BR112018011538B1

BR112018011538B1 - Sistema de inversão de fluxo

Info

Publication number: BR112018011538B1
Application number: BR112018011538-0A
Authority: BR
Inventors: Harold Brian Skeels
Original assignee: Fmc Technologies, Inc.
Priority date: 2016-07-25
Filing date: 2016-07-25
Publication date: 2022-06-28
Also published as: EP3400362B1; EP3400362A1; WO2018021992A1; BR112018011538A2; US20180313181A1; US10344550B2

Abstract

SISTEMAS PARA INVERTER O FLUXO DE FLUIDO PARA E A PARTIR DE UM DISPOSITIVO DE FLUXO DE FLUIDO DE DIREÇÃO ÚNICA. É divulgado é o sistema de inversão de fluxo (100) que compreende um dispositivo de fluxo de direção única (101) adaptado para receber um fluido e primeira (120), segunda (122), terceira (124) e quarta (126) válvulas binárias. O sistema é adaptado para ser configurado em uma primeira posição onde a primeira (120) e quarta (126) válvulas binárias estão abertas e a segunda (122) e terceira (124) válvulas binárias estão fechadas e o fluido flui através do dispositivo de fluxo de direção única (101) em uma primeira direção (103), sendo configurado a partir da primeira posição para uma posição neutra, acionando a segunda (122) e terceira (124) válvulas binárias a partir de uma posição fechada para uma posição aberta, na qual, na posição neutra, a primeira (120), segunda (122), terceira (124) e quarta (126) válvulas binárias estão abertas e o fluido flui através do dispositivo de fluxo de direção única (101) em uma primeira direção (103) e é configurada a partir da posição neutra para uma segunda posição acionando a primeira (120) e quarta (126) válvulas binárias a partir de uma posição aberta para uma posição fechada, onde a primeira (120) e quarta (126) válvulas binárias são fechadas e a segunda (122) e terceira (124) válvulas binárias são abertas e o fluido flui através do dispositivo de fluxo de direção única (101) na primeira direção (103).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] As invenções aqui divulgadas geralmente se referem a um sistema para inverter o fluxo de fluido para e a partir de vários dispositivos de fluxo de direção única, como, por exemplo, uma bomba, um medidor de fluxo, uma válvula dosadora, um estrangulamento etc. ampla aplicabilidade e pode ser empregada em uma variedade de diferentes situações e ambientes. Em um exemplo ilustrativo, os sistemas aqui descritos podem ser empregados em sistemas e equipamentos posicionados submarinos que são utilizados na perfuração e/ou produção de hidrocarbonetos (óleo e/ou gás) a partir de poços de petróleo/gás submarinos.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] A produção de hidrocarbonetos (petróleo e/ou gás) a partir de poços submarinos de petróleo/gás normalmente envolve o posicionamento de vários itens de equipamentos de produção, por exemplo, árvores de natal, tubulações, dutos, linhas de dutos, terminações de tubulações (PLETs) etc. As linhas de fluxo ou saltadores são normalmente acopladas a esses vários itens de equipamento para permitir que os hidrocarbonetos produzidos fluam entre esses equipamentos de produção, com o objetivo final de obter os hidrocarbonetos fluidos produzidos para um ponto final desejado, por exemplo, um recipiente de superfície ou estrutura, uma instalação de armazenamento em terra ou tubulação, etc. Saltadores podem ser usados para conectar as cabeças de poço individuais a um coletor central. Em outros casos, linhas relativamente flexíveis podem ser empregadas para conectar alguns dos itens de equipamentos submarinos uns aos outros. O termo genérico “linha de fluxo” será usado ao longo desta descrição para se referir a qualquer tipo de linha através da qual fluidos contendo hidrocarbonetos podem ser produzidos a partir de um poço submarino.

[003] Um desafio enfrentado pelas operações em terra de petróleo e gás envolve segurar as linhas de fluxo e os caminhos de fluxo de fluido dentro dos equipamentos submarinos permanecendo abertos para que o fluido de produção possa continuar a ser produzido. Os fluidos de hidrocarbonetos produzidos compreenderão tipicamente uma mistura de petróleo bruto, água, gases de hidrocarbonetos leves (tais como metano) e outros gases tais como sulfureto de hidrogênio e dióxido de carbono. Em alguns casos, materiais sólidos ou detritos, como areia, pequenas pedras, incrustações de tubos ou ferrugem, etc., podem ser misturados com o fluido de produção quando este sai do poço. O mesmo desafio se aplica a outras linhas de fluxo submarinas e caminhos de fluxo de fluido usados para atividades relacionadas à produção de hidrocarbonetos. Essas outras linhas de fluxo e caminhos de fluxo poderiam ser usadas para, por exemplo, atender o sistema de produção submarina (linhas de serviço), para injetar água, gás ou outra mistura de fluidos em poços submarinos (linhas de injeção) ou para transportar outros fluidos, incluindo fluidos de controle (linhas de controle).

[004] Um problema que às vezes é encontrado na produção de fluidos de hidrocarbonetos a partir de poços submarinos é que um bloqueio pode se formar em uma linha de fluxo submarina ou em um equipamento submarino. Em alguns casos, o bloqueio pode bloquear completamente a linha de fluxo/equipamento, enquanto em outros casos, o bloqueio pode bloquear apenas parcialmente a linha de fluxo/equipamento. Por exemplo, os materiais sólidos arrastados nos fluidos produzidos podem ser depositados durante as interrupções temporárias da produção, e os detritos arrastados podem assentar de modo a formar a totalidade ou parte de um bloqueio em uma linha de fluxo ou item de equipamento de produção. Outro problema que pode ser encontrado é a formação de bloqueios de hidratos nas linhas de fluxo e equipamentos de produção.

