BR102016000015A2 - aparato e processo para sequestro de dióxido de carbono e para recuperação avançada de petróleo - Google Patents
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Abstract
aparato e processo para sequestro de dióxido de carbono e para recuperação avançada de petróleo aparato e processo para sequestro de dióxido de carbono e para recuperação avançada de petróleo e condensado caracterizados por uma bomba a jato e por uma bomba bifásica a jato que promovem a compressão e a mistura de uma corrente gasosa, que contém dióxido de carbono, com a água de processo a ser injetada no reservatório. dessa forma, uma fração do dióxido de carbono é dissolvida na água. assim, em vez de água de processo, é injetada água carbonatada no reservatório, de modo a sequestrar o dióxido de carbono e melhorar a recuperação dos hidrocarbonetos. a corrente gasosa pode ser proveniente do reservatório ou de gases de combustão. o dióxido de carbono pode ser separado antes de ser comprimido nas bombas a jato e ser misturado com a água de injeção.
Description
(54) Título: APARATO E PROCESSO PARA SEQUESTRO DE DIÓXIDO DE CARBONO E PARA RECUPERAÇÃO AVANÇADA DE PETRÓLEO (51) Int. Cl.: B01D 53/14; E21B 43/16 (73) Titular(es): PAULO CÉSAR RIBEIRO LIMA (72) Inventor(es): PAULO CÉSAR RIBEIRO LIMA (57) Resumo: APARATO E PROCESSO PARA SEQUESTRO DE DIÓXIDO DE CARBONO E PARA RECUPERAÇÃO AVANÇADA DE PETRÓLEO Aparato e processo para sequestro de dióxido de carbono e para recuperação avançada de petróleo e condensado caracterizados por uma bomba a jato e por uma bomba bifásica a jato que promovem a compressão e a mistura de uma corrente gasosa, que contém dióxido de carbono, com a água de processo a ser injetada no reservatório. Dessa forma, uma fração do dióxido de carbono é dissolvida na água. Assim, em vez de água de processo, é injetada água carbonatada no reservatório, de modo a sequestrar o dióxido de carbono e melhorar a recuperação dos hidrocarbonetos. A corrente gasosa pode ser proveniente do reservatório ou de gases de combustão. O dióxido de carbono pode ser separado antes de ser comprimido nas bombas a jato e ser misturado com a água de injeção.
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1/7
APARATO E PROCESSO PARA SEQUESTRO DE DIÓXIDO DE CARBONO E PARA RECUPERAÇÃO AVANÇADA DE PETRÓLEO [001] A presente invenção está relacionada a aparatos e processos para sequestro de gases e recuperação avançada de petróleo. Mais particularmente, as várias concepções da presente invenção estão relacionadas ao sequestro de dióxido de carbono - CO2 e à injeção de água carbonatada em reservatórios com 0 objetivo de melhor a recuperação de petróleo e condensado.
[002] A tecnologia para captura de CO2 continua a ganhar viabilidade por tomar processos industriais, como a produção e queima de combustíveis fósseis, amigáveis ao meio ambiente. Contudo, as técnicas convencionais para sequestro de CO2 e injeção de água carbonada têm sido insuficientes para atender as demandas técnicas e econômicas da indústria petrolífera.
[003] Uma das técnicas convencionais envolve a injeção de CO2 de alta pureza em poços tanto para melhorar a produção de petróleo quanto para estocá-lo nos reservatórios. Importa ressaltar que, principalmente no caso de plataformas de produção de petróleo, as plantas de geração de energia estão próximas desses reservatórios. Assim, não são necessários longos e caros dutos para transportar 0 CO2 para injeção. Apesar disso, em razão das limitações técnicas e financeiras das atuais tecnologias, praticamente todo o CO2 gerado nas plataformas de produção de petróleo está sendo lançado na atmosfera do planeta. Há, então, a necessidade de se desenvolver aparatos e processos para viabilizar o sequestro de CO2 e sua injeção em escala mundial, o que hoje não ocorre.
