BR102015019642B1

BR102015019642B1 - Estação compacta integrada de sistemas submarinos de separação e bombeio

Info

Publication number: BR102015019642B1
Application number: BR102015019642-3A
Authority: BR
Inventors: Heloisa Helena Da Silva Folhadella; Hermes Machado; Andréa Souza Carvalho; Alan ZARAGOZA LABES
Original assignee: Fmc Technologies Do Brasil Ltda
Priority date: 2015-08-14
Filing date: 2015-08-14
Publication date: 2022-02-08
Also published as: US10570719B2; WO2017027943A1; BR102015019642A2; US20180274351A1; EP3336306A1; EP3336306B1

Abstract

ESTAÇÃO COMPACTA INTEGRADA DE SISTEMAS SUBMARINOS DE SEPARAÇÃO E BOMBEIO. A presente invenção trata de uma estação compacta integrada de sistemas submarinos de separação e bombeio de fluidos, a qual é adequada para aplicação em qualquer sistema submarino que tenha como objetivo a separação de fluidos e ou sólidos. A estação compacta integrada de acordo com a invenção compreende um primeiro módulo de separação (10) e um segundo módulo de bombeio de água de reinjeção (40), uma harpa como separador gravitacional gás-líquido (19) e, opcionalmente, um braço robótico (16) instalado sobre uma capa (17) que envolve referido módulo de separação (10) e um módulo separador tubular gravitacional líquido-líquido (30). A estação compacta integrada pode ser aplicada a qualquer sistema submarino de separação de fluidos ligado ao poço de produção de óleo e gás, ou alternativamente, instalada conectada diretamente ao manifold de produção.

Description

Campo de Aplicação

[001] A presente invenção trata de uma estação compacta integrada de sistemas submarinos de separação e bombeio de fluidos, a qual é adequada para aplicação em qualquer sistema submarino que tenha como objetivo a separação de fluidos e ou sólidos.

Estado da técnica

[002] O fluido produzido pelos reservatórios de petróleo contém tipicamente uma mistura de hidrocarbonetos, gás e óleo, juntamente com água e areia. A curva de produção de um poço de petróleo descreve ao longo do tempo uma inversão significativa com que as frações dos componentes do fluido são produzidas. É conhecido que a fase inicial de produção de um poço de petróleo é o período em que se obtém a maior fração do óleo, componente mais rentável, enquanto que a fração de água produzida apresenta seus menores percentuais. Porém, com o decorrer da vida do poço e a necessidade de se fazer uso de injeção de água em reservatórios aquíferos para manter a pressão no reservatório de produção, a fração de água que era mínima aumenta significativamente alcançando níveis de fração majoritária da produção. Nesse cenário, as capacidades das instalações de superfície para separação primária e tratamento de água podem alcançar sua capacidade máxima e, comumente, ser excedida.

[003] A separação de fluidos produzidos pelo reservatório de petróleo é atividade típica de instalações de superfície de uma plataforma de produção. Várias etapas de processamento são necessárias para que se consiga adequar o óleo aos requisitos mínimos de conteúdo de sólidos, água e sais para sua exportação ou para que possa ser entregue na refinaria.

[004] Adicionalmente, o tratamento da água produzida pelo reservatório também requer diversas etapas de separação de sólidos e conteúdo máximo de óleo para que esteja adequada ao descarte no mar, dentro das especificações ambientais exigidas pela legislação. Da mesma forma ocorre com o gás e a areia.

[005] Com essa finalidade, grandes módulos compondo equipamentos, tubulação, sensores e estruturas são projetados de forma a contemplar todas as funções necessárias para o processamento individual de cada uma dessas fases produzidas pelo reservatório de petróleo. Esses módulos, em geral ocupam, em sua totalidade, as instalações de superfície. Dessa forma, qualquer expansão necessária para se adequar os sistemas de tratamento a uma nova condição de operação requer espaço, alto investimento e, muitas vezes, a parada da planta de processamento para sua adequação. Esses três itens normalmente estabelecem condições impeditivas para que ocorra uma expansão significativa na produção do óleo.

[006] Não obstante, é típico o cenário em que a estimativa da curva de produção não condiz com a produção real, o que significa a produção de volumes de água, óleo, gás e areia superiores ou mesmo inferiores às capacidades dos equipamentos de tratamento, implicando, por exemplo, na perda da qualidade da água para descarte. Se isso ocorre, não há permissão dos órgãos ambientais para o descarte da água. Em tal situação, uma alternativa comumente adotada é transportar a água através de navio aliviador para instalações terrestres, onde ocorrerá a finalização do tratamento e posterior descarte da água. Ocorre que esse procedimento aumenta significativamente os custos operacionais da plataforma de produção.