[005] Em geral, os hidratos podem se formar sob condições apropriadas de alta pressão e baixa temperatura. Como regra geral, os hidratos podem se formar a uma pressão maior que cerca de 0,47 MPa (cerca de 1,000 psi) e uma temperatura menor que cerca de 21°C (cerca de 70°F), embora estes números possam variar dependendo da aplicação particular e a composição do fluido de produção. Poços de petróleo e gás submarinos que estão localizados a profundidades maiores que algumas centenas de pés ou localizados em ambientes frios, são tipicamente expostos à água que está a uma temperatura menor que cerca de 21°C (cerca de 70°F) e, em algumas situações, a água circundante pode estar apenas alguns graus acima de zero. Embora o fluido de hidrocarboneto produzido seja relativamente quente, uma vez que inicialmente sai da cabeça do poço, à medida que ele flui pelos equipamentos de produção submarina e pelas linhas de fluxo, a água circundante resfriará o fluido produzido. Mais especificamente, os fluidos de hidrocarbonetos produzidos arrefecerão rapidamente quando o fluxo é interrompido durante qualquer período de tempo, tal como por um encerramento temporário da produção. Se o fluido de produção for resfriado abaixo da temperatura de formação do hidrato para o fluido de produção e a pressão estiver acima da pressão de formação de hidrato para o fluido de produção, hidratos podem se formar no fluido produzido que, por sua vez, pode normalmente formar um bloqueio que pode bloquear os caminhos de fluxo de fluido de produção através das linhas de fluxo de produção e/ou equipamento de produção. Naturalmente, as condições precisas para a formação de hidratos, por exemplo, a combinação certa de baixa temperatura e alta pressão, são uma função, entre outras coisas, da composição gás-água no fluido de produção que pode variar de poço a poço. Quando tal bloqueio se forma em uma linha de fluxo ou em uma peça do equipamento de produção, seja um bloqueio de hidrato ou um bloqueio de detritos ou uma combinação de ambos, ele deve ser removido para que as atividades normais de produção possam ser retomadas.

[006] As Figuras 1A-1B descrevem de um modo simplista um sistema ilustrativo da técnica anterior 10 e um método que foi utilizado para remover tal bloqueio de linhas de fluxo/equipamento submarinos. O sistema 10 compreende um módulo de bomba 12, um módulo de válvula de isolamento 12, uma linha de fluxo submarina 16 e um modo simplista de bloqueio representado 17 posicionado na linha de fluxo 16. Também representadas são uma linha descendente 18 e uma linha de conexão 20 entre o módulo de bomba 12 e o módulo de válvula de isolamento 20. Vários fluidos podem ser fornecidos ao sistema 10 a partir de um recipiente ou plataforma de superfície (não mostrado) através da linha descendente 18 e, na prática; pode haver várias linhas descendentes 18 que estão conectadas ao sistema 10, bem como múltiplas linhas 20.

[007] O fluxo de fluido na linha de fluxo 16 normalmente fluiria na direção indicada pela seta da linha tracejada 19 quando a linha de fluxo 16 estiver operacional. Uma vez que o bloqueio 17 foi detectado e sua localização identificada, o sistema 10 foi baixado para o fundo do mar e acoplado à linha de fluxo 16. Como representado, o bloqueio 17 tem um lado a montante 17A e um lado a jusante 17B. Para remover com sucesso os bloqueios e hidratos de dutos e recipientes de pressão de grande volume, a metodologia mais comum é primeiro injetar produtos químicos na área afetada (na tentativa de dissolver ou suavizar quimicamente o bloqueio 17), seguido por uma pressão diferencial através do bloqueio 17. Criar a pressão diferencial através do bloqueio 17 envolve frequentemente a criação de um vácuo ou baixa pressão em um lado do bloqueio e/ou a inversão do fluxo de fluido na linha de fluxo 16. Por exemplo, uma primeira operação seria realizada para criar uma pressão diferencial através do bloqueio 17 com a pressão mais alta estando no lado a jusante 17B do bloqueio 17. Então, uma segunda operação seria executada de modo a criar uma pressão diferencial através do bloqueio 17 com a maior pressão estando no lado a montante 17A do bloqueio 17. Tais operações foram realizadas de modo a gerar forças alternando “empurrar” e “puxar” no bloqueio 17, na tentativa de desalojar mecanicamente o bloqueio 17. Tais operações “empurrar- puxar” foram tipicamente repetidas várias vezes para criar uma força cíclica mecânica para ajudar a desalojar o bloqueio 17.

[008] O módulo de bomba 12 compreende uma ou mais bombas (não mostradas individualmente) que está adaptado para receber produtos químicos e/ou fluidos a partir da superfície através da linha descendente 18. Como mostrado na Figura 1A, o módulo de bomba 12 está adaptado para ser configurado e controlado de modo a injetar esses químicos e/ou fluidos através do módulo de válvula de isolamento 14 e na linha de fluxo 16 no lado a jusante 17B do bloqueio 17 como indicado pela seta 21. O módulo de válvula de isolamento 14 contém uma válvula de segurança fechada para garantir operações seguras. Como mostrado na Figura 1B, o módulo de bomba 12 está também adaptado para ser configurado e controlado de modo a criar uma pressão ou vácuo relativamente baixos no lado a jusante 17B do bloqueio 17 puxando fluido do lado a jusante 17B do bloqueio e bombeando o fluido para a superfície através da linha descendente 18.

