Olje/vann-separasjon


Olje/-vann-separasjon kan innebære to forskjellige prosesser:
1. Å fjerne oljerester fra vann brukt i produksjonen, som skal dumpes i sjøen.
2. Å rense råolje for vannrester fra produksjonen. Dette kan være fra vanninjeksjon brukt som drivkraft, eller fra kjølemedium.

1. Fjerne olje fra vann[1]

Ved fjerning av oljerester fra vann er det vanlig å gå via en gravimetrisk separator. Figur 1 viser en vanlig metode for såkalt skimming av olje i henhold til American Petroleum Institute sine standarder. I henhold til Stokes lov vil den lettere oljen flyte til toppen, og partikler og annet smuss synker til bunnen. Oljen blir skrapt vekk fra overflaten ("skimming") og enten bearbeidet eller kastet.

Figur 1: API Olje/vann-separator
Figur 1: API Olje/vann-separator
Etter dette kan vannet sendes gjennom et DAF-system (Dissolved Air Flotation-system[2]), som oppløser luft under trykk for så å slippe ut luften ved atmosfærisk trykk i en flotasjonstank. Dette gjør at det dannes ørsmå luftbobler som tar med seg partikler til overflaten hvor de kan skimmes. Figur 2 viser en typisk DAF-enhet.

Figur 2: Dissolved Air Flotation-enhet
Figur 2: Dissolved Air Flotation-enhet
I petroleumsindustrien, spesielt offshore, brukes naturgass istedenfor luft på grunn av eksplosjonsfaren.

2. Fjerne vann fra olje

I produksjon av råolje ønsker man naturligvis å ha lavest mulig vanninnhold (WIO-nivå, Water In Oil). Det er derfor utviklet metoder for å fjerne vann fra olje, enten på en offshore installasjon eller nede i brønnen (se DOWS).

Denne videoen viser de vanligste metodene:


En separasjon går gjerne over flere trinn:

Grovseparasjon av fritt vann[3]

"Fritt" vann skilles fra olje i en standard separasjonstank, eventuelt en sentrifuge. Dette skjer som regel ved gravitasjon, som en følge av Stokes lov. Væsken får ligge i ro i omtrent 5 minutter slik at vannet synker til bunnen og kan tappes ut.

Her er en grov skisse av systemet:


Denne metoden fjerner det meste av vannet, men de minste dråpene er for små til å bli påvirket av tyngdekraften. Neste trinn blir derfor å tilsette en emulsjonsbryter.

Emulsjonsbryter

Det tilsettes en emulsjonsbryter for å smelte små vanndråper sammen til større, utskillbare dråper. Emulsjoner er suspensjoner av små dråper som dannes når to ublandelige væsker blandes. Disse emulsjonene er som regel større enn en mikrometer i diameter. Emulsjonsbryteren gjør at vanninnholdet nå er på 0,5 %.

Elektrostatisk "Coalescer" (væskeutskiller)[4]

Siste trinn er å påføre et elektrisk felt ved hjelp av en "coalescer", eller væskeutskiller (se figur 3[3]), for å bli kvitt siste rest. Det elektriske feltet gjør at vanndråpene blir polariserte og danner et elektrisk felt rundt dråpen. Dråpen får ingen netto ladning, men derimot en positiv og en negativ side. Inne i dråpen er det elektriske feltet lik null. Når to slike ladede dråper kommer i nærheten av hverandre, vil feltene gjøre at de tiltrekker hverandre til de til slutt danner én dråpe. Dette kalles "koalesens" (engelsk: "coalescence"). Når dråpene blir store nok kan de skilles ut på vanlig måte. Vanninnholdet er nå redusert til 0,005 %, eller 50 ppm, som er et akseptabelt WIO-nivå.

coalescer.JPG
Figur 2: Elektrostatisk væskeutskiller

Downhole Oil/Water Separator (DOWS)[5]

En ny teknologi som er under utvikling er såkalt Downhole Oil/Water Separation Technology, eller "Nedihulls" olje/vann-separasjon. Her blir vann fra produksjonen skilt fra råoljen mens den fremdeles er nederst i brønnen, slik at vannet kan pumpes dypere ned i brønnen uten å være innom installasjonen på overflaten. Systemet består av to enheter, en olje/vann-separator (enten hydrosyklonbasert eller gravitasjonsbasert) til å skille vannet fra råoljen og en pumpe/injeksjonsenhet (gjerne elektriske undervannspumper eller "progressive cavity pumps") til å pumpe oljen til overflaten og sprøyte vann dypere ned i brønnen.

Fordeler ved DOWS:

  1. Lavere oljeproduksjonskostnad: DOWS reduserer mengde vann som transporteres til overflaten, renses, gjeninnsprøytes og dumpes med over 70 % slik at totalkostnaden reduseres.
  2. Lavere miljørisiko: Gjeninnsprøytningen utgjør en viss risiko for miljøet, når denne faller bort elimineres også et mulig miljøproblem.
  3. Drikkevannskilder blir ikke forurenset: Fordi avløpsvannet ikke går opp og ned gjennom brønnen, er det ikke fare for at det siver inn i drikkevannsreservoarer lokalisert mellom havbunnen og bunnen av brønnen.
  4. Mindre utstyr på overflaten: DOWS-systemet opererer nederst i brønnen, og behovet for pumpe-/renseutstyr for avløpsvannet på overflaten kan derfor reduseres eller i beste fall elimineres.
  5. Høyere produksjonshastighet: avløpsvannet går rett tilbake i gjeninnsprøytingen, og bidrar dermed til en større drivkraft for pumping av oljen.



Referanser

[1] Wikipedia: API Oil-water separator, lastet 08.10.2010 fra http://en.wikipedia.org/wiki/API_oil-water_separator
[2] Wikipedia: Dissolved air flotation, lastet 09.10.2010 fra http://en.wikipedia.org/wiki/Dissolved_air_flotation
[3] Lilletvedt, Roald: Offshoreteknikk 2010, powerpoint-presentasjon, publ. 12.10.2010, lastet 08.10.2010 fra https://www.itslearning.com/file/download.aspx?FileID=1656195&FileVersionID=-1
[4] Wikipedia: Coalescer, lastet 08.10.2010 fra http://en.wikipedia.org/wiki/Coalescer
[5] Wikipedia: Downhole oil water separation technology, lastet 08.10.2010 fra http://en.wikipedia.org/wiki/Downhole_oil_water_separation_technology