BR112017018241B1

BR112017018241B1 - Instalação submarina de tratamento de água e método para prevenção contra incrustação

Info

Publication number: BR112017018241B1
Application number: BR112017018241-6A
Authority: BR
Inventors: Zamir Alam; Jose Luis Plasencia Cabanillas; Asal AMIRI
Original assignee: Vetco Gray Scandinavia As
Priority date: 2015-03-13
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2022-06-28
Also published as: BR112017018241A2; WO2016146520A1; EP3268317A1; US20180071682A1; EP3268317B1; AU2016232367B2; NO20150328A1; NO342342B1; AU2016232367A1; US10744460B2

Abstract

INSTALAÇÃO SUBMARINA DE TRATAMENTO DE ÁGUA E MÉTODO PARA PREVENÇÃO CONTRA INCRUSTAÇÃO. Trata-se de uma instalação submarina de tratamento de água (1) e de um método que são revelados, adaptados para a prevenção contra incrustação e para o tratamento de água do mar bruta para água de processo adequada para uso em produção de hidrocarboneto submarino. A instalação de tratamento de água compreende uma entrada de água do mar (2) para uma unidade de filtração primária (3) em que uma membrana de filtração (4) separa uma câmara de recepção (5) de uma câmara de permeado (6) que tem uma saída (7) para água tratada. Uma bomba (8) é instalada em comunicação de vazão fluida com a saída de água tratada (7), sendo que um circuito de recirculação (9) alimenta uma porção da água tratada por meio de um eletroclorador submarino (10) de volta para a corrente de água a montante ou a jusante da membrana (4) da unidade de filtração primária, e uma unidade de filtração secundária (11, 19) é instalada na corrente de água tratada entre a unidade de filtração primária (3) e o eletroclorador (10).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a instalações de tratamento de água submarinas e a métodos direcionados ao refinamento de água do mar bruta para água de processo adequada para uso na produção de hidrocarboneto submarino.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] A água pode ser usada com propósitos diferentes no processo de recuperação de produtos de hidrocarboneto a partir de um depósito de hidrocarboneto submarino. Um uso principal de água na produção de hidrocarboneto submarino é o bombeamento de água para baixo, para poços de injeção de água que são formados em um reservatório de hidrocarboneto subterrâneo. A injeção de água é um método comumente usado para aumentar o grau de recuperação de óleo cru de um depósito submarino. Se a água de injeção for obtida da água do mar, a água bruta precisará ser removida de constituintes que podem, de outro modo, danificar o equipamento de processo ou levar à acidificação e/ou à incrustação da estrutura de fundo de reservatório. A produção de injeção água de água do mar, por essa razão, envolve tipicamente a remoção de partículas sólidas suspensas na água, a remoção de material inorgânico dissolvido, tais como sais e sulfatos ou inibição de organismos / material orgânico, tais como bactérias, etc. O processo inclui, convencionalmente, a filtração através de membranas de filtro semipermeáveis e pode, adicionalmente, incluir o fornecimento de produtos químicos, tais como cloro ou biocida e inibidores de corrosão química ou incrustação, por exemplo, à água tratada.

[003] Nesse contexto, dois tipos de filtros são usualmente empregados - o tipo de filtro de terminal e o tipo de filtro de fluxo cruzado.

[004] Em um filtro de terminal, o fluido fornecido, isto é, água, nesse caso, é forçado em direção a uma face a montante de uma membrana semipermeável. A água que passa pela membrana, chamada de permeado, é removida da matéria orgânica e inorgânica que é retida no lado a montante da membrana, a matéria retida chamada de retentado. Um filtro de terminal, em geral, compreende uma membrana na forma de uma malha de fio sintético ou de metal que tem uma profundidade de filtro e tamanho de malha adequados. Um resíduo de matéria de retentado é sucessivamente formado no lado a montante da membrana, por fim, cobrindo as aberturas ou canais através da membrana que, então, demanda substituição. O filtro de terminal é relativamente não complexo na estrutura e, por essa razão, comparativamente barato. Uma substituição frequente de filtros é, dessa forma, aceitável, pelo menos em aplicações de convés, onde os filtros são prontamente acessíveis para fácil substituição.