[007] Sistemas submarinos de separação trifásica ou bifásica já são conhecidos na indústria petrolífera. A separação submarina de fluidos produzidos pelo reservatório de petróleo é motivada por importantes vantagens quando comparada com a separação de fluidos tipicamente utilizada em plataformas de produção. Por exemplo, existe a possibilidade de criação de espaços na plataforma pela substituição dos equipamentos de separação de fluidos por aqueles agora no leito submarino. Também existe a possibilidade de se aumentar o fator de recuperação da produção do reservatório pela redução de perda de carga, obtidas pela separação e reinjeção da água produzida em reservatório de petróleo no leito marinho. Proporciona, ainda, pela redução do percentual de água transportado à superfície, a desocupação dos oleodutos de transporte de produção do reservatório até a plataforma, dos tanques de estocagem e dos equipamentos da planta de processamento da plataforma destinados ao tratamento de água. Acrescente-se, ainda, a obtenção de significativa redução de custos operacionais relacionados ao tratamento da água na superfície.

[008] Pelos motivos acima elencados, vários sistemas submarinos de separação de fluidos com diferentes finalidades já foram empregados na indústria do petróleo. Um dos pioneiros é o sistema de separação submarina trifásica do campo de Troll, na Noruega. A finalidade desse sistema constitui-se na necessidade de remover grandes volumes de água produzida pelo reservatório e reinjetá-los através de bombeamento centrífugo submerso para direcionar a água separada para o reservatório aquífero de destino. Outra aplicação de sistemas submarinos de separação trifásica é o piloto Separador Submarino Água-Óleo, SSAO, aplicado ao campo de Marlim, no Brasil.

[009] No entanto, diversos desafios estão envolvidos em projetos de sistemas submarinos de separação. A seleção dos equipamentos considerando-se as condições operacionais e requisitos exigidos para qualificar a água de injeção é requisito importante para o desempenho requerido para a separação. A precisa estimativa do pacote operacional do sistema de separação que irá operar por aproximadamente 20 anos é crucial para a correta seleção e dimensionamento dos equipamentos, modos operacionais e controle do sistema.

[0010] Como se sabe, a prática de engenharia exige que fatores de segurança sejam adotados no dimensionamento dos equipamentos de separação. Porém, caso a estimativa da curva de produção tenha um desvio significativo da produção real, é muito provável que o equipamento não fornecerá o desempenho desejado pelo projeto. Nesse cenário, operar com o equipamento fora de suas especificações incorre em provável impossível de se controlar as perturbações não previstas ou mesmo se alcançar os requisitos desejados de qualidade da água.

[0011] Sabe-se ainda que em fase de projeto, o dimensionamento, peso final do sistema e a quantidade de componentes são os parâmetros que irão definir o custo de construção e de instalação do sistema. Quanto maior esses parâmetros, maior o custo total do sistema submarino de separação de fluidos, tornando-o, assim, pouco atrativo.

[0012] De forma análoga ocorre com o custo de intervenção que, quanto maior o peso do sistema e maior seus pacotes, maior a capacidade da embarcação requerida para a instalação e/ou intervenção dos módulos. A intervenção de um sistema submarino pode acarretar diversas implicações, como alto custo do serviço de intervenção e possível indisponibilidade do sistema caso não haja nenhum sobressalente para substituição imediata do item subdimensionado ou superdimensionado.

Breve Descrição da Invenção

[0013] Portanto, é um dos objetivos da presente invenção prover uma solução de sistema de separação submarina, compacto, com funcionalidades integradas e modularização.

[0014] Outro objetivo da presente invenção é prover uma solução de sistema de separação submarina que proporciona, concomitantemente, a intervenção localizada em módulos de baixo peso, a redução de dimensionamento e a redução significativa de peso.

[0015] Outro objetivo da presente invenção é prover uma solução de sistema de separação submarina que proporciona melhor relação custo x benefício para sua aquisição.

[0016] Esses e outros objetivos serão alcançados com a estação compacta integrada de sistemas submarinos de separação e bombeio de fluidos segundo a presente invenção, a qual é adequada para aplicação em qualquer sistema submarino que tenha como objetivo a separação de fluidos e/ou sólidos e bombeio.

