BR102015006079A2

BR102015006079A2 - INTEGRATED SUBMARINE HYDROCARBON PRODUCTION SYSTEM AND PRODUCTION METHOD

Info

Publication number: BR102015006079A2
Application number: BR102015006079-3A
Authority: BR
Inventors: Maia Da Costa Álvaro; Quaresma Masetti Isaias; José Siqueira Da Igreja Haroldo; Dos Santos Amaral Claudio; Poiate Junior Edgard
Original assignee: Petróleo Brasileiro S.A. - Petrobras
Priority date: 2015-03-19
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2018-01-09
Also published as: BR102015006079B1

Abstract

sistema submarino integrado de produção de hidrocarbonetos e método de produção. resumo refere-se a presente invenção a um sistema submarino integrado de produção de hidrocarbonetos e um método de produção, que faz uso de cavernas abertas por dissolução em rocha salina para a estocagem de óleo e gás. o sistema em questão é dotado de um "manifold'' submarino, um sistema de separação submarino, pelo menos duas cavernas salinas, sistemas de bombeio, compressores de gás, uma plataforma de apoio logístico e eventualmente, um navio aliviador. todos os elementos do sistema são integrados e dotados de intertravamento desde a desde a importação do petróleo até a sua exportação para o continente. também é descrito o método de operação do sistema.integrated subsea hydrocarbon production system and production method. Abstract The present invention relates to an integrated subsea hydrocarbon production system and a production method which makes use of open cavities by dissolving in saline rock for oil and gas storage. the system in question is equipped with an underwater manifold, an underwater separation system, at least two salt caves, pumping systems, gas compressors, a logistical support platform and possibly a relief vessel. The system is integrated and interlocked from the importation of oil to its exportation to the continent.The method of operation of the system is also described.

Description

(54) Título: SISTEMA SUBMARINO INTEGRADO DE PRODUÇÃO DE HIDROCARBONETOS E MÉTODO DE PRODUÇÃO (51) Int. Cl.: E21B 43/36; E21B 43/01 (52) CPC: E21B 43/36,E21B 43/01 (73) Titular(es): PETRÓLEO BRASILEIRO S.A. -PETROBRAS (72) Inventor(es): ÁLVARO ΜΑΙΑ DA COSTA; ISAIAS QUARESMA MASETTI; HAROLDO JOSÉ SIQUEIRA DA IGREJA; CLÁUDIO DOS SANTOS AMARAL; EDGARD POIATE JUNIOR (57) Resumo: SISTEMA SUBMARINO INTEGRADO DE PRODUÇÃO DE HIDROCARBONETOS E MÉTODO DE PRODUÇÃO. RESUMO Refere-se a presente invenção a um sistema submarino integrado de produção de hidrocarbonetos e um método de produção, que faz uso de cavernas abertas por dissolução em rocha salina para a estocagem de óleo e gás. O sistema em questão é dotado de um manifold submarino, um sistema de separação submarino, pelo menos duas cavernas salinas, sistemas de bombeio, compressores de gás, uma plataforma de apoio logístico e eventualmente, um navio aliviador. Todos os elementos do sistema são integrados e dotados de intertravamento desde a desde a importação do petróleo até a sua exportação para o continente. Também é descrito o método de operação do sistema.(54) Title: INTEGRATED SUBMARINE SYSTEM FOR THE PRODUCTION OF HYDROCARBONS AND PRODUCTION METHOD (51) Int. Cl .: E21B 43/36; E21B 43/01 (52) CPC: E21B 43/36, E21B 43/01 (73) Owner (s): PETRÓLEO BRASILEIRO S.A. -PETROBRAS (72) Inventor (s): ÁLVARO ΜΑΙΑ DA COSTA; ISAIAS QUARESMA MASETTI; HAROLDO JOSÉ SIQUEIRA DA IGREJA; CLÁUDIO DOS SANTOS AMARAL; EDGARD POIATE JUNIOR (57) Abstract: INTEGRATED SUBMARINE SYSTEM FOR THE PRODUCTION OF HYDROCARBONS AND PRODUCTION METHOD. ABSTRACT The present invention refers to an integrated subsea hydrocarbon production system and a production method, which makes use of open caves dissolved in saline rock for the storage of oil and gas. The system in question is equipped with a submarine manifold, a submarine separation system, at least two saline caves, pumping systems, gas compressors, a logistical support platform and eventually a relief vessel. All elements of the system are integrated and equipped with interlocking since the import of oil to its export to the continent. The method of operating the system is also described.

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SISTEMA SUBMARINO INTEGRADO DE PRODUÇÃO DE HIDROCARBONETOS E MÉTODO DE PRODUÇÃO.INTEGRATED SUBMARINE SYSTEM FOR THE PRODUCTION OF HYDROCARBONS AND PRODUCTION METHOD.

CAMPO DE APLICAÇÃO [001] A presente invenção encontra seu campo de aplicação dentre os sistemas e métodos para produção e estocagem de hidrocarbonetos em ambiente submarino. Mais particularmente a presente invenção refere-se a um sistema e um método submarino de produção de hidrocarbonetos.FIELD OF APPLICATION [001] The present invention finds its field of application among the systems and methods for production and storage of hydrocarbons in an underwater environment. More particularly the present invention relates to an underwater method and method of producing hydrocarbons.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO.BACKGROUND OF THE INVENTION.

