BR112017008465B1

BR112017008465B1 - Sistema disposto para regulação de pressão de fluido de poço e método para regulação de pressão de fluido de poço

Info

Publication number: BR112017008465B1
Application number: BR112017008465-1A
Authority: BR
Inventors: Giacomo Landi; Aashish JAIN; Marius ROSVOLD
Original assignee: Vetco Gray Scandinavia As
Priority date: 2014-11-10
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2022-03-03
Also published as: US10648301B2; NO20141340A1; US20180298737A1; NO339866B1; AU2015345332B2; GB2546932A; AU2015345332A1; GB201707198D0; WO2016074956A1; BR112017008465A2; GB2546932B

Abstract

Trata-se de um método e um sistema dispostos para regulação de pressão do fluido de poço produzido a partir do poço de hidrocarboneto (W1-W5) em um campo de produção de hidrocarboneto. O sistema compreende uma bomba (6, 206) disposta em uma cabeça de poço (5, 201) em comunicação fluida com uma passagem de fluido de processo (207) a partir do poço, a bomba disposta para receber o fluido de poço produzido a partir do poço e para enviar o fluido à tubulação ou ao equipamento a jusante. A bomba compreende uma unidade de motor/gerador operável como um gerador à medida que a bomba é acionada por fluido de poço em modo de geração de potência, e sendo que a bomba é acionada em modo de consumo de potência pela operação da unidade de motor/gerador como um motor.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um método e um sistema dispostos para regulação da pressão em poço de fluido a partir de um poço em produção de hidrocarboneto. A invenção, em particular, refere-se a um sistema que busca a redução do consumo de potência e recuperação de energia em equipamento de rotação usado para regulação da pressão do fluido de poço na produção e transporte de fluido de hidrocarboneto a partir de poços de hidrocarbonetos para recipiente superior.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Os poços de hidrocarboneto em um campo de produção de hidrocarboneto tipicamente são produzidos em pressão e taxa de fluxo diferentes em um determinado ponto e tempo. A poço de gás ou óleo individual geralmente também é enviado em uma taxa de fluxo e pressão que diminui ao longo do tempo. As mudanças na pressão do fluido de poço e no controle da taxa de fluxo e pressão no fluido de poço produzido são, convencionalmente, manejadas através do estrangulamento ou intensificação do fluxo: isto é, se a pressão do fluido de poço for maior do que desejável no equipamento a jusante, o fluxo é restringido por meio de uma válvula do afogador disposta na cabeça de poço, se a pressão do fluido de poço for menor do que a exigida para tratamento ou transporte a jusante, o fluxo pode aumentar por meio de uma bomba auxiliar ou compressor disposto a jusante da válvula do afogador. A intensificação e o estrangulamento são processos que tanto consomem energia quanto reduzem o fluxo de produção potencial a partir dos poços em um campo de produção de hidrocarboneto submarino.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[003] É um objetivo da presente invenção proporcionar regulação de pressão do fluido de poço produzido a partir do poço em um campo de produção de hidrocarboneto.

[004] É um outro objetivo da presente invenção proporcionar um método de economia de potência e um sistema disposto para regulação de pressão do fluido de poço a partir de um poço em um campo de produção de hidrocarboneto.

[005] Ainda é um outro objetivo da presente invenção proporcionar um método e um sistema dispostos para regulação de pressão e para otimização da produção de poços em um campo de produção de hidrocarboneto.

[006] Adicionalmente, ainda é um outro objetivo da presente invenção proporcionar um método e um sistema dispostos para regulação de pressão e para equilíbrio das pressões de descarga entre os poços em um campo de produção de hidrocarboneto.

[007] Pelo menos um dos objetivos mencionados acima é encontrado em um sistema disposto para regulação de pressão do fluido de poço produzido a partir de um poço em um campo de produção de hidrocarboneto, sendo que o sistema compreende: - uma bomba disposta em uma cabeça de poço em comunicação fluida com uma passagem de fluido de processo a partir do poço, a bomba é disposta para receber o fluido de poço produzido a partir do poço e para enviar o fluido para a tubulação ou equipamento a jusante, - a bomba compreende uma unidade de motor/gerador operável como um gerador à medida que a bomba é acionada pelo fluido de poço em modo de geração de potência, e em que a bomba é acionada em modo de consumo de potência pela operação da unidade de motor/gerador como um motor.

[008] Nas realizações da invenção, a bomba é conectada eletricamente a uma unidade de distribuição de potência configurada para distribuir potência recuperada para outros consumidores de potência em um sistema.

[009] A bomba pode ser compreendida como uma bomba hélico- axial adaptada para intensificação de pressão do fluido multifásico.

