BR112018009429B1

BR112018009429B1 - Separador de sólidos pesados

Info

Publication number: BR112018009429B1
Application number: BR112018009429-3A
Authority: BR
Inventors: Adekunle Olutayo Opawale
Original assignee: Fmc Kongsberg Subsea As
Priority date: 2015-11-09
Filing date: 2016-11-07
Publication date: 2021-10-19
Also published as: US10888805B2; EP3374086A1; BR112018009429A2; CA3003770C; NO343290B1; NO20151521A1; EP3374086B1; WO2017080936A1; CA3003770A1; US20180326326A1

Abstract

a invenção se refere a um separador de sólidos pesados para separação de sólidos de fluidos, compreendendo uma câmara de geração de redemoinho (1) e uma câmara de acumulação de sólidos (2), a câmara de geração de redemoinho (1) compreendendo uma entrada (3), uma saída de sólidos (4) e uma tubulação de extração de fluido (5) que possui uma entrada de fluido (6, 19) e uma saída de fluido (7) para extração de fluido; e a câmara de acumulação de sólidos (2) compreende uma entrada de sólidos (8) fluidicamente conectada a saída de sólidos (4) da câmara de geração de redemoinho (1), e uma saída de sólidos (9) disposta em uma parte inferior da câmara de acumulação de sólidos (2); e pelo menos partes da câmara de geração de redemoinho (1) e da câmara de acumulação de sólidos (2) são dispostas em um alojamento cilíndrico (12) compreendendo um elemento frusto-cônico configurado em funil (13) delimitando pelo menos uma seção inferior da câmara de geração de redemoinho (1) e uma seção superior da câmara de acumulação de sólidos (2), em que a câmara de acumulação de sólidos (2) compreende uma saída de fluido (10) disposta acima do nível da entrada de sólidos (8) e fluidicamente conectada à jusante da saída de fluido (7) da tubulação de extração de fluido (5).

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção se refere para o campo técnico de separadores, e mais particularmente, para separadores ciclônicos para separação de partículas sólidas a partir de uma corrente de fase única ou de fase múltipla, onde a corrente possui alta carga de sólidos com variação de tipos, de densidades e de tamanhos de partículas.

PANORAMA TÉCNICO DA INVENÇÃO

[0002] A produção de hidrocarboneto freqüentemente compreende uma corrente de fase única ou de fase múltipla possuindo alto conteúdo de sólidos, especialmente durante fluxo de retorno de fratura de pós- reservatório, limpeza de tubulação enrolada (tubagem bobinada), limpeza de areia, operação de partida (iniciação) de poço, perfuração desequilibrada, estimulações de poço e intervenção de poço. O conteúdo sólido pode ser de até 30% em volume, com variação de densidades entre 1.200 kg/m3até 4.000 kg/m3 e tamanhos de partícula de até 8 cm. Correntes de pasta fluida (lama) podem também ser produzidas como escórias (slugs). Tais sólidos também incluem formação de partículas de areia, propantes (proppants), plugues, partes feitas de materiais compósitos e aço, etc. Operadores têm experimentado freqüente desgaste de equipamento de produção, entupimento de linhas de fluxo e acumulação em vasos de produção, resultando em imensos custos operacionais, riscos à segurança e dispendioso tempo ocioso operacional. Para lidar com tais correntes de produto, uma combinação de um coletor de plugue e uma armadilha de areia pode ser utilizada, mas tal solução resulta em alto peso de equipamento e grande área de cobertura, em adição para altos capitais e custos operacionais.

[0003] Não existe atualmente nenhum separador único que tem capacidade para lidar com correntes de produção com tais altas concentração e composição de sólidos.

[0004] Por conseqüência, fundamentado sobre o estado da técnica existe uma necessidade para um separador de sólidos que tem capacidade para lidar com uma corrente de fluido de produção compreendendo grandes quantidades de sólidos de vários tamanhos e tipos de partícula, e bem como situações onde estas partículas podem vir a chegar como escórias (slugs).

RESUMO DA INVENÇÃO

[0005] O separador de sólidos pesados em concordância com a presente invenção é um vaso compacto fundamentado sobre separador de sólidos ciclônico, construído com eficiente configuração interna para manipulação de altos conteúdos de sólidos, escórias (slugs) e grandes partículas, e que pode ser instalado imediatamente à jusante da cabeça de poço, como uma facilidade permanentemente instalada ou como uma ferramenta de serviço de poço temporária.

[0006] A presente invenção é definida nas reivindicações de patente anexadas, e a seguir.

[0007] Em um primeiro aspecto, a presente invenção proporciona um separador de sólidos pesados para separação de sólidos a partir de fluidos, compreendendo uma câmara de gerenciamento de redemoinho e uma câmara de acumulação de sólidos, em que: - a câmara de geração de redemoinho compreende uma entrada de fluido, uma saída de sólidos e uma tubulação de extração de fluido disposta na linha central (C) da câmara de geração de redemoinho, a entrada de fluido disposta em uma parte superior da câmara de geração de redemoinho, a saída de sólidos é fluidicamente conectada para a câmara de acumulação de sólidos e disposta no fundo da câmara de geração de redemoinho, e a tubulação de extração de fluido possui uma entrada de fluido compreendendo uma abertura disposta na linha central da tubulação de extração de fluido, a abertura voltando-se para a saída de sólidos, e uma saída de fluido para extração de fluido para fora da câmara de geração de redemoinho; e: - a câmara de acumulação de sólidos compreende uma entrada de sólidos fluidicamente conectada para a saída de sólidos da câmara de geração de redemoinho, e uma saída de sólidos disposta em uma parte inferior da câmara de acumulação de sólidos; e: - pelo menos partes da câmara de geração de redemoinho e da câmara de acumulação de sólidos são dispostas em um alojamento cilíndrico compreendendo um elemento frusto-cônico configurado em funil delimitando pelo menos uma seção inferior da câmara de geração de redemoinho e uma seção superior da câmara de acumulação de sólidos, o elemento frusto-cônico configurado em funil possui uma abertura superior e uma abertura inferior, a abertura superior possuindo um diâmetro maior do que a abertura inferior; - em que a câmara de acumulação de sólidos compreende uma saída de fluido disposta acima do nível da entrada de sólidos e fluidicamente conectada à jusante da saída de fluido da tubulação de extração de fluido.