[009] Em um exemplo particular, o método de remoção de bloqueio pode envolver primeiro a injeção de produtos químicos em uma área no lado a montante 17A do bloqueio 17, na tentativa de dissolver ou suavizar quimicamente o bloqueio 17. A partir daí, esforços são realizados para reduzir a pressão no lado a jusante 17B do bloqueio 17. A área de baixa pressão serve pelo menos dois propósitos. Primeiro, expondo o bloqueio 17, neste caso um bloqueio de hidrato, a uma pressão mais baixa no seu lado a jusante 17B que é menor que a pressão de formação de hidrato, todo ou parte do bloqueio 17 pode essencialmente "fundir" (via sublimação). Em segundo lugar, a pressão no lado a jusante 17B do bloqueio 17 pode ser reduzida em uma tentativa de criar uma pressão diferencial através do bloqueio 17 (estando a pressão mais alta presente no lado a montante 17A do bloqueio 17) de modo a forçar o fluido de produção na linha de fluxo 16, com partes do bloqueio removidas 17 nele arrastadas a fluir na direção indicada pela seta 23, isto, através do módulo de bomba 12 e para a superfície através da linha descendente 18. Como referido acima, ao realizar tais operações, a direção do fluxo de fluido para e a partir do módulo de bomba 12 pode precisar ser invertida várias vezes. Isto é conseguido por várias válvulas posicionadas no módulo de bomba 12 que são comutadas a partir de fluxo aberto/fechado para inverter a partir do módulo de válvula de isolamento 14 para criar vácuo ou pressão relativamente baixa no lado a jusante 17B do bloqueio 17.

[010] No exemplo ilustrativo de um módulo de bomba da técnica anterior 12, que pode ser empregue em conexão com removendo o bloqueio a partir de uma linha de fluxo 16, está ilustrado nas Figuras 1C-1D. Como aqui mostrado, o módulo de bomba ilustrativo 12 é constituído por uma bomba 30, uma entrada 40 e uma saída 42, uma válvula de entrada 34 e uma válvula de saída 36. A válvula de entrada 34 controla o fluxo de fluido para o lado de sucção 30S da bomba 30, enquanto a válvula de saída 36 controla o fluxo de fluido a partir do lado de descarga 30D da bomba 30. O fluido flui através da bomba 30 na direção indicada pela seta 31. Como mostrado na Figura 1C, em uma modalidade ilustrativa, na tentativa de remover um bloqueio a partir da linha de fluxo 16, o módulo de bomba 12 pode ser posicionado de forma submarina, e a linha de fluxo 16 pode ser inicialmente acoplada à saída 42 do módulo de bomba 12, enquanto uma linha descendente 18 de um recipiente pode ser inicialmente acoplada à entrada 40 do módulo de bomba 12. Fluidos, tais como uma solução química, e pressão aumentada podem ser fornecidos ao lado a jusante 17B do bloqueio 17 injetando um fluido na linha de fluxo 16. Conforme mostrado na Figura 1D, para “inverter” o fluxo de fluido através da linha de fluxo 16, a linha de fluxo 16 pode ser desacoplada a partir da saída 42 do módulo de bomba 12 e acoplada à entrada 40 do módulo de bomba 40, enquanto a linha 18 pode ser desconectada a partir da entrada 40 do módulo de bomba 12 e acoplada à saída 42 do módulo de bomba 12. Ao desconectar e acoplar as linhas 16, 18 à entrada 42, saída 44 do módulo de bomba 12, o fluxo do fluido para/a partir da linha de fluxo 16 pode ser invertido. No entanto, o desacoplamento e acoplamento de tais linhas de fluxo 16 e linhas descendentes 18 podem ser demorados e dispendiosos e pode resultar em outros problemas, tais como interfaces de vedação danificadas devido ao acoplamento e desacoplamento de várias linhas ao módulo de bomba 12.

[011] Com referência às Figuras 2A-2B, em aplicações de menor escala, a inversão de fluxo para um dispositivo, tal como uma bomba 24, pode ser conseguida pela utilização de duas válvulas de três vias 20, 22. Na Figura 2A, as válvulas 20, 22 estão em uma primeira posição em que o fluxo de fluido entra no sistema através da linha 26 flui para a válvula 20 através da linha 30, em que é dirigido para o lado de sucção 24S da bomba 24. O fluxo de fluido a partir do lado de descarga 24D da bomba 24 flui através da válvula 22 e entra na linha 32, onde finalmente sai do sistema através da linha 28. Na Figura 2B, as válvulas 20, 22 são acionadas em uma segunda posição em que o fluxo de fluido entra no sistema através da linha 28 flui para a válvula 20 através da linha 32, onde é dirigido para o lado de sucção 24S da bomba 24. O fluxo de fluido a partir do lado de descarga 24D da bomba 24 flui através da válvula 22 e entra na linha 30, onde finalmente sai do sistema através da linha 26.

[012] A presente descrição é dirigida a vários sistemas, métodos e dispositivos úteis para inverter o fluxo de fluido de e para vários dispositivos de direção de fluxo único que podem eliminar ou pelo menos minimizar alguns dos problemas mencionados acima.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[013] A seguir apresenta-se um resumo simplificado da invenção, a fim de proporcionar uma compreensão básica de alguns aspectos da invenção. Este resumo não é uma visão geral exaustiva da invenção. Não se pretende identificar elementos chave ou críticos da invenção ou delinear o escopo da invenção. Seu único propósito é apresentar alguns conceitos de forma simplificada como um prelúdio para a descrição mais detalhada que será discutida mais adiante.