[002] Tanto a exploração quanto a produção de hidrocarbonetos em ambiente marinho requerem atualmente o uso de estruturas denominadas plataformas petrolíferas “off-shore”. Uma plataforma petrolífera off-shore é uma grande estrutura usada na perfuração em alto mar para abrigar trabalhadores e equipamentos necessários para a perfuração de poços no leito do oceano ou para a produção de petróleo e/ou gás natural, processando os fluidos extraídos e levando os produtos até a costa. Geralmente a fase liquida é transportada por meio de navios aliviadores e a fase gasosa por gasodutos. Dependendo das circunstâncias, a plataforma pode ser fixada ao solo marinho, consistindo em uma plataforma fixa ou em lâmina d'água superior a 200 m, consistindo em uma plataforma flutuante de produção, sendo ancoradas ao solo marinho através de âncoras especiais.[002] Both exploration and production of hydrocarbons in the marine environment currently require the use of structures called offshore oil platforms. An offshore oil rig is a large structure used in offshore drilling to house workers and equipment needed for drilling wells on the ocean floor or for the production of oil and / or natural gas, processing the extracted fluids and taking the products to the coast. Generally, the liquid phase is transported by means of relief vessels and the gas phase by gas pipelines. Depending on the circumstances, the platform can be fixed to the seabed, consisting of a fixed platform or water depth greater than 200 m, consisting of a floating production platform, being anchored to the seabed using special anchors.

[003] Devido às descobertas de acumulações de petróleo e gás estarem ocorrendo em regiões cada vez mais afastadas da costa e, por consequência, cada vez mais profundas, as plataformas denominadas flutuantes tem se tornado cada vez mais comuns. Atualmente as plataformas denominadas Semissubmersíveis e os FPSOs (“Floating Production, Storage and Offloading”) são as mais usadas nesses ambientes.[003] Due to the discoveries of accumulations of oil and gas are occurring in regions that are increasingly distant from the coast and, consequently, increasingly deep, the so-called floating platforms have become increasingly common. Currently platforms called Semisubmersibles and FPSOs (“Floating Production, Storage and Offloading”) are the most used in these environments.

[004] Uma plataforma semissubmersível é geralmente composta de uma estrutura de um ou mais conveses, apoiada em flutuadores submersos e posicionada na superfície do mar, dentro de um círculo com raio de[004] A semi-submersible platform is generally composed of a structure of one or more decks, supported by submerged floats and positioned on the surface of the sea, within a circle with a radius of

2/10 tolerância ditado pelos equipamentos de subsuperfície e pelo sistema de ancoragem. Um FPSO é um navio, em geral de grande porte, com capacidade para produzir, processar e/ou armazenar petróleo, estando ancorado em um local definido.2/10 tolerance dictated by the subsurface equipment and the anchoring system. An FPSO is a ship, generally large, with the capacity to produce, process and / or store oil, being anchored in a defined location.

[005] Ambas as unidades flutuantes acima apresentam algumas desvantagens e desafios a serem superados. Uma unidade flutuante sofre movimentações devido à ação das ondas, correntes e ventos, com possibilidade de danificar os equipamentos a serem descidos no poço ou mesmo as linhas de transporte de fluidos que chegam e partem da unidade. Outro desafio associado a estas unidades é o limitado espaço que as mesmas dispõe para abrigar todos os equipamentos e sistemas necessários à produção e processamento primário do hidrocarboneto, além de todas as facilidades necessárias para abrigar trabalhadores.[005] Both floating units above have some disadvantages and challenges to be overcome. A floating unit undergoes movement due to the action of waves, currents and winds, with the possibility of damaging the equipment to be lowered into the well or even the fluid transport lines that arrive and depart from the unit. Another challenge associated with these units is the limited space they have to house all the equipment and systems necessary for the primary production and processing of hydrocarbons, in addition to all the facilities necessary to house workers.

[006] Por estas e outras razões, a indústria de energia tem evoluído para sistemas de produção submarinos onde todas as operações que são feitas no convés de uma plataforma offshore passam a ser executadas em equipamentos submarinos. Esse novo modelo de produção tem recebido a denominação de Fabrica Submarina ou “Subsea Factory”.[006] For these and other reasons, the energy industry has evolved into subsea production systems where all operations that are done on the deck of an offshore platform are now carried out on subsea equipment. This new production model has received the name of Fabrica Submarina or “Subsea Factory”.

[007] Uma dificuldade comumente associada ao modelo de produção da fábrica submarina é a armazenagem dos hidrocarbonetos logo após a sua produção. Tanques submarinos são de difícil fabricação e instalação, uma vez que o ambiente submarino conta com superfícies irregulares e pressões elevadas.[007] A difficulty commonly associated with the production model of the underwater factory is the storage of hydrocarbons right after their production. Submarine tanks are difficult to manufacture and install, since the underwater environment has uneven surfaces and high pressures.