[005] As aplicações submarinas exigem, com frequência, equipamento com uma vida útil mais longa. Nessa realização, o tipo de filtro de fluxo cruzado pode ser projetado com uma área de filtro comparativamente grande, em relação às suas dimensões gerais, e pode, por essa razão, ser mais bem adequado para uso submarino. Os projetos de filtro de fluxo cruzado incluem membranas envoltas em espiral, membranas de cartucho ou tubulares e membranas de fibra ocas, por exemplo.

[006] No filtro de fluxo cruzado, a água fornecida é conduzida ao longo de um lado a montante de uma membrana semipermeável. No resultado da pressão aplicada, a água é forçada através da membrana para um lado a jusante a partir de onde a água é descarregada como uma vazão permeada, liberada de matéria orgânica e inorgânica, que é retida no lado a montante da membrana. A matéria retida é conduzida para longe do lado a montante da membrana e é descarregada como uma vazão de retentado.

[007] A filtração de fluxo cruzado é, com frequência, usada para remoção de componentes muito pequenos ou menores na água fornecida, que inclui a remoção de componentes dissolvidos, tais como sais e sulfatos.

[008] Em aplicações submarinas e tecnologia de tratamento de água do mar, os filtros são, em geral, aplicados em conexão com filtração grosseira, microfiltração, ultrafiltração, nanofiltração e filtração de osmose reversa. Cada uma dessas classificações de filtração remove sucessivamente os componentes menores da água fornecida a partir de um tamanho de partícula na ordem de mícrons, em referência às membranas de micro- ou ultrafiltração abaixo dos tamanhos de partícula, em nível iônico, em referência às membranas de nanofiltração ou de osmose reversa.

[009] Em relação a isso, vale salientar que uma unidade de ultrafiltração pode ser realizada na forma de uma membrana tubular em que a água é forçada através das paredes de fibra e a matéria / sólidos são retidos em um lado. Em unidades de nanofiltração e nas unidades de osmose reversa, a água flui paralelamente às paredes de membrana. Devido à alta pressão, parte da vazão permeia através das paredes de membrana para obter a água de qualidade desejada, embora, ainda, uma quantidade significativa de rejeito que não passa através da membrana (mais rica em teor iônico) flui como uma corrente de rejeito.

[010] Na produção de água de injeção de água do mar, a inibição de crescimento bacteriano pode envolver a geração de cloro por eletrocloração. Na eletrocloração, a energia é fornecida para o cloreto de sódio (NaCl) que é dissolvido na água do mar que atravessa um campo elétrico, o que resulta em hipocloreto de sódio (NaOCl) e gás de hidrogênio (H2). O hipocloreto de sódio é uma boa alternativa para a desinfecção de água do mar devido ao fato de que sua produção pode ser feita de maneira submersa com uso de um eletroclorador.

[011] A eletrocloração de água do mar bruta também pode, entretanto, causar problemas, em termos de incrustação causados por precipitação de carbonato de cálcio (CaCO3) e hidróxido de magnésio (Mg(OH)2), formando cristais na água, que podem se sedimentar no sistema e obstruir membranas e unidades de filtração a jusante.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[012] Um objetivo da presente invenção é fornecer uma solução para os problemas relacionados à incrustação devido à precipitação de subprodutos como carbonato de cálcio e hidróxido de magnésio na água do mar, que é desinfetada através de eletrocloração.

[013] O objetivo é alcançado por meio de um método e uma instalação de tratamento de água submarina configurada para alimentar um eletroclorador com água que vem de uma unidade de filtração que tem uma capacidade de remover íons de cálcio Ca2 e íons de magnésio Mg2 dissolvidos a partir da água do mar, antes de alimentar a água ao eletroclorador.