[0008] O separador de sólidos pesados para separação de sólidos a partir de fluidos proporciona um fluxo de fluido de produto. O fluxo de fluido de produto possui um conteúdo de sólidos mínimo ou nenhum conteúdo de sólidos.

[0009] Em uma concretização do separador de sólidos pesados em concordância com a presente invenção, a saída de fluido da câmara de acumulação de sólidos é fluidicamente conectada à jusante da saída de fluido da tubulação de extração de fluido por uma tubulação de bypass de fluido compreendendo uma válvula para controle de uma relação de divisão de fluxo de um fluido saindo da (deixando a) saída de fluido da tubulação de extração de fluido e um fluido saindo da (deixando a) saída de fluido da câmara de acumulação de sólidos.

[0010] Em uma concretização adicional do separador de sólidos pesados em concordância com a presente invenção, a saída de fluido na câmara de acumulação de sólidos é fluidicamente conectada à jusante da saída de fluido da tubulação de extração de fluido, de maneira tal que fluidos saindo da (deixando a) saída de fluido na câmara de acumulação de sólidos e fluidos saindo da (deixando a) saída de fluido da tubulação de extração de fluido são combinados em um fluxo de fluido de produto comum durante utilização. Em ainda numa concretização do separador de sólidos pesados em concordância com a presente invenção, a saída de fluido na câmara de acumulação de sólidos e a saída da tubulação de extração de fluido são fluidicamente conectadas para uma tubulação de fluxo de fluido de produto comum.

[0011] Em uma concretização do separador de sólidos pesados em concordância com a presente invenção, a abertura superior do elemento frusto-cônico configurado em funil é disposta em um nível abaixo da entrada de fluido da câmara de geração de redemoinho, e a abertura inferior do elemento frusto-cônico configurado em funil é disposta no nível da, ou acima da saída de sólidos da câmara de geração de redemoinho.

[0012] Em uma concretização do separador de sólidos pesados em concordância com a presente invenção, a saída de fluido da câmara de acumulação de sólidos é disposta em um nível que é mais próximo para o nível da abertura superior do que o nível da abertura inferior.

[0013] Em uma concretização do separador de sólidos pesados em concordância com a presente invenção, a tubulação de extração de fluido possui uma seção inferior possuindo uma configuração frusto-cônica, a seção inferior compreende a entrada de fluido da tubulação de extração de fluido, e a abertura da tubulação de extração de fluido é disposta na extremidade afunilada da seção inferior. A circunferência da seção inferior afunila na direção da saída de sólidos da câmara de geração de redemoinho.

[0014] Em uma concretização do separador de sólidos pesados em concordância com a presente invenção, a tubulação de extração de fluido compreende uma seção superior consistindo de uma tubulação cilíndrica não perfurada. A abertura da entrada de fluido da tubulação de extração de fluido pode ser descrita como voltando-se externamente para a saída de sólidos, e voltando-se internamente para a saída de fluido para extração de fluido para fora da câmara de geração de redemoinho.

[0015] Em uma concretização do separador de sólidos pesados em concordância com a presente invenção, uma parede interna da câmara de geração de fluido (ou uma seção superior de uma parede interna do alojamento cilíndrico) e uma superfície externa da seção superior da tubulação de extração (isto é, a tubulação cilíndrica não perfurada) proporcionam um espaço anular cilíndrico. O espaço anular cilíndrico fluidicamente conecta a entrada da câmara de geração de redemoinho, o espaço anular frusto- cônico (descrito abaixo) e a saída de sólidos da câmara de geração de redemoinho.

[0016] Em uma concretização do separador de sólidos pesados em concordância com a presente invenção, a entrada de fluido da tubulação de extração de fluido compreende perfurações ou ranhuras (fendas) múltiplas dispostas através da parede da seção inferior.

[0017] Em uma concretização do separador de sólidos pesados em concordância com a presente invenção, o ângulo de cone da seção inferior e o ângulo de cone do elemento frusto-cônico configurado em funil são substancialmente iguais. Preferivelmente, a seção inferior da tubulação de extração de fluido e o elemento frusto- cônico configurado em funil proporcionam um espaço anular frusto-cônico na câmara de geração de redemoinho, preferivelmente o espaço anular se estende a partir do nível da abertura superior do elemento frusto-cônico configurado em funil para o nível da abertura da tubulação de extração de fluido. O espaço anular frusto-cônico é uma extensão do espaço anular cilíndrico anteriormente descrito.

[0018] Em uma concretização do separador de sólidos pesados em concordância com a presente invenção, as perfurações ou ranhuras múltiplas, dispostas através da parede da seção inferior, voltam-se para o espaço anular frusto-cônico entre a seção inferior da tubulação de extração de fluido e o elemento frusto-cônico configurado em anel.

[0019] Em uma concretização do separador de sólidos pesados em concordância com a presente invenção, a abertura da entrada de fluido da tubulação de extração de fluido é disposta em um nível mais próximo para a abertura inferior do elemento frusto-cônico configurado em funil do que a abertura superior.

[0020] Em uma concretização do separador de sólidos pesados em concordância com a presente invenção, a câmara de acumulação de sólidos compreende múltiplas placas antiredemoinho dispostas para prevenir ou para reduzir a movimentação de redemoinho de um fluido e fluxo de sólidos adentrando a câmara de acumulação de sólidos por intermédio de sua entrada de sólidos.

[0021] Em uma concretização do separador de sólidos pesados em concordância com a presente invenção, as múltiplas placas antiredemoinho são uniformemente espaçadas e dispostas entre a circunferência da entrada de sólidos da câmara de acumulação de sólidos e uma superfície interna do alojamento cilíndrico.

