BR102022016246A2 - SAND DISCHARGE METHOD FROM A SAND SEPARATOR AND AUTOMATED SAND SEPARATOR DISCHARGE SYSTEM - Google Patents
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Abstract
Trata-se de um sistema para descarregar areia automaticamente a partir de um separador de areia. O sistema inclui uma primeira e uma segunda válvulas e uma válvula de estrangulamento disposta em uma linha de descarga de um separador de areia. Um transdutor de pressão mede pressão na linha entre a primeira e a segunda válvulas. Um controlador opera as válvulas para iniciar e terminar a sequência de descarga. Uma válvula de bloqueio de emergência é posicionada a montante do separador de areia e é operativa para desligar o sistema se a leitura de pressão pelo transdutor exceder uma quantidade predeterminada. It is a system for automatically discharging sand from a sand separator. The system includes first and second valves and a throttling valve disposed in a sand separator discharge line. A pressure transducer measures pressure in the line between the first and second valves. A controller operates the valves to start and end the discharge sequence. An emergency shut-off valve is positioned upstream of the sand separator and is operative to shut down the system if the pressure reading by the transducer exceeds a predetermined amount.
Description
[001] Este pedido é uma continuação em parte do Pedido no U.S. 16/984.976, depositado em 4 de agosto de 2020, que, por sua vez, reivindica prioridade do Pedido no U.S. 63/002.040, depositado em 30 de março de 2020, cujas revelações são incorporadas ao presente documento a título de referência para todos os propósitos.[001] This application is a continuation in part of Application No. U.S. 16/984,976, filed on August 4, 2020, which, in turn, claims priority from Application No. U.S. 63/002,040, filed on March 30, 2020, the disclosures of which are incorporated herein by reference for all purposes.
[002] A presente invenção refere-se a um sistema de descarga automatizado para um separador de areia posicionado a jusante de uma cabeça de poço de petróleo ou gás.[002] The present invention relates to an automated discharge system for a sand separator positioned downstream of an oil or gas wellhead.
[003] Os separadores de areia (também chamados separadoras de areia e coletores de areia) são frequentemente a primeira peça de equipamento a jusante de uma cabeça de poço de petróleo ou gás. Um separador de areia captura areia e sedimento a partir do fluxo de produção para proteger equipamento adicionalmente a jusante contra obstrução e erosão. Em um separador de areia típico, a areia e o sedimento são separados com o uso de defletores, placas ou chapas de colisão e gravidade. As placas/chapas mantêm a areia e o sedimento separados no fundo do recipiente, enquanto permitem que o gás e os líquidos fluam no topo. Os líquidos e o gás são carregados através de uma linha de saída superior para processamento a jusante adicional e a areia/o sedimento é periodicamente descarregado do fundo do separador.[003] Sand traps (also called sand traps and sand collectors) are often the first piece of equipment downstream of an oil or gas wellhead. A sand separator captures sand and silt from the production stream to further protect downstream equipment from clogging and erosion. In a typical sand separator, sand and sediment are separated using baffles, collision and gravity plates or plates. The plates/plates keep the sand and sediment separated at the bottom of the vessel, while allowing gas and liquids to flow at the top. Liquids and gas are carried through an upper outlet line for further downstream processing and sand/sediment is periodically discharged from the bottom of the separator.
[004] Em um aspecto, a presente invenção se refere a um sistema de descarga automatizado para um separador de areia.[004] In one aspect, the present invention relates to an automated discharge system for a sand separator.
[005] Em outro aspecto, a presente invenção se refere a um sistema de descarga de separador de areia que pode ser acionado por um comando remoto, em resposta a um sensor de nível de areia ou em uma programação automatizada.[005] In another aspect, the present invention relates to a sand separator discharge system that can be triggered by a remote command, in response to a sand level sensor or in an automated schedule.
[006] Em ainda outro aspecto, a presente invenção se refere a um sistema de descarga de separador de areia no qual a integridade das válvulas pode ser automaticamente verificada e, se a integridade da válvula tiver sido comprometida, desligar o sistema.[006] In yet another aspect, the present invention relates to a sand separator discharge system in which the integrity of the valves can be automatically checked and, if the integrity of the valve has been compromised, shut down the system.
[007] Esses recursos e vantagens, além de outros adicionais, da presente invenção se tornarão evidentes a partir da seguinte descrição detalhada, em que é feita referência às Figuras nos desenhos anexos.[007] These features and advantages, as well as additional ones, of the present invention will become apparent from the following detailed description, in which reference is made to the Figures in the accompanying drawings.
