BR112017027949B1

BR112017027949B1 - Método para injeção de água em uma formação subterrânea contendo óleo e/ou gás e sistema para injeção de água em uma formação subterrânea

Info

Publication number: BR112017027949B1
Application number: BR112017027949-5A
Authority: BR
Inventors: Jose Luis Plasencia; Hua Wang
Original assignee: Vetco Gray Scandinavia As
Priority date: 2015-07-02
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2022-07-05
Also published as: NO20150890A1; AU2016286361A1; NO344853B1; GB201720661D0; AU2016286361B2; US11912601B2; US20180194658A1; WO2017001567A1; BR112017027949A2; GB2557026A; GB2557026B

Abstract

MÉTODO E SISTEMA PARA INJEÇÃO DE ÁGUA EM UMA FORMAÇÃO SUBTERRÂNEA. É apresentado um método e sistema (1) para injeção de água em uma formação subterrânea contendo óleo e/ou gás, em que o método compreende: preparar uma estação de filtração de água submersa (2) com uma bomba (3) que alimenta a água do mar de entrada (4) através de pelo menos uma membrana filtrante para uma bomba de injeção de água (5); submeter a água à irradiação ionizante (16) em um local entre a entrada de água do mar (4) e a bomba de injeção de água (5); por meio do qual, em dito local, a água é guiada após uma fonte de radiação submersa (17) que é distribuída para a penetração do corpo da água de injeção.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere a um método e sistema para injeção de água em uma formação subterrânea contendo óleo e/ou gás, de preferência em conjunto com recuperação de óleo ou gás aumentada.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Na produção de hidrocarbonetos, a injeção de água em formações contendo óleo ou gás é um método amplamente utilizado para auxiliar na recuperação de produtos de hidrocarbonetos aumentando a pressão na formação e, assim, prolongando a vida produtiva de um campo de produção de óleo ou gás. A injeção de água é praticada em terra (onshore) bem como em processos de recuperação de óleo e gás submarinos, e as fontes disponíveis de água de injeção são, por exemplo, água doce, água salgada e água produzida que é gerada através da separação de um fluido multifásico no local de produção. Na produção de hidrocarbonetos submarina, a água do mar é tipicamente utilizada para injeção. Devido ao seu teor de matéria orgânica e inorgânica, a água do mar é, no entanto, menos adequada para injeção e requer processamento antes da injeção. O processamento de água do mar em água adequada para fins de injeção pode incluir diferentes estágios de filtração, remoção de conteúdo iônico e desinfecção com o objetivo de remover matéria orgânica e inorgânica que, de outra forma, possa levar a problemas como a reprodução de bactérias e a acidificação (souring), a corrosão e a descamação (scaling) do reservatório no equipamento a jusante, etc. A matéria orgânica em causa compreende, entre outros, microrganismos como bactérias, plâncton e vírus.

[003] Um método de produção de água de injeção a partir de água do mar é conhecido anteriormente a partir do documento US 7600567 B2. O método descrito no documento US 7600567 B2 inclui separação e dessalinização em combinação com a dosagem de concentrados químicos. Outro exemplo de tratamento químico submarino de água de injeção é conhecido a partir do documento US 316,918 B1, segundo o qual a água é colocada em contato com um produto químico de estado sólido, como o cloro ou um biocida.

[004] No entanto, a desinfecção da água de injeção pelo uso de produtos químicos, como cloro, cobre ou compostos biocidas, resultará em produtos químicos que permanecem na água subsequentemente sendo injetados no reservatório. O uso de produtos químicos para a desinfecção da água de injeção pode assim deteriorar os componentes do sistema a jusante, ser ambientalmente perigoso e é indesejável.

[005] O documento US 7,802,623 B1 revela um método e dispositivo para destruição de matéria orgânica em água de injeção para um poço de injeção que evita a adição de um produto químico. Uma célula eletroquímica está conectada a um poço de injeção e a água de injeção é conduzida através da célula para geração in situ de um composto de oxigênio reativo por radiólise, usando água de injeção como material de origem para a radiólise.

