A series of former small scale experiments on unstable gas lift conducted at the NTNU multiphase laboratory have become subject to numerical simulations with two different multiphase one-dimensional flow simulators. In the experimental setup the injected gas accumulates in a riser inlet bend configuration and then discharges into the riser due to expansion driven flow acceleration in the riser. This gives a cyclic flow, resulting in unstable production with characteristics similar to those associated with density wave instability. No similar experimental contributions have been found in the literature. Simulations with and without slug tracking have been performed with the commercially available simulator OLGA. The simulations without slug tracking have been conducted on a fine grid with a cell length in the order of one pipe diameter, thus representing a slug capturing approach. The OLGA simulations with slug tracking have been conducted on a coarser grid. The SLUGGIT simulator is a non-commercial in-house NTNU slug tracking simulator based on a moving grid formulation. This simulator exists in several versions which are all implemented in C++ by use of object oriented techniques. One of these versions has been modified to handle a gas source at any location along the pipeline. Both OLGA without slug tracking as well as the SLUGGIT have proven capable of reproducing the unstable expansion driven flows shown inthe experiments.

Flerfasestrømning er et komplekst forskningsområde med mange usikkerheter. Kompleksiteten gjør at litteraturen består av mange modeller med vilt forskjellige innfallsvinker for hvordan fasefraksjoner, trykkfall og strømningsmønsteroverganger i slike strømninger skal modelleres. Forskjellene mellom disse modellene gjør at det er et behov for en enkel måte å sammenligne de med hverandre og med eksperimentelle data. I denne oppgaven er et rammeverk og et program som muliggjør slike sammenligninger planlagt, skrevet og dokumentert.Ved oppgavens start eksisterte det et program for MATLAB laget av en tidligere masterstudent for beregning av flerfase strømningsmodeller. Programmets funksjoner var nokså begrenset og kildekodens dårlige kvalitet gjorde det vanskelig å legge til nye modeller. Målet var derfor å lage et program og rammeverk fra grunnen av i C++ med større fleksibilitet, større grad av objektorientering og bruk av moduler. En tredeling ble derfor valgt med et hovedprogram som tar imot inn-data, sender disse til beregningsprogramtilleggene og viser resultatene, et sett med uavhengige programtillegg hvor alle beregninger foregår og til slutt et støttebibliotek for å koble sammen de to førstnevnte delene.Grensesnittene mellom hovedprogrammet og programtilleggene er slike at nye programtillegg kan utvikles uten endringer i kildekoden til hovedprogrammet. Etter at et programtillegg er lagt i korrekt mappe vil hovedprogrammet automatisk laste inn dette ved neste programstart og beregninger kan utføres med en gang.Fem forskjellige typer programtillegg for ulike beregninger er støttet, disse står for beregning av friksjon mellom fasene og veggen, slipp-forhold, utregning av regimeoverganger og beregningsmetoder for hvert av regimene. Resultatet er et fleksibelt program som raskt kan utføre mange typer beregninger og sammenligninger.

Denne rapporten fokuserer på en eksperimentell undersøkelse av fase inversjon for olje-vann blandinger. Undersøkelsen har blitt utført ved batch forsøk og direkte strømnings forsøk (uten å øke den dispergerte fasen), og både rå-olje og modell-olje har blitt brukt. Når modell-olje har blitt brukt, har også hydrofobe surfaktanter blitt brukt for å prøve å få oljen til å oppføre seg som en rå-olje og forsøke å kontrollere inversjons prosessen. Spesiell fokus har blitt rettet mot formasjon av multiple emulsjoner (w/O/W), og hvordan dette kan føre til fase inversjon. Visuelle bevis er presentert. Den første delen av denne rapporten er teoretisk, og inneholder den nødvendige teorien for å kunne tolke de eksperimentelle resultatene. Den inneholder også en beskrivelse av det eksperimentelle oppsettet som er brukt, og hvilke forsøk som er utført. Den siste delen av rapporten inneholder en seksjon med resultatene fra forsøkene. Denne delen inneholder trykkfall kurver, korde lengde målinger, visuelle bevis, og en samling av oppdagede, eller bekreftede relasjoner fra de utførte batch forsøkene. Resultatene er diskutert og konklusjoner er gjort, basert på det eksperimentelle arbeidet og eksisterende teorier. Resultatene er drøftet og det er konkludert med at fase inversjon kan skje i direkte strømnings forsøk med råolje (fra Grane feltet) som et resultat av at det dannes multiple emulsjoner over tid. Ved å bruke en korrekt mengde surfactant kan dette også skje når man bruker modell olje (Primol 352).Det blir også konkludert med at Cryo ESEM tekonologi kan bli brukt til å dokumentere formasjonen av multiple emulsjoner med større sikkerhet enn ved metoder brukt i tidligere arbeid forfatterne kjenner til.