[008] A Figura 1 retrata uma modalidade do sistema da presente invenção.[008] Figure 1 depicts an embodiment of the system of the present invention.
[009] Como usado no presente documento, o termo “areia” se refere a areia, sedimento, ou outros particulados sólidos que são indesejáveis em um fluxo produzido a partir de uma cabeça de poço de petróleo ou gás. Será, desse modo, entendido que o termo “areia” não é limitado apenas à areia real.[009] As used herein, the term "sand" refers to sand, sediment, or other solid particulates that are undesirable in a stream produced from an oil or gas wellhead. It will thus be understood that the term "sand" is not limited to actual sand only.
[0010] A Figura 1 retrata uma modalidade do sistema da presente invenção. O sistema compreende um separador de areia S conectado a uma cabeça de poço W pela linha 10. O separador de areia S pode ser de qualquer tipo bem conhecido por àqueles versados na técnica. Como com a maior parte dos sistemas de separador de areia típicos, um fluxo da cabeça de poço W, entra no separador S em que a areia é separada do fluxo. As porções líquidas e gasosas mais leves do fluxo deixam o separador S suspenso por meio da linha 20 para processamento adicional. Uma pasta aquosa de areia, água, líquidos mais pesados, etc. é removida do fundo de separador S por meio da linha 30 e é enviada para um tanque de coleta de areia 32.[0010] Figure 1 depicts an embodiment of the system of the present invention. The system comprises a sand separator S connected to a wellhead W via line 10. The sand separator S may be of any type well known to those skilled in the art. As with most typical sand separator systems, a stream from the W wellhead enters the S separator where sand is separated from the stream. The lighter liquid and gaseous portions of the stream leave separator S suspended through
[0011] Os transdutores 40, 42 e 44 medem a pressão nas linhas 10, 20 e 30, respectivamente, e geram sinais indicativos da mesma. O propósito dos transdutores 40, 42 e 44 será explicado mais completamente posteriormente.[0011] The transducers 40, 42 and 44 measure the pressure in
[0012] As válvulas 50 e 52 são posicionadas em qualquer lado do transdutor 44 em linha 30. Em uma modalidade preferida, a válvula de estrangulamento 54 está a jusante da válvula 52, mas a montante do tanque de coleta de areia 32. Será entendido que a presente invenção também pode trabalhar em sistemas que não empregam uma válvula de estrangulamento. Nas modalidades mostradas no presente documento, a válvula de estrangulamento 54 é projetada para ser completamente aberta ou completamente fechada e é o elemento de desgaste primário do sistema da presente invenção. Será observado que as válvulas 50 e 52 podem ser de qualquer tipo hidráulica ou pneumaticamente atuadas. Tais válvulas podem incluir, porém sem limitação, válvulas de tampão, válvulas esféricas, válvulas de gaveta, etc. Em uma modalidade preferida, as válvulas 50 e 52 são válvulas de tampão. A válvula de estrangulamento 54 também pode ser de qualquer tipo contanto que a mesma seja uma válvula de estrangulamento. Em uma modalidade preferida, a válvula de estrangulamento 54 é um hidraulicamente atuada, válvula de estrangulamento de retorno por mola, que falha em abrir.[0012] The
[0013] O controlador 60 recebe dados dos transdutores 40, 42 e 44 e, desse modo, monitora a pressão de entrada de separador de areia S por meio de transdutor 40, pressão de saída por meio do transdutor 42, e a pressão entre as válvulas 50 e 52 por meio do transdutor 44. É importante garantir que a integridade de pressão seja mantida na linha 30. Isso é alcançado monitorando-se a linha entre as válvulas 50 e 52.[0013] The controller 60 receives data from the transducers 40, 42 and 44 and, thus, monitors the inlet pressure of sand separator S through transducer 40, outlet pressure through transducer 42, and the pressure between the
[0014] O controlador 60 é operativamente conectado às válvulas 50 e 52 e à válvula de estrangulamento 54. Em uma modalidade preferida, o controlador 60 é um controlador elétrico-hidráulico.[0014] The controller 60 is operatively connected to the
[0015] As sequências de descarga de areia com o uso do sistema da presente invenção prosseguem como mostrado abaixo. Nessas modalidades, todas as válvulas que são controladas pelo controlador 60.[0015] The sand discharge sequences using the system of the present invention proceed as shown below. In these embodiments, all valves that are controlled by controller 60.
