BR112018002687B1

BR112018002687B1 - Instalação submarina de separação gás / líquido

Info

Publication number: BR112018002687B1
Application number: BR112018002687-5A
Authority: BR
Inventors: Thibault DE SORBIER
Original assignee: Technip N-Power
Priority date: 2015-08-10
Filing date: 2016-08-09
Publication date: 2022-06-21
Also published as: FR3040066B1; US20190022560A1; WO2017025690A1; BR112018002687A2; EP3334898A1; EP3334898B1; US10864462B2; FR3040066A1

Abstract

INSTALAÇÃO SUBMARINA DE SEPARAÇÃO GÁS/LÍQUIDO. A invenção refere-se a uma instalação submarina de separação gás/líquido de uma mistura multifásica de hidrocarbonetos. A referida instalação (18) compreendendo um conduto de alimentação submarino (16) e uma câmara de separação longitudinal (26) destinada a ser instalada sensivelmente verticalmente, a referida câmara de separação (26) apresentando, por um lado, uma extremidade inferior (30) e uma extremidade superior oposta (28) e, por outro lado, uma zona intermediária (32) de separação, a referida câmara de separação (26) compreendendo ainda um conduto de injeção (34) conectado ao referido conduto de alimentação (16), o referido conduto de injeção se estendendo longitudinalmente no interior da referida zona intermediária (32), o referido conduto de injeção apresentando uma parede tubular e uma abertura livre que se abre em direção à referida extremidade superior (28). A referida parede tubular é contínua de modo a ser estanque com relação à referida mistura multifásica de hidrocarbonetos. (Figura 1)

Description

[0001] A presente invenção refere-se a uma instalação submarina de separação gás/líquido de uma mistura multifásica de hidrocarbonetos podendo conter água.

[0002] Um domínio de aplicação visado é o da extração de hidrocarbonetos situados no fundo do mar.

[0003] As jazidas de hidrocarbonetos contêm, ao mesmo tempo, hidrocarbonetos e água, estes fluidos, quando são extraídos a partir do fundo do mar, sofrem o efeito de uma queda de pressão que gera fluxos de hidrocarbonetos líquidos e gasosos, contendo, mais geralmente, uma fase líquida aquosa. Quanto maior a profundidade do fundo de mar, maior será a contrapressão hidrostática do peso da coluna de fluido a elevar em direção à instalação de superfície e, portanto, mais difícil será a colocação em produção dos fluidos de produção e o potencial de recuperação dos hidrocarbonetos da jazida será limitado. Vários artifícios, como a injeção de gás ou o bombeamento multifásico submarino, permitem facilitar esta colocação em produção. Outra solução é a separação gás/líquido submarina da mistura multifásica de hidrocarbonetos.

[0004] Foi imaginado separar, por gravidade, a fase gasosa compreendendo os hidrocarbonetos gasosos da fase líquida compreendendo, ela mesma, os hidrocarbonetos líquidos e água, no meio submarino antes de subir em superfície via uma bomba de elevação. Assim, a instalação comporta, por um lado, um conduto de alimentação submarino da mistura multifásica de hidrocarbonetos, podendo conter água, proveniente da jazida de hidrocarbonetos e, por outro lado, uma câmara de separação longitudinal instalada sensivelmente verticalmente no fundo do mar. A câmara de separação apresenta uma extremidade inferior e uma extremidade superior oposta, bem como uma zona intermediária de separação situada entre as duas extremidades opostas. Ainda, a câmara de separação compreende um conduto de injeção da mistura multifásica de hidrocarbonetos, podendo conter a água conectada ao conduto de alimentação, e se estendendo longitudinalmente no interior da zona intermediária em direção à extremidade superior. O conduto de injeção apresenta uma extremidade livre e fendas radiais se estendendo a montante da extremidade livre. Será possível, notadamente, fazer referência ao documento GB 2.260.087, que descreve tal conduto.

[0005] Este tipo de instalação apresenta vários inconvenientes.

[0006] Em primeiro lugar, existe um risco de espumação considerável devido ao cisalhamento do fluido através das fendas radiais. Este cisalhamento gera a ruptura das bolhas de gás inicialmente contidas nas fases líquidas em bolhas de gás mais finos, bem como a dispersão destas referidas bolhas de gás mais finas nas fases líquidas. Ora, quanto mais finas as bolhas de gás, mais a coalescência das referidas bolhas de gás é difícil e menos as referidas bolhas de gás terão tendência a subir em direção à superfície e a escapar das fases líquidas. O risco de arrastamento das bolhas de gás com as fases líquidas e, inversamente, o risco de arrastamento de finas gotículas de fases líquidas com a fase gasosa escapando é, então, muito aumentado. A eficácia da separação gás/líquido é, assim, fortemente reduzida. Por outro lado, a medição e o controle do nível real da interface gás/líquido são perturbados pela coluna de espuma (do francês, mousse).

[0007] Igualmente, existe um risco de desigualdade de tempo de permanência entre o fluido escoando pelas fendas radiais superiores e o que escoando pelas fendas radiais inferiores. Com efeito, a mistura multifásica de hidrocarbonetos escoando pelas fendas radiais inferiores tende a ser aspirada, diretamente para baixo, pela bomba de elevação prioritariamente em relação à mistura multifásica de hidrocarbonetos escoando pelas fendas radiais superiores. Assim, a mistura multifásica de hidrocarbonetos escoando pelas fendas radiais inferiores corre o risco de permanecer apenas um tempo muito curto na parte superior da coluna de mistura multifásica de hidrocarbonetos formada em torno do conduto de injeção, a partir do nível da qual se efetua principalmente a separação gás/líquido. Ora, a separação gás/líquido é tanto melhor quando o tempo de permanência na referida parte superior da coluna de mistura multifásica de hidrocarbonetos formada em torno do conduto de injeção for longo. Com efeito, mais a mistura multifásica de hidrocarbonetos está situada profundamente na coluna de mistura multifásica de hidrocarbonetos formada em torno do conduto de injeção, mais a pressão exercida pela parte superior da referida coluna de mistura multifásica de hidrocarbonetos tende a manter uma parte da fase gasosa em um estado líquido e em comprimir as bolhas de gás em bolhas finas mais facilmente arrastáveis com as fases líquidas. Portanto, e ainda mais que a mistura multifásica de hidrocarbonetos é viscosa, a parte superior da coluna de mistura multifásica de hidrocarbonetos resiste à separação gás/líquido.

[0008] Por outro lado, a mistura multifásica de hidrocarbonetos pode igualmente conter impurezas e notadamente uma certa quantidade de areia e/ou sedimentos. Estas impurezas, quando entram na câmara vertical, são retiradas com a mistura multifásica de hidrocarbonetos a fim de evitar qualquer acúmulo e, portanto, qualquer obstrução.

[0009] Portanto, existe um fenômeno de abrasão, de erosão das superfícies metálicas limitando as fendas radiais; o referido fenômeno aumentando com a taxa de fluxo.

[0010] A longo prazo, este fenômeno pode provocar a quebra e o destacamento de partes metálicas que serão arrastadas com a mistura multifásica de hidrocarbonetos. Além disso, o entupimento dos condutos podendo ser gerado pelas partes metálicas destacadas, existe um risco de deterioração, ou mesmo de destruição, da bomba de elevação.

[0011] Por último, existe um risco considerável de obstrução das fendas radiais acima citadas notadamente com as impurezas, mas também com as parafinas, ou os hidratos, particularmente durante as fases de parada de produção.

[0012] Assim, a fase gasosa da mistura multifásica de hidrocarbonetos escapa em direção à extremidade superior da câmara de separação, enquanto a fase líquida é evacuada em direção à referida extremidade inferior. Também, a fase líquida é geralmente difásica dado que é uma mistura não miscível de hidrocarbonetos e água, incluindo igualmente areia e sedimentos em suspensão. A extremidade inferior da câmara de separação é ligada, preferivelmente, a um conduto de recuperação das duas fases líquidas através de uma bomba de elevação; o conduto de recuperação se estendendo, então, até a superfície. Quanto à extremidade superior da câmara de separação, ela é ligada a um conduto de escapamento que se estende igualmente até a superfície para poder recuperar a fase gasosa da mistura.

[0013] A bomba de elevação é subordinada à taxa de fluxo líquido da mistura multifásica de hidrocarbonetos líquidos e da água no conduto de alimentação submarino de modo a poder otimizar a separação das fases gasosa e líquidas na câmara de separação. Notadamente, é necessário ajustar o nível real da interface entre a fase gasosa e fases líquidas, a seguir, denominadas interfaces gás/líquido, em relação ao conduto de injeção da mistura no interior da câmara de separação controlando a taxa de fluxo operacional da bomba de elevação. No entanto, esta interface gás/líquido é difícil de estabilizar e, na prática, observa-se que ela oscila na câmara de separação.

[0014] Também, um problema que se coloca que a presente invenção pretende resolver é poder melhorar a eficácia da separação da fase gasosa e das fases líquidas, a seguir, denominadas separação gás/líquido, no interior da câmara de separação.

[0015] Neste objetivo, a presente invenção propõe uma instalação submarina de separação gás/líquido de uma mistura multifásica de hidrocarbonetos, a referida mistura multifásica de hidrocarbonetos compreendendo uma fase gasosa e, pelo menos, uma fase líquida, a referida instalação compreendendo, por um lado, um conduto de alimentação submarino da referida mistura multifásica de hidrocarbonetos e, por outro lado, uma câmara de separação longitudinal destinada a ser instalada sensivelmente verticalmente, a referida câmara de separação apresentando, por um lado, uma extremidade inferior e uma extremidade superior oposta e, por outro lado, uma zona intermediária de separação situada entre as duas extremidades opostas, a referida câmara de separação compreendendo ainda um conduto de injeção conectado ao referido conduto de alimentação e se estendendo longitudinalmente no interior da referida zona intermediária, o referido conduto de injeção apresentando uma parede tubular e uma extremidade livre apresentando uma abertura axial que se abre no interior da referida câmara de separação, de modo a autorizar o escapamento da referida pelo menos uma fase gasosa em direção à referida extremidade superior da referida câmara de separação, enquanto que a referida pelo menos uma fase líquida é evacuada em direção à referida extremidade inferior. A referida parede tubular é contínua de modo a ser estanque com relação à referida mistura multifásica de hidrocarbonetos.

[0016] Assim, uma característica da invenção reside na implementação de um conduto de injeção cuja parede tubular é desprovida de orifício, de tal modo que a mistura multifásica de hidrocarbonetos seja injetada no interior da câmara de separação, através de sua única abertura axial. Consequentemente, é obtida, no interior da câmara de separação, uma interface gás/líquido simples entre fase gasosa e fases líquidas, mais facilmente controlável. Mais precisamente, o controle da posição relativa da referida interface gás/líquido em relação à abertura axial do conduto de injeção, a qual está situada em sua extremidade livre, e a partir da qual é injetada a mistura multifásica de hidrocarbonetos no interior da câmara de separação, é importante para poder otimizar a separação gás/líquido.

[0017] Também, em funcionamento normal, a injeção da mistura multifásica de hidrocarbonetos é realizada acima da interface gás/líquido, seja na fase gasosa, de modo a minimizar o teor de gás dos líquidos separados.