[006] O US 7,802,623 B1 também menciona a esterilização UV como método alternativo para destruir e/ou inibir o crescimento do organismo na água de injeção. A irradiação de luz UV é um método de esterilização não ionizante amplamente utilizado no tratamento de águas residuais. A luz UV inativa os microrganismos causando danos fotoquímicos aos ácidos nucleicos no DNA dos microrganismos. A luz UV, no entanto, não pode penetrar partículas por transmissão através de material sólido e as partículas em suspensão na água podem, assim, aumentar a sobrevivência microbiana protegendo microrganismos da radiação UV. A incrustação na parte externa das paredes dos tubos UV reduz a eficácia da irradiação UV e é outro problema que torna a irradiação UV menos útil no ambiente submarino.

[007] Outro método de esterilização é a irradiação ionizante usando elétrons de alta energia ou radiação gama. A radiação ionizante pode causar um efeito indireto sobre os microrganismos. Aplicada ao material aquoso, a irradiação por radiação gama produz componentes altamente reativos e instáveis, tais como radicais hidroxilas e elétrons hidratados que causam alterações químicas dentro dos microrganismos.

[008] A irradiação ionizante de água do mar é revelada anteriormente para fins de resfriamento em DE 24 05 295, em que uma fonte de raios gama é instalada em um tubo que alimenta água para um permutador de calor em uma central de energia de turbina. A água de entrada passa por um filtro rotativo antes de entrar no tubo com a fonte de radiação radioativa.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[009] O objetivo da presente invenção é proporcionar um método alternativo para injeção de água em uma formação subterrânea contendo óleo e/ou gás que compreende a inativação de microrganismos na água do mar sem o uso de produtos químicos.

[010] É outro objetivo da presente invenção proporcionar um sistema para injeção de água em uma formação subterrânea contendo óleo e/ou gás que possa ser facilmente integrada com equipamento de tratamento de água adaptado para remover matéria orgânica e inorgânica na água.

[011] É ainda outro objetivo da presente invenção proporcionar um método e um sistema para injeção de água em uma formação subterrânea contendo óleo e/ou gás que tenha baixas demandas de manutenção e/ou de energia operacional.

[012] Os objetivos são alcançados por meio das características reveladas abaixo e nas reivindicações anexas.

[013] Em uma primeira realização da presente invenção, os objetivos são alcançados por um método para a injeção de água em uma formação subterrânea contendo óleo e/ou gás, em que o método compreende: - preparar uma estação de filtração de água submersa com uma bomba que alimenta a água do mar de entrada através de pelo menos uma membrana filtrante para uma bomba de injeção de água; - submeter a água à irradiação ionizante em um local entre a entrada de água do mar e a bomba de injeção de água, por meio do qual, em dito local, a água é guiada após uma fonte de radiação submersa que é distribuída para a penetração do corpo da água de injeção.

[014] A etapa de irradiação ionizante é, de preferência, seguida por filtração fina para remover matéria orgânica inativada da água de injeção.

[015] Em uma forma de realização, a etapa de irradiação ionizante é precedida por filtração grossa para remover matéria inorgânica da água de injeção antes da irradiação.

[016] Em uma forma de realização, a etapa de irradiação ionizante é seguida por filtração através de uma membrana semipermeável de tamanho de poro de microfiltração, ultrafiltração ou nanofiltração.

[017] Em uma forma de realização, a etapa de irradiação ionizante é seguida por dessalinização através de osmose reversa.

[018] Em uma forma de realização, a água é submetida a irradiação ionizante a partir de uma fonte de radiação radioativa que emite radiação gama.

[019] Em outra realização da presente invenção, os objetivos são alcançados por um sistema para injeção de água em uma formação subterrânea contendo óleo e/ou gás, em que o sistema compreende: - uma estação de filtração de água submersa com uma bomba que alimenta a água do mar de entrada através de pelo menos uma membrana filtrante para uma bomba de injeção de água, - um estágio de irradiação ionizante instalado em um local entre a entrada de água do mar e a bomba de injeção de água, por meio do qual, em dito local, a água é guiada após uma fonte de radiação submersa que é distribuída para a penetração do corpo da água de injeção.

