BR0215333B1 - conjunto para separação de fluidos de múltiplos estágios, e, método para separar componentes condensáveis de uma mistura de fluidos em um conjunto para separação de fluidos de múltiplos estágios. - Google Patents

Description

"CONJUNTO PARA SEPARAÇÃO DE FLUIDOS DE MÚLTIPLOSESTÁGIOS, E5 MÉTODO PARA SEPARAR COMPONENTESCONDENSÁVEIS DE UMA MISTURA DE FLUIDOS EM UMCONJUNTO PARA SEPARAÇÃO DE FLUIDOS DE MÚLTIPLOSESTÁGIOS"

Fundamento da invenção

A invenção é relativa a um conjunto de múltiplos estágios emétodo para separação de fluido.

Em diversos poços de produção de petróleo ou gás, osefluentes do poço podem compreender misturas complexas de fluido quecontém petróleo bruto, ou gás natural (metano), água, salmoura, condensadosenxofre, sulfeto de hidrogênio e outros componentes.

Durante a produção os efluentes do poço se expandem e,genericamente, resfriam desde temperaturas do reservatório que podem estarentre 100 e 200°C, para temperaturas atmosféricas significativamente maisbaixas ou temperaturas submarinas.

Isto provoca condensação e/ou solidificação de diversoscomponentes, e formação de hidrato, cera e/ou depósitos asfaltênicos nostubulares e equipamento de produção.

E conhecido da Patente U.S. 4.026.120 remover componentescondensáveis e/ou solidificáveis a partir dos efluentes de poço produzidos nacabeça de poço, resinando os efluentes de poço em um estrangulamento, einjetar os efluentes de poço resinados para um vaso assim chamado "LTX"(de - expansão em baixa temperatura) no qual os componentes liqüefeitose/ou solidificados, tal como água, cera, asfaltenos e hidratos pingam para ofundo, onde ele são aquecidos até cerca de 20°C para criar uma lama liquidaque pode ser bombeada, a qual é então bombeada para o interior de umconduto de descarga de líquido na parte inferior do vaso LTX. Oscomponentes gasosos são removidos do vaso LTX através de um conduto desaída de gás próximo à extremidade superior do vaso LTX.

A Patente U.S. 4.208.196 divulga um vaso LTX para o interior doqual efluentes de poço são injetados sem expansão anterior em umestrangulamento. O vaso LTX conhecido é dotado de uma seção de entradatubular orientada verticalmente, seção para o interior da qual os efluentes de poçosão injetados tangencialmente para aprimorar segregação de componentesliqüefeitos e/ou solidificados a partir dos componentes gasosos, por forçascentrífugas. A seção de entrada tubular é tampada e dotada de uma estrutura degrade em sua extremidade inferior, para inibir a extensão do redemoinho induzidona seção de entrada para o interior da região de coleta de líquido no fundo do tanqueLTX. A seção de entrada tubular é localizada dentro de um tanque de separaçãocilíndrico e horizontal, no qual água e óleo são coletados e separados um do outropor segregação por gravidade, e são em seguida retirados através de tubos dedescarga separados de óleo e água próximo ao fimdo do tanque. Os componentesgasosos são induzidos para escoar através da grade, para baixo a partir da seção deentrada tubular, para o interior do tanque de separação e removidos do topo dotanque de separação a uma distância significativa a partir da seção de entrada.

O Pedido de Patente Internacional PCT/NL00/00382 divulga umvaso de separação para separar componentes pesados tais como líquidos ousólidos a partir de uma mistura gasosa, em cujo vaso redemoinhos em contra-corrente de interno e externo são induzidos por palhetas que imprimemredemoinho em contra-corrente arranjadas junto ao centro e periferia externa dovaso. Uma desvantagem deste dispositivo conhecido é que as palhetas queimprimem redemoinho estão sujeitas a incrustação.

O Pedido de Patente Internacional PCT/EP98/04178 divulga umseparador por inércia ciclônico supersônico no qual os efluentes de poçoproduzidos são resinados drasticamente por meio de expansão adiabática comoum resultado de sua aceleração para uma velocidade supersônica em um bocalsupersônico. No bocal supersônico um redemoinho é criado para segregar oscomponentes pesados assim condensados e/ou solidificados a partir doscomponentes gasosos mais leves. Os componentes esgotados de condensáveisgasosos são descarregados do separador através de um conduto de saída de gásprimário central enquanto os componentes enriquecidos em condensáveis sãodescarregados a partir do separador através de um ou mais condutos de saídasecundários que se estendem para longe de um eixo central do bocal.

Foi verificado que a saída de fluido enriquecido em condensáveissecundária de um separador por inércia ciclônico supersônico pode ser conectadaa um vaso LTX, porém que a velocidade elevada da mistura de fluido enriquecidoem condensáveis injetados liqüefeitos e/ou solidificados resultou em umrendimento reduzido de separação por gravidade do vaso LTX.

O método e conjunto para separação de fluido de múltiplosestágios de acordo com o preâmbulo das reivindicações 1 e 17 são conhecidos dapatente U.S. 2.825.423. No conjunto conhecido, o fluido é injetado para dentro deuma seção tubular de um vaso de separação secundário através de um conduto deinjeção de fluido secundário único, que pode levar à instabilidade do vórtice no, eda performance de separação, do vaso de separação secundário se a pressão e avelocidade do fluido injetado variarem.

E um objetivo da presente invenção fornecer um conjunto deseparação de fluido de múltiplos estágios, híbrido, no qual um vaso de separação dotipo LTX é conectado à saída de fluido enriquecido em condensáveis liqüefeitose/ou solidificado de um ou mais dispositivos de resfriamento de gás, tais comoseparadores por inércia ciclônicos supersônicos e/ou sub-sônicos, tais que um efeitosinérgico é obtido entre o desempenho do dispositivo de resfriamento de gás talcomo um separador por inércia ciclônico e o vaso de separação LTX.