[0018] Em outros termos, a interface gás/líquido deve estar situada, na medição do possível, debaixo da extremidade livre do conduto de injeção em uma zona chamada zona de separação secundária. Este último estende-se da extremidade livre do conduto de injeção até a extremidade inferior da câmara de separação. Contudo, é possível, mas não obrigatório, que o regime de escoamento no conduto de injeção e, eventualmente, a montante no conduto de alimentação submarino, seja perturbado e, de tipo, por golfadas, ou “slug” em inglês. Durante tal regime de escoamento perturbado por golfadas, o conduto de injeção é preenchido alternativamente por bolsas de fases gasosas e tampões de fases líquidas móveis no tempo e no espaço. Na chegada de bolsas de fase gasosa e tampões de fases líquidas na câmara de separação, os tampões de fases líquidas acumulam-se na câmara de separação e, notadamente, na zona de separação secundária e tendem a fazer aumentar o nível da interface gás/líquido de separação. A zona de separação secundária desempenha então o papel de zona tampão. De modo excepcional, o nível da interface gás/líquido poderia aumentar até encontrar-se de modo temporário acima da extremidade livre do conduto de injeção. Com tal regime de escoamento perturbado, a qualidade da separação gás/líquido é sensivelmente degradada.

[0019] Assim, se em funcionamento nominal, isto é, para um regime de escoamento contínuo, em outros termos, sem golfadas, o nível da interface gás/líquido encontra-se suficientemente abaixo da extremidade livre do conduto de injeção, o volume tampão do espaço anular contido entre a interface gás/líquido nominal e a extremidade livre do conduto de injeção pode ser suficiente para absorver, desempenhando o papel de zona tampão, a maior parte dos acúmulos gerados pelos tampões de fases líquidas mantendo, ao mesmo tempo, a eficácia da separação gás/líquido. Este volume tampão é dimensionado em função dos dados de campos (pressão, temperatura, viscosidade, etc.) e das dimensões do conduto de alimentação, ou “flowlines” em inglês. Na prática, para um conduto de alimentação comportando um diâmetro interno compreendido entre cerca de 0,130 m (5 polegadas), quer cerca de 40,6 m (16 polegadas), um volume tampão de 9 m3 parece ser, na maioria dos casos, suficiente. Este volume tampão poderá, no entanto, variar de 5 a 25 m3 ou mesmo mais.

[0020] Por outro lado, no caso em que as fases líquidas poderiam se acumular na câmara de separação até recobrir a extremidade livre do conduto de injeção, a ausência de fenda radial sobre o leito do conduto de injeção concentrando o conjunto da taxa de fluxo da mistura multifásica de hidrocarbonetos sobre a abertura axial da extremidade livre do referido conduto de injeção, por um lado, e eventualmente uma redução do diâmetro interior do referido conduto de injeção em direção da extremidade livre, também denominada estrangulamento, e permitindo acelerar a referida mistura multifásica de hidrocarbonetos, por outro lado, contribuem para injetar a referida mistura multifásica de hidrocarbonetos em alta velocidade na câmara de separação, de modo a criar um jato de mistura multifásica de hidrocarbonetos a nível da abertura axial da extremidade livre do referido conduto de injeção, o referido jato perfurando as fases líquidas acumuladas na referida câmara de separação, acima da referida extremidade livre do referido conduto de injeção.

[0021] Igualmente, ao acelerar a mistura multifásica de hidrocarbonetos, notadamente com um estrangulamento como descrito previamente, o regime de escoamento da mistura multifásica de hidrocarbonetos no interior do conduto de injeção tende a se tornar anular. Em tal escoamento anular, a ou as fases líquidas são depositadas contra a parede interna do conduto de injeção, enquanto que a fase gasosa menos densa será expulsa da ou das fases líquidas para se encontrar em uma zona central do referido conduto de injeção favorecendo, assim, a separação gás/líquido no interior do referido conduto de injeção. Quando a mistura multifásica de hidrocarboneto é projetada pela abertura axial da extremidade livre do conduto de injeção, a ou as fases líquidas inicialmente depositadas contra a parede interna do referido conduto de injeção serão projetadas radialmente contra as paredes internas da câmara de separação, gerando um espaço central pelo qual a fase gasosa poderá ser evacuada livremente em direção da extremidade superior do conduto de injeção, favorecendo, assim, a separação gás/líquido no interior da referida câmara de separação.

[0022] Assim, a degradação dos desempenhos é minimizada e as dimensões da câmara de separação podem ser mantidas compactas.

[0023] O fato de que o conduto de injeção não seja perfurado implica também uma diminuição do cisalhamento quando da separação gás/líquido e, portanto, uma minimização do risco de espumação. A espumação tem, por efeito, um impacto negativo na separação gás/líquido, e torna igualmente mais difíceis a regulação e o controle da posição da interface gás/líquido.

[0024] Por outro lado, o defeito de aberturas radiais na parede tubular do conduto de injeção, limita a agitação da mistura multifásica de hidrocarbonetos primeiramente separados e permite melhorar a qualidade da fase gasosa recuperada.

[0025] De acordo com outra característica vantajosa da invenção, a instalação submarina compreende um conduto de escapamento da referida pelo menos uma fase gasosa se estendendo no prolongamento da referida extremidade superior. Na prática, o conduto de escapamento pode ser instalado de acordo com várias configurações: uma configuração de tubo ascendente rígido em catenária, dito SCR, acrônimo de “Steel Catenary Riser” em inglês; uma configuração de tubo ascendente híbrido em catenária dito HCR, acrônimo de “Hybrid Catenary Riser” em inglês; uma configuração de tubo ascendente híbrido auto-sustentado dito FSHR, acrônimo de “Free Standing Hybrid Riser” em inglês; uma configuração de tubo ascendente flexível auto-sustentado, dito FSFR, acrônimo de “Free Standing Flexible Riser” em inglês, uma configuração combinando duas ou mais configurações acima citadas, ou qualquer outra configuração conveniente para o versado na técnica.

[0026] Preferivelmente, o conduto de escapamento estende-se verticalmente no prolongamento da câmara de separação diretamente até a superfície para poder recuperar a fase gasosa a nível de uma instalação de superfície. De tal modo, os condensados e as finas gotículas de fases líquidas arrastadas que podem vir a se depositar sobre as paredes internas da câmara de separação ou então do conduto de escapamento, caem por gravidade e são evacuados com as fases líquidas. A qualidade da fase gasosa produzida é, portanto, melhorada. Pelo contrário, em uma configuração de tubo ascendente híbrido auto-sustentado dito FSHR, um conduto flexível liga a extremidade superior do conduto de escapamento à instalação de superfície, ou “topside” em inglês. Este conduto flexível, sob o efeito de seu próprio peso, toma geralmente uma postura em formato de sino invertido que gera um ponto baixo antes da superfície em nível da qual corre o risco de acumular água que teria condensado e que correria o risco de iniciar a formação de hidrato sólido.

[0027] De acordo com ainda outra característica vantajosa da invenção, a instalação submarina compreende um conduto de recuperação da referida pelo menos uma fase líquida se estendendo no prolongamento da extremidade inferior da câmara de separação. Da mesma maneira que o conduto de escapamento, o conduto de recuperação prolonga-se em direção à superfície até a instalação de superfície de modo a poder recuperar a mistura de fases líquidas.

[0028] Também, pelo menos duas possibilidades são oferecidas para implementar a instalação submarina. É possível instalar, por um lado, em uma única peça, o conjunto formado pelo conduto de alimentação submarino, a câmara de separação e o conduto de escapamento e, por outro lado, o conduto de recuperação para poder ligar o mesmo ao referido conjunto. É igualmente possível, de acordo com outra variante, instalar, por um lado, o conjunto formado pelo conduto de alimentação submarino e o conduto de recuperação e, por outro lado, o conjunto formado pela câmara de separação e o conduto de escapamento, para poder, em seguida, ligar os dois conjuntos. Tais possibilidades permitem diminuir substancialmente os custos e aumentar a duração da instalação.

[0029] De acordo com uma modalidade particularmente vantajosa, em que é possível não precisar de uma estrutura de suporte a nível do solo e, assim, não executar o trabalho de preparação do solo para receber a referida estrutura de suporte, bem como os trabalhos de instalação da referida estrutura de suporte, a câmara de separação é suspensa em um meio marinho. Ela é preferivelmente suspensa com o resto do conduto de escapamento e, eventualmente, o conduto de recuperação ao qual a referida câmara de separação é conectada. Na prática, a câmara de separação é suspensa por suspensão do conduto de escapamento à instalação de superfície ou por intermédio de uma ou várias boias.

[0030] De modo particularmente vantajoso, a instalação submarina compreende ainda pelo menos uma bomba de elevação da referida pelo menos uma fase líquida, a referida pelo menos uma bomba de elevação sendo conectada à extremidade inferior da câmara de separação. Assim, a referida pelo menos uma fase líquida da mistura multifásica de hidrocarbonetos separada é aspirada pela referida pelo menos uma bomba de elevação de modo a poder arrastar a referida pelo menos uma fase líquida até a instalação de superfície. A referida pelo menos uma fase líquida é arrastada via o conduto de recuperação, sem que a referida pelo menos uma fase líquida acumule-se a nível da abertura axial da extremidade livre do conduto de injeção. No caso contrário, acumulando-se a nível da abertura axial, a referida pelo menos uma fase líquida correria o risco de diminuir a taxa de fluxo da mistura multifásica de hidrocarbonetos projetada pela referida abertura axial e, portanto, pela mesma, correria o risco de diminuir a taxa de fluxo da mistura multifásica de hidrocarbonetos escoando no conduto de alimentação submarino. Ainda mais, a ou as bombas de elevação permitem melhor regular a posição vertical da interface gás/líquido na câmara de separação. Em uma modalidade preferida da invenção, a bomba de elevação é uma bomba vertical disposta no prolongamento da parte inferior do conduto de recuperação.

[0031] Preferivelmente, o conduto de injeção e a zona intermediária são sensivelmente coaxiais. Assim, graças a uma geometria regular e simétrica, as velocidades de transferência de material no interior da câmara de separação são relativamente homogêneas, o que permite uma melhor distribuição da ou das fases líquidas e uma melhor estabilização da interface gás/líquido. Ainda, a superfície da seção da referida extremidade inferior da referida câmara de separação é inferior à diferença das superfícies das seções da referida zona intermediária e do referido conduto de injeção. Deste modo, a mistura multifásica que sofreu uma primeira separação gás/líquido na saída do conduto de injeção, escoa de modo mais lento no espaço anular, que na extremidade inferior da câmara de separação e, na sequência, no conduto de recuperação, de modo a aumentar o tempo de permanência do fluido no referido espaço anular e favorecer, assim, uma segunda separação gás/líquido a nível deste espaço anular. Entende-se por espaço anular, o espaço se estendendo entre a parede externa do conduto de injeção e a parede interna da câmara de separação.

[0032] De acordo com uma modalidade da invenção particularmente vantajosa, a relação dos diâmetros das referidas seções da referida zona intermediária e do referido conduto de injeção está compreendida entre 1,5 e 20. Com vantagem, esta relação é de 10. Também, a câmara de separação pode ser disposta no conduto de escapamento que se parece com um conduto de tubo ascendente submarino clássico, apresentando um diâmetro de 500 mm, ou seja, cerca de 20 polegadas, por exemplo, enquanto que o conduto de injeção, situado no interior, pode, ele mesmo, apresentar um diâmetro de 200 mm, ou seja, cerca de 8 polegadas. De tal modo, se torna fácil desenrolar o conduto de escapamento, definindo a câmara de separação, a partir de uma embarcação de instalação convencional e, notadamente, através do poço central presente em algumas das embarcações de instalação convencionais. Por outro lado, e de modo mais geral, as dimensões compactas da câmara de separação, e globalmente do conduto de escapamento, permitem fazer passar o referido conduto de escapamento através dos tensores e braçadeiras de uma embarcação de instalação convencional utilizada tradicionalmente para a instalação de conduto rígida]o ou flexível sendo de tipo de conduto de alimentação submarina, “flowline” em inglês, onde conduto de tipo tubo ascendente submarino, “riser” em inglês. Diminui- se, assim, os custos de implementação da instalação submarina de acordo com a invenção.

[0033] Será observado que o conduto de escapamento pode ser um conduto flexível, ou um conduto rígido de aço instalado em catenária, ou ainda uma montagem de condutos rígidos e flexíveis em uma configuração híbrida tipo HCR ou FSHR.

