Petrolio, gas e acqua in tempo reale Portata: la misura diventa multifase
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Article AT/FLOW/003-IT
Petrolio, gas e acqua in tempo reale
Portata: la misura diventa multifase
ABB lancia il Multi-Phase Flow Meter
(MPFM) VIS per la misura in tempo reale
delle portate di petrolio, gas e acqua
nelle più difficili correnti multifase, tipiche
del settore Oil and Gas Upstream
Measurement made easy
Introduzione Uno strumento innovativo
Lanciato recentemente da ABB, il Multi-Phase Flow Meter VIS Il misuratore multifase VIS di ABB è stato sviluppato in
(VEGA Isokinetic Sampling) rappresenta la soluzione ideale per collaborazione con TEA Sistemi, una società di Pisa
la misura e il monitoraggio delle portate di olio, gas e acqua impegnata nella ricerca e sviluppo di tecnologie avanzate nel
prodotte in prossimità delle teste pozzo. VIS permette la campo dell'Oil and Gas, ed è progettato per soddisfare i più
misura simultanea delle tre diverse fasi con estrema stringenti requisiti del settore. È lo strumento di misura
accuratezza. Il multifase VIS di ABB è in grado di fornire le indispensabile per il monitoraggio del pozzo, il controllo della
stesse informazioni e la stessa accuratezza di misura dei produzione e della distribuzione e per una gestione ottimale
separatori di test convenzionali in un prodotto di dimensioni dei giacimenti. Può operare in tutti i tipi di campi di wet gas,
contenute, in tempo reale e a costi molto inferiori. dove la frazione volumetrica di gas (Gas Volume Fraction, GVF)
Si tratta di un misuratore che utilizza una tecnologia brevettata è superiore all'80% e le proprie prestazioni non sono inficiate
ed esclusiva, basata sul principio del campionamento neanche a fronte delle più difficili condizioni operative.
isocinetico (isokinetic sampling) che permette il prelievo di una Quando la frazione volumetrica di gas è estremamente alta, le
piccola frazione della corrente multifase e la sua successiva prestazioni di VIS sono ineguagliate. VIS è anche il miglior
separazione nelle diverse fasi, garantendo l'assoluta modo per proteggere gli investimenti in strumentazione a
accuratezza delle singole misure di portata. fronte dell'invecchiamento dei giacimenti, dove il GVF tende
ad aumentare progressivamente e nei pozzi soggetti a gas lift,
dove cioè grandi quantità di gas sono mescolate alle fasi
liquide.
Petrolio, gas e acqua in tempo reale
Portata: la misura diventa multifase
Uno dei maggiori benefici del misuratore VIS di ABB è che, a L'esclusiva tecnologia alla base del misuratore lo rende inoltre
differenza di molte soluzioni per la misura di flussi multifase perfettamente indicato per il monitoraggio e l'ottimizzazione
presenti sul mercato, non si basa su alcun componente dei campi di stoccaggio gas (gas storage fields), dove può
radioattivo. Questa sua caratteristica è di fondamentale sostituire il tradizionale orifizio tarato, permettendo
importanza in tutte le fasi che richiedono la spedizione, lo l'individuazione di tracce di acqua nel gas estratto. Il
sdoganamento, la messa in servizio e, infine, il misuratore multifase di ABB non ha limitazioni di taglia e può
decommissioning e lo smaltimento dello strumento. Facilita essere applicato su condutture di tutte le dimensioni.
inoltre sensibilmente la gestione dei permessi di import/export Un'ulteriore caratteristica esclusiva è la possibilità di
e tutte le azioni manutentive da eseguire sul misuratore. progettare lo strumento in modo da incrementare il turndown
sulla misura del gas sino ad un rapporto 100:1, il più alto
disponibile sul mercato.
Fig. 1: Nedalco Plant in Manchester, UK
2 AT/FLOW/003-IT | Petrolio, gas e acqua in tempo reale | Portata: la misura diventa multifase
Ricerca e sviluppo tutto made in Italy
Ci racconta Nunzio Bonavita, Business Development Manager
BU Measurement and Analytics di ABB - Process Automation
Division: "Questo strumento innovativo nasce dalla
collaborazione con TEA Sistemi, uno spin-off dell'Università di
Pisa impegnato nella ricerca e sviluppo di tecnologie avanzate
nel campo dell'Oil and Gas, ed è progettato per soddisfare i
più stringenti requisiti del settore.