E um outro objetivo fornecer um conjunto de separação de fluidode múltiplos estágios, híbrido, que é mais compacto do que uma combinação deum dispositivo de resfriamento de gás tal como um separador por inércia ciclônicoe um vaso LTX convencional.E ainda um outro objetivo fornecer um conjunto de separação defluido de múltiplos estágios, híbrido, no qual uma pluralidade de dispositivos deresfriamento de gás, tais como separadores por inércia ciclônicos podem serconectados a um único vaso LTX compacto, por meio de condutos de saídarelativamente curtos de fluido enriquecido em condensáveis liqüefeitos e/ousolidificados, de tal modo que o risco de deposição de sólidos, cera e hidratosnestes condutos de saída secundários seja minimizada.

Sumário da invenção

De acordo com a invenção é fornecido um conjunto paraseparação de fluido de múltiplos estágios, que compreende:

um dispositivo de resfriamento de gás primário que tem uma saídade fluido enriquecido em condensáveis liqüefeitos e/ou solidificados; e

um vaso de separação de fluido secundário que tem uma seçãotubular da qual um eixo central tem uma orientação substancialmente vertical ouinclinada, cujo vaso é conectado à dita saída de fluido enriquecido emcondensáveis e no mínimo um de ditos dispositivos de resfriamento de gás, noqual durante operação normal do vaso, o fluido enriquecido em condensáveis éinduzido a redemoinhar ao redor do eixo central da seção tubular do vaso, de talmodo que uma corrente terciária de condensáveis liqüefeitos e/ou solidificados éinduzida por gravidade e forças centrífugas para redemoinhar em direção parabaixo ao longo da superfície interna da seção tubular do vaso, para o interior deum tanque de coleta de líquido no, ou junto ao fundo do vaso, para coletar umamistura terciária de condensáveis liqüefeitos e/ou solidificados, cujo tanque édotado de um ou mais aquecedores para aquecer a mistura terciária, para reduzir aquantidade de condensáveis solidificados e com uma ou mais saídas paradescarregar a mistura terciária a partir do tanque, em que vários condutos deinjeção de fluido secundários de vários dispositivos de resfriamento de gásprimários são conectados em intervalos cicunferenciais regulares à seção tubulardo vaso de separação secundário, condutos esses que injetam, em utilização,fluido enriquecido em condensáveis em uma direção no mínimo parcialmentetangencial para o interior do vaso de separação secundário.

É preferido que a seção tubular do vaso de separação secundárioseja equipada com um conduto de saída de gás terciário que tem uma entrada queestá localizada no, ou junto ao eixo central da seção tubular, e cuja saída de gásterciário se estende através de uma extremidade superior da seção tubular do vasode separação secundário.

De maneira adequada, o vaso de separação secundário tem umtopo em forma de domo ou de disco, que é montado no topo da seção tubular, e oconduto de saída de gás terciário é arranjado substancialmente coaxial com o eixocentral da seção tubular e passa através do centro do topo.

Preferivelmente a saída de fluido enriquecido em condensáveisliqüefeitos e/ou solidificados de no mínimo um dispositivo de resfriamentoprimário, tal como um separador de fluido ciclônico, é conectada a um conduto deinjeção de fluido secundário que injeta o fluido enriquecido em condensáveis em,no mínimo, uma direção parcialmente tangente para o interior da seção tubular dovaso de separação secundário.

Também é preferido que o eixo central da seção tubular do vasode separação secundário tenha uma orientação substancialmente vertical e que oscondutos de injeção de fluido secundários injetam, em utilização, fluidoenriquecido em condensáveis liqüefeitos e/ou solidificados em uma direção nomínimo parcialmente tangencial e parcialmente para baixo, para o interior do vasode separação secundário.

De maneira adequada, o tanque de coleta de líquido é formado poruma porção inferior tubular em forma de copo do vaso de separação do segundoestágio, que é substancialmente coaxial com o eixo central e tem uma largurainterna similar, ou maior, do que a porção superior do vaso e um quebrador devórtice é arranjado no interior do vaso de separação secundário entre aextremidade inferior da seção tubular e o tanque de coleta de líquido.O conjunto pode ser dotado de um ou mais transdutores devibração ultra-sônicos para impor vibrações ultra-sônicas a uma freqüência entre20 e 200 kHz sobre um ou mais componentes do conjunto, tais como os tubos deinjeção de fluido secundários e o quebrador de vórtice, para inibir deposição decondensáveis solidificados tais como gelo, cera e/ou hidratos, dentro do conjunto.

O tanque de coleta de líquido pode ser dotado de uma grade detubos de aquecimento que são projetados para aquecer a mistura fluida liquida esólida no tanque até uma temperatura de no mínimo 15 °C.

Um ou mais dispositivos de resfriamento de gás primários podemcompreender separadores por inércia ciclônicos que compreendem um bocal deexpansão no qual a mistura de fluido é resfriada até uma temperatura mais baixado que 0°C por meio de uma expansão substancialmente isentrópica e na qualuma ou mais palhetas de criação de redemoinho induzem o fluido a redemoinharpara o interior de uma seção de saída divergente que é equipada com um condutode saída central primária de fluido esgotado em condensáveis e um conduto desaída secundário externo de fluido enriquecido em condensáveis.

De maneira adequada, cada dispositivo de resfriamento de gásprimário tal como um separador por inércia ciclônico compreende um bocal deexpansão que é projetado para acelerar a mistura de fluido dentro do bocal atéuma velocidade supersônica, resfriando com isto, em utilização, a temperatura dofluido que passa através do bocal até uma temperatura mais baixa do que -20°C.

O conjunto de separação de fluido de acordo com a invenção podecompreender uma pluralidade de separadores de inércia ciclônicos primários, dosquais os bocais de expansão são substancialmente paralelos eqüidistantes do eixocentral da seção tubular do vaso de separação secundário e do qual as saídas defluido enriquecido em condensáveis secundárias são conectadas a condutos deinjeção de fluido secundários que interceptam a parede da seção tubular do vasode separação secundário em intervalos circunferenciais regulares em uma direçãono mínimo parcialmente tangencial e cujos condutos de injeção de fluidosecundários tem, cada um, um comprimento menor do que 4 metros.