[008] Outra tecnologia “off-shore” que também tem evoluído de modo considerável é a da construção de cavernas em domos salinos para estocagem de hidrocarbonetos logo após sua produção. As cavernas e cavidades salinas são na maioria das vezes construídas por meio da técnica de dissolução e utilizadas para a estocagem de hidrocarbonetos, que são inertes à água e ao sal, como óleo cru, combustíveis, gases, entre outros. Isso por serem ambientes geológicos adequados para[008] Another "off-shore" technology that has also evolved considerably is the construction of caves in saline domes to store hydrocarbons soon after their production. The caves and saline cavities are most often built using the dissolution technique and used for the storage of hydrocarbons, which are inert to water and salt, such as crude oil, fuels, gases, among others. This because they are geological environments suitable for

3/10 armazenamento tanto de gases quanto líquidos e/ou sólidos, devido à sua excelente característica de rocha capeadora, como alta impermeabilidade, desprezível porosidade e alto gradiente de fratura. Esta condição previne a migração dos materiais trapeados por esta rocha.3/10 storage of both gases and liquids and / or solids, due to its excellent capping rock characteristics, such as high impermeability, negligible porosity and high fracture gradient. This condition prevents the migration of materials trapped by this rock.

[009] Dado o exposto a tecnologia descrita e reivindicada a seguir apresenta uma configuração que viabiliza a construção e operação de fábricas submarinas com o uso de cavernas salinas, mitigando os riscos e custos por meio da associação destas tecnologias.[009] Given the above, the technology described and claimed below presents a configuration that enables the construction and operation of underwater factories with the use of saline caves, mitigating risks and costs through the combination of these technologies.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO.SUMMARY OF THE INVENTION.

[0010] A presente invenção se refere a um sistema submarino integrado de produção de hidrocarbonetos e um método de produção, que faz uso de cavernas abertas por dissolução em rocha salina (1) para a estocagem de óleo e gás.[0010] The present invention relates to an integrated subsea hydrocarbon production system and a production method, which makes use of open caves dissolved in saline rock (1) for the storage of oil and gas.

[0011] O sistema em questão faz uso de cinco poços de produção de óleo e gás; três poços de injeção de fluidos ou gás no reservatório; pelo menos um “manifold submarino; um sistema de separação submarina, transformadores elétricos, bombas submersas, compressores de gás submersos e separados submarinos; pelo menos duas cavernas salinas abertas na camada de sal para estocagem de hidrocarbonetos, sendo pelo menos uma caverna exclusiva para a estocagem da fase líquida e uma caverna exclusiva para a estocagem de gás; pelo menos um módulo de bombeio submarino posicionado entre o sistema de separação submarino e a caverna exclusiva para estocagem da fase líquida; pelo menos uma bomba multifásica, posicionada a jusante da caverna de fase líquida, pelo menos um compressor de gás posicionado entre o sistema de separação submarino e a caverna exclusiva para a estocagem da fase gasosa; uma plataforma de apoio logístico para controle e geração de energia elétrica para alimentação do sistema submarino; pelo menos um transformador elétrico submarino; uma pluralidade de tubulações submarinas e uma pluralidade de cabos de força submarinos. Todos os elementos do sistema[0011] The system in question makes use of five oil and gas production wells; three fluid or gas injection wells in the reservoir; at least one “submarine manifold; a subsea separation system, electric transformers, submerged pumps, submerged and separate subsea gas compressors; at least two saline caves open in the salt layer for storage of hydrocarbons, with at least one cave exclusively for the storage of the liquid phase and an exclusive cave for the storage of gas; at least one subsea pumping module positioned between the subsea separation system and the exclusive cave for storing the liquid phase; at least one multiphase pump, positioned downstream of the liquid phase cave, at least one gas compressor positioned between the subsea separation system and the exclusive cave for the storage of the gas phase; a logistical support platform for control and generation of electrical energy to feed the subsea system; at least one submarine electrical transformer; a plurality of subsea pipelines and a plurality of subsea power cables. All elements of the system

4/10 são integrados e dotados de intertravamento desde a importação do petróleo até a sua exportação para o continente.4/10 are integrated and equipped with interlocking from the import of oil to its export to the continent.

[0012] O método de produção de hidrocarbonetos que faz uso do sistema acima compreende as seguintes etapas:[0012] The hydrocarbon production method that makes use of the above system comprises the following steps:

a. produzir, por meio dos poços de produção a mistura trifásica de hidrocarbonetos e água, proveniente do reservatório subterrâneo explorado e transportá-la ao “manifold” por meio de uma tubulação submarina de mistura trifásica, que os interliga;The. produce, through the production wells, the three-phase mixture of hydrocarbons and water, from the underground reservoir explored and transport it to the manifold by means of an underwater three-phase mixture pipe, which interconnects them;

b. direcionar a mistura trifásica a partir do “manifold” até os separadores do sistema de separação submarina por meio de tubulação submarina de mistura trifásica;B. direct the three-phase mixture from the "manifold" to the separators of the subsea separation system by means of subsea piping with three-phase mixing;