Breve Descrição das Figuras

[0017] Para proporcionar um perfeito entendimento da presente invenção, assim como de seus fundamentos, descreveremos a seguir as figuras esquemáticas em anexo, as quais servem apenas como ilustração não limitativa do escopo da presente invenção. Essas figuras representam: - A Figura 1 - diagrama de blocos funcionais do sistema de separação submarina. - A Figura 2 - vista em perspectiva de uma primeira concepção da estação compacta integrada de sistemas submarinos de separação e bombeio de fluidos segundo a presente invenção. - A Figura 3 - vista em perspectiva da estação compacta integrada de sistemas submarinos de separação e bombeio de fluidos da Figura 2, ilustrando detalhes do conjunto de seus componentes. - A Figura 4 - vista em perspectiva de uma segunda configuração da estação compacta integrada de sistemas submarinos de separação e bombeio de fluidos segundo a presente invenção.

Descrição Detalhada da invenção

[0018] A Figura 1 ilustra um as etapas de processamento do petróleo obtido de reservatórios ou poços submarinos, segundo o sistema de separação tradicionalmente utilizado e acima discutido. Nesse diagrama, observamos as funcionalidades típicas de separação de fluidos no sistema submarino. Esse sistema também é aplicável em cenários onde as frações de gás e óleo devem ser exportadas separadamente ou ainda quando adequado para quaisquer que sejam as necessidades de exportação de frações produzidas combinadas ou não.

[0019] Assim, verifica-se que em um poço de produção (1), o petróleo é coletado (2) e encaminhado para o sistema submarino de separação (3). Neste é submetido a operações mecânicas, físicas, químicas e/ou suas combinações, de forma a se separar as frações de gás (4), óleo (5), areia (6) e água (7). Esse processamento pode incluir vários diferentes parâmetros a fim de se conseguir o melhor rendimento possível, tanto no que diz respeito à qualidade do óleo (5) produzido, como da água (7) a ser descartada no meio ambiente por reinjeção no reservatório (8). As frações de gás (4), óleo (5) e areia (6) são encaminhadas, por meios adequados, para à superfície ou topside (9), onde receberá os tratamentos adicionais requeridos, enquanto que a água (7) é em geral reinjetada no reservatório de petróleo.

[0020] Com a finalidade de executar essas operações de forma otimizada e proporcionando alta qualidade da água a ser descartada no meio ambiente, a estação compacta integrada de sistemas submarinos de separação e bombeio de fluidos segundo a presente invenção possui conceito de arranjo modular para intervenção localizada em equipamentos e integração de componentes para compactação e redução de dimensionamento e peso dos módulos, compondo, assim, um aperfeiçoado sistema submarino de separação trifásica de fluidos e bombeio.

[0021] As Figuras 2 e 3 ilustram uma primeira configuração da estação compacta integrada de sistemas submarinos de separação e bombeio de fluidos segundo a presente invenção. Nestas observa-se que a modularização que compõe a estação compreende apenas dois módulos, sendo um primeiro módulo de separação (10) e um segundo módulo de bombeio de água de reinjeção (40).

[0022] O módulo de separação (10) compreende um vaso separador de óleo e água (11) dotado de porção tronco-cônica (12), ao longo do qual se encontra um conjunto de blocos integrados das válvulas tipo gaveta (13), conjunto de válvulas de controle ou chokes (14) posicionado do lado oposto e banco de dispositivos ciclônicos (15), tal como hidrociclones, contíguo ao referido bloco de válvulas tipo gaveta (13). Pelo menos um separador ciclônico de areia ou desareandor (15’) é provido na entrada do módulo de separação (10).

[0023] Na porção superior, referido primeiro módulo de separação (10) compreende um braço robótico (16) instalado sobre uma capa (17) que envolve e assim protege referido módulo de separação (10). O braço robótico (16) atua nas válvulas (13, 14) em substituição aos atuadores elétricos ou hidráulicos do estado da técnica.

[0024] Será apreciado que a integração de componentes na estação submarina de separação segundo a presente invenção se realiza pela integração das referidas válvulas tipo gaveta (13) e válvulas de controle e/ ou chokes (14) em blocos de forjados únicos, minimizando e/ou eliminando a utilização de tubulações para e interligação dos equipamentos, além de entrada e saída do sistema de separação. Dessa forma, fica garantida a eliminação de componentes e, com isso, reduzindo comprimento e peso da estação.

[0025] A remoção de óleo residual é realizada pelo banco de hidrociclones (15) que são projetados com uma quantidade limitada de liners removíveis (18). O projeto do referido banco dispositivos ciclônicos (15) proporciona uma maior flexibilidade com relação ao aumento e diminuição da capacidade de tratamento em relação a vazão de entrada no sistema. Portanto, com essa modularização é possível selecionar a quantidade de hidrociclones que são suficientes para tratar a água produzida abrangendo um escalonamento, por exemplo, de 1:10 em metros cúbicos/hora. A utilização de hidrociclones com liners removíveis facilitam a manutenção do sistema.

