BR112016030402B1 - Sistema para bombagem ou compressão submarina - Google Patents

Abstract

SISTEMA PARA BOMBAGEM OU COMPRESSÃO SUBMARINA. Sistema para a bombagem ou compressão submarina, que compreende: uma ESP (bomba submersível elétrica), um jumper do fluxo de linha, uma parte do conector em cada extremidade do jumper da linha de fluxo; e uma disposição para levantamento, a ESP foi disposta no jumper da linha de fluxo que foi orientado essencialmente na horizontal e de forma distinta, sendo que o sistema compreende ainda: uma disposição de reforço, garantindo uma haste ESP reta em todos os momentos durante a elevação, instalação e operação, e uma disposição limitadora da carga para limitar ou eliminar a carga sobre a estrutura e do fundo do mar que suporta o sistema.

Description

[001] Área da invenção

[002] A presente invenção refere-se a uma ligação submarina, produção submarina e aumento da pressão submarina de hidrocarbonetos ou outros fluxos submarinos manipulados na indústria do petróleo. Mais especificamente, a invenção refere-se a um sistema para bombagem ou compressão submarina, que compreende uma Bomba Submersível Elétrica (ESP).

[003] Antecedentes da invenção e técnica anterior

[004] Uma bomba submarina, de acordo com a terminologia habitual na arte, é uma bomba concebida para ser operada localizada em ou perto do fundo do mar. Correspondentemente, bombagem submarina significa bombear com bombas submarinas dispostos sobre ou perto do fundo do mar. Ao contrário disso, uma Bomba Submersível Elétrica (ESP) é, de acordo com a terminologia habitual na arte, uma bomba de fundo de poço que deve ser disposta no fundo de um poço para bombear o fundo do poço. Pode ser utilizada uma terminologia correspondente para compressores. Correspondentemente, um propulsor da pressão submarina é uma bomba ou um compressor submarino para aumentar a pressão submarina.

[005] Existe uma procura de aumentos de pressão submarina para diferentes aplicações.

[006] As bombas submarinas tradicionais são projetados para lidar com taxas de fluxo bastante grandes e com fortes necessidades de aumentar a pressão. Tais bombas normalmente requerem o fornecimento de fluido de barreira, a monitorização extensiva e disposições múltiplas, o que faz com que as instalações com tais bombas sejam complexas, volumosas, pesadas e caras em termos de fabrico e instalação.

[007] Nos casos em que há uma necessidade de aumentar as baixas taxas de fluxos a partir de um único poço ou alguns poços, foram feitas várias tentativas para aplicar bombas de fundo do poço - as chamadas Bombas Submersíveis Elétricas (ESP) - no fundo do mar. Essas bombas têm uma ampla aplicação para a elevação artificial de poços quando são colocadas no fundo do poço. Estas bombas são acionadas por um motor elétrico alimentado por meio de um cabo fixado à tubagem de produção. São máquinas desenvolvidas com extensos registos, comercialmente disponibilizadas por vários fornecedores, sendo que Schlumberger e Baker Hughes são os maiores. Uma vez que são concebidas para serem colocadas no fundo de um poço estreito, elas são longas e estreitas. O comprimento pode ir até 40 metros e a potência total instalada pode alcançar e exceder 1 MW, normalmente cerca de 20 m de comprimento e cerca de 1 MW de potência instalada.

[008] É descrita uma disposição para colocar ESPs no fundo do mar na pat. US. 7 565 932, "Subsea flowline jumper containing ESP" por Baker Hughes Inc. A patente descreve o conceito básico de instalação de uma ESP numa secção geralmente horizontal de um jumper da linha de fluxo. Tais jumpers da linha de fluxo são normalmente utilizados para ligar várias unidades num sistema de produção submarina, em que os jumpers da linha de fluxo têm um conector vertical em cada extremidade. Através da troca da secção horizontal do tubo do jumper da linha de fluxo por uma secção alargada que contém uma ESP, é possível facilitar a instalação.

[009] Na pat. US 7 516 795, "Subsea Petroleum Production System Method of Installation and Use of the Same” por Petrobras, tem sido descrito um sistema de bombagem submarino onde as ESPs instaladas em tubos estão montadas numa cassete. As ESPs estão ligadas em série e montadas com um ângulo de até 5 graus a partir da horizontal. A cassete está montada sobre uma base de fluxo. A cassete e a base de fluxo podem ser instaladas através de um cabo de embarcações de serviço, a fim de reduzir o tempo e custo.