[004] A presente invenção provê aparatos e processos simples e de baixo custo para sequestro de CO2 e para recuperação avançada de petróleo por meio da injeção de água carbonatada em reservatórios. Uma concepção da invenção compreende uma fonte de CO2, uma fonte de água de processo a alta pressão, duas bombas a jato e poços de sequestro. No caso de plataformas de petróleo, a fonte de CO2 pode ser o próprio gás produzido ou o gás de combustão, a fonte de água de processo a alta pressão pode ser a própria água de injeção já disponível e os poços de sequestro podem ser os próprios poços de injeção já disponíveis.
2/7 [005] As bombas a jato podem compreender uma primeira bomba para pressurização da corrente gasosa com CO2 e uma segunda bomba para pressurização da mistura bifásica de gás e água. Tanto na primeira quanto na segunda bomba a jato podem ocorrer escoamento supersônico de modo a promover a mistura da água com bolhas de gás de reduzidíssima dimensão, com diâmetros menores que 20 microns.
[006] A mistura da água com bolhas de gás de reduzidíssima dimensão é transportada até um vaso separador bifásico, onde na parte superior do vaso saem os gases não dissolvidos e na parte inferior a água com CO2 dissolvido, denominada água carbonatada. A água carbonatada é direcionada para os poços de injeção para sequestro e recuperação avançada de petróleo e condensado.
[007] Em outra concepção da invenção, a mistura da água com bolhas de gás de reduzidíssima dimensão é transportada até um vaso separador trifásico, onde na parte superior do vaso saem os gases não dissolvidos, na parte média sai água saturada em CO2 e na parte inferior sai água supersaturada com hidratos de CO2. A água saturada em CO2 é direcionada para os poços de injeção para sequestro e recuperação avançada de petróleo. O destino da água supersaturada com hidratos de CO2 é descrito no parágrafo [009].
[008] Em outra concepção da invenção, 0 separador trifásico é substituído por um separador centrífugo bifásico gás-líquido, onde os gases não dissolvidos são separados da fase líquida, e por um hidrociclone, onde a água saturada em CO2 é separada da água supersaturada com hidratos de CO2. A água saturada em CO2 é direcionada para os poços de injeção. O destino da água supersaturada com hidratos de CO2 é descrito no parágrafo a seguir.
[009] A água supersaturada com hidratos de CO2 pode escoar por uma válvula e por um trocador de calor onde ocorre a liberação do CO2 pelo resfriamento da água de processo ou dos gases de combustão.
[010] Em outra concepção da invenção, a liberação do CO2 ocorre apenas pelo escoamento em um trocador de calor, onde ocorre o resfriamento dos gases de combustão ou da água de processo.
[011] Os gases não dissolvidos, caso sejam oriundos apenas do próprio reservatório, podem ser compostos principalmente de metano e etano. Depois de
3/7 escoarem por uma unidade de desidratação, esses gases podem ser direcionados para um gasoduto ou para uma unidade de processamento de gás natural.
[012] Em outra concepção da invenção, os gases não dissolvidos podem ser oriundos apenas de gases de combustão. Nesse caso, depois de passarem por uma unidade de tratamento, eles podem ser descartados na atmosfera.
[013] Esses e outros aspectos da presente invenção são descritos em detalhe nas figuras mostradas a seguir.
[014] A Figura 1 mostra uma vista em corte relativo às bombas a jato.
[015] A Figura 2 mostra um desenho esquemático relativo ao uso de um separador bifásico.
[016] A Figura 3 mostra um desenho esquemático relativo ao uso de um separador trifásico.
[017] A Figura 4 mostra um fluxograma relativo ao uso de um separador centrífugo e um hidrociclone.
[018] A Figura 5 mostra um fluxograma relativo ao tratamento de uma corrente gasosa de hidrocarbonetos e CO?.
