CAMPO DA INVENÇÃO
[0001] A presente invenção está relacionada a sistemas de elevaçãoartificial e garantia de escoamento de produção de poços de petróleo submarinos. FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
[0002] Durante o processo de produção de petróleo no mar, em especialem águas profundas, diversos sistemas e equipamentos têm sido desenvolvidos para fornecer energia ao petróleo, tanto na forma de pressão como na forma de calor, com o intuito de facilitar o seu escoamento para a superfície.
[0003] O uso de bombas no interior de poços de petróleo permite,quando aplicável, aumentar a produção do poço. No entanto, tais equipamentos têm uma taxa de falha relativamente alta, com uma média de uma falha a cada dois anos para bombas centrífugas submersas (BCS), o tipo mais usado.
[0004] Falhas em poços submarinos de completação molhada requeremintervenção para manutenção com altos custos, já que são necessárias (i) a interrupção da produção, (ii) a retirada da coluna de produção e respectiva bomba e (iii) o uso de uma sonda offshore. Em muitos casos, esses altos custos representam um obstáculo para a viabilidade econômica de projetos de desenvolvimento da produção.
[0005] Diversas alternativas para mitigação desse problema têm sidopropostas. Atualmente, para poços submarinos, sempre que as condições de pressão e quantidade de gás livre são favoráveis, bombas são instaladas, preferencialmente, fora do poço produtor, sobre o solo marinho. Esta configuração facilita a instalação da bomba e eventual troca em caso de falha. Exemplos desta prática são descritos nos documentos de patente US7314084 e US7516795, onde bombas acionadas por motor elétrico do tipo BCS são instaladas fora do poço produtor.
[0006] Para gerar grandes vazões e altos diferenciais de pressão, estasbombas são muito compridas, da ordem de 25 a 40 metros, o que gera módulos de bombeio de grande comprimento e peso, cujo manuseio só é possível através de sondas ou embarcações especiais, recursos navais críticos e de alto custo.
[0007] Algumas concretizações têm sido propostas com o objetivo deviabilizar soluções para instalação e retirada de bombas a partir da própria unidade de produção, dispensando o uso de outros recursos navais nem sempre prontamente disponíveis. Um exemplo é o documento de patente PI0113728-0, onde é proposta a instalação de uma BCS acima de uma árvore de natal molhada (ANM) e descida pelo interior de um riser. Na configuração proposta, é necessário e obrigatório que o riser seja vertical, ou seja, sem curvatura, e tenha um sistema de compensação de movimentos, dificultando sua aplicação em unidades de produção do tipo FPSO (Floating Production Storage and Offloading).
[0008] Ainda, no documento US8857519 é proposto um método demodernização de sistemas de produção, popularmente conhecido como retrofitting, onde sistemas de separação e bombeamento submarino acionados eletricamente podem ser instalados e descidos através de risers de produção.
[0009] Assim, apesar dos méritos das diversas técnicas existentes parainstalação de bombas sobre o solo marinho, não é apresentada nenhuma solução que implique tanto na redução do comprimento dos módulos e da consequente dificuldade de instalação e manuseio dos mesmos como também, caso necessário, na redução de viscosidade de óleos pesados para evitar eventuais obstruções.
[0010] Como será melhor detalhado abaixo, a presente invenção visa asolução dos problemas acima descritos de forma prática e eficiente.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0011] A presente invenção tem por objetivo principal prover um sistemae um método de bombeamento que sejam acionados hidraulicamente, dispensando o uso de motores elétricos submarinos.
[0012] A presente invenção tem por objetivo adicional prover um sistemae um método de bombeamento que previnam de maneira eficiente a formação de hidratos e a parafinação de risers.
[0013] A presente invenção tem por objetivo adicional prover um sistemade bombeamento de dimensão relativamente reduzida quando comparada aos sistemas de bombeamento tradicionais, facilitando sua construção, transporte, instalação e manutenção.
[0014] Assim, de forma a alcançar tais objetivos, a presente invençãoprovê um sistema de bombeamento submarino acionado hidraulicamente, compreendendo um módulo de bombeamento recuperável conectado a uma base submarina que, por sua vez, está conectada a pelo menos um poço submarino produtor através de pelo menos uma linha de produção e uma linha de anular. A base submarina está conectada também a uma unidade de produção através de um riser e uma linha de serviço. Um fluido motriz, opcionalmente aquecido, proveniente da unidade de produção, por meio de uma linha de serviço, aciona hidraulicamente uma bomba alojada no módulo de bombeamento, sendo posteriormente misturado e escoado juntamente com o fluido produzido para a unidade de produção através de pelo menos uma linha de produção.