[010] A bomba é configurada com uma unidade de motor e gerador, que tem um motor integrado em um módulo de fluxo e de potência.

[011] O módulo de fluxo e de potência é uma máquina de fluxo alimentada eletricamente em que os ímãs permanentes são transportados na periferia de um rotor, sendo que os eletroímãs e as bobinas de estator são sustentados em um revestimento que circunda o rotor.

[012] O rotor do módulo de fluxo e de potência compreende palhetas de rotor que são proporcionadas em um ângulo de afastamento contra a direção de fluxo que é aplicada para gerar um fluxo axial principal através do módulo de fluxo e de potência.

[013] A bomba do sistema de regulação de pressão pode compreender um conjunto de módulos de fluxo e de potência integrados dispostos em sucessão, sendo que cada módulo de fluxo e de potência pode ser individualmente controlado por um acionador de velocidade variável específico (VSD).

[014] O conjunto de módulos de fluxo e de potência em uma bomba pode compreender rotores rotativos contrários de modo que cada rotor rotativo em sentido horário siga um rotor rotativo em sentido anti-horário.

[015] Em um conjunto de módulos de fluxo e de potência cada módulo pode ser disposto para seguir diretamente um módulo precedente sem palhetas de estator interposicionadas entre as palhetas de rotor dos módulos de fluxo e de potência sucessivos.

[016] Quando a unidade de motor/gerador é operada como um motor, o rotor é conduzido em rotação à medida que os ímãs permanentes se movem no campo magnético, que é gerado quando a corrente é alimentada para as bobinas de estator para energizar os eletroímãs. No modo de motor, a bomba transfere energia para o fluido através das palhetas de rotor, o que aumenta a pressão no fluido de poço.

[017] Quando a unidade de motor/gerador é operada como um gerador, o rotor é conduzido em rotação pelo fluido de poço e os ímãs de rotor induzem corrente nas bobinas de estator. No modo gerador, de forma resumida, a bomba absorve energia a partir do fluido através das palhetas de rotor, o que reduz a pressão no fluido de poço.

[018] As palhetas de rotor podem ser especificamente projetadas, tal como curvadas para frente ou para trás em relação à direção rotacional do rotor, para transferência de energia para o fluido de poço ou para absorver energia a partir do fluido de poço.

[019] Em uma bomba que compreende um conjunto de módulos de fluxo e de potência empilháveis, os módulos podem ser alternados especificamente para o modo de funcionamento motor ou para o modo de funcionamento gerador, respectivamente. Em outras palavras, a bomba pode ser equipada com módulos de fluxo e de potência especificados de modo alternado para transferência de energia para o fluido de poço ou para absorver energia a partir do fluido de poço através do formato correspondente das palhetas de rotor.

[020] O sistema de regulação de pressão da presente invenção compreende adicionalmente uma unidade central de distribuição de potência (SPDU) em que potência elétrica e controle são fornecidos a partir de uma plataforma superior no mar ou no solo. Os SPDU fornecem potência para as bombas do sistema conforme exigido e pressões de fluido de poço são monitoradas e reportadas para os SPDU a partir dos transmissores de pressão dispostos em cada poço. O SPDU contém lógica de controle projetada para determinar se a dita bomba vai ser operada à medida que a pressão aumentar ou à medida que a pressão for reduzida, isto é, em modo de consumo de potência ou em modo de geração de potência.

[021] O SPDU é adicionalmente equipado para receber potência elétrica a partir de uma bomba que opera em um modo gerador. A potência elétrica recebida no SPDU pode ser alterada entre bombas no sistema de regulação de pressão, ou podem ser enviadas para outro equipamento no campo, ou podem ser fornecidas para a plataforma superior. Dessa forma, a energia que é fixada dentro das pressões de fluido de poço pode ser equilibrada entre os poços que são conectados ao sistema de regulação de pressão, enquanto que simultaneamente o consumo de energia para regulação de pressão pode ser reduzido.

[022] Nas realizações da invenção, pressões de fluido de poço atuais são monitoradas e reportadas ao SPDU a partir de transmissores de pressão dispostos nas cabeças do poço.

[023] O sistema de controle de pressão da presente invenção proporciona para as bombas que estão dispostas nas cabeças do poço e são operáveis para equalização de pressão no fluido de poço recuperado dos poços de hidrocarbonetos que são produzidos em diferentes pressões de fluido de poço.

[024] Em uma realização, o sistema de controle de pressão compreende uma bomba que está disposta em um módulo de regulação de pressão que pode ser conectada a uma cabeça de poço ou árvore de natal/árvore de superfície e recuperada separadamente pelos mesmos.