[019] A Figura 6 mostra um desenho esquemático relativo ao tratamento de uma corrente de CO2 de alta pureza.
[020] Os componentes descritos nas figuras são apenas ilustrativos e não devem ser vistos de forma restritiva. Muitos componentes ou etapas do processo podem ser substituídos por outros componentes com funções similares dentro do escopo da invenção. Esses outros elementos ou etapas não descritos podem ser considerados como elementos da presente invenção.
[021] A Figura 1 mostra uma fonte de CO2 (110) e uma fonte de água de processo a alta pressão (120) que entram em uma bomba a jato (130). Nessa primeira bomba, a água é o fluido motriz que comprime a corrente com CO2. Dessa primeira bomba sai uma mistura bifásica (140) que entra em uma bomba a jato bifásica (150), onde também entra água de processo a alta pressão (120) como fluido motriz. Dessa bomba a jato bifásica, sai uma mistura bifásica a alta pressão (160) com bolhas de gás de reduzidíssima dimensão. Essa mistura escoa por um tubo dissolvedor e misturador
4/7 (170), de onde sai uma mistura pressurizada de água com gases dissolvidos e gases não dissolvidos (180).
[022] A Figura 2 mostra a mistura pressurizada de água com gases dissolvidos e gases não dissolvidos (180) que entra em um separador bifásico (210). Nesse separador, as bolhas de gás de reduzida dimensão (220) entram em contato com a água não saturada e uma fração dos gases se dissolve. Essas bolhas vão se coalescendo e formando bolhas de maior dimensão (230) à medida que sobem no seio do líquido. Na parte superior do separador bifásico, saem os gases não dissolvidos (240) e na parte inferior direita sai água carbonatada (250), que é direcionada para os poços de injeção.
[023] A Figura 3 mostra a mistura pressurizada de água com gases dissolvidos e gases não dissolvidos (180) que entra em um separador trifásico (310). Nesse separador, as bolhas de reduzidíssima dimensão (320) entram em contato com a água ainda não saturada e uma fração dos gases se dissolve. Essas bolhas vão se coalescendo e formando bolhas de maior dimensão (330) à medida que sobem no seio da água. Na parte superior do separador trifásico, saem os gases não dissolvidos (340); na parte média direita sai água saturada em CO2 (350), que é direcionada para os poços de injeção; e na parte inferior direita sai água supersaturada com hidratos de CO2 (360), que foram formados em razão das condições de pressão e temperatura. A água supersaturada com hidratos de CO? (360) escoa por uma válvula de redução de pressão (370) e, a seguir, por um trocador de calor (380), onde ocorre a exsolução e a dissociação do CO2. Depois da liberação do CO2, a água com baixo teor de CO2 (390) e o CO2 (391) são segregados no separador de CO2 (392). Do separador de CO2, a água com baixo teor de CO? é direcionada para a sucção da bomba de água de processo (393). O CO2 pode ser direcionado para os poços de injeção ou para outra unidade de consumo. Poderá ocorrer a injeção alternada de água com CO2 dissolvido eCO2.
[024] A Figura 4 mostra a mistura de água pressurizada com gases dissolvidos e gases não dissolvidos (180) que entra em um separador centrífugo gáslíquido (410). Na parte superior desse separador centrífugo, saem os gases não dissolvidos (420) e na parte inferior sai um mistura de água saturada e água
5/7 supersaturada com hidratos de CO2 (430). Essa mistura escoa por hidrociclone (440) de onde saem água saturada (450), que é direcionada para os poços de injeção, e água supersaturada com hidratos de CO2 (460). A água supersaturada com hidratos de CO2 (460) escoa por um trocador de calor (470), onde ocorre a exsolução e a dissociação do CO2. Depois da liberação do CO2, a água com baixo teor de CO2 (480) e o CO2 (490) são segregados em um separador de CO2 (491). A água com baixo teor de CO2 (480) retoma para a sucção da bomba de água de processo (492) e o CO2 (490) é direcionado para os poços de injeção.
