BR112014028541B1 - aparelho e método de mistura de pelo menos uma primeira fase fluídica com uma primeira densidade e uma segunda fase fluídica com uma segunda densidade - Google Patents

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Abstract

APARELHO E MÉTODO DE MISTURA DE PELO MENOS UMA PRIMEIRA FASE FLUÍDICA COM UMA PRIMEIRA DENSIDADE E UMA SEGUNDA FASE FLUÍDICA COM UMA SEGUNDA DENSIDADE A invenção se refere a um aparelho e a métodos relacionados de mistura de pelo menos a primeira fase fluídica com a primeira densidade e a segunda fase fluídica com a segunda densidade, o aparelho compreende o seguinte: pelo menos um contêiner (1), o contêiner compreende pelo menos uma entrada (2) para o fluido multifásico e pelo menos uma saída (3) na extremidade axial e inferior do contêiner (1), um dispositivo oco de regularização de fluxo (4) axialmente disposto no contêiner (1), em que a primeira extremidade do dispositivo de regularização de fluxo (4) é disposta à distância da saída (3), apresentando um fosso de drenagem (5) entre o dispositivo de regularização de fluxo (4) e a saída (3), cujo fosso de drenagem (5) tem uma área de drenagem, o dispositivo de regularização de fluxo (4) compreende uma série de perfurações (6) ao longo do seu comprimento axial e um meio de descarga (7) na primeira extremidade, cujo meio de descarga (7) abre em direção à saída (3), o dispositivo de regularização de fluxo (4) é conectado ao dispositivo de ajuste de posição (8), o dispositivo de ajuste de posição (8) é disposto para mover (...).

Description

[001] A invenção se refere a um aparelho submarino de mistura de fluxo multifásico, e a um método associado, que inclui um misturador de fluxo com uma entrada de fluxo multifásico e uma saída ajustável de gás/líquido.
Fundamentos da invenção
[002] No campo de tratamento de fluidos submarinos, é comum liberar o fluxo do poço de poços submarinos para seu ingresso no misturador de fluxo destinado a misturar ou homogeneizar o fluxo do poço ou da produção. Normalmente, a operação é realizada para que não haja escoamento de gás/líquido em golfadas, propiciando condições operacionais estáveis na bomba multifásica, cuja referida bomba é disposta a jusante do misturador de fluxo. O misturador de fluxo interrompe a energia do escoamento em golfadas, regulariza as flutuações do fluxo e atua como um coletor de areia. Normalmente, faz-se referência ao escoamento em golfadas como um sistema multifásico de fluxo de fluido caracterizado por uma série de pistões de fluxo (em golfadas) separados por recipientes de gás relativamente grandes. No fluxo vertical, a bolha tem a forma de uma bala de simetria axial que ocupa quase toda a área da seção transversal de um tubo. O fluxo gerado se alterna entre a composição de líquido elevada e a composição de gás elevada. O misturador de fluxo submarino convencional foi criado como um acumulador com restrição de fluxo fixa na saída do líquido. A área de fluxo restrita é definida com base na previsão do perfil do fluxo no poço, isto é, fluxo da produção, e deve eliminar a drenagem completa do líquido, durante a golfada do gás, e o transbordamento na golfada do líquido. O efeito atenuante na golfada do misturador de fluxo depende da área de fluxo da restrição, tamanho e geometria do vaso do misturador de fluxo.
[003] O misturador de fluxo de design convencional, isto é, criado com a pior combinação de fluxo nominal e golfado, durante sua existência útil, produz um misturador de tamanho físico e não prático à integração do módulo de uma bomba ou tubo. Caso o misturador de fluxo elaborado seja menor, a faixa de operação efetiva se torna mais limitada, podendo ser necessária uma etapa de substituição.Desta forma, são consideráveis os custos de intervenção referentes à recuperação e reinstalação de módulos submarinos, em particular, de tubos.
