BR112018076711B1 - Montagem para produção de metano submarina - Google Patents
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Abstract
Trata-se de uma montagem para produção de metano que compreende um poço submarino (3) que se estende a partir do leito marinho até uma formação de hidrato de metano (5). A montagem compreende um invólucro de poço (7) que se estende até o poço submarino (3), uma montagem de controle de poço submarino (9), uma bomba submersível (17) em comunicação fluida com a formação de hidrato de metano, e um separador de metano e água (29) que tem uma saída de água (31) e uma saída de metano (32). A bomba submersível é disposta acima do poço submarino.
Description
[001] A presente invenção refere-se à produção de metano a partir de reservatórios de hidrato de metano submarinos.
[002] Grandes quantidades de hidratos de metano de ocorrência natural, às vezes chamados de clatrato de metano, existem. As áreas de tais formações são nas regiões em pergelissolo e abaixo do leito marinho, onde há uma certa pressão. No campo de óleo e gás, hidrato de metano é uma substância bem conhecida, visto que tende a se formar no interior de tubos de fluxo de condução de hidrocarboneto e, por isso, bloqueia o fluxo em tais tubos.
[003] Abaixo de uma determinada temperatura e/ou acima de uma determinada pressão, o hidrato de metano é um sólido. Aumentando-se temperatura e/ou reduzindo-se a pressão, se dissolverá em metano e água. Outra maneira de se dissolver o mesmo é injetar inibidores, tais como metanol, para deslocar o equilíbrio entre pressão e temperatura. A publicação de pedido de patente internacional WO2012061027 proporciona uma introdução a esse assunto.
[004] Por ser um possível recurso de energia para muitos países, tem-se realizado pesquisas para investigar como produzir metano a partir de formações submarinas. Metano é um gás de efeito estufa significante. Assim, o metano precisa ser impedido de escapar para a atmosfera.
[005] Uma maneira conhecida de produzir metano a partir de formações submarinas é reduzir a pressão na formação e, através disso, fazer com que o hidrato se divida em metano e água. Para reduzir a pressão, é conhecido o fornecimento de uma bomba submersível, tal como uma ESP (bomba submersível elétrica) no poço, perto do reservatório de hidrato de metano.
[006] Um objetivo da presente invenção é fornecer uma solução para produção de metano a partir de uma formação de hidrato de metano submarina de uma maneira eficaz, de preferência, tanto em relação a tempo quanto a custos.
[007] De acordo com a invenção, é fornecida uma montagem para produção de metano que compreende um poço submarino que se estende a partir do leito marinho até uma formação de hidrato de metano. Um invólucro de poço se estende até o poço submarino. A montagem tem uma montagem de controle de poço submarino, uma bomba submersível em comunicação fluida com a formação de hidrato de metano, e um separador de metano e água que tem uma saída de água e uma saída de metano. De acordo com a invenção, a bomba submersível é disposta acima do poço submarino.
[008] Vantajosamente, uma válvula de controle de poço é parte da montagem de controle de poço.
[009] Em algumas modalidades, a montagem para produção de metano pode compreender um riser que se estende a partir de uma instalação de superfície para baixo até a montagem de controle de poço. Tal instalação de superfície pode ser uma unidade em superfície flutuante, tal como um navio, ou uma instalação sustentada pelo leito marinho.
[010] Em tais modalidades, que compreendem um riser, a bomba submersível pode ser disposta externa à montagem de controle de poço e ao riser.
[011] Alternativamente, a bomba submersível pode ser integrada com a montagem de controle de poço ou com um aparelho de desconexão.
[012] Além disso, com modalidades em que a montagem para produção de metano compreende um riser, o separador de metano e água pode ser integrado com uma junta de riser. De preferência, o separador, então, seria integrado com a junta de riser mais baixa, ou uma das mais baixas.
