BR112013017555B1 - sistema de fluxo para divisão de um fluxo multifásico e método de distribuição de um fluxo misto - Google Patents
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Abstract
TUBULAÇÃO PARA USO EM UM SISTEMA DE FLUXO, MÉTODO DE DISTRIBUIÇÃO DE UM FLUXO MISTO EM DIVERSOS TUBOS, E MÉTODO DE RESFRIAMENTO DE UM FLUIDO MULTIFÁSICO. A invenção se refere a uma tubulação para uso em sistema de fluxo que compreende uma seção tubular principal e longitudinal (1) com uma entrada (13) que se conecta com um tubo de alimentação (9) e pelo menos duas saídas (14) dispostas em fileira ao longo da seção tubular principal (1) em que o eixo central (15) da seção tubular principal (1), durante o uso normal, estende-se na direção principalmente horizontal. As saídas (14) são dispostas na metade inferior da seção tubular principal (1) e conectadas nas seções tubulares externas (22) e dispostas no eixo central (21) que se estende pelo ângulo descendente a partir da seção tubular principal (1). A invenção também se refere a um método para distribuir fluxo misto em diversos tubos e um método para resfriar fluido multifásico.
Description
[001] A presente invenção se refere a um equipamento na forma de um sistema de fluxo e a um método para dividir um fluxo multifásico em diversos fluxos que tem substancialmente a mesma mistura de fases.
[002] Quando óleo ou gás são produzidos de poços submarinos, o fluido produzido é frequentemente uma mistura multifásica. Pode existir também a necessidade de tratamento do fluxo da mistura multifásica, por exemplo, ao resfriá-lo antes de ser separado em substâncias diferentes, como gás, óleo, água, areia ou outros fluidos que acompanham o fluxo multifásico. Quando, por exemplo, o resfriamento do fluxo é favorável ao apresentar quantidades menores a serem resfriadas para garantir o resfriamento necessário, é favorável que se divida o fluxo multifásico em diversos fluxos menores e principalmente iguais.
[003] A distribuição apropriada do fluxo multifásico é desafiadora. A composição do fluxo pode diferir entre as saídas no ponto de separação e a única saída extrema pode conter somente gás ou líquido. Nos sistemas submarinos, torna-se necessário, por diversas razões, controlar a separação entre as linhas de fluxo paralelas, os sistemas do processo ou seus equipamentos; 1) para fins de carga equivalente; 2) para garantia da redução suficiente de líquido.
[004] Uma solução relacionada aos sistemas de fluxo com pequeno volume de líquido, comparada ao fluxo do volume de gás, continua a ser especialmente desafiadora. O desafio consiste na distribuição equivalente de líquido e gás em geral. Esta aplicação é importante no caso de o MEG estar presente no sistema de gás e condensado e necessitar ser distribuídos de forma equivalente em diversos tubos, para que não haja a formação de hidrato. Ela também pode ser importante caso seja necessário carga equivalente dos índices de fluidez em duas ou mais linhas.
[005] Existem algumas soluções conhecidas que propõem a divisão do fluxo multifásico em diversos trajetos do fluxo. A Patente norte- americana n.° 4293025 descreve um divisor de fluxo que utiliza um tanque com uma entrada e duas saídas em que estas últimas são configuradas como tubos verticais que se estendem parcialmente no tanque. Os fluidos entram no tanque pelo topo e são impedidos de entrar diretamente nos tubos por placas. O líquido se amontoa na base do tanque. Neste sistema, os tubos são perfurados para que o líquido entre nos tubos pelas perfurações, enquanto o vapor entra neles pelo topo. Este equipamento é utilizado para distribuir a mistura de líquido-vapor no permutador de calor. Na Patente norte- americana n.° 7261120, é apresentada uma disposição similar, porém, neste caso, os tubos estão localizados na extremidade do topo no tanque e se projetam para baixo dele, enquanto a entrada está localizada na base. Os tubos são também perfurados. A Patente norte-americana 4662391 descreve um divisor de fluxo de misturas de líquido-vapor que é, basicamente, na forma de um encaixe de quatro tubos. O encaixe tem uma entrada e um dreno na base diretamente oposto à entrada e às duas saídas perpendiculares à entrada. O fluido é coletado na câmera central do encaixe. Quando o líquido se acumula no ponto em que ele alcança o limite das saídas laterais, ele se divide igualmente entre as duas saídas, para ser recapturado em uma porção substancialmente igual do vapor que passa por cada saída. O dreno é utilizado para regular a altura do fluido na câmera central. A patente norte- americana 4800921 revela um divisor de fluxo mais conhecido.