[014] Em uma modalidade, a presente descrição é geralmente direcionada a vários sistemas, métodos e dispositivos úteis para inverter o fluxo de fluido de e a partir de vários dispositivos de direção de fluxo único. Em uma modalidade ilustrativa, o sistema inclui, entre outras coisas, um dispositivo de fluxo de direção única que é adaptado para receber um fluido e primeira, segunda, terceira e quarta válvulas binárias. O sistema é adaptado para ser configurado em uma primeira posição em que a primeira e quarta válvulas binárias estão abertas e a segunda e terceira válvulas binárias estão fechadas e o fluido flui através do dispositivo de fluxo de direção única em uma primeira direção, sendo configurado a partir da primeira posição para uma posição neutra, acionando a segunda e terceira válvulas binárias a partir de uma posição fechada para uma posição aberta, na qual, na posição neutra, a primeira, segunda, terceira e quarta válvulas binárias estão abertas e o fluido flui através do dispositivo de fluxo de direção única em uma primeira direção e ser configurada a partir da posição neutra para uma segunda posição acionando a primeira e quarta válvulas binárias a partir de uma posição aberta para uma posição fechada, em que a primeira e quarta válvulas binárias são fechadas e a segunda e terceira válvulas binárias são abertas e o fluido flui através do dispositivo de fluxo de direção única na primeira direção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[015] A presente invenção será descrita com os desenhos anexos, que representam um esquema, mas não limitam seu escopo:

[016] As Figuras 1A-1B ilustram um sistema ilustrativo do estado da técnica que pode ser utilizado para remover bloqueios, por exemplo, tampões de hidrato, tampões de detritos, etc., a partir de linhas de fluxo submarinas e equipamento submarino;

[017] As Figuras 1C-1D ilustram um módulo de bomba ilustrativo do estado técnica que pode ser utilizado para remover bloqueios, por exemplo, tampões de hidrato, tampões de detritos, etc., a partir de linhas de fluxo submarinas e equipamento submarino;

[018] As Figuras 2A-2B ilustram um sistema ilustrativo do estado da técnica compreendido de uma pluralidade de válvulas de três vias de duas posições para inverter o fluxo de fluido a partir de um sistema que compreende uma bomba;

[019] As Figuras 3A-3G descrevem várias modalidades de um novo sistema para inverter o fluxo de fluido de e a partir de vários dispositivo de fluxo de direção única e métodos de utilização e operação de tal sistema em várias aplicações ilustrativas.

[020] Embora o assunto aqui descrito seja susceptível a várias modificações e modalidades alternativas, modalidades específicas do mesmo foram mostradas a título de exemplo nos desenhos e são aqui descritas em detalhe. Deve ser entendido, no entanto, que a descrição aqui de modalidades específicas não se destina a limitar a invenção às modalidades particulares divulgadas, mas pelo contrário, a intenção é cobrir todas as modificações, equivalentes e alternativas dentro do escopo e âmbito da invenção como definido pelas reivindicações anexas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[021] Várias modalidades ilustrativas da invenção são descritas abaixo. No interesse da clareza, nem todas as características de uma implementação real são descritas nesta especificação. É claro que será apreciado que no desenvolvimento de qualquer incorporação real, várias decisões específicas de implementação devem ser feitas para atingir os objetivos específicos dos desenvolvedores, como a conformidade com as restrições relacionadas ao sistema e aos negócios, que variarão de uma implementação para outra. Além disso, será apreciado que tal esforço de desenvolvimento pode ser complexo e demorado, mas seria, no entanto, uma tarefa de rotina para os versados na técnica que têm o benefício desta descrição.

[022] O presente assunto será agora descrito com referência às figuras anexas. Várias estruturas, sistemas e dispositivos são esquematicamente representados nos desenhos apenas para fins de explicação e de modo a não obscurecer a presente descrição com detalhes que são bem conhecidos dos versados na técnica. No entanto, os desenhos anexos são incluídos para descrever e explicar exemplos ilustrativos da presente descrição. As palavras e frases usadas aqui devem ser entendidas e interpretadas para ter um significado consistente com o entendimento dessas palavras e frases pelos versados na técnica relevante. Nenhuma definição especial de um termo ou frase, isto é, uma definição que é diferente a partir do significado ordinário e costumeiro como entendido pelos versados na técnica, pretende ser implicada pelo uso consistente do termo ou frase aqui descritos. Na medida em que um termo ou frase pretende ter um significado especial, ou seja, um significado diferente daquele entendido por versados na técnica qualificados, tal definição especial será expressamente estabelecida na descrição de uma maneira que define direta e inequivocamente a definição especial para o termo ou frase.

[023] As Figuras 3A-3G descrevem vários sistemas novos 100 para inverter o fluxo de fluido de e a partir de vários dispositivos de fluxo de direção única 101 e métodos de utilização e operação de tal sistema em várias aplicações ilustrativas. Como descrito mais completamente abaixo, os sistemas 100 incluem vários dispositivos novos e tais sistemas permitem o desempenho de vários métodos novos. Em um exemplo ilustrativo, pelo menos uma modalidade dos sistemas 100 aqui divulgados pode ser empregue para remover bloqueios de linhas de fluxo e equipamentos submarinos.