Si tratta di un prodotto totalmente italiano nato da una
collaborazione fra due realtà, diverse per missione e
dimensioni, ma che condividono lo stesso focus su
innovazione ed alta tecnologia.
ABB ha una relazione consolidata con TEA Sistemi, sia a livello
di R&D grazie alle competenze della società pisana nel campo
della Flow Assurance, sia a livello commerciale, dove da anni
ABB mette a disposizione di TEA Sistemi le proprie tecnologie
avanzate soprattutto nel campo della misura di pressione,
continuamente perfezionate nella nostra unità produttiva di
Lenno, in provincia di Como. Ovviamente negli ultimi mesi la
collaborazione si è ulteriormente rafforzata lavorando
congiuntamente sia per la definizione e il continuo Fig. 2: Il Multi-phase Flowmeter VIS per applicazioni Oil and Gas
realizzato da ABB in collaborazione con TEA Sistemi
miglioramento del nuovo misuratore multifase, sia per la parte
commerciale e di service necessaria per rendere totalmente
fruibile a livello globale questa eccellenza tecnologica made in
Italy".
Fig. 3: Schema di funzionamento di VIS
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Petrolio, gas e acqua in tempo reale Portata: la misura diventa multifase Misure affidabili e in tempo reale Tecnologia unica ed innovativa Per chi si occupa di Oil and Gas Upstream, la possibilità di Il principio di funzionamento di VIS, Isokinetic Sampling, effettuare misure di portata multifase offre indubbi vantaggi. consiste nel prelievo di una frazione della portata trifase in Prosegue Bonavita: "La produzione di idrocarburi nella realtà modo tale che la frazione prelevata sia perfettamente non avviene attraverso l'estrazione di un flusso monofase, rappresentativa dell'intero stream. I flussi multifase sono bensì di un flusso multifase dove normalmente è presente una caratterizzati da condizioni fluidodinamiche estremamente fase liquida binaria (olio e acqua) e una fase gassosa (il gas), complesse ove i singoli componenti possono addensarsi in oltre a eventuali sabbie o particelle solide in sospensione. particolari zone della condotta e/o scorrere a velocità diverse Normalmente tale miscela viene convogliata ad un impianto di fra loro. È evidente come campionare "a caso" una trattamento a cui sottendono molteplici pozzi in molteplici aree percentuale di flusso non sia accettabile a meno che essa non all'ingresso del quale è presente un'apposita unità dedicata sia scientificamente associabile al profilo reale dell'insieme alla separazione delle tre fasi che avviene sostanzialmente per dello stream. La metodologia utilizzata da VIS parte da un gravità. Una volta separate le tre fasi, le relative portate sistema di campionamento estremamente sofisticato, vengono misurate con metodi e strumenti tradizionali. realizzato per mezzo di device appositamente progettati e Misurare le tre fasi a valle del separatore, però, comporta brevettati che hanno richiesto anni di studio al computer, diverse limitazioni, perché tali misure sono disponibili con possibili grazie alle competenze di TEA Sistemi nel campo tempi di ritardo considerevoli e forniscono un valore medio che della Flow Assurance e dei codici specialistici associati, è evidentemente mediato su tutti i contributi che provengono nonché anni di prove in laboratorio. dai vari pozzi. Si tratta quindi di una misura non utilizzabile per I dettagli dell'operazione di campionamento isocinetico sono scopi di monitoraggio e ottimizzazione della produzione delle ovviamente riservati. In linea di principio si può comunque dire singole aree produttive". che un'attenta gestione delle differenze di pressione fra La situazione può peraltro essere ulteriormente complicata se l'interno della sonda di campionamento inserita nella condotta la Gas (o Oil) Processing Unit riceve in ingresso portate da principale e la condotta stessa permette di garantire quelle aree gestite da diverse società, nel qual caso è evidentemente condizioni di equivelocità che sono essenziali per permettere necessario risolvere anche problematiche