Nutzung und Lagerung von abgeschiedenem Kohlendioxid, verbesserte Ölgewinnung und Hydratforschung

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28. Mai 2021

Eine Kundenfallstudie von Mitch Spronck (PCS) & Marianne Steinsbø (Senior Engineer, Universität Bergen)

Die Norwegische Erdöl- und Prozesstechnologiegruppe – Teil der Fakultät für Physik und Technologie, Universität Bergen – konzentriert sich auf die Forschung und Experimente im Bereich der Nutzung und Lagerung der Kohlenstoffabscheidung, verbesserte Ölgewinnung und Hydrate. Innerhalb dieses Forschungsbereichs spielen Experimente zur Hochdruck-CO2 -Injektion zur verbesserten Ölrückgewinnung (enhanced oil recovery - EOR) eine bedeutende Rolle.

Bereits seit 2014 setzen sie in diesen Forschungsanlagen Vordruckregler der Equilibar ZF-Serie (Zero Flow) ein. Sie nutzen insgesamt 5 Versuchsaufbauten, die unsere intelligenten, hochpräzisen Druckregelventile enthalten, die mit der patentierten domgesteuerten Membrandichtungstechnologie von Equilibar ausgestattet sind. Man kann mit Sicherheit sagen, dass sie zu den "Early Adopters" unserer innovativen Produkte in Europa gehörten! Inzwischen ist diese Forschung stetig vorangekommen – die Liste der wissenschaftlichen Publikationen (unten auf dieser Seite) aus der Gruppe Reservoir Physics spricht für sich.

In diesem Anwendungsblog fragen wir Marianne Steinsbø, Senior Engineer der Universität Bergen, wie sich unsere Präzisionsdruckregelprodukte in den letzten 7 Jahren auf die Forschungsprojekte dieser Forschungsgruppe ausgewirkt haben.

Die Rolle der Druckregelung in der experimentellen EOR-Forschung von Steinsbø

Als Teil der Forschung zur Nutzung und Lagerung von Kohlenstoffabscheidung, verbesserter Ölgewinnung und Hydraten müssen Experimente rund um die Hochdruck-CO2-Injektion für eine verbesserte Ölgewinnung durchgeführt werden. Diese Experimente dienen der Untersuchung von Gesteinsproben und Mikromodellen unter hoher Temperatur und hohem Druck, um die Nutzung und Speicherung des Klimagases CO2 und die Bildung von Hydraten bei der CO2 -Lagerung weiter zu erforschen. Dies geschieht, um Injektionsstrategien für eine verbesserte Ölförderung in herkömmlichen Ölfeldern zu fördern.

Wie so oft bei der experimentellen Forschung, ist die Regelung der Prozessparameter der Schlüssel für zuverlässige und wiederholbare Forschung. Für die Reservoir-Physik-Forschung ist die Hochtemperatur- und Hochdruckregelung eines dieser Schlüsselelemente. Ihre ersten Experimente mit Equilibar-Vordruckreglern wurden schon vorgestellt in Steinsbø et al., 2015. Derzeit arbeiten fast alle ihrer (Carbon Capture Utilization and Storage)-Injektionsexperimente mit einem Equilibar-Regelventil.

Marianne Steinsbø beschreibt die Anforderungen ihrer Anwendung wie folgt:

„Bei diesen Experimenten müssen wir den Druckabfall in Kernsystemen mit Porenvolumina von 25-150 ml messen. Erwünschte Trends, die beobachtet werden sollten, liegen im Bereich kleiner Druckänderungen von 0,1 bar, kleinen Volumenänderungen von 0,5 ml oder Änderungen über einen bestimmten Zeitraum (10 min). Für die Experimente ist es wichtig, dass der Vordruckregler – der dem Prozess nachgeschaltet ist (wie in der Abbildung zu sehen) – Flüssigkeit gleichmäßig abgibt, um genaue Ergebnisse zu erzielen.“