c. Separar, a mistura trifásica por meio do sistema de separação submarina em uma fase líquida, que contém água e óleo, e em uma fase gasosa;ç. Separate the three-phase mixture through the subsea separation system in a liquid phase, which contains water and oil, and in a gas phase;

d. direcionar a fase líquida para ser armazenada em pelo menos uma caverna de fase líquida por meio do módulo de bombeio submarino e através da tubulação submarina de fase líquida;d. direct the liquid phase to be stored in at least one liquid phase cave through the subsea pumping module and through the subsea liquid phase piping;

e. direcionar o gás para ser armazenado em pelo menos uma caverna de gás por meio do compressor submarino e através da tubulação submarina de gás;and. direct the gas to be stored in at least one gas cave through the subsea compressor and through the subsea gas pipeline;

f. por meio da bomba multifásica, posicionada a jusante da caverna de fase líquida, bombear a fase líquida até o continente;f. using the multiphase pump, positioned downstream of the liquid phase cave, pump the liquid phase up to the continent;

g. por meio do compressor posicionado entre o sistema de separação submarino e a caverna de gás, enviar o gás para o continente.g. through the compressor positioned between the subsea separation system and the gas cave, send the gas to the continent.

[0013] O sistema e método desta invenção apresentam diversas vantagens frente ao estado da técnica, dentre as quais se podem citar a viabilização de produção de reservatórios em profundidade de água que ultrapassam o limite da tecnologia hoje existente através de plataformas de produção e dentro desse cenário adiciona-se a redução do custo de[0013] The system and method of this invention have several advantages compared to the state of the art, among which we can mention the feasibility of producing reservoirs in depth of water that exceed the limit of the technology existing today through production platforms and within that This scenario adds to the reduction in the cost of

5/10 produção, o aumento da segurança do sistema, o aumento da confiabilidade e a redução dos riscos ambientais.5/10 production, increased system security, increased reliability and reduced environmental risks.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [0014] As características do sistema submarino integrado de produção de hidrocarbonetos e método de produção, objeto da presente invenção, serão mais bem percebidas a partir da descrição detalhada que se fará a seguir, a mero título de exemplo, associado aos desenhos abaixo referenciados, o qual são parte integrante do presente relatório.BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES [0014] The characteristics of the integrated submarine hydrocarbon production system and production method, object of the present invention, will be better perceived from the detailed description that will be given below, by way of example only, associated with the drawings referenced below, which are an integral part of this report.

[0015] A FIGURA 1 apresenta esquematicamente uma vista em perspectiva da concretização preferida da presente invenção.[0015] FIGURE 1 schematically presents a perspective view of the preferred embodiment of the present invention.

[0016] A FIGURA 2 apresenta esquematicamente uma vista lateral da concretização preferida da presente invenção.[0016] FIGURE 2 schematically shows a side view of the preferred embodiment of the present invention.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0017] A presente invenção se refere a um sistema submarino integrado de produção de hidrocarbonetos e um método de produção, que faz uso de cavernas abertas por dissolução em rocha salina (1) para a estocagem de óleo e gás. As referidas cavernas atuam tanto como sistemas de produção, para os casos em que haja reservatórios (2) com o índice de produtividade muito baixo e como tancagem submarina.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0017] The present invention relates to an integrated underwater hydrocarbon production system and a production method, which makes use of caves opened by dissolving in saline rock (1) for the storage of oil and gas. These caves act both as production systems, in cases where there are reservoirs (2) with a very low productivity index and as an underwater tank.

[0018] A descrição detalhada do sistema submarino integrado de produção de hidrocarbonetos e método de produção, objeto da presente invenção, será feita de acordo com a identificação dos componentes que os formam, com base nas figuras e referências atribuídas.[0018] The detailed description of the integrated subsea hydrocarbon production system and production method, object of the present invention, will be made according to the identification of the components that form them, based on the assigned figures and references.

[0019] A figura 1 apresenta a concretização preferida do sistema submarino integrado de produção hidrocarbonetos, objeto da presente invenção. O referido sistema compreende os seguintes elementos:[0019] Figure 1 shows the preferred embodiment of the integrated subsea hydrocarbon production system, object of the present invention. This system comprises the following elements:

a. cinco poços de produção (24) de óleo e gás, equipados com árvores de natal molhadas (4) com capacidade de escoar a produção do reservatório (2) até o “manifold submarino;The. five oil and gas production wells (24), equipped with wet Christmas trees (4) with the capacity to drain production from the reservoir (2) to the “submarine manifold;