[0015] A presente invenção ainda provê um método de bombeamentosubmarino acionado hidraulicamente, compreendendo as etapas de (i) acionar hidraulicamente uma bomba alojada no módulo de bombeamento através de um fluido motriz, opcionalmente aquecido, proveniente de uma unidade de produção via uma linha de serviço, (ii) bombear, por meio do módulo de bombeamento, o fluido de produção, (iii) misturar e escoar, no módulo de bombeamento, o fluido motriz com fluido de produção através de pelo menos uma linha de produção.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[0016] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência àsfiguras anexas e seus respectivos números de referência, representando as modalidades da presente invenção.
[0017] A figura 1 ilustra esquematicamente uma concretizaçãopreferencial de um sistema de bombeamento submarino acionado hidraulicamente de acordo com a presente invenção.
[0018] A figura 2 ilustra esquematicamente uma concretização alternativa do sistema de bombeamento submarino acionado hidraulicamente de acordo com a presente invenção.
[0019] A figura 3 ilustra esquematicamente um módulo de bombeamentosubmarino acionado hidraulicamente de acordo com uma primeira concretização da presente invenção.
[0020] A figura 4 ilustra esquematicamente um módulo de bombeamentosubmarino acionado hidraulicamente de acordo com uma segunda concretização da presente invenção.
[0021] A figura 5 ilustra esquematicamente um módulo de bombeamentosubmarino acionado hidraulicamente de acordo com uma terceira concretização da presente invenção.
[0022] A figura 6 ilustra esquematicamente um módulo de bombeamentosubmarino acionado hidraulicamente de acordo com uma quarta concretização da presente invenção.
[0023] A figura 7 ilustra esquematicamente um módulo de bombeamentosubmarino acionado hidraulicamente de acordo com uma quinta concretização da presente invenção.
[0024] A figura 8 ilustra esquematicamente um módulo de bombeamentosubmarino acionado hidraulicamente de acordo com uma sexta concretização da presente invenção.
[0025]
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0026] Preliminarmente, ressalta-se que a descrição que se segue partiráde concretizações preferenciais da presente invenção, aplicada a um sistema de bombeamento submarino interligado a pelo menos um poço submarino de petróleo e a uma unidade de produção flutuante, por exemplo um FPSO.
[0027] Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, , ainvenção não está limitada a essas concretizações particulares, podendo ser igualmente aplicada a outros tipos de unidades de produção, tais como Spar, TLP, Semi-sub, entre outras.
[0028] Em uma primeira concretização de um sistema de bombeamentosubmarino da presente invenção, ilustrada na vista esquemática da figura 1, um sistema de bombeamento submarino acionado hidraulicamente é provido. O sistema compreende uma base submarina 2 sobre a qual é apoiado e conectado pelo menos um módulo de bombeamento 3 recuperável.
[0029] A base submarina 2 está conectada a pelo menos um poçosubmarino produtor 1 recebendo o fluido produzido por pelo menos uma linha de produção 4 e uma linha de anular 5. A base submarina 2 também está conectada hidraulicamente a uma unidade de produção 8 por um riser 6 e uma linha de serviço 7.
[0030] Preferencialmente, a linha de serviço 7 é utilizada para alimentaro módulo de bombeamento 3 com fluido motriz ou gas lift. O petróleo produzido pela linha de produção 4 é aspirado pelo módulo de bombeamento 3 e em seguida misturado com o fluido motriz descarregado pela turbina 18 e escoado para a unidade de produção 8 através do riser 6. Ainda, como ilustrado na figura 1, a unidade de produção 8 está localizada preferencialmente na superfície do mar 9.
[0031] Em uma concretização alternativa de um sistema debombeamento submarino, ilustrada na figura 2, mais de um poço submarino produtor 1 é conectado à base de bombeamento 2 e, consequentemente, ao módulo de bombeamento 3. Como pode ser observado, um arranjo compreendendo quatro poços submarinos produtores 1 é apresentado na figura 2.
[0032] A figura 3 ilustra uma primeira concretização de um módulo debombeamento 3, onde uma HSP (Hydraulic Submersible Pump), composta por uma bomba centrífuga 19 acionada por uma turbina 18, é montada em uma cápsula 17. A HSP é conectada hidraulicamente a uma linha de sucção 13 e a uma linha de descarga 14.
