BR112018005197B1 - Sistema de fluido de barreira submarino - Google Patents

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Abstract

SISTEMA DE FLUIDO DE BARREIRA SUBMARINO. A invenção fornece um sistema de fluido de barreira submarino autônomo para um intensificador de pressão submarino, sendo que o intensificador de pressão submarino compreende um compartimento de fluido de processo, um compartimento de motor e uma montagem de rotor, que se estende a partir do compartimento de motor no compartimento de fluido de processo com uma ou diversas vedações de haste que separam o fluido de processo do fluido de barreira no compartimento de motor. O sistema de fluido de barreira submarino é distinguido pelo fato de que compreende: uma bomba de fluido de barreira submarino, uma linha de distribuição de fluido de barreira disposta entre a bomba de fluido de barreira e o compartimento de motor, um regulador controlado por pressão disposto operativamente a pelo menos uma dentre as linhas de distribuição de fluido de barreira e a bomba de fluido de barreira submarino, um armazenamento de fluido de barreira submarino, e uma linha de sucção de fluido de barreira disposta do armazenamento de fluido de barreira submarino até a bomba de fluido de barreira submarino.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção refere-se a um sistema auxiliar para intensificadores de pressão submarinos para a indústria de petróleo, para o bombeamento ou compressão submarino de líquidos de petróleo e gases ou para a injeção de água. Um intensificador de pressão submarino é uma bomba submarina, uma bomba multifásica submarina ou um compressor submarino.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO E TÉCNICA ANTERIOR
[002] Para os intensificadores de pressão submarinos a confiabilidade é vital, já que as falhas têm consequências severas em comparação com as falhas no convés de intensificadores de pressão ou onshore.
[003] Os componentes típicos que falham são os rolamentos e as vedações. Adicionalmente, o motor pode falhar se o fluido de processo contamina o compartimento de motor.
[004] Uma parte vital de intensificadores de pressão submarinos é o sistema de fluido de barreira que lubrifica, resfria, limpa os rolamentos e as vedações, e mantém uma sobrepressão no compartimento de motor em comparação com o lado de processo de intensificador de pressão, eliminando desse modo a entrada de fluido de processo contaminante no compartimento de motor. O fluido de barreira é consumido por um vazamento controlado, sobre a vedação de haste (ou vedações de haste), a partir de um compartimento de motor de intensificador de pressão para um compartimento de processo de intensificador de pressão. Para a maioria de sistemas, o fluido de barreira também será consumido em um fluxo maior devido à necessidade de regulação para manter a sobrepressão no compartimento de motor. Esse ciclo de regulação inclui uma descarga controlada de pressão de fluido de barreira do motor no fluxo de processo, desse modo, tornando-a indisponível para um uso adicional. Enquanto o consumo do vazamento sobre as vedações de haste é de taxa baixa e previsível, o consumo a partir da descarga, em geral, é consideravelmente maior e muito mais difícil de predizer.
[005] Existem vários sistemas para a regulação de sobrepressão de fluido de barreira, baseados puramente em controladores de pressão mecânicos autônomos, controladores de pressão eletromecânicos ou outros meios para o controle de pressão, além de uma unidade de potência hidráulica (HPU) no convés e o abastecimento de fluido de barreira através de um cabo de alimentação.
[006] Existe uma demanda por sistemas de fluido de barreira que eliminam tanto o requisito de abastecimento de fluido de barreira no convés através de um cabo de alimentação quanto o requisito de uma HPU no convés.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[007] A demanda é atendida com a presente invenção.
[008] Mais especificamente, a invenção fornece um sistema de fluido de barreira submarino autônomo para um intensificador de pressão submarino, sendo que o intensificador de pressão submarino compreende um compartimento de fluido de processo, um compartimento de motor e uma montagem de rotor que se estende a partir do compartimento de motor no compartimento de fluido de processo com uma ou diversas vedações de haste que separam o fluido de processo do fluido de barreira no compartimento de motor. O sistema de fluido de barreira submarino é distinguido pelo fato de que compreende: uma bomba de fluido de barreira submarino, uma linha de distribuição de fluido de barreira disposta entre a bomba de fluido de barreira e o compartimento de motor, um regulador controlado por pressão disposto operativamente para pelo menos uma das linhas de distribuição de fluido de barreira e a bomba de fluido de barreira submarino, um armazenamento de fluido de barreira submarino, e uma linha de sucção de fluido de barreira disposta do armazenamento de fluido de barreira submarino até a bomba de fluido de barreira submarino.
