BR112019003282B1 - Aparelho para separar partículas sólidas de um fluido contendo hidrocarbonetos, instalação de produção de óleo e/ou gás, e, método para separar partículas sólidas de um fluido contendo hidrocarbonetos - Google Patents
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Abstract
Um aparelho (100) para separar partículas sólidas de um fluido contendo hidrocarbonetos produzido a partir de uma instalação de produção de óleo e/ou gás, o aparelho sendo adaptado para ser suportado em uma cabeça de poço (102) ou em um tubo ascendente (105) conectado a uma cabeça de poço, o aparelho compreendendo: um conduto (107) para transportar um fluido contendo hidrocarbonetos de uma cabeça de poço (102), o conduto sendo adaptado para ser conectado à cabeça de poço ou a um tubo ascendente conectado à cabeça de poço; um separador de sólidos (108) em comunicação fluídica com o conduto, o separador de sólidos sendo adaptado para separar partículas sólidas do fluido contendo hidrocarbonetos, o separador de sólidos tendo uma entrada, acoplada ao conduto, para o fluido contendo hidrocarbonetos, uma saída de sólidos (116) para emitir partículas sólidas separadas pelo separador de sólidos do fluido contendo hidrocarbonetos, e uma saída de fluido (111) para emitir fluido contendo hidrocarbonetos separado pelo separador de sólidos das partículas sólidas; e um conduto de emissão, acoplado à saída de fluido, para transportar o fluido contendo hidrocarbonetos da saída de fluido para uma linha de produção (113) afixada à cabeça de poço.
Description
[001] A presente invenção refere-se a um aparelho para, e a um método para, separar partículas sólidas (usualmente areia) de um fluido contendo hidrocarbonetos produzido a partir de uma instalação de produção de óleo e/ou gás. Em particular, esta invenção refere-se a um aparelho e um método para a separação de partículas sólidas de um poço usando um aparelho integrado de tubos ascendentes, o que reduz significativamente o espaço e a capacidade de carga útil necessária na plataforma ou no equipamento de produção, reduzindo assim o custo de produção.
[002] Muitos campos de óleo e gás fora da costa são desenvolvidos e produzidos a partir de poços que possuem uma cabeça de poço submarina, a partir da qual uma tubulação/linha de fluxo leva à produção para a plataforma. A produção flui então através de vários dutos para a plataforma onde ela pode ser processada. Em particular, areia (ou sólidos) é(são) frequentemente produzida(os) com a produção de óleo e/ou gás, e é preferível que isto seja removido dos fluidos produzidos o mais cedo possível, caso contrário, pode levar à erosão ou ao bloqueio dentro do equipamento de processamento, incluindo dutos. Esses problemas podem resultar em menor tempo de inatividade do equipamento para manutenção ou limpeza remediadora, o que, por sua vez, causa interrupção na produção, e aumenta o custo geral de produção. A remoção de areia é frequentemente obtida usando um separador de sólidos instalado na plataforma ou no equipamento. Este equipamento pode ser grande e pesado, exigindo muito espaço na plataforma. Em muitos casos, a produção de areia não é um problema até que o poço esteja produzindo há muitos anos e a plataforma possa não ter sido equipada com equipamentos de remoção de sólidos e, de fato, muitos não serão especificados para receber tais equipamentos. No caso do desenvolvimento de campo fora da costa, as plataformas de produção podem ser flutuantes, por exemplo, FPSO (Armazenamento e Descarregamento de Produção Flutuante) ou estruturas de plataforma permanentes. Essas unidades de produção são sistemas muito caros e o espaço da plataforma é um prêmio. Como ilustração, os custos podem ser de US $ 100.000 por tonelada de carga útil e US $ 25.000 por metro quadrado de área de instalação. Como resultado, reduzir o peso e o tamanho necessários para o equipamento de processo na plataforma é muito importante.
[003] Geralmente, a quantidade de areia produzida é baixa ou inexistente nos estágios iniciais da vida do poço, mas pode ser significativa após muitos anos de produção. Portanto, a especificação da plataforma de produção pode mudar com o tempo. Adicionalmente, os requisitos para o espaço da plataforma e a carga útil podem mudar ao longo dos muitos anos de produção, de modo que quando a remoção de sólidos ou o aumento da remoção de sólidos for necessária, há muito pouco espaço disponível. Alterar ou atualizar a plataforma para o equipamento adicional necessário pode ser muito caro. Em alguns casos, a produção é proveniente de uma cabeça de poço submarina com pequenas plataformas de satélite, que não possuem infraestrutura para lidar com a remoção de sólidos. Como resultado, os fluidos produzidos com sólidos fluem através dos dutos submarinos e esses dutos podem ficar bloqueados à medida que a quantidade de areia produzida aumenta.