[014] Mais precisamente, o que é revelado é uma instalação submarina adaptada para tratamento de água do mar bruta em água de processo adequada para uso na produção de hidrocarboneto submarino, sendo que a instalação de tratamento de água compreende: • uma entrada de água do mar em uma unidade de filtração primária, em que uma membrana de filtração separa uma câmara de recepção de uma câmara de permeado que tem uma saída para água tratada, • uma bomba em comunicação de vazão fluida com a saída de água tratada, • um circuito de recirculação que alimenta uma porção da água tratada por meio de um eletroclorador submarino de volta para a corrente de água a montante ou a jusante da membrana da unidade de filtração primária, e • uma unidade de filtração secundária instalada na corrente de água tratada entre a unidade de filtração primária e o eletroclorador.

[015] A unidade de filtração primária pode ser realizada com diferentes tipos de membranas de filtração. Em uma realização, a unidade de filtração primária compreende uma membrana de micro- ou de ultrafiltração eficaz para remoção de material particulado suspenso na água.

[016] A unidade de filtração primária pode, em outra realização, compreender uma membrana que é estruturada para processamento de sólidos de não mais do que 1 mícron contidos na água.

[017] A unidade de filtração secundária pode, do mesmo modo, ser realizada em realizações alternativas. Em uma realização, a unidade de filtração secundária compreende uma membrana que é estruturada para processamento de sólidos de não mais do que 0,01 mícron contidos na água.

[018] Em outra realização, a unidade de filtração secundária compreende uma membrana de nanofiltração eficaz para remoção de sulfato.

[019] Ainda, em outra realização, a unidade de filtração secundária compreende uma membrana de osmose reversa eficaz para dessalinização.

[020] Em uma realização preferencial, a unidade de filtração secundária é instalada no circuito de recirculação e a montante do eletroclorador.

[021] Em uma realização da instalação de tratamento de água, a unidade de filtração secundária compreende uma unidade de osmose reversa (RO) que tem saídas para permeado e água de rejeito, sendo que a saída de água de rejeito alimenta rejeito de RO rico em NaCl e com alto teor de íons bivalentes em uma unidade de nanofiltração (NF) que tem saídas para permeado e água de rejeito, sendo que a saída de água de permeado alimenta permeado de NF rico em NaCl e com baixo teor de íons bivalentes ao eletroclorador.

[022] A presente invenção, de maneira análoga, fornece um método para prevenção contra incrustação em uma instalação submarina de tratamento de água que é adaptada para tratamento de água do mar bruta para água de processo adequada para uso na produção de hidrocarboneto submarino. O método compreende • alimentar água do mar em uma corrente de água tratada através de uma membrana para remoção de sólidos em uma etapa de filtração primária, • alimentar uma porção da água tratada através de uma membrana para remoção de sulfato e/ou dessalinização em uma etapa de filtração secundária a jusante da etapa de filtração primária, • geração de cloro a partir da água dessulfatada / dessalinizada em um eletroclorador, e • retornar a água clorada para a corrente de água a montante ou a jusante da membrana da etapa de filtração primária.

[023] Em uma realização, o método compreende remoção de sólidos de mais de 1 mícron a partir da água tratada na etapa de filtração primária.

[024] Em uma realização, o método compreende remoção de sólidos maiores do que 0,01 mícron da água tratada na etapa de filtração secundária.

[025] Uma realização do método compreende: • filtração de água do mar em uma membrana de micro- ou de ultrafiltração, • alimentação do permeado a partir da membrana de micro- ou de ultrafiltração para dessalinização através de osmose reversa, • alimentação do rejeito rico em NaCl a partir da osmose reversa para filtração em uma membrana de nanofiltração, • alimentação do permeado rico em NaCl a partir da membrana de nanofiltração para a geração de cloro, • retorno da água que contém cloro para a membrana de micro- ou de ultrafiltração.