[009] Para modalidades em que a pressão de fluido de processo perto das vedações de haste pode mostrar variações maiores (tipicamente superiores à capacidade das vedações mecânicas sozinhas), o sistema compreende adicionalmente: uma linha ou dispositivo de pressão de referência disposta operativamente entre o compartimento de fluido de processo de intensificador de pressão submarino e o regulador controlado por pressão, uma linha de retorno de fluido de barreira acoplada ao regulador controlado por pressão ou a linha de distribuição de fluido de barreira, e o armazenamento de fluido de barreira submarino é acoplado para receber fluido de barreira da linha de retorno de fluido de barreira.
[010] Consequentemente, o sistema consiste meramente em um equipamento de fluido de barreira submarino, sem equipamento no convés para abastecer fluido de barreira e sem uma linha ou furo de distribuição de fluido de barreira em um cabo de alimentação a partir do convés para o sistema de fluido de barreira submarino, ou uma linha de abastecimento de fluido de barreira separada a partir do convés, o que significa que o dito sistema é autônomo.
[011] Com o sistema da invenção, não há linha de descarga ou trajetória de fluxo de fluido de barreira para o intensificador de pressão submarino, de modo que o fluido de barreira não seja perdido ao ser bombeado para fora.
[012] O armazenamento de fluido de barreira submarino compreende, preferencialmente, um alojamento de pressão.
[013] O armazenamento de fluido de barreira submarino compreende, preferencialmente, um sistema de compensação de pressão.
[014] O fluido de barreira é abastecido, preferencialmente, ao compartimento de motor do intensificador de pressão submarino e retornado para o armazenamento de fluido de barreira submarino próximo, eliminando o requisito de abastecimento de fluido de barreira externo.
[015] Preferencialmente, o regulador controlado por pressão é um PVR modificado (Regulador de Volume de Pressão). A publicação de patente internacional no WO 2014092581 A1 contém informação detalhada de um PVR, que é um regulador de pressão submarino mecânico (MSPR). Um regulador mecânico pode ser considerado mais confiável que os reguladores que precisam de potência elétrica e controle para serem operáveis, já que menos componentes podem falhar, os componentes elétricos tipicamente têm menos confiabilidade que os componentes mecânicos e um blecaute de sistema de controle elétrico não impediria que o sistema regulador submarino mecânico fosse operativo. Para fundamentos da técnica adicionais, é feita referência às publicações de patente no WO 2011161517 A1, no U.S. 6059539 A e no NO 333696 B1. A modificação para o PVR é adicionar uma porta de retorno de fluido de barreira controlado por pressão que abre em sobrepressão excessiva, conectando a dita porta a uma linha de retorno de fluido de barreira 10 para o armazenamento de fluido de barreira submarino e, preferencialmente, também inclui uma válvula de retenção na linha 9b a partir do PRV para o compartimento de processo de intensificador de pressão a fim de detectar a pressão de compartimento de intensificador de pressão, sendo que a válvula de retenção fecha a trajetória de fluxo para a descarga de fluido de barreira em sobrepressão excessiva de fluido de barreira.
[016] Alternativamente, o regulador controlado por pressão é um dispositivo eletromecânico ou um dispositivo controlado por sinais elétricos ou ópticos que correspondem à pressão no compartimento de processo do intensificador de pressão submarino.