[004] Os presentes inventores trabalharam para estabelecer soluções técnicas para as restrições acima associadas com a tecnologia presentemente usada na indústria ou descrita na técnica anterior.
[005] Em um primeiro aspecto, a presente invenção provê um aparelho para separar partículas sólidas de um fluido contendo hidrocarbonetos produzido a partir de uma instalação de produção de óleo e/ou gás, o aparelho sendo adaptado para ser suportado em uma cabeça de poço ou em um tubo ascendente conectado a uma cabeça de poço, o aparelho compreendendo: um conduto para transportar um fluido contendo hidrocarbonetos a partir de uma cabeça de poço, o conduto sendo adaptado para ser conectado à cabeça de poço ou a um tubo ascendente conectado à cabeça de poço; um separador de sólidos em comunicação fluídica com o conduto, o separador de sólidos sendo adaptado para separar partículas sólidas do fluido contendo hidrocarbonetos, o separador de sólidos tendo uma entrada, acoplada ao conduto, para o fluido contendo hidrocarbonetos, uma saída de sólidos para emitir partículas sólidas separadas pelo separador de sólidos do fluido contendo hidrocarbonetos, e uma saída de fluido para emitir fluido contendo hidrocarbonetos separado pelo separador de sólidos das partículas sólidas; e um conduto de emissão, acoplado à saída de fluido, para transportar o fluido contendo hidrocarbonetos da saída de fluido para uma linha de produção afixada à cabeça de poço.
[006] Opcionalmente, o separador de sólidos é um hidrociclone. Tipicamente, uma unidade de coleta de partículas sólidas localizada abaixo do separador de sólidos de modo que as partículas sólidas separadas do separador de sólidos passem sob a ação da gravidade para, e são coletadas, na dita unidade de coleta de partículas sólidas. Pode ser provido um dispositivo de pesagem para pesar as partículas sólidas separadas na dita unidade de coleta de partículas sólidas. Opcionalmente, um sistema de descarga por fluidização está localizado na adjacência da unidade de coleta de partículas sólidas para descarregar as partículas sólidas da unidade de coleta de partículas sólidas. Um controlador para o sistema de descarga por fluidização pode ser arranjado para operar o sistema de descarga por fluidização com base em um peso de sólidos na unidade de coleta de partículas sólidas detectada pelo dispositivo de pesagem. Opcionalmente, pelo menos uma válvula de isolamento pode ser provida entre o separador de sólidos e a unidade de coleta de partículas sólidas, pelo menos uma válvula de isolamento sendo operável para fechar e isolar a unidade de coleta de partículas sólidas do separador de sólidos.
[007] De preferência, o conduto incorpora, em uma extremidade de entrada do mesmo, um flange para conexão com um flange correspondente da cabeça de poço ou do tubo ascendente. De preferência, o conduto incorpora, em uma extremidade fechada do mesmo, um flange cego para fechar a extremidade fechada, a entrada para o fluido contendo hidrocarbonetos estando localizada a montante, em relação ao fluxo de fluido ao longo do conduto, da extremidade fechada.
[008] De preferência, um adaptador de fluxo está adaptado para ser instalado na cabeça de poço, em que o adaptador de fluxo provê um primeiro conduto de fluxo para passagem através do mesmo de um primeiro fluxo compreendendo o fluido contendo hidrocarbonetos contendo partículas sólidas passando através da cabeça de poço para o conduto e um segundo conduto de fluxo, conectado entre o conduto de emissão e a linha de produção, para a passagem através de um segundo fluxo compreendendo o fluido contendo hidrocarbonetos que foi separado das partículas sólidas, em que os primeiro e segundo condutos de fluxo são configurados para impedir a mistura dos primeiro e segundo fluxos. Tipicamente, o adaptador de fluxo compreende um elemento tubular tendo um par de vedações anulares, cada vedação anular estando localizado em uma respectiva extremidade oposta do elemento tubular, as vedações anulares sendo adaptadas de modo vedante para engatar uma superfície interna da cabeça de poço e o elemento tubular tendo uma parte central com uma área transversal menor do que a cabeça de poço.
