BR102018014061A2 - sistema para atenuação de golfadas em linhas de escoamento de petróleo - Google Patents
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Abstract
sistema para atenuação de golfadas em linhas de escoamento de petróleo a presente invenção está relacionada a técnicas de redução de golfadas no transporte de fluidos de produção de petróleo. nesse cenário, a presente invenção provê um sistema para atenuação de golfadas em linhas de escoamento de petróleo (20, 20a, 20b) compreendendo pelo menos um reservatório viscoelástico (10) em comunicação fluida com a linha de escoamento de petróleo (20, 20a, 20b). o sistema da presente invenção é compacto e de baixo custo, e se adapta a qualquer intensidade de variação de pressão.
Description
“SISTEMA PARA ATENUAÇÃO DE GOLFADAS EM LINHAS DE ESCOAMENTO DE PETRÓLEO
CAMPO DA INVENÇÃO [001] A presente invenção está relacionada a técnicas de redução de golfadas no transporte de fluidos de produção de petróleo. FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [002] O processo de produção de petróleo consiste em extrair uma mistura multifásica composta de óleo, gás e água do reservatório e fazê-la chegar na Unidade Estacionária de Produção (UEP), passando por bombas centrífugas submersas e pelas diversas válvulas no caminho da elevação e do escoamento dessa mistura. Ao chegar à UEP, essa mistura tem suas fases separadas em equipamentos de separação de fase. O óleo separado é transferido para navios aliviadores, o gás separado é transportado por gasodutos e a água separada é descartada no mar, cada fase com sua especificação de pureza.
[003] Os equipamentos de separação de fases são projetados para admitir um fluxo em regime permanente ou, no máximo, um fluxo em regime transiente, porém sem oscilações bruscas de pressão e vazão. Particularmente, o fenômeno de golfadas (slugging, em inglês) é um dos desafios de garantia de escoamento geralmente encontrado no transporte multifásico de óleo e gás.
[004] As golfadas são um fluxo intermitente de líquido e gás que se manifesta em flutuações de pressão e vazão capazes de provocar problemas nas instalações do processo. Quando essas oscilações bruscas ocorrem no fluxo, a eficiência do equipamento fica comprometida, pois este passa a trabalhar fora da janela operacional para a qual foi projetado.
[005] Adicionalmente, esse comportamento intermitente pode
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2/8 induzir defeitos estruturais no sistema de elevação do gasoduto e impactar negativamente na produção de petróleo. Assim, é uma boa prática condicionar o fluxo para que o mesmo esteja adequado à condição de projeto do equipamento a jusante, ou seja, sem intermitência.
[006] Para solução dos problemas de golfadas, o estado da técnica atual utiliza dispositivos conhecidos como amortecedores de golfadas (do inglês, “slug catcher”). Tais dispositivos são geralmente instalados a montante dos separadores gravitacionais para amortecer as flutuações de pressão e vazão.
[007] Slug catchers são projetados de diferentes formas, sendo que os mais utilizadas são os slug catchers tipo vaso e tipo dedo. O slug catcher tipo vaso é essencialmente um vaso convencional, sendo simples em projeto e manutenção. Os documentos CN203239312U, KR201703323U e WO2017025101A1, por exemplo, revelam diferentes tipos de slug catchers do tipo vaso.
[008] O slug catcher tipo dedo, por sua vez, consiste em vários longos segmentos de tubo (dedos) que juntos formam o volume necessário para amortecer as oscilações. Uma vantagem deste tipo de slug catcher é que os segmentos de tubos são mais simples de projetar para altas pressões, diferentemente dos vasos. Uma desvantagem é que sua excessiva área de instalação pode se tomar proibitiva. O documento US4705114A, por exemplo, revela a utilização de um slug catcher do tipo dedo.
[009] Há ainda outros tipos de slug catcher que simplesmente combinam as características dos tipos de vasos e dedos. Nesse sistema, a separação gás/liquido ocorre no vaso, enquanto o liquido é armazenado nos tubos (dedos).
[0010] Portanto, um projeto básico de slug catcher contém dois
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3/8 elementos principais: (i) um reservatório (vasos e/ou tubos) com volume necessário para amortecer as flutuações de fluxo da mistura liquido/gás; e (ii) um sistema de controle para controlar a entrega de liquido e gás para as instalações de processamento de fluidos a jusante. Uma das principais desvantagens desta prática é que muitas vezes o sistema não é economicamente viável, pois pode exigir espaço de instalação excessivo dependendo da natureza das golfadas. Adicionalmente, a utilização de slug catchers convencionais exige estratégias de controle complexas, dada a dificuldade intrínseca de se prever o fenômeno de golfadas.
[0011] Assim, há no atual estado da arte a necessidade de um sistema de amortecimento de golfadas que elimine ou ao menos minimize os problemas técnicos existentes.