Os dispositivos de resfriamento de gás podem compreenderestrangulamentos conhecidos como válvulas Joule-Thompson, nas quais o gás éacelerado e resfriado por expansão, de tal modo que um fluido enriquecido emcondensáveis liqüefeitos e/ou solidificados é gerado, o qual é em seguidaalimentado para o interior do vaso de separação de fluido secundário.

A invenção também é relativa a um método de separarcomponentes condensáveis de uma mistura de fluido em um conjunto deseparação de fluido de múltiplos estágios, cujo método compreende:

injetar a mistura de fluido para o interior de um dispositivo deresfriamento de gás primários no qual a mistura de fluido é expandida e resfriada ecomponentes condensáveis são liqüefeitos e/ou solidificados e opcionalmenteseparados dos componentes gasosos por meio de força centrífuga, e no qual umacorrente de componentes fluidos enriquecidos em condensáveis é alimentada parao interior de uma saída de fluido secundária; e

injetar a corrente de componentes fluidos enriquecidos emcondensáveis para o interior de um vaso de separação de fluido secundário, quetem uma seção tubular da qual um eixo central tem uma orientaçãosubstancialmente vertical ou inclinada, e no qual a corrente de fluido enriquecidaem condensáveis é induzida a redemoinhar ao redor do eixo central da seçãotubular do vaso, de tal modo que uma mistura terciária de condensáveis liqüefeitose/ou solidificados é induzida por gravidade e forças centrífugas a redemoinhar emdireção para baixo ao longo da superfície interna da seção tubular do vaso, para ointerior de um tanque de coleta de líquido no, ou próximo ao fundo do vaso, emcujo tanque a mistura terciária de condensáveis liqüefeitos e/ou solidificados écoletada e aquecida para reduzir a quantidade de condensáveis solidificados, e apartir de cujo tanque componentes líquidos e/ou solidificados são descarregadosatravés de uma ou mais saídas, em que vários condutos de injeção de fluidosecundários de vários dispositivos de resfriamento de gás primários sãoconectados em intervalos circunferenciais regulares à seção tubular do vaso deseparação secundário, condutos esses que injetam fluido enriquecido emcondensáveis em uma direção no mínimo parcialmente tangencial para o interiordo vaso de separação secundário.

Descrição de configurações adequadas

Configurações adequadas de um conjunto para separação defluido de múltiplos estágios de acordo com a presente invenção serão descritas emmais detalhe com referência aos desenhos que acompanham, nos quais:

A Figura 1 é uma vista partida em corte vertical esquemático deuma primeira configuração adequada de um conjunto de separação de múltiplosestágios para fluido de acordo com a invenção, no qual quatro separadores porinércia ciclônicos primários descarregam uma mistura de fluido enriquecido emcondensáveis para o interior de um vaso de separação de fluido secundáriotubular, orientado verticalmente;

A Figura 2 é uma vista superior do conjunto de múltiplos estágiosde separação de fluido da Figura 1;

A Figura 3 é uma vista partida em corte vertical esquemático deuma outra configuração adequada de um conjunto de múltiplos estágios deseparação de fluido de acordo com a invenção, no qual os dois separadores deinércia ciclônicos primários descarregam uma mistura de fluido enriquecido emcondensáveis para o interior de um vaso de separação de fluido secundárioorientado horizontalmente;

A Figura 4 é uma vista em seção transversal horizontal doconjunto de múltiplos estágios de separação de fluido da Figura 3, feita atravésdos separadores de inércia ciclônicos primários em vista de cima;

A Figura 5 é uma vista em corte horizontal, esquemática, deum conjunto de múltiplos estágios de separação de fluido simplificado, doqual os dispositivos de resfriamento de gás primários consistem deestrangulamentos conhecidos como válvulas Joule-Thompson; eA Figura 6 é uma vista em corte vertical, esquemática, doconjunto mostrado na Figura 5.

Fazendo referência à Figura 1, é mostrado um separador porinércia ciclônico primário 1 que é conectado a um vaso de separação de fluidoLTX secundário 2 por meio de um conduto de injeção de fluido enriquecidoem condensáveis secundário 3.

O separador por inércia ciclônico primário 1 compreende umaentrada de fluido 4 que é conectada a uma cabeça de poço (não mostrado) deum poço de produção de gás natural, através da qual uma mistura de gásnatural, vapores de água, condensados, hidratos e outros componentescondensáveis são produzidos.

A mistura de fluido que escoa para o interior do separadorprimário 1 é primeiro acelerada para uma velocidade elevada, preferivelmentesupersônica, em um bocal 5, e com isto resfriada preferivelmente até umatemperatura abaixo de -20°C, de tal modo que vapor d'água e/ou outroscondensáveis condensam e/ou solidificam como um resultado de expansãoadiabática, e em seguida induzidos para redemoinhar por meio de uma asainclinada 6, de modo que a mistura de fluido resfriado é separada por forçascentrífugas para um fluxo central de gás natural esgotado de condensáveis, eum fluxo externo anelar de fluido enriquecido em condensáveis.

O fluxo central de gás natural esgotado de condensáveis édescarregado através de uma saída esgotada em condensáveis primária central7, para o interior de um conduto de distribuição de gás (não mostrado), e ofluxo externo anelar de fluido enriquecido em condensáveis é descarregadoatravés de uma câmara anelar 8 de saída de fluido enriquecido emcondensáveis, para o interior do conduto de injeção de fluido enriquecido emcondensáveis secundário 3, como ilustrado pela seta 9.

O conduto de injeção de fluido enriquecido em condensáveis 3alimenta o fluido enriquecido em condensáveis para o interior de uma seçãovertical 10 do vaso de separação de fluido LTX secundário 2, para separaçãoadicional em substancialmente gás seco, água e hidrocarbonetos liqüefeitos ehidratos.

