Syngende rør gir problemer

Hyling, brumming og vibrasjon i rørene som fører gass fra flytende plattformer til ledningsnettet inn til land, skaper utfordringer for norske oljeselskap.

STRENG MED BEVEGELSE: Stigerørene danner en navlestreng mellom brønnene på havbunnen (her utelatt på tegningen) og den flytende plattformen. Foto: Statoil

STRENG MED BEVEGELSE: Stigerørene danner en navlestreng mellom brønnene på havbunnen (her utelatt på tegningen) og den flytende plattformen.
Foto: Statoil

De siste par årene har gass blitt transportert i store mengder i fleksible stigerør fra flytende plattformer ute i Nordsjøen. Diameteren på disse stigerørene kan komme opp i 16-17 tommer, og de fungerer som bevegelige «slanger» bygd opp lagvis av ulike typer stål- og plastmaterialer. I tillegg til å føre gass fra plattform til rørledningsnettet som går inn til land, danner stigerørene også selve navlestrengen mellom brønner og plattform. På samme måte som en støvsugerslange, har rørene innvendige riller for at plattformene skal kunne bevege seg i bølgene. Det er langsetter disse rillene man tror problemet oppstår.

VIRVELDANNELSE • Lengden på stigerørene avhenger av vanndypet, og på 300 meters vanndyp bruker man typisk 700-800 meter lange stigerør. Når gasstrømmen beveger seg framover, bygger det seg opp små virvler i fordypningene, og av og til danner disse lydbølger. På Åsgard B merket man problemet etter kort tids produksjon. Hylingen og vibrasjonen i stigerørene forplantet seg også til prosessanlegget ombord, og det ble registrert utmattingssprekker i enkelte ståldetaljer på rørsystemet oppe på plattformen. Øyeblikkelige tiltak ble satt i verk, men i ettertid er tilsvarende fenomen registrert på 5-6 andre plattformer i Nordsjøen.

RILLER: Det er de innvendige rillene i stigerøret som skaper problemer. Når gasstrømmen (de røde pilene) beveger seg framover, oppstår det små virvler i fordypningene som rillene skaper. Dette gir igjen forstyrrelser i gassflyten og danner av og til lydbølger. Illustrasjon: Jan H. Johansen, SINTEF Media

RILLER: Det er de innvendige rillene i stigerøret som skaper problemer. Når gasstrømmen (de røde pilene) beveger seg framover, oppstår det små virvler i fordypningene som rillene skaper. Dette gir igjen forstyrrelser i gassflyten og danner av og til lydbølger.
Illustrasjon: Jan H. Johansen, SINTEF Media

– Vi snakker om en form for hyling som om vi blåser i et elektrikerrør, sier forsker Øyvind Hellan på Marintek. – Ingen har full oversikt over hvilke basismekanismer som Det vi vet, er at det oppstår svingninger gassen og at rørene begynner «å synge Hastigheten på gasstrømmen bestemmer tonehøyden.

Løsningen på problemet har til nå vært å redusere hastigheten på gassen som sendes ut fra plattformen, men detter er ikke en tilfredsstillende løsning i lengden. Men nå går Marintek og andre SINTEF-forskere innenfor fagområder som energi, akustikk og flerfase sammen i et tverrfaglig treårig program. Ved hjelp av 20 millioner fra Norges forskningsråd, Statoil, Norsk Hydro engelske Wellstream, skal problemet med «Singing risers» løses.

GRADVIS TILNÆRMING • Utfordringen for forskerne blir å beskrive de fysiske mekanismene bak problemet. Hva er grunnen til at fenomenet oppstår? Hva gjør centimeter store virvler blir en utfordring for gasstransporten?

I høst startet forskere fra akustikkmiljøet med basisforsøk i småskala. Tor Arne Reinen på avdeling for Akustikk ved SINTEF IKT forteller at forskerne har benyttet rør på én tomme i stedet for 15 tommer, at de har blåst inn luft i stedet for naturgass. Skalamodellene oppviser imidlertid nøyaktig det samme som på plattformene: en høy hyling.

– Vi tror dette er et samvirke mellom flere fysiske fenomen. Når virveldannelsene produserer lyden – og denne kommer opp i tilstrekkelig styrke, ser det som om lyden virker tilbake og forsterker virvlene ytterligere. Vi får altså en gjensidighet mellom virveldannelse og akustikk, sier Reinen.

Strømningseksperter ved SINTEF Materialer og kjemi har også gjort beregninger på rørfenomenet siden i høst. – Vi har blant annet beregnet hva som skjer inne i en «cavity», et én centimeters rillerom, og ser klare sammenhenger mellom periodisk hyling og forhold som geometri, hastighet og gassegenskaper, sier Stein Tore Johansen. Ved hjelp av geometrisk design tror han det skal være mulig å utforme røret slik at man unngår problemet. Men fortsatt gjenstår mange beregninger. Snart vil vi forskerne gå over til forsøk i en mellomskala testsløyfe ved SINTEFs Flerfaseanlegg, og mot 2007 vil man avslutte med å kjøre fullskala forsøk og etterligne forholdene som finnes offshore.

 

Av Åse Dragland