[0012] Como será mais bem detalhado a seguir, a presente invenção visa a solução do problema do estado da técnica acima descrito de forma prática e eficiente.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0013] A presente invenção tem por objetivo principal prover um sistema para atenuação de golfadas em linhas de escoamento de petróleo compacto e de baixo custo.
[0014] A presente invenção tem por objetivo secundário prover um sistema para atenuação de golfadas em linhas de escoamento de petróleo que dispense a necessidade de sistemas de controle dedicados.
[0015] De forma a alcançar o objetivo acima descrito, a presente invenção provê um sistema para atenuação de golfadas em linhas de escoamento de petróleo compreendendo pelo menos um reservatório viscoelástico em comunicação fluida com a linha de escoamento de petróleo.
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BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [0016] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas e seus respectivos números de referência.
[0017] A figura 1 ilustra uma vista esquemática em corte de uma primeira concretização do sistema da presente invenção.
[0018] A figura 2 ilustra uma vista esquemática em corte da primeira concretização do sistema da presente invenção inserido no processo de separação de fases.
[0019] A figura 3 ilustra uma vista esquemática em corte de uma segunda concretização do sistema da presente invenção.
[0020] A figura 4 ilustra uma vista esquemática em corte da segunda concretização do sistema da presente invenção inserido no processo de separação de fases.
[0021] A figura 5 ilustra uma vista esquemática em corte de uma terceira concretização do sistema da presente invenção.
[0022] A figura 6 ilustra uma vista esquemática em corte da terceira concretização do sistema da presente invenção inserido no processo de separação de fases.
[0023] A figura 7 ilustra um gráfico esquemático da variação da oscilação da pressão na linha de escoamento ao atravessar o sistema de acordo com a presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0024] Preliminarmente, ressalta-se que a descrição que se segue partirá de uma concretização preferencial da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essa concretização particular.
[0025] Para a solução do problema técnico em tela, a presente invenção se vale de um conceito de slug catcher compreendendo um
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5/8 volume variável por meio de paredes expansivas. Dessa forma, a atenuação do slug catcher é adaptada a cada golfada. Quanto maior a intensidade da golfada, maior a atenuação promovida pela variação de sistema para atenuação de golfadas da presente invenção.
[0026] O conceito do sistema da presente invenção, que admite um fluxo altamente oscilatório e entrega um fluxo com oscilações muito menores, se assemelha ao sistema circulatório do corpo humano. As artérias recebem do coração um fluxo sanguíneo pulsado e entregam para os órgãos do corpo humano um fluxo sanguíneo calmo, com pulsação bem menor do que a recebida, tudo isso devido à complacência própria das paredes das artérias.
[0027] A figura 1 ilustra uma vista esquemática em corte de uma primeira concretização do sistema da presente invenção. Como pode ser observado, o sistema para atenuação de golfadas, de acordo com essa primeira concretização, compreende um reservatório viscoelástico 10 em comunicação fluida com a linha de escoamento de petróleo 20. Como pode ser observado nessa concretização, o escoamento se dá da esquerda para a direita, onde o fluxo entrante chega por uma parte da linha de escoamento (duto) localizada a montante 20a do reservatório viscoelástico 10. O fluxo, então, atravessa o reservatório viscoelástico 10 para depois adentrar em uma parte da linha de escoamento (duto) localizada a jusante 20b do reservatório viscoelástico 10.
[0028] Na primeira concretização da presente invenção, ilustrada na figura 1, há duas aberturas para comunicação fluida entre o reservatório e a linha de escoamento 20. Nessa concretização, em cada abertura é provido um elemento de interface entre o duto da linha de escoamento 20 e o reservatório viscoelástico 10. Preferencialmente, o elemento de interface é um conjunto de flanges
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30a, 30b responsável por fixar de maneira estanque o reservatório viscoelástico 10 nas porções a montante 20a e a jusante 20b do duto da linha de escoamento. Vale ressaltar, no entanto, que quaisquer meios adaptados para fixar de maneira estanque o reservatório viscoelástico 10 no duto da linha de escoamento podem ser empregados. Assim, enfatiza-se que o escopo da presente invenção não está de forma alguma limitado apenas à utilização de flanges.
[0029] A primeira concretização da presente invenção, ilustrada na figura 1, é preferencialmente aplicada para atenuação de golfadas em fluxos predominantemente monofásicos a baixas pressões.
[0030] A figura 2 ilustra uma vista esquemática em corte da primeira concretização do sistema da presente invenção inserido no processo de separação de fases. Como pode ser observado, um separador gravitacional 50 é utilizado a montante do sistema de atenuação de golfadas da presente invenção. A jusante do sistema da presente invenção é posicionado pelo menos um hidrociclone 60.
[0031] Em uma segunda concretização da presente invenção, ilustrada na figura 3, o reservatório viscoelástico 10 está posicionado adjacentemente à linha de escoamento de petróleo 20. Nessa concretização, uma única abertura para comunicação fluida entre o reservatório viscoelástico 10 e a linha de escoamento de petróleo 20 é provida.