[0026] O módulo de bombeio (30) resta posicionado na região proximal do reservatório de produção de petróleo, sendo destinado para a reinjeção de água produzida pelo módulo de separação (10). De forma mais abrangente é inteiramente possível a inclusão de módulos de bombeio destinados a elevação artificial de fluidos produzidos por meio de inclusão de módulo de bombeamento multifásico (não ilustrado). Para os mesmos, é também possível a intervenção individual no módulo de bombeio (11). Ainda, da mesma forma, é possível prever uma linha dedicada à separação exclusiva de gás, compondo três possíveis saídas do sistema com a fração majoritária dos seguintes fluidos: água para reinjeção (8) no reservatório (1), óleo (5) com ou sem areia (6), para as instalações de superfície (9), e gás (4) também para as instalações de superfície (9).

[0027] O módulo de separação (10) compreende ainda uma harpa como separador gravitacional gás-líquido (19), ou outro dispositivo para a separação primária de gás, posicionada opostamente ao banco de hidrociclones (15), a qual realiza o processa mento de separação do gás que será enviado ao topside (9).

[0028] A alimentação da estação submarina de separação compacta integrada segundo a presente invenção recebe a produção do reservatório de petróleo diretamente no módulo de separação (10) por meio de uma tubulação (20), enquanto que a água de reinjeção produzida no dito módulo (10) é direcionada ao reservatório (1) por uma tubulação (21). Adicionalmente, referido módulo (10) possui uma tubulação (22) de retorno de topside, por onde ocorre o envio de óleo e gás para a superfície (9). Ditas tubulações (20, 21, 22) são conectadas ao módulo de separação (10) por meio de respectivos conectores horizontais (20’, 21’, 22’).

[0029] Observa-se, ainda, que o primeiro módulo de separação (10) e o segundo módulo de bombeio de água de reinjeção (40) estão montados sobre uma estrutura de apoio (50), preferencialmente metálica, para a acomodação de todo o conjunto da estação sobre o leito submarino.

[0030] De forma alternativa e opcional, a estação de separação trifásica e sistema de bombeio segundo a presente invenção pode compreender um módulo separador tubular gravitacional líquido-líquido (30), tipo o sistema Pipe Separator®.

[0031] O módulo separador tubular gravitacional líquido-líquido (30) é individualmente removível e está localizado fora do módulo de separação (10), mas a ele conectado por tubulações (31, 32) e conector duplo (33). Esse segundo arranjo alternativo tem como objetivo prover uma redução significativa no peso e no comprimento da estação submarina de separação de fluidos de acordo com a presente invenção. Nessa alternativa, o tubo separador (30), normalmente, é o equipamento de comprimento significativo e seu dimensionamento é determinante para o bom desempenho de separação líquido-líquido. Além disso, essa modularização além de proporcionar compactação, habilita a intervenção localizada no equipamento caso seja necessária.

[0032] Os versados na arte apreciarão que a estação compacta integrada de sistemas submarinos de separação e bombeio de fluidos de acordo com a presente invenção proporciona uma série de efeitos aperfeiçoados e vantagens decorrentes de sua concepção e arranjo estrutural, dentre os quais se destacam: - sistema submarino compacto constituído basicamente por três módulos; - modularização do tubo separador, possibilitando sua localização independente do módulo da estação de separação; - utilização de maior número de dispositivos ciclônicos(ou hidrociclones) com menor quantidade de liners, por exemplo, aproximadamente 25 liners contidos em aproximadamente 6 hidrociclones para obter maior flexibilidade de ajuste de capacidade de tratamento da água para reinjeção; - utilização de dispositivos ciclônicos para a separação de areia. - integração de todos os corpos de válvulas tipo gaveta, válvulas de controle e ou chokes, minimizando a utilização de tubulação para interligação de equipamentos; - utilização ou não, de braço robótico para atuação das válvulas, minimizando e/ou eliminando a necessidade de atuação hidráulica ou elétrica individual por válvula, o que diminui a quantidade de componentes do sistema. - proporcionar, concomitantemente, a intervenção localizada em módulos de baixo peso, a redução de dimensionamento e a redução significativa de peso; - proporcionar solução de sistema de separação submarina com melhor relação custo x benefício para sua aquisição.

[0033] Adicionalmente, os versados na arte também apreciarão o fato de que a estação compacta integrada de sistemas submarinos de separação e bombeio de fluidos de acordo com a presente invenção pode ser aplicada a qualquer sistema submarino de separação de fluidos ligado ao poço de produção de óleo e gás, tipicamente, ou conectada dietamente ao manifold de produção.

