BR112018002671B1

BR112018002671B1 - Sistema de processamento de água submarino

Info

Publication number: BR112018002671B1
Application number: BR112018002671-9A
Authority: BR
Inventors: Hua Wang; Zijun Xia; Jose Luis Plasencia
Original assignee: General Electric Company
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2016-07-20
Publication date: 2021-11-09

Abstract

SISTEMA DE PROCESSAMENTO DE ÁGUA SUBMARINO. A presente invenção refere-se a sistemas de processamento submarino úteis para o processamento de óleo, gás, água do mar (para injeção) e, água produzida e métodos para limpar esses sistemas de processamento submarino. O sistema de processamento de água submarino que compreende uma unidade eletroquímica que usa água do mar bruta ou tratada ou água produzida em campo de óleo para gerar soluções de alto pH e baixo pH que são usadas para limpar pelo menos um aparelho de processo submarino durante um ciclo de limpeza por circulação através do pelo menos um aparelho de processo submarino por meio de linhas de fluxo de ácido ou base que conectam a unidade eletroquímica com o aparelho de processo submarino no local.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se a sistemas de processamento submarino úteis para o processamento de óleo, gás, água do mar (para injeção) e, água produzida e métodos para limpar esses sistemas de processamento submarino. Os sistemas de processamento submarino incluem equipamento para separação, bombeamento, compressão de gás, resfriamento e aquecimento do processo, injeção de água do mar e tratamento de água produzida e reinjeção para o interior de poços e equipamento para descarga ambientalmente segura de água tratada produzida. Em particular, a invenção se refere a um sistema de processamento de água submarino e um método para limpar um aparelho de processo submarino incluído no sistema de processamento de água submarino.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] O encharcamento com água é um meio amplamente usado para a recuperação de óleo melhorada (IOR) e tem sido usado por mais de 75 anos. O encharcamento com água é usado para manter ou aumentar a pressão no reservatório para extrair o óleo imobilizado presente no reservatório que, de outro modo, não fluiria para fora do reservatório. Geralmente essa é uma técnica de recuperação secundária, no entanto, está sendo considerada para recuperação primária e terciária para recuperação máxima aumentada.

[0003] Em processos de encharcamento com água convencionais para recuperação de óleo melhorada, água de injeção pode ser tomada da fonte disponível mais próxima, com pouca consideração quanto à sua composição química. As fontes de água de injeção onshore incluem rios e aquíferos, embora água do mar ou água produzida seja usada offshore. A água é, geralmente, filtrada para remover partículas para impedir entupimento da formação por técnicas tais como filtração de meios, filtragem de cartuchos, microfiltração ou ultrafiltração. Certos reservatórios exigem remoção de sulfatos para reduzir a tendência de formação em formação de escamas de sulfato de bário e sulfato de estrôncio no reservatório. A água pode ser injetada a uma pressão aproximadamente 3,5 MPa (500 psi (35 bar)) maior do que a pressão no reservatório. As bombas submarinas de injeção de água de fase única podem ser usadas em aplicações submarinas.

[0004] O encharcamento com água de baixa salinidade (LSF) é um processo de encharcamento do reservatório de óleo com água de salinidade adequada de modo a extrair de maneira econômica óleo adicional dos reservatórios de arenito e carbonato. O uso de LSF em um campo de óleo pode também tornar outras técnicas de encharcamento IOR com produtos químicos ou polímeros mais eficientes e fornecer poupança de custos por meio da redução de consumo de produtos químicos. Um processo de osmose reversa, opcionalmente em combinação com uma etapa de pré-tratamento por ultrafiltração, pode ser usado para aplicações de encharcamento com água de baixa salinidade. As membranas de ultrafiltração removem incrustações tais como bactérias e sólidos em suspensão, embora as membranas de osmose reversa removam sólidos dissolvidos totais para alcançar salinidade ideal adequada para recuperação de óleo aprimorada e aplicações de encharcamento de baixa salinidade.

[0005] A injeção de água do mar tratada ou água produzida para o interior de um reservatório de óleo offshore é, portanto, um método reconhecido de aumentar o volume recuperável de óleo no lugar e aprimorar a produção. Para campos offshore tradicionais, água do mar é tratada no e, injetada a partir de uma instalação de convés superior tal como uma plataforma ou unidade FPSO (unidade flutuante de produção, armazenamento e transferência). Os maiores desafios que os sistemas offshore precisam superar são as limitações de espaço e peso na plataforma ou FPSO. Os volumes de injeção são limitados por diversos fatores e exigem espaço no convés superior valioso e caro que deveria, preferencialmente, ser usado para produção. Algumas vezes as opções de tratamento de água no convés superior simplesmente não são viáveis (por exemplo, campos de óleo marrom existentes sem espaço extra no convés superior, campos de óleo localizados remotamente por satélite, campos em ambientes severos ou em condições árticas). Como resultado, existe uma tendência na indústria de óleo a contar com sistemas de produção submarinos em que o equipamento é instalado debaixo d’água, por exemplo, no fundo do mar. A tecnologia de injeção de água submarina supera restrições de espaço e peso na parte superior ao colocar equipamentos debaixo d'água.

[0006] A atividade de exploração e produção em águas mais profundas, ambientes mais severos e locais mais remotos representa uma tendência chave da indústria de óleo e gás ao longo da última década, graças a campos de água profundos e maiores tais como os campos offshore próximos aos Estados Unidos, México, Brasil e África Ocidental. Atualmente, a profundidade de poços submarinos pode alcançar 3.000 metros. Nessa profundidade, a pressão do meio ambiente é de 30 MPa (300 bar (4.450 psi)) da carga hidrostática e a temperatura do meio ambiente é em torno de 4 °C (38 °F).

[0007] A reinjeção e descarga de água produzida das instalações na superfície após tratamento é prática padrão na indústria de óleo e gás offshore. Os métodos provados são aplicados para assegurar que o descarte de águas residuais não tenha nenhum efeito adverso sobre a vida marinha. O tratamento de água submarina produzida envolve separação e purificação de água no fundo do mar para reinjeção (para IOR), injeção para o interior de poços de descarte submarino ou para descarga ambientalmente segura no fundo do mar. Além da minimização da pegada do equipamento de convés superior e da proteção dos equipamentos contra danos causados pelo clima, o tratamento de água produzida submarina para reinjeção ou descarga tem muitos benefícios adicionais, incluindo a eliminação da necessidade de armazenar ou transportar enormes volumes de água de locais de produção submarinos para o hospedeiros da ligação de apoio perpendicular, bem como a vantagem de reduzir os custos do sistema de produção. Também diminui a pressão hidrostática nas linhas de fluxo de produção submarinas para ajudar a reduzir a contrapressão no cabeçote do poço submarino e, finalmente, permite mais produção. Os equipamentos para o tratamento de água produzida submarina incluem sistemas de separação óleo/água, sistemas de separação gás-líquido, separadores de sólidos suspensos (lixadeiras) e sistemas de filtração.

[0008] O tratamento profundo da água submarina enfrenta muitos desafios, incluindo projeto mecânico do sistema, eletrificação, controle, inspeção, incrustação e mitigação de formação de escamas, manutenção e reparo. Projetos e operações que normalmente são usados para onshore e na parte superior na maioria dos casos não podem ser usados diretamente nas condições submarinas profundas.