[0022] As placas antiredemoinho são dispostas em um ângulo dentro da faixa de 0 grau - 45 graus em relação para uma respectiva linha de quadrante (Q) sobre o plano de seção transversal transverso da câmara de acumulação de sólidos, preferivelmente em um ângulo de 45 graus. O plano de placas antiredemoinho é disposto substancialmente perpendicular para o plano de seção transversal transverso da câmara de acumulação de sólidos. O ângulo das placas antiredemoinho é de maneira tal que o fluxo de fluido é direcionado para fora a partir da entrada de sólidos da câmara de acumulação de sólidos.

[0023] Em uma concretização do separador de sólidos pesados em concordância com a presente invenção, a saída de sólidos da câmara de acumulação de sólidos é de forma fechada e compreende uma válvula para remoção intermitente ou contínua de sólidos acumulados como uma pasta fluida substancialmente espessada, a pasta fluida é removida para um container pressurizado ou tanque atmosférico para eliminação (descarte) de sólidos ou limpeza de areia. Alternativamente, a saída de sólidos da câmara de acumulação de sólidos é conectada para o container pressurizado ou tanque atmosférico, referido container/tanque compreendendo uma saída de sólidos de forma fechada.

[0024] Em uma concretização do separador de sólidos pesados em concordância com a presente invenção, a câmara de geração de redemoinho e a câmara de acumulação de sólidos são dispostas no alojamento cilíndrico. O alojamento cilíndrico pode ser compreendido por múltiplas seções de alojamento possuindo diferentes diâmetros externos.

[0025] Em uma concretização do separador de sólidos pesados em concordância com a presente invenção, a válvula sobre a tubulação de bypass de fluido tem capacidade para proporcionar a relação de divisão de fluxo na faixa de 0% até 30%.

[0026] A taxa de fluxo do fluido passando através da tubulação de passagem de fluido (isto é, o fluido de bypass) é controlada por uma válvula. Por controle de referida taxa de fluxo de fluido, a concentração de pasta fluida (isto é, a concentração de sólidos no fluido) adentrando a câmara de acumulação de sólidos é também controlada.

[0027] Em uma concretização adicional do separador de sólidos pesados em concordância com a presente invenção, a taxa de fluxo do fluido de bypassé controlada para manter um fluxo de fluido ascendente homogêneo sobre a (ao longo da) área de seção transversal da câmara de acumulação de sólidos, de maneira tal que a velocidade ascendente do fluxo de fluido ascendente é suficientemente mais baixa do que a velocidade de decantação das partículas sólidas as maiores a serem separadas.

[0028] O presente pedido de patente também apresenta um separador de ciclone possuindo uma câmara de geração de redemoinho, a câmara de geração de redemoinho compreendendo uma entrada, uma saída de sólidos e uma tubulação de extração de fluido disposta na linha central da câmara, em que: - a entrada de fluido é disposta em uma parte superior da câmara de geração de redemoinho; - a saída de sólidos é disposta no fundo da câmara de geração de redemoinho; - a tubulação de extração de fluido compreende uma saída de fluido para extração de fluido para fora da câmara de geração de redemoinho, e uma seção inferior com uma configuração frusto-cônica, a seção inferior compreende uma entrada de fluido possuindo uma abertura disposta na extremidade afunilada da seção inferior e múltiplas perfurações ou ranhuras dispostas através da parede da seção inferior, a abertura voltando-se para a saída de sólidos; - a câmara de geração de redemoinho é formada por um alojamento cilíndrico possuindo uma seção de extremidade inferior frusto-cônica configurada em funil, a extremidade afunilada da seção de extremidade inferior do alojamento compreende a saída de sólidos, e o ângulo de cone da seção inferior da tubulação de extração de fluido e o ângulo de cone da seção de extremidade inferior do alojamento são substancialmente iguais, de maneira tal que a seção inferior da tubulação de extração de fluido e a seção de extremidade inferior do alojamento proporcionam um espaço anular frusto-cônico na câmara de geração de redemoinho.

[0029] Em uma concretização do separador de ciclone em concordância com a presente invenção, a tubulação de extração de fluido compreende uma seção superior constituída por uma tubulação cilíndrica não perfurada. Uma superfície externa da tubulação cilíndrica não perfurada e uma superfície interna do alojamento cilíndrico proporcionam um espaço anular cilíndrico na câmara de geração de redemoinho. No espaço anular cilíndrico, sólidos são levados a se separar a partir de uma corrente contínua de fase múltipla ou de fase única (a corrente adentrando a entrada da câmara de geração de redemoinho), e irão migrar em direção da parede interna do alojamento cilíndrico e em direção da saída de sólidos da câmara de geração de redemoinho.

[0030] Em uma concretização do separador de ciclone em concordância com a presente invenção, as múltiplas perfurações ou ranhuras voltando-se para o espaço anular frusto-cônico.

[0031] O presente pedido de patente também apresenta um container de acumulação de sólidos (ou câmara de acumulação de sólidos) para conexão de fluido para uma saída de sólidos de um separador de ciclone, o container de acumulação de sólidos compreende um alojamento cilíndrico possuindo uma extremidade superior e uma extremidade inferior, uma entrada de sólidos disposta na extremidade superior, uma saída de sólidos disposta na extremidade inferior, e múltiplas placas antiredemoinho dispostas para prevenir ou para reduzir a movimentação de redemoinho de um fluxo de fluido adentrando o container de acumulação de sólidos por intermédio de sua entrada de sólidos.

[0032] Em uma concretização do container de acumulação de sólidos em concordância com a presente invenção, o container de acumulação de sólidos compreende uma saída de fluido disposta em um nível acima da entrada de sólidos do container de acumulação de sólidos.

[0033] Em uma concretização do container de acumulação de sólidos em concordância com a presente invenção, as múltiplas placas antiredemoinho são uniformemente espaçadas e dispostas entre a circunferência da entrada de sólidos do container de acumulação de sólidos e uma superfície interna do alojamento cilíndrico.