[024] A Figura 3A ilustra uma modalidade ilustrativa de um novo sistema de inversão de fluxo 100 aqui descrito que, em uma aplicação ilustrativa, pode ser utilizado para remover um bloqueio (não mostrado) de um item de equipamento ou uma linha de fluxo. Em geral, o sistema 100 compreende um dispositivo de fluxo de direção única 101, quatro válvulas do tipo liga-desliga (isto é, binária) 120, 122, 124 e 126 e uma pluralidade de linhas de fluxo de fluido 140, 142, 143, 144, 145 e 146. O dispositivo de fluxo de direção única 101 pode ser qualquer um dentre uma variedade de diferentes dispositivos ou componentes do tipo em que o fluido flui através do dispositivo 101 em operações normais ocorre em uma única direção 103. No exemplo representado na Figura 3A, o dispositivo de fluxo de direção única 101 toma a forma de uma bomba ilustrativa 102 com um lado de sucção 120S e um lado de descarga 102D. No exemplo representado na Figura 3C, o dispositivo de fluxo de direção única 101 toma a forma de um medidor de fluxo ilustrativo 140 (por exemplo, um medidor de fluxo do tipo venturi é representado) com uma entrada 140A e uma saída 140B. No exemplo representado na Figura 3D, o dispositivo de fluxo de direção única 101 toma a forma de um estrangulamento regulável ilustrativo 150 com uma entrada 150A e uma saída 150B. Em um outro sistema melhorado 100, e com referência à Figura 3A, o etanol (MeOH) forma uma fonte 109 (por exemplo, um recipiente de superfície, um ROV, um recipiente de armazenamento, etc.) pode ser fornecido ao lado de sucção 102S da bomba 102 através de uma linha de injeção 111 com uma válvula de gaveta ou de esfera 113 e uma válvula de retenção 115 aí posicionada. O etanol pode ser introduzido no sistema 100 para evitar a formação de hidratos ou cavitação no lado de sucção 102S da bomba 102 (ou no lado de entrada dos outros tipos de dispositivos de fluxo de direção única 101) quando o sistema 100 é usado a frio ou em ambientes submerso.

[025] Com referência contínua à Figura 3A, no exemplo representado, cada uma das válvulas binárias 120, 122, 124 e 126 compreende um elemento de válvula 130 e um acionador de válvula 132. O sistema compreende uma primeira linha de entrada/saída 140 e uma segunda linha de entrada/saída 142, podendo ambas ser colocadas em comunicação fluida com a entrada ou saída do dispositivo de fluxo de direção única 101 dependendo do estado aberto/fechado das válvulas binárias120, 122, 124 e 126, como descrito mais detalhadamente abaixo. Como representado, a primeira 120 e segunda 122 válvulas binárias são posicionadas e adaptadas para regular o fornecimento do fluido para a entrada do dispositivo de fluxo de direção única 101, enquanto as terceira 124 e quarta 126 válvulas binárias são posicionadas e adaptadas para regular o fluxo do fluido da saída do dispositivo de fluxo de direção única 101. Em um conjunto ilustrativo, certas válvulas podem ser abertas e certas válvulas podem ser fechadas, de tal modo que o sistema 100 é configurado em uma primeira posição em que o fluido entra no sistema através da primeira linha de entrada/saída 140 flui através do dispositivo de fluxo de direção única 101 a primeira direção 103 e sai do sistema através da segunda linha de entrada/saída 142. Adicionalmente, a direção global do fluxo de fluido através do sistema 100 pode ser invertida abrindo certas válvulas e fechando certas válvulas, de tal modo que o sistema é configurado em uma segunda posição em que o fluido entra no sistema através da segunda linha de entrada/saída 142 flui através do dispositivo de fluxo de direção única 101 na primeira direção 103 e sai do sistema através da primeira linha de entrada/saída 140. Essas várias configurações são discutidas mais detalhadamente abaixo.

[026] Em um exemplo ilustrativo, as válvulas binárias 120, 122, 124 e 126 podem ser válvulas de gaveta ou válvulas de esfera ou uma combinação de tais válvulas que estão posicionadas em ou em comunicações fluidas com as linhas de fluxo de fluido 143, 144, 145 e 146, como mostrado na Figura 3A em relação à posição do dispositivo de fluxo de direção única 101. Em algumas aplicações, os acionadores 132 para as válvulas binárias 120, 122, 124 e 126 podem ser acionadores alimentados pneumaticamente, hidraulicamente ou eletricamente, ou uma combinação dos mesmos. Em outras aplicações, as válvulas binárias 120, 122, 124 e 126 podem compreender acionadores mecânicos com um manípulo que pode ser acionado por outro dispositivo ou pessoa, tal como um ROV que pode agarrar e rodar o manípulo. O sistema 100 pode ser empacotado em uma variedade de modalidades. Por exemplo, em uma modalidade ilustrativa, o sistema 100 pode ser empacotado como um módulo independente, por exemplo, um módulo de bomba, um módulo de medição de fluxo, etc., e pode ser posicionado onde necessário conforme necessário, ou o módulo pode ser instalado como parte permanente de uma instalação geral. Em outras aplicações, o sistema 100 pode ser incorporado como parte de um sistema, módulo ou coletor maior que pode ser movido conforme necessário para um local de trabalho específico para uso na execução de uma tarefa particular, por exemplo, remoção de um tampão de hidrato de uma linha de fluxo submarina. Alternativamente, o sistema 100 pode ser incorporado como parte de um sistema, módulo ou coletor maior que é permanentemente instalado como parte de uma instalação global. O sistema 100 pode ser usado em aplicações baseadas em terra ou em plataforma, bem como em aplicações submarinas. Em uma modalidade particular, toda ou uma parte do sistema 100 pode ser incorporada em uma plataforma de ROV que é acoplada a um ROV. Assim, as invenções particulares aqui reveladas não devem ser consideradas como limitadas à modalidade particular do sistema 100 ou como podem ser empacotadas ou configuradas para utilização em aplicações do mundo real.