[020] Em uma forma de realização, a fonte de radiação compreende um ou vários elementos de radiação dispostos em torno do exterior de uma seção de tubo da estação de filtração de água submersa.

[021] Em uma forma de realização, a fonte de radiação compreende um ou vários elementos de radiação dispostos no interior de uma seção de tubo da estação de filtração de água submersa.

[022] Em uma forma de realização, a fonte de radiação compreende vários elementos de radiação distribuídos ao longo dos exteriores ou ao longo dos interiores de uma multiplicidade de seções de tubos paralelas em configuração de matriz.

[023] Em uma forma de realização, a fonte de radiação compreende vários elementos de radiação distribuídos sobre a área secional de uma seção de tubo alargada ou tanque em que a velocidade de fluxo de água é reduzida.

[024] Em uma forma de realização, a fonte de radiação inclui uma cápsula de proteção que funciona como parede de tubo ou tanque.

[025] Uma ou várias fontes de radiação podem, alternativamente ou adicionalmente, ser colocadas em um filtro grosso, um filtro de membrana, uma bomba ou qualquer outro componente no sistema para melhorar a desinfecção.

[026] Estas formas de realização e outros detalhes do método e sistema de injeção de água exposto serão explicados adicionalmente na seguinte descrição detalhada de formas de realização preferidas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[027] Na descrição detalhada a seguir, será feita referência às figuras esquemáticas anexas, em que: - a Figura 1 apresenta o esquema de um sistema de injeção de água configurado para executar o método de injeção de água da presente invenção; - a Figura 2 apresenta uma configuração alternativa do sistema de injeção de água; - as Figuras 3 a 5 apresentam projetos alternativos para a distribuição de elementos radioativos em uma fonte de radiação para o sistema de injeção de água; - a Figura 6 apresenta outro projeto alternativo para a distribuição de elementos radioativos; e - as Figuras 7a-7c apresentam ainda outros projetos alternativos da fonte de radiação.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[028] Com referência à Figura 1, um sistema de injeção de água (1) compreende, resumidamente, uma estação de filtração de água submersa (2), uma bomba (3) que alimenta água do mar através da estação de filtração a partir de uma entrada de água do mar (4) para uma bomba de injeção de água (5) através da qual a água tratada é injetada em um poço de injeção (6) em uma formação subterrânea contendo óleo e/ou gás (7). O sistema de injeção de água (1) pode ser controlado a partir de uma estação de controle topside (8) através de um umbilical (9). Uma estação de controle submarina (10) pode ser incluída no controle do sistema de injeção de água (1).

[029] A estação de filtração de água submersa (2) compreende estágios de filtro de graus sucessivamente mais finos, como visto na direção de alimentação de água através do sistema (1). Os estágios de filtro incluem pelo menos um estágio de filtração grossa (11) e de preferência também um estágio de filtração fina (12).

[030] Neste contexto, a separação de material particulado e microrganismos da água do mar geralmente envolve a filtração em vários estágios usando diferentes tipos de filtros. Os tipos de filtros aplicados nos processos de tratamento de água do mar abrangem filtros grossos submarinos e meios filtrantes (media filters) múltiplos e membranas utilizadas em unidades de microfiltração, ultrafiltração, nanofiltração e unidades de osmose reversa. Os estágios de filtração não são principalmente diferentes um do outro, exceto em termos do tamanho dos poros e do tamanho das moléculas que retém. Em termos gerais, o tamanho de poro ou a capacidade de remoção de tamanho de partículas das membranas de ultrafiltração variam de 0,005 a 0,1 mícron, enquanto que as membranas de nanofiltração variam de 0,001 a 0,01 mícron e as membranas de osmose reversa são capazes de excluir tamanhos de partículas que variam até 0,0001 mícron.

[031] As membranas de filtro e as unidades de filtro aplicadas na presente invenção não estão limitadas às figuras e intervalos exatos mencionados aqui, mas são meramente introduzidas como uma ilustração geral de diferentes estágios de filtração que podem ser aplicados no sistema de injeção de água do mar (1).