Denne rapporten fokuserer på en eksperimentell undersøkelse av fase inversjon for olje-vann blandinger. Undersøkelsen har blitt utført ved batch forsøk og direkte strømnings forsøk (uten å øke den dispergerte fasen), og både rå-olje og modell-olje har blitt brukt. Når modell-olje har blitt brukt, har også hydrofobe surfaktanter blitt brukt for å prøve å få oljen til å oppføre seg som en rå-olje og forsøke å kontrollere inversjons prosessen. Spesiell fokus har blitt rettet mot formasjon av multiple emulsjoner (w/O/W), og hvordan dette kan føre til fase inversjon. Visuelle bevis er presentert. Den første delen av denne rapporten er teoretisk, og inneholder den nødvendige teorien for å kunne tolke de eksperimentelle resultatene. Den inneholder også en beskrivelse av det eksperimentelle oppsettet som er brukt, og hvilke forsøk som er utført. Den siste delen av rapporten inneholder en seksjon med resultatene fra forsøkene. Denne delen inneholder trykkfall kurver, korde lengde målinger, visuelle bevis, og en samling av oppdagede, eller bekreftede relasjoner fra de utførte batch forsøkene. Resultatene er diskutert og konklusjoner er gjort, basert på det eksperimentelle arbeidet og eksisterende teorier. Resultatene er drøftet og det er konkludert med at fase inversjon kan skje i direkte strømnings forsøk med råolje (fra Grane feltet) som et resultat av at det dannes multiple emulsjoner over tid. Ved å bruke en korrekt mengde surfaktant kan dette også skje når man bruker modell olje (Primol 352).Det blir også konkludert med at Cryo ESEM tekonologi kan bli brukt til å dokumentere formasjonen av multiple emulsjoner med større sikkerhet enn ved metoder brukt i tidligere arbeid forfatterne kjenner til.

A series of former small scale experiments on unstable gas lift conducted at the NTNU multiphase laboratory have become subject to numerical simulations with two different multiphase one-dimensional flow simulators. In the experimental setup the injected gas accumulates in a riser inlet bend configuration and then discharges into the riser due to expansion driven flow acceleration in the riser. This gives a cyclic flow, resulting in unstable production with characteristics similar to those associated with density wave instability. No similar experimental contributions have been found in the literature. Simulations with and without slug tracking have been performed with the commercially available simulator OLGA. The simulations without slug tracking have been conducted on a fine grid with a cell length in the order of one pipe diameter, thus representing a slug capturing approach. The OLGA simulations with slug tracking have been conducted on a coarser grid. The SLUGGIT simulator is a non-commercial in-house NTNU slug tracking simulator based on a moving grid formulation. This simulator exists in several versions which are all implemented in C++ by use of object oriented techniques. One of these versions has been modified to handle a gas source at any location along the pipeline. Both OLGA without slug tracking as well as the SLUGGIT have proven capable of reproducing the unstable expansion driven flows shown inthe experiments.