[027] Uma sequência operacional ilustrativa para o sistema 100 será agora discutida com referência à Figura 3B, em que o dispositivo de fluxo de direção única 101 é a bomba de deslocamento positivo ilustrativa 102 mencionada acima. Em geral, as válvulas binárias 120, 122, 124 e 126 no sistema 100 podem ser configuradas para estarem em uma primeira posição (“configuração de posição 1”), uma configuração de posição neutra e uma segunda posição (“configuração de posição 2”). Na configuração da posição 1, as válvulas binárias 120 e 126 são abertas e as válvulas binárias 122 e 124 são fechadas (como indicado pelo elemento de válvula enegrecido). Na configuração da posição 1, o fluido que é introduzido no sistema 100, por exemplo, fluidos e/ou químicos a partir de um recipiente ou reservatório de superfície, flui a partir da entrada 140 para a linha 143 através da válvula 120 e para a linha 144 para fornecer fluido para o lado de sucção 102S da bomba 102. O fluido de pressão mais alta que sai da descarga da bomba 102D flui na linha 145 através da válvula 126 para a linha 146 e sai do sistema 100 através da saída 142. Deve se notar que o termo “fluido” tal como aqui utilizado e nas reivindicações anexas inclui qualquer tipo de fluxo que inclua qualquer tipo de componente líquido, por exemplo, um líquido contendo hidrocarbonetos, água, um produto químico, etc. Na configuração de posição 2, as válvulas binárias 120 e 126 são fechadas e as válvulas binárias 122 e 124 são abertas. Na configuração da posição 2, o fluido é introduzido no sistema 100 através da entrada 142, onde flui para a linha 146 e através da válvula 122 e para a linha 144, de modo a fornecer fluido para o lado de sucção 102S da bomba 102. O fluido de pressão mais alta que sai da descarga da bomba 102D flui na linha 145 através da válvula 124 para a linha 143 e sai do sistema 100 através da saída 140.

[028] Na configuração da Posição Neutra, todas as válvulas binárias 120, 122, 124 e 126 são abertas e o fluido é permitido circular livremente dentro do sistema 100 em volta da bomba 102. O sistema 100 é colocado na configuração da Posição Neutra de modo a garantir que não existe bloqueio de fluido e a bomba 102 não fica com falta de fluido durante o processo de comutação do sistema 100 da configuração da Posição 1 para a configuração da Posição 2 e quando comutar eles sistema 100 da configuração de posição 2 para a configuração de posição 1. A comutação das válvulas binárias 120, 122, 124 e 126 pode ser sincronizada de modo a comutar a partir da configuração da posição 1 para a configuração da posição neutra para a configuração da posição 2. Por exemplo, partindo a partir da configuração da posição 1, as válvulas binárias fechadas 122 e 124 podem ser abertas de modo a configurar o sistema 100 na configuração de Posição Neutra, em que todas as válvulas binárias 120, 122, 124 e 126 estão abertas. Depois de ter sido confirmado que as válvulas binárias 122 e 124 estão totalmente abertas, as válvulas binárias 120 e 126 podem ser fechadas de modo a configurar o sistema 100 na configuração da posição 2.

[029] Para mover o sistema 100 a partir da configuração de posição 2 para a configuração de posição 1, o processo seria essencialmente invertido, ou seja, as válvulas 120 e 126 seriam abertas para colocar o sistema 100 na configuração de posição neutra e, após ser confirmado que se as válvulas 120 e 126 estiverem completamente abertas, as válvulas 122 e 124 serão fechadas de modo a colocar o sistema na configuração da posição 1. Em termos gerais, o sistema 100 pode ser sincronizado com: 1) ter um primeiro conjunto de válvulas posicionadas diagonalmente abertas em conjunto (enquanto um segundo conjunto de válvulas posicionadas diagonalmente permanece fechado); 2) abrir o segundo conjunto fechado de válvulas para uma posição totalmente aberta e 3) fechar o primeiro conjunto de válvulas após o segundo conjunto de válvulas ter sido totalmente aberto. Pode ou não haver qualquer fluxo de fluido nas linhas 140/142 quando o sistema 100 está na posição neutra mostrada na Figura 3B.

[030] Em geral, a primeira 120, segunda 122, terceira 124 e quarta 126 válvulas binárias estão em comunicação fluida com o dispositivo de fluxo de direção única 101 e, coletivamente, a primeira 120, segunda 122, terceira 124 e quarta 126 válvulas binárias são adaptadas para serem acionadas de modo a regular a direção de um fluxo do fluido para e a partir do sistema global 100, assegurando ao mesmo tempo que o fluido flua através do dispositivo de fluxo de direção única 101 na direção 103. Mais especificamente, o sistema 100 pode ser configurado em uma primeira posição em que a primeira 120 e quarta 126 válvulas binárias estão abertas e a segunda 122 e terceira 124 válvulas binárias estão fechadas, o fluido flui através do dispositivo de fluxo de direção única 101 na primeira direção 103 e o fluido entra no sistema 100 através da primeira linha de entrada/saída 140 e deixa o sistema através da segunda linha de entrada/saída 142. O sistema 100 é também adaptado para ser configurado a partir da primeira posição para uma posição neutra acionando a segunda 122 e terceira 124 válvulas binárias a partir de uma posição fechada para uma posição aberta onde, na posição neutra, a primeira 120, segunda 122, terceira 124 e quarta 126 válvulas binárias estão abertas e o fluido flui através do dispositivo de fluxo de direção única 101 na primeira direção 103. O sistema também é adaptado para ser ainda configurado a partir da posição neutra para a segunda posição acionando a primeira 120 e quarta 126 válvulas binárias de a partir de uma posição aberta para uma posição fechada em que, na segunda posição, a primeira 120 e a quarta 126 válvulas binárias são fechadas e a segunda 122 e terceira 124 válvulas binárias são abertas e o fluido entra no sistema através da segunda linha de entrada/saída 142, flui através do dispositivo de fluxo de direção única 101 na primeira direção 103 e deixa o sistema através da primeira entrada/saída linha 140. Isto é, a direção do fluxo do fluido através do sistema global 100 é invertida quando está na sua configuração de posição 2 em comparação com a direção do fluxo de fluido através do sistema 100 quando está na sua configuração de posição 1, mas em ambas as configurações de posição 1 e posição 2, as válvulas certas são acionadas (abertas/fechadas), de tal modo que a direção do fluxo de fluido através do dispositivo de fluxo de direção única 101 é sempre na primeira direção 103.