[0032] Na segunda concretização da presente invenção, um elemento de interface entre o duto da linha de escoamento 20 e o reservatório viscoelástico 10 também é provido. Preferencialmente, o elemento de interface é um flange 30 responsável por fixar de maneira estanque o reservatório viscoelástico 10 com relação ao duto da linha de escoamento 20.
[0033] A segunda concretização da presente invenção,
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7/8 ilustrada na figura 3, é preferencialmente aplicada para atenuação de golfadas em fluxos predominantemente bifásicos a baixas pressões. [0034] A figura 4 ilustra uma vista esquemática em corte da segunda concretização do sistema da presente invenção inserido no processo de separação de fases. Como pode ser observado, um separador gravitacional 50 é utilizado a jusante do sistema de atenuação de golfadas da presente invenção. Opcionalmente, a montante do sistema da presente invenção é posicionada uma válvula choke 70.
[0035] Em uma terceira concretização da presente invenção, ilustrada na figura 5, o reservatório viscoelástico 10 também está posicionado adjacentemente à linha de escoamento de petróleo 20. Nessa concretização, no entanto, duas aberturas para comunicação fluida entre o reservatório viscoelástico 10 e a linha de escoamento de petróleo 20 são providas, uma posicionada adjacentemente à outra. Ademais, o volume do reservatório é maior quando comparado com o da segunda concretização (figuras 3 e 4).
[0036] Na terceira concretização da presente invenção, um elemento de interface entre o duto da linha de escoamento 20 e o reservatório viscoelástico 10 também é provido. Preferencialmente, o elemento de interface é um conjunto de flanges 30a, 30b responsável por fixar de maneira estanque o reservatório viscoelástico 10 com relação ao duto da linha de escoamento 20.
[0037] A terceira concretização da presente invenção, ilustrada na figura 5, é preferencialmente aplicada para atenuação de golfadas em fluxos predominantemente bifásicos a altas pressões.
[0038] A figura 6 ilustra uma vista esquemática em corte da terceira concretização do sistema da presente invenção inserido no processo de separação de fases. Como pode ser observado, um
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8/8 separador gravitacional 50 é utilizado a jusante do sistema de atenuação de golfadas da presente invenção. A montante do sistema da presente invenção é posicionada uma válvula choke 70.
[0039] A figura 7 ilustra um gráfico esquemático da variação da oscilação da pressão na linha de escoamento ao atravessar o sistema de acordo com a presente invenção. A porção trapezoidal do gráfico delimitada pelas linhas pontilhadas é justamente a porção da linha de escoamento onde está localizado o sistema de atenuação de golfadas da presente invenção. Como pode ser observado, o fluxo apresenta uma forte oscilação de pressão antes de passar pelo sistema da presente invenção. Ao atravessar a região onde está localizado o reservatório viscoelástico 10, há uma redução significativa da intensidade da oscilação da pressão do fluxo.
[0040] Preferencialmente, o pelo menos um reservatório viscoelástico 10 é fabricado a partir de um polímero viscoelástico.
[0041] Assim, a presente invenção provê um sistema para atenuação de golfadas em linhas de escoamento de petróleo compacto e de baixo custo, dispensando a necessidade de sistemas de controle dedicados. O atenuador da presente invenção se adapta a qualquer intensidade de variação de pressão.
[0042] Inúmeras variações incidindo no escopo de proteção do presente pedido são permitidas. Dessa forma, reforça-se o fato de que a presente invenção não está limitada às configurações/concretizações particulares acima descritas.
Claims (8)
- REIVINDICAÇÕES1. Sistema para atenuação de golfadas em linhas de escoamento de petróleo (20, 20a, 20b), caracterizado por compreender pelo menos um reservatório viscoelástico (10) em comunicação fluida com a linha de escoamento de petróleo (20, 20a, 20b).
- 2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a linha de escoamento de petróleo (20, 20a, 20b) atravessar o interior do reservatório viscoelástico (10).
- 3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o reservatório viscoelástico (10) estar posicionado adjacentemente à linha de escoamento de petróleo (20, 20a, 20b).
- 4. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por compreender uma única abertura para comunicação fluida entre o reservatório viscoelástico (10) e a linha de escoamento de petróleo (20, 20a, 20b).
- 5. Sistema, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado por compreender mais de uma abertura para comunicação fluida entre o reservatório viscoelástico (10) e a linha de escoamento de petróleo (20, 20a, 20b).
- 6. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por compreender pelo menos um elemento de interface (30, 30a, 30b) entre o reservatório viscoelástico (10) e a linha de escoamento de petróleo (20, 20a, 20b).
- 7. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o pelo menos um elemento de interface ser um flange (30, 30a, 30b).
- 8. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por o pelo menos um reservatório viscoelástico (10) ser fabricado a partir de um polímero viscoelástico.
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