|004] O documento US 5035842 apresenta um alimentador de mistura não homogênea de líquido e gás em um vaso, para formar um corpo de gás acima de uma piscina de líquido. O líquido é alimentado da piscina por um tubo de descarga contendo uma constrição que forma um venturi. O gás é retirado do corpo de gás por um tubo estendido pela piscina de líquido, até o interior do tubo de descarga, para efetuar a mistura líquido-gasosa no Venturi. As perfurações no tubo de descarga ajustam as quantidades de gás e líquido que saem do vaso, para nele manter o gás e o líquido.
|005| O documento US 5135684 apresenta um sistema de mistura e medição de um processo multifásico. O líquido é abastecido no vaso, para formar uma piscina, e dele descarregado pelo venturi. O tubo ou tubos de abastecimento transporta outros líquidos e/ou gases de fontes distintas, ou por cima da piscina de líquido, até o interior do venturi, para ser misturados ao líquido. Os tubos de abastecimento podem se estender até a piscina e serem perfurados para manter o nível da piscina. Sensores de pressão estão associados ao venturi para medir o fluxo e a densitometria, propiciando as medições da taxa do fluxo de massa nas fases de gás e líquido. O aparelho pode ser incorporado em um cartucho receptor no receptáculo da instalação submarina.
[006] Além do supracitado, a invenção tem como objeto ajustar o fluxo de gás e líquido no aparelho de mistura em seu local, isto é, submarino, sem trazê-lo até a superfície.
[007| A invenção tem como outro objeto aumentar a área de drenagem do líquido, como parte de um plano de contingência, para retirar areia e detritos do misturador de fluxo.
Resumo da invenção
[008] A invenção é descrita e caracterizada nas reivindicações independentes, ao passo que as reivindicações dependentes descrevem outras características da invenção.
[009] A invenção, como já foi dito, refere-se a um aparelho para misturar pelo menos a primeira fase fluídica com a primeira densidade e a segunda fase fluídica com a segunda densidade. O aparelho compreende pelo menos um contêiner, o contêiner compreende pelo menos uma entrada para o fluxo multifásico e pelo menos uma saída na extremidade axial e inferior do contêiner, um dispositivo oco de regularização de fluxo axialmente disposto no contêiner, em que a primeira extremidade do dispositivo de regularização de fluxo é disposta à distância da saída, apresentando um fosso de drenagem entre o dispositivo de regularização de fluxo e a saída, cujo fosso de drenagem tem uma área de drenagem. O dispositivo de regularização de fluxo compreende uma série de perfurações ao longo do seu comprimento axial e um meio de descarga na primeira extremidade, cujo meio de descarga abre em direção à saída. O dispositivo de regularização de fluxo é conectado ao dispositivo de ajuste de posição, o referido dispositivo é disposto para mover do dispositivo de regularização de fluxo na direção axial, ajustando a área de drenagem do fosso de drenagem. O dispositivo de regularização de fluxo é móvel. Em uma modalidade preferida, a primeira fase fluídica é líquida, ao passo que a segunda fase fluídica é gasosa.
[010] Em outra modalidade, pode ser disposta uma primeira entrada, isto é, líquida, e uma segunda entrada, isto é, gasosa, no lugar da entrada de fluxo multifásico.
[011] Podem ser também dispostas uma, duas ou uma série de perfuração ao longo do comprimento axial do dispositivo de regulação de fluxo, as perfurações se estendem ao longo da circunferência do referido dispositivo. As perfurações podem ter qualquer diâmetro que faça o líquido ou gás fluírem por elas. A restrição do número de perfurações diminui o fluxo de líquido dentro do contêiner.
[012] Por depender do fluxo multifásico no poço ou da mistura de fluxo produzido e ingressa no contêiner, o fosso de drenagem pode ser ajustado de acordo com a mistura de fluxo no poço. Ao distanciar o dispositivo de regularização de fluxo da saída, uma quantidade maior de líquido flui pelo contêiner.De modo correspondente, ao mover o referido dispositivo em direção à saída, uma quantidade maior de gás flui pelo contêiner. Em outra aplicação da invenção, pode-se retirar a areia ou os detritos presos na saída do contêiner. A areia ou os detritos podem ser extraídos com o distanciamento do dispositivo supracitado da saída, fazendo com que eles sejam eliminados por ela.