[025] A Figura 5 mostra a mistura pressurizada de água com gases dissolvidos e gases não dissolvidos (180) que entra em um separador gás-líquido (510), onde o gás, proveniente de um reservatório de hidrocarbonetos, é pressurizado por um compressor (511), antes de ser comprimido na bomba a jato (130) e na bomba bifásica a jato (150). Na parte superior desse separador, saem os gases não dissolvidos (520), com alto teor de metano, que são direcionados para uma unidade de desidratatação (530) e, a seguir, para um gasoduto (540). Do separador gás-líquido (510), sai um mistura de água saturada em CO2 (550) e água supersaturada com hidratos de CO2. Essa mistura escoa por um trocador de calor (560) onde ocorre exsolução e dissociação do CO2. A seguir, a mistura escoa por uma válvula de redução de pressão (570). Depois da liberação do CO2, a água com baixo teor de CO2 (580) e o CO2 são segregados em um separador de CO2 (582). A água com baixo teor de CO2 (582) escoa para a sucção da bomba de água de processo (583) e o CO2 (582) é direcionado para os poços de injeção. Da descarga dessa bomba, a água de processo a alta pressão (584) escoa para a bomba a jato (130) e para a bomba bifásica a jato (150).
[026] A Figura 6 mostra uma fonte de CO2 de alta pureza (610) e uma fonte de água de processo (620) que entra em uma bomba centrífuga (630). A água de processo pressurizada pela bomba centrífuga é o fluido motriz (640) da bomba a jato (650) e da bomba a jato bifásica (660). Na bomba a jato (650), o fluido motriz comprime o CO2 de alta pureza (610). Dessa primeira bomba sai uma mistura bifásica (670) que entra na bomba a jato bifásica (660). Dessa bomba a jato bifásica, sai uma mistura bifásica a alta pressão (680) com bolhas de CO2 de alta pureza de
6/7 reduzidíssima dimensão. Essa mistura escoa por um tubo dissolvedor e misturador (690), de onde sai uma mistura de água saturada em CO2 e água supersaturada com hidratos de CO2 (691) que é direcionada para um poço de injeção (692). Ao longo do escoamento no poço de injeção (692), a temperatura vai aumentando, os hidratos de CO2 vão se dissociando e o CO2 vai se dissolvendo na água até chegar apenas água carbonatada (693) ao reservatório (694).
[027] A presente invenção supera uma série de desvantagens do estado da técnica anterior. Algumas dessas desvantagens são discutidas a seguir.
[028] Na injeção de água carbonatada, a viscosidade da água aumenta e ao mesmo tempo ocorre o inchamento do óleo e a redução de sua viscosidade, tudo isso como consequência da dissolução do dióxido de carbono em ambas as fases, obtendose como resultado uma condição mais favorável ao deslocamento e recuperação do óleo do que na injeção de água sem dióxido de carbono dissolvido.
[029] Também é importante mencionar que a injeção de água com óxido de carbono dissolvido aumenta a taxa de injeção pelo aumento da permeabilidade da formação e que a presença do dióxido de carbono na água injetada aumenta a viscosidade da fase água.
[030] O óleo do reservatório, ao entrar em contato com essa água, adsorve facilmente grande parte do dióxido de carbono nela dissolvido, pois a solubilidade do dióxido de carbono no óleo é maior que na água para as mesmas condições de pressão e temperatura. Sendo o dióxido de carbono dissolvido no óleo, ocorre uma redução da tensão interfacial na superfície de contato com a água e uma diminuição da viscosidade do óleo. Dessa forma, a injeção de água com dióxido de carbono dissolvido envolve importantíssimos benefícios econômicos e financeiros na explotação de um campo de petróleo, desde que sejam desenvolvidos um aparato e um processo simples e baratos como o da presente invenção.