[032] Por exemplo, o estágio de filtração grossa (11) pode ser realizado como uma peneira ou como um meio filtrante múltiplo, enquanto que o estágio de filtração fina (12) pode ser composto por diversas unidades de ultrafiltração (13-13”) dispostas em uma disposição paralela conforme indicado na Figura 1. O estágio de filtração fina pode ser suplementado por nanofiltração e/ou dessalinização proporcionada a partir de uma unidade de nanofiltração (14) e/ou uma unidade de osmose reversa (15), se apropriado.

[033] Um estágio de irradiação ionizante (16) é instalado na alimentação de água a partir da entrada de água do mar (4) para a bomba de injeção de água (5). O estágio de irradiação ionizante pode, por exemplo, ser inserido a montante de qualquer unidade de filtro, tal como a montante de uma unidade de filtro grosso ou uma unidade de ultrafiltração, possivelmente dentro ou perto da entrada de água do mar. Principalmente, o estágio de irradiação ionizante pode ser inserido em qualquer local na linha de alimentação de água. No entanto, pode ser preferido organizar pelo menos um estágio de filtração fina no fluxo a jusante do estágio de irradiação ionizante (16), de modo a remover a matéria orgânica inativada da água de injeção. Pode, adicionalmente, ser preferido organizar pelo menos uma unidade de filtração grossa no fluxo a montante do estágio de irradiação ionizante (16) de modo a remover a matéria inorgânica sólida que, de outra forma, pode proteger a matéria orgânica e os microrganismos da energia da radiação. Para ambas as razões acima mencionadas, a forma de realização da Figura 1 pode prever que o estágio de irradiação ionizante (16) esteja localizado entre o estágio de filtração grossa (11) e o estágio de filtração fina (12).

[034] O estágio de irradiação ionizante (16) compreende pelo menos uma e, de preferência, um conjunto de fontes de radiação (17) dispostas na alimentação de água através do sistema de injeção de água (1). As fontes de radiação (17) são distribuídas para garantir a penetração do corpo completo de água. Para este fim, o fluxo de água de entrada (4) pode ser dividido em múltiplos fluxos através de seções de tubos paralelas (18) cada uma associada a uma ou mais fontes de radiação (17), como mostrado na forma de realização da Figura 1. O tubo também pode ser disposto com várias passagens em torno de uma fonte de radiação.

[035] Uma forma de realização alternativa do sistema de injeção de água (1) é mostrada na Figura 2, em que os mesmos elementos que constituem a forma de realização da Figura 1 recebem os mesmos números de referência. Na forma de realização da Figura 2, o estágio de irradiação ionizante (16) é, no entanto, estruturado de forma diferente, na medida em que a água de entrada (4) é introduzida em um tanque (19) contendo diversas fontes de radiação (17). O tanque está dimensionado para permitir à água um tempo de residência no tanque suficiente para garantir a penetração completa de todo o corpo de água que sobe através do tanque para uma saída de descarga (overflow) (20).

[036] As disposições alternativas das fontes de radiação (17) na alimentação de água através do sistema de injeção de água (1) são ilustradas esquematicamente nas Figuras 3 a 5. Assim, a Figura 3 apresenta uma vista em corte de um tubo de água (21) rodeado por diversas fontes de radiação (17) distribuídas em torno do exterior do tubo de água (21). A Figura 4 apresenta uma vista em corte correspondente de um tubo de água (21), em que diversas fontes de radiação (17) são distribuídas dentro do interior do tubo de água. A Figura 5 apresenta uma vista em corte de uma disposição em que tubos de água (21) e fontes de radiação (17) estão dispostos em uma configuração de matriz.

[037] No entanto, uma realização alternativa do estágio de irradiação ionizante (16) é ilustrada na Figura 6. Na forma de realização da Figura 6, um conjunto de fontes de radiação (17) está instalado em uma seção de tubo alargada (22) de um tubo de água (21). As fontes de radiação (17) são suportadas dentro de uma proteção (23) que encerra a energia emitida pelas fontes de radiação (17) dentro da seção de tubo alargada. A proteção (23) pode estar disposta de modo a constituir uma porção da parede do tubo.