[0034] Correspondendo para as placas antiredemoinho no separador de sólidos pesados, as placas antiredemoinho são dispostas em um ângulo dentro da faixa de 0 grau - 45 graus em relação para uma respectiva linha de quadrante (Q) sobre o plano de seção transversal transverso do container de acumulação de sólidos, preferivelmente em um ângulo de 45 graus. O plano das placas antiredemoinho é disposto substancialmente perpendicular para o plano de seção transversal transverso do container de acumulação de sólidos. O ângulo das placas antiredemoinho é de maneira tal que o fluxo de fluido é direcionado para fora a partir da entrada de sólidos do container de acumulação de sólidos.

[0035] O termo “separador de sólidos pesados” é, na presente divulgação, intencionado para significar um separador que tem capacidade para manipular fluxos de fluido possuindo um conteúdo de sólidos de até 30% em volume, os sólidos possuindo densidades entre 1.200 kg/m3 até 4.000 kg/m3 e tamanhos de partícula de até 8 cm.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS DA INVENÇÃO

[0036] A presente invenção irá se tornar aparente e elucidada a partir da descrição, em maiores detalhes, a seguir, por intermédio dos desenhos, nos quais: A Figura 1 é uma vista lateral de seção transversal vertical esquemática de um separador em concordância com a presente invenção; As Figuras 2a - 2c são vistas de seção transversal horizontal do separador da Figura 1; A Figura 3 mostra vistas esquemáticas de várias concretizações de perfurações sobre a seção inferior de uma tubulação de extração de fluido; A Figura 4 é uma vista esquemática de uma concretização de um separador em concordância com a presente invenção; A Figura 5 é uma vista esquemática de um separador de ciclone; e: A Figura 6 é uma vista esquemática de um container de acumulação de sólidos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0037] Uma concretização de um separador de sólidos pesados em concordância com a presente invenção é mostrada na Figura 1. O separador de sólidos pesados compreende duas seções (1, 2) (ou câmaras) fluidicamente conectadas por uma passagem ou abertura (4, 8). As duas seções (1, 2) são dispostas em um alojamento cilíndrico (12) possuindo uma extremidade superior e uma extremidade inferior, e separadas por um elemento frusto-cônico configurado em funil (13). O elemento frusto-cônico configurado em funil (13) possui uma abertura superior (14) e uma abertura inferior (15), em que o diâmetro da abertura superior (14) é maior do que o diâmetro da abertura inferior (15).

[0038] A primeira seção (1) (isto é, a câmara de geração de redemoinho ou o separador de ciclone) compreende uma entrada (3) para um fluxo de fluido de fase única ou de fase múltipla (1) compreendendo sólidos, uma tubulação de extração de fluido (5) e uma saída de sólidos (4). A tubulação de extração de fluido (5) compreende uma tubulação cilíndrica superior e um elemento frusto-cônico inferior (20). A parede externa da tubulação cilíndrica superior e a parede interna da câmara de geração de redemoinho formam um espaço anular cilíndrico. A entrada (3) é disposta de maneira tal que o fluxo de fluido (1) adentra a seção anular cilíndrica tangencialmente para induzir um movimento de redemoinho para o fluido em torno da tubulação de extração de fluido (5). Devido para o fato do movimento de redemoinho na seção anular cilíndrica, sólidos são rapidamente migrados para fora do fluido contínuo de fase única ou de fase múltipla em direção da parede interna da câmara de geração de redemoinho ou da parte superior do alojamento cilíndrico (12) e adicionalmente fluem para fora da câmara de geração de redemoinho através da saída de sólidos (4). O espaço anular cilíndrico possui suficiente volume para receber plugues e escórias (slugs) de sólidos sem entupimento/obturação. A tubulação de extração (5) é disposta em torno da linha central da primeira seção e compreende uma entrada de fluido (6, 19) e uma saída de fluido (7). A tubulação de extração (5) caracteriza uma seção inferior (20) (ou seções de extremidade inferiores) possuindo uma configuração frusto-cônica.

[0039] A seção inferior (20) compreende, ou proporciona a entrada de fluido (6, 19) possuindo uma abertura (6) disposta na linha central da extremidade afunilada da seção inferior (20) e múltiplas perfurações (19) dispostas na parede lateral da seção inferior (20). As perfurações (19) podem ser, por exemplo, formadas como aberturas, ranhuras circulares dispostas perpendiculares, alinhadas com a ou anguladas com respeito para a linha central da seção inferior (20), ver a Figura 3, para exemplos de várias concretizações da seção inferior (20). Durante utilização, as múltiplas perfurações/ranhuras (19) atuam como uma peneira possibilitando que fluido venha a passar para a tubulação de extração de fluido, enquanto partículas de maior tamanho são excluídas. Adicionalmente, devido para o fato da pressão aumentada na linha central da primeira seção, um fluxo de fluido é direcionado de volta em direção da extremidade afunilada da seção inferior (20) a partir da direção da abertura inferior (15); a abertura (6) previne que este fluxo de retorno venha a provocar perturbação das condições de fluxo do redemoinho de fluido em torno da seção inferior (20). A entrada de fluido (6, 19) da tubulação de extração (5) é conectada para a saída de fluido (7) da tubulação de extração (5) disposta na extremidade superior do alojamento cilíndrico (12), de maneira tal que um fluido pode ser extraído para fora da primeira seção através de referida extremidade superior. O ângulo de cone da seção inferior (20) da tubulação de extração de fluido (5) e o ângulo de cone do elemento frusto-cônico configurado em funil (13) são substancialmente iguais proporcionando um anel cônico entre a seção inferior (20) e o elemento frusto-cônico configurado em funil (13). Os ângulos de cone substancialmente iguais possibilitam que o balanço de pressão venha a ser mantido para o fluxo de fluido através do anel cônico. Por conseqüência, a seção inferior (20) da tubulação de extração de fluido (5) e do elemento frusto- cônico configurado em anel (13) proporciona um espaço anular frusto-cônico ou configurado em funil na primeira seção do separador. A saída de sólidos (4) da primeira seção (1) é compreendida pela abertura inferior do elemento frusto-cônico configurado em funil (13).