[0009] Os sistemas convencionais de membrana e os métodos operacionais atuais são projetados para aplicações onshore e de parte superior. Um problema importante na operação de filtração por membrana submarina é a incrustação da membrana. A incrustação de membrana é indicada pelo declínio do fluxo de um sistema de membrana causado pelo acúmulo de certos constituintes na água de alimentação na superfície da membrana ou na matriz da membrana.

[0010] A limpeza química regular de módulos da membrana, tal como limpeza no local (CIP), é parte integrante da operação do processo da membrana. A limpeza regular da membrana e a remoção de incrustações prolongam a vida do elemento de membrana e o desempenho geral do sistema e, tem um impacto profundo no desempenho e na economia dos processos de membrana. Na CIP de membrana, são normalmente necessárias soluções de limpeza ácidas e básicas para realizar uma limpeza com pH elevado e pH baixo. Tipicamente, uma limpeza com alto pH é usada primeiro para remover incrustações, tais como matéria biológica ou óleo, seguida de limpeza com baixo pH para remover incrustações tais como a formação de escamas de minerais ou óxidos metálicos/hidróxidos metálicos.

[0011] A limpeza química também é amplamente utilizada na prevenção e remediação de escalas. Problemas de formação de escamas podem ocorrer devido à incompatibilidade da água produzida com água injetada ou outras fontes de água, como é o caso da água presente na lama de perfuração. Por exemplo, a formação de escamas pode precipitar durante a perfuração, a conclusão do poço, a produção ou a injeção e pode afetar os poços de injeção, a formação do reservatório, os poços de produção, bem como o sistema de produção, incluindo tubulações e equipamentos. A remediação de depósitos de formação de escamas pode ser realizada por métodos mecânicos, tratamento ácido ou uma combinação de ambos. As lavagens ácidas para remoção de balanças que podem ser combinadas com jato de água são tipicamente usadas para remover escalas de trocadores de calor, canos, poços de injeção, poços de produção e equipamentos relacionados. Os eletrodos em células de eletrólise (como eletrocloradores ou equipamentos similares) também estão sujeitos à deposição de formação de escamas e, portanto, podem exigir ácido para remediação.

[0012] O ácido para a estimulação do reservatório também é uma prática comum que pode aumentar significativamente as taxas de produção. Neste processo, o ácido é injetado no poço para penetrar os poros da rocha para aumentar a permeabilidade da rocha.

[0013] A CIP é bem estabelecida para aplicações típicas com base terrestre. Em tais aplicações baseadas em terra; armazenamento químico, mistura, entrega e operações de aquecimento/resfriamento, todos os componentes necessários do CIP, geralmente, não é um problema. No entanto, os sistemas convencionais da CIP e os métodos de operação enfrentam muitos desafios em aplicações offshore, tanto para o convés superior como para o submarino.

[0014] Para a membrana superior e outras aplicações de processo, o armazenamento químico e o equipamento da CIP convencional requerem espaço valioso em uma plataforma ou FPSO.

[0015] Para aplicações em membrana de águas profundas, o armazenamento químico submarino necessário para a CIP convencional está, provavelmente, fora de questão já que as unidades de armazenamento químico necessárias são enormes e dispendiosas. Se as unidades de armazenamento químico estiverem na parte superior e os sistemas de membrana estiverem no fundo do mar, serão necessárias longas e custosas unidades umbilicais para entregar e retornar produtos químicos da CIP para as unidades de tratamento de água submarinas e podem comprometer projetos em águas mais profundas e em poços de saída em distância mais longa.

[0016] Uma unidade de tratamento submarina com meios de limpeza adequados para limpar membranas de filtração em grandes profundidades de água é previamente conhecida e revelada no documento no WO2014044978 A1. Um meio de aquecimento é disposto para aquecer a membrana seguida de injeção de água e agente de limpeza (solução ácida ou base), cada uma delas armazenada em um tanque de armazenamento de água e pelo menos um tanque de produto de limpeza.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0017] O objetivo geral da presente invenção é superar as limitações dos atuais sistemas CIP convencionais e métodos de operação aplicáveis aos equipamentos de operação da membrana, injeção e produção, bem como a estimulação do reservatório, permitindo um processo de recuperação de hidrocarbonetos do convés superior offshore e hidrocarboneto submarino robusto e econômico.

[0018] O objetivo é cumprido em que os produtos químicos de limpeza, que incluem ácidos e bases, são gerados no local, a partir de sais e água, ambos presentes abundantemente em água do mar.

[0019] As vantagens chave dos sistemas e métodos revelados no pedido incluem:- projeto simples e econômico; alta confiabilidade e disponibilidade para operação no convés superior e submarina;- um sistema pequeno e modular da CIP à medida que ácidos e bases são produzidos no local e sob demanda, eliminando a necessidade de unidades de armazenamento submarinas massivas e caras;- economia de CAPEX;- elimina a necessidade de unidades umbilicais longas e caras exigidas para entregar os produtos químicos da CIP a partir das unidades de convés superior da CIP para sistemas de tratamento de água submarina;- pegada do sistema da CIP e redução de peso, evitando o transporte químico e etapas de armazenamento e equipamentos associados a essas etapas;- pegada do sistema de membrana e redução de peso, devido ao maior fluxo ativado pelo processo CIP; e- estimulação de reservatório.

[0020] Em um aspecto geral, a invenção se refere a um sistema de processamento de água submarino em que uma unidade de geração de ácido e base é fornecida utilizando água do mar em um processo eletroquímico para gerar soluções de limpeza de alto pH e baixo pH que durante um ciclo de limpeza são circulados, isto é, alimentados, através de pelo menos um aparelho de processo submarino por meio de linhas de fluxo de ácido ou base e válvulas que conectam a unidade de geração de ácido/base no local com o pelo menos um aparelho de processo submarino para remover invenção biológica e/ou formação de escamas.

[0021] Em uma realização a unidade de geração de ácido/base é uma unidade de eletrólise. A unidade de eletrólise pode compreender uma configuração de células e pilha que não é dividido, de dois compartimentos, de três compartimentos ou multicompartimentos. A unidade de eletrólise pode conter adicionalmente eletrodos monopolares, eletrodos bipolares, separadores porosos, membranas de permuta catiônica, membranas de permuta aniônica ou membranas bipolares.

[0022] Em uma realização preferida, a unidade de geração de ácido/base é uma unidade de eletrodiálise de membrana bipolar (BPED).

[0023] As membranas bipolares são um tipo especial de membranas de permuta iônica de duas camadas. As mesmas compreendem duas camadas de polímeros que transportam cargas fixas, sendo que uma das quais é permeável apenas para ânions e a outra apenas para cátions. Ao contrário das membranas usadas para propósitos de separação, para a membrana bipolar, nada deve ser transportado de um lado para o outro. A função desejada é uma reação na junção bipolar da membrana onde as camadas permeáveis ao ânion e ao cátion estão em contato direto: água é separada em íons hidróxido e prótons por uma reação de desproporção. O íon hidróxido e próton produzidos são separados debaixo de campo elétrico por migração na camada de membrana respectiva para fora da membrana. Ao contrário reação de redox de água em eletrodos durante eletrólise, nenhum de gases tais como hidrogênio e oxigênio são formados como um produto extra para essa reação. As unidades de eletrodiálise de membrana bipolar estão comercialmente disponíveis, por exemplo, das empresas GE Tecnologias de água e Processos, Astom e, PC Cell GmbH. Os fornecedores de membrana bipolar incluem, entre outros, GE Tecnologias de água e Processos, FuMA- Tech GmbH e PolymerChemie Altmeier GmbH (membrana bipolar de PCA).