[031] As Figuras 3E-3F descrevem outras aplicações ilustrativas de uma modalidade do sistema 100, em que o dispositivo de fluxo de direção única 101 é um estrangulamento regulável 150 com um acionador 132 e em que o sistema 100 é operativamente acoplado a uma árvore submarina 160 ilustrativa e representada de modo simplista para um poço de petróleo/gás. Na modalidade representada na Figura 3E, o sistema 100 é configurado (válvulas 120 e 126 fechadas; válvulas 122 e 124 abertas) de tal modo que um fluido pode ser injetado na árvore 160. Na modalidade representada na Figura 3F, o sistema 100 está configurado (válvulas 120 e 126 abertas; válvulas 122 e 124 fechadas) de tal modo que um fluido pode ser produzido a partir da árvore 160 através do sistema 100 em que o estrangulamento 150 é usado para regular o fluxo de fluido de produção da árvore 160.

[032] A figura 3G representa uma modalidade do sistema 100, em que o sistema 100 é empacotado em um módulo, por exemplo, um módulo de bomba que está posicionado de forma submarina e acoplado a um módulo de válvula de isolamento 154 que contém uma válvula de segurança. O módulo de válvula de isolamento 154 é operativamente acoplado a uma linha de fluxo ou item de equipamento (como genericamente indicado pelo número de referência 166) em que o sistema 100 pode ser utilizado para executar algum tipo de operação da linha de fluxo ou item de equipamento 166, como remover um tampão de hidrato, injetar produtos químicos ou fluidos, etc. Nesta modalidade, o sistema 100 pode ser adaptado para operar com recipiente do tipo bolsa compensados de profundidade (ou seja, pressão) 170 e/ou 172, de modo a eliminar linhas descendentes relativamente longas 174 (representado em uma linha a tracejada) que normalmente se prolongaria de um recipiente de superfície para um módulo de bomba do estado da técnica, como divulgado na seção de anterioridades deste pedido. Nesta modalidade, os recipientes do tipo bolsa dependem da cabeça hidrostática da água para fornecer a pressão necessária para que o fluido nos recipientes 170 e/ou 172 possa ser fornecido ao sistema 100. Em uma modalidade ilustrativa, o recipiente do tipo bolsa 170 pode incluir uma solução química que pode ser injetada na linha de fluxo ou item do equipamento 166 via linha 175, enquanto o recipiente do tipo bolsa 172 pode conter etanol que pode ser introduzido no sistema 100 via linha 176. Utilizando os recipientes do tipo bolsa 170 e/ou 172, as perdas de pressão hidráulica associadas a linhas descendentes longas 174 podem ser evitadas. Além disso, o problema com a pressão ambiente em águas profundas que limita a pressão de fornecimento de fluido a um poço submarino da linha de fluxo pode também ser evitado.

[033] Como será apreciado pelos versados na técnica após uma leitura completa do presente pedido, os novos sistemas 100 aqui divulgados proporcionam ao operador do sistema 100 uma grande flexibilidade e várias opções para uma variedade de dispositivos de fluxo de direção única 101 que podem ser reforçados por operações de fluxo invertido. Por exemplo, o sistema 100 pode ser usado para evitar o corte do fluxo de fluido para o dispositivo de fluxo de direção única 101, por exemplo, a bomba 102 antes de mover a tubulação de entrada e saída de modo a alcançar a inversão desejada das direções de fluxo antes de iniciar a bomba 102 na nova configuração do sistema. A alternância da direção do fluxo de fluido para e do sistema 100 pode ser feita simplesmente pela comutação das válvulas binárias 120, 122, 124 e 126 dentro do conjunto do módulo da bomba, como descrito acima. Assim, o sistema aqui divulgado pode simplificar a conexão de condutas em vários módulos, conexões de linha de fornecimento e conexões de distribuição. Além disso, utilizando os sistemas aqui descritos, estas linhas e conexões podem apenas ter que ser conectadas e testadas por pressão uma vez. Os novos sistemas aqui descritos podem ser utilizados em várias aplicações. No caso em que o sistema 100 compreende essa bomba 102, o sistema 100 (por exemplo, módulo de bomba) pode ser usado para múltiplos trabalhos em alto mar, estimulação ácida/injeção química e remediação de linha de fluxo. A combinação única e o posicionamento das válvulas binárias 120, 122, 124 e 126, os dispositivos de fluxo de direção única 101 e as capacidades de comutação operacionais do sistema 100 tornam o módulo da bomba mais flexível para múltiplos usos, economizando assim os custos de ativos de hardware.