[0040] O espaço anular cilíndrico na seção superior da câmara de geração de redemoinho (1) fluidicamente conecta a entrada (3) do separador de sólidos pesados e o espaço anular frusto-cônico na seção inferior do elemento de geração de redemoinho. A redução em diâmetro do elemento frusto-cônico configurado em funil a partir da abertura superior (14) para a saída de sólidos (4) [ou a abertura inferior (15)] que é mostrada na Figura 1, aumenta a velocidade de redemoinho de sólidos no espaço anular frusto-cônico, tornando difícil para que os sólidos venham a fluir em direção das perfurações ou ranhuras (19).

[0041] A segunda seção (2) (ou câmara de acumulação de sólidos) possui uma entrada de sólidos (8), uma saída de sólidos (9) e uma saída de fluido (10). A entrada de sólidos (8) é fluidicamente conectada para a saída de sólidos (4) da primeira seção; nesta concretização particular da presente invenção por intermédio de um elemento cilíndrico (17) disposto na abertura inferior do elemento frusto-cônico configurado em funil (13). O elemento cilíndrico (17) não é uma característica essencial, e em algumas concretizações da presente invenção, a entrada de sólidos (8) é meramente a mesma abertura como a saída de sólidos (4). A saída de sólidos (9) da segunda seção é fechada durante operação, mas pode ser aberta para descarregar sólidos acumulados quando for necessitado.

[0042] A dimensão/circunferência da entrada de sólidos (8) é grande o suficiente para possibilitar passagem de sólidos e de partículas possuindo tamanhos como descrito anteriormente, e devido para o fato do tamanho da entrada de sólidos, o movimento de redemoinho de um fluxo de fluido/sólidos adentrando a segunda seção (2) não é substancialmente/adequadamente diminuído. Para prevenir ou para remover o movimento de redemoinho do fluxo de fluido/sólidos, placas antiredemoinho (21) (preferivelmente feitas em metal) são dispostas na segunda seção (2). Para propósitos ilustrativos, somente uma das placas antiredemoinho (21) é mostrada na Figura 1. As placas antiredemoinho (21) são soldadas para a entrada de sólidos (8) e a parede interna do alojamento cilíndrico (12). As placas antiredemoinho (21) previnem o redemoinho contínuo de um fluxo de pasta fluida (isto é, uma mistura de sólidos e de fluido) adentrando a segunda seção por intermédio da entrada de sólidos (8). Por interrupção (parada) do movimento de redemoinho, a quantidade de sólidos sendo entranhada no fluido saindo da saída de fluido (10) da segunda seção (2) é significativamente reduzida ou prevenida. Cada uma das placas antiredemoinho (21) é, na presente concretização da presente invenção, disposta em um ângulo (θ) de 45 graus em relação para uma respectiva linha de quadrante (Q) sobre o plano de seção transversal transverso da segunda seção (2) [ou o alojamento cilíndrico (12)], ver a Figura 2c. O plano das placas antiredemoinho (21) é dispo sto substancialmente perpendicular para o plano de seção transversal transverso da segunda seção (2). A flecha (S) mostra a direção do redemoinho de fluxo de fluido em relação para o ângulo (θ) das placas antiredemoinho (21), isto é, o ângulo das placas antiredemoinho (21) é de maneira tal que o fluxo de fluido é direcionado para fora a partir da entrada de sólidos (8). Embora o apresentado ângulo (θ) venha a ser vantajoso, as placas antiredemoinho (21) podem ser dispostas em qualquer ângulo na faixa de 0 grau - 45 graus e ainda assim proporcionar o efeito de prevenção e de remoção do movimento de redemoinho do fluxo de fluido/sólidos.

[0043] A saída de fluido (10) da segunda seção é disposta em um nível acima do nível da entrada de sólidos (8) na segunda seção, e também acima do nível da saída de sólidos (4) da primeira seção. A segunda seção possui um volume superior delimitado pela superfície externa do elemento frusto-cônico configurado em funil (13) e do alojamento cilíndrico (12). Devido para o fato da configuração do elemento frusto-cônico configurado em funil (13), a área de seção transversal horizontal do volume superior é gradualmente diminuída na direção vertical ascendente. Por se possuir a saída de fluido (10) disposta acima do nível da saída de sólidos (4) da primeira seção, isto é, de maneira tal que fluido pode ser extraído a partir do volume superior da segunda seção, a quantidade de sólidos remanescentes entranhados no fluido é minimizada.

[0044] Adicionalmente, a saída de fluido (10) é fluidicamente conectada para a interseção de tubulação (11) pela tubulação de bypass de fluido (18). A tubulação de bypass de fluido (18) compreende uma válvula (22) para controle da relação de fluxo (ou relação de divisão de fluxo) entre um fluido saindo da saída de fluido (7) da tubulação de extração de fluido (5) e um fluido saindo da saída de fluido (10) da segunda seção (2). A interseção de tubulação é disposta à jusante da saída de fluido (7) da tubulação de extração de fluido (5). Ambas as saídas de fluido são conectadas para a tubulação de fluido de produto (16) de maneira tal que fluxos de fluido saindo por intermédio das respectivas saídas são unidos em um fluxo de fluido de produto comum (P). A saída de fluido (10) proporciona uma velocidade aumentada para o fluxo de fluido adentrando a segunda seção por intermédio da saída de sólidos (4) da primeira seção. A velocidade aumentada através da saída de sólidos (4) é essencial para reduzir a concentração de pasta fluida no elemento frusto-cônico configurado em funil (13) e para evitar, ou pelo menos para minimizar, o risco de entupimento da saída de sólidos (4) da primeira seção. Isto é especialmente importante quando de separação de sólidos a partir de um fluxo de fluido, em que o fluxo de fluido pode compreender até 30% (v/v) de sólidos. O separador de sólidos pesados em concordância com a presente invenção tem capacidade para manipular tais grandes quantidades de sólidos até mesmo quando as mesmas chegam como escórias (slugs) e/ou possuindo tamanhos de partícula de até 8 cm. A taxa de fluxo de fluido através da saída de fluido (10) é também controlada para manter um fluxo de fluido ascendente homogêneo sobre a (ao longo da) área de seção transversal da segunda seção (2) de maneira tal que a velocidade ascendente em direção da saída de fluido (10) é suficientemente mais baixa do que a velocidade de decantação das partículas de sólido as maiores a serem separadas.