Como ilustrado na Figura 2, umal série de quatro separadorespor inércia primários 1, IB5 IC e ID alimentam fluido enriquecido emcondensáveis tangencialmente para o interior da seção tubular vertical 10 dovaso de separação LTX secundário 2, através de uma série de quatro condutosde injeção de fluido enriquecido em condensáveis 3, 3B, 3C e 3D.

Na Figura 1 é fornecida uma vista em corte dividida, vertical,esquemática, do primeiro separador por inércia primário 1 e do vaso deseparação LTX secundário 2 e os perfis dos outros três separadores porinércia primários IB5 ICe ID estão ilustrados em linhas tracejadas.

Como ilustrado na Figura 1 o vaso de separação LTXsecundário 2 compreende, abaixo da seção tubular vertical 10, uma seção defundo de grande diâmetro 11 na qual uma corrente terciária de líquidos écoletada e adicionalmente separada, um quebrador de vórtice 12 que élocalizado entre as seções tubular e de fundo IOe 11 e um topo em forma dedomo 13, através do qual um conduto de saída de gás terciário 14 se estendepara o interior da seção tubular 10.

A entrada 15 do conduto de saída de gás terciário 14 élocalizada abaixo do nível no qual o conduto de entrada de fluido enriquecidoem condensáveis 3 desemboca para o interior da seção tubular 10 do vaso deseparação secundário 2.

O fluido injetado através dos condutos de injeção de fluidotangenciais 3 para o interior da seção tubular 10 irão circular, quando vistosde cima, em uma direção anti-horária, junto à parede interna da seção tubular10, como ilustrado por setas 17. Uma corrente terciária de componenteslíquidos e/ou sólidos será concentrada na periferia externa do interior da seçãotubular 10 e irá, como resultado de forças de gravitação, cair através doespaço anelar 16 junto à circunferência externa do quebrador de vórtice 12para o interior de um tanque de coleta de líquido 19 dentro da seção de fundode diâmetro grande 11 do vaso de separação de fluido secundário 2.

Componentes gasosos de baixa densidade da mistura de fluidoinjetados através dos condutos de injeção de fluido tangenciais 3,3B,3Ce3Dpara o interior da seção tubular 10, serão concentrados junto ao centro daseção tubular 10 e irão escoar para cima, para o interior da saída de gásterciária 14. O arranjo da entrada 15 da saída de gás terciária 14 abaixo donível no qual os condutos de injeção de fluido tangenciais 3, 3B, 3C e 3Dinjetam fluido para o interior da seção tubular 10 e irão, genericamente,induzir os componentes gasosos a redemoinhar como uma corrente deredemoinho 18 em uma direção oposta, horária, quando vista de cima,. Acorrente de redemoinho circulante horária 18 de gás substancialmente seco,que circula como um resultado do efeito Hirsch-Rankin em uma direçãooposta à corrente exterior 17 de condensáveis, ainda aprimora a separação degás seco dos componentes líquidos e/ou sólidos. O quebrador de vórtice 12têm uma forma cônica, e o topo do quebrador de vórtice 12 atua como umbuscador de vórtice para a corrente de redemoinho central de gás seco quegira no sentido horário 18.

A seção tubular 10 é substancialmente um vaso aberto sempalhetas que imprimem redemoinho, para minimizar o risco de entupir e ou decontaminação do interior do vaso.

O tanque de coleta de líquido 19 é equipado com serpentinasde aquecimento 20, que mantém o líquido coletado e componentes sólidos,em uma temperatura substancialmente constante entre 15 e 25°C. Nestatemperatura, ceras e hidratos irão derreter e irão flutuar acima da água notanque de coleta de líquido, de tal modo que uma camada superior 21 de cera,hidratos, condensado e outros líquidos e hidrocarbonetos irá flutuar acima deuma camada inferior 22 de água.Água (H2O) é descarregada através de um conduto de descargade água 23 no fundo do tanque de coleta de líquido 19, enquanto a mistura decera, hidratos, condensado e outros hidrocarbonetos irá escoar sobre a bordasuperior 24 do tanque de coleta de líquido 19 para o interior de uma zonaanelar de coleta de líquidos e hidrocarbonetos 25, que é equipada com umconduto de descarga de líquidos e hidrocarbonetos 26. O conduto de descargade água 23 é equipado com uma válvula (não mostrado) que é controlada detal modo que a interface água/líquidos e hidrocarbonetos 27, é mantida em umnível substancialmente constante.

Opcionalmente, o quebrador de vórtice 12 e as paredes daseção tubular vertical 10 do vaso de separação secundário 2 e os condutos 3,3B, 3C e 3D são aquecidos e/ou equipados com transdutores de vibraçãoultra-sônicos (não mostrado) para inibir deposição de cera, crosta e hidratos eoutras incrustações sobre estes componentes. Os transdutores de vibraçãoultra-sônicos preferivelmente vibram as paredes destes componentes sensíveisa incrustação em uma freqüência entre 20 e 200 kHz para retirar qualquerincrustação.

A configuração compacta do conjunto de separação demúltiplos estágios de acordo com a invenção, o torna muito adequado parautilização em plataformas costa afora onde espaço de convés é limitado e apresença de pequenas área superficiais dentro dos condutos curtos 3, 3B, 3C e3D dentro do vaso de separação secundário 2, que são vulneráveis aincrustação e que podem ser aquecidos e vibrados para remover qualquerincrustação, permite a utilização de separadores ciclônicos primários nosquais o gás úmido é resinado adiabaticamente até uma temperatura muitobaixa, que pode estar abaixo de -20 ou mesmo abaixo de -40°C, de tal modoque uma quantidade máxima de água, hidratos, ceras e/ou outros componentescondensáveis e/ou solidificáveis, são condensados e/ou solidificados semobstruir os condutos periféricos associados 3, 3B, 3C e 3D e o vaso deseparação LTX secundário 2.