Flerfasestrømning er et komplekst forskningsområde med mange usikkerheter. Kompleksiteten gjør at litteraturen består av mange modeller med vilt forskjellige innfallsvinker for hvordan fasefraksjoner, trykkfall og strømningsmønsteroverganger i slike strømninger skal modelleres. Forskjellene mellom disse modellene gjør at det er et behov for en enkel måte å sammenligne de med hverandre og med eksperimentelle data. I denne oppgaven er et rammeverk og et program som muliggjør slike sammenligninger planlagt, skrevet og dokumentert.Ved oppgavens start eksisterte det et program for MATLAB laget av en tidligere masterstudent for beregning av flerfase strømningsmodeller. Programmets funksjoner var nokså begrenset og kildekodens dårlige kvalitet gjorde det vanskelig å legge til nye modeller. Målet var derfor å lage et program og rammeverk fra grunnen av i C++ med større fleksibilitet, større grad av objektorientering og bruk av moduler. En tredeling ble derfor valgt med et hovedprogram som tar imot inn-data, sender disse til beregningsprogramtilleggene og viser resultatene, et sett med uavhengige programtillegg hvor alle beregninger foregår og til slutt et støttebibliotek for å koble sammen de to førstnevnte delene.Grensesnittene mellom hovedprogrammet og programtilleggene er slike at nye programtillegg kan utvikles uten endringer i kildekoden til hovedprogrammet. Etter at et programtillegg er lagt i korrekt mappe vil hovedprogrammet automatisk laste inn dette ved neste programstart og beregninger kan utføres med en gang.Fem forskjellige typer programtillegg for ulike beregninger er støttet, disse står for beregning av friksjon mellom fasene og veggen, slipp-forhold, utregning av regimeoverganger og beregningsmetoder for hvert av regimene. Resultatet er et fleksibelt program som raskt kan utføre mange typer beregninger og sammenligninger.

Denne rapporten fokuserer på en eksperimentell undersøkelse av fase inversjon for olje-vann blandinger. Undersøkelsen har blitt utført ved batch forsøk og direkte strømnings forsøk (uten å øke den dispergerte fasen), og både rå-olje og modell-olje har blitt brukt. Når modell-olje har blitt brukt, har også hydrofobe surfaktanter blitt brukt for å prøve å få oljen til å oppføre seg som en rå-olje og forsøke å kontrollere inversjons prosessen. Spesiell fokus har blitt rettet mot formasjon av multiple emulsjoner (w/O/W), og hvordan dette kan føre til fase inversjon. Visuelle bevis er presentert. Den første delen av denne rapporten er teoretisk, og inneholder den nødvendige teorien for å kunne tolke de eksperimentelle resultatene. Den inneholder også en beskrivelse av det eksperimentelle oppsettet som er brukt, og hvilke forsøk som er utført. Den siste delen av rapporten inneholder en seksjon med resultatene fra forsøkene. Denne delen inneholder trykkfall kurver, korde lengde målinger, visuelle bevis, og en samling av oppdagede, eller bekreftede relasjoner fra de utførte batch forsøkene. Resultatene er diskutert og konklusjoner er gjort, basert på det eksperimentelle arbeidet og eksisterende teorier. Resultatene er drøftet og det er konkludert med at fase inversjon kan skje i direkte strømnings forsøk med råolje (fra Grane feltet) som et resultat av at det dannes multiple emulsjoner over tid. Ved å bruke en korrekt mengde surfactant kan dette også skje når man bruker modell olje (Primol 352).Det blir også konkludert med at Cryo ESEM tekonologi kan bli brukt til å dokumentere formasjonen av multiple emulsjoner med større sikkerhet enn ved metoder brukt i tidligere arbeid forfatterne kjenner til.

Denne rapporten fokuserer på en eksperimentell undersøkelse av fase inversjon for olje-vann blandinger. Undersøkelsen har blitt utført ved batch forsøk og direkte strømnings forsøk (uten å øke den dispergerte fasen), og både rå-olje og modell-olje har blitt brukt. Når modell-olje har blitt brukt, har også hydrofobe surfaktanter blitt brukt for å prøve å få oljen til å oppføre seg som en rå-olje og forsøke å kontrollere inversjons prosessen. Spesiell fokus har blitt rettet mot formasjon av multiple emulsjoner (w/O/W), og hvordan dette kan føre til fase inversjon. Visuelle bevis er presentert. Den første delen av denne rapporten er teoretisk, og inneholder den nødvendige teorien for å kunne tolke de eksperimentelle resultatene. Den inneholder også en beskrivelse av det eksperimentelle oppsettet som er brukt, og hvilke forsøk som er utført. Den siste delen av rapporten inneholder en seksjon med resultatene fra forsøkene. Denne delen inneholder trykkfall kurver, korde lengde målinger, visuelle bevis, og en samling av oppdagede, eller bekreftede relasjoner fra de utførte batch forsøkene. Resultatene er diskutert og konklusjoner er gjort, basert på det eksperimentelle arbeidet og eksisterende teorier. Resultatene er drøftet og det er konkludert med at fase inversjon kan skje i direkte strømnings forsøk med råolje (fra Grane feltet) som et resultat av at det dannes multiple emulsjoner over tid. Ved å bruke en korrekt mengde surfaktant kan dette også skje når man bruker modell olje (Primol 352).Det blir også konkludert med at Cryo ESEM tekonologi kan bli brukt til å dokumentere formasjonen av multiple emulsjoner med større sikkerhet enn ved metoder brukt i tidligere arbeid forfatterne kjenner til.