[0016] - antes de descarregar areia do separador S, as válvulas 50, 52 e 54 são todas fechadas[0016] - before unloading sand from the S separator,
[0017] - verificar se a pressão no transdutor 44 é zero[0017] - check if the pressure in transducer 44 is zero
[0018] - abrir a válvula 50[0018] -
[0019] - verificar a leitura de pressão do transdutor 44, que indica a pressão no separador[0019] - check the pressure reading of transducer 44, which indicates the pressure in the separator
[0020] - abrir a válvula 52[0020] -
[0021] - abrir a válvula de estrangulamento 54 por uma quantidade predeterminada de tempo X[0021] - open throttling valve 54 for a predetermined amount of time X
[0022] - quando o tempo X tiver decorrido, terminar a sequência de descarga de areia[0022] - when X time has elapsed, finish the sand discharge sequence
[0023] - antes de descarregar areia do separador S, as válvulas 50, 52 e 54 são todas fechadas[0023] - before discharging sand from the S separator,
[0024] - verificar se a pressão no transdutor 44 é zero[0024] - check if the pressure in transducer 44 is zero
[0025] - abrir a válvula 50[0025] -
[0026] - verificar a leitura de pressão do transdutor 44, que indica a pressão no separador[0026] - check the pressure reading of transducer 44, which indicates the pressure in the separator
[0027] - abrir a válvula 52[0027] -
[0028] - abrir a válvula de estrangulamento 54[0028] - open throttling valve 54
[0029] - monitorar a pressão no transdutor 40 e/ou no transdutor 44[0029] - monitor the pressure on transducer 40 and/or on transducer 44
[0030] - se o transdutor 40 ou 44 indicar uma queda em pressão, terminar a sequência de descarga de areia[0030] - if transducer 40 or 44 indicates a drop in pressure, end the sand discharge sequence
[0031] A terminação da sequência de descarga de areia é mostrada abaixo. Novamente, nessa modalidade, todas as válvulas são controladas pelo controlador 60.[0031] The termination of the sand discharge sequence is shown below. Again, in this mode, all valves are controlled by controller 60.
[0032] - fechar a válvula de estrangulamento 54[0032] - close throttling valve 54
[0033] - fechar a válvula 50[0033] -
[0034] - verificar a leitura de pressão do transdutor 44[0034] - check the pressure reading of the transducer 44
[0035] - se a leitura de pressão for zero, fechar a válvula 52[0035] - if the pressure reading is zero,
[0036] - se a leitura de pressão não for zero, abrir a válvula de estrangulamento 54 novamente[0036] - if pressure reading is not zero, open throttling valve 54 again
[0037] - quando a leitura de pressão de transdutor 44 chegar a zero, fechar a válvula 52[0037] - when the pressure reading of transducer 44 reaches zero,
[0038] - fechar a válvula de estrangulamento 54[0038] - close throttling valve 54
[0039] Na Opção 1 de Sequência de Descarga de Areia, a quantidade predeterminada de tempo X para a qual a válvula de estrangulamento 54 está aberta será determinada pelo operador ou outro funcionário, e terá como base o separador de areia particular para permitir tempo suficiente para descarregar suficientemente o separador de areia S no tanque de coleta de areia 32. É, de modo geral, desejável deixar alguma quantidade de areia no fundo do separador de areia S para garantir que os líquidos no separador de areia S não sejam também descarregados involuntariamente através da linha 30.[0039] In Sand Discharge Sequence Option 1, the predetermined amount of time X for which the throttling valve 54 is open will be determined by the operator or other employee, and will be based on the particular sand separator to allow enough time to sufficiently discharge the sand separator S into the sand collection tank 32. It is generally desirable to leave some amount of sand at the bottom of the sand separator S to ensure that liquids in the sand separator S are not also unintentionally discharged via line 30.
[0040] Na Opção 2 de Sequência de Descarga de Areia, a pressão na linha de entrada 10 e/ou a linha de descarga 30 é monitorada. Se toda a pasta aquosa pesada de areia tiver sido descarregada e o gás mais leve tiver começado a sair do separador de areia (conhecido como irrupção de gás), haverá uma queda em pressão nessas linhas. Essa queda de pressão indica que a sequência de descarga de areia deve ser terminada.[0040] In Sand Discharge Sequence Option 2, the pressure in the inlet line 10 and/or the discharge line 30 is monitored. If all of the heavy watery slurry of sand has been discharged and lighter gas has begun to exit the sand separator (known as a gas burst), there will be a drop in pressure in these lines. This pressure drop indicates that the sand discharge sequence must be terminated.
