Flow Assurance Management: innovative methodologies for Oil and Gas production optimization

Questa tesi di dottorato riporta il risultato delle ricerche svolte su problematiche inerenti al trasporto di idrocarburi in condotta. Tali problematiche rientrano nella cosiddetta "Flow Assurance", disciplina che si occupa di assicurare un corretto trasporto di idrocarburi per tutta la vita del pozzo. La tesi è divisa sulla base di tre fenomeni: l'accumulo di liquido in condotte per trasporto di gas naturale; la frattura duttile in condotte per il trasporto di gas ad elevate pressioni; l'accumulo di cera in condotte per il trasporto di oli "cerosi". Viene investigata una tecnica innovativa, basata sull'iniezione di surfactante, per la rimozione di liquido dalle condotte di gas. La tesi riporta diversi test di laboratorio, svolti con l'obbiettivo di aumentare la probabilità di successo della suddetta tecnica. Viene presentato un codice per il calcolo della velocità dell'onda di espansione in miscele di gas naturale. La velocità dell'onda di espansione è parte di un modello multi-fisico per il controllo della frattura duttile. I risultati ottenuti sono comparati con misure sperimentali e predizioni presenti in letteratura. Viene presentata una dettagliata analisi del fenomeno di accumulo di cera in condotta. Quattro diversi scenari di produzione sono stati simulati con diversi software termo-idraulici e termodinamici. Lo scopo dell'analisi è valutare le capacità di predizione dei software ed identificare i più importanti parametri di deposizione da modificare per eguagliare il dato di campo, sia nel flusso a singola fase che in quello multifase.

This doctorate thesis reports the result of the research activities performed on issues concerning the transport of hydrocarbons in pipeline. These issues come under the so called "Flow Assurance", discipline aiming to assure the transport of hydrocarbons during the whole life of the well. The thesis is divided according with three main phenomena: the liquid loading in pipelines transporting natural gas; the ductile fracture in pipelines transporting gas at high pressure; the wax deposition in pipelines transporting waxy-oil. A new technique, based on surfactant injection, for the removal of the accumulated liquid in pipeline is investigated. This technique is analyzed through a wide number of experimental tests, with the goal to increase the deliquification success rate. It is presented a code for the calculation of the expansion wave velocity in natural gas mixture. The expansion wave velocity is part of a multi-physic model used for the control of the ductile fracture in pipeline. The obtained results are compared with experimental measurements and other predictions found in literature. A detailed analysis of the wax deposition in the pipeline is presented. Four production scenarios were simulated using different thermo-hydraulic and ther- modynamic software. The aim of the analysis is to evaluate the predictive capabilities of these software and to identify the most relevant wax deposition parameters to adjust to match the real field data, both in the single-phase and multi-phase ?