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b. três poços de injeção de fluidos (7), com capacidade para injetar fluidos a partir da superfície, ou a própria água do mar, no reservatório (2);B. three fluid injection wells (7), capable of injecting fluids from the surface, or seawater itself, into the reservoir (2);

c. pelo menos um “manifold' submarino (3), posicionado no leito marinho com capacidade para receber a mistura trifásica de óleo, gás e água e redistribuí-la;ç. at least one submarine manifold (3), positioned on the seabed with the capacity to receive the three-phase mixture of oil, gas and water and to redistribute it;

d. um sistema de separação submarina composto por pelo menos dois separadores submarinos (6), posicionados em paralelo, e com capacidade para separar a mistura trifásica proveniente do “manifold (3) em uma fase gasosa e uma fase líquida composta por óleo e água;d. a subsea separation system composed of at least two subsea separators (6), positioned in parallel, and capable of separating the three-phase mixture from the “manifold (3) into a gas phase and a liquid phase composed of oil and water;

e. pelo menos duas cavernas salinas abertas na camada de sal para estocagem de hidrocarbonetos, ambas dotadas de comunicação com o leito marinho através de colunas (26) e dotadas de árvores de natal molhadas no solo marinho, sendo pelo menos uma caverna (9) exclusiva para a estocagem da fase líquida e uma caverna (10) exclusiva para a estocagem de gás;and. at least two saline caves open in the salt layer for storage of hydrocarbons, both endowed with communication with the seabed through columns (26) and endowed with wet Christmas trees in the seabed, with at least one cave (9) exclusive for the storage of the liquid phase and a cave (10) exclusively for the storage of gas;

f. pelo menos um módulo de bombeio submarino (21) posicionado entre o sistema de separação submarino e a caverna (9) exclusiva para estocagem da fase líquida;f. at least one subsea pumping module (21) positioned between the subsea separation system and the cave (9) exclusively for storage of the liquid phase;

g. pelo menos uma bomba (8) multifásica, posicionada a jusante da caverna (9) de fase líquida, para bombear a fase líquida até o continente;g. at least one multiphase pump (8), positioned downstream of the liquid phase cave (9), to pump the liquid phase up to the continent;

h. pelo menos um compressor de gás (23) posicionado entre o sistema de separação submarino e a caverna (10) exclusiva para a estocagem da fase líquida;H. at least one gas compressor (23) positioned between the subsea separation system and the cave (10) exclusive for the storage of the liquid phase;

i. uma plataforma de apoio logístico (13) para controle e geração de energia elétrica para alimentação do sistema submarino;i. a logistical support platform (13) for the control and generation of electrical energy to feed the subsea system;

j. pelo menos um transformador elétrico submarino (5) para redução de voltagem da corrente elétrica proveniente da plataforma de apoio logístico para alimentação dos equipamentos submarinos;j. at least one submarine electrical transformer (5) for reducing the voltage of the electric current from the logistical support platform for feeding subsea equipment;

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k. uma pluralidade de tubulações submarinas (14, 15 e 16) para transporte da mistura trifásica, da fase líquida e do gás;k. a plurality of underwater pipelines (14, 15 and 16) for transporting the three-phase mixture, the liquid phase and the gas;

l. uma pluralidade de cabos de força (19) submarinos para a alimentação elétrica de todo o sistema.l. a plurality of submarine power cables (19) for powering the entire system.

[0020] Os poços de injeção de fluido (7) são poços de injeção de água, gás ou de CO₂. Para efeito de concretização preferida, esta invenção conta com três poços de injeção de água e dois poços de injeção de gás ou de CO₂, entretanto, outras configurações de poços podem ser usadas sem, no entanto, fugir do conceito original desta invenção.[0020] Fluid injection wells (7) are water, gas or CO ₂ injection wells. For the purpose of preferred embodiment, this invention has three water injection wells and two gas or CO ₂ injection wells, however, other well configurations can be used without, however, departing from the original concept of this invention.

[0021] O sistema de separação submarina usa preferencialmente separadores conhecidos como VAS PS (vertical annular separation and pumping system”), que é composto, basicamente, de um separador ciclônico submarino e uma bomba do tipo BCS (bombeio centrífugo submerso). O sistema VASPS permite reduzir a pressão na cabeça dos poços, proporcionando desta forma um ganho de produção. Além disso, com a separação submarina de gás-liquido evita-se vários problemas característicos do escoamento multifásico, como por exemplo, golfadas severas. [0022] No sistema VASP o separador compreende um bocal de entrada, que dá acesso a uma câmara de expansão que permite que a mistura de líquido e gás descarregue na direção tangencial do separador. O campo centrífugo gerado na saída do bocal propicia que parte do gás seja liberada neste ponto. O líquido e o restante do gás disperso são empurrados contra as paredes, fluindo como um filme em direção a seção da hélice. O filme é acelerado na direção vertical, fluindo para a parte de baixo do separador. A separação gás-liquido ocorre em bolhas dispersas que se movem radialmente para o interior da hélice e alcançam a interface líquido/gás.[0021] The subsea separation system preferably uses separators known as VAS PS (vertical annular separation and pumping system ”), which is basically composed of a subsea cyclonic separator and a BCS type pump (submerged centrifugal pumping). The VASPS system makes it possible to reduce the pressure at the wellheads, thereby providing a gain in production. In addition, with underwater gas-liquid separation, several problems characteristic of multiphase flow are avoided, such as severe gulfs. [0022] In the VASP system the separator comprises an inlet nozzle, which gives access to an expansion chamber that allows the mixture of liquid and gas to discharge in the tangential direction of the separator. The centrifugal field generated at the nozzle outlet allows part of the gas to be released at this point. The liquid and the rest of the dispersed gas are pushed against the walls, flowing like a film towards the propeller section. The film is accelerated in the vertical direction, flowing to the bottom of the separator. The gas-liquid separation occurs in dispersed bubbles that move radially into the propeller and reach the liquid / gas interface.