[0041] Será observado que a Opção 2 de Sequência de Descarga de Areia pode ser usada para calcular o tempo X predeterminado usado na Opção 1 de Sequência de Descarga de Areia. Com relação a isso, é iniciada uma sequência de descarga e a quantidade de tempo antes de uma irrupção de gás ocorrer pode ser determinada (tempo X). O controlador 60 pode, então, ser programado para terminar sequências de descarga de areia adicionais quando o tempo X tiver decorrido ou pouco antes. Isso ajudará a impedir a descarga de gás indesejada através da linha de separador de areia.[0041] It will be noted that Sandfall Sequence Option 2 can be used to calculate the predetermined X time used in Sandfall Sequence Option 1. In connection with this, a burst sequence is initiated and the amount of time before a gas burst occurs can be determined (time X). Controller 60 can then be programmed to terminate additional sand discharge sequences when time X has elapsed or shortly before. This will help prevent unwanted gas discharge through the sand separator line.
[0042] O sistema da presente invenção pode ser programado para iniciar a sequência de descarga em resposta a um temporizador (por exemplo, descarga a cada 240 minutos), um relógio (por exemplo, descarga às 17:00 horas todos os dias), ou um sensor de nível de areia operativamente conectado ao separador de areia S. A sequência de descarga também pode ser iniciada através de uma anulação manual.[0042] The system of the present invention can be programmed to start the discharge sequence in response to a timer (for example, discharge every 240 minutes), a clock (for example, discharge at 5:00 pm every day), or a sand level sensor operatively connected to sand separator S. The discharge sequence can also be started via a manual override.
[0043] A montante do separador de areia S está uma seção de ala que compreende uma válvula de bloqueio de emergência (ESD) 70 e uma de estrangulamento 72. Em uma modalidade preferida, a válvula de ESD 70 é uma válvula hidraulicamente atuada. O controlador 80 é conectado à válvula de ESD 70 e permite o controle remoto do poço e fornece um intertravamento de segurança para o separador de areia S. O transdutor 74 é conectado à cabeça de poço W e envia sinais para o controlador 80. No evento do transdutor 74 detectar pressão acima de um determinado limiar na cabeça de poço W, o controlador 80 ativará a válvula de ESD 70 para desligar o sistema. Os controladores 60 e 80 também estão em comunicação entre si. Se uma pressão diferencial que excede um limite predeterminado for detectada entre a linha de entrada 10 e a linha de saída 20. O controlador 60 enviará um sinal de desligamento para o controlador 80 que ativará a válvula de ESD 70 para desligar o sistema.[0043] Upstream of the sand separator S is a wing section comprising an emergency shutoff valve (ESD) 70 and a throttling valve 72. In a preferred embodiment, the ESD valve 70 is a hydraulically actuated valve. The controller 80 is connected to the ESD valve 70 and allows remote control of the well and provides a safety interlock for the sand separator S. The transducer 74 is connected to the wellhead W and sends signals to the controller 80. In the event If transducer 74 detects pressure above a certain threshold at wellhead W, controller 80 will activate ESD valve 70 to shut down the system. Controllers 60 and 80 are also in communication with each other. If a differential pressure exceeding a predetermined threshold is detected between the inlet line 10 and the
[0044] Ademais, se a válvula 50 estiver fechada e a leitura de pressão pelo transdutor 44 não for zero após a evacuação para atmosfera e o fechamento da válvula 52, isso indica que a válvula 50 perdeu integridade de vedação e o sistema também é desligado pela válvula de ESD 70 para impedir falha de válvula 52.[0044] Furthermore, if
[0045] Embora a Figura 1 retrate dois controladores separados, 60 e 80, será entendido que isso é apenas uma configuração possível e que o controle do sistema da presente invenção pode ser manuseado por um controlador único ou mais que dois controladores.[0045] Although Figure 1 depicts two separate controllers, 60 and 80, it will be understood that this is only one possible configuration and that the control of the system of the present invention can be handled by a single controller or more than two controllers.