[031] Ao eliminar a necessidade de altíssimos custos de capital dos compressores de altíssimas vazões e altíssimas razões de compressão, a presente invenção viabiliza economicamente a substituição da injeção de água pela injeção de água carbonatada nos reservatórios de petróleo. Ao mesmo tempo, grandes
7/7 quantidades de CO2 são sequestradas, 0 que não ocorre hoje na grande maioria dos campos de petróleo.
[032] A dissolução do CO2 na água antes da injeção elimina os receios associados com vazamentos do CO2 do reservatório. Em salmouras, a formação do carbonato a partir da dissolução do CO2 é inibida pela alta resistência iônica da salmoura. Se a pressão é alta e a temperatura é baixa 0 suficiente, hidratos de CO2 podem ser formados quando a corrente gasosa com CO2 se mistura com a água. Quando o CO2 é pré-dissolvido antes de ser direcionado para injeção, os íons bicarbonato já estão formados. Esses íons podem então ser usados para reações de mineralização e desmineralização antes da injeção.
[033] Além disso, a injeção de água carbonatada em vez de CO2 de alta pureza assegura um aumento do controle da corrosão, pois a taxa de corrosão pelo uso de água carbonatada pode ser considerada na seleção do material e inibidores de corrosão e redutores de acidez podem ser usados para reduzir, com segurança, essa taxa.
[034] Também é importante mencionar que o fluxo de água carbonatada no sistema de injeção pode ser interrompido sem receio de o CO2 se separar, Isso permite que a interrupção possa ocorrer indefinidamente. A injeção de água carbonatada no reservatório ocorre na desejada vazão e pressão, diferentemente do que ocorre na injeção de CO2 alta pureza, onde energia é gasta para sua compressão.
[035] Em algumas concepções da presente invenção, as águas utilizadas podem ser corrosivas e geradoras de incrustação. O processo pode ser flexível 0 suficiente para que os custos adicionais decorrentes da seleção de materiais e uso de inibidores não sejam excessivos. Ações para reduzir custos podem incluir o tratamento da água, a filtração, o ajuste do pH, entre outras.
[036] Deve ser entendido que as concepções e reivindicações descritas não devem ser limitadas em suas aplicações aos detalhes de construção e arranjo dos componentes descritos e ilustrados nas figuras. Ao contrário, as descrições e desenhos são simples exemplos. Além disso, a terminologia e as frases adotadas não devem ser vistas como limitantes da presente invenção.
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Claims (3)
- REIVINDICAÇÕESAPARATO E PROCESSO PARA SEQUESTRO DE DIÓXIDO DE CARBONO E PARA RECUPERAÇÃO AVANÇADA DE PETRÓLEO01. Aparato e processo para sequestro de dióxido de carbono e para recuperação avançada de petróleo, condensado e gás natural caracterizados por uma fonte de CO2; uma fonte de água de processo a alta pressão; uma bomba a jato, que comprime a corrente gasosa com CO?; uma bomba bifásica a jato, que comprime a mistura bifásica gás-Iíquido que sai da bomba a jato; um tubo misturador e dissolvedor de CO2; e um separador bifásico, onde os gases não dissolvidos são segregados da água carbonatada a ser injetada no reservatório.02. Aparato e processo de acordo com a reivindicação 1 caracaterizados pela água de processo a alta pressão poder ser a própria água tratada e pressurizada para injeção no reservatório.03. Aparato e processo de acordo com a reivindicação 1 caracaterizados pela fonte de CO2 poder ser a corrente gasosa proveniente de um reservatório de hidrocarbonetos.04. Aparato e processo de acordo com a reivindicação 1 caracaterizados pela fonte de CO2 poder ser a corrente gasosa proveniente da combustão de energéticos, como, por exemplo, 0 gás natural e o óleo diesel.05, Aparato e processo de acordo