[0045] A área de seção transversal da saída de sólidos (4) da primeira seção (1) [e a entrada de sólidos (8) da segunda seção (2)] é vantajosamente ligeiramente maior do que a área de seção transversal da entrada de fluido (3) da primeira seção (1) para assegurar que partículas de maior tamanho adentrando a primeira seção (1) tenham capacidade para passar para a segunda seção (2).

[0046] A Figura 4 mostra um separador possuindo um projeto ligeiramente diferente comparado com o separador que é mostrado na Figura 1. A diferença principal entre os dois separadores é a configuração do alojamento cilíndrico (12). Enquanto o separador que é mostrado na Figura 1 possui um alojamento cilíndrico com um diâmetro constante, o alojamento cilíndrico (12) do separador que é mostrado na Figura 4 compreende uma parte superior (12a) possuindo um primeiro diâmetro, a parte superior delimitando pelo menos uma parte da primeira seção (1), e uma parte inferior (12b) possuindo um segundo diâmetro, a parte inferior delimitando a segunda seção (2). Nesta concretização em concordância com a presente invenção, a circunferência interna da parte superior (12a) possui um diâmetro substancialmente igual para o diâmetro de abertura superior (14) do elemento frusto-cônico configurado em funil (13). O diâmetro da parte inferior (12b) pode ser adaptado para proporcionar uma câmara de acumulação de sólidos (2) possuindo uma requerida/desejada capacidade de sólidos. A capacidade de sólidos pode ser adaptada independentemente do tamanho requerido da primeira seção (1). Uma vantagem adicional de se possuir uma câmara de acumulação de sólidos (2) possuindo um maior diâmetro é a de que a velocidade ascendente sobre a (ao longo da) área de seção transversal da câmara de acumulação de sólidos (2), em direção da saída de fluido (10), é reduzida com o diâmetro aumentado quando a taxa de fluxo de fluido através da saída de fluido (10) é a mesma. A chance de sólidos entranhados no fluxo de fluido através da saída de fluido (10) é, por conseqüência, reduzida. Entretanto, as vantagens obtidas por aumento do tamanho da câmara de acumulação de sólidos (2) tem que ser avaliada (pesada) contra os gastos de custos aumentados, de peso e de área de cobertura. As características técnicas adicionais do separador que é mostrado na Figura 4, e seus correspondentes números de referência, são as mesmas como são mostradas para o separador que é mostrado na Figura 1.

[0047] Em utilização, um fluxo de fluido (isto é, uma corrente de hidrocarboneto) compreendendo uma quantidade substancial de sólidos, a partir de uma cabeça de poço, adentra o separador por intermédio da entrada (3) da primeira seção (1). A disposição tangencial da entrada (3) força o fluxo de fluido para um movimento de redemoinho no espaço anular cilíndrico em torno da tubulação de extração de fluido (5), ver a Figura 2a. Devido para o fato do movimento de redemoinho do fluido, os sólidos migram em direção de uma superfície interna da primeira seção (1), enquanto um fluxo de fluido empobrecido (exaurido, esgotado) em sólidos é extraído através da entrada de fluido (6, 19) da tubulação de extração de fluido (5). Sólidos e uma quantidade intencionada de fluido adentram a segunda seção (2) por intermédio da entrada de sólidos (8). Os sólidos se acumulam em uma parte de fundo da segunda seção (2), na saída de sólidos em forma fechada (9), e uma quantidade de fluido, igual para a quantidade intencionada que adentrou a segunda seção (2), sai por intermédio da saída de fluido (10) para ser combinada com o fluxo de fluido empobrecido em sólidos antes de saída por intermédio da tubulação de fluido de produto (16). O fluxo de fluido através da saída de fluido (10), definido pela relação de divisão de fluxo, previne entupimento da conexão de fluido entre a primeira seção e a segunda seção [isto é, a saída de sólidos (4), a entrada de sólidos (8) e o elemento cilíndrico (17)]. Adicionalmente, a disposição da saída de fluido (10) acima da abertura inferior (15) do elemento frusto-cônico configurado em funil (13) assegura que uma quantidade mínima de sólidos irá ser entranhada no fluxo de fluido remanescente saindo de referida saída de fluido.

[0048] Como foi descrito acima, um fluido adentrando o separador por intermédio da entrada (3) da primeira seção (1) irá sair por intermédio de duas saídas separadas, isto é, a saída de fluido (7) da tubulação de extração de fluido (5) e a saída de fluido (10) da segunda seção (2). O fluido saindo é recombinado na interseção de tubulação (11). O fluido saindo da saída de fluido (10) na segunda seção (2) tem que em primeiro lugar fluir através da saída de sólidos (4) da primeira seção (1). Este fluxo de fluido substancialmente reduz a concentração dos sólidos fluindo através da conexão de fluido entre a primeira seção (1) e a segunda seção (2) e cria adicional arraste sobre os sólidos enquanto passando através de referida conexão de fluido. A saída de fluido (10) da segunda seção (2) é fluidicamente conectada à jusante da saída de fluido (7) da tubulação de extração de fluido (5) por uma tubulação de recirculação (18) de maneira tal que uma desejável relação de divisão de fluxo pode ser conseguida e controlada por uma válvula instalada sobre a tubulação de recirculação (18). A relação de divisão de fluxo é otimizada fundamentada sobre a concentração de sólidos do fluxo de fluido adentrando o separador, com o objetivo de limitação do transporte ascendente e de entranhamento de sólidos no fluxo de fluido saindo da saída de fluido (10). Como foi mostrado na Figura 4, em determinadas situações, o diâmetro da câmara de acumulação de sólidos (2) pode ser aumentado para reduzir a magnitude de velocidades ascendentes, e adicionalmente para minimizar riscos de entranhamentos de partícula em direção da saída de fluidos (10). A relação de divisão de fluxo pode ser na faixa de 0% até 30%. Por exemplo, durante a fase de retorno de fluxo de perfuração depois de fratura, uma fase caracterizada por alto conteúdo de sólidos, a válvula (22), disposta sobre a tubulação de recirculação (18) conectando a saída de fluido (10) da interseção de tubulação (11), pode em primeiro lugar ser completamente aberta para proporcionar uma relação de divisão de fluxo de até 30% e, então, gradualmente fechada, na medida em que o conteúdo de sólidos venha a ser reduzido. Por controle da relação de divisão de fluxo com a válvula (22), a quantidade de sólidos transportada para o fluxo de produto (P) através da saída de fluido (10) é minimizada. Durante limpeza de tubulação bobinada (tubagem enrolada), operação de partida (iniciação) de poço, perfuração desequilibrada, estimulações de poço e intervenção de poço, uma posição de válvula fixada pode ser considerada se conteúdo de areia é esperado para vir a ser relativamente estável ao longo (no decorrer) do tempo.