[010] Uma outra disposição é descrita na patente US 8 500 419 "Subsea pumping system with interchangeable pumping units” por Schlumberger. Esta patente descreve uma disposição similar de uma ou mais ESPs em secções de tubagens submarinas geralmente horizontais. A referida patente descreve um módulo de bombagem que contém uma ou várias unidades de bombagem montadas sobre um patim. As unidades de bomba, cada uma possuindo bombas impulsionadas eletricamente (ESPs) montadas numa secção tubular, podem ser obtidas individualmente. O patim da bomba inclui vários subsistemas adicionais: controlador, sensor, montagem de tubos, conectores hidráulicos/elétricos, válvulas de isolamento e pelo menos uma válvula de derivação do fluido.

[011] A patente US 8 083 501 "Subsea pumping system including a skid with mate-able electrical and hydraulic connections” também por Schlumberger, descreve uma versão mais generalizada do sistema descrito na patente US 8 500 419. As duas patentes são arquivados na mesma data. A patente US 8 083 501 tem a mesma disposição da US 8 083 419, mas descreve um módulo de bomba horizontal autocontido, que contém uma bomba centrífuga acionada por um motor elétrico. A descrição abrange bombas horizontais impulsionadas por eletricidade de um modo geral - montadas num invólucro pressurizado num patim.

[012] As bombas longas e finas, que se destinam a ser aplicadas em fundos de poços, não são ideais para a utilização submarina. Em contrapartida, as típicas bombas submarinas são mais compactas e dispostas para uma instalação e extração vertical. Uma bomba submarina é normalmente montada sobre uma base de fluxo que tem uma disposição múltipla simples para o encaminhamento do fluxo dentro e fora da bomba, permitindo ainda a derivação no caso de interrupção da bomba. As patentes US 7 516 795, 8 500 419 e 8 083 501 acima mencionadas descrevem uma disposição submarina típica das respetivas bombas montadas sobre uma base. Essa base é cara em termos de fabrico e de instalação. As referidas bombas estão dispostas numa estrutura que acrescenta peso e custo.

[013] As operações submarinas são caras e a fiabilidade do equipamento é, por isso, um dos mais importantes critérios de seleção. O equipamento rotativo tem necessidade de uma operação mais frequente do que o equipamento fixo, e a conceção deve, por isso, contemplar uma elevada fiabilidade e operacionalidade.

[014] As ESPs têm uma vida útil limitada em comparação com bombas submarinas, em parte devido à conceção e em parte devido ao ambiente muito exigente do fundo do poço onde normalmente são instaladas. O intervalo típico para recuperação da operacionalidade é 2-4 anos.

[015] No entanto, se a disposição descrita na publicação do estado tecnológico atual da patente US 7 565 932 pudesse ser melhorada em relação à fiabilidade, robustez, simplicidade, custo e instalação/recuperação, a indústria do petróleo teria vantagens e iria aumentar o uso de ESPs submarinas, em ou perto do fundo do mar.

[016] O objetivo da presente invenção é melhorar a tecnologia do estado atual da técnica, conforme descrito na Patente US 7 565 932.

[017] Sumário da Invenção

[018] A invenção proporciona um sistema de bombagem ou compressão submarina, que compreende:

[019] Uma ESP (bomba submersível elétrica),

[020] um jumper do fluxo de linha,

[021] uma parte do conector em cada extremidade do jumper da linha de fluxo; e

[022] uma disposição para levantamento,

[023] a ESP foi disposta no jumper da linha de fluxo que foi orientado substancialmente na horizontal. O sistema é característico pelo facto de compreender ainda:

[024] uma disposição de reforço, garantindo uma haste ESP reta em todos os momentos durante a elevação, instalação e operação, e

[025] uma disposição limitadora da carga para limitar ou eliminar a carga sobre a estrutura e do fundo do mar que suporta o sistema.