Hammerfest LNG plant, located at Melkøya outside Hammerfest, is supplied with heat and power from an on-site combined heat and power (CHP-) plant. This natural gas fired CHP emits more than one million tons of CO2 per year, which makes it one of Norway’s largest point emissions. Melkøya is therefore of large interest when it comes to reducing the national CO2 emissions. Previous work has identified import of renewable electricity from the national grid to power the LNG plant as the most promising solution to reduction in the CO2 emissions from Melkøya.This report assesses different heat generation alternatives when co-generation is no longer applicable, in order to find the optimal solution for Melkøya, with respect to CO2 emission and operability. The most promising alternatives were subject to simulation, where CO2 emission, fuel/ power demand etc. were identified.Heat pumps are found to be the thermodynamically most favourable alternative. It is not able to cover the entire heat demand at Melkøya, but used in combination with other methods of heat generation, the result is significantly reduced fuel and power consumption, as well as CO2 emissions.Further investigation of use of heat pumps as heat providers at Melkøya is therefore recommended.

The pre-processing and liquefaction of LNG is very energy demanding in addition to having a high level of complexity. This motivates for finding alternative value chains and technologies for gas transportation and various concepts have been proposed based on natural gas in liquid phase. These can be split into two main principles; liquefaction with solids formation, and storage under pressure. Due to the increased temperature and solubility, freezable components will not form solids as easily in the pressurized concepts allowing less pre-treatment of the gas. The evaluated concepts in this thesis are Liquefied Unprocessed Well Stream (LUWS) with controlled solids formation, and three pressurized storage concepts; Aker Solutions’ Heavy Liquid Gas (HLG), ExxonMobil’s Pressurized Liquefied Natural Gas (PLNG) and Chevron’s Liquefied Heavy Gas (LHG). All are presented in a high level survey together with similar ideas and patents in the first part of the thesis.Value chain evaluations are carried out for the different concepts and positive contributions, uncertainty and possible difficulties are discussed. The different patents filed, with solutions to some of the difficulties associated with the concepts, are also explained and presented. As the different gas products will have a less pure composition compared to LNG, the gas treating part of the value chains will be moved downstream of the liquefaction for all the new concepts. Through simplified simulations in PRO/II, energy requirements and specifications of the product liquid for the different concepts are found. The gas composition is adjusted to avoid freeze out of any kind for the pressurized liquids. The power needs for liquefaction are drastically decreased with increased pressure, giving smaller and less complex liquefaction plants. For a HLG concept at 20 bars, the power need is around halved, while for LHG at 50 bars it is between 25-39% compared to LNG, depending on the amount of heavy hydrocarbons in the LHG. The amount of flash gas needed for power production is as a direct result reduced by 70%.Water removal will still be necessary for all the concepts as hydrates will form easily at high pressures and low temperatures. The only exception is for the LUWS concept, where a smaller amount of water possibly could be allowed to form hydrates in a controlled way together with hydrocarbons and CO2.The reduced requirements for the gas means alternative processes for pre-treatment can be utilized and the thermal energy needs for these decreased at the liquefaction site. CO2 removal may be done by a membrane system or similar as the CO2 concentration can be around 1,4 and 6 mole% for a pressure of 12 and 50 bars respectively without the forming of solids. At the receiving site, a system similar to the CRYEX process can be implemented to remove the CO2 and allow storage of gas as LNG at atmospheric pressure.Estimations of the weight of the steel pressure vessels have been calculated for all the pressure levels. Due to the extremely high weight and the large amount of steel needed, the vessels must be constructed by an alternative building material for the high pressure ranges. A fiber reinforced plastic is suggested used with a steel or aluminum liner retaining the liquid. If successfully manufactured, these vessels would significantly reduce the weight and make HLG/LHG possible to implement.