Kjemikere til kamp mot dyre ”isplugger” i oljeledninger

Vil du vite mer om hva du ser på dette bildet, så scroll deg ned til faktaruta nederst på sida. Foto: Guro Aspenes, SINTEF Petroleumsforskning, Bergen

Brikkene som er lagt så langt, har fått behørig oppmerksomhet hos et av verdens største oljeselskap.

Kan spare oljeselskap for store beløp
Puslespillet handler om å løse gåter som naturen står bak når såkalte hydrater dannes. Hydrater er isliknende krystaller som kan dannes i petroleumsindustriens pulsårer på havbunnen: rørledningene som frakter olje og gass inn fra undervannsfelt på sokkelen.

– Faller alle bitene i puslespillet på plass, vil det bidra til å redusere de høye kostnadene som påløper i dag når hydratdannelse i rørledninger skal forbygges, sier seniorforsker Sylvi Høiland ved Bergens-kontoret til SINTEF Petroleumsforskning.

Skritt på vegen
Høiland leder hydratprosjektet ”Hyades”, som støttes av Norges forskningsråd. På laget har SINTEF med seg Universitetet i Bergen (UiB), StatoilHydros forskningssenter i Bergen og det amerikanske oljeselskapet Chevron.

– Målet er at det til slutt skal gå an å få oljeprøver inn på et laboratorium der personalet ved enkle analyser av oljens sammensetning kan fastslå følgende: At hydrater som oppstår når olje A er tilstede, vil ha stor sannsynlighet for å tette igjen rørledningen, mens olje B ikke representerer noe problem i det hele tatt, sier Sylvi Høiland.

Seniorforsker Sylvi Høiland (til v.) og forsker Anna Borgund (nr. to fra v.) er begge utdannet ved Universitetet i Bergen (UiB). På SINTEFs Bergens-kontor utgjør de ”brohodet” til avdelingen Brønnstrømsteknologi ved SINTEF Petroleumsforskning. Her har også tre doktorgradsstudenter fra UiB tilhold: Fra venstre – på høyre side av bordet: kroatiske Djurdjica Corak, russiske Boris Balakin og norske Guro Aspenes. Foto: Svein Tønseth

Skryt fra Shell
Høiland understreker at Hyades-prosjektet alene ikke vil klare å bringe verden dit, men at ”Hyades” trolig vil bringe oljeindustrien et viktig skritt videre mot dette målet.

Så har da også den internasjonale oljeindustrien for lengst merket seg prosjektet.

– Shell bekjentgjorde nylig på en konferanse at selskapet ser vår metode for karakterising av oljen som lovende. Og det er jo selvsagt hyggelig å høre for oss som har vært med på å utvikle metodikken, sier Sylvi Høiland.

Les også: Kan bidra til å gjøre ulønnsomme felt lønnsomme, ifølge oljeindustrien

Hva gjør ”problemfri” olje problemfri?
Håpet er knyttet til det faktum at enkelte oljetyper har egenskaper som hindrer at  hydrater blir klebrige ”snøballer”. Når slike oljer er tilstede i rørledningen, forblir hydratene finfordelt pulver som lett lar seg frakte gjennom røret.

Men hvilke kjemiske bestanddeler i den ”problemfrie” oljen er det som gjør den problemfri? Dette er et nøkkelspørsmål forskerne ser på i Hyades.

Vann fra brønnene er problemet
Prosjektet viderefører et årelangt samarbeid mellom Kjemisk institutt ved UiB og Norsk Hydro – et arbeid som begynte i det små, og som nå har vokst på seg ettersom den internasjonale interessen har økt.

Bakteppet for prosjektet er utvinningen av olje- og gass fra undervannsfelt. Fra slike felt fraktes brønnstrømmen i rør til land eller til nærliggende plattformer, og i økende grad over lange avstander. Og det er ikke alltid så enkelt.

Opp av petroleumsbrønner kommer det nemlig sjelden bare ren olje eller ren gass. Brønnstrømmer er oftest blandinger av olje, naturgass og vann.

Kritisk når det blir kaldt i røret
I rør som frakter slike blandinger langs havbunnen, vil gassen og vannet danne hydrater hvis temperaturen i ledningen blir lav nok. Og det blir den når transport i rør foregår over lange strekninger under vann, fordi det kalde sjøvannet utenfor røret etter hvert kjøler ned oljen og gassen på innsida.

Også når vedlikeholdsarbeid eller andre forhold gjør det nødvendig å stenge ned  produksjonen på et felt midlertidig, kan temperaturen i rørledningen bli så lav at den gir vilkår for framvekst av hydrater.

Og noen av hydratkrystallene som dannes, er verre enn andre.

Forebygger med ”frostvæske”
Enkelte hydrater har nemlig egenskaper som får krystallene til å likne klebrig, kram snø. Disse kan vokse seg til store plugger som kan tette til hele ledningen.

For å hindre dannelse av hydrater, pøser oljeselskapene store mengder ”frostvæske” (metanol eller glykol) inn i mange av brønnene, rørledningene og prosessutstyret.
 
Også ved planlagte eller uforutsette nedstengninger av produksjonen, blir store mengder ”frostvæske” tilsatt for å holde hydrater unna.

Alt dette er kostbart.

Håp om redusert kjemikaliebruk
For ikke bare er ”frostvæska” dyr. Ved nedstengninger blir stansen i produksjonen forlenget, på grunn av den lange tida det tar å pumpe de store mengdene kjemikalier ned i rørledningene. Og tapt tid er tapte penger på sokkelen.

Nå har det vitenskapelige puslespillet i Bergen tent et håp om at bruken av ”frostvæske” i rørledningene kan reduseres i framtida. 

Av Svein Tønseth 

Glimt fra laboratorieforsøk hos SINTEF i Bergen, med fokus på gasshydrater (isliknende krystaller dannet av naturgass og vanndråper). Målet er å klarlegge hvorfor enkelte oljetyper får gasshydrater til å likne kram snø – klebrig masse som kan bygge seg opp på indre rørvegger, mens andre oljetyper får hydratene til å likne tørre snøfnugg. På begge bildene ses vanndråper, omgitt av olje. På bildet over ligger vanndråpen på en overflate av glass. På bildet under ligger vanndråpen på en overflate av messing. Forskerne bruker flere ulike metaller for å etterlikne den indre røroverflaten i transportrøret. Fra hverdagslivet vet vi at vanndråper i noen tilfeller kan ”sige utover” noen overflater, som et glassfat, mens de blir liggende runde og fine på en nypolert bil. På bildene ser du vanndråper som i ulik grad har ”seget utover” de valgte overflatene. Forsøkene har gitt Bergens-forskerne ny viten om i hvilken grad ulike oljetyper får gitte overflater til å virke klebrige eller glatte for vanndråper. Foto: Guro Aspenes, SINTEF Petroleumsforskning, Bergen.