[0034] De acordo com outra modalidade da invenção, vantajosa, a referida câmara de separação compreende órgãos de desvio da referida mistura multifásica de hidrocarbonetos para favorecer a separação gás/líquido. Os órgãos de desvio são dispostos preferivelmente sobre o caminho do fluxo de escoamento da mistura das fases gasosas e líquidas de modo a favorecer a separação gás/líquido. De acordo com uma variante de realização, os referidos órgãos de desvio são montados móveis em rotação. Assim, os órgãos de desvio são, por exemplo, formados de hélices que permitem acelerar localmente o escoamento da mistura das fases gasosas e líquidas e favorecer a separação gás/líquido por efeito centrífugo. De acordo com outra variante de realização da invenção, os órgãos de desvio são montados em posição fixa no interior da câmara de separação. Os órgãos de desvio são configurados para resistir à erosão gerada pelas partículas sólidas, do tipo areia e impurezas, contidas na mistura multifásica de hidrocarbonetos conservando, ao mesmo tempo, sua eficácia durante todo o período de exploração.

[0035] Por outro lado, de acordo com uma modalidade particularmente vantajosa, os referidos órgãos de desvio compreendem uma lâmina disposta em hélice em torno do referido conduto de injeção. Serão explicadas em detalhes na sequência da descrição as vantagens de tal lâmina.

[0036] Ademais, de acordo com ainda outra modalidade da invenção preferida, a referida câmara de separação apresenta um comprimento de câmara e um diâmetro de câmara, e o referido comprimento de câmara é superior a cinquenta vezes o referido diâmetro de câmara. A relação de comprimento de câmara sobre seu diâmetro é determinada principalmente pelo tempo de residência, ou tempo de permanência, da mistura multifásica de hidrocarbonetos no interior da câmara de separação que se deseja obter. Este tempo de permanência é função da taxa de fluxo da mistura multifásica de hidrocarbonetos que entra na câmara de separação e do volume da mesma.

[0037] De acordo com ainda outra modalidade preferida da invenção, o conduto de escapamento e o conduto de recuperação reúnem-se no núcleo de um conduto de parede dupla, o conduto de recuperação se estendendo anularmente em torno do conduto de escapamento, ou inversamente.

[0038] De acordo com ainda outra modalidade preferida da invenção, o conduto de escapamento e o conduto de recuperação se reúnem no núcleo de um primeiro umbilical com várias linhas fluidas, o referido conduto de escapamento sendo ligado a um primeiro jogo de uma ou várias linhas fluidas do referido primeiro umbilical e o referido conduto de recuperação sendo ligado a um segundo jogo de uma ou várias linhas fluidas do referido primeiro umbilical distintas das linhas fluidas do referido primeiro jogo.

[0039] Outras particularidades e vantagens da invenção surgirão na leitura da descrição feita a seguir de modalidades particulares da invenção, dadas a título indicativo, mas não limitativo, com referência aos desenhos em anexo em que: - a Figura 1 é uma vista esquemática ilustrando a instalação submarina de acordo com a invenção conforme uma primeira variante de realização; - a Figura 2 é uma vista esquemática ilustrando a instalação submarina de acordo com a invenção conforme uma segunda variante de realização; - a Figura 3 é uma vista esquemática ilustrando a instalação submarina de acordo com a invenção conforme uma terceira variante de realização; - a Figura 4 é uma vista esquemática de um detalhe D1 identificado na Figura 1 ilustrando um elemento da instalação submarina de acordo com a primeira variante de realização; - a Figura 5 é uma vista esquemática de seção reta ao longo do plano A-A de um elemento de detalhe ilustrado na Figura 4; - a Figura 6 é uma vista esquemática de seção reta ao longo do plano B-B de outro elemento de detalhe ilustrado na Figura 4; - a Figura 7 é uma vista esquemática de seção axial de outro detalhe D2 identificado na Figura 1, ilustrando um elemento da instalação submarina de acordo com a primeira variante de realização; - a Figura 8 é uma vista esquemática de seção reta ao longo do plano C-C de um detalhe ilustrado na Figura 7; - a Figura 9 é uma vista esquemática de seção reta ao longo do plano D-D de outro detalhe ilustrado na Figura 7; - a Figura 10 é uma vista esquemática de um detalhe D3 identificado na Figura 2, ilustrando um elemento da instalação submarina de acordo com a segunda variante de realização; - a Figura 11 é uma vista esquemática de seção reta ao longo do plano EE de um detalhe ilustrado na Figura 10; - a Figura 12 é uma vista esquemática de um detalhe D4 identificado na Figura 3, ilustrando um elemento da instalação submarina de acordo com a terceira variante de realização; - a Figura 13 é uma vista esquemática de outro detalhe D5 identificado na Figura 3, e de acordo com uma primeira modalidade de implementação; - a Figura 14 é uma vista esquemática de seção reta ao longo do plano F-F de um detalhe representado na Figura 13; - a Figura 15 é uma vista esquemática do referido outro detalhe D5, identificado na Figura 3, e de acordo com uma segunda modalidade de implementação; - a Figura 16 é uma vista esquemática em perspectiva de detalhe de um elemento ilustrado na Figura 15; - a Figura 17 é uma vista esquemática de ainda outro detalhe D6 identificado na Figura 3; - a Figura 18 é uma vista esquemática em perspectiva de detalhe de um elemento ilustrado na Figura 17; - a Figura 19 é uma vista esquemática ilustrando a instalação submarina de acordo com a invenção conforme uma terceira variante de realização; e, - a Figura 20 é uma vista esquemática de ainda outro detalhe D7 identificado na Figura 19; e, - a Figura 21 é uma vista esquemática de ainda outro detalhe D8 identificado na Figura 19.

[0040] As referências idênticas serão utilizadas de uma figura a outra para designar elementos idênticos ou similares.

[0041] Figuras 1 a 3 e 19 ilustram um meio marinho se estendendo verticalmente desde o fundo do mar 10 até uma superfície do mar 12. Na superfície do mar 12 flutua uma instalação de superfície 14, enquanto que se estende sensivelmente a prumo, sobre o fundo do mar 10, um conduto de alimentação submarino 16 ligado a montante a uma jazida de hidrocarbonetos, não representada, situado no subsolo do fundo do mar 10. A jazida de hidrocarbonetos pode ser uma jazida de petróleo ou uma jazida de gás natural, ou ainda uma mistura das duas. A instalação de superfície 14 pode notadamente ser do tipo FPSO, acrônimo de “Floating Production Storage and Offloading” em inglês, quer uma unidade flutuante de produção, armazenamento e descarga, FLNG acrônimo de “Floating Liquefied Natural Gas” em inglês, quer uma unidade flutuante dedicada ao gás natural liquefeito, SPAR acrônimo de “Single Point Anchor Reservoir” em inglês, quer uma plataforma tanque com ponto de ancoragem único, semissubmersíveis, etc. Como evidente, em certas circunstâncias, os poços dispostos nas jazidas de hidrocarbonetos podem estar afastados do prumo da instalação de superfície 14 e, portanto, o conduto de alimentação submarino 16 igualmente, ou pelo menos, o conduto de alimentação submarino 16 pode comportar uma extremidade aproximada do prumo da instalação de superfície 14 a partir da qual o referido conduto de alimentação submarino estende-se de modo a afastar-se do prumo até encontrar a jazida de hidrocarbonetos.

[0042] A jazida de hidrocarbonetos contém uma mistura multifásica de hidrocarbonetos compreendendo uma fase gasosa e, pelo menos, uma fase líquida carbonada.

[0043] Geralmente, a mistura multifásica de hidrocarbonetos compreende ainda uma fase líquida aquosa. Será observado que a instalação de superfície 14 pode ser igualmente uma plataforma fixa ligada ao fundo do mar, ou ainda uma plataforma situada em terra, os poços se situando no mar próximo da costa.

[0044] Assim, uma mistura de fase gasosa e de fases líquidas, a seguir denominada mistura multifásica de hidrocarbonetos, circula no interior do conduto de alimentação submarino 16.

[0045] Por outro lado, as Figuras 1 a 3 e 19 ilustram uma instalação submarina 18 de separação gás/líquido, destinada precisamente de vir separar a fase gasosa da ou das fases líquidas. A instalação submarina 18 apresenta um conduto de escapamento 20 ao qual são ligados o conduto de alimentação submarino 16 e um conduto de recuperação 22. O conduto de recuperação 22 é ligado em U no fundo do mar 10 ao conduto de escapamento 20 por intermédio de uma ou várias bombas de elevação 24. Em variantes de realização não representadas, a instalação submarina 18 de separação gás/líquido pode comportar vários condutos de recuperação 22.

[0046] De acordo com as variantes de realização ilustradas nas Figuras 1 e 3, o conduto de escapamento 20 e o conduto de recuperação 22 reúnem-se sensivelmente paralelamente à instalação de superfície 14, enquanto que as variantes de realização ilustradas nas Figuras 2 e 19 mostram o conduto de escapamento 20 e o conduto de recuperação 22 que se reúnem no núcleo de um conduto de parede dupla, a qual se junta à instalação de superfície 14. A Figura 10 ilustra em maiores detalhes o conduto de escapamento 20 e o conduto de recuperação 22 que se estende anularmente em torno do conduto de escapamento 20, mas, em outras variantes de realização, o conduto de escapamento 20 poderia se estender anularmente em torno do conduto de recuperação 22. Eles constituem, assim, um conduto de parede dupla, dita “pipe in pipe” em inglês, e que se reúnem diretamente à instalação de superfície. De acordo com ainda outra variante de realização representada nas figuras 29 e 31, o conduto de escapamento 20 e o conduto de recuperação 22 que se reúnem no núcleo de um primeiro umbilical 49 com várias linhas fluidas, o qual se junta à instalação de superfície 14, o referido conduto de escapamento sendo ligado a um primeiro jogo de uma ou várias linhas fluidas do referido primeiro umbilical e o referido conduto de recuperação sendo ligado a um segundo jogo de uma ou várias linhas fluidas do referido primeiro umbilical distintas das linhas fluidas do referido primeiro jogo. O primeiro umbilical 49 pode, em particular, ser do tipo umbilical com linhas de produção integradas dito IPB, acrônimo de “Integrated Production Bundle” em inglês. Em particular, a utilização de um umbilical permite incorporar outras funções nas linhas de escapamento e de recuperação como, por exemplo, uma função de aquecimento via cabos elétricos aquecedores, uma função injeção de produtos químicos via linhas fluidas dedicadas, uma função controle dos equipamentos submarinas via linhas de comando elétricas, ópticas, fluidas ou similares. A nível em que o conduto de escapamento 20 e o conduto de recuperação 22 se reúnem no núcleo de um conduto parede dupla ou do primeiro umbilical 49 em várias linhas fluidas, a instalação submarina pode comportar um elemento de junção. Este elemento de junção é geralmente metálico e fixado aos condutos de escapamento 20 e de recuperação 22 por flanges, solda ou qualquer outro meio conveniente para o versado na técnica. De acordo com ainda outra variante de realização, o conduto de escapamento 20 e o conduto de recuperação 22 se reúnem no núcleo de uma torre tipo ascendente, ou “riser tower” em inglês, a referida torre ascendente compreendendo um grupo de condutos do tipo condutos rígidos, flexíveis, umbilicais, condutos de parede dupla, ou uma combinação destes condutos.

[0047] Quando o conduto de escapamento 20 e o conduto de recuperação 22 que se reúnem no seio de um conduto de parede dupla, e como representado na Figura 11, um ou vários calços de centralização superiores 47, ou barras de reforço, podem ser dispostos no espaço anular do conduto de parede dupla de modo a manter em posição o conduto de escapamento 20 no centro do conduto de recuperação 22. Os calços de centralização superiores 47 comportam um ou vários orifícios 48 permitindo a circulação da ou das fases líquidas ao longo do espaço anular.