di allocazione di un campionamento totalmente rappresentativo. Una volta costi, profitti e liabilities. campionata una frazione di flusso il meter opera la È proprio in queste situazioni dove il ruolo dei misuratori separazione (altro passaggio critico e che ha richiesto la multifase diventa preminente: questi prodotti sono in grado di progettazione di componenti ad altissima efficienza) e la fornire la stessa tipologia di informazioni di un classico misura delle singole fasi con strumenti convenzionali, separatore di test, ma con i vantaggi derivanti dalla possibilità sostanzialmente trasmettitori di pressione e temperatura. Un di avere le misure di portata in tempo reale, unitamente ad un software proprietario è quindi in grado di utilizzare le ingombro decisamente più compatto". informazioni provenienti dalla strumentazione e ricondurli ad Per la propria natura, VIS fornisce le massime prestazioni accuratissime misure delle portate delle singole fasi. proprio nelle applicazioni più difficili per i misuratori multifase tradizionali, laddove la frazione volumetrica del gas è estremamente alta. In termini tecnici si parla di GVF (Gas Volume Fraction): ebbene più il GVF si avvicina al 100% e più la misura accurata delle tre fasi è problematica. Il sistema di misura di VIS invece è pensato proprio per gestire al meglio questo tipo di sfide e non ha problemi anche quando la percentuale volumetrica di liquido scende sotto l'1% o addirittura l'1‰. Lo strumento può essere applicato con successo anche sui campo di stoccaggio gas. Grazie al suo particolare design, può fornire misure bidirezionali e fornire una misura molto accurata in tempo reale di fluidi bifasici durante la produzione. Ciò può essere molto utile, perché permette di ottimizzare le estrazioni dai serbatoi, minimizzando il contenuto di acqua presente nel gas". 4 AT/FLOW/003-IT | Petrolio, gas e acqua in tempo reale | Portata: la misura diventa multifase
Fig. 4: Esempio di installazione per misura di wet gas nel Golfo del Messico
La configurazione "Dual Inlet"
Il misuratore può essere anche fornito nella configurazione Vis
"Dual Inlet", che consente di ampliare il range di misura dello Separator
strumento.
1
Uno dei problemi che i misuratori multifase debbono affrontare
è infatti l'estrema variabilità delle portate che possono essere Sampling
System
chiamati a misurare. Quindi uno dei parametri di interesse
degli utilizzatori finali è il cosiddetto "turndown", cioè quanto
può variare la portata da misurare su cui il singolo meter
garantisce l'accuratezza richiesta. Poiché VIS opera, tramite il
sistema di campionamento, su una frazione della portata, è 2
evidente che è possibile estendere il range operativo a portate
molto inferiori semplicemente prevedendo un sistema di
introduzione diretta nel separatore che consenta di bypassare
la fase di campionamento. Così con un opportuno ingresso
supplementare e semplicemente agendo sulle relative valvole,
VIS può ampliare enormemente la propria "rangeability".
Fig. 5: Schema della configurazione “Dual Inlet”
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Petrolio, gas e acqua in tempo reale
Portata: la misura diventa multifase
Caratteristiche del misuratore multifase
VIS
Tecnologia unica e brevettata
Il campionamento isocinetico consente l'estrazione di una
porzione rappresentativa del flusso e di determinare in modo
accurato le portate delle diverse fasi. La tecnologia VIS ha
oltre 40 installazioni in tutto il mondo, è in grado di fornire
un'accuratezza elevata anche nelle condizioni di flusso più
difficili. L'affidabilità dello strumento si mantiene inalterata
anche per il rilevamento e la misura di frazioni liquide sotto il
10- 4%.
Totalmente privo di componenti radioattivi
A differenza di molti prodotti disponibili sul mercato, VIS è
Fig. 6: Andamento delle misure effettuate presso la piattaforma
radioactive-free. Ciò è di cruciale importanza nelle procedure
Allegheny (Golfo del Messico)
di movimentazione, shipping, commissioning e
decommissioning.