[013] Em algumas modalidades, o separador de metano e água pode ser disposto a jusante da montagem de controle de poço (isto é, a montagem de controle de poço é posicionada entre o separador e o poço). Além disso, a bomba submersível pode se conectar à saída de água. Uma linha de fluxo, que está em comunicação fluida com a saída de metano, pode se estender até a costa.
[014] Com tal solução, não é necessária uma instalação de superfície ou uma coluna de riser durante a fase de produção.
[015] A montagem de controle de poço tipicamente tem um furo com uma válvula de controle de poço. Em algumas modalidades, o furo está em comunicação fluida com um espaço de poço confinado pela parede voltada para dentro do invólucro. Assim, em tais modalidades, não é necessária uma tubagem de produção que se estende até o poço. O metano dissolvido é conduzido para cima através do poço dentro e em contato com a parede de invólucro.
[016] Embora a presente invenção tenha sido discutida em termos gerais acima, alguns exemplos detalhados e não limitantes de modalidade serão apresentados a seguir com referência aos desenhos, nos quais a Figura 1 é uma ilustração esquemática de uma montagem para produção de metano de acordo com a técnica anterior; a Figura 2 é uma ilustração esquemática de uma montagem para produção de metano de acordo com a presente invenção; a Figura 3 é uma ilustração esquemática de outra modalidade de acordo com a invenção; a Figura 4 é uma ilustração esquemática de ainda outra modalidade de acordo com a invenção; a Figura 5 é uma ilustração esquemática de outra modalidade da invenção; e a Figura 6 é uma ilustração esquemática de um separador de metano e água. a Figura 1 retrata uma montagem para produção de metano de acordo com uma solução da técnica anterior. Embaixo do leito marinho 1, um poço submarino 3 se estende até uma formação de hidrato de metano 5 abaixo do leito marinho. Um invólucro de poço 7 é disposto no poço 3.
[017] Na cabeça de poço, em cima do poço 3, uma montagem de controle de poço 9 é fornecida. A partir de uma instalação de superfície 11, uma coluna de riser 13 se estende para baixo até a montagem de controle de poço 9. Nessa solução da técnica anterior mostrada, é também disposto um aparelho de desconexão 15 entre a coluna de riser 13 e a montagem de controle de poço 9.
[018] A profundidade do mar na solução mostrada pode, por exemplo, ser cerca de 1.000 m. Assim, uma pressão de cerca de 10 MPa (100 bar) existirá no leito marinho. Ademais, com uma coluna de água dentro da coluna de riser 13 e do invólucro 7, uma pressão de cerca de 13 MPa (130 bar) pode existir na porção inferior do invólucro 7 (isto é, na posição da formação de hidrato de metano).
[019] Abaixo, dentro do poço 3, é disposta uma ESP (bomba submersível elétrica) 17 que é configurada para bombear água para cima através de um conduto de água 19 disposto no poço 3.
[020] Quando a ESP 17 remove água da coluna de água (reduzindo a altura da coluna), a pressão é reduzida, e o hidrato de metano pode se dissolver em água e metano.
[021] A Figura 2 retrata uma modalidade da presente invenção com uma vista lateral esquemática, similar à vista da Figura 1. Aos componentes que são idênticos ou similares aos referidos na Figura 1 foram dadas as mesmas referências numéricas. Nessa modalidade de acordo com a invenção, mostrada na Figura 2, a montagem de controle de poço 9 tem um furo 21 dotado de duas válvulas de controle de poço 23. O aparelho de desconexão 15 também tem um furo 25 com uma válvula de furo 27. Se a coluna de riser 13 for desconectada da montagem de controle de poço 9, a válvula de furo do aparelho de desconexão 15 reterá o fluido na coluna de riser 13, que tipicamente será metano. Em tal situação, as válvulas de controle de poço 23 também serão fechadas.