[025] A bomba pode ser instalada em um circuito de fluxo que compreende um tubo de entrada, um tubo de descarga e um tubo de desvio. O circuito de fluxo pode ser conectado a cabeça de poço ou árvore de natal/árvore de superfície através de um conector de garra.

[026] As realizações do sistema de controle de pressão da presente invenção pressupõem que uma válvula de verificação não está incluída no circuito de fluxo.

[027] Outra realização do presente sistema de controle de pressão pressupõe que um medidor de fluxo não está incluído no circuito de fluxo.

[028] Mais precisamente, um aspecto da presente invenção é ilustrado para realizações em que os sensores de pressão (PT) e os sensores de temperatura (TT) são instalados em um módulo de regulação de pressão para coletar dados de fluido e de bomba exigidos para operar a bomba como medidor de fluxo virtual.

[029] Esse aspecto da invenção pode ser realizado em um método para regulação da pressão do fluido de poço em fluido de poço produzido a partir do poço em um campo de produção de hidrocarboneto submarino, em que o método compreende: • dispor uma bomba em uma cabeça de poço em comunicação fluida com a passagem de fluido de poço do poço, sendo que a bomba compreende uma unidade de motor/gerador, • aumentar a pressão no fluido de poço ao operar a bomba como motor em modo de consumo de potência, e reduzir a pressão no fluido de poço ao operar a bomba como gerador em modo de geração de potência, • sendo que os dados do fluido e os dados da bomba são usados para cálculo do fluxo através da bomba.

[030] O cálculo do fluxo pode ter como base os dados de fluido e de bomba disponíveis que compreendem alguns ou todos dentre os seguintes dados gravados durante regulação de pressão: • pressão de fluido na entrada e/ou na saída da bomba; • temperatura do fluido na entrada e/ou na saída da bomba; • frequência de VSD; • tensão de VSD; • Corrente de PFC; • fator de potência de VSD; • velocidade de motor (rpm, calculada a partir dos dados de VSD); • consumo de potência de motor (calculada a partir dos dados de VSD).

[031] Operar a bomba como medidor de fluxo virtual, de acordo com as realizações da presente invenção compreende implantação de i) curvas de bomba: uma função de taxa de fluxo e eficiência de bomba com base em pressão diferencial, velocidade de motor (rpm), GVF (fração de volume de gás) e viscosidade; e ii) caracterização de fluido: tal como tabelas exportadas de simuladores.

[032] Os detalhes dos aspectos diferentes da invenção vão ser adicionalmente descritos abaixo com descrição detalhada das realizações preferenciais.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[033] As realizações preferenciais da invenção serão explicadas adicionalmente abaixo com relação as Figuras esquemáticas anexadas. Nas Figuras: a Figura 1 ilustra um esquema geral de um campo de produção de hidrocarboneto submarino; a Figura 2 é uma vista em corte longitudinal através dos módulos de fluxo e de potência adaptados para incorporação em uma bomba para o sistema de regulação de pressão da presente invenção; a Figura 3 é uma vista em corte correspondente que ilustra uma bomba que inclui um conjunto de módulos de fluxo e de potência; a Figura 4 ilustra uma realização da presente invenção na forma de um módulo de regulação de pressão instalável em uma cabeça de poço; a Figura 5 ilustra esquematicamente as rotas de sinal entre um módulo de regulação de pressão, um acionador de velocidade variável e uma unidade de distribuição de potência submarina em um sistema de regulação de pressão, de acordo com uma realização da presente invenção, e a Figura 6 é um diagrama em fluxo que ilustra as etapas de um método para funcionamento de uma bomba como um medidor de fluxo virtual.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[034] Embora tenha sido explicado e ilustrado abaixo com relação à uma implantação submarina, é necessário assinalar que os ensinamentos proporcionados no presente documento são da mesma forma aplicáveis no processo de produção de hidrocarboneto a partir de poços de hidrocarbonetos com base em solo.

[035] O esquema geral de um sistema para regulação da pressão em fluido de poço recuperado a partir de poços do fundo do mar em um campo de produção de hidrocarboneto submarino vai ser agora explicado em relação à Figura 1. Um número de poços do fundo do mar W1-W5, distribuídos sobre o fundo do mar 1 são conectados para enviar fluido de poço para uma plataforma superior 2 ou vaso no mar ou para o solo através de tubulações P1-P5, um cano de tubo de distribuição 3 e um tubo ascendente 4. Uma cabeça de poço 5 no topo de cada poço W1-W5 é disposta para carregar as válvulas, conexões e sensores que são exigidos para produzir fluido a partir do poço.