[0048] Esta modalidade de implementação permite simplificar a instalação. É visado, igualmente, em outra variante de realização, que a fase gasosa segue o trajeto do anular, enquanto que a fase líquida escoa na parte central.

[0049] Como representado nas Figuras 1 a 4 e 12, a instalação submarina 18 é equipada com um conduto de derivação 11 equipado com uma válvula de parada 13 e que liga o conduto de alimentação submarino 16 e o conduto de recuperação 22. Em fase de exploração normal, a válvula de parada 13 está em posição de fechamento e se opõe à passagem da mistura de fase gasosa e de fases líquidas através do conduto de derivação 11. Em contrapartida, quando das operações de manutenção e raspagem do conduto de recuperação 22 notadamente, ou quando a mistura multifásica de hidrocarbonetos não contém mais gases suficientes, leva-se a válvula de parada 13 em posição de abertura de modo a permitir a passagem dos dispositivos de manutenção e/ou de raspagem, e/ou a passagem da mistura multifásica de hidrocarboneto através do conduto de derivação 11 de modo a derivar a referida mistura multifásica de hidrocarbonetos diretamente no conduto de recuperação 22, sem separação gás/líquido prévia. Ademais, outra válvula não representada pode ser instalada a nível da junção entre o conduto de alimentação submarino 16 e o conduto de injeção 34 a fim de evitar elevações do líquido, ou do dispositivo de raspagem, ou “PIG” acrônimo de “Pipeline Intervention Gadget” em inglês, no interior quando a válvula de parada está em posição de abertura.

[0050] De acordo com um modalidade particular da invenção, notadamente quando as profundidades da água são grandes e que, portanto, o ambiente da instalação submarina 18 é frio, os condutos de escapamento 20 e de recuperação 22 apresentam um revestimento externo de isolamento de modo a evitar as transferências térmicas do interior para o exterior dos referidos condutos de escapamento 20 e de recuperação 22 e portanto limitar a diminuição de temperatura da fase gasosa e das fases líquidas circulando nos referidos condutos de escapamento e de recuperação. Conforme o caso, cabos aquecedores podem ser enrolados em torno dos condutos de escapamento 20 e de recuperação 22 de modo a aquecer os referidos levados de escapamento 20 e de recuperação 22 e, portanto, prevenir o resfriamento da fase gasosa e das fases líquidas circulando nos referidos condutos de escapamento e de recuperação. O objetivo é aqui prevenir a formação de hidrato, de parafina, de gelo, bem como prevenir o aumento da viscosidade das fases líquidas. Ademais, cabos elétricos e/ou ópticos podem ser instalados ao longo dos condutos a fim de poder realizar o controle da temperatura no interior dos condutos de escapamento 20 e de recuperação 22, e/ou o controle de outros parâmetros, e/ou o comando dos cabos aquecidos ou outros meios ativos da instalação submarina 18. O controle de parâmetros pode ser realizado por meio de instrumentos ou sensores conectados e instalados em, sobre e em torno da instalação submarina 18.

[0051] Nota-se, nas Figuras 1 a 3 e 19, o conduto de alimentação submarino 16, o conduto de escapamento 20 e o conduto de recuperação 22.

[0052] O conduto de escapamento 20 é geralmente feito de metal, por exemplo feito de aço. O comprimento do conduto de escapamento 20 é limitado essencialmente pela profundidade do fundo do mar 10. Na prática, o conduto de escapamento 20 apresenta um comprimento superior a 500 m e podendo ir até 5000 m, ou mais. A extremidade superior 15 do conduto de escapamento 20 pode estender- se ou não acima da superfície do mar 12. Em particular, a extremidade superior 15 do conduto de escapamento 20 pode estender-se de 1 m a 200 m além da superfície do mar 12 de modo a ser conectada à instalação de superfície 14. O conduto de escapamento 20 pode ser instalado de acordo com várias configurações: - uma configuração de tubo ascendente rígido em catenária dita SCR para Steel Catenary Riser em inglês, representada nas Figuras 1 e 2, - uma configuração de tubo ascendente híbrido em catenária dita HCR para Hybrid Catenary Riser em inglês, não representada, - uma configuração de tubo ascendente híbrido auto-sustentado dita FSHR para Free Standing Hybrid Riser, representada na Figura 3 e 19, - uma configuração de tubo ascendente flexível auto-sustentado dita FSFR, para Free Standing Flexible Riser em inglês, não representada, - uma configuração combinando duas ou mais configurações acima citadas, ou qualquer outra configuração apropriada para o versado na técnica.

[0053] Será observado que o conduto de recuperação 22 pode igualmente ser instalado conforme as configurações acima citadas. Também, o conduto de escapamento 20 pode ser instalado de acordo com uma configuração de tubo ascendente híbrido auto-sustentado, enquanto que o conduto de recuperação 22 é instalado de acordo com uma configuração de tubo ascendente híbrido em catenária ou uma configuração de tubo ascendente rígido em catenária.

[0054] Em uma configuração de tubo ascendente rígido em catenária (SCR), representada nas Figuras 1 e 2, o conduto de escapamento 20 é suspenso por sua extremidade superior 15. A extremidade inferior 17 do conduto de escapamento 20 pode quer repousar no nível do fundo do mar 10, quer, como é representado nas Figuras 1 e 2, suspender a extremidade do conduto de alimentação submarino 16 à qual o referido conduto de escapamento é ligado, a referida extremidade do conduto de alimentação submarino 16 tendo uma forma arqueada subindo em direção da superfície do mar 12. Em uma configuração de tubo ascendente rígido em catenária (SCR), o conduto de escapamento 20 é submetido a movimentos verticais consideráveis induzidos pelo movimento de batedura da instalação de superfície 14 sob o efeito das ondas quando a referida instalação de superfície é flutuante. Estes movimentos verticais do conduto de escapamento 20, que têm, na prática, uma amplitude de alguns centímetros a vários metros, induzem tensões mecânicas severas e complexas no referido conduto de escapamento, notadamente a nível da parte arqueada e a nível a zona de contato entre o referido conduto de escapamento e o fundo do mar 10, quando a extremidade inferior 17 do referido conduto de escapamento repousa sobre o referido fundo do mar. Assim, as características mecânicas e a massa do conduto de escapamento 20 devem ser divididas do modo o mais homogêneo possível e o mais uniformemente possível ao longo do referido conduto de escapamento. O conduto de escapamento 20 estando suspenso à instalação de superfície 14, a massa do referido conduto de escapamento tende a resistir à flutuabilidade da referida instalação de superfície e em rebocar a mesma em direção ao fundo. Assim, uma configuração de tubo ascendente rígido em catenária (SCR) será pouco adaptada às grandes profundidades superiores a cerca de 3000 m.

[0055] Em uma configuração de tubo ascendente híbrido auto-sustentado (FSHR), como representado nas Figuras 3 e 19, o conduto de escapamento 20 é suspenso por sua extremidade superior 15 por uma boia de tensão 19 e é ligado à instalação de superfície 14 via um primeiro conduto flexível 21. Em uma variante de realização, o conduto de escapamento 20 é ligado à instalação de superfície 14 via um primeiro umbilical 49 em vez do primeiro conduto flexível 21. O primeiro umbilical 49 comporta uma ou várias linhas fluidas, em particular, o referido primeiro umbilical pode ser do tipo umbilical com linhas de produção integradas dito IPB, acrônimo de “Integrated Production Bundle” em inglês. O primeiro conduto flexível 21, ou o primeiro umbilical 49, pode ser sustentado sob a água por uma ou várias boias de desacoplamento 50, divididas uniformemente ou não ao longo do referido primeiro conduto flexível ou do referido primeiro umbilical de modo a limitar a transmissão dos movimentos devidos aos movimentos da água e sofridos pela instalação de superfície 14 em direção ao conduto de escapamento 20 e ao conduto de recuperação 22. A ou as boias de desacoplamento 50 podem ser fabricadas de material sintático ou sob a forma de um tanque metálico. A ou as boias de desacoplamento 50 podem notadamente permitir dispor o primeiro conduto flexível 21 ou o primeiro umbilical 49 em uma configuração em uma ou várias ondas. A boia de tensão 19 pode ser fabricada de material sintático. Em uma variante de realização, a boia de tensão 19 pode apresentar-se sob a forma de um tanque metálico contendo ar ou um gás, por exemplo, nitrogênio. Este tanque metálico pode ser parcialmente ou totalmente inundável de modo a poder controlar a flutuabilidade da boia de tensão 19. Em particular, o tanque metálico pode ser inundado durante a instalação da boia de tensão 19 de modo a facilitar a sua penetração na água e seu deslocamento sob a água. De modo geral, a boia de tensão 19 é dimensionada de modo a, pelo menos, anular o peso do conduto de escapamento 20 e/ou do conduto de recuperação 22, ou seja, exercer um esforço de tensão suplementar geralmente inferior a 500kN. Em uma modalidade particular, a boia de tensão 19 pode apresentar uma passagem central disposta no prolongamento do conduto de escapamento 20 e pela qual se estende o primeiro conduto flexível 21 ou o primeiro umbilical 49. Neste modo particular, o esforço de tensão exercido pela boia de tensão 19 é dimensionado de modo que o conduto de escapamento 20 e/ou o conduto de recuperação 22 possa inclinar-se sob o efeito de um movimento induzido pelo primeiro conduto flexível 21 ou o primeiro umbilical 49 sem correr o risco de danificar o referido primeiro conduto flexível ou o referido primeiro umbilical contra a bordo superior da boia de tensão 19. A extremidade inferior 17 do conduto de escapamento 20 é disposta móvel em rotação sobre uma fundação 23 fixada sobre o fundo do mar 10 e ligada à extremidade do conduto de alimentação submarino 16 via um segundo conduto flexível ou rígido 25. Assim, o conduto de escapamento 20, inicialmente orientado verticalmente, é móvel em rotação em sua extremidade inferior 17 e pode, portanto, inclinar-se sob o efeito da corrente marinha. Quando o conduto de escapamento 20 inclina-se, a boia de tensão 19, exercendo um esforço vertical sobre a extremidade superior 15 do referido conduto de escapamento, tende a levar o referido conduto de escapamento a uma posição vertical. Assim, o conduto de escapamento 20 inclinando-se levemente com as variações de corrente do mar sofre tensões claramente inferiores às que ele sofreria se a sua orientação fosse fixa. Esta capacidade de inclinação minimizando as tensões permite fornecer um conduto de escapamento 20 cujo diâmetro externo pode variar sobre o seu comprimento, notadamente a nível da câmara de separação 26 que pode comportar um diâmetro superior ao do resto do referido conduto de escapamento 20. Igualmente, mais o diâmetro interno da parte superior 27 do conduto de escapamento 20 situado acima da câmara de separação 26 apresenta um diâmetro reduzido, mais a fase gasosa separada tende a escapar rapidamente em direção à instalação de superfície 14. Assim, menos a fase gasosa separada permanece no conduto de escapamento 20, menos a fase gasosa tem tempo disponível para se resfriar por troca térmica com o meio marinho e, portanto, diminui mais o risco de formação de hidrato. Deve ser, no entanto, levado em consideração que o diâmetro interno da parte superior 27 do conduto de escapamento 20 não deve ser reduzido exageradamente ao ponto que ele gere muita perda de carga por fricção e, portanto, uma baixa natural de temperatura da fase gasosa por efeito diga de Joule-Thomson. Igualmente, quando se utiliza um dispositivo de aquecimento do conduto de escapamento 20: - as dimensões reduzidas do referido conduto de escapamento permitem fornecer um dispositivo de aquecimento comportando elementos com dimensões igualmente reduzidas, - o volume e a superfície a aquecer sendo reduzidos é possível limitar os custos de energia.