[026] As vantagens adicionais, bem como recursos da presente invenção irão aparecer a partir da descrição a seguir e das reivindicações dependentes.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[027] As realizações da invenção serão explicadas abaixo, em referência feita às figuras esquemáticas anexas. Nas figuras, a Figura 1 mostra uma primeira realização de uma instalação submarina de tratamento de água projetada para prevenção contra incrustação através de remoção de matéria sólida fina e remoção de sulfato e/ou dessalinização de água do mar, a Figura 2 mostra uma segunda realização de uma instalação submarina de tratamento de água projetada para prevenção contra incrustação, a Figura 3 mostra uma terceira realização de uma instalação submarina de tratamento de água projetada para prevenção contra incrustação.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[028] Em referência à Figura 1, uma instalação submarina de tratamento de água 1 compreende uma entrada 2 que alimenta água do mar a uma unidade de filtração primária 3. A unidade de filtração primária 3 compreende uma membrana 4 que separa uma câmara de recepção 5 de uma câmara de permeado 6 que tem uma saída 7 para água permeada. O transporte de água do mar através da unidade de filtração primária 3 é efetuado por meio de uma bomba 8. Uma porção da água permeada é estrangulada em um circuito de recirculação 9 e retorna para a corrente de água do mar por meio de um eletroclorador 10. A porção de água recirculada pode retornar para a água do mar a montante da membrana na unidade de filtração primária 3, conforme ilustrado em linhas contínuas, ou pode, alternativamente, retornar para a câmara / caminho de permeado 6 na unidade de filtração primária 3, no lado a jusante da membrana 4, conforme ilustrado através da linha pontilhada na Figura 1. Um retentado ou rejeito da unidade de filtração primária 3 pode ser descarregado para o mar, conforme ilustrado através da seta que aponta para baixo a partir da câmara de recepção 5.

[029] A montante do eletroclorador 10, uma unidade de filtração secundária 11 é instalada na alimentação de água descarregada da unidade de filtração primária 3.

[030] Enquanto a unidade de filtração primária 3 é estruturada para remoção de partículas finas que compreende uma membrana de micro- filtração ou ultrafiltração 4, a unidade de filtração secundária 11 pode compreender uma membrana de nanofiltração 12 estruturada para a remoção de sulfato.

[031] Em relação a isso, deve ser observado que a água fornecida para a unidade de filtração primária 3 pode ser água do mar bruta ou água do mar pré-tratada que passou por uma unidade de filtração grosseira (não mostrada), antes de entrar na unidade de filtração primária 3.

[032] Devido à capacidade de uma membrana de nanofiltração remover íons de magnésio e de cálcio reativos e bivalentes da água a ser fornecida para o eletroclorador 10, o problema de incrustação e deposição de cristais de carbonato de cálcio CaCo3 e hidróxido de magnésio Mg(OH2) no eletroclorador e em filtros e membranas a jusante será substancialmente reduzido ou completamente evitado.

[033] Consequentemente, a membrana de nanofiltração 12 separa uma câmara de recepção 13 de uma câmara de permeado 14 na unidade de filtração secundária 11. A câmara de recepção 13 forma um caminho de água de rejeito na unidade de filtração secundária 11 a partir de onde um retentado de nanofiltração é descarregado por meio de saída de água de rejeito 15. O permeado da unidade de filtração secundária é descarregado a jusante por meio de saída de água de permeado 16 para a linha de água de processo 17. Uma porção da água tratada é encaminhada para o eletroclorador 10 por meio de uma válvula de estrangulamento 18, que pode ser ajustável, e instalada no circuito de recirculação 9.

[034] A Figura 2 mostra uma realização alternativa 1 ’ da instalação submarina de tratamento de água. A realização de Figura 2 compreende todos dentre os elementos revelados da realização prévia, mas difere dos mesmos, em relação à localização da unidade de filtração secundária 11. Para ser mais preciso, na realização da Figura 2, a unidade de filtração secundária 11 é disposta no circuito de recirculação 9 a montante do eletroclorador 10 e a jusante da unidade de filtração primária 3. A localização da unidade de filtração secundária 11 no circuito de recirculação permite uma redução de dimensões e da capacidade para a unidade secundária, visto que o volume para tratamento pela unidade de filtração secundária será apenas a porção recirculada do permeado que atravessa a unidade de filtração primária 3.