[0046] Além de descarregar automaticamente a areia do separador de areia S, a presente invenção pode verificar automaticamente a integridade das válvulas 50 e/ou 52 automatizadas. A presente invenção emprega duas válvulas 50 e 52 automatizadas a jusante do separador de areia S com transdutor de pressão 44 entre as mesmas. Para verificar a integridade da válvula 52, o sistema prende pressão entre as válvulas 50 e 52 e abre o estrangulamento para pressão atmosférica. O sistema monitora a pressão entre as válvulas e se a mesma diminui, isso indica que a válvula 52 tem uma vedação comprometida, e o sistema ativa a válvula de ESD 70 a montante do separador de areia para impedir a liberação descontrolada de hidrocarbonetos através da linha de descarga 30. O sistema testa a integridade da válvula 50 ventilando-se o espaço entre as válvulas para atmosfera, então, vedando o espaço entre válvulas. A pressão é monitorada com o transdutor 44 quanto a um aumento na pressão. Se a pressão aumentar acima da pressão atmosférica, a integridade de vedação da válvula 50 é comprometida e, novamente, o sistema desliga a válvula 70 e, desse modo, a é fornecida para o separador S. Será entendido por aqueles versados na técnica que a integridade da válvula de estrangulamento 54 não é verificada devido ao fato de a válvula de estrangulamento 54 ser projetada para desgaste. O sistema da presente invenção pode ser programado para executar automaticamente verificações de integridade de válvula após uma variedade desejada de sequências de descarga de areia ou após uma quantidade específica de tempo. A verificação de integridade de válvula também pode ser iniciada por um operador a qualquer momento entre as verificações de integridade programadas.[0046] In addition to automatically discharging the sand from the sand separator S, the present invention can automatically check the integrity of the
[0047] O sistema da presente invenção fornece vantagens sobre a técnica anterior. Por exemplo, o sistema do documento no US 2014/0345727, incorporado ao presente documento a título de referência para todos os propósitos, usa uma válvula automatizada única a jusante da separadora de areia, e mede a pressão das linhas a montante e a jusante da separadora de areia. Se as pressões estiverem fora das faixas adequadas, um alarme é acionado. No entanto, a natureza exata do que acionou o alarme não pode ser determinada. Adicionalmente, o sistema do documento no US 2014/0345727 e outros que usam apenas uma válvula a jusante do separador não podem automaticamente verificar a integridade da válvula.[0047] The system of the present invention provides advantages over the prior art. For example, the system in document No. US 2014/0345727, incorporated herein by way of reference for all purposes, uses a single automated valve downstream of the sand separator, and measures the pressure of the lines upstream and downstream of the sand separator. If the pressures are outside the appropriate ranges, an alarm is triggered. However, the exact nature of what triggered the alarm cannot be determined. Additionally, the system of US 2014/0345727 and others that use only one valve downstream of the separator cannot automatically check the integrity of the valve.
[0048] O sistema da presente invenção, desse modo, automatiza o sistema de descarga de areia, reduz custos de manutenção verificando-se a integridade de vedação, e aprimora a segurança realizando-se os processos automaticamente e desligando-se automaticamente o sistema quando necessário.[0048] The system of the present invention, in this way, automates the sand discharge system, reduces maintenance costs by verifying the integrity of the seal, and improves safety by performing the processes automatically and automatically turning off the system when necessary.
[0049] Embora modalidades específicas da invenção tenham sido descritas no presente documento com alguns detalhes, isso foi feito exclusivamente para propósitos de explicação dos vários aspectos da invenção e não se destina a limitar o escopo da invenção, como definido nas reivindicações que se seguem. Aqueles versados na técnica entenderão que a modalidade mostrada e descrita é exemplificativa, e que várias outras substituições, alterações e modificações, que incluem, porém sem limitação, aquelas alternativas de projeto especificamente discutidas no presente documento, podem ser feitas na prática da invenção sem se afastar do seu escopo.[0049] While specific embodiments of the invention have been described herein in some detail, this has been done solely for purposes of explaining the various aspects of the invention and is not intended to limit the scope of the invention as defined in the claims that follow. Those skilled in the art will understand that the embodiment shown and described is exemplary, and that various other substitutions, changes and modifications, which include, but are not limited to, those design alternatives specifically discussed herein, can be made in practicing the invention without depart from its scope.
Claims (7)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US17/546,286 | 2021-12-09 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
BR102022016246A2 true BR102022016246A2 (en) | 2023-06-27 |
Family
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