[034] As modalidades particulares descritas acima são apenas ilustrativas, uma vez que a invenção pode ser modificada e praticada de maneiras diferentes, mas equivalentes, aparentes para os versados na técnica, tendo o benefício dos ensinamentos da presente invenção. Por exemplo, as etapas do processo estabelecidas acima podem ser realizadas em uma ordem diferente. Além disso, nenhuma limitação é pretendida para os detalhes de construção ou desenho aqui mostrados, a não ser como descrito nas reivindicações abaixo. É portanto evidente que as modalidades particulares descritas acima podem ser alteradas ou modificadas e todas essas variações são consideradas dentro do escopo e alcance da invenção. Observe que o uso de termos, como "primeiro", "segundo", "terceiro" ou "quarto" para descrever vários processos ou estruturas nesta descrição e nas reivindicações anexas, é usado apenas como uma referência abreviada a essas etapas/estruturas e não implica necessariamente que tais etapas/estruturas sejam realizadas/formadas nessa sequência ordenada. É claro que, dependendo do idioma de reivindicação exato, uma sequência ordenada de tais processos pode ou não ser necessária. Consequentemente, a proteção buscada neste documento é conforme estabelecido nas reivindicações abaixo.

Claims

1. Sistema de inversão de fluxo (100), compreendendo: um dispositivo de fluxo de direção única (101) adaptado para receber um fluido, em que o dispositivo de fluxo de direção única (101) é um dentre um medidor de fluxo (140), uma válvula dosadora, ou um estrangulamento (150); e primeira (120), segunda (122), terceira (124) e quarta (126) válvulas binárias que estão em comunicação fluida com o dispositivo de fluxo de direção única (101) em que, coletivamente, a primeira (120), segunda (122), terceira (124) e quarta (126) válvulas binárias são adaptadas para serem acionadas de modo a regular a direção de um fluxo do fluido para e a partir do dispositivo de fluxo de direção única (101), em que o referido sistema é adaptado para ser configurado em uma primeira posição em que a primeira (120) e quarta (126) válvulas binárias estão abertas e a segunda (122) e terceira (124) válvulas binárias estão fechadas e o fluido flui através do dispositivo de fluxo de direção única (101) em uma primeira direção (103); e CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema é ainda adaptado para ser configurado a partir da primeira posição para uma posição neutra acionando a segunda (122) e terceira (124) válvulas binárias a partir de uma posição fechada para uma posição aberta em que, na posição neutra, a primeira (120), segunda (122), terceira (124) e quarta (126) válvulas binárias estão abertas e o fluido flui através do dispositivo de fluxo de direção única (101) na primeira direção (103), e para ser configurado a partir da posição neutra para uma segunda posição acionando a primeira (120) e quarta (126) válvulas binárias a partir de uma posição aberta para uma posição fechada em que, na segunda posição, a primeira (120) e quarta (126) válvulas binárias estão fechadas e a segunda (122) e terceira (124) válvulas binárias estão abertas e o fluido flui através do dispositivo de fluxo de direção única (101) na primeira direção (103).

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente: uma primeira linha de entrada/saída (140) em comunicação fluida com o dispositivo de fluxo de direção única (101); e uma segunda linha de entrada/saída (142) em comunicação fluida com o dispositivo de fluxo de direção única (101), em que quando o sistema é configurado na primeira posição, o fluido entra no sistema através da primeira linha de entrada/saída (140), flui através do dispositivo de fluxo de direção única (101) na primeira direção (103) e sai do sistema através da segunda linha de entrada/saída (142) e, em que quando o sistema é configurado na segunda posição, o fluido entra no sistema via segunda linha de entrada/saída (142), flui através do dispositivo de fluxo de direção única (101) na primeira direção (103) e sai do sistema através da primeira linha de entrada/saída (140).

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira (120) e segunda (122) válvulas binárias são adaptadas para regular a direção do fluxo do fluido a uma entrada do dispositivo de fluxo de direção única (101), e a terceira (124) e quarta (126) válvulas binárias são adaptadas para regular a direção do fluxo do fluido a partir de uma saída do dispositivo de fluxo de direção única (101).

4. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de fluxo de direção única (101) é o medidor de fluxo (140).

5. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de fluxo de direção única (101) é o estrangulamento (150), o dito estrangulamento sendo um estrangulamento regulável (150).

6. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema (100) está adaptado para ser operativamente acoplado a uma árvore submarina (160) posicionada acima de um poço de óleo/gás e em que a primeira (120), segunda (122), terceira (124) e quarta (126) válvulas binárias são adaptadas para serem configuradas de tal modo que o fluido que flui na primeira direção (103) através do dispositivo de fluxo de direção única (101) é injetado dentro da árvore submarina (160).

7. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que, por acionamento de apenas duas dentre a primeira (120), segunda (122), terceira (124) e quarta (126) válvulas binárias, a primeira (120), segunda (122), terceira (124) e quarta (126) válvulas binárias são configuradas de tal modo que o fluido que flui a partir da árvore submarina (160) flui através do dispositivo de fluxo de direção única (101) na primeira direção (103).

8. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente pelo menos um recipiente do tipo bolsa (170, 172) que está em comunicação fluida com o sistema (100), em que um fluido no pelo menos um recipiente do tipo bolsa (170, 172) é adaptado para ser injetado dentro do sistema (100) em um ponto que está em um lado de entrada do dispositivo de fluxo de direção única (101).

9. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente uma fonte de metanol (109) que está em comunicação fluida com uma entrada do dispositivo de fluxo de direção única (101).

10. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira (120), segunda (122), terceira (124) e quarta (126) válvulas binárias compreendem pelo menos um dentre um acionador alimentado hidraulicamente, um acionador alimentado pneumaticamente, um acionador alimentado eletricamente ou um acionador mecânico.

11. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira (120), segunda (122), terceira (124) e quarta (126) válvulas binárias compreendem pelo menos uma dentre uma válvula de gaveta ou uma válvula de esfera.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira (120), segunda (122), terceira (124) e quarta (126) válvulas binárias são, cada uma delas, uma válvula de gaveta.