Brønnmanifold og separatorene

• Manifold
• Kjemikalieinjeksjon
• Separator
• Emulsjon
• Oljebehandling
• Vannbehandling

Fra manifolden går fluidet videre til separatorsystemet. Noen ganger går det via varmevekslere for å varme opp eller kjøle ned produksjonen før separatoren.

Brønnmanifolden er plassert like ved brønnene der de kommer opp i ventiltreene. Manifolden fordeler gass og væske til prosessystemet. Fra manifolden går det to eller flere hovedlinjer som fører til ulike steder i prosessanlegget, eller til en testseparator.

I manifolden tilsettes kjemikalier som hindrer avsetting av scale i prosessanlegget. Det kan også tilsettes andre kjemikalier som hjelper til med separasjonsprosessen, for eksempel skumdemper og Scale i rør

Rørene fra manifolden er dimensjonert slik at produksjonen ikke blir begrenset av systemet. Dersom feltet har brønner med forskjellig trykk eller stor forskjell i sammensetning (for eksempel vanninnhold) eller egenskaper, kan det være nødvendig med flere manifolder.

Produksjonsrør fra ventiltreet på hver brønn ledes inn på hovedlinjene. På rørene er det plassert ulike ventiler, som avstengningsventil for å stenge av brønnen og strupeventil for å regulere strømningsrate og trykk. Det finnes også trykkmålere, mulighet for drenering og prøvetaking, og egne ventiler for nødavstenging (NAS). For høytrykksbrønner kan en fast strupeventil brukes i tillegg til den justerbare strupeventilen.

Oljeproduksjonen som leveres til land skal ha minimalt med gass og vanninnhold for å unngå skade på utstyret og for å levere riktig volum til mottaker.

Gass og vann skilles fra olje som følge av forskjellen i tetthet i gass/olje/vann i en eller flere (opptil fire) separatorer. Flere separatorer i sekvens kalles et separatortog. Trykket blir redusert i hvert trinn. Temperaturen faller på grunn av trykkfallet, dette kan justeres med en varmeveksler (heat exchanger) som kan øke temperaturen, enten for å bedre olje-vannseparasjonen eller for å få frigjort tilstrekkelig gass fra oljen.

Det er vanlig at første steg i separasjonsfasen består av en trefaseseparator, det vil si at både gass-, olje- og vannfasen skilles ut som egne utløpsstrømmer.
Resten av separatorene i prosessanlegget er tofaseseparatorer, det vil si at bare gassfasen skilles ut fra oljen som egen utløpsstrøm, mens resten av vannet følger oljefasen i en felles utløpsstrøm.

Det skilles mellom tofase- og trefaseseparatorer. I tofaseseparatorer skilles gass fra olje, mens trefaseseparatorer skiller alle fasene: olje, gass og vann.
De vanligste separatorene er horisontale, men det finnes også vertikale separatorer. Prinsippet for virkemåte til en horisontal og vertikal separator er relativt likt.

Horisontal trefaseseparator

En spreder er montert rett etter innløpet. Denne forårsaker en brå endring i hastighet. Sprederen stikker så dypt at olje-vannblandingen tvinges til å gå gjennom vannfasen, noe som fremmer koalesens av vanndråper. Mellom oljen og vannet vil det dannes et sjikt med emulsjoner. Oljen og vannet må oppholde seg tilstrekkelig lang tid i separatoren slik at emulsjonen kan brytes, noe som er en forutsetning for å oppnå effektiv separasjon. Normal oppholdstid for lette og middels tunge oljer, som er vanligst på norsk sokkel, varierer fra ett til tre minutter, avhengig av krav til separasjon.

Det meste av gassen vil gå på oversiden av sprederen; kun en begrenset mengde følger oljen og vannet. Normalt fyller gassen omtrent halve separatoren. Fra gassen vil væskedråper over en viss størrelse falle ned til væskespeilet i separatoren, mens gassen ligger over oljen. Oljen vil inneholde gassbobler, mens gassen inneholder væskedråper.

For å skille ut gassboblene i oljen må oljen være tilstrekkelig lenge i separatoren, slik at gassboblene rekker å stige opp og opptas i gassfasen. Drivkraften er tetthetsforskjellen mellom gassen og oljen.
For å skille oljedråpene fra gassen er det montert ulikt dråpefangerutstyr som dukmatter (matter av tynne metalltråder) og profilerte plater (plater som gir gasstrømningen brå retningsendringer). Disse fanger opp dråpene som vokser og renner ned i væskefasen.

I væskeseksjonen er det koalescerplater som fremmer separasjon av olje og vann. Dersom det er fare for plugging av for eksempel sand, bør bruk av koalescerplater begrenses.

Olje, gass og vann strømmer ut i hvert sitt utløp. Gassutløpet er på toppen av separatorene, mens olje- og vannutløpet er i bunnen. Olje- og vannfasen skilles vanligvis med en plate. Virvelbrytere er montert over væskeutløpene for å hindre gassen i å strømme ut. Ved gassutløpet er det en dråpeutskiller som består av et svært finmasket nett. Dette skal fange opp de minste væskedråpene.