[026] O termo ESP significa, neste contexto, uma bomba concebida e normalmente utilizada em fundos de poços, conforme anteriormente descrito. A frase "jumper da linha de fluxo que foi orientado substancialmente na horizontal" significa um jumper da linha de fluxo orientado horizontalmente ou ligeiramente inclinado. O ângulo de meios ligeiramente inclinado de uma orientação horizontal para menos de 5°, 3°, 2° ou 1° da horizontal. "substancialmente na horizontal", "substancialmente horizontal" e "geralmente horizontal" têm o mesmo significado neste contexto. Para aumentar a pressão do líquido com um pouco de gás, o gás pode ser restringido na entrada do fluxo para a ESP por essa referida inclinação, e para pressurizar o gás com algum líquido, o líquido pode ser restringido. O jumper da linha de fluxo tem uma maior área de secção transversal e espessura da parede devido ao interior da ESP, em comparação com um jumper da linha de fluxo comum sem ESP. A frase "uma disposição de reforço, garantindo uma haste ESP reta em todos os momentos durante a elevação, instalação e operação" significa um endurecimento suficiente para evitar encurtar a vida útil na elevação no ar e na elevação em água como num procedimento de instalação normal, tal como em comparação com a vida de funcionamento concebida sem a dita elevação. Com a frase "uma disposição limitadora da carga para limitar ou eliminar a carga sobre a estrutura e do fundo do mar que suporta os conectores” entende-se que a carga está limitada ao sistema, tendo um peso que não sobrecarrega a subestrutura e o solo, em comparação com a carga da conceção para um jumper da linha de fluxo comum sem uma ESP e uma disposição de reforço. A disposição de reforço e a disposição limitadora de carga estão organizadas para a parte do jumper da linha de fluxo do sistema para proporcionar linearidade da haste da ESP e limitação da carga, respetivamente, ou combinados como uma estrutura proporcionando tanto a linearidade da haste da ESP como a limitação da carga.

[027] De preferência, a disposição limitadora de carga compreende elementos de flutuabilidade. Tais elementos são, de preferência, feitos a partir de espuma sintática com a necessária vida de funcionamento. Em alternativa, podem ser utilizados como elementos de flutuabilidade vários pequenos tanques ou secções de tubagens cheios com material de flutuação com base em gás ou espuma.

[028] A compensação da flutuabilidade é, de preferência, de 4-6 toneladas métricas, uma vez que este é um típico peso adicional de um sistema da invenção, em comparação com um jumper de linha de fluxo comum. A compensação da carga ou do peso pelo material de flutuabilidade pode, contudo, resultar num sistema de flutuabilidade aproximadamente neutra conforme instalado e conectado e ir até baixo para 1 tonelada métrica. Se for utilizada a flutuabilidade quase neutra, resultando num peso do sistema submerso inferior a 500 kg, podem ser incluídos elementos de peso no sistema durante o manuseamento e a instalação, pelo menos enquanto imerso, após cuja instalação os elementos de peso podem ser removidos, o que representa um modelo privilegiado da invenção. Correspondentemente pode ser conseguida uma carga muito baixa na estrutura de suporte e no fundo do mar, ao mesmo tempo que ainda permite a instalação eficaz.

[029] De preferência, a disposição de reforço compreende uma estrutura de treliça ou nervuras longitudinais montadas ou soldadas ao tubo que contém a ESP, ou ambas - uma estrutura de treliça e nervuras longitudinais. São convenientes pelo menos três estruturas de nervuras longitudinais dispostas 120° além em torno da circunferência. Uma estrutura de reforço adicional ou alternativa compreende uma ou mais pernas de suporte dispostas na secção intermédia ou ao longo do jumper que contém a ESP.

[030] Num modelo privilegiado estão combinadas a disposição limitadora de carga e a disposição de reforço. Um exemplo disso são secções de tubagens paralelas cheias de gás ou de material de flutuabilidade ou uma estrutura similar disposta em relação ao jumper da linha de fluxo que proporciona rigidez e flutuabilidade com uma estrutura.

[031] Preferencialmente, cada parte do conector ou adaptador ou conector compreende uma válvula de isolamento, para evitar fugas para o meio ambiente durante a instalação, substituição ou recuperação do sistema.

[032] O sistema pode, de preferência, compreender uma linha de derivação separada e controlada por uma válvula operada eletricamente que fecha quando a energia é aplicada à ESP.

[033] O sistema pode compreender uma estrutura de atracagem intermédia que pode ser montada em locais onde o jumper que contém a ESP tem de estar a um ângulo comparativamente com o jumper inicial para permitir espaço suficiente para a instalação. A estrutura de atracagem intermédia foi, de preferência, adaptada para a instalação de mais do que um jumper da linha de fluxo que contém ESPs, de preferência, a estrutura de atracagem intermédia compreende válvulas e distribuidores que permitem o encaminhamento do fluxo.

[034] A estrutura de atracagem intermédia compreende, de preferência, um ou mais dos seguintes: distribuidores e válvulas que permitem que pelo menos duas ESPs funcionem em paralelo, distribuidores e válvulas que permitem que pelo menos duas ESPs funcionem em série, distribuidores e válvulas para um tubo de derivação, sendo as válvulas preferencialmente válvulas ativadas remotamente.