[0024] Em uma ou mais realizações, a presente invenção fornece um sistema de processamento de água submarino que compreende um ou mais componentes de unidade filtração grossa ou pré-filtração do sistema de tratamento de água. Essa unidade de filtração grossa ou de pré-filtração serve para reduzir o nível de partículas na água da fonte que é processada pelo sistema submarino de tratamento de água e fornece um filtrado substancialmente livre de partículas sólidas grande que têm uma maior dimensão maior do que 1 mícron.

[0025] Em uma ou mais realizações, a presente invenção fornece um sistema de processamento de água submarino que compreende um ou mais componentes unidade de microfiltração do sistema de processamento de água submarino. A unidade de microfiltração serve para reduzir o nível de partículas finas na água da fonte que é processada pelo sistema de processamento de água submarino e fornece um filtrado substancialmente livre de partículas sólidas finas que têm uma maior dimensão maior do que 0,1 a 1 mícrons.

[0026] As unidades de microfiltração e pré-filtração adequadas estão disponíveis em comércio e incluem as fornecidas por GE Água (por exemplo, E-Series Filtros de Pré-tratamento Multimeios, Filtro Multimeios e de Pré-tratamento de Carbono Ativado da Série PRO EU, Z.Plex* F E JX filtro de Microfiltração), Hydranautics (por exemplo, QUALSEP MF) e Sistemas de Membrana Koch (por exemplo, Série SUPER-COR® MF).

[0027] Em uma ou mais realizações, a presente invenção fornece um sistema de processamento de água submarino que compreende um ou mais componentes de unidade da membrana de ultrafiltração do sistema de processamento de água submarino. Essa unidade de membrana de ultrafiltração serve para reduzir o nível de partículas na água da fonte que é processada pelo sistema de processamento de água submarino e fornece uma ultrafiltrado substancialmente livre de partículas sólidas que tem uma maior dimensão maior do que 0,1 mícron. Para os fins desta invenção, o termo substancialmente livre de partículas sólidas significa que partículas sólidas no ultrafiltrado que tem uma maior dimensão maior do que 0,1 mícron não estão presentes em uma quantidade que ultrapassa 100 partes por milhão. Em uma ou mais realizações, o ultrafiltrado contém menos do que 50 partes por milhão de partículas sólidas que têm uma maior dimensão maior do que 0,1 mícron. Em um conjunto de realizações alternativas, o ultrafiltrado contém menos do que 10 partes por milhão de partículas sólidas que têm uma maior dimensão maior do que 0,1 mícron.

[0028] As unidades da membrana de ultrafiltração adequadas estão disponíveis em comércio e incluem as fornecidas por GE Energia e Água (por exemplo, unidades de membrana de ultrafiltração de fibra oca ZEEWEED - e unidades da membrana de ultrafiltração tecidas em espiral de SÉRIE G), Atech innovations GmbH (por exemplo, unidades da membrana de ultrafiltração de fibra oca cerâmica), Grupo Qua (por exemplo, unidades da membrana de ultrafiltração de fibra oca Q-SEP), Sistemas de Membrana Koch (por exemplo, unidades da membrana de ultrafiltração de fibra oca PURON), DOW (por exemplo, unidades da membrana de ultrafiltração de fibra oca PDVF), e TRISEP (por exemplo, unidades da membrana de ultrafiltração tecidas em espiral SPIRASEP). Como será apreciado por técnicos no assunto membranas de fibra oca podem ser de furo único ou de muitos furos e, podem ser operadas de vários modos tais como e padrões de fluxo de dentro para fora e de fora para dentro, em modos de filtração de fluxo sem saída e de fluxo cruzado e, em configurações de sistema submarinas ou, de outro modo, pressurizadas.

[0029] Em uma ou mais realizações, a presente invenção fornece um sistema de processamento de água submarino que compreende uma única unidade de membrana de ultrafiltração. Em um conjunto de realizações alternativas, a presente invenção fornece um sistema de processamento de água submarino que compreende uma pluralidade de unidades da membrana de ultrafiltração. Em uma ou mais realizações, a unidade de membrana de ultrafiltração pode compreender membranas de fibra oca. Em um conjunto de realizações alternativas, a unidade de membrana de ultrafiltração pode compreender uma ou mais folhas de membrana. Em ainda outro conjunto de realizações, a unidade de membrana de ultrafiltração pode compreender uma ou mais folhas de membrana configuradas em uma estrutura de membrana tecida em espiral.

[0030] Em uma ou mais realizações, o sistema de processamento de água submarina fornecida pela presente invenção compreende pelo menos uma unidade de membrana de nanofiltração, por vezes chamada no presente documento de unidade de nanofiltração. Como será apreciado por técnicos no assunto, as unidades de nanofiltração podem ser empregadas para remover íons de sulfato e outros íons divalentes tais como cálcio e magnésio do fluido que é processado. As unidades de nanofiltração adequadas incluem as fornecidas por GE Energia e Água (por exemplo, as unidades de membrana de nanofiltração tecidas em espiral SWSR e da Série D), DOW (por exemplo, unidades de membrana de nanofiltração tecidas em espiral da Série NF), Hydranautics-Nitto (por exemplo, unidades de membrana de nanofiltração tecidas em espiral da Série ESNA), e Sistemas de Membrana Koch (por exemplo, unidades de membrana de nanofiltração tecidas em espiral da Série SPIRAPRO).

[0031] Em uma ou mais realizações, a unidade de nanofiltração é configurada para receber o ultrafiltrado e produzir a partir do mesmo um nanofiltrado que contém menos do que 100 partes por milhão de espécies de sulfato (por exemplo, CaSO4). Em um conjunto de realizações alternativas, a unidade de nanofiltração é configurada para receber o ultrafiltrado e produzir a partir do mesmo um nanofiltrado que contém menos do que 50 partes por milhão de íons de sulfato (SO42-). Em uma ou mais realizações, o nanofiltrado está esgotado de íons de cálcio e magnésio.

[0032] Em uma ou mais realizações, o sistema de processamento de água submarina fornecida pela presente invenção compreende pelo menos uma unidade de membrana de osmose reversa. Como será apreciado por técnicos no assunto, as unidades de membrana de osmose reversa podem ser empregadas para substancialmente reduzir a concentração de sólidos dissolvidos, tais como sais, no fluido que é processado. As unidades de membrana de osmose reversa adequadas incluem as fornecidas por GE Energia e Água (por exemplo, unidades de membrana de osmose reversa tecidas em espiral da Série A), DOW (por exemplo, unidades de membrana de osmose reversa tecidas em espiral das Séries SW e BW), Hydranautics-Nitto (por exemplo, unidades de membrana de osmose reversa tecidas em espiral da Série SWC), e Sistemas de Membrana Koch (por exemplo, unidades de membrana de osmose reversa tecidas em espiral da Série do Sistema Fluido TFC).