[0033] Opcionalmente, uma válvula de retenção 20 é provida na linha dedescarga 14 do módulo de bombeamento 3. Ainda opcionalmente, um elemento aquecedor 16 pode ser provido no módulo de bombeamento 3 para fornecer calor ao fluido produzido, facilitando o escoamento e reduzindo os riscos de obstrução da linha de produção.
[0034] Preferencialmente, o módulo de bombeamento 3 é conectadohidraulicamente à base submarina 2 através de pelo menos um conector 10.
[0035] Preferencialmente, o fluido produzido proveniente do poçosubmarino produtor 1 chega à base submarina 2 através da linha de produção 4. Conforme ilustrado na figura 3, o fluido produzido é desviado para a linha de sucção 13 do módulo de bombeamento 3 atravessando o conector 10. O fluido produzido é succionado pela HSP e, após ganhar pressão da bomba centrifuga 19, é misturado ao fluido motriz da descarga da turbina 18, aquecido ou não, proveniente da unidade de produção 8 através da linha de serviço 7.
[0036] O fluido motriz proveniente da unidade de produção 8 chega àHSP através de uma linha de fluido motriz 15, após ser desviado da linha de serviço 7 pela base submarina 2. Esse fluido motriz tem as funções de (i) prover energia hidráulica para o funcionamento da turbina 18, que aciona a bomba centrífuga 19 da HSP, e (ii) ser misturado ao fluido de produção para bombeamento para a unidade de produção 8, reduzindo a viscosidade do mesmo e, eventualmente, aquecendo-o.
[0037] Em uma segunda concretização de um módulo de bombeamento3 da presente invenção, ilustrada na figura 4, o módulo de bombeamento 3 compreende uma bomba a jato 22 montada em uma cápsula 17, em substituição à HSP. A bomba a jato 22 também é acionada hidraulicamente por meio do fluido motriz aquecido. Opcionalmente, um mandril de gas lift 21 pode ser integrado ao módulo de bombeamento 3 na linha de descarga 14, conferindo maior flexibilidade operacional, tendo gas lift como método de elevação reserva ao bombeamento.
[0038] Assim como na primeira concretização, preferencialmente, o fluidoproduzido proveniente do poço submarino produtor 1 chega à base submarina 2 através da linha de produção 4. Conforme ilustrado na figura 4, o fluido produzido é desviado para a linha de sucção 13 do módulo de bombeamento 3 atravessando o conector 10. O fluido produzido é succionado pela bomba a jato 22 e, ao atravessar a mesma, é misturado ao fluido motriz aquecido proveniente da unidade de produção 8 através da linha de serviço 7.
[0039] Da mesma forma, o fluido motriz proveniente da unidade deprodução 8 chega à bomba a jato 22 através de uma linha de fluido motriz 15, após ser desviado da linha de serviço 7 pela base submarina 2.
[0040] Preferencialmente, em qualquer concretização, o conector 10 éseparável em duas partes, tal como ilustrado na figura 4. Isso permite que o módulo de bombeamento 3 possa ser facilmente retirado para manutenção ou substituição apenas separando-se o conector 10, desconectando-o da base submarina 2.
[0041] A figura 5 ilustra uma terceira concretização da presenteinvenção, variante da primeira concretização ilustrada na figura 3. Nessa concretização, o módulo de bombeamento 3 é arranjado verticalmente com relação à base submarina 2.
[0042] A figura 6 ilustra uma quarta concretização da presente invenção,variante da primeira concretização ilustrada na figura 3. Nessa concretização, uma bomba a jato 22 é combinada com uma HSP em um arranjo horizontal para o módulo de bombeamento 3. Nessa concretização, as bombas de diferentes tipos podem trabalhar uma como reserva da outra em caso de falha e/ou parada para manutenção.
[0043] A figura 7 ilustra uma quinta concretização da presente invenção,variante da quarta concretização ilustrada na figura 6. Nessa concretização, o módulo de bombeamento 3 é arranjado verticalmente com relação à base submarina 2.
[0044] A figura 8 ilustra uma sexta concretização da presente invenção.Nessa concretização, o módulo de bombeamento 3 contém um conjunto de BCS 24 em paralelo com uma HSP, sendo que uma bomba serve de reserva para a outra, provendo grande flexibilidade operacional.