[006] Mesmo com as indicações acima expressas, nenhuma das referidas soluções apresenta uma solução satisfatória na divisão do fluido multifásico, especialmente quando o uso do equipamento é submarino. Por esta razão, a presente invenção tem como objetivo propor um equipamento na forma de um sistema de fluxo e um método que visa obter a divisão do fluido multifásico em diversos fluxos menores que tem, principalmente, conteúdo equivalente ao serem considerados os diferentes fluidos no fluxo.
[007] O objetivo acima é alcançado com um sistema de fluxo um e método, como definidos nas reivindicações em anexo, em que são apresentados maiores detalhes da invenção nas reivindicações dependentes e na descrição a seguir.
[008] De acordo com a invenção, propõe-se um sistema de fluxo compreendendo uma tubulação. A tubulação, na definição normal, consiste em um tubo ou câmera que se ramifica em diversas aberturas. A tubulação se conecta com o tubo de alimentação. De acordo com a invenção, a tubulação se forma pela parte inferior que tem uma superfície interna formada como um meio-cilindro com eixo longitudinal voltado principalmente na direção horizontal durante o uso normal. A superfície interna também pode ser formada por uma superfície inteiramente cilíndrica. Nesta superfície, são dispostas pelo menos duas saídas em fileira voltadas principalmente na direção paralela no eixo longitudinal. As saídas se conectam nos segmentos do tubo de saída disposto no eixo central nos segmentos do tubo, quando vistas em um corte transversal ou se seção tubular principal da parte inferior da tubulação, que se estende com o mesmo ângulo para baixo entre 35-50 graus em relação ao eixo vertical.
[009] De acordo com um aspecto, a tubulação do sistema de fluxo pode se formar pela seção tubular principal e longitudinal em que o tubo tem uma seção transversal e principalmente circular. A entrada da tubulação pode ser disposta em uma extremidade da seção tubular principal. O eixo central da seção tubular principal forma o eixo longitudinal da tubulação e, durante o uso normal, estende-se na direção principalmente horizontal. As saídas são dispostas na metade inferior da seção tubular principal e conectadas nos tubos de saída dispostos no eixo central que se estende com ângulo para baixo da seção tubular principal.
[010] De acordo com um aspecto, as saídas podem ser dispostas em uma posição e conectadas nos tubos de saída para que o eixo principal nos segmentos do tubo de saída, na saída, forme um ângulo de 45 graus com eixo vertical.
[011] De acordo com outro aspecto, os tubos de saída podem se conectar no tubo principal, para que o eixo central nos tubos de saída, na saída, cruze o eixo longitudinal da parte inferior da tubulação ou seção tubular principal.
[012] De acordo com mais um aspecto, a parte inferior da tubulação ou as seções tubulares principais podem dispor de duas fileiras de saídas na parte inferior ou metade inferior da seção tubular principal. Em uma modalidade, a saída de uma fileira é disposta no mesmo plano transversal que a saída na outra fileira; em outra modalidade, a saída em uma fileira é disposta no plano transversal entre os planos transversais das saídas aproximadas na outra fileira.
[013] De acordo com o último aspecto, uma entrada é disposta em uma extremidade da seção tubular principal. A primeira saída é disposta com uma distância da entrada. Em outra modalidade, existem duas entradas que apresentam o eixo longitudinal na tubulação.
[014] De acordo com a invenção, propõe-se um método para distribuir fluxo misto em diversos tubos, compreendendo levar a uma seção tubular principal horizontal em que a fase líquida do fluxo misto se posiciona na parte inferior do tubo principal e a fase gasosa no restante da seção transversal da seção tubular principal, retirando-se a mistura da seção tubular principal de pelo menos duas saídas posicionadas em sequência ao longo da seção tubular principal e conectadas a sessão tubular de saída, todas as seções tubulares dispostas quando vistas em um corte transversal da seção tubular principal (1), com o eixo central das seções tubulares de saída conectadas às saídas (14) formando o mesmo ângulo entre 35 e 50 graus com o eixo vertical na parte inferior da seção tubular principal. Em uma modalidade, a mistura é retirada para tubos de saída dispostos a 45 graus com o eixo vertical.