[0033] Em uma ou mais realizações, a unidade de membrana de osmose reversa é configurada para receber o nanofiltrado e produzir a partir do mesmo um permeado substancialmente livre de sólidos dissolvidos. Em uma ou mais realizações alternativas, a unidade de membrana de osmose reversa é configurada para receber pelo menos uma porção do ultrafiltrado para produzir, a partir do mesmo, um permeado substancialmente livre de sólidos dissolvidos. Conforme é utilizado no presente documento, o termo substancialmente livre de sólidos dissolvidos significa que o permeado contém menos do que 2 por cento por peso de sólidos dissolvidos. Em uma ou mais realizações, o permeado contém menos do que 1 por cento por peso de sólidos dissolvidos. Em um conjunto de realizações alternativas, o permeado contém menos do que 0,5 por cento por peso de sólidos dissolvidos. Em ainda outro conjunto de realizações, o permeado contém menos do que 0,1 por cento por peso de sólidos dissolvidos.

[0034] Em uma ou mais realizações, um trocador de calor submarino é usado em um sistema de processamento submarino para resfriamento ou aquecimento de água ou um fluido que contém hidrocarbonetos. A temperatura de um hidrocarboneto produzido que contém corrente no fundo do mar é geralmente quente e pode normalmente variar em temperaturas na range de 30 a 150 °C. De modo a processar ou transportar tal corrente de fluido de hidrocarbonetos quente, os trocadores de calor são, em uma realização, usados para regular a temperatura da corrente por resfriamento ou aquecimento da corrente para uma temperatura específica. Em outra realização, correntes de água (por exemplo, água do mar ou água produzida) são aquecidas ou resfriadas por trocadores de calor. O uso de água do mar para o resfriamento direto do hidrocarboneto relativamente quente que contém fluidos e o aquecimento de resfriamento da corrente de água tal como água do mar ou água produzida pode dar origem à formação de escamas indesejada e bioincrustação exigindo, portanto, limpeza das superfícies no trocador de calor.

[0035] Assim, em uma primeira realização da invenção o sistema de processamento de água submarino brevemente compreende uma unidade eletroquímica que usa água do mar bruta ou tratada ou água produzida para gerar soluções de alto pH e baixo pH que são usadas para limpar pelo menos um aparelho de processo submarino durante um ciclo de limpeza por circulação através do pelo menos um aparelho de processo submarino por meio de linhas de fluxo de ácido ou base que conectam a unidade eletroquímica com o aparelho de processo submarino no local.

[0036] Em realizações da invenção o pelo menos um aparelho de processo submarino é um módulo de separação de membrana.

[0037] Em realizações da invenção o pelo menos um aparelho de processo submarino é um trocador de calor.

[0038] Em realizações da invenção o pelo menos um aparelho de processo submarino é um componente do sistema de produção de hidrocarbonetos.

[0039] Em realizações da invenção o pelo menos um aparelho de processo submarino é uma tubulação.

[0040] Em realizações da invenção o pelo menos um aparelho de processo submarino é um poço de injeção ou de produção.

[0041] Em realizações da invenção o pelo menos um aparelho de processo submarino é uma bomba para injetar ácido no interior do reservatório para estimulação de reservatório.

[0042] Em realizações da invenção, o sistema de processamento de água submarino é um sistema de injeção de água.

[0043] Em realizações da invenção a solução de pH elevado temum pH maior do que 9,5 e, a solução de baixo pH tem um pH menor do que 4.

[0044] Em realizações da invenção a unidade de geração de ácido/base é uma unidade de eletrólise sem membranas.

[0045] Em outras realizações da invenção a unidade de geração de ácido/base é uma unidade de eletrólise com membranas.

[0046] Em realizações da invenção a unidade de geração de ácido/base é uma unidade de eletrodiálise de membrana bipolar (BPED).

[0047] Em realizações da invenção a geração de ácido/base é uma unidade de eletrodiálise de membrana bipolar com projeto de dois compartimentos ou projeto de três compartimentos.

[0048] Em realizações da invenção a unidade de geração de ácido/base pode abastecer solução de baixo pH para injeção no interior da formação do reservatório para estimulação da produção de hidrocarbonetos.

[0049] Em um ou mais realizações da invenção, a água de alimentação para a unidade eletroquímica tem um nível de íons Ca2+ e Mg2+ combinado abaixo de 10.000 mg/l, preferencialmente abaixo de 5.000 mg/l, mais preferencialmente abaixo de 200 mg/l, mais preferencialmente abaixo de 50 mg/l e, com a maior preferência abaixo de 10 mg/l.

[0050] Em um ou mais realizações da invenção, a água de alimentação para a unidade eletroquímica é tratada por nanofiltração, permuta iônica ou uma combinação dos mesmos para remover substancialmente íons de Ca2+ e Mg2+.

[0051] Em uma realização particular, a invenção se refere a um sistema de processamento de água submarina que compreende pelo menos um módulo de separação de membrana submarina disposto na linha de alimentação de uma admissão de água do mar a uma bomba de injeção de água. Uma unidade de geração de ácido e base é fornecida pela utilização de água do mar em um processo eletroquímico para gerar soluções de limpeza de alto pH e baixo pH que durante um ciclo de limpeza da membrana são circuladas através do pelo menos um módulo de separação de membrana por meio de linhas de fluxo de ácido ou base e válvulas que conectam a unidade de geração de ácido/base no local com pelo menos um do módulo (ou módulos) de separação de membrana do sistema de processamento de água submarino.

[0052] Em uma realização a unidade de geração de ácido/base é, por meio de um circuito hidráulico, conectada de maneira hidráulica ao pelo menos um módulo de separação de membrana submarina por meio de uma bomba dedicada.

[0053] Em uma realização a unidade de geração de ácido/base é, por meio de um circuito hidráulico, conectada de maneira hidráulica a uma bomba de elevação que em operação normal alimenta água do mar através do módulo (ou módulos) de separação de membrana submarina e, que opcionalmente alimenta solução de limpeza de ácido ou base através de pelo menos um do módulo (ou módulos) de separação de membrana durante um ciclo de limpeza da membrana.

[0054] As implementações da geração no local de soluções de limpeza de ácido e base em um sistema de injeção de água do mar incluem uma unidade de geração de ácido/base que, por meio de um circuito hidráulico, é conectável no local a pelo menos um módulo de separação de membrana submarina que inclui qualquer de uma membrana de filtro grossa submarina (CF), uma membrana de filtro de múltiplos meios (MMF), uma membrana de filtro de microfiltração (MF), uma membrana de filtro de ultrafiltração (UF), uma membrana de filtro de nanofiltração (NF), uma membrana de filtro de osmose reversa (RO) ou uma combinação de duas ou mais das mencionadas anteriormente.

[0055] A unidade de geração de ácido/base é, por meio de um circuito hidráulico, conectável no local a pelo menos um módulo de separação de membrana submarina que inclui qualquer de uma membrana de fibra oca de um único furo ou multifuro, uma membrana de placa e quadro ou uma membrana tecida em espiral.

[0056] A unidade de geração de ácido/base é, por meio do circuito hidráulico, adicionalmente conectável no local a pelo menos um módulo de separação de membrana submarina disposto para operar em padrão de fluxo de fora para dentro e de dentro para fora e, ou em modo de filtração sem saída ou filtração cruzada.

[0057] As realizações da invenção incluem a unidade de geração de ácido/base que, por meio de um circuito hidráulico, é conectável no local a pelo menos um módulo (ou módulos) de separação submarina localizado no fundo do mar, ou debaixo d'água próximo à superfície, ou acoplado a uma plataforma flutuante.