[0023] A caverna (10) de gás atenderá basicamente a dois objetivos. O primeiro como pulmão logístico, sendo que nessa condição o gás será comprimido na superfície pelo compressor de gás (23) submarino e[0023] The gas cave (10) will basically serve two objectives. The first as a logistical lung, and in this condition the gas will be compressed on the surface by the submarine gas compressor (23) and

8/10 escoado através de um gasoduto até o continente. O segundo como estocagem para uso na plataforma (13) de apoio logístico.8/10 drained through a gas pipeline to the mainland. The second as storage for use on the platform (13) for logistical support.

[0024] A plataforma de apoio logístico (13) usa parte do gás estocado na caverna (10) de gás na geração da energia elétrica que alimenta o sistema. Essa geração ocorre por meio de turbomáquinas dedicadas a este fim, posicionadas na plataforma (13). O gás é elevado até a superfície por meio do compressor de gás (23), através de um riser (18) de gás, que interliga o dito compressor (23) à dita plataforma (13), conforme a figura 1. [0025] O Sistema submarino integrado de produção, objeto desta invenção pode compreender pelo menos uma caverna (11) adicional, que opera com a mistura trifásica de hidrocarbonetos. Neste caso, esta caverna (11) recebe a mistura trifásica de hidrocarbonetos de regiões compartimentadas e com baixo índice de produtividade do reservatório. Como pode ser visualizada na figura 2, a referida caverna (11) compreende ainda uma bomba do tipo BCSS (22) posicionada em seu interior, para transferir a mistura trifásica de hidrocarbonetos desta para o ^umanifold submarino (3).[0024] The logistical support platform (13) uses part of the gas stored in the gas cave (10) to generate the electric energy that feeds the system. This generation occurs through turbomachinery dedicated to this purpose, positioned on the platform (13). The gas is raised to the surface by means of the gas compressor (23), through a gas riser (18), which connects said compressor (23) to said platform (13), according to figure 1. [0025] The integrated submarine production system, object of this invention can comprise at least one additional cave (11), which operates with the three-phase mixture of hydrocarbons. In this case, this cave (11) receives the three-phase mixture of hydrocarbons from compartmentalized regions and with a low productivity index of the reservoir. As can be seen in figure 2, said cavern (11) further comprises a pump of the type SCP (22) positioned therein for transfer phase hydrocarbon mixture thereof for the ^u sub manifold (3).

[0026] O sistema submarino integrado de produção aqui descrito, pode também compreender um navio aliviador (12) na superfície do mar que pode receber o óleo através de um riser (17), conjunto sustentado através de uma boia submersa (20). O referido navio (12) tem a função de receber excedentes de produção da fase líquida a partir da caverna (9) de fase líquida. Este excedente é transferido ao navio aliviador (12) por meio do módulo de bombeio submarino (21), através de um riser (17) de fase líquida que os interliga.[0026] The integrated submarine production system described here, may also comprise a relief vessel (12) on the sea surface that can receive the oil through a riser (17), set supported by a submerged buoy (20). Said vessel (12) has the function of receiving surplus liquid phase production from the liquid phase cave (9). This surplus is transferred to the relief vessel (12) by means of the submarine pumping module (21), through a liquid phase riser (17) that interconnects them.

[0027] O método de produção de hidrocarbonetos, que faz uso do sistema definido acima compreende as seguintes etapas:[0027] The hydrocarbon production method, which makes use of the system defined above, comprises the following steps:

a. Produzir, por meio dos poços de produção (24) a mistura trifásica de hidrocarbonetos e água, proveniente do reservatório (2) subterrâneoThe. Produce, through the production wells (24) the three-phase mixture of hydrocarbons and water, from the underground reservoir (2)

9/10 explorado e transportá-la ao “manifold (3) por meio de uma tubulação submarina (14) de mistura trifásica, que os interliga;9/10 explored and transported to the “manifold (3) by means of an underwater pipeline (14) with a three-phase mixture, which interconnects them;

b. Direcionar a mistura trifásica a partir do “manifold (3) até os separadores (6) do sistema de separação submarina por meio de tubulação submarina (14) de mistura trifásica.B. Direct the three-phase mixture from the “manifold (3) to the separators (6) of the subsea separation system by means of subsea piping (14) for a three-phase mixture.

d. Direcionar a fase líquida para ser armazenada na pelo menos uma caverna (9) de fase líquida por meio do módulo de bombeio submarino (21) e através da tubulação submarina de fase líquida (15);d. Direct the liquid phase to be stored in at least one liquid phase cave (9) through the subsea pumping module (21) and through the subsea liquid phase piping (15);

e. Direcionar o gás para ser armazenado em pelo menos uma caverna (10) de gás por meio do compressor submarino (23) e através da tubulação submarina de gás (16);and. Direct the gas to be stored in at least one gas cave (10) through the underwater compressor (23) and through the underwater gas pipe (16);

f. Bombear a fase líquida até o continente por meio da bomba multifásica (8), posicionada a jusante da caverna (9) de fase líquida;f. Pump the liquid phase up to the continent by means of a multiphase pump (8), positioned downstream of the liquid phase cave (9);

g. Enviar o gás para o continente por meio do compressor (23) posicionado entre o sistema de separação submarino e a caverna (10) de gás.g. Send the gas to the mainland through the compressor (23) positioned between the subsea separation system and the gas cave (10).