[036] De acordo com a realização da invenção ilustrada na Figura 1, uma bomba e um gerador 6 são instalados no fluxo a jusante de uma válvula de produção ou do afogador 7. No entanto, a bomba/gerador pode, alternativamente, ser instalado a montante da válvula de produção/ do afogador 7.

[037] A bomba 6 é uma máquina de fluxo alimentada eletricamente em que os ímãs permanentes são transportados na periferia de um rotor, sendo que os eletroímãs e as bobinas de estator são sustentados em um revestimento que circunda o rotor, conforme vai ser descrito adicionalmente abaixo.

[038] A potência elétrica é fornecida para a bomba 6 a partir de uma unidade de distribuição de potência submarina (SPDU) 8 através de um acionador de velocidade variável (VSD) 9. A potência e comunicação entre o SPDU 8 e a plataforma 2 é transferida através de um umbilical 10.

[039] O equipamento elétrico que é, convencionalmente, aplicado para processar unidades submarinas em um campo de produção de hidrocarboneto, tal como transformadores, retificadores, conversores etc., que não são exigidos para o entendimento da presente invenção, são omitidos da Figura 1 para melhor compreensão.

[040] O SPDU 8 compreende lógica de controle projetada para processar informações nas pressões atuais no fluido de poço enviado pelos poços do fundo do mar W1-W5. As pressões de fluido de poço são monitoradas e reportadas para o SPDU 8 a partir de transmissores de pressão (PT) 11 localizados a montante das válvulas de produção 7. O SPDU 8 usa a pressão do fluido de poço para determinar para cada poço se a bomba 6 vai ser operada para aumentar a pressão, isto é, como motor em modo de consumo de potência, ou para reduzir a pressão, isto é, como gerador em modo de geração de potência.

EXEMPLO

[041] Se o poço W1 é produzido em uma pressão de 25 Mpa, a bomba 6 pode ser operada em modo gerador para reduzir a pressão no fluido enviado da bomba abaixo de 15 Mpa, por exemplo, note que a diferença representa a energia que normalmente seria perdida se a pressão fosse reduzida pelo estrangulamento do fluxo.

[042] Se o poço W2, simultaneamente, for produzido em uma pressão de 10 MPa, a bomba 6 é operada no modo de motor para aumentar a pressão no fluido enviado pela bomba para 15 Mpa.

[043] A energia que é recuperada pela redução da pressão de 10 MPa no fluido de poço do poço W1, nesse exemplo, pode ser em torno de 500 kW, sendo que a energia exigida para aumentar a pressão de 10 MPa no fluido de poço recuperado do poço W2 pode também ser em torno de 500 kW. O equilíbrio das pressões entre os dois poços, conforme ilustrado acima, pode, dessa forma, ser alcançado com uma considerável economia de energia.

[044] A energia que é recuperada da bomba 6 e que opera em modo gerador é transferida para o SPDU 8 através de linhas de potência elétrica 12. A lógica de controle instalada no SPDU 8 determina se a energia recuperada vai ser roteada para outras bombas no sistema de controle de pressão, para outros consumidores de potência submarina ou para a plataforma superior no mar ou no solo.

[045] A estrutura da bomba e a unidade de gerador 6 agora vão ser explicadas mais próximas e em relação à Figura 2.

[046] Precisamente, a bomba e a unidade de gerador 6 são uma máquina alimentada eletricamente, que podem ser realizadas em diferentes realizações. Em comum com todas as realizações está um motor de magneto permanente integrado (PM) em que ímãs permanentes são transportados na periferia de um motor rotor e impulsor, sendo que os eletroímãs e as bobinas de estator são sustentados em um revestimento estacionário que circunda o rotor/impulsor.

[047] As realizações da bomba 6 compreendem um módulo de fluxo e de potência em que o rotor é formado com lâminas radiais ou palhetas de rotor, que são fixadas a uma haste de rotor central que é articulada para rotação. Outras realizações compreendem um rotor com palhetas que são articuladas para rotação no exterior de uma haste estacionária.

[048] Com relação à Figura 2 um conjunto de módulos de fluxo e de potência 100 são ilustrados em vista em corte longitudinal. Cada módulo de fluxo e de potência 100 compreende um rotor 101 que é articulado para rotação em uma haste de rotor 102. O rotor 101 pode ser articulado em mancais radiais/axiais 103 para o exterior de uma haste de rotor estacionária para rotação dos mesmos separadamente dos outros rotores em um conjunto de módulos de fluxo e de potência. Esses mancais 103 podem ser de um tipo que obtém lubrificação a partir do fluido de processo.

[049] Os rotores podem, alternativamente, ser não-rotativamente fixados a uma haste de rotor comum que está articulada para rodar em mancais dispostos em um apoio de mancal (não ilustrado).