[022] Na modalidade mostrada na Figura 2, um separador de metano e água 29 é disposto acima, isto é, a jusante, da montagem de controle de poço 9. Nessa modalidade, o mesmo também é disposto a jusante do aparelho de desconexão 15. O separador de metano e água 29 tem uma saída de água 31, que se conecta a uma mangueira de bomba 33. A mangueira de bomba 33 se conecta a uma bomba submersível 17 que, nessa modalidade, é posicionada separada da chaminé de poço, isto é, separada da montagem de controle de poço 9, do aparelho de desconexão 15 e da coluna de riser 13. Um conduto de água 19 se estende da bomba submersível 17 e até a instalação de superfície 11. Na ilustração da Figura 2, a instalação de superfície é representada meramente na forma de uma árvore de fluxo de superfície. A árvore de fluxo de superfície tipicamente será instalada em uma embarcação flutuante ou similares.
[023] A Figura 3 retrata uma modalidade que é semelhante à modalidade mostrada na Figura 2. Entretanto, na modalidade mostrada na Figura 3, a bomba 17 é integrada com o aparelho de desconexão 15.
[024] Em outra modalidade, não mostrada nas Figuras, a bomba 17 poderia ser integrada com a montagem de controle de poço 9. Tal modalidade poderia ser sem o aparelho de desconexão 15.
[025] Na modalidade mostrada na Figura 4, o separador 29 é integrado com uma das juntas de riser 113 que, juntamente com juntas de riser 113 adicionais, forma a coluna de riser 13. Na modalidade mostrada, o separador de metano e água 29 é integrado no interior da junta de riser 113 que se conecta ao aparelho de desconexão 15. Em uma modalidade sem o aparelho de desconexão, a junta de riser 113 com o separador 29 poderia se conectar à montagem de controle de poço 9. A ilustração na Figura 4 é mostrada sem o poço, que está abaixo da montagem de controle de poço 9.
[026] Nas modalidades discutidas com referência à Figura 2, à Figura 3 e à Figura 4, a água produzida pode ser bombeada até a instalação de superfície 11 através do conduto de água 19. O conduto de água 19 pode ser fixado à coluna de riser 13.
[027] Ainda outra modalidade é mostrada na Figura 5. Nessa modalidade, não há instalação de superfície conectada à montagem de controle de poço 9. Em vez disso, o metano produzido é fluído até uma unidade de recebimento onshore (não mostrada) através de uma linha de fluxo 213. A linha de fluxo 213 se conecta à saída de metano 32 do separador 29. Ademais, a bomba submersível 17 se conecta à saída de água 31 do separador 29. A água produzida, que é dissolvida a partir do hidrato de metano, é bombeada onshore, tal como para a mesma unidade de recebimento onshore que recebe o metano.
[028] A Figura 6 retrata esquematicamente um separador de metano e água 29. Em uma modalidade, como a modalidade discutida acima com referência à Figura 4, o separador 29 pode ser integrado com uma parte inferior da coluna de riser 13. Assim, a modalidade mostrada na Figura 6 pode corresponder à modalidade discutida com referência à Figura 4.
[029] O separador 29 tem um tubo-fonte 35 que está em comunicação fluida com a formação de hidrato de metano 5. O tubo-fonte 35 pode se conectar à formação 5 por meio de uma tubagem de produção (não mostrada) que se estende até o poço 3. Entretanto, pode-se também ter soluções em que nenhuma tubagem de produção é usada. Em tal modalidade, o tubo-fonte 35 pode simplesmente se conectar à porção superior do aparelho de desconexão 15 ou à porção superior da montagem de controle de poço 9, por exemplo.
[030] Na modalidade mostrada, a extremidade superior do tubo-fonte 35 é disposta no interior de um tubo externo, que pode ser a junta de riser inferior 113 da coluna de riser 13.
[031] Em uma porção inferior do separador 29, uma saída de água 31 está em comunicação fluida com uma ESP 17.