[0058] Em outra realização a invenção se refere a um método para a limpeza no local e submarina de um sistema de processamento de água submarino que compreende:- conectar de maneira hidráulica uma unidade de geração de ácido e base com o aparelho de processo submarino ou de água produzida;- produzir soluções de limpeza de alto pH e baixo pH no local a partir da água do mar ou água produzida na unidade de geração de ácido/base; e- circular as soluções de limpeza através do aparelho de processo submarino por meio de linhas de fluxo de solução ácido e base e válvulas durante um ciclo de limpeza.

[0059] Em uma realização a invenção se refere a um método para limpar membrana (ou membranas) de um sistema de processamento de água submarino que compreende pelo menos um módulo de separação de membrana submarina disposto na linha de alimentação de uma admissão de água do mar até uma bomba de injeção de água, sendo que o método compreende:- conectar de maneira hidráulica uma unidade de geração de ácido e base com pelo menos um módulo de separação de membrana submarina;- produzir soluções de limpeza de baixo pH e alto pH no local a partir de água do mar ou água tratada produzida na unidade de geração de ácido/base; e- circular as soluções de limpeza através da membrana (ou membranas) do pelo menos um módulo de separação de membrana submarina por meio de linhas de fluxo de solução ácido e base e válvulas durante um ciclo de limpeza.

[0060] Em uma realização preferida o método compreende adicionalmente:- dispor e operar uma bomba de elevação para alimentar água do mar através do módulo (ou módulos) de separação de membrana submarina em operação normal;- conectar a unidade de geração de ácido/base de maneira hidráulica à bomba de elevação; e- opcionalmente operar a bomba de elevação para alimentar a solução de baixo pH ou alto pH gerada no local através de pelo menos um módulo de separação de membrana submarina em um ciclo de limpeza da membrana.

[0061] Em outra realização preferida do método para limpar um aparelho de processo submarino as soluções de limpeza de alto pH e baixo pH podem ser recombinadas em-linha ou em um tanque para neutralizar uma à outra antes da descarga.

[0062] Em outra realização preferida do método a limpeza por alto pH ou baixo pH do aparelho de processo submarino é realizada como um “processo de passagem única” e não exige recirculação.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0063] As realizações e detalhes da presente invenção serão discutidas adicionalmente abaixo com referência aos desenhos esquemáticos anexos em que: - As Figuras 1 a 13 ilustram diferentes realizações do sistema de processamento de água submarino;- A Figura 14(a) é um diagrama que mostra os níveis de pH de correntes de ácido e base geradas por uma unidade de eletrodiálise de membrana bipolar em escala laboratorial (BPED);- a Figura 14(b) é um diagrama que mostra a concentração de solução de NaOH gerada;- A Figura 14(c) é um diagrama que mostra a eficiência atual do sistema de geração de ácido e base em escala laboratorial. Todos os dados nos diagramas 14a-c foram obtidos com 25 °C e água do mar sintética como alimento;- A Figura 15(um) é um diagrama que mostra os níveis de pH decorrentes de ácido e base geradas pela unidade de BPED em escalalaboratorial;- a Figura 15(b) é um diagrama que mostra a concentração desolução de NaOH gerada;- A Figura 15(c) é um diagrama que mostra a eficiência atual do sistema de geração de ácido e base em escala laboratorial. Todos os dados nos diagramas 15a-c foram obtidos com 4 °C e água do mar sintética como alimento; e- A Figura 16 é uma ilustração esquemática de uma célula de BPED usada na experiência de laboratório.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[0064] Com referência à Figura 1, uma realização do sistema de processamento de água submarina na forma de um sistema de injeção de água 1 brevemente compreende uma estação de filtração de água submersa 2, uma bomba 3 que alimenta água do mar ou água produzida através do estação de filtração de uma entrada 4 para uma bomba de injeção de água 5 pela qual água tratada é injetada para o interior de um poço de injeção 6 em uma formação subterrânea que contém óleo e/ou gás 7. O sistema de injeção de água 1 pode ser controlado de uma estação de controle no convés superior 8 por meio de uma unidade umbilical 9. Um módulo de controle submarino 10 pode ser incluído no controle do sistema de injeção de água 1.

[0065] A estação de filtração de água submersa 2 pode compreender módulos de separação de membrana debaixo d'água de graus sucessivamente mais finos como é visto na direção de alimentação de água através do sistema 1. Os estágios de filtração podem incluir um módulo de filtração grossa 11 e um módulo de filtração fina 12.

[0066] Nesse contexto, a separação de matéria particulada e microrganismos da água do mar envolve tipicamente filtração em diversos estágios pela utilização de tipos diferentes de filtros ou membranas. A faixa de membranas de separação aplicadas em filtros ou membranas de cobertura dos processos de tratamento da água do mar incluído em módulos de filtro grosso submarino (CF) e módulos de filtros de múltiplos meios (MMF), bem como membranas usadas em módulos de microfiltração (MF), módulos de ultrafiltração (UF), módulos de nanofiltração (NF) e osmose reversa (RO). Na membrana filtração, pressão é usada para forçar água de encontro a uma membrana semipermeável com capacidade para separar substâncias da água, principalmente através de exclusão de tamanho ou difusão de solução. Os estágios de filtração não são principalmente diferentes entre si, com exceção em termos do tamanho dos poros e do tamanho de espécies (por exemplo, partículas, íons) que os mesmos retêm. Em termos gerais, a capacidade de remoção do tamanho do poro ou tamanho das espécies tamanho de membranas de ultrafiltração variam na faixa de 0,005 a 0,1 mícrons, enquanto que as membranas de nanofiltração variam na faixa de 0,001 a 0,01 mícrons e as membranas de osmose reversa tem capacidade para excluir os tamanhos das espécies que variam descendentemente até 0,0001 mícrons.

[0067] As membranas de filtro incluídas nos módulos de separação debaixo d'água tratadas na presente invenção não estão limitados às figuras exatas e faixas mencionadas no presente documento, que são introduzidos como uma ilustração geral dos diferentes estágios de filtração que podem ser aplicados no sistema de injeção de água do mar 1.

[0068] Por exemplo, o estágio de filtração grossa 11 pode ser realizado como um filtro tipo peneira ou como um filtro de múltiplos meios, enquanto que o estágio de filtração fina 12 pode ser composto de vários módulos de ultrafiltração 13 dispostos conforme indicado no desenho da Figura 1. O estágio de filtração fina pode ser suplementado por nanofiltração e/ou dessalinização fornecida de um módulo de nanofiltração 14 e/ou um módulo de osmose reversa 15, se for apropriado. No desenho, a referência RS se refere a correntes de dejetos descarregadas dos módulos de separação da membrana 11-15.

[0069] No sistema de injeção de água 1, uma unidade de geração de ácido e base 16 é conectada de maneira hidráulica a pelo menos um dos módulos de separação debaixo d'água 11-15 e acionada para geração no local de soluções de limpeza de ácido e base pela utilização de água do mar ou água tratada produzida do meio ambiente como entrada. No desenho a entrada de água do mar ou água produzida à unidade de geração de ácido e base 16 (no presente documento também chamada de unidade de geração de ácido/base 16) é indicada pelo número de referência 17. A unidade de geração de ácido/base 16 é conectável aos um ou mais módulos de separação da membrana por meio de linhas de fluxo de solução ácido e base 18 e 19 e válvulas 20 e 21 para abastecimento opcional de solução de limpeza de ácido e base durante um ciclo de limpeza da membrana. A circulação das soluções de limpeza de ácido e base através da membrana (ou membranas) pode ser acionada pela bomba de elevação 3 ou por meio de uma bomba dedicada 22 que, para esse propósito, é conectada de maneira hidráulica à unidade de geração de ácido/base 16 por meio de um circuito hidráulico 23 e válvulas 24, 25 e 26. O circuito hidráulico 23 pode ser estendido aos outros módulos de separação da membrana no sistema de injeção de água conforme é ilustrado por linhas tracejadas na Figura 1.