[015] De acordo com a invenção, propõe-se também um método para resfriar o fluido multifásico, compreendendo levar o fluido multifásico a um sistema de fluxo de acordo com a invenção conforme descrita acima e dividindo o fluxo em diversas fações de fluxo multifásico, resfriando cada fração do fluxo separadamente e coletando as frações do fluxo no fluxo multifásico comum.
[016] A invenção é explicada abaixo em modalidades não limitativas com referência aos seguintes desenhos em anexo:
[017] A Fig. 1 mostra o esboço principal do separador de fluxo em tubulação de acordo com a invenção.
[018] A Fig. 2 mostra a seção transversal na tubulação.
[019] A Fig. 3 mostra o esboço principal do uso da tubulação de acordo com a invenção.
[020] As Figs. 4A, B e C mostram a seção transversal na tubulação de diferentes modalidades.
[021] As Figs. 5A e 5B mostram o esboço principal da seção tubular na direção vertical pela parte de baixo.
[022] Na fig. 1, é apresentado o esboço principal de uma parte da tubulação de acordo com a invenção. A tubulação, que é um equipamento que separa o fluxo em diversos fluxos, compreende uma seção tubular principal 1 com eixo central 15 que tem uma entrada 13 em uma extremidade da seção tubular principal. A mistura do fluido 10 é introduzida pela entrada 13. Ao longo da seção tubular principal 1, são dispostas diversas saídas 14. As saídas 14 são dispostas em uma fileira ao longo da seção tubular principal 1 e na metade inferior do tubo, ao apresentar uma configuração de uso normal, e elas se conectam nos tubos de saída 2. Os tubos de saída 2 têm pelo menos, na seção 22 dos tubos de saída 2, cuja seção 22 se conecta nas saídas 14, um sentido que aponta para baixo A do eixo central 21 na seção tubular da saída 22, que forma um ângulo agudo θ com eixo vertical 3 e com a extremidade aberta do ângulo voltada para baixo, como pode ser melhor visto na fig. 2. O eixo central 21 da seção tubular da saída 22 também pode preferivelmente cruzar o eixo central da seção tubular principal 1.
[023] Como mostrado na fig. 2, o fluxo do fluido misto 10 que entra na seção tubular principal 1 rapidamente se divide em uma parte líquida na base da seção tubular principal 1 e em uma maior parte de gás 11 na parte relativamente superior da seção tubular principal 1. O posicionamento da saída 14 com a seção tubular externa 22 aponta para baixo do ângulo θ entre 35 e 50 graus e, preferivelmente, de 45 graus e confere uma mistura fracionada benéfica e similar 20 da parte gasosa 11 e parte líquida 12 na seção tubular principal em cada seção tubular externa 22.
[024] Na fig. 3, é apresentado um possível uso da tubulação de acordo com a invenção. O tubo de alimentação 9 se conecta na seção tubular principal 1 em que são conectados diversos tubos externos 2. A seção tubular externa 22 pode formar somente uma parte menor do comprimento total do tubo externo 2. Cada tubo externo se conecta também com sua unidade refrigeradora 4 resfriando a mistura da fração 20. Após as unidades refrigeradoras, a seção tubular 5 se une ao tubo coletor 6, para coletar todas as frações da mistura resfriada 20 na mistura principal 10 novamente e a canaliza pelo tubo comum 7 na unidade 8, por exemplo, o separador 8. O número e a configuração de cada unidade refrigeradora 4 e a quantidade de inibidores a serem injetados do sistema são mais fáceis de serem calculados, em vista do efeito do resfriamento de uma menor fração, comparada ao fluxo principal, ser relativamente mais simples.