[038] Outros projetos alternativos do estágio de irradiação ionizante (16) são apresentados nas Figuras 7a-7c, todos os quais se referem a formas de realização do tanque (19). Em todos os casos, a água de injeção é alimentada através do tanque (19) conforme indicado pelas setas F, a partir de uma entrada de tanque (24) até uma saída (25). Um conjunto de cartuchos de irradiação (26) (irradiation cartridges) está instalado de fora do tanque, cada cartucho de irradiação (26) contendo diversas fontes de radiação (17). Os cartuchos podem ser dispostos com uma interface ROV (27) para instalação por um veículo submarino operado remotamente. A Figura 7a apresenta as vistas frontal e lateral de uma forma de realização em que os cartuchos de irradiação (26) estão orientados horizontalmente no tanque (19). A Figura 7b apresenta, em uma vista lateral correspondente, uma forma de realização em que os cartuchos estão orientados verticalmente. A Figura 7c apresenta uma forma de realização em que os cartuchos (26) estão instalados em passagens definidas pelas paredes divisórias (28) em um tanque que é formado como um labirinto. As formas de realização das Figuras 7a-7c fornecem um tempo de residência prolongado nos tanques e, portanto, uma exposição prolongada à radiação. A forma de realização da Figura 7c assegura a exposição máxima à radiação para o corpo completo de água que é guiado ao longo dos cartuchos de irradiação (26) a partir da entrada (24) para a saída (25).

[039] A fonte de radiação (17) preferida para ser utilizada no presente método e sistema é um isótopo Cobalto-60 que está disponível em barras (rods) que podem ser montadas e encapsuladas para formar uma barra ou um feixe luminoso (pencil). A meia-vida do Cobalto-60 é de cerca de 5,5 anos, o que corresponde aproximadamente a um decaimento de 13% ao ano, tornando o elemento Cobalto-60 uma fonte de energia adequada para aplicações subaquáticas, uma vez que a suplementação ou substituição de elementos pode ser necessária em uma base frequente de cada três a cinco anos. Os raios gama penetram bem em água e os elementos Cobalto-60 podem ser combinados em quantidade suficientes para fornecer a dosagem necessária.

[040] Os efeitos diretos e indiretos da irradiação de raios gama em água e microrganismos na água são conhecidos e bem documentados na literatura e não precisam ser mais discutidos neste contexto. Está bem dentro do alcance para o técnico no assunto encontrar empiricamente sem experimentação indevida a quantidade de elementos Cobalto-60 e os efeitos necessários para atingir uma dosagem efetiva para uma taxa de fluxo específica de água de injeção. Uma taxa de dose na ordem de 0,001 a 25 kGy (quilo Gray) é considerada como tendo efeito em fungos, bactérias e até vírus.

[041] Fontes de radiação ionizantes alternativas, além do emissor de raios gama Cobalto-60, são geradores de raios-X e feixe de elétrons. Os elétrons acelerados e os raios-X podem, para algumas aplicações, ser menos preferidos aos raios gama, que proporcionam maior profundidade de penetração na água do que ditas alternativas.

[042] Um estágio de irradiação não ionizante pode ser incluído no sistema de injeção de água como suplemento ao estágio de irradiação ionizante (16). O estágio de irradiação não ionizante pode ser baseado em uma fonte de luz UV (tal como uma lâmpada germicida de 254 nm) que é então instalada no fluxo de água de injeção. Se adequado, a fonte de luz UV pode ser instalada no fluxo de água a montante do estágio de irradiação ionizante (16).

[043] Os esquemas de radiação listados podem ser vistos como representantes eletromagnéticos diferentes para um tratamento de oscilação de desintegração de alta frequência (DHFO - Disintegrating High Frequency Oscillation) da água de injeção. Sob este título, há espaço também para soluções além de eletromagnéticas, tal como esquemas de desinfecção puramente mecânicos.