[032] Caso a coluna de riser 13 contenha uma coluna de água alta, uma pressão significante pode existir na formação de hidrato de metano 5. Entretanto, visto que a bomba 17 bombeia água para fora do separador 29, a altura da coluna de água na coluna de riser 13 diminuirá. Eventualmente, a altura de coluna está suficientemente baixa, de modo que uma pressão suficientemente baixa exista na formação 5. Desde que a temperatura seja alta o suficiente, tipicamente, pelo menos cerca de 0 °C, o hidrato de metano se dissolverá em água e gás metano. Uma mistura de água e gás fluirá para cima através do tubo-fonte 35. Devido à gravidade, a água se acumulará na porção inferior do tubo externo 113, fora do tubo-fonte 35, enquanto o gás metano se elevará para cima através a coluna de riser 13 (ou até a linha de fluxo 213, como mostrado na Figura 5)
[033] Conforme o versado na técnica apreciará, a altura vertical da coluna de água (ou uma coluna contendo uma mistura de metano e água) acima da formação governará a pressão na área da formação em que a dissolução ocorre. Ademais, o limiar entre condições em que o hidrato de metano se dissolverá ou não se estende ao longo de uma curva que é uma função de pressão e temperatura. Por exemplo, a cerca de 0 °C, a pressão precisa ser menor do que cerca de 2,8 MPa (28 bar). Caso a temperatura seja elevada, entretanto, por exemplo, para 10 °C, o hidrato se dissolverá até a cerca de 6,5 MPa (65 bar) (correspondendo a uma coluna de água de cerca de 650 metros). Consequentemente, a altura entre a posição na qual a bomba 17 pode remover água e a posição da área em que a dissolução ocorre precisa estar dentro de uma altura adequada para proporcionar o processo de dissolução.
[034] Para elevar a temperatura na formação 5, aquecedores (não mostrados) podem ser dispostos no poço.
[035] A bomba submersível 17 pode ser de qualquer tipo apropriado, tal como, por exemplo, uma ESP (bomba submersível elétrica) ou uma HSP (bomba submersível hidráulica).
[036] Vários detalhes e recursos técnicos foram discutidos acima com referência a diferentes modalidades. Deve-se notar que, apesar de alguns recursos terem sido relatados para modalidades específicas, tais recursos podem estar presentes também para outras modalidades, e podem estar isolados de outros recursos da modalidade com a qual os recursos foram revelados.
Claims (6)
1. Montagem para produção de metano caracterizada por compreender um poço submarino (3) que se estende a partir do leito marinho até uma formação de hidrato de metano (5), e compreende adicionalmente - um invólucro de poço (7) que se estende até o poço submarino (3); - uma montagem de controle de poço submarino (9), tendo um furo (21) com uma válvula de controle de poço (23), e em que o furo (21) está em comunicação fluida com um espaço de poço confinado pela parede voltada para dentro do invólucro (7); - uma bomba submersível (17) em comunicação fluida com a formação de hidrato de metano; - um separador de metano e água (29) que tem uma saída de água (31) e uma saída de metano (32); em que a bomba submersível é disposta acima do poço submarino.
2. Montagem para produção de metano, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender um riser (13) que se estende a partir de uma instalação de superfície (11) para baixo até a montagem de controle de poço (9), e em que a bomba submersível (17) acima do poço submarino é para diminuir a altura da coluna de água no riser (13), permitindo assim que o hidrato de metano se dissolva.
3. Montagem para produção de metano, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por a bomba submersível (17) ser disposta externa à montagem de controle de poço (9) e ao riser (13).
4. Montagem para produção de metano, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por a bomba submersível (17) ser integrada com a montagem de controle de poço (9) ou com um aparelho de desconexão (15).
5. Montagem para produção de metano, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, caracterizada por o separador de metano e água (29) ser integrado com uma junta de riser (113).
6. Montagem para produção de metano, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o separador de metano e água (29) ser disposto a jusante da montagem de controle de poço (9), em que a bomba submersível (17) se conecta à saída de água (31), e em que uma linha de fluxo (213) que se estende até a costa está em comunicação fluida com a saída de metano (32).
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