[0070] Deve ser notado que a Figura 1 apenas ilustra esquematicamente a disposição de um sistema de injeção de água que configura uma unidade de geração de ácido e base operada no local e conectada de maneira hidráulica 16. O circuito hidráulico que abastece as soluções de limpeza de ácido e base para os módulos de separação debaixo d'água pode na prática incluir linhas de fluxo adicionais, válvulas de controle direcional e válvulas de retenção conforme apropriado. O abastecimento de potência e a monitoração e controle da operação da unidade de geração de ácido/base 16 e do ciclo de limpeza da membrana pode ser realizado por meio de uma unidade umbilical 9 e o módulo de controle do convés superior 8 ou o módulo de controle submarino 10, conforme indicado no desenho pela linha contínua 27.

[0071] As realizações do sistema de injeção de água compreendem um ou mais módulos de separação de membrana debaixo d'água que inclui qualquer de uma membrana de filtro grossa submarina (CF), uma membrana de filtro de múltiplos meios (MMF), uma membrana de filtro de microfiltração (MF), uma membrana de filtro de ultrafiltração (UF), uma membrana de filtro de nanofiltração (NF) ou uma membrana de filtro de osmose reversa (RO).

[0072] A Figura 2 mostra uma realização modificada do sistema de processamento de água submarino 1 da Figura 1. Similar à realização da Figura 1 os ácidos e bases gerados são usados para limpeza química de membranas. A realização da Figura 2 compreende mistura adicional ou recipientes de armazenamento 31 e 32. Os recipientes 31 são usados para armazenamento de solução de limpeza de ácido e base gerada. Uma corrente de permeado da nanofiltração (NF) 35 é abastecida para controlar os níveis de pH e concentração das correntes de ácido e base. Os recipientes 31 e 32 podem ser usados para armazenamento de dejetos da CIP antes de neutralização e descarga. Na Figura 2, os números de referência 33 e 34 apontam na direção das válvulas de descarga.

[0073] A Figura 3 mostra uma realização modificada do sistema de processamento de água submarino 1 da Figura 2. Similar às realizações das figuras 1 e 2, os ácidos e bases gerados são usados para a limpeza química de membranas. A realização da Figura 3 compreende o uso de uma corrente de permeado da ultrafiltração (UF) 37 para alimentar a unidade de geração de ácido e base 16 (em comparação com a utilização de água do mar bruta ou água tratada produzida para alimentar a unidade de geração de ácido e base como nas realizações das figuras 1 e 2).

[0074] A Figura 4 mostra uma realização modificada do sistema de processamento de água submarino 1 da Figura 3. Similar às realizações de figuras 1 a 3, os ácidos e bases gerados são usados para a limpeza química de membranas. A realização da Figura 4 compreende o uso de uma corrente de permeado da nanofiltração (NF) 38 para alimentar a unidade de geração de ácido e base 16 (em comparação com a utilização de água do mar bruta ou UF para alimentar a unidade de geração de ácido e base como nas figuras 1 a 3).

[0075] Devido ao fato da capacidade de uma membrana de nanofiltração remover íons de cálcio e magnésio divalentes e reativos da água que deve ser abastecida para a células da unidade de geração de ácido e base, o problema de formação de escamas e da deposição de cristais de carbonato de cálcio CaCO3 e de hidróxido de magnésio Mg(OH)2 em uma célula eletroquímica ou em filtros a jusante e membranas serão substancialmente reduzidos ou completamente evitados. O nanofiltrado é relativamente livre de íons divalentes tais como Ca2+ e Mg2+, espécies conhecidas das células eletroquímicas incrustadas. Como resultado, o nanofiltrado que é alimentado à unidade de geração de ácido e base será relativamente livre de Ca2+ e Mg2+ embora seja rico em sais de haletos úteis tais como cloreto de sódio.

[0076] A Figura 5 mostra uma realização modificada do sistema de processamento de água submarino 1 da Figura 4. Similar às realizações anteriores, os ácidos e bases gerados são usados para a limpeza química de membranas. Na realização da Figura 5 o permeado de NF 38 é filtrado adicionalmente por um segundo estágio de NF 40 para reduzir adicionalmente concentração de Ca2+ e Mg2+ para evitar a formação de escamas na unidade de geração de ácido e base 16.

[0077] A água do mar bruta tem a concentração combinada de íons de Ca2+ e Mg2+ de aproximadamente ~1.500 a 2.000 mg/l. Após um estágio de NF, suas concentrações combinadas de 80 a 120 mg/l pode ainda ter o potencial para incrustar os eletrodos e membranas. Após um segundo estágio de NF, a concentração combinada de Ca2+ e Mg2+ é na faixa de 20 a 40 mg/l, um potencial de incrustação muito reduzido das células eletroquímicas.

[0078] A corrente de concentrado do estágio de NF 40 pode ou ser descarregada, enviada como alimento de RO ou ser injetada no interior de poços para IOR.

[0079] A Figura 6 mostra uma realização modificada do sistema de processamento de água submarino 1 da Figura 5. Similar às realizações anteriores, os ácidos e bases gerados são usados para a limpeza química de membranas. Na realização da Figura 6 o permeado de NF 38 é filtrado adicionalmente por um terceiro estágio de NF 41 para reduzir adicionalmente a concentração de Ca2+ e Mg2+ para evitar a formação de escamas na unidade de geração de ácido e base 16.

[0080] Após um terceiro estágio de NF a concentração combinada de íons de Ca2+ e Mg2+ são menores do que 10 mg/l, mitigando de maneira eficaz a incrustação de eletrodos e membranas nas células da unidade de geração de ácido e base.

[0081] A corrente de concentrado dos estágios de NF 40 e 41 pode ou ser descarregada, enviado como alimento do RO ou ser injetada no interior de poços para IOR.

[0082] A Figura 7 mostra uma realização modificada do sistema de processamento de água submarino 1 da Figura 6. Similar às realizações anteriores, os ácidos e bases gerados são usados para a limpeza química de membranas. Na realização da Figura 7 uma corrente do concentrado de RO (isto é, dejetos) 39 (ao invés de corrente do permeado de NF 38) é passada para as unidades de membrana NF de três estágios 40-42 para remover íons de Ca e Mg e, subsequente alimentada no interior da unidade de geração de ácido e base 16.

[0083] Uma vantagem de usar a corrente do concentrado de RO para alimentar a unidade de geração de ácido e base é que essa corrente é rica em sais de haletos úteis tais como cloreto de sódio (2x a quantidade em água do mar típica) ao mesmo tempo que será relativamente livre de Ca2+ e Mg2+, as espécies de incrustação após tratamento por NF.

[0084] A Figura 8 mostra uma realização do sistema de processamento de água submarina em que apenas água tratada grossa e de UF é injetada no interior de óleo poços, isto é, nenhuma unidade de NF e RO são incluídas no trem de tratamento principal.