[025] Nas figs. 4A e 4B, é mostrada a seção transversal em que as saídas 14 do tubo principal 1 conectadas com as seções tubulares externas 22 com eixo central 21 formam ângulos diferentes θ, entre 35 e 59 graus, com eixo vertical 3. É também mostrado que o eixo central 21 pode não cruzar o eixo central do tubo principal 1. Na fig. 4C, é mostrada mais uma modalidade em que são dispostas duas fileiras de saída 14 na parte inferior do tubo principal 1. As saídas 14 formam o mesmo ângulo θ com eixo vertical 3. Como mostrado nas figs. 5A e 5B, é apresentado o esboço principal da tubulação 1 vista desde a base até o eixo principal, as duas fileiras de saída 14 podem ser formadas no sentido paralelo ou espaçadas ao longo do tubo principal 1. As saídas 14 das duas fileiras podem ser formadas em pares dispostos em plano comum disposto no sentido transversal ao eixo central do tubo principal, ou formadas de modo que a saída de uma fileira é disposta em outro plano transversal ao eixo central comparada à saída na outra fileira de saídas. Nesta figura, pode-se observar também que as saídas 14 são formadas com uma distância da entrada 13 conectada no tubo de alimentação 9.
[026] Concluindo, a invenção é explicada com referência às modalidades não limitativas que constam nas figuras. Os versados na técnica observarão que podem ser feitas modificações e alterações nas referidas modalidades existentes no âmbito da invenção, como definido nas reivindicações em anexo.
Claims (9)
1. Sistema de fluxo para divisão de um fluxo multifásico em diversos fluxos que contêm a mesma mistura de fases, incluindo uma tubulação, a tubulação apresentando uma seção tubular principal e longitudinal (1) com uma entrada (13) conectada a um tubo de alimentação (9) do sistema de fluxo e pelo menos duas saídas (14) dispostas em fileira ao longo da seção tubular principal (1) em que o eixo central (15) da seção tubular principal (1), estende-se em uma direção principalmente horizontal onde as saídas (14) são dispostas na metade inferior da seção tubular principal (1) e conectadas nas seções tubulares externas (22) e dispostas no eixo central (21) que se estende pelo ângulo descendente a partir da seção tubular principal (1), caracterizada por apresentar todas as saídas (14) alinhadas quando vistas em um corte transversal da seção tubular principal (1), com o eixo central das seções tubulares externas (22) conectadas com as saídas (14), formando o mesmo ângulo θ entre 35-50 graus em relação ao eixo vertical (3).
2. Sistema de fluxo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por apresentar saídas (14) dispostas em uma posição e conectadas nas seções tubulares externas (22), para que o eixo principal (21) das seções tubulares externas (22) na saída (14) forme um ângulo θ de 45 graus no eixo vertical (3).
3. Sistema de fluxo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por apresentar seções tubulares externas (22) conectadas no tubo principal, para que o eixo central (21) dos tubos externos cruze o eixo central (15) da seção tubular principal (1).
4. Sistema de fluxo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por apresentar seção tubular principal (1) disposta em duas fileiras de saída (14) na metade inferior da seção tubular principal (1).
5. Sistema de fluxo de acordo a reivindicação 4, caracterizado por apresentar a saída (14) de uma fileira disposta no mesmo plano transversal que a saída (14) na outra fileira
6. Sistema de fluxo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por apresentar uma entrada (13) disposta em uma extremidade da seção tubular principal (1).
7. Método de distribuição de um fluxo misto em diversos tubos realizado através do sistema definido na reivindicação 1, compreendendo a condução da mistura do fluxo (10) para dentro de uma seção tubular principal horizontal (1) onde a fase líquida (12) do fluxo misto se posiciona na parte inferior da seção tubular principal (1) e a fase gasosa (11) no restante da seção transversal da seção tubular principal (1), retirando- se a mistura da seção tubular principal (1) em pelo menos duas saídas (14) enfileiradas ao longo da seção tubular principal (1) conectadas a seções tubulares externas (22), caracterizada por todas as seções tubulares (22) serem alinhadas quando vistas em um corte transversal da seção tubular principal (1), com o eixo central (21) das seções tubulares externas (22) conectado às saídas (14) formando o mesmo ângulo θ entre 35 e 50 graus com um eixo vertical (3), na parte inferior da seção tubular principal.
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por retirar a mistura para tubos externos (22) e dispostos em 45 graus no eixo vertical (3).
9. Método de resfriamento de um fluido multifásico caracterizado por levar o fluido multifásico (10) para um sistema de fluxo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 6, dividindo o fluxo (10) em diversas frações do fluxo multifásico (20) e resfriando cada fração do fluxo (20) separadamente e coletando as frações do fluxo em um fluxo multifásico comum.
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