[035] O sistema da invenção proporciona o aumento da pressão submarina, ao mesmo tempo que elimina o peso e custo de fazer um patim de bomba e garante funcionalidades de ligação e isolamento seguras. O sistema da invenção proporciona um aumento de pressão relativamente simples e de baixo custo, permitindo o uso também quando a estrutura de suporte ou o fundo do mar não podem tolerar mais cargas, o que é uma questão muito relevante em áreas desenvolvidas, estando muitas vezes o fundo do mar de solo macio sobrecarregado por estruturas antigas já existentes.

[036] O sistema aumenta ainda mais a aplicação numa variedade de campos submarinos, utilizando estruturas de pé de atracagem intermédias, às quais o sistema pode ser ligado. A conexão a tais estruturas de atracagem pode ser feito através de mangueiras flexíveis, conexões horizontais ou verticais.

[037] O sistema pode ainda ser utilizado em zonas onde a proteção de arrasto é necessária por ter a secção de tubo localizada no ou perto do fundo do mar. O sistema pode compreender um tapete de proteção colocado por cima da secção de tubo e uma estrutura de proteção local nos centros de conexão. Nessas zonas, será utilizada uma ligação horizontal e método de conexão.

[038] O sistema da invenção estabelece uma versão melhorada de uma ESP submarina instalada com base no conceito básico da pat US. 7 565 932, resolvendo as seguintes questões-chave:

[039] O aumento de peso das ESPs instalados, tendo em conta uma carga adicional sobre os suportes do conector e outra estrutura submarina existente em cada extremidade do jumper, será reduzido ou eliminado

[040] É eliminado o risco de dobrar o tubo que contém a ESP (devido ao peso acrescido) e, assim, de desafiar a estabilidade dinâmica do rotor do conjunto motor-bomba da ESP

[041] Os centros de conexão originais instalados permanentemente, por normal, não têm válvulas de isolamento para conter hidrocarbonetos durante a instalação e recuperação. Tais modificações não podem ser feitas aos centros de conectores instalados permanentemente. O sistema da invenção lida com essa questão.

[042] Se a existente disposição/arquitetura de campo não tiver a distância horizontal necessária entre os centros de conexão existentes para permitir a instalação do sistema diretamente nesses conectores, a instalação do sistema pode ser realizada num ou dois centros de atracagem intermédios, quer pré-instalados ou desembarcados com o jumper no fundo do mar perto dos pontos de conexão existentes.

[043] Ao contrário dos sistemas das patentes US 7 516 795, 8 500 419 (tubagens que contêm uma unidade de bombagem tipo ESP) e 8 083 501 (uma unidade de bomba mais generalizada), que são todos montados em patins submarinos e que são complexos, pesados e caros, o sistema da invenção pode utilizar as bases existentes nos pontos de ligação, sem sobrecarregar os referidos pontos de ligação ou estrutura de suporte ou fundo do mar.

[044] O sistema da presente invenção é leve, fácil de instalar, com o mínimo equipamento adicionado, necessitando apenas da fonte de alimentação elétrica, a fim de funcionar como uma estação impulsionadora. A localização no fundo do mar permite uma melhor refrigeração da ESP do que a localização no fundo do poço, e contribui para uma maior fiabilidade das bombas mais curtas com maior diâmetro, que funcionam a uma menor velocidade do que as versões de fundo de poço.

[045] Figuras

[046] A Figura 1 apresenta uma disposição típica do jumper da linha de fluxo, não de acordo com a invenção.

[047] As Figuras com os números 2A, 2B, 3, 4, 5, 6, 7A-D, 8A-D e 9 ilustram modelos do sistema da invenção, ou os seus pormenores, conforme explicado em detalhe abaixo.

[048] Descrição detalhada

[049] Em forma de uma ilustração da técnica atual, e não de acordo com a invenção, a Figura 1 ilustra uma disposição típica do jumper da linha de fluxo (1) com partes do conector verticais (2) em cada extremidade para ligação a uma árvore x-mas e com um distribuidor, respetivamente . Uma disposição semelhante pode também ser feita numa versão horizontal. Neste caso, serão utilizados conectores horizontais em vez dos verticais. As disposições horizontais são normalmente utilizadasonde possa estar a decorrer uma atividade de arrasto. A linha de fluxo será, em tais casos, dividida, localizada junto do ou no fundo do mar. Normalmente é colocado um tapete protetor de arrasto removível ou uma disposição semelhante em cima da linha de fluxo, se não estiver dividida.