[0085] Na realização mostrada, permeado da UF 37 é filtrado adicionalmente por um único estágio, unidade de membrana de NF menor 40 para reduzir a concentração de Ca2+ e Mg2+ para evitar a formação de escamas na unidade de geração de ácido e base 16. Como em realizações anteriores, os ácidos e bases gerados são usados para a limpeza química de membranas. A corrente de concentrado do estágio de NF 40 pode ou ser descarregada, enviada como alimento de RO ou ser injetada no interior de poços para IOR.

[0086] A Figura 9 mostra uma realização modificada do sistema de processamento de água submarino 1 da Figura 8. Similar às realizações anteriores, os ácidos e bases gerados são usados para a limpeza química de membranas. Na realização da Figura 9 o permeado da UF 37 é filtrado adicionalmente por unidades de membrana de NF de dois estágios 40 e 41 para reduzir a concentração de Ca2+ e Mg2+ para evitar a formação de escamas na unidade de geração de ácido e base 16.

[0087] A corrente de concentrado dos estágios de NF 40 e 41 pode ou ser descarregada, enviada como alimento do RO, ou ser injetada no interior de poços para IOR.

[0088] A Figura 10 mostra uma realização modificada do sistema de processamento de água submarino 1 da Figura 9. Similar às realizações anteriores, os ácidos e bases gerados são usados para a limpeza química de membranas. Na realização da Figura 10 o permeado da UF 37 é filtrado adicionalmente pelas unidades de membrana NF de três estágios 40 a 42 para reduzir a concentração de Ca2+ e Mg2+ para evitar formação de escamas de BPED. A corrente de concentrado das unidades 40, 41 e, 42 pode ou ser descarregada, enviada como alimento do RO, ou ser injetada no interior de poços para IOR.

[0089] A Figura 11 mostra uma realização modificada do sistema de processamento de água submarino 1 da Figura 8. Similar às realizações anteriores, os ácidos e bases gerados são usados para a limpeza química de membranas. Na realização da Figura 11, o permeado de NF 38 é adicionalmente amaciado por uma unidade de permuta iônica 50 (ao invés de unidade de membrana de NF) para reduzir a concentração de Ca2+ e Mg2+ para evitar a formação de escamas na unidade de geração de ácido e base 16.

[0090] A Figura 12 mostra uma realização modificada do sistema de processamento de água submarino 1 da Figura 8. Similar às realizações anteriores, os ácidos e bases gerados são usados para a limpeza química de membranas. Na realização da Figura 12, o permeado da UF 37 é filtrado adicionalmente por uma combinação de uma unidade de membrana de NF 40 e uma unidade de permuta iônica 50 para reduzir a concentração de Ca2+ e Mg2+ para evitar a formação de escamas na unidade de geração de ácido e base 16.

[0091] A Figura 13 mostra uma realização modificada do sistema de processamento de água submarino 1 da Figura 7. Na realização da Figura 13, um sistema de processamento de água submarino compreende um trocador de calor 60. A água do mar passa através do filtro grosso 11, do filtro de UF 13, do filtro de NF 40 e, é subsequentemente alimentada no interior da unidade de geração de ácido e base 16. Os ácidos e bases gerados são usados para a limpeza química da trocador de calor 60.

[0092] Em realizações do sistema de processamento de água submarina, a unidade de geração de ácido/base é, por meio do circuito hidráulico, conectável no local a pelo menos um módulo de separação de membrana submarina que inclui qualquer de uma membrana de fibra oca de um único furo ou multifuros, uma membrana de placa e quadro ou uma membrana tecida em espiral.

[0093] As realizações do sistema de injeção de água incluem uma unidade de geração de ácido/base que é, por meio do circuito hidráulico, conectável no local a pelo menos um módulo de separação de membrana submarina disposto para operar em padrão de fluxo de fora para dentro ou de dentro para fora e, ou em modo de filtração sem saída ou de filtração cruzada.

[0094] As realizações adicionais do sistema de injeção de água incluem a unidade de geração de ácido/base que, por meio de um circuito hidráulico, é conectável no local a pelo menos um módulo (ou módulos) de separação submarina localizado no fundo do mar, ou debaixo d'água próximo à superfície ou acoplado a uma plataforma flutuante.

[0095] As realizações da invenção incluem aplicações em que a unidade de geração de ácido/base é operada como unidade autônoma, ou em conjuntos onde os elementos de filtração estão localizados a montante apenas para servir a unidade de geração de ácido/base. Os exemplos incluem qualquer combinação da unidade de geração de ácido/base e uma membrana de filtração grossa a montante, ou membranas grossas e de ultrafiltração localizadas a montante, ou filtração grossa, membranas de ultrafiltração e nanofiltração, sendo que todas são sequencialmente instaladas na alimentação de água a montante da unidade de geração de ácido/base.

[0096] É contemplado adicionalmente que a bomba ou bombas para alimentar água do mar através das membranas ou outro aparelho de processo submarino pode ser instalada em qualquer local desejado dentro do conjunto. As bombas de injeção de alta pressão podem ser exigidas para estimulação de reservatório. É contemplado adicionalmente que a unidade de geração de ácido/base pode ser equipada para produzir soluções de ácido ou base altamente concentradas ou mais diluídas em concentrações adequadas para um processo particular.

[0097]Quaisquer das opções acima podem estar disponíveis para produção de produtos químicos no local para membranas de filtro submarinos, trocadores de calor submarinos, canos e linhas de fluxo e outro equipamento processo submarino, para poços de injeção e produção etc.

EXPERIMENTOS

[0098] Experimentos de laboratório de prova de conceito demonstraram a capacidade de produzir ácido e base a partir de água do mar no local e sob demanda. As Figuras 14 e 15 mostram resultados experimentais em escala de laboratório obtidos usando uma unidade de eletrodiálise de membrana bipolar (BPED) e água do mar sintética como alimento tanto à temperatura do ambiente quanto à temperatura submarina (4 °C).

[0099] Os sais para produzir água do mar sintética para esse experimento incluem KCl, MgCl2, CaCl2, NaCl e, NaHCO3 (todos de Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd). Soluções ácidas e básicas foram preparadas a partir de solução de ácido clorídrico concentrado e NaOH sólido (Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd).

[0100] As experiências foram conduzidas utilizando uma pilha de BPED obtida da GE Power & Water. A Figura 16 mostra o esquema de uma unidade incluída na pilha de BPED, que compreende 6 de tais unidades. A unidade única de BPED consiste em uma membrana de permuta de ânions (AM), uma membrana de permuta de cátions (CM) e um membrana bipolar composta (BP) produzidas a partir de uma membrana de permuta de cátions e uma membrana de permuta ânions. Durante a operação, carga da pilha induz uma reação de separação da água na superfície das membranas bipolares e prótons e íons hidróxido são gerados. Adicionalmente, uma reação de redução ocorre na superfície do catodo à medida que hidrogênio e íons hidróxido são gerados e, uma reação oxidação correspondente ocorre na superfície do ânodo à medida que oxigênio e prótons são produzidos.

[0101] Para a instalação em escala de laboratório, um sistema de carregamento eletroquímico (Alemanha Digatron power electronics Co., Ltd) foi conectado aos dois eletrodos da pilha BPED para fornecer corrente e tensão. Um medidor de pH e de condutividade SevenMulti (Metler Toledo) foi utilizado para identificar o nível de pH dos alcalinos e ácidos gerados. Também foi utilizado para identificar o nível de condutividade da água do mar sintética durante o experimento. A água do mar sintética fresca foi adicionada no interior do sistema quando a condutividade caiu durante o experimento. Uma bomba (LongerPump) foi usada para bombear água do mar sintética no interior da pilha de BPED e ácido/base para fora da pilha de BPED para formar um sistema de recirculação. Um banho de água termostática (Fisher Scientific) foi usado para manter água do mar sintética em uma temperatura constante. Finalmente um agitador (instrumentos Heidolph) foi usado para manter a concentração de água do mar sintética uniforme.