[0028] O método de produção pode adicionalmente compreender a etapa de bombear para o navio aliviador (12) o excesso de fase líquida de hidrocarboneto e água, quando necessário, por meio do módulo de bombeio submarino (21) e através do riser (17) de fase líquida, entretanto, esta operação ocorrerá somente quando estritamente necessária.[0028] The production method can additionally comprise the step of pumping the excess hydrocarbon and water liquid phase to the relief vessel (12), when necessary, through the submarine pumping module (21) and through the riser (17 ) of liquid phase, however, this operation will only occur when strictly necessary.

[0029] Quando necessário também, parte do gás armazenado na caverna de gás (10) é enviada para a plataforma de apoio logístico (13) para a geração de energia elétrica. Este envio ocorre pelo próprio compressor (23), através do riser (18) de gás. A energia elétrica gerada na plataforma (13) é transferida em alta voltagem para o transformador (5) e[0029] When necessary also, part of the gas stored in the gas cave (10) is sent to the logistical support platform (13) for the generation of electric energy. This transmission takes place through the compressor itself (23), through the gas riser (18). The electrical energy generated on the platform (13) is transferred at high voltage to the transformer (5) and

10/10 posteriormente transmitida em baixa voltagem para os equipamentos submarinos.10/10 later transmitted at low voltage to subsea equipment.

[0030] Quando necessário e em uma concretização alternativa, o método em questão pode compreender a etapa de produzir, por meio dos poços de produção (24) a mistura trifásica de hidrocarbonetos e água, proveniente do reservatório (2) subterrâneo explorado e transportá-la à caverna (11) adicional, por meio de uma tubulação submarina (14) que os interliga. Esta etapa será usada somente quando forem explorados reservatórios (2), ou compartimentos destes, que apresentem índice de produtividade muito baixos. Neste caso, a mistura trifásica deve ser bombeada a partir da caverna adicional (11) para o “manifold (3) pela bomba tipo BCS (22), através da tubulação submarina (14) de mistura trifásica.[0030] When necessary and in an alternative embodiment, the method in question may comprise the stage of producing, through the production wells (24) the three-phase mixture of hydrocarbons and water, from the underground reservoir (2) explored and transported. it to the additional cave (11), by means of an underwater pipe (14) that connects them. This step will be used only when reservoirs (2), or compartments of these, which have very low productivity rates are explored. In this case, the three-phase mixture must be pumped from the additional cave (11) to the “manifold (3) by the BCS-type pump (22), through the submarine piping (14) of the three-phase mixture.

[0031] Diversas vantagens podem ser associadas ao sistema e método desta invenção, dentre as quais se podem citar a redução do custo de produção e o aumento da segurança do sistema, devido à eliminação das plataformas de produção, o aumento da confiabilidade, que ocorre ao se eliminar os risers de produção, risers do anular dos poços e umbilicais por cada poço, além da redução dos riscos ambientais ao se eliminar as linhas de transferência dos hidrocarbonetos para as plataformas e em função do tipo de estocagem de hidrocarboneto utilizado.[0031] Several advantages can be associated with the system and method of this invention, among which we can mention the reduction of the production cost and the increase of the security of the system, due to the elimination of the production platforms, the increase of the reliability, which occurs by eliminating production risers, annular risers from wells and umbilicals for each well, in addition to reducing environmental risks by eliminating hydrocarbon transfer lines to platforms and depending on the type of hydrocarbon storage used.

[0032] A descrição que se fez até aqui do sistema submarino integrado de produção de hidrocarbonetos e método de produção, objeto da presente invenção, deve ser considerada apenas como uma das possíveis concretizações, e quaisquer características particulares devem ser entendidas como algo que foi descrito para facilitar a compreensão. Desta forma, não podem ser consideradas limitantes da invenção, a qual está limitada apenas ao escopo das reivindicações que seguem.[0032] The description that has been made so far of the integrated subsea hydrocarbon production system and production method, object of the present invention, should be considered only as one of the possible embodiments, and any particular characteristics should be understood as something that has been described to facilitate understanding. Therefore, they cannot be considered as limiting the invention, which is limited only to the scope of the following claims.