com a reivindicação 1 caracaterizados pelo separador bifásico poder ser substituído por um separador trifásico para segregar os gases não dissolvidos, o líquido saturado em CO2 e o líquido supersaturado com hidratos de CO2.06. Aparato e processo de acordo com a reivindicação 1 e 5 caracaterizados pelo separador poder receber inibidores de formação de hidratos de gás natural.07. Aparato e processo de acordo com a reivindicação 5 caracaterizados pela água supersaturada com hidratos de CO2 poder ser despressurizada em uma válvula e poder resfriar, por meio de um trocador de calor, os gases de combustão ou qualquer outra fonte quente disponível, de modo a exsolver e dissociar o CO? para se poder
- 2/3 gerar uma corrente de alto teor de CO2 e uma corrente de água de baixo teor de CO2 a partir de um separador.08. Aparato e processo de acordo com a reivindicação 7 caracaterizados pela corrente de água de baixo teor de CO2 poder ser novamente misturada com a água de processo a ser pressurizada.09. Aparato e processo de acordo com a reivindicação 1 caracterizados pelo separador bifásico poder ser gravitacional, centrífugo ou de qualquer outro tipo que permita uma eficiente e compacta separação.10. Aparato e processo de acordo com as reivindicações 1 e 5 caracterizados pela corrente líquida que sai do separador bifásico poder ser direcionada para um separador do tipo gravitacional, do tipo hidrociclone ou de qualquer outro tipo que permita uma eficiente e compacta segregação da água saturada em CO2 da água supersaturada com hidratos de CO2.12. Aparato e processo de acordo com as reivindicações 1, 5 e 10 caracterizados por poder exsolver o CO2 da água e dissociar o hidrato de CO2 por meio de um trocador de calor, de modo a gerar uma corrente de alto teor de CO2 e uma corrente de água de baixo teor de CO2 a partir de um separador.13. Aparato e processo de acordo com a reivindicação 12 caracterizados pela corrente de água de baixo teor de CO2 poder ser recírculada.14. Aparato e processo de acordo com as reivindicações 1, 5 e 10 caracterizados pela fonte de CO2 poder ser de alta pureza, ser dispensado o uso do separador bifásico, ser a água saturada e a água com hidratos de CO2 diretamente direcionadas para injeção no reservatório.15. Aparato e processo de acordo com a reivindicação 1 caracterizados pelo tubo dissolvedor e misturador poder contar com dispositivos estáticos ou dinâmicos em seu interior.16. Aparato e processo de acordo com a reivindicação 1 caracterizados por poder ter uma ou mais bombas bifásicas a jato em série onde se atinge escoamento supersônico, sendo formadas bolhas de menos de 20 microns de diâmetro.17. Aparato e processo de acordo com as reivindicações 1,7 e 12 caracterizados por poder haver a injeção de água carbonatada, a injeção de uma corrente com alto
- 3/3 teor de CO2 e a injeção alternada de água carbonatada e de uma corrente com alto teor de CO2.18. Aparato e processo de acordo com a reivindicação 1 caracterizados por poderem ser utilizados conjuntos de bombas a jato e bombas bifásicas a jato em série ou em paralelo, de modo a aumentar a pressão e a vazão de operação.1/6FIGURAS Figura 11102/6
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| WO2021183437A1 (en) * | 2020-03-09 | 2021-09-16 | Carbon Geocycle, Inc. | Process and system for greenhouse gas capture and sequestration |
| CN113731118A (zh) * | 2021-09-09 | 2021-12-03 | 湖南大学 | 一种用于二氧化碳捕获的液-液相变吸收剂 |
| GB2595635A (en) * | 2020-05-04 | 2021-12-08 | Equinor Energy As | Capturing and storing CO2 generated by offshore hydrocarbon production facilities |
-
2016
- 2016-01-04 BR BR102016000015A patent/BR102016000015A2/pt not_active Application Discontinuation
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