[050] Cada rotor 101 compreende um conjunto de palhetas de rotor 104 que se estendem principalmente em direção radial a partir de um eixo geométrico do centro do rotor C. Pelo menos algumas das palhetas de rotor 104 carregam um magneto permanente 105 na extremidade periférica externa da palheta de rotor. Os ímãs permanentes 105 podem ser integrados em um membro de anel 106 interconectado para as palhetas de rotor na periferia de rotor 107.

[051] O rotor 101 é circundado por um revestimento 108 que tem meios de acoplamento, tal como flanges 109, para acoplar para módulos de fluxo e de potência adjacentes 100. As vedações, não ilustradas nas Figuras, são dispostas conforme exigido nas interfaces de encontro entre revestimentos de módulos de fluxo e de potência acoplados. Sustentado no revestimento 108 está um conjunto de eletroímãs com bobinas de estator associado, em que nas Figuras são comumente mencionadas pelo número de referência n°110. Os eletroímãs 110 formam um anel externo dentro do anel interno dos ímãs permanentes, e o revestimento 108 pode tomar a forma de um cilindro.

[052] Portanto, o rotor 101 é colocado em rotação à medida que os ímãs permanentes se movem no campo magnético que é gerado quando a corrente é alimentada para as bobinas de estator para energizar os eletroímãs.

[053] A fim de otimizar o funcionamento de cada módulo de fluxo e de potência 100, um conjunto de módulos de fluxo e de potência pode ser individualmente acionado e separadamente controlado através de acionadores de velocidade variáveis específicos, conforme ilustrado através das caixas de VSD na Figura 3.

[054] Se apropriado, o conjunto de módulos de fluxo e de potência controlados individualmente pode ser disposto para compreender rotores rotativos contrários de modo que cada rotor rotativo em sentido horário siga um rotor rotativo em sentido anti-horário, conforme ilustrado pelas setas R que indicam as direções rotacionais na Figura 3.

[055] Os módulos de fluxo e de potência 100 podem ser dispostos para seguir diretamente para um módulo precedente sem as palhetas de estator interposicionadas entre as palhetas de rotor dos módulos sucessivos 100.

[056] Em rotação, o módulo de fluxo e de potência 100 gera um fluxo axial na passagem de fluxo anular que é formada através do motor rotor, e que atua como impulsor. As palhetas de rotor 104 são projetadas com um ângulo de ataque ou ângulo de afastamento α contra o fluxo F (ver a Figura 3), e, portanto, em relação ao centro do eixo geométrico C. Em um conjunto de módulos de fluxo e de potência que pelo menos um dos rotores pode ter palhetas com outro ângulo de afastamento do que os outros rotores do conjunto. O ângulo de afastamento pode ser mudado suscetivelmente a partir do primeiro até o último rotor do conjunto.

[057] As palhetas de rotor 104 podem ser formadas com uma seção de aerofólio para melhorar o desempenho no motor e modos de geração de potência, respectivamente. A fim de ilustrar isso, as palhetas de rotor podem ser formadas em perfil de seção côncavo e convexo, e montadas com o lado côncavo de frente para a direção rotacional, conforme ilustrado no módulo de fluxo e de potência 100’. Uma palheta de rotor convexa e côncava pode alternativamente ser montada com o lado convexo de frente a direção rotacional, conforme ilustrado no módulo de fluxo e de potência 100’’. Portanto, o motor rotor ou impulsor 101 pode ser projetado para ser realizado de modo otimizado em ambos os modos de intensificação, sendo que a energia é transferida para o fluido através de palhetas de rotor, ou em modo de retardamento em que a energia é absorvida a partir do fluido através das palhetas de rotor.

[058] Na prática, a bomba pode ter que ser projetada como uma opção, eventualmente pode perder algum desempenho em um dos dois modos de funcionamento da mesma. No entanto, devido a compacidade axial da mesma resultante de um projeto acumulativo com nenhuma guia estacionário inserida entre os estágios dinâmicos da bomba, o comprimento total pode ainda ser mantido com limites mesmo se estágios de motos adicionais forem adicionados na compensação.

[059] Em modo de retardamento, o módulo de fluxo e de potência 100 opera como uma corrente de indução de dínamo nas bobinas de estator pelo campo magnético rotativo que é produzido pelos ímãs permanentes, em rotação alimentada pelo momento em que o fluido de poço passa através do rotor.