[017] Em uma modalidade preferida, o regulador controlado por pressão é configurado para fornecer uma sobrepressão no compartimento de motor de intensificador de pressão sobre o compartimento de fluido de processo de intensificador de pressão; preferencialmente, a sobrepressão é de cerca de 1,5 MPa (15 bar). Contudo, a sobrepressão pode ser qualquer sobrepressão tolerada pelo equipamento, tal como 5 MPa (50 bar), 3 MPa (30 bar), 2 MPa (20 bar) ou 0,5 MPa (5 bar). Tipicamente, está presente uma sobrepressão na faixa de 0,5 a 5 MPa (5 a 50 bar).
[018] Preferencialmente, o armazenamento de fluido de barreira submarino compreende uma disposição de compensação de pressão. Conforme necessário, a disposição de compensação de pressão ajusta a pressão do armazenamento de fluido de barreira submarino para que seja menor que a pressão mais baixa no compartimento de motor, permitindo assim um fluxo de fluido de barreira do motor através do regulador de pressão e da linha de retorno para o armazenamento em todas as situações. Tipicamente, a pressão de armazenamento pode ser igual à pressão mais baixa do compartimento de fluido de processo ou à pressão submarina ambiente. A dita compensação de pressão pode ser convenientemente para um ou para ambos, para o mar ou para o compartimento de fluido de processo do intensificador de pressão submarino, o que for menor. Alternativamente, um enchimento de gás a uma pressão menor que a pressão de compartimento de motor mais baixa pode ser disposto no armazenamento.
[019] Em uma modalidade alternativa, o sistema compreende um controlador de fluxo de retorno controlado por pressão separado disposto na linha de distribuição de fluido de barreira e com um controle de pressão acoplado ao compartimento de fluido de processo, que abre para o fluxo de retorno em sobrepressão excessiva na linha de distribuição de fluido de barreira.
FIGURAS
[020] A Figura 1 ilustra uma modalidade de um sistema de fluido de barreira submarino da invenção.
[021] A Figura 1 - A1 ilustra um detalhe adicional do sistema ilustrado na Figura 1.
[022] A Figura 1 - A2 ilustra um outro detalhe adicional ou alternativo do sistema ilustrado na Figura 1.
[023] A Figura 2 ilustra uma modalidade mais simples de um sistema de fluido de barreira submarino da invenção.
[024] A Figura 2 - A1 ilustra um detalhe adicional do sistema ilustrado na Figura 2.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[025] Fazendo referência à Figura 1 é ilustrado um sistema de fluido de barreira submarino 1 para um intensificador de pressão submarino 2, sendo que o intensificador de pressão submarino compreende um compartimento de fluido de processo 3 e um compartimento de motor 4. Adicionalmente, o sistema compreende uma bomba de fluido de barreira submarino 5 (HPU Submarina); uma linha de distribuição de fluido de barreira 6 disposta entre a bomba de fluido de barreira 5 e o compartimento de motor de intensificador de pressão. Um regulador controlado por pressão 7a é disposto operativamente na bomba de fluido de barreira submarino 5 ou à mesma. Uma linha de pressão 9a ou dispositivo de referência é disposta operativamente entre a linha de distribuição de fluido de barreira e o regulador controlado por pressão 7a. Um regulador controlado por pressão 7b é disposto operativamente na linha de distribuição de fluido de barreira. Um banco acumulador 8 é disposto operativamente para a linha de distribuição de fluido de barreira submarino; uma linha de pressão 9b ou dispositivo de referência é disposta operativamente entre o compartimento de fluido de processo de intensificador de pressão submarino e o regulador controlado por pressão. Uma linha de retorno de fluido de barreira 10 é acoplada ao regulador controlado por pressão e um armazenamento de fluido de barreira submarino 11 é disposto para retornar o fluido de barreira da linha de distribuição de fluido de barreira em sobrepressão excessiva. Uma linha de sucção de fluido de barreira 12 é disposta do armazenamento de fluido de barreira submarino até a bomba de fluido de barreira submarino.
[026] A Figura 1 - A1 ilustra um detalhe adicional do sistema ilustrado na Figura 1, a saber, um compensador de pressão 13 para o mar, disposto para o armazenamento de barreira submarino 11. A Figura 1 - A2 ilustra um outro detalhe adicional ou alternativo do sistema ilustrado na Figura 1, a saber, um compensador de pressão 13 disposto entre o armazenamento de fluido de barreira submarino 11 e a linha de pressão 9b de referência ou o compartimento de processo de intensificador de pressão.