[013] O líquido, que, em razão da gravidade, tende a ser absorvido na parte inferior do contêiner, próxima à saída, faz o gás percorrer a saída e cria uma mistura de gás/líquido. Isto ocorre pela diferença de pressão entre o interior do contêiner e a jusante da saída externa a ele. A diferença de pressão pode ser criada por uma constrição, isto é, um venturi, uma bomba ou meios similares conhecidos do técnico conhecedor. O gás sai da fase de gás, isto é, o gás permanece na parte superior do contêiner, pelo dispositivo de regularização de fluxo, que prolonga o líquido dentro do contêiner, até o meio de descarga, para efetuar a mistura do líquido e do gás pela saída.
[014] Em uma modalidade do aparelho, o dispositivo de ajuste de posição pode ser conectado na segunda extremidade do dispositivo de regularização de fluxo.
|015| Em outra modalidade, o fluxo multifásico se separa pelo menos na primeira fase fluídica e na segunda fase fluídica no contêiner, a entrada e a saída são dispostas, de modo que a fase fluídica com a maior densidade se separa na extremidade axial e inferior e próxima à saída.
[016] Em mais uma modalidade, o contêiner converge como um cone limítrofe na saída. O cone limítrofe pode ter forma linear, curva, afunilada ou de gargalo.
|017| Em uma modalidade, o diâmetro do dispositivo de regularização de fluxo é substancialmente igual ao da saída.
[018] Em outra modalidade, o dispositivo de ajuste de posição compreende uma interface externa no exterior do contêiner.
|019] Em mais uma modalidade, a interface externa é disposta para ser manipulada peloso meios do manipulador ROV, ferramenta de torque ou atuador ligado no sistema de controle submarino. A interface externa pode ter a forma de uma porca, parafuso ou qualquer outra interface apropriada à manipulação por um dos meios supracitados. Ao manipular a interface externa, o dispositivo de ajuste de posição é ativado e o dispositivo móvel de regularização de fluxo se move na direção axial, modificando o fosso de drenagem, além da área de drenagem, entre a saída e a extremidade axial e inferior do dispositivo de regularização de fluxo.Dependendo da mistura do fluxo multifásico na entrada, o fosso de drenagem pode ser ajustado de acordo com a mistura do fluxo multifásico.
[020] Em uma modalidade, o aparelho pode incluir meios de medição para medir as taxas de fluxo dos componentes no fluxo multifásico, e, dependendo das taxas de fluxo medidas, pode-se ajustar a área de drenagem ao mover o dispositivo de regularização de fluxo em sua direção axial, fazendo fluir uma quantidade relativa de gás ou líquido pela saída.
[021] Além do supracitado, a invenção também se refere a um método de mistura de pelo menos uma primeira fase fluídica com a primeira densidade e a segunda fase fluídica com a segunda densidade, o método compreende as seguintes etapas:
[022]- disposição de pelo menos um contêiner, o contêiner compreende pelo menos uma entrada para o fluido multifásico e pelo menos uma saída na extremidade axial e inferior do contêiner,
[023]- disposição de um dispositivo oco de regularização de fluxo axialmente disposto no contêiner, a primeira extremidade do dispositivo de regularização de fluxo é disposta à distância da saída, apresentando um fosso de drenagem entre o dispositivo de regularização de fluxo e a saída, cujo fosso de drenagem tem uma área de drenagem, o dispositivo de regularização de fluxo compreende uma série de perfurações ao longo do seu comprimento axial e um meio de descarga na primeira extremidade, cujo meio de descarga abre em direção à saída,
[024]-conexão do dispositivo de regularização de fluxo ao dispositivo de ajuste de posição,
[025]-ajuste da área de drenagem do fosso de drenagem pela manipulação do dispositivo de ajuste de posição.
[026] A invenção é descrita a seguir em modalidades não limitadas e com referência aos seguintes desenhos anexados:
Breve descrição dos desenhos
[027] A Figura 1 mostra um exemplo do aparelho de mistura do estado da técnica.
[028] A Figura 2 mostra uma modalidade do aparelho de mistura da invenção.