[0056] Esta configuração de tubo ascendente híbrido auto-sustentado (FSHR) possui igualmente a vantagem de fornecer um conduto de escapamento 20 sensivelmente vertical e reto, contrariamente a uma configuração de tubo ascendente rígido em catenária (SCR) em que o conduto de escapamento 20 é arqueado. Em tal configuração de tubo ascendente híbrido auto-sustentado (FSHR), ilustrada em detalhes na Figura 13, é possível dispor um conduto de injeção 34 coaxial de modo preciso na câmara de separação 26. A ou as fases líquidas separadas, em queda após projeção da abertura axial 39 da extremidade livre 38 do conduto de injeção 34, são distribuídas de modo equilibrado na câmara de separação 26 e, em particular, em uma zona de separação secundária 33 situada debaixo da abertura axial 39 como será explicado em maiores detalhes na sequência da descrição. Esta distribuição equilibrada permite otimizar ainda mais a separação gás/líquido. O conduto de escapamento 20 orientado sensivelmente verticalmente, por exemplo, menos de 5° de inclinação em relação à vertical, induz a regularidade do escoamento das fases líquidas, e maximiza, pela mesma eficácia, órgãos de desvio internos, que serão descritos a seguir.

[0057] Ainda uma vantagem desta configuração de tubo ascendente híbrido auto- sustentado (FSHR) é que o peso é suportado totalmente pela fundação e pela boia, e não tensiona, portanto, a instalação de superfície 14. Esta configuração de tubo ascendente híbrido auto-sustentado (FSHR) é, portanto, adaptada qualquer que seja a profundidade do fundo do mar 10.

[0058] Em uma configuração de tubo ascendente híbrido em catenária (HCR), não representada, o conduto de escapamento 20 é suspenso por sua extremidade superior 15 via um primeiro conduto flexível ou rígido ligado à instalação de superfície 14. A extremidade inferior 17 do conduto de escapamento 20 é ligada à extremidade do conduto de alimentação submarino 16 via um segundo conduto flexível. Esta configuração permite fornecer, como para uma configuração de tubo ascendente híbrido auto-sustentado (FSHR), um conduto de escapamento 20 sensivelmente reto e tendo, portanto, todas as vantagens decorrentes do fato.

[0059] O conduto de escapamento 20, como ilustrado na Figura 7, define uma câmara de separação 26. A câmara de separação 26 pode se estender por uma parte ou sobre a totalidade do comprimento do referido conduto de escapamento 20. Dado que o comprimento do conduto de escapamento 20 é essencialmente limitado pela profundidade do fundo do mar 10, é possível se aproveitar desta dimensão disponível para levar a câmara de separação 26 a se estender em um grande comprimento. Com efeito, a concepção da câmara de separação 26 é feita de modo a favorecer uma razão comprimento sobre diâmetro particularmente elevada, por exemplo, uma razão comprimento sobre diâmetro superior a vinte e cinco, preferivelmente uma razão comprimento sobre diâmetro superior a cinquenta. Em particular, a câmara de separação 26 pode ter um comprimento de uma centena de metros a várias centenas de metros. Ademais, o diâmetro máximo do conduto de escapamento 20, notadamente a nível da câmara de separação 26, é dimensionado de modo a permitir a instalação do conduto de escapamento 20 de modo convencional, isto é, que o referido diâmetro é dimensionado de modo que o referido conduto de escapamento possa passar através dos equipamentos de instalação disponíveis sobre embarcações de instalação convencionais, em particular, através de torres de instalação, tensores, poços de instalação, do mesmo modo que passaria um conduto de tubo ascendente submarino clássico (“riser” em inglês). Em certos casos particulares, quando as embarcações de instalação não permitem a instalação da câmara de separação 26 em modo desenrolado, mas, ao contrário, que a referida câmara é inserida entre duas partes da instalação submarina 18 e fixada a estas duas ditas partes sobre a embarcação de instalação, estas duas ditas partes podendo ou não ser instaladas em modo desenrolado, a referida câmara de separação pode, com vantagem, ter dimensões mais reduzidas de modo a poder ser transportada deitada sobre a ponte da embarcação de instalação ou sobre uma barcaça. Em tal caso, a câmara de separação teria um comprimento geralmente inferior a 50 mm. A câmara de separação 26 apresenta uma extremidade superior 28 e oposta a uma extremidade inferior 30. A câmara de separação 26 apresenta igualmente uma zona intermediária 32.

[0060] Em uma configuração de tubo ascendente rígido em catenária (SCR), como apresentado nas Figuras 1 ou 2, e quando a câmara de separação 26 estende-se por uma parte apenas do conduto de escapamento 20, a referida câmara de separação 26 pode estar localizado essencialmente na parte suspensa do conduto de escapamento 20, ou ainda repousar parcialmente sobre o fundo do mar 10. De acordo com a posição da câmara de separação 26 no conduto de escapamento 20, a zona intermediária 32 pode apresentar uma forma arqueada ou reta. A câmara de separação 26 pode apresentar uma extremidade inferior 30, ilustrado em maiores detalhes na Figura 4, se estendendo em agulha com relação à zona intermediária 32 a nível de uma junção 36 a nível da qual o conduto de alimentação submarino 16 liga a zona intermediária 32 da câmara de separação 26 para prolongar-se no interior pelo conduto de injeção 34. De acordo com outra modalidade de implementação da invenção, não representada, uma conexão de conduto é substituída na extremidade inferior 30, a referida conexão de conduto sendo conectada a nível da junção 36 por meio de um conector previsto para esse efeito. Esta conexão de conduto pode ser realizada de um elemento de conduto flexível, do tipo compreendendo uma luva estanque e armações metálicas, ou ser simplesmente o prolongamento do conduto de recuperação 22.

[0061] De modo geral, qualquer que seja a configuração, a seção de conduto ligando a extremidade inferior 30 da câmara de separação 26 à bomba de elevação 24 é uma conexão de conduto flexível, ou o prolongamento do conduto de escapamento 20, ou o prolongamento do conduto de recuperação 22.

[0062] No interior da zona intermediária 32 estende-se, de modo geralmente sensivelmente coaxial, mas não necessariamente, o conduto de injeção 34 apresentando uma parede tubular, no prolongamento do conduto de alimentação submarino 16, como representado nas Figuras 7 a 9, 12, 13 e 15. A zona intermediária 32 comporta, então, um espaço anular 35 se estendendo entre a parede externa do conduto de injeção 34 e a parede interna da câmara de separação 26.

[0063] A zona intermediária 32, quando ela é arqueada, no caso de uma configuração de tubo ascendente rígido em catenária (SCR), apresenta uma curvatura natural resultando, principalmente, da deformação do conduto de escapamento 20 sob o seu próprio peso, o referido conduto de escapamento sendo suspenso por sua extremidade superior 15 e repousando a nível de sua extremidade inferior 17 sobre o fundo do mar ou tomando apoio sobre a extremidade do conduto de alimentação submarino 16 iniciando uma curvatura subindo em direção da superfície do mar 12.

[0064] Como representado nas Figuras 7 a 9, calços de centralização 29, ou barras de reforço, podem ser dispostos na zona intermediária 32 e, mais particularmente, na zona de separação secundária 33, em torno do conduto de injeção 34 de modo a manter em posição o conduto de injeção no centro da câmara de separação 26, notadamente quando a referida zona intermediária é curvada, no caso de uma configuração de tubo ascendente rígido em catenária (SCR). Os calços de centralização 29, ilustrados em detalhes nas Figuras 8 e 9, comportam um ou vários orifícios 37 permitindo a circulação da ou das fases líquidas ao longo da zona de separação secundária 33.

[0065] De modo prático, o conduto de alimentação submarino 16 é conectado à câmara de separação 26, enquanto que o conduto de injeção 34 que prolonga o referido conduto de alimentação submarino, é um elemento independente solidário da câmara de separação 26 em que se estende o referido conduto de injeção.

[0066] A câmara de separação 26 estende-se de modo essencialmente vertical, este sendo mais precisamente o caso da parte da zona intermediária 32, na qual se abre o conduto de injeção 34. Este último apresenta, em uma extremidade livre 38, uma abertura axial 39 da qual é projetada a mistura multifásica de hidrocarbonetos.

[0067] Assim, como representado na Figura 7, a zona intermediária 32 de separação pode ser subdividida entre: - uma zona de separação primária 31 se estendendo da extremidade livre 38 do conduto de injeção 34 até a extremidade superior 28 da câmara de separação 26; e, - a zona de separação secundária 33, citada acima, se estendendo da extremidade livre 38 do conduto de injeção 34 até a extremidade inferior 30 da câmara de separação 26.

[0068] Assim, a abertura axial 39 do conduto de injeção 34 se abre no interior da câmara de separação 26 de modo a projetar a mistura multifásica de hidrocarbonetos na referida zona de separação primária 31 e, portanto, autorizar o escapamento de pelo menos uma parte da fase gasosa para a extremidade superior 28 da câmara de separação 26, enquanto que a referida pelo menos uma fase líquida cai por gravidade sob o efeito de seu próprio peso em direção da extremidade inferior 30 da câmara de separação 26 e, assim, é evacuada para a zona de separação secundária 33. A primeira separação gás/líquido pode ser parcial. Assim, na sequência da primeira separação gás/líquido, é possível que uma parte da fase gasosa seja mantida aprisionada na ou nas fases líquidas. Portanto, a zona de separação secundária pode não apenas conter a ou as fases líquidas, mas uma mistura multifásica de hidrocarbonetos resultante da primeira separação gás/líquido, a seguir chamada mistura multifásica de hidrocarbonetos primeiramente separada. Uma segunda separação gás/líquido é, então, realizada na zona de separação secundária, por decantação. A segunda separação gás/líquido pode ser parcial. Assim, proveniente da segunda separação gás/líquido, é possível que uma parte da fase gasosa tenha permanecido aprisionada na ou nas fases líquidas. Então, em saída da zona de separação secundária, o fluido pode não conter apenas a ou as fases líquidas, mas uma mistura multifásica de hidrocarbonetos resultante da segunda separação gás/líquido, a seguir chamada mistura multifásica de hidrocarbonetos separada em segundo lugar.

[0069] Na prática, a distância entre a extremidade livre 38 do conduto de injeção 34 e a extremidade inferior 30 da câmara de separação 26 é configurada de modo a permitir um tempo de permanência da mistura multifásica de hidrocarbonetos suficientemente grande para que a coalescência das bolhas de fase gasosa seja ótima. Esta distância entre a extremidade livre 38 do conduto de injeção 34 e a extremidade inferior 30 da câmara de separação 26 é preferivelmente superior a 10 mm. Do mesmo modo, o diâmetro interior da zona de separação secundária 33 pode ser superior ao da zona de separação primária 31 de modo a aumentar a superfície do espaço anular 35 da referida zona de separação secundária e, assim, diminuir a velocidade de escoamento da ou das fases líquidas. Inversamente, em casos particulares da extração de gás, para a qual a taxa de fluxo de gás é maior do que a taxa de fluxo de líquido, o diâmetro interior da zona de separação primária 31 pode ser superior ao da zona de separação secundária 33 de modo a aumentar a superfície da seção da zona de separação primária pela qual escapa a fase gasosa e, assim, diminuir a velocidade de escoamento da fase gasosa e limitar o potencial arrastamento das finas gotículas de fases líquidas com o gás.