[027] É feita referência à Figura 2, que ilustra uma modalidade mais simples do sistema da invenção, factível para disposições de intensificador de pressão submarino menos demandantes, tais como sistemas de injeção de água ou outros sistemas com estados de pressão relativamente estacionários. Recursos idênticos ou similares têm a mesma referência numérica que aqueles da Figura 1. O sistema simplificado ilustrado na Figura 2 não tem linha de retorno de fluido de barreira e não tem linha ou dispositivo de pressão 9b de referência. Na Figura 2 - A1 um compensador de pressão 13 para o mar é ilustrado, conforme disposto para o armazenamento de fluido de barreira submarino 11.

Claims (9)

1. Sistema de fluido de barreira submarino para um intensificador de pressão submarino, sendo que o intensificador de pressão submarino compreende um compartimento de fluido de processo, um compartimento de motor e uma montagem de rotor que se estende a partir do compartimento de motor no compartimento de fluido de processo com uma ou diversas vedações de haste que separam o fluido de processo do fluido de barreira no compartimento de motor, caracterizado por o sistema compreender: uma bomba de fluido de barreira submarino, uma linha de distribuição de fluido de barreira disposta entre a bomba de fluido de barreira e o compartimento de motor, um regulador controlado por pressão disposto operativamente para pelo menos uma das linhas de distribuição de fluido de barreira e a bomba de fluido de barreira submarino, um armazenamento de fluido de barreira submarino, e uma linha de sucção de fluido de barreira disposta do armazenamento de fluido de barreira submarino até a bomba de fluido de barreira submarino; em que o sistema de fluido de barreira submarino é autônomo, pois consiste meramente em equipamento de fluido de barreira submarino.
2. Sistema de fluido de barreira submarino, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente uma linha, ou dispositivo, de pressão de referência disposta operativamente entre o compartimento de fluido de processo de intensificador de pressão submarino e o regulador controlado por pressão, uma linha de retorno de fluido de barreira acoplada ao regulador controlado por pressão ou à linha de distribuição de fluido de barreira, e o armazenamento de fluido de barreira submarino é acoplado para receber fluido de barreira da linha de retorno de fluido de barreira.
3. Sistema de fluido de barreira submarino, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o sistema consistir meramente em um equipamento de fluido de barreira submarino, sem equipamento no convés para abastecer fluido de barreira e sem um furo de distribuição de fluido de barreira em um cabo de alimentação a partir do convés para o sistema de fluido de barreira submarino, o que significa que o dito sistema é autônomo.
4. Sistema de fluido de barreira submarino, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o regulador de fluxo controlado por pressão ser um PVR.
5. Sistema de fluido de barreira submarino, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o regulador de fluxo controlado por pressão ser um dispositivo eletromecânico.
6. Sistema de fluido de barreira submarino, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o regulador de fluxo controlado por pressão ser configurado para fornecer uma sobrepressão no compartimento de motor de intensificador de pressão sobre o compartimento de fluido de processo de intensificador de pressão, tipicamente, de 0,5 a 5 MPa (5 a 50 bar) de sobrepressão.
7. Sistema de fluido de barreira submarino, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o armazenamento de fluido de barreira submarino compreender uma disposição de compensação de pressão.
8. Sistema de fluido de barreira submarino, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a disposição de compensação de pressão ajustar a pressão do armazenamento de fluido de barreira submarino para igualar a pressão mais baixa do compartimento de fluido de processo ou a pressão submarina ambiente.
9. Sistema de fluido de barreira submarino, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sistema compreender um controlador de fluxo de retorno controlado por pressão separado disposto na linha de distribuição de fluido de barreira e com um controle de pressão acoplado ao compartimento de fluido de processo, que abre para o fluxo de retorno em sobrepressão excessiva na linha de distribuição de fluido de barreira.
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