[050] A Figura 2A ilustra um modelo privilegiado da invenção onde há espaço suficiente entre os pontos de ligação para substituir diretamente o jumper existente pela nova unidade de jumper (3). Uma nova versão de jumper tem as mesmas peças do conector (2), mas tem uma nova secção intermédia (4) que contém a ESP (5) no interior de uma secção geralmente horizontal da linha de fluxo (6). A Figura 2B ilustra uma variação do modelo como para a Figura 2A, em que cada peça do conector inclui um adaptador de conector (7) em cada extremidade do novo jumper, entre a parte do conector da conceção original para a árvore x-mas e o distribuidor, respetivamente, e a secção intermédia. Este adaptador compreende uma válvula de isolamento (8) e um novo conector com a nova peça de conector (9). A parte inicial do conector é permanentemente deixada no local com a válvula de isolamento quando a secção intermédia com novas peças de conector é colocada em funcionamento. Isto permite fechar a linha de fluxo antes de puxar o jumper, para evitar o derramamento no mar. Isto resolve uma questão importante relacionada com a substituição de um jumper existente por um jumper da ESP, uma vez que tais válvulas de isolamento não estão normalmente no lugar no sistema existente. Esta disposição também permite a seleção de um novo conector que está perfeitamente adaptado para a rápida e fiável recuperação e a reinstalação e padronização de ferramentas necessárias.

[051] A Figura 3 ilustra um outro modelo privilegiado da invenção. Esta versão pode ser usada nos casos em que não há espaço suficiente entre os pontos de conexão para a substituição direta do jumper original por uma nova unidade de jumper da ESP (10). Pelo menos uma estrutura de atracagem intermédia (12) está, numa situação dessas, situada entre os pontos de ligação originais. A Figura 3 mostra duas dessas estruturas de atracagem. Tais estruturas são tipicamente pousadas no fundo do mar num tapete de lama ou fundação similares. Elas têm um simples distribuidor, que liga o fluxo que entra e sai. Elas podem estar dispostas com válvulas de isolamento (8) e novas peças do conector (9) adequadas para uma fácil recuperação, nova atracagem e conexão do jumper da ESP (10). São utilizados jumpers adequados (11) na ligação das estruturas de atracagem intermédias com os centros de conexão inicial. Os jumpers 10 e 11 serão normalmente montados num ângulo um em relação ao outro, permitindo mais liberdade para localizar o equipamento se o fundo do mar for um espaço limitado na área.

[052] A Figura 4 ilustra um modelo da invenção, onde o jumper da ESP (10) está equipado com uma estrutura de treliça (13) para tornar a secção geralmente horizontal do jumper que contém a ESP (6) suficientemente rígida para evitar que dobre significativamente. As peças verticais dos conectores (9) estão montadas em cada extremidade. O conector húmido-mate (14) para a alimentação de energia elétrica para a ESP está montado na estrutura de treliça.

[053] A Figura 5 ilustra um modelo alternativo da invenção onde o jumper da ESP (10) está equipado com nervuras (15) e os elementos de flutuabilidade (16). Três dessas nervuras estão normalmente localizadas 120 afastadas para tornar a seção geralmente horizontal do jumper que contém a ESP suficientemente rígida, de modo a evitar que dobre significativamente. As nervuras cobrem normalmente todo o comprimento do tubo do jumper e têm um tamanho que reduz a flexão a um nível aceitável. As peças verticais dos conectores (9) estão montadas em cada extremidade. O conector húmido- mate (14) para a alimentação de energia elétrica da ESP é montado sobre uma das nervuras. Os elementos de flutuabilidade (16) são montados entre as nervuras no tubo da ESP. Os elementos de flutuabilidade estão dimensionados para compensar o peso adicional, incluindo a ESP e o tubo de grande diâmetro que contém a bomba. Deste modo, os pontos de ligação não terão nenhum peso acrescido significativo em comparação com a carga inicial.

[054] Os elementos de flutuação semelhantes podem ser montados no interior ou anexados à estrutura de treliça apresentada na Figura 4 para a mesma finalidade, conforme descrito aqui.

[055] Sob modelo privilegiado, a limitação da carga do sistema da invenção pode ser melhorada pela adição de mais flutuabilidade, reduzindo o peso do sistema para um valor menor do que a carga inicial do jumper sem uma ESP, aumentando desse modo a integridade estrutural. Isto é sobretudo viável para campos desenvolvidos com estrutura de suporte sobrecarregada e campos com fundo do mar fraco ou instável. O peso adicional necessário para instalação eficaz pode ser, de preferência, uma parte da disposição de levantamento, e poder ser recuperado após a instalação.