[0102] Os resultados mostrados nas figuras 14a e 15a indicam que o pH da corrente de base rapidamente alcançou 10 a 12 e maior; e o pH da corrente ácida alcançou 2 a 3,5 ou menor dentro de minutos, adequados para o propósito da limpeza da membrana. As Figuras 14b e 15b mostram que a concentração da base pode alcançar 2 a 18 g/l, ou 0,2 a 1% (em peso), dependendo do tempo de reação, densidade de potência e, temperatura. O aumento na corrente de carga e na temperatura acelera as taxas de geração de alcalinos/ácido devido ao campo elétrico mais forte mobilidade iônica mais rápida. A penalidade com maior densidade de corrente é maior consumo de energia 100, 250 e, 400 mA/m2 foram usadas nos experimentos. A eficiência de corrente foi constatada como sendo na faixa de 60% a 85% para todos os experimentos. A 4 °C e em maior densidade de corrente, a eficiência atual diminuiu ligeiramente em comparação com a eficiência da corrente de temperatura do ambiente devido à mobilidade mais lenta de íons.

[0103] Os experimentos de laboratório demonstram a viabilidade de usar uma unidade de eletro-diálise para gerar base e ácido sob demanda, no local, para CIP (limpeza no lugar) de membranas e outros aparelhos de processo submarinos. Obviamente, o experimento de laboratório recitado foi conduzido em uma unidade BPED com área de membrana relativamente pequena e, o sistema estava no modo de recirculação. As unidades BPED comerciais fornecem áreas de membrana consideravelmente maiores, de modo que a água de alimentação geralmente esteja no modo de circulação única (como em contraste com a recirculação), para produzir ácido e base diretamente, não é necessária nenhuma recirculação.

[0104] A demonstração de geração no local de ácido e base a partir da água do mar oferece grandes vantagens quando comparada à marinização do sistema CIP onshore convencional. Essas vantagens incluem compatibilidade com o meio ambiente, peso e pegada muito menores, CAPEX (despesas de capital) e OPEX (despesas de operação) bastante reduzidas e excelente robustez. Além disso, o projeto modular da unidade de geração de ácido/base garante escalabilidade.

[0105] O escopo da presente invenção, conforme é revelado acima e nos desenhos é definido pelas reivindicações anexas, que cobre as realizações reveladas e modificações que podem ser derivadas a partir das mesmas sem deixar o escopo da invenção.

Claims

1. SISTEMA DE PROCESSAMENTO DE ÁGUASUBMARINO que compreende:pelo menos um módulo de separação de membrana submarina (11-15) disposto na linha de alimentação de uma admissão de água do mar ou água produzida em campo de óleo (4) a uma bomba de injeção de água (5);caracterizado por, durante um ciclo de limpeza da membrana, serem circulados através de pelo menos um módulo de separação de membrana submarina por meio de linhas de fluxo de ácido ou base (18, 19) e válvulas (20, 21) que conectam a unidade de geração de ácido/base (16) no local com o módulo (ou módulos) de separação de membrana submarina do sistema de injeção de águauma unidade de geração eletroquímica de ácido e base (16) que usa água do mar bruta ou tratada ou água produzida em campo de óleo (17) em um processo eletroquímico para gerar soluções de alto pH e baixo pH, eque são usadas para limpar pelo menos um aparelho de processo submarino durante um ciclo de limpeza da membrana por circulação através do pelo menos um módulo de separação de membrana submarina do aparelho de processo submarino por meio de linhas de fluxo de ácido ou base (18, 19) e válvulas (20, 21) que conectam a unidade de geração eletroquímica de ácido e base (16) no local com o módulo do aparelho de processo submarino no local.

2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelas linhas de fluxo de ácido ou base (18, 19) conectarem a unidade de de geração eletroquímica de ácido e base (16) com pelo menos um aparelho de processo submarino no local, em que o pelo menos um aparelho de processo submarino é selecionado a partir do grupo que consiste em módulo de separação de membrana, trocadores de calor, componentes do sistema de produção de hidrocarbonetos, tubulações, poços de produção ou injeção, bombas para injetar ácido no interior do reservatório para estimulação de reservatório e sistemas de injeção de água.

3. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopela solução de pH elevado ter um pH maior do que 9,5 e a solução de baixo pH tem um pH menor do que 4.

4. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopela unidade de geração de ácido/base (16) ser uma unidade de eletrólise sem membranas.

5. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopela unidade de geração de ácido/base (16) ser uma unidade de eletrólise com membranas.

6. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopela unidade de geração de ácido/base (16) ser uma unidade de eletrodiálise de membrana bipolar (BPED).

7. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopela geração de ácido/base ser uma unidade de eletrodiálise de membrana bipolar (16) com projeto de dois compartimentos ou projeto de três compartimentos.

8. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopela unidade de geração de ácido/base (16) poder abastecer solução de baixo pH para injeção no interior da formação do reservatório para estimulação da produção de hidrocarbonetos.

9. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopor compreender adicionalmente um estágio de nanofriltragem (40) e/ou uma unidade de permuta iônica (50) operável para o tratamento da água de alimentação para a unidade eletroquímica (16) de modo que a água de alimentação para a unidade eletroquímica (16) tem um nível de íons combinado Ca2+ e Mg2+ abaixo de 10.000 mg/l, preferencialmente, abaixo de 5.000 mg/l, mais preferencialmente, abaixo de 200 mg/l, mais preferencialmente, abaixo de 50 mg/l e, com a maior preferência, abaixo de 10 mg/l.

10. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente um estágio de nanofiltragem (40) operável para tratar a água de alimentação para a unidade eletroquímica (16) com nanofiltração, e/ou unidade de permuta iônica (50) operável para tratar a água de alimentação para a unidade eletroquímica (16) com permuta iônica para remover íons de Ca2+ e Mg2+.

11. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela unidade de geração de ácido/base (16) ser, por meio de um circuito hidráulico (23), conectada de maneira hidráulica a uma bomba de elevação (3) que alimenta água do mar ou água produzida em campo de óleo através do módulo (ou módulos) de separação de membrana submarina em operação normal e, opcionalmente, que alimenta solução de limpeza de ácido ou base através de pelo menos um módulo de separação de membrana submarina durante um ciclo de limpeza da membrana.

12. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela unidade de geração de ácido/base (16) ser, por meio de um circuito hidráulico (23), conectável no local com pelo menos um módulo de separação de membrana submarina (11-15) que inclui qualquer de uma membrana de filtro grossa submarina (CF), uma membrana de filtro de múltiplos meios (MMF), um membrana de filtro de microfiltração (MF), uma membrana de filtro de ultrafiltração (UF), uma membrana de filtro de nanofiltração (NF) ou uma membrana de filtro de osmose reversa (RO).

13. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela unidade de geração de ácido/base (16) ser, por meio de um circuito hidráulico (23), conectável no local a pelo menos um módulo de separação de membrana submarina (11-15) que inclui qualquer de uma membrana de fibra oca de um único furo ou multifuro, uma membrana de placa e quadro, uma membrana tubular ou uma membrana tecida em espiral.