[0045] Preferencialmente, o módulo de bombeamento 3 é montado sobreum compartimento de fácil transporte, tal como um skid (não mostrado). Isso faz com que o módulo de bombeamento 3 seja facilmente transportado entre uma embarcação flutuante e o leito marinho. Preferencialmente, o módulo de bombeamento 3 pode ser substituído e transportado por uma embarcação de serviço (não mostrada).
[0046] Opcionalmente, a bomba centrifuga 19 ou a bomba a jato 22podem ser substituídas a partir da unidade de produção 8 a partir de uma unidade de tubo flexível. Alternativamente, a bomba centrifuga 19 ou a bomba a jato 22 podem ser substituídas a partir da unidade de produção 8 por operação de circulação de fluido reversa.
[0047] As válvulas de bloqueio 11 mostradas nas figuras, podem serprovidas em qualquer linha de fluxo do sistema da presente invenção, tal como linha de sucção 13, linha de descarga 14 e linha de fluido motriz 15. Válvulas de bloqueio 11 permitem o correto direcionamento e controle do fluxo de fluidos no sistema. Adicionalmente, válvulas de bloqueio 11 permitem o bloqueio das linhas de fluido em caso de desconexão do módulo de bombeamento 3 da base submarina 2.
[0048] Opcionalmente, uma válvula de desvio (by-pass) 12 é provida nafronteira entre a linha de produção 4 e o riser 6 para permitir a passagem de pig, conforme ilustrado nas figuras 3 a 7.
[0049] A presente invenção ainda provê um método de bombeamentosubmarino acionado hidraulicamente, o método_compreendendo as etapas de:(i) acionar hidraulicamente uma ou duas bombas (19, 22) alojada no módulo de bombeamento 3 através de fluido motriz proveniente da unidade de produção 8 através da linha de serviço 7;(ii) bombear, por meio do módulo de bombeamento 3, o fluido produzido riser(iii) misturar, no módulo de bombeamento 3, o fluido motriz com o fluido produzido proveniente de pelo menos um poço submarino produtor 1 escoando a mistura para a unidade de produção 8 através de pelo menos um riser 6.
[0050] Opcionalmente, o fluido motriz empregado no método da presenteinvenção é um fluido motriz aquecido.
[0051] Opcionalmente, o método da presente invenção compreende aetapa adicional de aquecer a mistura de fluido motriz com fluido de produção no módulo de bombeamento 3 por meio de pelo menos um elemento aquecedor 16.
[0052] Portanto, o sistema de bombeamento da presente invençãobaseado em acionamento hidráulico, com bomba a jato ou acionado por turbina, além de prover energia na forma de pressão, fornece energia na forma de calor quando o fluido motriz é pré-aquecido e misturado com o fluido produzido. Este acréscimo de temperatura combinado com uso de um fluido motriz pouco viscoso, a exemplo da água, formam uma mistura bem menos viscosa do que o fluido original. Esta propriedade é extremamente interessante para produção de petróleos pesados altamente viscosos. O acréscimo de temperatura também é benéfico para cenários de campos em águas profundas com alta razão gás- líquido com problemas de parafinação devido ao efeito Joule-Thomson na descompressão do gás no riser.
[0053] Além disso, as bombas acionadas hidraulicamente, tanto as dotipo HSP acionadas por turbinas hidráulicas de alta rotação como do tipo jato, que são significativamente mais curtas do que bombas tipo BCS para a mesma potência, facilitam a construção de módulos de bombeamento com dimensão reduzida, instalados facilmente por embarcações menores e mais comuns, mais fáceis de serem contratadas e mobilizadas.
[0054] Ainda, o uso de um módulo de bombeamento 3 acionadohidraulicamente por um fluido motriz suprido por uma linha de serviço 7, dispensa o uso de colunas de produção ou cabo de potência no interior do riser, permitindo que seja passado raspador (pig) de limpeza através de válvula de desvio 12 instalada na base submarina 2.
[0055] Adicionalmente, bombas acionadas hidraulicamente dispensam todos componentes elétricos submarinos, componentes estes que muito têm contribuído para as falhas dos sistemas de BCS e outras bombas submarinas.
[0056] Inúmeras variações incidindo no escopo de proteção do presentepedido são permitidas. Dessa forma, reforça-se o fato de que a presente invenção não está limitada às concretizações particulares acima descritas.