[0049] Um separador de ciclone (24) compreendendo a maior parte das características descritas em conexão com a primeira seção (1) (isto é, a câmara de geração de redemoinho) do separador que é mostrado na Figura 1, na Figura 2a, na Figura 2b, na Figura 3 e na Figura 4, é apresentado na Figura 5. O separador de ciclone é descrito com referência para a Figura 5 e por utilização dos mesmos números de referência como foram utilizados nas Figuras 1 - 4 para as correspondentes características técnicas. O separador de ciclone possui uma câmara de reação de redemoinho (1), a câmara de geração de redemoinho (1) compreende uma entrada (3), uma saída de sólidos (4) e uma tubulação de extração de fluido (5) disposta na linha central (C) da câmara de geração de redemoinho (1). A entrada (3) é disposta em uma parte superior da câmara de geração de redemoinho (1) e a saída de sólidos (4) é disposta no fundo da câmara de geração de redemoinho (1). A tubulação de extração de fluido (5) compreende uma saída de fluido (7) para extração de fluido para fora da câmara de geração de redemoinho (1), e uma seção inferior (20) com uma configuração frusto-cônica, a seção inferior (20) compreende uma entrada de fluido (6, 19) possuindo uma abertura (6) disposta na extremidade afunilada da seção inferior (20) e múltiplas perfurações ou ranhuras (19) dispostas através da parede da seção inferior (20), a abertura (6) volta-se para a saída de sólidos (4). A câmara de geração de redemoinho (1) é formada por um alojamento cilíndrico (25) [i sto é, correspondendo em parte para uma parte superior do alojamento (12) do separador que é mostrado na Figura 1] possuindo uma seção de extremidade inferior frusto-cônica (26) [similar para o elemento frusto-cônico configurado em funil (13) do separador que é mostrado na Figura 1, mas sendo uma seção de extremidade inferior do alojamento (12) e não uma parte interna do mesmo], a extremidade afunilada da seção de extremidade inferior do alojamento (12) [isto é, correspondendo para a abertura inferior (15) do elemento frusto-cônico configurado em funil (13) do separador que é mostrado na Figura 1] compreende a saída de sólidos (4). O ângulo de cone da seção inferior (20) da tubulação de extração de fluido (5) e o ângulo de cone da seção de extremidade inferior (26) do alojamento (12) são substancialmente iguais, de mnaeira tal que a seção inferior (20) da tubulação de extração de fluido (5) e a seção de extremidade inferior (26) do alojamento (12) proporcionam um espaço anular frusto-cônico na câmara de geração de redemoinho (1). As múltiplas perfurações ou ranhuras (19) da tubulação de extração de fluido (5) voltam-se para o espaço anular frusto-cônico. A característica de se possuir múltiplas perfurações ou ranhuras (19) na seção inferior (20) da tubulação de extração de fluido (5), em adição para a abertura na extremidade afunilada, proporciona um separador de ciclone em que a queda de pressão sobre o (ao longo do) separador é minimizada enquanto o desempenho de separação é mantido. Exemplos de perfurações ou ranhuras adequadas para utilização no separador de ciclone são mostrados na Figura 3.

[0050] Um container de acumulação de sólidos (ou câmara de acumulação de sólidos) adequado para conexão de fluido para uma saída de sólidos de um separador de ciclone é mostrado na Figura 6. Separadores de ciclone adequados para conexão para o container de acumulação de sólidos são aqueles proporcionando um fluxo de fluido, que retém o movimento de redemoinho quando saindo da saída de sólidos, por exemplo, um separador de ciclone como é mostrado na Figura 5. O container de acumulação de sólidos é descrito por referência para a Figura 6 e pela utilização dos mesmos números de referência como são utilizados na Figura 1, na Figura 2 e na Figura 4, para as correspondentes características técnicas. O container de acumulação de sólidos compreende um alojamento cilíndrico (27) possuindo uma extremidade superior (28) e uma extremidade inferior (29), uma entrada de sólidos (8) disposta na extremidade superior (28), uma saída de sólidos (9) disposta na extremidade inferior (29), e múltiplas placas antiredemoinho (21) dispostas para prevenir ou para reduzir a movimentação de redemoinho de um fluxo de fluido adentrando o container de acumulação de sólidos por intermédio de sua entrada de sólidos (8). A entrada de sólidos (8) é adequada para conexão para uma saída de sólidos de um separador de ciclone. As múltiplas placas antiredemoinho (21) são uniformemente espaçadas e dispostas entre a circunferência da entrada de sólidos (8) do container de acumulação de sólidos e uma superfície interna do alojamento cilíndrico (27). Correspondendo para as placas antiredemoinho no separador de sólidos pesados, as placas antiredemoinho são dispostas em um ângulo dentro da faixa de 0 grau - 45 graus em relação para uma respectiva linha de quadrante (Q) no plano de seção transversal transverso do container de acumulação de sólidos, preferivelmente em um ângulo de 45 graus. O plano das placas antiredemoinho é disposto substancialmente perpendicular para o plano de seção transversal transverso do container de acumulação de sólidos. O ângulo das placas antiredemoinho é de mnaeira tal que o fluxo de fluido é direcionado para fora a partir da entrada de sólidos do container de acumulação de sólidos.