Vertikal trefaseseparator

I en vertikal trefaseseparator er sprederen i gassonen. Gassen vil stige opp, mens olje-vannblandingen føres gjennom et vertikalt rør som munner ut i en spreder som ligger i olje-vannivået. Man får dermed tilsvarende vasking som for en horisontal separator. Gassen vil ligge i begge seksjonene i separatoren, og et rør sørger for utlikning av trykket. Som i de horisontale trefaseseparatorene er det dråpefangerutstyr innvendig, og virvelbrytere og dråpefanger ved utløpene.

For både horisontale og vertikale trefaseseparatorer styres gasstrykk og olje-vannivået i separatoren med reguleringsventiler.

Utfordringer

I prosessanlegget kan skum, emulsjon, sand og annet fast stoff føre til operasjonelle problemer.

Skumdannelse fremmes av tilstedeværelse av urenheter ved siden av vann. Også små gassbobler som vanskelig lar seg separere fra oljefasen, oppfattes som skum. Skum fører til at væskenivåkontrollere fungerer dårlig, fordi skummet stjeler plass og gir dårlig separasjon. Kjemikalier brukes derfor ofte for å begrense skumdannelse i en separator.

En emulsjon består av to ikke-blandbare væsker samt et emulsjonsfremmende stoff. Parafiner, resiner, organiske syrer, asfaltener og metalliske salter er alle emulsjonsfremmende stoffer som ofte finnes i olje. Ved tilstrekkelig turbulens, for eksempel ved strømning gjennom strupeventilen eller i separatorinnløpet, kan dråper av én fase finfordeles i den andre (den sammenhengende fasen), vanndråper i olje eller omvendt. Emulsjoner fører til at væskenivåkontrollere fungerer dårlig, fordi emulsjonslaget stjeler plass og gir feil måling av væsken. I tillegg fører emulsjon til dårlig separasjon.

For å separere/bryte ned en emulsjon kan oljen varmes opp. Dette gjør at vanndråpene kolliderer oftere på grunn av økt molekylbevegelse. Dermed dannes større vanndråper (koalesens) som letter separeringen. Videre vil høyere temperatur gjøre oljen mer tyntflytende, noe som også har en positiv effekt på separasjonen. For å lette separasjon av emulsjoner kan emulsjonsnedbrytende kjemikalier tilsettes, og slike kjemikalier er mye brukt.

Sand og annet fast stoff, som for eksempel asfaltener og voks, kan plugge eller danne belegg på utstyr innvendig i separatoren, noe som gir dårlig separasjon.

Oljefasen inneholder i tillegg til olje også noe vann som dråper i oljefasen (dvs. emulsjon). Det resterende vannet fra siste trinns separator må normalt fjernes i en oljebehandler. En slik oljebehandler er normalt en elektrostatisk koalescer der det benyttes et påsatt elektrisk felt for å samle vanndråpene, som er polare, for å danne større vanndråper som enklere lar seg separere fra oljefasen.

Gass som blir skilt ut fra oljen, blir komprimert i en eller flere kompressorer. Trykket må være stort nok til å transportere gassen i en rørledning eller for å injiseres tilbake i reservoaret for trykkstøtte. Assosiert gass blir behandlet nokså likt som ved full gassprosessering for gassfelt. I noen land blir all assosiert gass brent, men dette er ikke tillatt i Nordsjøen.

Kraftgenerering

På en plattform eller et prosessanlegg på land er det en del utstyr som krever kraft, deriblant:

• pumper
• kompressorer
• kraner

Kraften leveres av motorer og turbiner. Turbinene kan generere mest kraft; de har vanligvis en motorstyrke på 1500−75 000 hestekrefter. Turbiner drives av gass som skilles ut fra produksjonen.

Formasjonsvannet som kommer med råstoffet til overflaten separeres ut i trefaseseparatoren. Da har det fremdeles spor av olje og gass.

Oljen må skilles ut fra vannet før det kan slippes ut eller reinjiseres i reservoaret. Hvis vann skal slippes ut, må det tilfredsstille krav til maksimum innhold av olje. På norsk sokkel er kravet per 2015 maksimum 30 mg/l.

Ved vannbehandling er målet å få de siste oljedråpene ut fra den kontinuerlige vannfasen. Dette er en tilsvarende prosess som ved vanndråper i olje, der dråpene må vokse seg sammen til en slik størrelse at de effektivt kan separeres. Gjenvunnet olje sendes til oljebehandler.

Det er flere prosesser for vannrensing, for eksempel skimmer, flotasjonsenhet og hydrosyklon, som alle benytter separasjon basert på tetthetsforskjell.
I tillegg til fjerning av oljedråper i vannfasen har det de senere årene blitt mer fokus på fjerning av oljekomponenter som er løst i vannfasen. Flere av disse komponentene er relativt skadelige for miljøet, og ulike prosesser er utviklet for å fjerne disse.