[035] Ainda, uma realização alternativa 1’’ da instalação submarina de tratamento de água é mostrada na Figura 3. A realização de Figura 3 compreende todos dentre os principais componentes das realizações das Figuras 1 e 2. Entretanto, na realização da Figura 3, uma unidade de osmose reversa 19 é inserida na vazão de água tratada a jusante da unidade de filtração primária 3. A unidade de osmose reversa 19 forma uma unidade de filtração secundária localizada na vazão de água tratada a jusante da unidade de filtração primária 3 e a montante do eletroclorador 10. Na unidade de osmose reversa 19, uma membrana de osmose reversa 20 separa uma câmara de recepção 21 de uma câmara de permeado 22. A câmara de permeado 22 descarrega água dessalinizada na linha de água de processo 17 por meio de uma saída de água de permeado 23.

[036] A câmara de recepção 21 forma um caminho de retentado para a água tratada recebida da unidade de filtração primária 3. O retentado da unidade de osmose reversa 19, rico em NaCl e com um baixo teor de íons bivalentes, é descarregado na alça de recirculação 9 por meio de uma saída de água de rejeito 24 e fornecido à unidade de nanofiltração 11 que é instalada na alça de recirculação. O permeado de nanofiltração rico em NaCl é alimentado por meio de uma saída de água de permeado 16 ao eletroclorador 10, enquanto o retentado da unidade de nanofiltração 11 é descarregado por meio da saída de água de rejeito 15.

[037] Um efeito de prevenção de incrustação é, do mesmo modo, alcançado, se, alternativamente, o eletroclorador 10 for diretamente fornecido ao retentado a partir da unidade de osmose reversa 19, desviando, dessa forma, ou omitindo uma etapa de nanofiltração subsequente, visto que o rejeito da unidade de osmose reversa, que tem uma alta concentração de cloreto de sódio NaCl, também mostra um baixo teor de íons de magnésio ou de cálcio reativos e bivalentes. Na Figura 3, o caminho alternativo é ilustrado através de linhas tracejadas.

[038] A etapa de filtração secundária pode, dessa forma, alternativamente, compreender nanofiltração ou osmose reversa. A unidade de filtração secundária pode, consequentemente, ser realizada como uma unidade de nanofiltração ou como uma unidade de osmose reversa, e pode, conforme descrito acima, alternativamente, ser realizada como uma unidade de osmose reversa e uma unidade de nanofiltração, em combinação.

[039] Os filtros e membranas adequados para uso nas unidades primárias e secundárias de filtração podem ser produtos prontos para uso convencionais, preferencialmente do tipo de filtro de fluxo cruzado. As membranas de microfiltração, as membranas de ultrafiltração, as membranas de nanofiltração e as membranas de osmose reversa adequadas se encontram comercialmente disponíveis e, por essa razão, não precisam de especificação adicional, visto que um técnico no assunto de filtração e tratamento de água do mar tem o conhecimento e a experiência para escolher uma membrana adequada para cada uma das unidades de filtração primária e secundária que são apresentadas no presente documento como elementos da presente invenção.

[040] Embora a presente invenção tenha sido descrita em referência às figuras altamente esquemáticas, será compreendido que as realizações modificadas da instalação submarina de tratamento de água podem ser adicionalmente equipadas com válvulas, etc. que podem ser fornecidas a fim de controlar os caminhos da água do mar e da água tratada através da instalação de tratamento de água, ou com bombas, etc. que podem ser instaladas a fim de aplicar a pressão exigida em localizações diferentes da instalação de tratamento de água. Qualquer modificação pode, entretanto, ser feita pelo técnico no assunto e deve ser considerada como incluída sob o escopo de proteção definido nas reivindicações anexas.