[060] Portanto, um sistema de regulação de pressão é revelado em que as bombas compreendem a unidade de motor/gerador que pode ser disposta nas cabeças do poço e operadas para equalização de pressão no fluido de poço produzido a partir dos poços do fundo do mar ou produzido pelos poços com base em solo de hidrocarbonetos que produzem em diferentes pressões de fluido de poço. Nesse aspecto, as bombas podem ser incorporadas em módulos de instalação que podem ser conectados as cabeças de poço e recuperadas separadamente, conforme vai ser adicionalmente explicado abaixo.

[061] Com relação à Figura 4, um módulo de regulação de pressão 200 é ilustrado em posição de montagem em uma base 201. A base 201 pode ser uma parte estrutural de uma cabeça de poço 5, ou uma estrutura associada com uma cabeça de poço ou árvore de natal localizada no fundo do mar ou uma árvore de superfície localizada no lado superior. A base 201 compreende as passagens para fluido de processo e injeção de água, potência, hidráulica e linhas de sinal etc., que são exigidas a fim de produzir fluido de poço a partir do poço de hidrocarboneto. No entanto, esses componentes que geralmente são encontrados nas cabeças de poço e árvores de natal e, dessa forma, são familiares a um técnico no assunto, não são críticos para o entendimento da presente invenção e, portanto, não são adicionalmente descritos na invenção.

[062] O módulo de regulação de pressão 200 é uma unidade de recuperável separadamente que é unida com a base 201 pela inserção de postos de guia 202 que sobem da base, e que são recebidos em tubos de guia 203 incluídos no módulo de regulação de pressão 200. As instalações no módulo de regulação de pressão 200 são sustentadas em um esquema 204, que proporciona olhos de elevação 205 para levantar e abaixar o módulo de regulação de pressão 200 para a base 201.

[063] Instalada no módulo de regulação de pressão 200 está uma bomba 206, que compreende o módulo de fluxo e de potência 100, 100’ ou 100’’ substancialmente, conforme revelado acima. A bomba 206 é incluída em um circuito de fluxo que se comunicada com o fluxo de fluido de processo em que é conectado à uma passagem na cabeça de poço para o fluido de poço produzido pelo poço. Na Figura 4, a passagem de fluido é indicada pelas linhas tracejadas 207. Uma conexão vedada do circuito de fluxo com a passagem de fluido de processo é alcançada através de um conector de garra 208.

[064] O circuito de fluxo no módulo de regulação de pressão 200 compreende um tubo de entrada 209 que alimenta o fluido de processo para uma entrada de bomba 210 através de uma válvula de isolação 211 na posição aberta. Na posição fechada, a válvula de isolação 211 roteia o fluido de processo em um fluxo de desvio através do tubo 212 e uma válvula de desvio 213 na posição aberta. Em funcionamento normal, isto é, quando o fluido de processo passa pela bomba 206, a válvula de desvio 213 é fechada.

[065] Se a bomba 206 e o fluido de processo passam pelos estágios dos módulos de fluxo e de potência para uma bomba saída 214. Um tubo de descarga 215 descarrega o fluido de processo para tubulação 216 através de uma válvula de verificação 217 em que o fluxo reverso é evitado.

[066] Com base no módulo de fluxo e de potência 100, a bomba 206 pode ser operada para aumentar e reduzir a pressão no fluido de processo ao controlar a bomba entre modos de geração de potência e de consumo de potência. Desse modo, a bomba 206 pode substituir a válvula do afogador que é tradicionalmente usada para restringir o fluxo e reduzir a pressão no fluido de poço.

[067] No entanto, parâmetros de bombeamento, tal como variações no fluxo e na pressão, pressão delta, especificação de bomba e eficiência versus consumo de potência etc., estão relacionados e são indicativos das condições de fluxo. Os dados da bomba, tal como velocidade de rotação, potência consumida versus mapas de bomba, entrada de pressão e temperatura etc., podem ser recuperados e usados para acessar fração de volume de gás e fluxo de massa em um método de regulação de pressão, que evita o uso do medidor de fluxo tradicionalmente usado. A Figura 5 ilustra esquematicamente as rotas de sinal entre o módulo de regulação de pressão 200, o VSD 9 e o SPDU 8 em um sistema de regulação de pressão, de acordo com a presente invenção. Na Figura 5, o símbolo de referência P representa fator de potência e T representa torque desenvolvido na bomba, PT representa transmissores de pressão ou sensores, TT representa transmissores de temperatura ou sensores, e RPM é a velocidade do motor ou da bomba em rotações por minuto.