[056] A Figura 6 ilustra uma forma adicional ou alternativa de jumpers de suporte que contém uma ESP para evitar flacidez. A secção intermédia do tubo horizontal compreende pelo menos uma perna de suporte ajustável (21). A perna compreende uma fundação que repousa no fundo do mar e pode ser ajustada para se obter um suporte adequado.

[057] A Figura 7 ilustra quatro disposições alternativas de jumpers que contêm uma ESP (5) atracada em duas estruturas de atracagem intermédias (12).

[058] Na Figura 7A é utilizado um único jumper de ESP. A válvula de isolamento (8a) está definida na posição aberta durante a operação.

[059] Na Figura 7B é utilizado um único jumper de ESP em paralelo com outro tubo sem ESP. O tubo sem ESP pode ser utilizado para de derivação, se necessário. Se, por exemplo, a ESP deve estar fora de operação, o fluxo pode ser encaminhado através deste tubo de derivação. A válvula de isolamento (8a) para o tubo que contém uma ESP está definida na posição fechada durante a operação de derivação. O tubo de derivação também pode permitir a tubagem através do sistema.

[060] Na Figura 7C são utilizados dois jumpers da ESP em paralelo para aumentar a capacidade. As válvulas de isolamento ligadas tubos da ESP estão definidas na posição aberta durante a operação.

[061] Na Figura 7D, dois jumpers da ESP estão ligados em série para uma maior capacidade de aumentar a pressão. Um terceiro tubo, que não possui a ESP e que liga a saída da primeira ESP com a entrada à segunda ESP permitirá este modo de operação. As válvulas de isolamento estão definidas na posição aberta durante a bombagem.

[062] A Figura 8 ilustra uma disposição alternativa em que os distribuidores nas estruturas de atracagem intermédias estão redispostos para possibilitar vários modos de operação, alterando a posição da válvula. Três tubos (17a, 17b e 17c) estão dispostos em paralelo. O tubo 17a e 17c contêm ESPs e o tubo 17b servem de linha de derivação. As válvulas de isolamento 18a, 18b e 18c encontram-se na entrada de cada um dos tubos, enquanto as válvulas de isolamento 18d, 18e e 18f estão localizados nas respetivas saídas. A válvula de encaminhamento 19 situa-se no cabeçalho de ligação cruzada da entrada entre o tubo número um e dois (17a e 17b), enquanto a válvula 20 está localizada no cabeçalho de ligação cruzada da saída entre as saídas do tubo dois e três (17b e 17c). Também pode ser disposta uma configuração com três ESPs em paralelo (não apresentado). As válvulas são normalmente controladas remotamente para um reencaminhamento eficiente do fluxo.

[063] A Figura 8A ilustra uma única operação de ESP. Uma segunda ESP pode ser instalada como backup. A linha de derivação e a ESP de backup ESP são fechadas. As válvulas 18a, 18d e 20 estão abertas. As outras válvulas estão fechadas.

[064] A Figura 8B ilustra uma operação de derivação, sem ESPs em operação. As duas ESPs estão fechadas. As válvulas 19, 18b, 18e e 20 estão abertas. As outras estão fechadas.

[065] A Figura 8C ilustra uma operação paralela de duas ESPs. A derivação está fechada. As válvulas 18b e 18e estão fechadas. As restantes válvulas estão abertas.

[066] A Figura 8D ilustra o funcionamento em série de duas ESPs. A linha de derivação é usada para ligar as duas ESPs. As válvulas 19 e 20 estão fechadas, todas as outras válvulas estão abertas.

[067] A Figura 9 ilustra um quadro de suporte do tubo (22) geralmente montado em cada extremidade dos jumpers ilustrados nas Figuras 4 e 5. O quadro permite a expansão/contração induzida da na direção do eixo do tubo. Porém, o quadro transfere binário e carga na direção vertical para o centro do conector. O lado da carga (na direção horizontal) induzido normalmente por qualquer corrente oceânica no local, também irá ser transferido.

[068] Com a presente invenção, as limitações da tecnologia anterior são remediadas por uma ou mais das seguintes modificações:

[069] O peso do jumper é diferente no ar e quando submerso em água. A disposição de reforço e uma disposição adequada de elevação para garantir um tubo reto durante o levantamento estarão organizadas de modo que o tubo que contém a ESP terá uma curvatura mínima durante a elevação no ar e em água, instalação e na posição operacional atracada. As bombas longas, tal como do tipo ESP, deverão preferencialmente ser operadas com um eixo reto. O comportamento dinâmico do rotor-desta longa haste que atravessa o motor, a secção de vedação e da bomba beneficia da presente invenção. A minimização de oscilações e vibrações irá minimizar o desgaste e a fricção nos rolamentos e vedações e garantir longa vida útil. Tal retidão da haste será alcançada por uma disposição de reforço no tubo da ESP. Uma estrutura de treliça ou aletas montadas no tubo são duas disposições possíveis.