Claims

1. INSTALAÇÃO SUBMARINA DE TRATAMENTO DE ÁGUA (1) adaptada para tratamento de água do mar bruta para água de processo adequada para uso em produção de hidrocarboneto submarino, em que a instalação de tratamento de água (1) é caracterizada por compreender: uma entrada de água do mar (2) para uma unidade de filtração primária (3) em que uma membrana de filtração (4) separa uma câmara de recepção (5) de uma câmara de permeado (6) que tem uma saída (7) para água tratada, uma bomba (8) em comunicação de vazão fluida com a saída de água tratada (7), uma alça de recirculação (9) que alimenta uma porção da água tratada por meio de um eletroclorador submarino (10) de volta para a corrente de água a montante ou a jusante da membrana (4) da unidade de filtração primária (3), e uma unidade de filtração secundária (11, 19) instalada a montante do eletroclorador submarino (10), a unidade de filtração secundária (11, 19) compreendendo: uma unidade de nanofiltração (11) tendo uma membrana de nanofiltração eficaz para remoção de sulfato que tem uma entrada e saídas para água de permeado (16) e de rejeito (15); e uma unidade de osmose reversa (19) que tem uma entrada para recepção da água tratada e saídas para água de permeado (23) e de rejeito (24), em que a saída de água de rejeito (24) da unidade de osmose reversa (19) alimenta um rejeito de osmose reversa que é rico em NaCl e com alto teor de íons bivalentes na unidade de nanofiltração (11) através da entrada da unidade de nanofiltração (11), e em que a saída de água de permeado (16) da unidade de nanofiltração (11) alimenta permeado da unidade de nanofiltração (11) rico em NaCl e baixo teor de íons bivalentes no eletroclorador (10).

2. INSTALAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela unidade de filtração primária (3) compreender uma membrana de micro- ou de ultrafiltração (4) eficaz para remoção de particulado.

3. INSTALAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela unidade de filtração primária (3) compreender uma membrana (4) estruturada para processamento de sólidos de não mais do que 1 mícron contidos na água.

4. INSTALAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela unidade de filtração secundária (11, 19) compreender uma membrana (12, 20) estruturada para processamento de sólidos de não mais do que 0,01 mícron contidos na água.

5. INSTALAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pela unidade de filtração secundária (11) compreender uma membrana de osmose reversa eficaz para dessalinização.

6. MÉTODO PARA PREVENÇÃO CONTRA INCRUSTAÇÃO em uma instalação submarina de tratamento de água adaptada para tratamento de água do mar bruta para água de processo adequada para uso na produção de hidrocarboneto submarino, em que o método é caracterizado por compreender: alimentar água do mar através de uma membrana (4) para remoção de sólidos em uma etapa de filtração primária (3) para fornecer água tratada, alimentar uma porção da água tratada através de uma unidade de osmose reversa (19) que inclui uma membrana de osmose reversa e sucessivamente através de uma unidade de nanofiltração (11) que inclui uma membrana de nanofiltração (12, 20) para remoção de sulfato para fornecer um concentrado de osmose reversa desulfatado em uma etapa de filtração secundária (11, 19) a jusante da etapa de filtração primária (3), alimentar um rejeito rico em NaCl da unidade de osmose reversa (19) para filtração na membrana de nanofiltração (12, 20); alimentar um rejeito rico em NaCl da membrana de nanofiltração (12, 20) para geração de cloro para um eletroclorador submarino (10) a jusante da membrana de nanofiltração (12, 20); gerar cloro a partir do concentrado de osmose reversa desulfatado no eletroclorador submarino (10), e retornar a água clorada para a corrente de água tratada a montante ou a jusante da membrana (4) da etapa de filtração primária.

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pela etapa de filtração primária compreender remoção de sólidos de mais de 1 mícron da água tratada.

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pela etapa de filtração secundária compreender a remoção de sólidos maiores do que 0,01 mícron da água tratada.