Fazendo referência agora às Figuras 3 e 4, é mostrada umaoutra configuração adequada de um conjunto de separação de múltiplosestágios para fluidos e acordo com a invenção, na qual os dois separadorespor inércia ciclônicos primários 31 e 31A descarregam uma mistura de fluidoenriquecido em condensáveis através de condutos 33 e 33A, tangencialmente,para o interior de uma seção de topo, tubular, vertical, 30 de um vaso deseparação de fluido LTX secundário 32.

Os dois separadores por inércia ciclônicos primários 31 e 31Atem uma orientação horizontal, porém são, de outra forma, similares aosseparadores por inércia ciclônicos primários I-ID mostrados nas Figuras 1 e2, e também compreendem uma entrada de gás úmido 34, um bocal 35, 35Ano qual a corrente de gás natural úmido é acelerada até uma velocidadepreferivelmente supersônica ou quase sônica, e com isto resfriada de maneiraadiabática para -20 até -40°C, de tal modo que água e outros componentescondensáveis e/ou solidiflcáveis condensam e/ou solidificam, e a mistura defluido resfriada é feita redemoinhar por meio de uma ou mais palhetas decriação de redemoinho 36, 36A e separadas por meio de forças de inérciacentrífugas para o interior de um fluxo central de gás substancialmente seco,que é descarregado através de uma saída central de gás 37, 37A, e em umfluxo anelar de um fluido enriquecido em condensáveis que é descarregadoatravés de uma zona de coleta anelar 38, 38A para o interior dos condutos 33e 33A.

O vaso de separação LTX secundário 32 compreende, abaixoda seção de topo tubular vertical 30, uma seção inferior tubular orientadahorizontalmente alongada 41, na qual líquidos são coletados e aindaseparados, um quebrador de vórtice 42 que é localizado entre as seções detopo tubular e de fundou 30 e 41 e uma tampa em forma de domo 43, atravésda qual um conduto de saída de gás terciário 44 se estende para interior daseção superior tubular 38.

A entrada 45 do conduto de saída de gás terciário 44 estálocalizada abaixo do nível no qual os condutos de entrada de fluidoenriquecido em condensáveis 33 e 33A desembocam para o interior da seçãosuperior tubular 30 do vaso de separação secundário 32.

O fluido injetado através dos condutos de injeção de fluidotangenciais 33 e 33A para o interior da seção superior tubular 30 irão circular,quando visto de cima, em uma direção horária, junto à parede interna da seçãosuperior tubular 30, como ilustrado por setas 47. Componentes líquidos e/ousólidos serão concentrados na periferia externa do interior da seção tubular 30e irão, como resultado de forças gravitacionais, cair através do espaço anelar46 junto à circunferência externa do quebrador de vórtice 42 para o interior deum tanque de coleta de líquido 49, dentro da seção inferior tubular alongada41 do vaso de separação de fluido secundário 32.

Componentes gasosos de baixa densidade da mistura defluidos injetados através dos condutos de injeção de fluido tangenciais 33 e33A para o interior da seção superior tubular 30, serão concentrados junto aocentro da seção superior tubular 30 e irão escoar para cima para o interior dasaída de gás terciária 44. O arranjo da entrada 45 da saída de gás terciária 44abaixo do nível no qual os condutos de injeção de fluido tangenciais 44injetam fluido para o interior da seção tubular superior 30 irão, genericamenteinduzir os componentes gasosos a redemoinhar como uma corrente deredemoinho 48 em uma direção oposta anti-horária, quando visto de cima. Acorrente de redemoinho circulante anti-horária 48 do gás substancialmenteseco que circula em uma direção oposta à corrente externa de condensáveis47, ainda aprimora a separação de gás seco do líquido e/ou componentessólidos. O quebrador de vórtice 42 tem uma forma cônica e o topo doquebrador de vórtice 42 desempenha como um buscador de vórtice para acorrente de redemoinho central que roda no sentido anti-horário 48 de gásseco.

O tanque de coleta de líquido 49 é equipado com serpentinasde aquecimento 50, que mantém o líquido coletado e componentes sólidos emuma temperatura substancialmente constante entre 15 e 45°C. Nestatemperatura, cera e hidratos irão derreter e irão flutuar acima da água notanque de coleta de líquido, de tal modo que uma camada superior 51 de cera,hidratos, condensado e outros líquidos hidrocarbonetos, irá flutuar acima deuma camada inferior 52 de água. A camada superior em espuma 51 irátambém minimizar reevaporação dos hidrocarbonetos líquidos e irá, portanto,manter baixo o ponto de orvalho de hidrocarbonetos na parte superior dointerior do vaso LTX 2.

Agua (H2O) é descarregada através de um conduto de descargade água 53 no fundo do tanque de coleta de líquido 49, enquanto a mistura decera, hidratos, condensado e outros hidrocarbonetos irá escoar sobre a bordasuperior 54 de uma antepara 58 no lado direito do tanque de coleta de líquido49 para o interior de uma zona de coleta de líquidos hidrocarbonetos 55, que éequipada com um conduto de descarga de líquidos hidrocarbonetos 56. Oconduto de descarga de água 53 é equipado com uma válvula (não mostrado)que é controlada de tal modo que a interface de líquidos água/hidrocarboneto57 é mantida em um nível substancialmente constante.

Opcionalmente, o quebrador de vórtice 42 e as paredes daseção superior tubular vertical 30 do vaso de separação secundário 32, e oscondutos 33 e 33 são aquecidos e equipados com transdutores de vibraçãoultra-sônicos (não mostrado) para inibir deposição de cera, crosta e hidratos eoutras incrustações sobre estes componentes. Os transdutores de vibraçãoultra-sônicos preferivelmente vibram as paredes destes componentes sensíveisà incrustação em uma freqüência entre 20 e 200 kHz, para retirar qualquerincrustação.

O grande volume e área superficial horizontal do tanque decoleta de líquido 49 facilita baixas velocidades de líquido da água separada ecomponentes hidrocarbonetos liqüefeitos, de tal modo que uma separaçãoótima por gravidade das fases aquosa e de hidrocarbonetos tem lugar dentrodo tanque 49.