Descrição detalhada de uma modalidade preferencial
[029]A Figura 1 mostra um exemplo do aparelho de mistura do estado da técnica, em que o referido aparelho é exemplificado como um contêiner 1. O contêiner 1 tem uma entrada 2 para o fluido multifásico. O fluido multifásico compreende uma mistura de pelo menos uma primeira fase de fluido com a primeira densidade, isto é, líquida, e segunda fase de fluido com a segunda densidade, ou seja, gasosa. Uma saída 3 é disposta na extremidade axial e inferior do contêiner 1. O nível de líquido dentro do contêiner lé mostrado como uma interface de gás-líquido 10. Um dispositivo oco de regularização de fluxo 4 é disposto axialmente dentro do contêiner 1, conectado na parte superior da sua superfície interna 1, e estendido por uma distância fixa em direção à saída 3. O dispositivo de regularização de fluxo 4 abre em direção à saída 3 pelo meio de descarga 7. Além disso, o dispositivo de regularização de fluxo 4 é disposto com perfurações 6 ao longo das suas circunferências, cujas perfuração 6 se estendem ao longo do comprimento axial do referido dispositivo 4. Um fosso de drenagem 5 forma uma área de drenagem fixa entre a extremidade axial e inferior do dispositivo de regularização de fluxo 4 e a saída 4. O fluido multifásico que ingressa pela entra 2, em razão da gravidade, separa- se entre a fase de gás e fase de líquido dentro do contêiner 1, mostrado na interface de gás-líquido 10. O gás flui pelas perfurações 6 até o interior do dispositivo de regularização de fluxo 4. O líquido, que, em razão da gravidade, se separa na parte inferior do contêiner 1 próxima à saída 3, expele gás pelo meio de descarga 7, e o fluxo de mistura líquido-gasosa flui pela saída 3, como um fluxo homogêneo. Isto ocorre pela diferença de pressão entre o interior do contêiner le a jusante da saída 3. A diferença de pressão pode ser criada pela constrição da área de fluxo, isto é, por um venturi (não mostrado) ou uma bomba que gera pressão de sucção.
[030] A Figura 2 mostra uma modalidade do aparelho de mistura de acordo com a invenção. Semelhante à figura 1, ela mostra um contêiner 1 com uma entrada 2 para o fluxo multifásico. Uma saída 3 é disposta na extremidade axial e inferior do contêiner 1. O nível de líquido dentro do contêiner 1 é mostrado como uma interface de gás-líquido 10. Um dispositivo oco de regularização de fluxo 4 é disposto axialmente dentro do contêiner 1, conectado no dispositivo de ajuste 8 na extremidade axial e superior do container, cujo dispositivo de ajuste 8 compreende uma disposição flexível 11 e uma interface externa 9. O dispositivo de regularização de fluxo 4 abre em direção à saída 3 pelo meio de descarga 7. Além disso, o dispositivo de regularização de fluxo 4 é disposto com perfurações 6 ao longo da sua circunferência, cujas perfuração 6 se estendem ao longo do comprimento axial do referido dispositivo 4. A interface externa 9 é disposta no exterior do contêiner 1 e pode ser manipulada por fora.A interface externa 9 pode ter a forma de um parafuso, porca ou qualquer outra interface apropriada à manipulação pelo manipulador R.OV, ferramenta de torque ou atuador ligado no sistema de controle submarino (não mostrado). Ao manipular a interface externa 9 no dispositivo de ajuste de posição 8, o referido dispositivo 8 movimenta o dispositivo de regularização de fluxo 4 na direção axial, como o do fosso de drenagem 5, modificando a área de drenagem entre a extremidade axial e inferior do referido dispositivo 4 e a saída 3. Dependendo da mistura do fluxo multifásico na entrada 2, o fosso de drenagem 5 pode ser ajustado de acordo com a mistura do fluxo multifásico. Ao distanciar o dispositivo de regularização de fluxo 4 da saída 3, uma quantidade maior de líquido flui pelo contêiner 1.De modo correspondente, ao mover o referido dispositivo 4 em direção à saída 3, uma quantidade maior de gás flui pelo contêiner 3. Em casos de acúmulo de areia ou detritos na saída do contêiner 3, o dispositivo de regularização de fluxo 4 pode ser distanciado a saída 3, eliminando-os pela saída 3.
