompresjon. Gassen føres gjennom en væskeutskiller som vanligvis er en liten, vertikal tofaseseparator, for å fjerne kondensat og vann.
Gass som kommer fra separatoren inneholder fremdeles en del vann. Dette vannet kan føre til en rekke problemer. I en eksportrørledning vil vannet legge seg i dumper, noe som kan gi korrosjon. Videre kan vann sammen med gass danne hydrater om temperaturen blir tilstrekkelig lav. Derfor må vannet fjernes fra gassen, og dette kalles gasstørking.
Det er vanligvis tre teknikker som benyttes:
- absorpsjon av vann i glykol
- adsorpsjon av vann på fast stoff
- separasjon ved lav temperatur med tilsats av hydratinhibitor
Absorpsjon av vann i glykol er mest brukt offshore. Det er en effektiv metode som ikke er for plasskrevende.
Absorpsjon av vann i glykol
Prosessen for tørking av gass med glykol er todelt. Først trekker glykol vann ut av gassen, og deretter gjenvinnes glykolen ved at vannet fjernes fra glykolen ved destillasjon.
Gassen og glykolen strømmer motstrøms gjennom en absorpsjonskolonne. Arrangementet internt i absorpsjonskolonnen er utformet for å sikre et stort kontaktareal mellom gass og glykol, og dermed effektiv overføring av vann fra gassen til glykolen.
Den våte gassen føres inn i bunnen, og glykol, normalt trietylenglykol (TEG), legges på toppen. Temperaturen på gassen må være høyere enn hydratdannelsestemperaturen. Gassen strippes for vann slik at den vil inneholde mindre og mindre vann etter hvert som den stiger opp i tårnet. På toppen strømmer tørr gass ut. Tilnærmet ren glykol føres inn i toppen av kolonnen, og glykolen blir derfor mer og mer vannholdig på veien nedover. I bunnen tas glykolen ut til et eget system der den tørkes for gjenbruk.
Naturgass kan inneholde karbondioksid (CO2) og hydrogensulfid (H2S), samt mindre mengder av ulike svovelholdige gasser. H2S og CO2 er svært korrosive, og H2S er giftig, den er dødelig om konsentrasjonen i luft overstiger 1000 ppm. Hvis disse gassene finnes i større mengder, må de fjernes. I gass til industrien og husholdninger er det også en øvre grense på svovelinnhold, noe som kan kreve fjerning av svovelholdige gasser. På norsk sokkel er det heldigvis normalt lite både av H2S og CO2, så dette har ikke vært nødvendig. Det finnes en rekke ulike prosesser for fjerning av H2S og CO2.
Sure gasser kan fjernes med adsorpsjon i fast stoff, eller fysisk og/eller kjemisk absorpsjon i væske. Disse prosessene vil danne en gass med høy konsentrasjon av de sure gassene. Denne gassen kan i prinsippet brennes eller endres til svovel; krav til utslipp vil regulere dette.
På gassfelt kalles væskeandelen fra gasstrømmen kondensat. Som for råolje i et oljefelt behandles kondensatet vanligvis slik at damptrykket er lavere enn atmosfæretrykket. Dette kalles kondensatstabilisering, og det sikrer at kondensatet er stabilt i en lagertank.
Kondensat inneholder ofte en høy andel av mellomkomponenter (C3−C6) som man ønsker å ha i væskefasen. Dette øker volumet og er økonomisk fordelaktig fordi kondensat er mer verdt enn gass.
To prosesser benyttes ved kondensatstabilisering: multistegsseparasjon og en kombinasjon av separator og destillasjonstårn. Hva som velges, er avhengig av sammensetningen av reservoarfluidet. Med mer kondensat er det attraktivt å få til en kondensatstabiliseringsprosess med et destillasjonstårn slik at mesteparten av mellomkomponentene havner i kondensatet. Den aller enkleste form for kondensatstabilisering er å legge til en lavtrykksseparator nedstrømsførstetrinnsseparatoren. På gassfelt er det sjelden mer enn tre separasjonstrinn.
Et destillasjonstårn er et høyt tårn hvor temperaturen varierer fra varm i bunnen til kald på toppen. Det er plassert nedstrøms separatoren(e) og kondensatet mates inn nær toppen av tårnet. Væsken faller deretter nedover i en prosess som innebærer en rekke separasjonstrinn med økende temperatur mot bunnen, hvor de lette komponentene stiger mot toppen. Kondensatet tappes ut i bunnen av tårnet, men en del varmes opp og pumpes tilbake til nær bunnen av tårnet slik at varme tilføres destillasjonstårnet.