[068] Entre os dados medidos disponíveis para apoiar o funcionamento da bomba 206 como um medidor de fluxo virtual estão: • Pressão de fluido na entrada e/ou na saída da bomba; • Temperatura de fluido na entrada e/ou na saída da bomba; • frequência de VSD; • tensão de VSD; • corrente de PFC; • fator de potência de VSD; • Velocidade motor (RPM, calculada a partir dos dados de VSD); • Consumo de potência do motor (calculada a partir dos dados de VSD);

[069] As seguintes informações estão adicionalmente disponíveis: • Curvas de bomba: uma função de taxa de fluxo e eficiência de bomba com base em pressão diferencial, velocidade do motor (rpm), GVF (fração de volume de gás) e viscosidade; • Caracterização do fluido: tal como tabelas exportadas de simuladores, por exemplo.

[070] Os dados disponíveis e as medidas podem ser usados no método 300 para operação da bomba (isto é, a bomba com base no módulo de fluxo e de potência 100) que compreende as seguintes etapas, ilustradas na Figura 6.

[071] Etapa 301: Ler a potência de entrada da bomba e o RPM da bomba com base nos dados de VSD.

[072] Etapa 302: Ler os valores de pressão e temperatura da bomba reais (a montante e a jusante) e estabelecer o total de DT (pressão delta) e de DT (temperatura delta) da bomba.

[073] Etapa 303: Predizer o fluxo total da bomba (Qtotal) com base no RPM de motor e nas curvas de bomba.

[074] Etapa 304: Estabelecer um valor qualificado para as composições de fase com base no fluxo total da bomba (Qtotal), potência de entrada e temperatura de saída (a estimativa inicial pode ser fornecida pelo operador).

[075] Etapa 305: Predizer o fluxo total da bomba (Qtotal) com base no RPM de motor, GVF, DP e curvas de bomba.

[076] Etapa 306: Calcular o trabalho da bomba P e a temperatura de saída (com o uso dos segmentos motor n), com base na composição de fase fornecida.

[077] Etapa 307: Comparar estimativas de saída de modelo para temperatura e trabalho para pressurizar o fluido com a temperatura real medida e o trabalho de VSD calculado com o uso de uma função de minimização.

[078] Etapa 308: Calcular o gradiente de primeira ordem da função de minimização (com base nas composições de fase individuais).

[079] Etapa 309: Calcular o gradiente de segunda ordem da função de minimização (com base nas composições de fase individuais).

[080] Etapa 310: Atualizar as estimativas de composição de fase com base nos gradientes (primeira e segunda ordem) da função de minimização.

[081] Etapa 311: Repetir ciclo da etapa 305 a 311 até que o valor da função de minimização tenha sido estabilizado em um mínimo.

[082] O cálculo do trabalho da bomba P na etapa 306 pode ser alcançado através da resolução da equação:

[083] em que Wi é o trabalho específico em que cada segmento de bomba mT é a taxa de fluxo de massa total.

[084] Portanto, o sistema de regulação de pressão, conforme revelado, proporciona para implantação de uma regulação de pressão, um método que compreende: • dispor uma bomba em uma cabeça de poço em comunicação fluida com a passagem de fluido de poço do poço, sendo que a bomba compreende uma unidade de motor/gerador, • aumentar a pressão no fluido de poço ao operar a bomba como um motor em modo de consumo de potência, e reduzir a pressão no fluido de poço ao operar a bomba como um gerador em modo de geração de potência, • sendo que os dados do fluido e os dados da bomba são usados no cálculo do fluxo real através da bomba.

[085] Portanto, foi explicado acima e ilustrado nas Figuras das realizações, que um sistema de regulação de pressão de fluido de economia de potência de poço produzido a partir do poço de hidrocarboneto altamente integrado e compacto pode ser alcançado pela implantação dos ensinamentos apresentados no presente documento.

[086] Ainda assim, será apreciado que modificações das realizações reveladas são possíveis sem se afastar do escopo da invenção, conforme revelado acima e definido nas reivindicações anexas.

Claims

1. SISTEMA DISPOSTO PARA REGULAÇÃO DE PRESSÃO DE FLUIDO DE POÇO recuperado a partir de um poço de hidrocarboneto (W1- W5) em um campo de produção de hidrocarboneto, sendo que o sistema é caracterizado por compreender: uma bomba (6, 206) disposta em uma cabeça de poço (5) em comunicação fluida com uma passagem de fluido de processo (207) a partir do poço (W1-W5), em que a bomba (6, 206) está disposta para receber o fluido de poço produzido a partir do poço (W1-W5) e para enviar o fluido à tubulação (216) ou equipamento a jusante, sendo que a bomba (6, 206) compreende uma unidade de motor/gerador (100, 100’, 100’’) que compreende eletroímãs (110) operável como um gerador à medida que a bomba (6, 206) é acionada pelo fluido de poço em um modo de geração de potência para reduzir pressão no fluido de poço e em que a bomba (6, 206) é acionada em modo de consumo de potência pela operação da unidade de motor/gerador como um motor para aumentar a pressão no fluido de poço; em que a unidade motor/gerador (100, 100’, 100’’) compreende um rotor (101) que compreende um conjunto de palhetas de rotor (104), e em que ímãs permanentes (105) são transportados em uma periferia (107) do rotor (101) e eletroímãs e bobinas de estator (110) são sustentados em um revestimento (108) que circunda o rotor (101); e as palhetas de rotor (104) são fornecidas em um ângulo de afastamento (α) contra a direção de fluxo (F) e são curvadas para frente ou para trás em relação à direção rotacional (R) do rotor (104), para transferência de energia para o fluido de poço ou para absorver energia do fluido de poço respectivamente.