[031] Com o uso da disposição supradescrita, pode-se ajustar a quantidade de líquido e/ou gás, que flui do misturador de fluxo até a saída, minimizando o escoamento em golfadas.
[032] A invenção acima é apresentada em modalidades não limitativas. O técnico conhecedor observará que podem ser feitas alterações e modificações nas modalidades que integram o âmbito da invenção, na forma descrita nas reivindicações anexadas.

Claims (9)

1.Aparelho de mistura de pelo menos uma primeira fase fluídica com uma primeira densidade e uma segunda fase fluídica com uma segunda densidade, o aparelho compreendendo o seguinte: pelo menos um contêiner (1), o contêiner compreende pelo menos uma entrada (2) para o fluido multifásico e pelo menos uma saída (3) na extremidade axial e inferior do contêiner (1), um dispositivo oco de regularização de fluxo (4) axialmente disposto no contêiner (1), em que a primeira extremidade do dispositivo de regularização de fluxo (4) é disposta à distância da saída (3), apresentando um fosso de drenagem (5) entre o dispositivo de regularização de fluxo (4) e a saída (3), cujo fosso de drenagem (5) tem uma área de drenagem, o dispositivo de regularização de fluxo (4) compreende uma série de perfurações (6) ao longo do seu comprimento axial e um meio de descarga (7) na primeira extremidade, cujo meio de descarga (7) abre em direção à saída (3), caracterizado por o dispositivo de regularização de fluxo (4) ser conectado ao dispositivo de ajuste de posição (8), o dispositivo de ajuste de posição (8) é disposto para mover o dispositivo de regularização de fluxo (4) na direção axial, ajustando a área de drenagem do fosso de drenagem (5).
2.Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dispositivo de ajuste de posição (8) ser conectado à segunda extremidade do dispositivo de regularização de fluxo (4) por uma disposição flexível (11).
3.Aparelho de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por a entrada (2) e a saída (3) serem dispostas, de modo que a fase fluídica se separa pelo menos na primeira fase fluídica e na segunda fase fluídica no contêiner (2), a fase fluídica com a maior densidade se separa na extremidade axial e inferior, próxima à saída (3).
4.Aparelho de acordo com as reivindicações 1, 2 e 3, caracterizado por o contêiner (1) convergir como um cone limítrofe na saída (3).
5.Aparelho de acordo com as reivindicações 1 a 4, caracterizado por o diâmetro do dispositivo de regulagem de fluxo (4) ser substancialmente igual ao diâmetro da saída (3).
6.Aparelho de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por o dispositivo de ajuste de posição (8) compreender uma interface externa (9) disposta no exterior do contêiner (1).
7.Aparelho de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a interface externa (9) ser disposta para ser manipulada pelos meios do manipulador ROV, uma ferramenta de torque ou um atuador ligado em um sistema de controle submarino.
8.Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por a disposição de um venturi a jusante da saída.
9.Método de mistura de pelo menos uma primeira fase fluídica com uma primeira densidade e uma segunda fase fluídica com uma segunda densidade, utilizando o aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1 a 8, caracterizado por compreender as seguintes etapas: -disposição de pelo menos um contêiner (1), o contêiner (1)compreende pelo menos uma entrada (2) para o fluido multifásico e pelo menos uma saída (3) na extremidade axial e inferior do contêiner (1), -disposição de um dispositivo oco de regularização de fluxo (4) axialmente disposto no contêiner (1), a primeira extremidade do dispositivo de regularização de fluxo (4) é disposta à distância da saída (3), apresentando um fosso de drenagem (5) entre o dispositivo de regularização de fluxo (4) e a saída (3), cujo fosso de drenagem (5) tem uma área de drenagem, o dispositivo de regularização de fluxo (4) compreende uma série de perfurações (6) ao longo do seu comprimento axial e um meio de descarga (7) na primeira extremidade, cujo meio de descarga abre em direção à saída (3), -conexão do dispositivo de regularização de fluxo (4) ao dispositivo de ajuste de posição (8), -ajuste da área de drenagem do fosso de drenagem (5) pela manipulação do dispositivo de ajuste de posição (8).
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