[0070] De acordo com modalidades de implementação ilustradas nas Figuras 13 e 15, o diâmetro do conduto de injeção 34 pode variar sobre seu comprimento. Também, uma redução do diâmetro interior 45 a nível da extremidade livre 38 do conduto de injeção 34, tão chamado estrangulamento, pode ser obtida quer sobre um curto comprimento, quer sobre um grande comprimento. Na prática, serão privilegiados os grandes comprimentos, por exemplo, comprimentos de estrangulamento medindo várias dezenas de metros, em proporções de cerca de 300 vezes o diâmetro interior da extremidade livre 38 do conduto de injeção 34 de modo a estabilizar o regime de escoamento da mistura multifásica de hidrocarbonetos. Por exemplo, para uma abertura axial 39 da extremidade livre 38 do conduto de injeção 34 tendo um diâmetro de cerca de 0,203 m (8 polegadas), e para um diâmetro do conduto de alimentação submarino 16 de cerca de 0,254 m (10 polegadas), um comprimento de estrangulamento de 60 m será conveniente. A redução do diâmetro interior 45 pode, em particular, ser iniciada desde a origem do conduto de injeção 34.

[0071] Quando o conduto de injeção 34 não é retilíneo, ele é com vantagem curvado e pouco anguloso, o raio de curvatura sendo calculado de modo a minimizar as perdas de cargas no referido conduto de injeção e, assim, permitir maximizar a recuperação da mistura multifásica de hidrocarbonetos proveniente da jazida de hidrocarbonetos. Por exemplo, o conduto de injeção 34 terá um formato de helicoide. O passo do helicoide pode ser, então, de 2 m ou mais. O raio de curvatura pode ser, por exemplo, de 0,3 m para um diâmetro interno da câmara de separação 26 de cerca de 0,246 m (16 polegadas) e um diâmetro do conduto de injeção 34 de cerca de 0,152 m (6 polegadas). Ademais, partindo do diâmetro interior da câmara de separação 26, o diâmetro exterior do conduto de injeção 34 é calculado de modo a ser mínimo e, assim, obter um volume da zona de separação secundária 33 maximizando os tempos de permanência da mistura multifásica de hidrocarbonetos primeiramente separada. Na prática, o diâmetro mínimo do conduto de injeção 34 é fixado por um critério de erosão. Por exemplo, para um conduto de injeção 34 de aço carbono, a velocidade de escoamento da mistura multifásica de hidrocarbonetos no referido conduto de injeção deve permanecer inferior a 30 m/s. O diâmetro do conduto de injeção 34 será então calculado em função dos dados de campo e, notadamente, em função da taxa de fluxo da jazida de hidrocarbonetos. Para um conduto de injeção 34 de aço inox, a velocidade de escoamento da mistura multifásica de hidrocarbonetos no referido conduto de injeção 34 pode se elevar até 50 m/s.

[0072] De acordo com uma modalidade vantajosa de realização, o diâmetro interior do conduto de injeção 34 pode ser ainda dimensionado a fim de favorecer, no interior do referido conduto de injeção, um escoamento de tipo anular da mistura multifásica de hidrocarbonetos e, assim, permitir, à extremidade livre 38 do conduto de injeção, projetar radialmente a ou as fases líquidas, esta projeção radial permitindo otimizar a separação gás/líquido. Na prática, uma velocidade de escoamento da mistura multifásica de hidrocarbonetos no referido conduto de injeção 34 superior a 10 m/s irá favorecer a formação de um regime de escoamento anular. O diâmetro do conduto de injeção 34 será então calculado em função dos dados de campo e, notadamente, em função da taxa de fluxo da jazida de hidrocarbonetos de modo a obter uma velocidade de escoamento da mistura multifásica de hidrocarbonetos superior ou igual a 10m/s.

[0073] De acordo com um modo vantajoso de realização representado, um órgão de escoamento é disposto no interior do conduto de injeção 34, como representado na Figura 13, e é configurado para gerar um escoamento anular da mistura multifásica de hidrocarbonetos no interior do referido conduto de injeção. O órgão de escoamento pode se apresentar, em particular, sob formato de uma lâmina em helicoide ou ainda uma série de aletas, fixada sobre a parede interna do conduto de injeção 34 e configurada para induzir um movimento ciclônico à mistura multifásica de hidrocarbonetos.

[0074] A abertura axial 39 é geralmente formada pela segmentação do conduto de injeção 34 por um plano sensivelmente ortogonal ao eixo do referido conduto de injeção, o referido plano podendo, segundo algumas variantes, ser inclinado em relação ao eixo do referido conduto de injeção de modo a obter uma extremidade biselada.

[0075] Em certas modalidades, a abertura axial 39 do conduto de injeção 34 se abre axialmente para a zona de separação primária 31, de modo a projetar a mistura multifásica de hidrocarbonetos na referida zona de separação primária e, portanto, autorizar o escapamento de pelo menos uma parte da fase gasosa para a extremidade superior 28 da câmara de separação 26, enquanto que a referida pelo menos uma fase líquida cai por gravidade sob o efeito de seu próprio peso em direção da extremidade inferior 30 da câmara de separação 26, sendo assim evacuada para a zona de separação secundária 33.

[0076] Em uma modalidade representada nas Figuras 15 e 16, a extremidade livre 38 do conduto de injeção 34 é curvada de modo a projetar a mistura multifásica de hidrocarbonetos tangencialmente às paredes internas da câmara de separação 26 de modo a criar um escoamento helicoidal ao longo das referidas paredes. Ademais, e como representado nas Figuras 15 e 16, a extremidade livre pode comportar, além de sua abertura axial 39, um suporte de guia 46 configurado para guiar a mistura multifásica de hidrocarbonetos em seu movimento tangencial às paredes internas da câmara de separação 26, permitindo ao mesmo tempo a separação gás/líquido sobre a parte superior da mistura multifásica de hidrocarbonetos escoando sobre o referido suporte de guia. O suporte de guia pode em particular tomar o formato de um semi- tubo cuja convexidade é orientada em direção à zona de separação secundária.

[0077] Em outras modalidades não representadas, a extremidade livre 38 do conduto de injeção 34 se separa em vários sub-condutos curtos dispostos de modo a gerar, para cada um dos referidos sub-condutos, um jato de mistura multifásica de hidrocarbonetos orientada ao longo de uma direção predefinida favorecendo a separação gás/líquido. Por exemplo, os jatos podem ser orientados de modo que a mistura multifásica de hidrocarbonetos seja projetada tangencialmente às paredes internas da câmara de separação 26 de modo a criar um escoamento helicoidal ao longo das referidas paredes. Apenas um ou vários dos condutos podem ser igualmente equipados com um suporte de guia 46, como previamente descrito.

[0078] Nas modalidades para as quais a mistura multifásica de hidrocarbonetos é projetada tangencialmente às paredes internas da câmara de separação 26, a forma e as dimensões do conduto de injeção 34 serão escolhidas preferivelmente de modo que o escoamento da mistura multifásica de hidrocarbonetos no interior do conduto de injeção 34 não seja anular.

[0079] Considerando que o comprimento da câmara de separação 26 pode ser grande, como esclarecido previamente, o comprimento da zona de separação secundária 33 e, necessariamente, o comprimento do conduto de injeção 34, podem ser dimensionados de modo a dispor uma zona tampão entre a extremidade livre 38 do conduto de injeção 34 e o nível nominal da interface gás/líquido na câmara de separação 26 em funcionamento nominal. A zona tampão é configurada para armazenar os excessos momentâneos de fases líquidas durante os regimes de escoamento por golfada (ou “slug flow” em inglês). Em qualquer caso, o comprimento da câmara de separação 26 é dimensionado preferivelmente de modo que, nos casos de escoamento por golfada os mais desfavoráveis, as fases líquidas não possam sair da referida câmara de separação por sua extremidade superior 28.

[0080] Em funcionamento nominal, como ilustrado na Figura 7, a interface gás/líquido 42 é posicionada a nível da zona de separação secundária 33, a uma distância “d” predeterminada da extremidade livre 38 do conduto de injeção 34. A distância “d” predeterminada é preferivelmente dimensionada de modo que o volume tampão da zona tampão esteja compreendido entre 5 m3 e 20 m3. Na prática, a distância “d” predeterminada é, pelo menos, superior a 10 m, geralmente superior a 50 mm. O controle da taxa de fluxo das bombas de elevação 24 permite controlar a posição do nível real da interface gás/líquido 42 na câmara de separação 26 de modo que coincida com o nível nominal da interface gás/líquido 43 desejado.

[0081] Um ou vários sensores, não representados, dispostos no interior ou no exterior da instalação submarina 18, são configurados para medir, em tempo real, ou em intervalo regular, o nível real da interface gás/líquido 42 na câmara de separação 26. Este ou estes sensores podem, por exemplo, ser sensores de pressão, dispostos sob o nível nominal da interface gás/líquido 43 e configurados para determinar o nível real da referida interface gás/líquido a partir da pressão medida exercida pela coluna de líquidos situada entre a referida interface gás/líquido e o referido sensor de pressão. Uma unidade de comando é configurada para: - aumentar a taxa de fluxo da ou das bombas de elevação 24 quando o nível real da interface gás/líquido 42 está acima do nível nominal da interface gás/líquido 43 desejado, - diminuir a taxa de fluxo da ou das bombas de elevação 24 quando o nível real da interface gás/líquido 42 está abaixo do nível nominal da interface gás/líquido 43 desejado.

[0082] Um ou vários sensores de pressão estão preferivelmente situados na extremidade inferior 30 da câmara de separação 26, e/ou a montante da ou das bombas de elevação 24. Em particular, os sensores de pressão instalados em série com as bombas de elevação nos esquemas de instalação convencionais podem ser, em particular, utilizados para a medição do nível real da interface gás/líquido 42 além de sua utilização normal de modo a evitar a instalação de um sensor de pressão suplementar sobre a instalação submarina 18.

[0083] A utilização de um sensor de pressão possui a vantagem, em relação aos sensores ópticos, que seu funcionamento permanece inalterado em um ambiente sujo, como o dos hidrocarbonetos, contrariamente aos sensores ópticos que estão sujeitos a incrustações de sujeira e para os quais a medição pode ser perturbada na presença de fluxos turbulentos ou de espuma.

[0084] A utilização de um ou vários sensores de pressão secundários, dispostos na parte superior da câmara de separação 26, preferivelmente a nível da extremidade superior 28, pode permitir completar a medição de pressão calculando o diferencial de pressão entre este ou estes sensores de pressão secundários e o ou os sensores de pressão dispostos sob o nível nominal da interface gás/líquido 43. Mais o diferencial de pressão medido é elevado, mais o nível real da interface gás/líquido 42 pode ser determinado precisamente. Portanto, quanto maior a altura da coluna de fases líquidas, se situando a montante do sensor de pressão disposto sob o nível nominal da interface gás/líquido 43, maior será o diferencial de pressão. Assim, o comprimento da câmara de separação 26 é, portanto, determinado de modo a permitir, em funcionamento nominal, alcançar uma altura de coluna de fases líquidas pelo menos igual a 20 m.

[0085] Em particular, os sensores de pressão instalados em série com a válvula de admissão do conduto de escapamento 20, e dispostos a nível da instalação de superfície 14 nos esquemas de instalação convencionais, podem ser utilizados para a medição do nível real da interface gás/líquido 42 além de sua utilização normal de modo a evitar a instalação de um sensor de pressão suplementar sobre a instalação submarina 18.

[0086] Em particular, a adição de sensores suplementares necessita, geralmente, para a sua fixação perfurar localmente os condutos. Ora, estas perfurações tendem a criar pontos de fragilização nos condutos que induzem riscos de segurança principais com relação à exposição dos referidos condutos a pressões de funcionamento, movimentos de torções e de flexão, bem como vibrações, que são consideráveis.