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Claims

1. Integrated submarine hydrocarbon production system, characterized by comprising the following elements:

The. At least five oil and gas production wells (24), equipped with wet Christmas trees (4) with the capacity to drain production from the reservoir (2) to the seabed;

B. At least three fluid injection wells (7), capable of injecting fluids from the surface, or seawater itself, into the reservoir (2);

ç. At least one submarine manifold (3), positioned on the seabed with the capacity to receive the three-phase mixture of oil, gas and water and to redistribute it;

d. An underwater separation system composed of at least two underwater separators (6), positioned in parallel, and capable of separating the three-phase mixture from the "manifold" (3) into a gas phase and a liquid phase composed of oil and water;

and. at least two saline caves open in the salt layer for storage of hydrocarbons, both endowed with communication with the seabed through columns (26) and endowed with wet Christmas trees in the seabed, with at least one cave (9) exclusive for the storage of the liquid phase and a cave (10) exclusively for the storage of gas;

f. at least one subsea pumping module (21) positioned between the subsea separation system and the cave (9) exclusively for storage of the liquid phase;

g. at least one multiphase pump (8), positioned downstream of the liquid phase cave (9), to pump the liquid phase up to the continent;

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H. at least one gas compressor (23) positioned between the subsea separation system and the cave (10) exclusive for the storage of the liquid phase;

i. a logistical support platform (13) for the control and generation of electrical energy to feed the subsea system;

j. at least one submarine electrical transformer (5) for reducing the voltage of the electric current from the logistical support platform for feeding subsea equipment;

k. a plurality of underwater pipelines (14, 15 and 16) for transporting the three-phase mixture, the liquid phase and the gas;

l. a plurality of submarine power cables (19) for powering the entire system.

2. Integrated subsea hydrocarbon production system, according to claim 1, characterized in that the fluid injection wells (7) are water, gas or CO ₂ injection wells.

3. Integrated submarine hydrocarbon production system, according to claim 1, characterized in that the multiphase pump (8) is preferably a pump of the SMBS type (Submarine Multiphase Pumping System).

4. Integrated subsea hydrocarbon production system, according to claim 1, characterized in that the logistical support platform (13) uses part of the gas stored in the gas cave (10) to generate the electric energy that feeds the system.

5. Integrated underwater hydrocarbon production system, according to claim 4, characterized in that the gas is raised to the surface by means of the gas compressor (23) through a gas riser (18).

6. Integrated submarine hydrocarbon production system, according to claim 1, characterized by additionally

3/5 comprise at least one additional cave (11), which operates with the three-phase hydrocarbon mixture.

7. Integrated underwater hydrocarbon production system, according to claim 6, characterized in that the at least one additional cave (11) receives the three-phase mixture of hydrocarbons from compartmentalized regions and with a low productivity index of the reservoir (2).

8. Integrated subsea hydrocarbon production system, according to claims 1 and 6, characterized by comprising a BCSS-type pump (22) positioned inside the additional cave (11), to transfer the three-phase hydrocarbon mixture from the cave ( 11) for the submarine manifold (3).

9. Integrated submarine hydrocarbon production system according to claim 1, characterized by comprising a relief vessel (12) on the surface, moored to a monobuoy (20) that receives surplus liquid phase production from the cave (9) liquid phase through the submarine pumping module (21) and through a liquid phase riser (17).

10. Hydrocarbon production method, which makes use of the system defined in claim 1, characterized by comprising the following steps:

The. Produce, through the production wells (24) the three-phase mixture of hydrocarbons and water, from the explored underground reservoir (2) and transport it to the manifold (3) by means of an underwater pipeline (14) of three-phase mixture, which interconnects the well (24) to the manifold '(3);

B. Direct the three-phase mixture from the manifold '(3) to the separators (6) of the subsea separation system by means of subsea piping (14) of three-phase mixture;

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ç. Separate the three-phase mixture through the subsea separation system in a liquid phase, which contains water and oil, and in a gas phase;

d. Direct the liquid phase to be stored in at least one liquid phase cave (9) by means of the subsea pumping module (21) and through the subsea liquid phase tubing (15);

and. Direct the gas to be stored in at least one gas cave (10) through the underwater compressor (23) and through the underwater gas pipe (16);

f. Pump the liquid phase to the continent by means of a multiphase pump (8), positioned downstream of the liquid phase cave (9);

g. Send the gas to the continent through the compressor (23) positioned between the subsea separation system and the gas cave (10).

Method according to claim 10, characterized in that it additionally comprises the step of pumping the excess liquid phase of hydrocarbon and water to the relief vessel (12), when necessary, through the submarine pumping module (21) and through the liquid phase riser (17);

12. Method, according to claim 10, characterized by comprising the step of sending part of the gas stored in the gas cave (10) to the logistical support platform (13) for the generation of electric energy.

13. Method, according to claim 12, characterized in that the electric energy is transferred at high voltage from the logistical support platform (13) to at least one transformer (5) and subsequently transmitted at low voltage to the subsea equipment.

Method according to claim 10, characterized in that it additionally comprises the step of producing, through the wells of

5/5 production (24) the three-phase mixture of hydrocarbons and water, coming from the explored underground reservoir (2) and transporting it to the additional cave (11), through an underwater pipeline (14) of three-phase mixture, which interconnects the well (24) to said additional cave (11).

15. Method, according to claim 14, characterized in that the three-phase mixture is pumped from the additional cave (11) to the “manifold (3) by means of the BCS-type pump (22) and through the underwater pipeline (14) of three-phase mixing.

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FIGURE 1

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INTEGRATED SUBMARINE SYSTEM FOR THE PRODUCTION OF HYDROCARBONS AND PRODUCTION METHOD.