Será entendido que a antepara 58 pode ser removida da seçãode fundo tubular 41 do vaso 32, e que a saída de líquido hidrocarboneto 56pode passar através da parede lateral de dita seção de fundo tubular 41 logoabaixo da superfície superior da camada superior em espuma 51 de líquidoshidrocarbonetos.

Fazendo referência às Figuras 5 e 6, é mostrado um conjuntode quatro dispositivos de resfriamento primários 61, 61B, 61C e 61D, que sãoconectados a um vaso de separação de fluido LTX secundário 62 por umconjunto de quatro condutos de injeção de fluido enriquecido emcondensáveis secundários tangenciais 63,63B, 63C e 63D.

Cada dispositivo de resfriamento primário compreende umaentrada de fluido 64 que é conectada a uma cabeça de poço (não mostrado) deum poço de produção de gás natural, através da qual uma mistura de gásnatural, vapores de água condensados, hidratos e outros componentescondensáveis é produzida.

A mistura de fluido que escoa para o interior de cadadispositivo de resfriamento primário 61, 61B, 61C e 61D é acelerada parauma velocidade elevada, preferivelmente supersônica, em uma restrição aescoamento 65, tal como um venturi, estrangulamento ou válvula Joule-Thompson, e com isto resfriado preferivelmente até uma temperatura abaixode -20°C, de tal modo que vapor d'água e/ou outros condensáveis condensame/ou solidificam como um resultado de expansão adiabática, pelo que, umamistura de fluido enriquecida em condensáveis liqüefeitos e/ou solidificadosescoa para o interior dos condutos de injeção de fluido secundários estreitos63, 63B, 63C e 63D.Cada conduto de injeção de fluido enriquecido comcondensáveis 63, 63B5 63 C e 63 D alimenta fluido enriquecido emcondensáveis liqüefeitos e ou solidificados a uma velocidade elevada para ointerior de uma seção vertical 70 do vaso de separação de fluido LTXsecundário 62, para separação substancialmente em gás seco, água ehidrocarbonetos liqüefeitos e hidratos.

Como ilustrado na Figura 5, uma série de quatro separadorespor inércia primários 61, 61B, 61C e 61D alimentam uma mistura de fluidoenriquecido liqüefeito ou solidificado tangencialmente para o interior daseção tubular vertical 70 do vaso de separação LTX secundário 62 através deuma série de quatro condutos de injeção de fluido enriquecido emcondensáveis 63, 63B, 63C e 63D.

Na Figura 6 é fornecida uma vista em corte vertical,esquemática, do separador de inércia primário 61 e 61C e do vaso deseparação LTX secundário 62.

Como ilustrado na Figura 6, o vaso de separação LTXsecundário 62 compreende, abaixo da seção tubular vertical 71, a seção defundo 71 na qual uma corrente terciária de líquidos é coletada e aindaseparada, um quebrador de vórtice 72 que é localizado entre as seções tubulare de fundo 70 e 71 e um topo em forma de domo 73, através do qual umconduto de saída de gás terciário 74 se estende para o interior da seção tubular70.

A entrada 75 do conduto de saída de gás terciário 74 élocalizada abaixo do nível no qual os condutos de entrada de fluidoenriquecido em condensáveis 63, 63A, 63B e 63C desembocam para ointerior da seção tubular 70 do vaso de separação secundário 62.

O fluido injetado através dos condutos de injeção de fluidotangenciais 63 para o interior da seção tubular 70 irá circular, quando visto decima, em uma direção anti-horária, junto da parede interna da seção tubular70 como ilustrado pelas setas 77. Uma corrente terciária de componenteslíquidos e/ou sólidos será concentrada na periferia externa do interior da seçãotubular 70 e irão, como resultado de forças gravitacionais, cair através doespaço anelar 76 junto da circunferência externa do quebrador de vórtice 72para o interior de um tanque de coleta de líquido 79, dentro da seção de fundo71 do vaso de separação de fluido secundário 62.

Componentes gasosos de baixa densidade, tal como metano(CH4) etc., da mistura de fluido injetado através dos condutos de injeção defluido tangenciais 63, 63B, 63C e 63D para o interior da seção tubular 70,serão concentrados junto do centro da seção tubular 70 e irão escoar paracima para o interior da saída de gás terciária 74. O arranjo da entrada 75 dasaída de gás terciária 74 abaixo do nível no qual os condutos de injeção defluido tangenciais 63, 63B, 63C e 63D injeta fluido para o interior da seçãotubular 70 e irá, genericamente, induzir os componentes gasosos aredemoinhar como uma corrente de redemoinho 78 em uma direção opostahorária, quando visto de cima. A corrente de redemoinho que circula nosentido horário 78, substancialmente de gás substancialmente seco, quecircula como resultado do efeito Hirsch-Rankin em uma direção oposta àcorrente externa 77 de condensáveis, ainda aprimora a separação de gás secodos componentes líquidos e/ou sólidos. O quebrador de vórtice 72 tem umaforma cônica e o topo do quebrador de vórtice 72 desempenha como umbuscador de vórtice para a corrente de redemoinho central de gás seco queroda no sentido horário 78.

A seção inferior 71 do vaso 62 é equipada com serpentinas deaquecimento 80 que mantém os componentes coletados líquidos e sólidos auma temperatura substancialmente constante entre 15 e 25°C. Nestatemperatura, cera e hidratos irão derreter e irão flutuar acima da água notanque de coleta de líquido, de tal modo que uma camada superior 81 de cera,hidratos, condensado e outros hidrocarbonetos líquidos (CxHy) irá flutuaracima de uma camada inferior de água 82.

A água (H2O) é descarregada através de um conduto dedescarga de água 64, no fundo do vaso 62, enquanto a mistura de cera,hidratos, condensado e outros hidrocarbonetos (CXHY) poço é descarregadaatravés de um conduto de descarga central de líquidos hidrocarbonetos 83. Oscondutos de descarga 83 e 84 podem ser equipados com válvulas (não mostrado)que podem ser controladas de tal modo que a interface água/hidrocarbonetoslíquidos 87 é mantida em um nível substancialmente constante.