[070] Uma barra espaçadora e fios a partir desta barra ligados a pontos de elevação distribuídos ao longo do jumper permite manter o jumper reto também durante a elevação no ar e passando por entre a zona de salpicos durante a instalação.

[071] A fim de evitar peso adicional sobre as estruturas de atracagem e conectores verticais para além da carga inicial destes conectores, os elementos de flutuabilidade estão incluídos como uma disposição limitadora da carga. Tais elementos de flutuabilidade vão compensar o peso adicionado introduzido pela ESP e o tubo maior que o contém. Os elementos de flutuabilidade e os dispositivos de reforço podem ser combinados numa estrutura de treliça ou com aletas de reforço ligadas ao tubo e incorporadas nos materiais de flutuabilidade, ou a mesma estrutura pode ser tanto de reforço como de limitação de carga.

[072] Uma disposição de jumper submarina que tem uma secção geralmente horizontal que contém uma ESP irá exigir uma certa distância entre os centros do conector. Se essa distância for suficiente, o jumper da ESP pode substituir diretamente o jumper existente. Se a distância for muito curta, podem ser instaladas uma ou duas estruturas de atracagem intermédias e o jumper da ESP está instalado entre as estruturas. Um ou dois jumpers da linha de fluxo terá, neste caso, de ser instalado entre os centros de conexão iniciais e as estruturas de atracagem intermédias. Os jumpers estão instalados a um ângulo recíproco no plano horizontal para permitir o encaminhamento flexível e espaço suficiente para o tubo da ESP. Em campos onde são utilizados sistemas de conectores horizontais, a disposição pode ser adaptada para esses conectores. Pode ser adicionada proteção de arrasto na secção de tubo horizontal e também para as estruturas de atracagem intermédias, quando necessário.

[073] Existem conectores em vários ferramentas submarinas relevantes para a instalação e recuperação. O jumper da ESP pode precisar de trocas mais frequentes, normalmente a cada 2-4 anos, do que o jumper da tubagem devido à necessária operação da bomba. A instalação de um tipo de conector de conexão rápida para o jumper da ESP é, portanto, preferível, para a padronização e disponibilidade de ferramentas necessárias e a operação eficiente.

[074] O isolamento das extremidades da tubagem dentro e fora de bordo é vital para conter hidrocarbonetos e evitar que vazem para o meio ambiente quando o jumper da ESP é recuperado. Se o jumper da ESP está atracado diretamente nos centros originais, é preferencialmente utilizado um adaptador de conector que inclui tal válvula de isolamento. Um adaptador desses é normalmente um alojamento completo do conector permanentemente colocado no local no centro de conexão existente e que acaba na extremidade superior com o centro vertical do conector. Está incluída uma válvula de isolamento no adaptador entre os conectores. Essa válvula é normalmente operado por um Veículo de Operação Remota (ROV). Se o jumper da ESP é atracado em um ou mais estruturas de atracagem intermédias, pode ser incluído um pequeno distribuidor com válvulas de isolamentos.

[075] A derivação do fluxo pode ser conseguida através de um tubo disposto em paralelo com o tubo da ESP e o trajeto do fluxo controlado por válvulas. As válvulas podem ser operadas ROV ou controlados remotamente pelo sistema de controle de produção. As válvulas podem também ser eletricamente operadas pela energia elétrica alimentada para a ESP, de modo a serem definidas na posição desejada quando a ESP é alimentada.

[076] O modelo em que o jumper da ESP está disposto em duas estruturas de atracagem intermédias pode acomodar a operação serial ou paralela de ESPs.

[077] Três tubos paralelos dispostos com válvulas em cada extremidade dos tubos para o distribuidor montado nas estruturas pode dirigir o fluxo de várias maneiras. Dois tubos estão tipicamente equipados com ESPs enquanto o terceiro está vazio. O tubo vazio é usado para derivação.

[078] Para todos estes modelos e suas variações são fornecidos meios para permitir a inibição de hidratos. Os portos de injeção são instalados em locais adequados para fornecimento de metanol ou outros inibidores. Esta disposição também será utilizada na lavagem da unidade para remover os hidrocarbonetos antes da recuperação. O fornecimento e controlo de tal injeção são normalmente fornecidos a partir do sistema de produção associado. As válvulas e conectores do sistema estão, de preferência, concebidos para permitir a substituição por ROV no caso de falha de controlo.

