Tot de laatste druppel

Een miniwervelstorm op de bodem van de oceaan moet olie, water en gas scheiden. In het lab op het vasteland doet hij het al.

Oorverdovend is de herrie die aanzwelt in de laboratoriumruimte. De herrie, als van een vliegtuigmotor, komt van vier pompen die een mengsel van water, olie en gas in het rond jagen in de nieuwe testopstelling van CDS engineering in Arnhem. En dan nog draait die maar op maar op halve kracht. ``En van het geweld dat zich binnen afspeelt krijg je weinig te zien'', zegt Rombout Swanborn, directeur van de fabrikant voor olie- en gaswinningsapparatuur. Swanborn en collega's zijn bezig met de laatste tests van een nieuwe compacte cycloon-deliquidizer, een apparaat dat de stroom uit een olieveld in componenten scheidt.

Olievelden leveren aanvankelijk bijna pure olie, maar naarmate ze leegraken, komt er steeds meer water en gas mee naar boven. Bij oude velden is het oliegehalte soms nog maar enkele procenten. Het gas kan ook gebruikt worden, en het water kan de zee in, maar daarvoor moet het wel eerst gescheiden worden.

``Uit het veld komt er een wild mengsel van veel gas en vloeistof naar boven'', zegt Swanborn, ``en dat moet je scheiden.'' De beproefde methode is om het mengsel tot rust te laten komen in grote bezinkvaten. Veel minder volume kost de cycloon die in de testopstelling beproefd wordt.

Het idee, ook bekend van de Dyson-stofzuigers met het doorzichtige stofreservoir, is om het mengsel in het rond te laten tollen als in een echte wervelstorm. Het zwaarste bestanddeel, het olie-watermengsel, vliegt door de middelpuntvliedende kracht naar buiten, waar het afgevangen kan worden.

Cyclonen, een van oorsprong Nederlandse technologie, zijn via luchtzuivering en mijnbouw terechtgekomen op olieboorplatforms, waar ruimte- en gewichtsbesparing cruciaal zijn. Het nieuwe model, ontwikkeld voor de Noorse oliemaatschappij Statoil, is het eerste ontwerp dat zo compact is dat het gewoon in de pijpleiding past. ``Deze gaat nog naar het platform Sleipner in de Noordzee'', zegt Swanbon, ``maar een broertje hiervan, een iets kleinere versie, gaan we binnenkort testen voor onderzee-gebruik.''

Het ontwerp van de in-line cycloon heeft nog het meest weg van een turbine. Een schoepenrad in de buis brengt het gas-vloeistofmengsel in een draaiende beweging zodat de vloeistof een film tegen de buitenwand vormt. Daar kan het weglopen door smalle spleten. Het gas stroomt intussen ongehinderd rechtdoor.

``Het principe is heel simpel, maar het goed afstellen ervan is een heel gedoe'', zegt Swanborn. Zo luistert het ontwerp van het schoepenrad erg nauw. Door het ontwerp is de snelheidsverdeling in de vloeistoffilm bijna op maat te maken. Dat is nodig om het verschil in draaisnelheid tussen het oppervlak van de vloeistoffilm en de binnenste gaskolom niet te groot te maken. Het gevaar is dat wrijving anders de vloeistof meesleurt wordt, zodat de boel weer gaat mengen. In het binnenste van de film moet er wel weer genoeg draaiing zijn om de middelpuntvliedende kracht zijn scheidende werk te laten doen, terwijl de snelheid aan de buitenwand, waar de spleten zitten, weer zo laag mogelijk moet zijn.

Om in een klein volume aan zulke tegenstrijdige eisen te voldoen zijn computersimulaties nodig waarin de cycloon is opgedeeld in miljoenen compartimenten. In ieder compartiment worden de vergelijkingen die de vloeistofstroom beschrijven honderden keren per seconde opgelost, een hoeveelheid berekeningen die pas behapbaar is geworden met het goedkoop worden van rekenkracht, de laatste jaren. Vloeistof- en gasstromen zijn notoir moeilijk te simuleren, al helemaal als turbulentie een rol gaat spelen.

Daarbij is de aanvoer ook verre van regelmatig. De opwellende olie kan in plotselinge slokken binnenklotsen. ``Hier heb je de niet de ruime reactietijd die je met een groot bezinkvat hebt'', zegt Swanborn, ``Je moet direct op veranderingen inspelen, anders vliegt de vloeistof door de cycloon heen.'' Meetapparatuur verder stroomopwaarts meet daarom aanstormende onregelmatigheden. Snelle regelelektronica, ontworpen door Statoil, past de afvoersnelheid van de cycloon op tijd aan.

``Je kunt ontwerpen en voorspellen wat je wilt, maar uiteindelijk moet je testen'', zegt Swanborn. Het testprogramma heeft tot nog toe laten zien dat 80 tot 90 procent van het olie-watermengsel van het gas gescheiden wordt. Dat is genoeg, want dit apparaat is bedoeld om een volgende scheider op het olieboorplatform ontlasten, of te `debottlenecken' in olieboorjargon. ``Het volgende apparaat in de pijplijn is viereneenhalve meter hoog en heeft een doorsnee van twee meter'', benadrukt Swanborn het verschil in afmetingen.

Compacte scheiders om olie en water te scheiden, en om een gas uit een vloeistofstroom te zuiveren, zijn ook in de maak. Niet alleen kunnen de kleine ontwerpen de afmetingen van platforms beperken, maar doordat het scheiden op de zeebodem plaats kan vinden, zijn in de toekomst kleinere satellietplatforms overbodig, voorspelt Swanborn. Alleen grote platforms, voor verdere bewerking van de gewonnen olie en gas, blijven over. Zo wordt het ook mogelijk om bijna lege olievelden nog verder leeg te pompen, al neemt het rendement dan af.