Claims

1. ESTAÇÃO COMPACTA INTEGRADA DE SISTEMAS SUBMARINOS DE SEPARAÇÃO E BOMBEIO, que compreende um primeiro módulo de separação (10) e um segundo módulo de bombeio de água de reinjeção (40), referido módulo de separação (10) compreendendo um banco de dispositivos ciclônicos (15), caracterizado pelo fato de que o módulo de separação (10) ainda compreender uma harpa como separador gravitacional gás-líquido (19) posicionada opostamente ao banco de dispositivo ciclônicos (15), dita harpa (19) realizando o processamento de separação do gás enviado ao topside e um vaso separador de óleo e água (11), ao longo do qual se encontra um conjunto de blocos integrados das válvulas tipo gaveta (13), um conjunto de válvulas de controle ou chokes (14) posicionado do lado oposto e banco de dispositivos ciclônicos (15) contíguo ao referido bloco de válvulas tipo gaveta (13).

2. ESTAÇÃO COMPACTA INTEGRADA DE SISTEMAS SUBMARINOS DE SEPARAÇÃO E BOMBEIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende pelo menos um separador ciclônico de areia ou desareandor (15’) provido na entrada do dito módulo de separação (10).

3. ESTAÇÃO COMPACTA INTEGRADA DE SISTEMAS SUBMARINOS DE SEPARAÇÃO E BOMBEIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende um braço robótico (16) instalado sobre uma capa (17) que envolve referido módulo de separação (10).

4. ESTAÇÃO COMPACTA INTEGRADA DE SISTEMAS SUBMARINOS DE SEPARAÇÃO E BOMBEIO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que dito braço robótico (16) atua nas válvulas (13, 14) em substituição aos atuadores elétricos ou hidráulicos.

5. ESTAÇÃO COMPACTA INTEGRADA DE SISTEMAS SUBMARINOS DE SEPARAÇÃO E BOMBEIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que ditas válvulas tipo gaveta (13) e válvulas de controle e/ ou chokes (14) em blocos de forjados únicos.

6. ESTAÇÃO COMPACTA INTEGRADA DE SISTEMAS SUBMARINOS DE SEPARAÇÃO E BOMBEIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que referidos dispositivos ciclônicos (15) são projetados com uma quantidade limitada de liners removíveis (18).

7. ESTAÇÃO COMPACTA INTEGRADA DE SISTEMAS SUBMARINOS DE SEPARAÇÃO E BOMBEIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que referido módulo de bombeio (30) resta posicionado na região proximal do reservatório de produção de petróleo, sendo destinado para a reinjeção de água produzida pelo módulo de separação (10).

8. ESTAÇÃO COMPACTA INTEGRADA DE SISTEMAS SUBMARINOS DE SEPARAÇÃO E BOMBEIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende uma tubulação (20) de alimentação, uma tubulação (21) de reinjeção de água, uma tubulação de retorno de topside (22), sendo ditas tubulações (20, 21, 22) conectadas ao módulo de separação (10) por meio de respectivos conectores horizontais (20’, 21’, 22’).

9. ESTAÇÃO COMPACTA INTEGRADA DE SISTEMAS SUBMARINOS DE SEPARAÇÃO E BOMBEIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o primeiro módulo de separação (10) e o segundo módulo de bombeio de água de reinjeção (40) estão montados sobre uma estrutura de apoio (50) de acomodação de todo o conjunto da estação sobre o leito submarino.

10. ESTAÇÃO COMPACTA INTEGRADA DE SISTEMAS SUBMARINOS DE SEPARAÇÃO E BOMBEIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende, opcionalmente, um módulo separador tubular gravitacional líquido-líquido (30).

11. ESTAÇÃO COMPACTA INTEGRADA DE SISTEMAS SUBMARINOS DE SEPARAÇÃO E BOMBEIO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que dito módulo separador tubular gravitacional líquido-líquido (30) é individualmente removível e está localizado fora do módulo de separação (10), mas a ele conectado por tubulações (31, 32) e conector duplo (33).

12. ESTAÇÃO COMPACTA INTEGRADA DE SISTEMAS SUBMARINOS DE SEPARAÇÃO E BOMBEIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que é aplicada a qualquer sistema submarino de separação de fluidos ligado ao poço de produção de óleo e gás.

13. ESTAÇÃO COMPACTA INTEGRADA DE SISTEMAS SUBMARINOS DE SEPARAÇÃO E BOMBEIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que está instalada conectada diretamente ao manifold de produção.