print logo

Frykter milliardkollaps på oljefelt

Manglende matematisk forståelse for hvordan olje og gass kan fraktes i lange rør til fastlandet kan lamme oljeutvinningen på Stockman-feltet nord i Barentshavet og føre til norske tap på flere hundre milliarder kroner. Nå jakter UiO-matematikere på mirakelformelen.

KRAFTIG TURBULENS: I bølgelaboratoriet ved Matematisk institutt viser John Grue ved Universitetet i Oslo, Dag Thomassen ved Institutt for energiteknikk og Ruben Schulkes fra Hydro hvor kraftig turbulensen kan bli når man sender olje og gass igjennom det samme røret. Foto: Ola Sæther

Selv om norske oljeselskaper muligens får oppdraget å utvinne olje fra det eventyrlig store Stockman-feltet helt nord i den russiske delen av Barentshavet, kan oljeeventyret strande økonomisk hvis oljeutvinnerne ikke finner svaret på en viktig matematisk gåte. For det er nødvendig med en helt ny matematisk forståelse for å kunne sende gass og olje gjennom en 550 kilometer lang rørledning som skal sno seg langs havbunnen fra oljebrønnen og inn til mottaket på fastlandet.

I følge Ruben Schulkes , som både er seksjonssjef i Hydro og professor II ved Matematisk institutt på Universitetet i Oslo, er dagens maksimale grense for sikker fellestransport av olje og gass ikke mye lenger enn den 120 kilometer lange rørledningen fra Ormen Lange-feltet og inn til Aukra på Mørekysten. Denne avstanden tilsvarer bare en liten fjerdedel av den formidable rørlengden som skal plasseres nede på havbunnen i Barentshavet.

Ingen billig fornøyelse

Det viser seg at dagens matematiske kunnskap om hva som skjer når man skal frakte olje og gass igjennom hyperlange rør har så mange usikkerhetsmomenter, at oljeselskapene må bygge rådyre sikkerhetstiltak til flerfoldige milliarder kroner. Faren er også til stede for at oljen og gassen renner langt saktere gjennom røret enn ønsket. Det er svært uheldig for pengebingen.

– Hvis vi ikke klarer å løse de matematiske utfordringene, kan det være snakk om et samlet tap på flere hundre milliarder kroner, advarer Ruben Schulkes.

Nå jakter professor John Grue , bølgeforsker ved Matematisk institutt og Dag Thomassen , leder for Prosess- og strømningsteknologi ved Institutt for energiteknikk på Kjeller, på å løse den gordiske knuten. Grunnforskningen skjer i universitetets eget eksperimentelle bølgelaboratorium i kjelleren i Matematikkbygningen på Blindern.

Oljetsunami

Oljen og gassen fyker igjennom røret som i en fryktelig orkan på havet. Turbulensen kan faktisk bli så voldsom at bølgene pisker oljen i stykker slik at den blander seg med gassen.

Mens oljen renner langsomt i den nederste delen av røret, sørger det voldsomme trykket fra oljebrønnen for at gassen presses opp i langt større hastighet i den øverste delen av røret.

Dette er faktisk den eneste måten å få oljen til å bevege seg mot land. Friksjonen mellom olje- og gasslagene øker når hastighetsforskjellen blir stor. Det er denne friksjonen som fører til at gassen drar oljen med seg.

Rørene følger topografien på havbunnen. I en oppoverbakke kan det gå fryktelig galt hvis hastighetsforskjellen mellom olje og gass blir for liten. Hvis gassen ikke klarer å presse oljen over bakketoppen, vil tyngdekraften vinne og trekke olje bakover. Da er det fare for at oljen samler seg opp og blokkerer røret, slik at gassen ikke kommer forbi. Det vil derfor i løpet av kort tid dannes en ”oljeplugg”, der trykket bak pluggen øker, mens trykket foran pluggen blir mindre. Når trykkforskjellen blir stor nok, presses oljepluggen i en voldsom fart mot land. Dette kan sammenlignes med en tsunami.

Hvis mottakeranlegget på land ikke er dimensjonert for å ta imot slike plugger, kan anlegget drukne i olje.

– I et 100 kilometer langt rør kan pluggen bli én kilometer lang. I Barentshavet snakker vi kanskje om plugger på fem til seks kilometer. Jo større denne usikkerheten er, desto mindre lønnsomt blir det å pumpe opp olje, forklarer Ruben Schulkes.

Hvis man klarer å redusere denne usikkerheten, kan man redusere mottakeranlegget på land. Da kan oljeselskapet spare flere milliarder kroner. Løsningen er å beregne en optimal diameter på rørledningen.

– Man skulle helst ha et så stort rør som mulig for å frakte ut mest mulig gass. Men store rør fører til at friksjonen blir mindre mellom gass og olje. Det øker faren for store plugger. Selv en liten endring i rørdiameteren kan føre til store konsekvenser, påpeker Ruben Schulkes.

Undervannsbølger

For å løse de avanserte matematiske problemene, er oljeselskapet avhengig av mer grunnforskning. Forskningsgruppen til John Grue planlegger nå å gjøre avanserte målinger i bølgelaboratoriet. Uten disse analysene mener John Grue at det vil være umulig å forstå hva som skjer når olje og gass skal transporteres over så lange avstander. Fenomenet har det klingende navnet flerfasestrømning.

Forskning på flerfasestrømning vil matematisk sett være en videreføring av John Grues tjue år lange forskning på undervannsbølger i havet. For på samme måte som det er undervannsbølger i havet, er det også undervannsbølger i rørledningen. Bølgene i oljelaget er faktisk undervannsbølger og påvirker strømningen av gassen i det øverste laget.

– Ligningene er kjente. Det eneste problemet er at vi ikke klarer å løse dem, påpeker Ruben Schulkes, som nå setter sin lit til bølgeforskerne ved Institutt for energiteknikk og Universitetet i Oslo.

Emneord: Matematikk og naturvitenskap, Informasjons- og kommunikasjonsvitenskap, Matematisk modellering, Samfunnsvitenskap, Økonomi, Bedriftsøkonomisk analyse, Matematikk, Anvendt matematikk, Geofag, Hydrologi, Teknologi, Berg og petroleumsfag, Petroleumsteknologi Av Yngve Vogt
Publisert 20. sep. 2006 00:00