Claims

1. Separador de sólidos pesados para separação de sólidos a partir de fluidos, compreendendo uma câmara de geração de redemoinho (1) e uma câmara de acumulação de sólidos (2), em que: - a câmara de geração de redemoinho (1) compreende uma entrada (3), uma saída de sólidos (4) e uma tubulação de extração de fluido (5) disposta na linha central (C) da câmara de geração de redemoinho (1), a entrada (3) disposta em uma parte superior da câmara de geração de redemoinho (1), a saída de sólidos (4) é fluidicamente conectada a câmara de acumulação de sólidos (2) e disposta no fundo da câmara de geração de redemoinho (1), e a tubulação de extração de fluido (5) possui uma entrada de fluido (6, 19) compreendendo uma abertura (6) disposta na linha central da tubulação de extração de fluido (5), a abertura voltando-se para a saída de sólidos (4), e uma saída de fluido (7) para extração de fluido para fora da câmara de geração de redemoinho (1); e - a câmara de acumulação de sólidos (2) compreende uma entrada de sólidos (8) fluidicamente conectada a saída de sólidos (4) da câmara de geração de redemoinho (1), e uma saída de sólidos (9) disposta em uma parte inferior da câmara de acumulação de sólidos (2); e - pelo menos partes da câmara de geração de redemoinho (1) e da câmara de acumulação de sólidos (2) são dispostas em um alojamento cilíndrico (12) compreendendo um elemento frusto-cônico configurado em funil (13) delimitando pelo menos uma seção inferior da câmara de geração de redemoinho (1) e uma seção superior da câmara de acumulação de sólidos (2), o elemento frusto-cônico configurado em funil (13) possui uma abertura superior (14) e uma abertura inferior (15), a abertura superior (14) possuindo um diâmetro maior do que a abertura inferior (15); caracterizado pelo fato de que a câmara de acumulação de sólidos (2) compreende uma saída de fluido (10) disposta acima do nível da entrada de sólidos (8) e fluidicamente conectada à jusante da saída de fluido (7) da tubulação de extração de fluido (5).

2. Separador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a saída de fluido (10) da câmara de acumulação de sólidos (2) é fluidicamente conectada à jusante da saída de fluido (7) da tubulação de extração de fluido (5) por uma tubulação de bypass de fluido (18) compreendendo uma válvula (22) para controle de uma relação de divisão de fluxo de um fluido saindo da saída de fluido (7) da tubulação de extração de fluido (5) e de um fluido saindo da saída de fluido (10) da câmara de acumulação de sólidos (2).

3. Separador, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a saída de fluido (10) na câmara de acumulação de sólidos (2) é fluidicamente conectada à jusante da saída de fluido (7) da tubulação de extração de fluido (5), de maneira tal que fluidos saindo da saída de fluido (10) na câmara de acumulação de sólidos (2) e fluidos saindo da saída de fluido (7) da tubulação de extração de fluido (5) são combinados em um fluxo de fluido de produto comum (P) durante utilização.

4. Separador, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a abertura superior (14) do elemento frusto-cônico configurado em funil (13) é disposta em um nível abaixo da entrada (3) da câmara de geração de redemoinho (1), e a abertura inferior (15) do elemento frusto-cônico (13) é disposta no nível da, ou acima da saída de sólidos (4) da câmara de geração de redemoinho (1).

5. Separador, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a saída de fluido (10) da câmara de acumulação de sólidos (2) é disposta em um nível que é mais próximo ao nível da abertura superior (14) do que o nível da abertura inferior (15).

6. Separador, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a tubulação de extração de fluido (5) possui uma seção inferior (20) possuindo uma configuração frusto-cônica, a seção inferior (20) compreende a entrada de fluido (6, 19) da tubulação de extração de fluido (5) e a abertura (6) é disposta na extremidade afunilada da seção inferior (20).

7. Separador, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a entrada de fluido (6, 19) compreende perfurações ou ranhuras múltiplas (19) dispostas através da parede da seção inferior (20).

8. Separador, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o ângulo de cone da seção inferior (20) e o ângulo de cone do elemento frusto-cônico configurado em funil (13) são iguais, e a seção inferior (20) da tubulação de extração de fluido (5) e do elemento frusto-cônico configurado em funil (13) proporcionam um espaço anular frusto-cônico na câmara de geração de redemoinho (1), preferivelmente o espaço anular frusto- cônico se estende a partir do nível da abertura superior (14) do elemento frusto-cônico configurado em funil (13) para o nível da abertura (6) da tubulação de extração de fluido (5).

9. Separador, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que as perfurações ou ranhuras múltiplas (19) voltam-se para o espaço anular frusto- cônico.

10. Separador, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a abertura (6) da entrada de fluido (6, 19) da tubulação de extração de fluido (5) é disposta em um nível mais próximo a abertura inferior (15) do elemento frusto-cônico configurado em funil (13) do que a abertura superior (14).

11. Separador, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a câmara de acumulação de sólidos (2) compreende múltiplas placas anti-redemoinho dispostas para impedir ou para reduzir a movimentação de redemoinho de um fluxo de fluido adentrando a câmara de acumulação de sólidos (2) por intermédio de sua entrada de sólidos (8).

12. Separador, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que as múltiplas placas anti- redemoinho são uniformemente espaçadas e dispostas entre a circunferência da entrada de sólidos (8) da câmara de acumulação de sólidos (2) e uma superfície interna do alojamento cilíndrico (12).

13. Separador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 10, caracterizado pelo fato de que a válvula (22) tem capacidade para proporcionar a relação de divisão de fluxo na faixa de 0% até 30%.