Progettato per i requisiti del settore Oil
Strumentazione standard
and Gas VIS utilizza solo strumentazione da processo standard: ciò è
Avere misuratori compatti ad alte prestazioni utilizzabili in un vantaggio nelle attività di manutenzione, poiché gli
prossimità delle teste-pozzo consente di avere informazioni operatori non hanno a che fare con devices complicati, ma
dettagliate, puntuali ed in tempo reale sul processo di con strumentazione di tipo tradizionale.
produzione. Proprio per questo la richiesta del mercato di
misuratori con queste caratteristiche è prevista in forte Ideale per Gas Storage Fields
crescita nei prossimi anni, in quanto vanno a soddisfare VIS è perfettamente indicato anche per la gestione dei campi
specifiche esigenze degli end users. di stoccaggio del gas naturale dove vi è l'esigenza di rilevare
Non dimentichiamo che in ambito Oil and Gas l'ottimizzazione anche minime parti di condensato o acqua nelle fasi di
dei processi gioca un ruolo fondamentale. La possibilità di estrazione. La tecnologia di VIS ha diverse applicazioni di
poter disporre di un misuratore ad alte prestazioni può essere successo in questo settore.
determinante per la profittabilità dei siti di produzione
upstream. Protezione dell'investimento
Conclude Bonavita: "La realizzazione di VIS è un notevole VIS è l'ideale per applicazioni su campi gas e su campi olio
esempio in cui ricerca teorica, ricerca applicata, produzione "maturi". Infatti vi è una naturale tendenza del GVF ad
industriale dei device e sviluppo del software hanno portato al aumentare con l'età del campo petrolifero: in questo modo
lancio sul mercato di uno strumento di realmente innovativo, l'installazione di VIS rappresenta anche una protezione
sia come prestazioni sia come design. Ricerca e tecnologia, dell'investimento perché col passare degli anni le condizioni
tutto made in Italy." produttive tenderanno a spostarsi verso quei valori su cui VIS
ha prestazioni particolarmente rilevanti.
Ampio range di misura
Il design di VIS può essere realizzato ad hoc per aumentare il
gas turndown fino a un rapporto 100:1, il più alto disponibile
sul mercato, senza dover sostituire alcun componente. Una
strategia di automazione permette infatti di gestire due diversi
percorsi di immissione del fluido a seconda della sua portata.
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TEA Sistemi, partner nel trasferimento Ad oggi le tre società del Gruppo TEA contano più di 60 tra
dipendenti e collaboratori altamente qualificati, tra cui
tecnologico professori e ricercatori delle Università, del CNR ed altri istituti.
La società TEA Sistemi nasce nel 1997 quale spin-off del La sede principale della Gruppo e del suo Laboratorio
Centro TEA (Tecnologie Energetiche e Ambientali) con sperimentale è a Pisa.
l'obiettivo principale di promuovere il trasferimento e la Per saperne di più: www.tea-group.com
commercializzazione dei risultati ottenuti nell'ambito della
Ricerca e Sviluppo.
Il gruppo, attraverso l'esperienza maturata dai suoi ricercatori,
offre sul mercato prodotti e servizi altamente specializzati e
con una forte connotazione di innovazione nel settore
energetico e ambientale.
Fig. 8: Alcune realizzazioni di TEA Sistemi
Fig. 7: Il Centro Ricerche di TEA Sistemi a Pisa
I metodi di progettazione, i modelli di calcolo e i software
utilizzati sono in larga parte sviluppati internamente al gruppo,
frutto di attività di ricerca e innovazione tecnologica.
Attualmente il gruppo vanta la proprietà intellettuale di
numerosi brevetti, sviluppati sia internamente che attraverso la
collaborazione con partner italiani e/o stranieri per la
protezione di apparecchiature e sistemi di interesse sia per
l'industria di processo che per la salvaguardia dell'ambiente.
TEA Sistemi opera a largo spettro nel campo della ricerca,
supportata dal Laboratorio TEA, in cui è possibile condurre
esperimenti anche su scala industriale. Ingenti investimenti
sono stati sostenuti per dotare il laboratorio delle
strumentazioni necessarie allo svolgimento delle attività di
R&S, progettazione e test di apparecchiature e processi per
l'industria.
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