[079] A monitorização da condição da ESP (pressão, temperatura e sinais de vibração) pode ser feita de várias maneiras:

[080] Podem ser aplicados sinais modulados para o cabo de alimentação de energia, tal como normalmente é feito para ESPs utilizadas em poços, se a frequência de atualização de dados não for crítica

[081] Os sinais podem ser encaminhadas através do sistema de controlo de produção

[082] Os sinais podem ser encaminhadas através de uma linha de sinal ou fibra ótica no umbilical de energia ESP.

[083] Como um exemplo do efeito técnico da invenção pode mencionar- se um estudo de caso para um campo específico no Golfo do México. Para o referido campo, um estado tecnológico instalado do sistema de bombagem submarina que compreende 4 jumpers da linha de fluxo com ESP para aumentos de pressão pesa cerca de 350 toneladas métricas, incluindo a infraestrutura necessária. Um sistema da invenção, que compreende também 4 jumpers da linha de fluxo com ESP, proporcionando um aumento de pressão idêntica, pesa cerca de 60 toneladas métricas, incluindo a infraestrutura necessária. Correspondentemente, a redução de peso ronda um fator de 60/350, o que resulta num peso de cerca de 17% do sistema do atual estado tecnológico, e acredita-se que também a redução de custos e redução do tempo de fabricação estão em conformidade. Se for feita a comparação com tradicionais sistemas de bombagem submarinos, o efeito técnico é ainda mais favorável.

[084] Para campos submarinos com estrutura sobrecarregada ou fundo do mar instável ou ambos, o sistema da invenção pode ser a única forma possível de proporcionar aumento de pressão sem construir completamente uma nova estação de aumentar a pressão para localização no fundo do mar, além das estruturas existentes.

[085] O sistema da invenção pode compreender qualquer característica ou passo conforme aqui descrito ou ilustrado, em qualquer combinação operativa, sendo cada uma dessas combinações um modelo da presente invenção.

Claims (13)

1. Sistema para a bombagem ou compressão submarina, caracterizado por compreender: um jumper de linha de fluxo; uma ESP (bomba submersível elétrica), disposta no jumper da linha de fluxo; uma parte do conector em cada extremidade do jumper da linha de fluxo; pelo menos uma de uma estrutura de treliça e uma disposição de nervuras longitudinal configurado como uma disposição de reforço para garantir um eixo ESP reto durante o levantamento, instalação e operação; e uma disposição limitadora de carga que compreende elementos de flutuabilidade.

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a disposição limitadora de carga compreender elementos de flutuabilidade em forma de elementos de flutuabilidade com base em espuma sintática com uma vida útil e flutuabilidade total que possam compensar o peso adicional do sistema em comparação a um tradicional jumper submarino.

3. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a disposição de reforço compreender pelo menos uma perna de suporte extensível para o fundo do mar na secção intermédia do jumper.

4. Sistema de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por cada conector ou adaptador de conector compreender uma válvula de isolamento, para evitar fugas para o meio ambiente durante a instalação, substituição ou recuperação do sistema.

5. Sistema de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por compreender um tubo separado de derivação controlado por uma válvula operada eletricamente que fecha quando a energia é aplicada à ESP.

6. Sistema de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por compreender uma estrutura de atracagem intermédia que pode ser montada em locais onde o jumper que contém a PES tem de estar num ângulo comparativamente com o jumper inicial, para permitir espaço suficiente para a instalação.

7. Sistema de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 6, caracterizado por a estrutura de atracagem intermédia ser adaptada para a instalação de mais do que um jumper da linha de fluxo que contém ESPs.

8. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por a estrutura de atracagem intermédia compreender distribuidores e válvulas que permitem o encaminhamento do fluxo.

9. Sistema de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a estrutura de atracagem intermédia compreender distribuidores e válvulas que permitem que pelo menos duas ESPs sejam executadas em paralelo.

10. Sistema de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a estrutura de atracagem intermédia compreender distribuidores e válvulas, que permite que pelo menos duas ESPs sejam executados em série.

11. Sistema de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a estrutura de atracagem intermédia compreender distribuidores e válvulas para um tubo de derivação.

12. Sistema de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a estrutura de atracagem intermédia compreender válvulas ativadas remotamente.

13. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender uma estrutura comum para reforçar e limitar a carga.

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