[044] O escopo da presente invenção, como revelado acima e nas figuras, é definido nas reivindicações anexas, cobrindo as formas de realização reveladas e as modificações que podem ser derivadas a partir da mesma sem deixar o escopo da invenção.

Claims

1. MÉTODO PARA INJEÇÃO DE ÁGUA EM UMA FORMAÇÃO SUBTERRÂNEA CONTENDO ÓLEO E/OU GÁS, que compreende as etapas de: - preparar uma estação de filtração de água submersa (2) com uma bomba (3) que alimenta a água do mar de entrada (4) através de pelo menos uma membrana filtrante para uma bomba de injeção de água (5); - submeter a água à irradiação ionizante (16) em um local entre a entrada de água do mar (4) e a bomba de injeção de água (5); - por meio do qual, no local, a água é guiada após uma fonte de radiação submersa (17) que é distribuída para a penetração do corpo da água de injeção; caracterizado pela etapa de irradiação ionizante (16) ser seguida por filtração fina (12) para remover matéria orgânica inativada da água de injeção.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela etapa de irradiação ionizante (16) ser seguida por filtração através de uma membrana semipermeável de tamanho de poro dentre microfiltração, ultrafiltração (13-13”) ou nanofiltração (14).

3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela etapa de irradiação ionizante (16) ser seguida por dessalinização através de osmose reversa (15).

4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pela água ser submetida à irradiação ionizante a partir de uma fonte de radiação radioativa (17) que emite raios gama.

5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pela etapa de irradiação ionizante (16) ser precedida por filtração grossa (11) para remover matéria inorgânica da água de injeção antes da irradiação.

6. SISTEMA (1) PARA INJEÇÃO DE ÁGUA EM UMA FORMAÇÃO SUBTERRÂNEA CONTENDO ÓLEO E/OU GÁS, que compreende: - uma estação de filtração de água submersa (2) com uma bomba (3) que alimenta a água do mar de entrada (4) através de pelo menos uma membrana filtrante para uma bomba de injeção de água (5); - um estágio de irradiação ionizante (16) instalado em um local entre a entrada de água do mar (4) e a bomba de injeção de água (5); - por meio do qual, no local, a água é guiada após uma fonte de radiação submersa (17) que é distribuída para a penetração do corpo da água de injeção; caracterizado pela etapa de irradiação ionizante (16) ser seguida por filtração fina (12) a montante da bomba de injeção de água (5).

7. SISTEMA (1), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo estágio de filtração fina (12) compreender diversas unidades de ultrafiltração (13-13”) dispostas em uma disposição paralela.

8. SISTEMA (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 7, caracterizado pelo estágio de filtração fina (12) compreender uma unidade de nanofiltração (14) e/ou uma unidade de osmose reversa (15).

9. SISTEMA (1), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pela fonte de radiação (17) compreender um ou vários elementos de radiação (17) dispostos em torno do exterior de uma seção de tubo (21) de uma estação de filtração de água submersa.

10. SISTEMA (1), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pela fonte de radiação (17) compreender um ou mais elementos de radiação (17) dispostos no interior de uma seção de tubo (21) de uma estação de filtração de água submersa.

11. SISTEMA (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 1-, caracterizado pela fonte de radiação (17) compreender vários elementos de radiação (17) distribuídos ao longo dos exteriores ou ao longo dos interiores de uma multiplicidade de seções de tubos paralelas (21) em configuração de matriz.

12. SISTEMA (1), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pela fonte de radiação (17) compreender vários elementos de radiação (17) distribuídos sobre a área secional de uma seção de tubo alargada (22) ou tanque (19) em que a velocidade de fluxo de água é reduzida.

13. SISTEMA (1), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pela fonte de radiação (17) incluir uma cápsula de proteção (23) que funciona como parede de tubo ou tanque.

14. SISTEMA (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 13, caracterizado pela fonte de radiação (17) ser colocada em um filtro grosso, um filtro de membrana, uma bomba(s) ou qualquer outro componente no sistema para melhorar a desinfecção.