[0087] Ademais, a altura grande da coluna de fases líquidas gera uma pressão considerável a nível da aspiração da ou das bombas de elevação 24. Esta pressão considerável induz um fenômeno de retro-condensação das bolhas de gás arrastadas com as fases líquidas. Entende-se por retro-condensação o fato de que o gás se liquefaz novamente sob o efeito da pressão elevada. Assim, a fração volumétrica aparente de gás misturada no interior da ou das fases líquidas a nível da aspiração da ou das bombas de elevação 24 é reduzida de modo significante. Além disso, quanto mais diminui a fração volumétrica aparente de gás, mais a eficácia da ou das bombas de elevação 24 aumenta. Com efeito, quanto mais gás é misturado com a ou as fases líquidas, mais a mistura é compressível, e diminui mais a eficácia da ou das bombas de elevação 24.

[0088] Igualmente, a coluna de fases líquidas tende, sob o efeito da gravidade, a fluir através da ou das bombas de elevação 24 e aumenta de fato a eficácia da referida ou das referidas bombas de elevação. Assim, uma grande gama de bombas de elevação submarinas convencionais é selecionável.

[0089] Também, quando a espuma se forma a nível da zona de separação secundária 33, a distância separando a parte superior da espuma e a ou as bombas de elevação 24 é tal que, se uma coluna de espuma deste tamanho viesse a se formar, a espuma iria se decompor em líquido sob o seu próprio peso. Assim, é impossível que a espuma atinja a ou as bombas de elevação 24 e seja aspirada por esta última, evitando assim os riscos de desarmar, danificar ou mesmo destruir a referida ou as referidas bombas de elevação.

[0090] Em uma modalidade vantajosa da invenção, um sensor de pressão a montante é instalado a montante ou no núcleo do conduto de injeção 34. Este sensor de pressão a montante permite detectar uma potencial obstrução provisória da zona tampão. Em tal caso de obstrução provisória, o nível real da interface gás/líquido 42, como foi ilustrada na Figura 7, estaria situado acima da extremidade livre 38 do conduto de injeção 34. Tal caso de obstrução é indesejável e induz a degradação dos desempenhos da separação gás/líquido. Portanto, quando o sensor de pressão a montante detecta um caso de obstrução da zona tampão, a unidade de comando pode: - quer comandar o aumento da taxa de fluxo da ou das bombas de elevação 24 como uma consequência, - quer, em certo caso, onde há um risco de danificar a instalação submarina 18, comandar a parada de dispositivos situados a montante ou a jusante da referida instalação submarina, bem como a parada da ou das bombas de elevação 24.

[0091] No caso de uma configuração de tubo ascendente híbrido auto-sustentado (FSHR), como representada nas Figuras 3 e 19, e quando o diâmetro da parte superior 27 do conduto de escapamento 20 é inferior ao diâmetro da câmara de separação 26, a altura da zona de separação primária deve ser suficiente para que a ou as fases líquidas projetadas pela extremidade livre 38 do conduto de injeção 34 caiam novamente antes de atingir a zona em que interfere o encolhimento de diâmetro. Com efeito, na zona em que interfere o encolhimento de diâmetro, a fase gasosa separada sofre uma aceleração. No caso em que a ou as fases líquidas projetadas atingiriam a zona em que interfere o encolhimento de diâmetro, a fase gasosa separada, assim acelerada, correria o risco de carregar finas gotículas de fases líquidas no conduto de escapamento 20 até a instalação de superfície 14. A altura da zona de separação primária é geralmente superior a 2m, preferivelmente superior a 10m. Para remediar este risco, notadamente quando a altura da zona de separação primária é inferior a 10 m, um órgão de desvio superior 40, como representado nas Figuras 17 e 18, pode ser disposto na zona de separação primária. O órgão de desvio superior 40 é configurado para impor, à fase gasosa separada, um trajeto indireto, preferivelmente em forma de defletores. O órgão de desvio superior 40 pode ser, ainda, configurado de modo a autorizar igualmente a queda, na câmara de separação 26, das gotículas finas potenciais de fases líquidas que teriam sido arrastadas na parte superior 27 do conduto de escapamento 20, mas que teriam sido condensadas sobre as paredes do referido conduto de escapamento antes de atingir a instalação de superfície 14.

[0092] De acordo com uma modalidade particularmente vantajosa, ilustrada nas Figuras 13 e 15, e particularmente adaptada às configurações de tubo ascendente híbrido em catenária (HCR) ou tubo ascendente híbrido auto-sustentado (FSHR), um órgão de desvio helicoidal 41 se apresentando sob a forma de uma lâmina disposta em hélice em torno do conduto de injeção 34, estende-se no interior da zona de separação secundária 33 da câmara de separação 26. Na prática, ao cair, a ou as fases líquidas irão fluir sobre a face superior da lâmina. No mesmo tempo, o resto da fase gasosa ainda misturada à ou às fases líquidas na mistura multifásica primeiramente separada, ao se separar da referida ou das referidas fases líquidas, tende a subir de novo até entrar em contato com a face inferior da lâmina. Assim, pode se criar uma lâmina de gás sob a face inferior da lâmina, criando um trajeto de passagem preferencial para fazer a mesma subir da fase gasosa separada em direção à zona de separação primária 31 minimizando, ao mesmo tempo, o risco de um novo arrastamento da referida fase gasosa separada pela ou pelas fases líquidas descendo em direção ao fundo da zona de separação secundária 33. O órgão de desvio helicoidal 41, é configurado para: - limitar a altura de queda da ou das fases líquidas projetadas pela extremidade livre 38 do conduto de injeção 34 e, portanto, limitar o risco de espumação; - maximizar a superfície livre da ou das fases líquidas escoando ao longo da lâmina disposta em hélice, a separação gás/líquido sendo operada a nível da referida superfície livre, a eficácia da referida separação gás/líquido aumentando com as dimensões da referida superfície livre; - amplificar a separação gás/líquido por centrifugação da mistura multifásica de hidrocarbonetos primeiramente separada; - quando a lâmina se estende por toda a largura do espaço anular 35, substituir os calços de centralização 29 que tendem a obstruir o escoamento da ou das fases líquidas no núcleo da zona de separação secundária 33, diminuindo assim os desempenhos da separação gás/líquido e aumentando sensivelmente o risco de espumação.

[0093] A lâmina pode ser disposta ortogonalmente, ou de modo inclinado, em relação à superfície exterior do conduto de injeção 34 e, preferivelmente, inclinada de modo que a periferia da lâmina esteja posicionada acima da parte interior. A lâmina pode estender-se por toda a largura do espaço anular 35 ou sobre apenas uma parte. O passo do órgão de desvio helicoidal 41 pode ser contínuo ou variável e, por exemplo, diminuir à medida que se dirige para a extremidade inferior 30 do conduto de escapamento 20. O passo de hélice tem uma dimensão configurada para permitir a formação da lâmina de gás e, portanto, permitir a elevação da fase gasosa separada em contracorrente da ou das fases líquidas. Preferivelmente, o órgão de desvio helicoidal 41 poderá ter um passo de hélice de pelo menos 1 mm. O órgão de desvio helicoidal 41 pode comportar várias lâminas em hélice dispostas em paralelo ou ainda comportar várias lâminas dispostas em série e formando assim vários segmentos de hélices.

[0094] De acordo com uma modalidade particular da invenção, não representada, um ou vários separadores em linha podem ser instalados a nível do conduto de recuperação 22, o mais geralmente a montante da ou das bombas de elevação 24, a fim de separar a fase gasosa residual da mistura multifásica de hidrocarbonetos separada em segundo lugar. O separador em linha apresenta-se sob a forma de corpo cilíndrico disposto no eixo do conduto de recuperação 22. O separador em linha comporta um meio para impor um movimento giratório à mistura multifásica de hidrocarbonetos separada em segundo lugar. Por efeito centrífugo, a ou as fases líquidas mais densas que a fase gasosa irá(irão) se depositar sobre as paredes do corpo cilíndrico, enquanto que a fase gasosa menos densa será expulsa da ou das fases líquidas para se encontrar em uma zona central do referido corpo cilíndrico. O separador em linha compreende, então, um conduto de extração da fase gasosa do qual uma primeira parte estende-se coaxialmente ao corpo cilíndrico de modo que a fase gasosa da zona central do referido corpo cilíndrico penetre no interior do referido conduto. O diâmetro do conduto de extração sendo geralmente inferior à metade do diâmetro do corpo cilíndrico, é preferivelmente dimensionado de modo a extrair por cima da fase gasosa, situada na zona central do referido corpo cilíndrico, uma camada fina de fase líquida de modo a assegurar que a fase líquida saindo do separador em linha seja no máximo depurada da fase gasosa. O conduto de extração comporta, então, uma segunda parte se estendendo ortogonalmente à periferia do corpo cilíndrico e atravessando o referido corpo cilíndrico. As primeira e segunda partes do conduto de extração são ligadas uma à outra por intermédio de um cotovelo. A ou as fases líquidas, elas mesmas, escoam em torno do conduto de extração em direção ao conduto de recuperação 22. A segunda parte do conduto de extração é então conectada ao conduto de escapamento 20 para reinjetar no mesmo a fase gasosa novamente separada, ou ainda diretamente para a instalação de superfície 14. Nesta modalidade particular comportando um separador em linha, é possível minimizar as dimensões do conduto de escapamento 20 e, notadamente, a câmara de separação 26, sem degradar a separação gás/líquido global. Com efeito, a minimização das dimensões do conduto de escapamento 20 tende a degradar a primeira e a segunda separação gás/líquido que são efetuadas a nível das zonas de separação primária 31 e secundária 33. A adição de um separador em linha permite então por uma terceira separação gás/líquido compensar a degradação das primeira e segunda separações gás/líquido. A utilização de um separador em linha disposto a jusante da extremidade inferior 30 da câmara de separação 26 é particularmente vantajosa na medida em que a altura da coluna de fases líquidas na zona de separação secundária da referida câmara de separação gera: - uma pressão suficiente a nível do referido separador em linha para permitir um escoamento natural da mistura multifásica de hidrocarbonetos no interior do separador em linha. - uma pressão de funcionamento a nível do referido separador em linha superior à pressão de funcionamento a nível da zona de separação primária da câmara de separação 26 para permitir re-injetar a fase gasosa proveniente da terceira separação gás/líquido no interior do conduto de escapamento 20 e, assim, evitar o risco que a fase gasosa proveniente da primeira e segunda separação gás/líquido escape pelo conduto de extração e se dirija para o separador em linha. Em tal configuração, a câmara de separação 26 permite notadamente a absorção dos eventuais tampões de fases líquidas durante os regimes por golfada e gera em entrada do separador em linha um regime contínuo desprovido de golfada, o regime por golfada sendo incompatível com o bom funcionamento do referido separador em linha.

[0095] De acordo com uma modalidade vantajosa, o conduto de escapamento 20, o conduto de recuperação 22 bem como qualquer outro equipamento da invenção, podem ser equipados, em parte ou na totalidade, com meio de aquecimento ativo, direto ou indireto. Este meio de aquecimento ativo pode compreender cabos elétricos aquecidos dispostos em torno do conduto de escapamento 20, e/ou do conduto de recuperação 22 e/ou de qualquer outro equipamento, e configurados para aquecer a ou as fases líquida e gasosa no interior dos referidos condutos ou dos referidos equipamentos. De acordo com uma variante de realização, o meio de aquecimento ativo pode compreender um dispositivo de indução de uma corrente no corpo metálico do conduto de escapamento 20, e/ou do conduto de recuperação 22 e/ou de qualquer outro equipamento de modo a criar, a nível do referido conduto ou do referido equipamento, uma liberação de calor por efeito joule e, assim, aquecer a ou as fases líquida e gasosa no interior dos referidos condutos ou dos referidos equipamentos. O meio de aquecimento ativo pode igualmente compreender meios de medição da temperatura das fases líquidas e gasosas. Estes meios de medição podem, por exemplo, apresentar-se sob a forma de fibras ópticas dispostas em torno do conduto de escapamento 20, e/ou do conduto de recuperação 22 e/ou de qualquer outro equipamento. Uma unidade de comando da temperatura pode ser, então, configurada para regular a temperatura das fases líquida e gasosa a um valor desejado. A manutenção das fases líquida e gasosa a uma temperatura desejada permite evitar a formação de hidratos sólidos, de gelo, de cera, ou similares, notadamente durante as fases de interrupção de produção.

