Kvalifisering av membraner for bulkseparasjon av CO₂ for havbunnsprosessering av brønnstrøm fra CO₂-flømmet oljefelt

En av de store hindringene for å benytte CO₂ til økt oljeutvinning, (EOR), på norsk sokkel er de store kostnadene som er forbundet med ombygging og tilrettelegging for økt gassbehandling og håndtering av korrosiv CO₂ på eksisterende topside anlegg. I tidligere Climit-studier og i Aker Solutions interne prosjekter for videreutvikling av teknologien er det skissert nye innovative konsepter for havbunnsprosessering av brønnstrømmer fra CO₂-flømmede oljefelt.
Dette konseptet baserer seg på at den CO₂-rike gassen kan separeres til en sterkt CO₂-anriket gasstrøm for komprimering og reinjeksjon til reservoaret og en hydrokarbon anriket gasstrøm som sammen med oljefasen kan føres til produksjonsanlegget topside. Det pågår egne studier for å vurdere om den kvalifiserte Åsgard havbunnskompresjonsteknologien kan utvides til funksjonalitet mot CO₂-kompresjon på havbunnen.
En annen viktig forutsetning for at konseptet kan være teknisk og økonomisk attraktivt er at gasseparasjonen gjøres med robuste membrankvaliteter slik at minimal forbehandling og store prosessanlegg unngås. Innledende beregninger og vurderinger viser at optimale driftsbetingelser for gasseparasjon på havbunnen er utenfor det kvalifiserte operasjonsområdet for nye, relevante membranmaterialer. Det må derfor gjøres systematiske tester for å bekrefte membranenes separasjonsevne og robusthet mot ytre påvirkninger i det relevante operasjonelle vinduet.


Prosjektbeskrivelse

Det er planlagt 4 hovedaktiviteter i prosjektet, som hver er grovt beskrevet nedenfor.

• Screeningtester av ulike membrankvaliteter mht separasjons- og kapasitetsytelse

• Kompatibilitetstester av komponentene i membranenhetene

• teste membraner i liten industriell skala

• Utføre teknisk/økonomiske engineering-studier for vurderinger av teknologikonseptet basert på testresultater


Screeningtestene skal innebære systematisk testing av ulike membrankvaliteter fra 3 relevante leverandører. To er kommersielle leverandører i dag, mens den siste er nyutviklede FSC-membraner fra NTNU. Testene skal omfatte betingelser for trykk, temperatur, gass-sammensetning og rater som er fremkommet fra tidligere studier og som ligger utenfor det operasjonelle vindu membranene er testet for og anvendes i ved gjeldende kommersielle betingelser.

Kompatibilitetstestene skal gjennomføres ved først å foreta en grunnleggende karakterisering av alle fundamentale egenskaper ved materialene. Så skal enkeltkomponenter og sammenkoplede komponenter utsettes for eksponering av ulike påkjenninger som kan forventes innenfor det operasjonelle vindu som er spesifisert. Eksponering mot karbonsyreløsninger og hydrokarbonkondensat ved høyt trykk og temperatur skal utføres. Etter disse eksponeringene skal materialene igjen testes for fundamentale egenskaper for å kontrollere om de er egnet i det driftsmiljøet som kan forventes.

For å gjøre sammenliknende tester av de ulike membrankvalitetene som er funnet best egnet fra de foregående testene, skal det gjøres tester ved utvalgte, relevante betingelser (trykk, temperatur, rater, osv.) av membranmoduler i liten industriell skala. Disse testene skal også benyttes for å justere modellverktøyet for masse- og energibalanse av membranseparasjonen som skal utvikles i løpet av prosjektet. For å utføre disse testene i stor nok skala må den påbegynte test riggen for CO₂ på Tiller modifiseres og forberedes til membrantesting.

Den siste hovedaktiviteten i prosjektet skal inneholde engineering-studier av konseptet for bulkseparasjon av CO₂ fra den assosierte gassen fra et CO₂-flømmet oljefelt. Resultatene fra testene i prosjektet skal anvendes for å sammenlikne med forutsetninger og antagelser gjort i de tidligere studiene. Dette innebærer både en vurdering av egnethet for havbunnsprosessering og topside-prosessering.


Prosjektets potensial
bidra til å bringe AkerSolutions CO₂-eor teknologi frem til kommersialisering og dermed muliggjøre økt oljeutvinning kombinert med co2 lagring på norsk sokkel. Teknologien har også et internasjonalt markedspotensial

Prosjektets mål

Prosjektet har to hovedmålsettinger:

• Kvalifisere membrankvaliteter som er egnet for bulkseparasjon av CO₂ i et operasjonelt vindu for en typisk havbunnsprosess

• Stadfeste tidligere analyser av teknisk og økonomisk anvendelse av havbunnsprosessering som et gunstig konsept for realisering av offshore CO₂ EOR i kombinasjon med reinjeksjon og lagring av CO₂