Se desejado, água e hidrocarbonetos podem ser descarregadosa partir do vaso 62 através de uma única saída de líquido no fundo do vaso 62,para separação adicional em uma unidade de separação (não mostrado) àjusante do vaso 62.

Opcionalmente, o quebrador de vórtice 72 e as paredes daseção tubular vertical 70 do vaso de separação secundário 62 e os condutos63, 63B, 63C e 63D são aquecidas e/ou equipadas com transdutores devibração ultra-sônicos (não mostrado) para inibir deposição de cera, crosta ehidratos e outras incrustações sobre estes componentes. Os transdutores devibração ultra-sônicos preferivelmente vibram as paredes destes componentessensíveis à incrustação em uma freqüência entre 20 e 200 kHz, para retirarqualquer incrustação.

O conjunto para separação de fluido de múltiplos estágios deacordo com a invenção é também útil para separar partículas sólidas de umacorrente de fluido gasosa. Nos dispositivos de resfriamento de gás aspartículas sólidas irão servir como fontes de nucleação que promovemcrescimento de gotículas de condensáveis liqüefeitos. As partículas sólidas irãoescoar junto com os condensáveis liqüefeitos para o interior do tanque de coletade líquido do vaso de separação de fluido secundário e são, com isto, separadasda corrente terciária de condensáveis esgotados, substancialmente gás seco, queé descarregado a partir do topo do vaso de separação de fluido secundário.

Claims (18)

1. Conjunto para separação de fluidos de múltiplos estágios,compreendendo:um dispositivo de resfriamento de gás primário (1, 31, 61) quetem uma saída de fluido enriquecido em condensáveis liqüefeitos e/ousolidificados (3,33,63); eum vaso de separação de fluido secundário (2, 32, 62) que temuma seção tubular (10, 30, 70) da qual um eixo central tem uma orientaçãosubstancialmente vertical ou inclinada, cujo vaso é conectado à dita saída de fluidoenriquecido em condensáveis (3, 33, 63) de dito dispositivo de resfriamento de gásprimário (1, 31, 61), no qual durante operação normal do vaso (2, 32, 62), o fluidoenriquecido em condensáveis é induzido a redemoinhar ao redor do eixo centralda seção tubular (10, 30, 70) do vaso, de tal modo que uma corrente terciária (17,-77) de condensáveis liqüefeitos e/ou solidificados é induzida por gravidade eforças centrífugas para redemoinhar em direção para baixo ao longo da superfícieinterna da seção tubular (10, 30, 70) do vaso, para o interior de um tanque decoleta de líquido (11, 41, 71) no, ou junto ao fundo do vaso, para coletar umamistura terciária de condensáveis liqüefeitos e/ou solidificados, cujo tanque (11,-41, 71) é dotado de um ou mais aquecedores (20, 52, 80) para aquecer a misturaterciária, para reduzir a quantidade de condensáveis solidificados e com uma oumais saídas (23, 26, 53, 56, 83, 84) para descarregar a mistura terciária a partir dotanque (11,41, 71);caracterizado pelo fato de que vários condutos de injeção de fluidosecundários (3, 33, 63) de vários dispositivos de resfriamento de gás primários (1,-31, 61) são conectados em intervalos circunferenciais regulares à seção tubular(10, 30, 70) do vaso de separação secundário (2, 32, 62), condutos (3, 33, 63)esses que injetam, em utilização, fluido enriquecido em condensáveis em umadireção no mínimo parcialmente tangencial para o interior do vaso de separaçãosecundário (2, 32,62).

2. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o tanque de coleta de líquido (11, 41, 71) compreende uma saída delíquido superior (26, 56, 83) para componentes líquidos de baixa densidade e umasaída de líquido inferior (23, 53, 84) para componentes líquidos de alta densidade.

3. Conjunto de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou-2, caracterizado pelo fato de que a seção tubular (10, 30, 70) do vaso de separaçãosecundário (2, 32, 62) é equipada com um conduto de saída de gás terciário (14,-44, 74) que tem uma entrada que é localizada no, ou próximo ao, eixo central daseção tubular (10,30, 70).

4. Conjunto de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelofato de que o vaso de separação secundário (2, 32, 62) tem um topo em forma dedomo ou disco (13,43, 73), que é montado no topo da seção tubular (10, 30, 70), eo conduto de saída de gás terciário (14, 44, 74) é arranjado substancialmentecoaxial com o eixo central da seção tubular e passa através do topo.

5. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a saída de fluido enriquecido em condensáveis liqüefeitos e/ousolidificados (3, 33, 63) de no mínimo um dispositivo de resfriamento de gásprimário (1, 31, 61) é conectada a um conduto de injeção de fluido secundário (3,-33, 63) que injeta, em utilização, o fluido enriquecido em condensáveis em umadireção no mínimo parcialmente tangencial para o interior da seção tubular (10,-30,70) do vaso de separação secundário (2,32,62).

6. Conjunto de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelofato de que o eixo central da seção tubular (10, 30, 70) do vaso de separaçãosecundário (2, 32, 62) tem uma orientação substancialmente vertical e os várioscondutos de injeção de fluido secundários (3, 33, 63) injetam, em utilização, fluidoenriquecido em condensáveis em uma direção no mínimo parcialmente tangencial eparcialmente para baixo, para o interior do vaso de separação secundário (2,32,62).

7. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o tanque de coleta de líquido (11, 41, 71) é formado por uma porçãoinferior tubular em forma de copo do segundo vaso de separação do segundoestágio (2, 32, 62) que é substancialmente coaxial com o eixo central e tem umalargura interna maior do que a porção superior (10,30, 70) do vaso.

8. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de um quebrador de vórtice (12, 42, 72) é arranjado no interior do vaso deseparação secundário (2, 32, 62) entre a extremidade inferior da seção tubular (10, 30, 70) e o tanque de coleta de líquido (11,41,71).

9. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que compreende ainda um ou mais transdutores de vibração ultra-sônicospara impor vibrações ultra-sônicas sobre um ou componentes do conjunto, parainibir deposição de condensáveis solidificados tais como gelo, cera e/ou hidratosdentro do conjunto.

10. Conjunto de acordo com qualquer uma das reivindicações 5ou 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que no mínimo os condutos de injeção defluido secundários (3, 33, 63) e o quebrador de vórtice (12, 42, 72) são equipadoscom transdutores de vibração ultra-sônicos.

11. Conjunto de acordo com qualquer uma das reivindicações 9ou 10, caracterizado pelo fato de que os transdutores de vibração ultra-sônicos,quando em utilização, são projetados para vibrar um ou mais componentes doconjunto a uma freqüência entre 20 e 200 kHz.

12. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o tanque de coleta de líquido (11, 41, 71) é dotado de uma grade detubos de aquecimento (20, 52, 80) que são projetados para aquecer a mistura defluido de líquido e sólido no tanque até uma temperatura de no mínimo 15°C.

13. Conjunto de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que cada dispositivo de resfriamento de gáscompreende um separador de inércia ciclônico primário (1, 31) que compreendeum bocal de expansão (5, 35) no qual a mistura de fluido é resfriada até umatemperatura mais baixa do que 0°C por meio de uma expansão substancialmenteisentrópica e no qual uma ou mais palhetas (6, 36) de criação de redemoinhoinduzem o fluido a redemoinhar em uma seção de saída divergente (8, 38) que éequipada com um conduto de saída de fluido esgotado de condensáveis, primáriocentral (7, 37), e um conduto de saída de fluido enriquecido em condensáveissecundário (3, 33).

14. Conjunto de acordo com a reivindicação 13, caracterizadopelo fato de que cada separador por inércia ciclônico primário (1,31) compreendeum bocal de expansão (5, 35) que é projetado para acelerar a mistura de fluidodentro do bocal para uma velocidade supersônica, resfriando com isto, emutilização, a temperatura do fluido que passa através do bocal até uma temperaturamais baixa do que -20°C.

15. Conjunto de acordo com qualquer uma das reivindicações 13ou 14, caracterizado pelo fato de compreender uma pluralidade de separadores porinércia ciclônicos primários (1, 31) dos quais os bocais de expansão (5, 35) sãosubstancialmente paralelos e eqüidistantes do eixo central da seção tubular (10,30) do vaso de separação secundário (2, 32), e dos quais as saídas de fluidoenriquecido em condensáveis secundárias são conectadas aos condutos de injeçãode fluido secundários (3,33) que interceptam a parede da seção tubular (10, 30) dovaso de separação secundário (2, 32) em intervalos circunferenciais regulares e emdireção no mínimo parcialmente tangencial e cujos condutos de injeção de fluidosecundários (3,33) tem, cada um, um comprimento menor do que 4 m.

16. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que os dispositivos de resfriamento de gás compreendem estrangulamentos(65) tais como válvulas Joule-Thompson.

17. Método para separar componentes condensáveis de umamistura de fluidos em um conjunto para separação de fluidos de múltiplosestágios,compreendendo as etapas de:injetar a mistura de fluido para o interior de um dispositivo deresfriamento de gás primário (1,31, 61) no qual a mistura de fluido é expandida eresfriada e componentes condensáveis são liqüefeitos e/ou solidificados eopcionalmente separados dos componentes gasosos por meio de força centrífuga,e no qual uma corrente de componentes fluidos enriquecidos em condensáveis éalimentada para o interior de uma saída de fluido secundária (3,33, 63); e,injetar a corrente de componentes fluidos enriquecidos emcondensáveis para o interior de um vaso de separação de fluido secundário (2, 32,-62) que tem uma seção tubular (10, 30, 70) da qual um eixo central tem umaorientação substancialmente vertical ou inclinada, e no qual a corrente de fluidoenriquecida em condensáveis é induzida a redemoinhar ao redor do eixo central daseção tubular do vaso, de tal modo que uma mistura terciária de condensáveisliqüefeitos e/ou solidificados é induzida por gravidade e forças centrífugas aredemoinhar em direção para baixo ao longo da superfície interna da seção tubulardo vaso para o interior de um tanque de coleta de líquido (11, 41, 71) no, oupróximo ao, fundo do vaso, em cujo tanque a mistura terciária de condensáveisliqüefeitos e/ou solidificados é coletada e aquecida para reduzir a quantidade decondensáveis solidificados, e a partir de cujo tanque componentes líquidose/ou solidificados são descarregados através de uma ou mais saídas (23, 26,-53, 56, 83, 84);caracterizado pelo fato de que vários condutos de injeção de fluidosecundários (3, 33, 63) de vários dispositivos de resfriamento de gás primários (1,-31, 61) são conectados em intervalos circunferenciais regulares à seção tubular(10, 30, 70) do vaso de separação secundário (2, 32, 62), condutos (3, 33, 63)esses que injetam fluido enriquecido em condensáveis em uma direção no mínimoparcialmente tangencial no interior do vaso de separação secundário (2,32,62).

18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelofato de que a mistura de fluido é uma corrente de gás natural que é resfriada emdispositivos para resfriamento de gás que compreendem um ou mais separadorespor inércia ciclônicos primários (1, 31) até uma temperatura abaixo de 0°Ccondensando e/ou solidificando, com isto, condensados aquosos e hidrocarbonetose hidratos gasosos e a mistura de fluidos terciária compreender água, gelo econdensados de hidrocarbonetos e hidratos gasosos e ser aquecida no tanque decoleta de fluido terciário (11, 41, 71) até uma temperatura acima de 15 0C parareduzir a quantidade de hidratos gasosos, e a partir de cujo tanque condensados dehidrocarbonetos de baixa densidade são descarregados através de uma saída delíquido superior (26, 56, 83) e componentes aquosos de alta densidade sãodescarregados através de uma saída de líquido inferior (23, 53, 84).