[0096] Com vantagem e como esquematizado nas Figuras 13 e 14, a câmara de separação 26 é equipada com um ou vários órgãos de desvio primário 44, e montados na zona de separação primária. De acordo com uma modalidade de implementação particular, os órgãos de desvio primário 44 são móveis. Eles são, por exemplo, constituídos com hélices apresentando pás de formatos diversos, arqueados ou retorcidas. De acordo com outra modalidade de implementação, os órgãos de desvio primário 44 são montados em posição fixa no interior da câmara de separação 26 no prolongamento da extremidade livre 38 do conduto de injeção 34. Tais órgãos de desvio primário 44 permitem favorecer a separação gás/líquido.

[0097] As Figuras 8 e 9 ilustram respectivamente as seções retas da câmara de separação 26 representada na Figura 7, uma no nível da zona de separação secundária 33, a outra no nível da zona de separação primária 31.

[0098] Encontra, assim, para as Figuras 8 e 9, o conduto de injeção 34 instalado coaxialmente no interior da câmara de separação 26. Será escolhido, por exemplo, um conduto de injeção 34 de um diâmetro próximo da metade do da câmara de separação 26 no nível da zona intermediária 32 e, mais precisamente, no nível da zona de separação secundária 33. Portanto, o diâmetro da extremidade inferior 30 da câmara de separação 26 é calculado geralmente de modo que a superfície da seção reta que ele define seja inferior ou igual à diferença das superfícies das seções retas da câmara de separação 26 no nível da zona intermediária 32 e do conduto de injeção 34 e, mais precisamente, no nível da zona de separação secundária 33.

[0099] Assim, a mistura multifásica de hidrocarbonetos é injetada verticalmente em direção à extremidade superior 28 da câmara de separação 26 através da abertura axial 39, até a extremidade livre 38 do conduto de injeção 34. Ainda, a ou as bombas de elevação 24 são colocadas em funcionamento. Também, a nível da extremidade livre 38, a fase gasosa e a ou as fases líquidas tendem a se separar e, graças ao efeito da gravidade, a ou as fases líquidas fluem no espaço anular 35, em direção ao fundo do mar 10, depois se reúnem com a extremidade inferior 30 para ser projetadas pela ou pelas bombas de elevação 24 no interior do conduto de recuperação 22, enquanto que de modo inverso, a fase gasosa tende a escapar, de modo oposto ao fundo do mar, através da extremidade superior 28 depois do conduto de escapamento 20 que prolonga o mesmo.

[0100] Também, graças à ou às bombas de elevação 24, é fácil ajustar a interface gás/líquido real 42 ilustrada na Figura 7, entre a fase gasosa e a ou as fases líquidas no interior da câmara de separação 26. A posição vertical desta interface gás/líquido real 42 com relação à extremidade a livre 38 é, com efeito, determinante para otimizar a separação gás/líquido. Ademais, sensores ligados aos cabos elétricos e/ou ópticos são implementados a fim de poder subordinar a ou as bombas de elevação 24. Estes sensores permitem determinar, quer o nível real da interface gás/líquido 42, quer a pressão no nível das bombas de elevação 24, a qual confirma a altura da coluna de fases líquidas.

[0101] A título de exemplo, a câmara de separação 26 é disposta no interior de um conduto flexível, ou de uma montagem de conduto híbrido, flexível e rígido, apresentando, por exemplo, um diâmetro de 0,30 metros (doze polegadas), sendo instalada de modo clássico em catenária. Quanto ao conduto de injeção 34, preferivelmente rígido, mas potencialmente flexível, ele apresenta, por exemplo, um diâmetro de 0,15 m (seis polegadas). Tal disposição pode ser realizada em superfície a nível de uma embarcação de instalação, e o conjunto pode ser, então, implementado de modo clássico através do poço central da referida embarcação de instalação. O mesmo acontece para o conduto de alimentação submarino 16, o conduto de recuperação 22 e o conduto de escapamento 20. Em contrapartida, preferivelmente, a ou as bombas de elevação 24 são mantidas em posição fixa sobre o fundo do mar 10 por intermédio de uma base de ancoragem. Em uma variante de realização representada nas figuras 19 e 20, a bomba de elevação 24 pode se apresentar sob a forma de bomba vertical. Entende-se por bomba vertical uma bomba que transfere um fluido de um orifício de aspiração situado sobre a parte inferior da referida bomba em direção a um orifício situado sobre a parte superior da referida bomba. As bombas verticais são geralmente utilizadas no interior de um poço. Em particular, a bomba vertical pode ser do tipo bomba elétrica submersível, chamada ESP para “Electric Submersible Pump” em inglês, disposta verticalmente no interior do conduto de recuperação 22. O conduto de recuperação 22 pode, em particular, compreender um segmento de conduto 51 desconectável do resto do referido conduto de recuperação, e no interior do qual é disposta a bomba vertical de modo a poder retirar a referida bomba vertical para efetuar a manutenção. O segmento de conduto 51 é montado no resto do conduto de recuperação via uma montagem por flange, via uma montagem por conector rápido do tipo UCON®, ou via qualquer outro meio de montagem conveniente para o versado na técnica. Em particular, quando a instalação submarina 18 de separação gás/líquido comporta vários condutos de recuperação 22, estes últimos podem comportar válvulas de isolamento de modo a interromper o funcionamento de um ou vários dos referidos condutos de recuperação 22 para efetuar a manutenção da bomba de elevação 24 que é associada aos mesmos, enquanto que o funcionamento dos outros condutos de recuperação 22 é mantido. Em uma variante de realização não representada, a bomba vertical pode ser disposta no prolongamento da parte inferior do conduto de recuperação 22, a referida bomba vertical sendo montada diretamente no referido conduto de recuperação e ao conduto de escapamento 20 via uma montagem por flange, via uma montagem por conector rápido do tipo UCON®, ou via qualquer outro meio de montagem conveniente para o versado na técnica.

[0102] Como representada na Figura 2, a câmara de separação 26 é mantida suspensa acima do fundo do mar 10. De acordo com outra modalidade, o conjunto conduto de escapamento 20 e conduto de recuperação 22 pode ser suspenso.

[0103] De acordo com outra modalidade de implementação, representada na Figura 4, a parte baixa da câmara de separação 26 é colocada sobre o fundo do mar 10. Também, em mar profundo, a temperatura está próxima de 4°C e, portanto, cabos aquecedores podem ser implementados a fim de reduzir as possibilidades de formação de tampões de parafina, gelo ou então hidratos.

[0104] Nas Figuras 1 a 4 e 19 são encontradas a câmara de separação 26 vertical apresentando uma extremidade superior 28 prolongada pela parte superior 27 do conduto de escapamento 20 e oposta a uma extremidade inferior 30, a qual é ligada a um conduto de recuperação 22 por intermédio de, pelo menos, uma bomba de elevação 24 colocada sobre o fundo do mar 10. No interior da câmara de separação 26, estende-se um conduto de injeção 34, o qual prolonga um conduto de alimentação submarino 16 se reunindo com a câmara de separação 26. De acordo com uma modalidade de implementação da invenção, particularmente vantajosa, o diâmetro do conduto de injeção 34 é inferior ao do conduto de alimentação submarino 16 de modo a poder aumentar a velocidade de escoamento da mistura multifásica de hidrocarbonetos através do conduto de injeção 34.

[0105] De acordo com a invenção, a superfície da seção da extremidade inferior 30 da câmara de separação 26 é sensivelmente inferior ou igual à diferença das superfícies das seções da zona intermediária 32 e do conduto de injeção 34.

[0106] A câmara de separação 26 é disposta em um conduto tubular cujo diâmetro é baixo em comparação com o comprimento de modo a poder instalar o conjunto a partir uma embarcação de instalação clássica.

Claims

1. Instalação submarina de separação gás/líquido de uma mistura multifásica de hidrocarbonetos, a referida mistura multifásica de hidrocarbonetos compreendendo uma fase gasosa e, pelo menos, uma fase líquida, a referida instalação (18) compreendendo, por um lado, um conduto de alimentação submarino (16) da referida mistura multifásica de hidrocarbonetos e, por outro lado, uma câmara de separação longitudinal (26) destinada a ser instalada sensivelmente verticalmente, a referida câmara de separação (26) apresentando, por um lado, uma extremidade inferior (30) e uma extremidade superior oposta (28) e, por outro lado, uma zona intermediária (32) de separação situada entre as duas extremidades opostas (28, 30), a referida câmara de separação (26) compreendendo ainda um conduto de injeção (34) conectado ao referido conduto de alimentação (16) e se estendendo longitudinalmente no interior da referida zona intermediária (32), o referido conduto de injeção apresentando uma parede tubular e uma extremidade livre (38) apresentando uma abertura axial (39) que se abre no interior da referida câmara de separação (26), de modo a autorizar o escapamento da referida pelo menos uma fase gasosa em direção à referida extremidade superior (28) da referida câmara de separação (26), enquanto que a referida pelo menos uma fase líquida é evacuada em direção à referida extremidade inferior (30); caracterizada pelo fato de que a referida parede tubular é contínua de modo a ser estanque com relação à referida mistura multifásica de hidrocarbonetos.

2. Instalação submarina, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende um conduto de escapamento (22) da referida pelo menos uma fase gasosa se estendendo no prolongamento da referida extremidade superior (28).

3. Instalação submarina, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que compreende um conduto de recuperação (20) da referida pelo menos uma fase liquida se estendendo no prolongamento da referida extremidade inferior (30).

4. Instalação submarina, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a referida câmara de separação (26) é suspensa em um meio marinho.

5. Instalação submarina, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que compreende ainda uma bomba de elevação (24) da referida pelo menos uma fase líquida conectada à referida extremidade inferior (30).

6. Instalação submarina, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a bomba de elevação (24) é uma bomba vertical disposta no prolongamento da parte inferior do conduto de recuperação (22).

7. Instalação submarina, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o referido conduto de injeção (34) e a referida zona intermediária (32) são sensivelmente concêntricos.

8. Instalação submarina, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que a relação das referidas seções da referida zona intermediária (32) e do referido conduto de injeção (34) está compreendida entre 1,5 e 20.

9. Instalação submarina, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que a referida câmara de separação (26) compreende órgãos de desvio da referida mistura multifásica de hidrocarbonetos para favorecer a separação das referidas fases gasosas e líquidas.

10. Instalação submarina, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que os referidos órgãos de desvio são montados móveis em rotação.

11. Instalação submarina, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que os referidos órgãos de desvio compreendem uma lâmina (41) disposta em hélice em torno do referido conduto de injeção (34).

12. Instalação submarina, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que a referida câmara de separação (26) apresenta um comprimento de câmara e um diâmetro de câmara, e em que o referido comprimento de câmara é superior a cem vezes o referido diâmetro de câmara.

13. Instalação submarina, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizada pelo fato de que o conduto de escapamento (20) e o conduto de recuperação (22) se reúnem no núcleo de um conduto de parede dupla, o conduto de recuperação (22) se estendendo anularmente em torno do conduto de escapamento (20) ou inversamente.

14. Instalação submarina, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizada pelo fato de que o conduto de escapamento (20) e o conduto de recuperação (22) se reúnem no núcleo de um primeiro umbilical (49) com várias linhas fluidas, o referido conduto de escapamento sendo ligado a um primeiro jogo de uma ou várias linhas fluidas do referido primeiro umbilical e o referido conduto de recuperação sendo ligado a um segundo jogo de uma ou várias linhas fluidas do referido primeiro umbilical distintas das linhas fluidas do referido primeiro jogo