Variierende Prozessparameter und Extreme im Kv-Bereich

Wie Marianne uns weiter erklärte, dauert ein typisches Experiment 4 bis 5 Tage. Während dieser Zeit durchläuft der Versuch verschiedene Phasen, beginnend mit einer Probe und ersten Druckbeaufschlagung der Kernprobe (Tag 1), weiter mit der Entwässerung der Kernprobe mit Roh- und Mineralöl (Tag 2), Wasserflutung der Kernprobe ( Tag 3) und schließlich die CO2/CO2 -Schauminjektion (Tag 4 und 5). Während dieses Zeitraums wird der Vordruckregler so eingestellt, dass er einen konstanten Druck im Bereich von 90 bis 180 barg aufrechterhält. In diesen Versuchsphasen variieren die Flüsse stark: Obwohl der Fluss im Allgemeinen zwischen 1-5 ml/h liegt, können die Flüsse bei der Initialisierung bis zu 1 Stunde lang bis zu 200 ml/h erreichen und in der Entleerungsphase sind die Flüsse kann sogar 1 l/h erreichen. Zusammenfassend erfordert das gesamte Experiment eine Regelbereich von 1:2.000!

Experimenteller Systemaufbau einschließlich Equilibar Zero-Flow-Vordruckregler

Abbildung 1 Kernprobe CO2-Injektionsexperimente mit Equilibar BPR zur Druckregelung

In Figure 1 sieht man den Versuchsaufbau für die Injektion von (überkritisch) CO2 in den getesteten Kern. CO2 und Decan werden mit einer wässrigen Lösung bei erhöhten Drücken bis 400 bar und Temperaturen bis 120 C° in den Kern geleitet. In anderen Experimenten können auch andere Medien wie Isopropylalkohol verwendet werden. Der BPR wird stromabwärts des Kerns platziert, um den Druck während des Tests stabil zu halten. Die Prozessseite des Equilibar-Reglers steht sowohl mit Wasser als auch mit CO2 (oder anderen Medien) in Kontakt, während der Referenzdruck mit Stickstoff eingestellt wird.

Die Equilibar-Regler werden außerhalb des Heizkastens platziert, werden aber immer noch mit den heißen Medien in Kontakt kommen. Dieses Bild zeigt die Heizbox mit den Equilibar-Ventilen direkt daneben, auch in der Nahaufnahme zu sehen.

Abbildung 2 Versuchsaufbau zur Hochdruckregelung im Forschungslabor Abbildung 3 Gleichgewichte im Versuchsaufbau

 

Das Forschungslabor verwendet außerdem einen separaten, kleineren Equilibar-Vordruckregler, der für einen einfachen Zugang und eine einfache Bedienung an der Wand montiert ist und so Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit bei der Planung und Durchführung kleinerer Experimente ermöglicht.

Die Perspektive eines Forschers:
Warum Equilibar Präzisionsdruckregelventile wählen?

Als wir Marianne Steinsbø baten, zu erklären, was der Einsatz von Equilibar-Vordruckreglern für ihre Forschung in Bezug auf Benutzerfreundlichkeit und Zuverlässigkeit bedeutet hat, äußert sie sich sehr offen über die Vorteile, die ihre Forschungsgruppe erfahren hat:

„Im Laufe der Jahre haben wir im Vergleich zu anderen uns bekannten konventionellen Vordruckreglern mehrere Vorteile des ZF-Vordruckreglers identifiziert:

  • Keine Hydratbildung im Regler durch Druck- oder Temperaturabfall
  • Flüssigkeit wird gleichmäßig und ohne Druckschwankungen abgegeben
  • Gute Kompatibilität mit unserem 2- oder 3-Phasen-Strömungsverfahren (gasförmiges, flüssiges und überkritisches CO2 )
  • Einfache Reinigung des Reglers, wenn Gips aus dem Prozess zu Verstpfungen führt”

Andere Forschungsanwendungen

Die Vorteile, die Steinsbø bezeugt, wurden von vielen anderen Forschern bestätigt, die unsere innovative, patentierte Vordrucktechnologie und/oder elektronische Lösungen zur präzisen Steuerung von Prozessparametern einsetzen. Siehe zum Beispiel auch diesen Blog über Ultra-Low-Flow-Regelung und lesen Sie mehr über der BR-Serie, der verstopfungsresistent gemacht wurde, speziell für den Einsatz mit überkritischem CO2.

Möchten Sie mehr wissen?

Möchten Sie die Besonderheiten Ihrer Anwendung besprechen und unsere Fähigkeiten zur Lösung auch Ihrer speziellen Druckherausforderung erkunden? Bitte kontaktieren Sie unsere Ingenieure noch heute! Sie freuen sich immer über eine neue Herausforderung und teilen ihr Fachwissen gerne mit Ihnen.

Lesen Sie mehr über die Forschung von Marianne Steinsbø in der Publikationsliste.

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