2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela bomba (6, 206) ser eletricamente conectada a uma unidade de distribuição de potência (8) configurada para distribuir potência recuperada para outros consumidores de potência no sistema.

3. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela bomba (6, 206) ser uma bomba hélico-axial adaptada para intensificação de pressão de fluido multifásico.

4. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pela bomba (6, 206) compreender uma unidade de motor e gerador em que o motor é integrado em um módulo de fluxo e de potência (100, 100’, 100’’).

5. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pela bomba (6, 206) compreender um conjunto de módulos de fluxo e de potência (100, 100’, 100”) integrado dispostos em sucessão, sendo que cada módulo de fluxo e de potência (100, 100’, 100’’) é individualmente controlado através de um acionador de velocidade variável específico (9).

6. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo conjunto de módulos de fluxo e de potência (100, 100’, 100’’) na bomba (6, 206) compreender rotores rotativos contrários (101), de modo que cada rotor rotativo em sentido horário siga um rotor rotativo em sentido anti-horário.

7. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por em um conjunto de módulos de fluxo e de potência (100, 100’, 100’’), cada módulo (100, 100’, 100’’) ser disposto para seguir diretamente um módulo (100, 100’, 100’’) precedente sem guias estacionárias interposicionadas entre os rotores (101) dos módulos de fluxo e de potência (100, 100’, 100’’) sucessivos.

8. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pela unidade de distribuição de potência submarina (8) conter lógica de controle para determinar se a bomba (6, 206) deve ser operada em modo de consumo de potência ou em modo de geração de potência.

9. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelas pressões de fluido de poço atuais serem monitoradas e relatadas à unidade de distribuição de potência submarina (8) a partir de transmissores de pressão (11) dispostos nas cabeças do poço (5, 201).

10. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelas bombas (6, 206) estarem dispostas nas cabeças do poço (5, 201) e são operáveis para equalização de pressões em fluido de poço recuperado a partir de poços de hidrocarbonetos (W1-W5) a que produzem em diferentes pressões de fluido de poço.

11. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pela bomba (6, 206) ser disposta em um módulo de regulação de pressão (200) que é conectado à cabeça de poço ou árvore de natal (5, 201) ou árvore de superfície e recuperável separadamente do mesmo.

12. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pela bomba (6, 206) estar inclusa em um circuito de fluxo que compreende um tubo de entrada (209), um tubo de descarga (215) e um tubo de desvio (212).

13. MÉTODO PARA REGULAÇÃO DE PRESSÃO DE FLUIDO DE POÇO no fluido de poço produzido por um poço de hidrocarboneto (W1-W5) em um campo de produção de hidrocarboneto, sendo que o método é caracterizado por compreender: - dispor uma bomba (6, 206) em uma cabeça de poço (5, 201) em comunicação fluida com uma passagem de fluido de poço (207) a partir do poço (W1-W5), sendo que a bomba (6, 206) compreende uma unidade de motor/gerador (100,100’,100’’) com um rotor (101) que compreende um conjunto de palhetas de rotor (104), e em que ímãs permanentes (105) são transportados em uma periferia (107) do rotor (101) e eletroímãs e bobinas de estator (110) são sustentados em um revestimento (108) que circunda o rotor (101); e as palhetas de rotor (104) são fornecidas em um ângulo de afastamento (α) contra a direção de fluxo (F) e são curvadas para frente ou para trás em relação à direção rotacional (R) do rotor, para transferência de energia para o fluido de poço ou para absorver energia do fluido de poço respectivamente, - aumentar a pressão no fluido de poço ao operar a bomba (6, 206) como um motor em modo de consumo de potência, e reduzir a pressão no fluido de poço ao operar a bomba (6, 206) como um gerador em modo de geração de potência, - em que os dados do fluido e os dados da bomba são usados para cálculo do fluxo real através da bomba (6, 206).