[009] De preferência, uma pluralidade dos separadores de sólidos é provida em comunicação fluídica com o conduto, os separadores de sólidos sendo arranjados em uma configuração paralela, tendo cada separador de sólidos tendo uma respectiva entrada acoplada ao conduto e uma respectiva saída de fluido, a pluralidade de saídas de fluido sendo conectada a um coletor ao qual o conduto de emissão é conectado.
[0010] O conduto de emissão pode ser adaptado para ser conectado a uma linha de matar da cabeça de poço.
[0011] Em um segundo aspecto, a presente invenção provê um método de separação de partículas sólidas de um fluido contendo hidrocarbonetos produzido a partir de uma instalação de produção de óleo e/ou gás, o método compreendendo as etapas de: (i) passar um fluido contendo hidrocarbonetos contendo partículas sólidas de uma cabeça de poço para um conduto suportado na(em), e afixada à(a), cabeça de poço ou um tubo ascendente conectado à cabeça de poço; (ii) passar o fluido contendo hidrocarbonetos contendo partículas sólidas do conduto para um separador de sólidos, montado no conduto, através de uma entrada do separador de sólidos; (iii) separar partículas sólidas do fluido contendo hidrocarbonetos no separador de sólidos; (iv) emitir partículas sólidas separadas através de uma saída de sólidos do separador de sólidos; e (v) emitir, através de um conduto de emissão para uma linha de produção afixada à cabeça de poço, o conduto de emissão acoplado a uma saída de fluido do separador de sólidos, o fluido contendo hidrocarbonetos que foi separado das partículas sólidas pelo separador de sólidos.
[0012] Opcionalmente, o separador de sólidos pode ser um hidrociclone. Tipicamente, as partículas sólidas separadas são coletadas em uma unidade de coleta de partículas sólidas acoplada à saída de sólidos. Opcionalmente, as partículas sólidas separadas coletadas na unidade de coleta de partículas sólidas são pesadas contínua ou intermitentemente. As partículas sólidas separadas podem ser descarregadas da unidade de coleta de partículas sólidas usando um sistema de descarga por fluidização. Opcionalmente, o fluxo de água através do sistema de descarga por fluidização pode ser direcionado de acordo com o peso das partículas sólidas separadas na unidade de coleta de partículas sólidas. A unidade de coleta de partículas sólidas pode ser isolada do separador de sólidos antes da descarga das partículas sólidas separadas da unidade de coleta de partículas sólidas usando pelo menos uma válvula de isolamento.
[0013] De preferência, um adaptador de fluxo é instalado na cabeça de poço, em que o adaptador de fluxo provê um primeiro conduto de fluxo para passagem atravessante de um primeiro fluxo compreendendo o fluido contendo hidrocarbonetos contendo partículas sólidas passando através da cabeça de poço para o conduto e um segundo conduto de fluxo, conectado entre o conduto de emissão e a linha de produção, para a passagem através de um segundo fluxo compreendendo o fluido contendo hidrocarbonetos que foi separado das partículas sólidas. De preferência, o primeiro e segundo condutos de fluxo são configurados para impedir a mistura do primeiro e segundo fluxos. Na etapa (i), o fluido contendo hidrocarbonetos contendo partículas sólidas passa de preferência através doo primeiro conduto de fluxo e na etapa (v), o fluido contendo hidrocarbonetos que foi separado das partículas sólidas pelo separador de sólidos passa, de preferência, através do segundo conduto de fluxo. Tipicamente, o adaptador de fluxo compreende um elemento tubular tendo um par de vedações anulares, cada vedação anular estando localizado em uma respectiva extremidade oposta do elemento tubular, as vedações anulares engatando vedantemente uma superfície interna da cabeça de poço e o elemento tubular tendo uma parte central com uma área transversal menor do que a cabeça de poço.
[0014] Opcionalmente, a cabeça de poço tem uma linha de matar. O conduto de emissão pode ser conectado à linha de matar. Opcionalmente, a etapa (v) compreende adicionalmente transportar o fluido contendo hidrocarbonetos que foi separado dos sólidos separados pelo separador de sólidos através da cabeça de poço por meio da linha de matar para a linha de produção.
[0015] De preferência, o método deste aspecto da presente invenção separa continuamente partículas sólidas de um fluxo contínuo de um fluido contendo hidrocarbonetos produzido a partir de uma instalação de produção de óleo e/ou gás.
[0016] De preferência, uma pluralidade dos separadores de sólidos é provida em comunicação fluídica com o conduto, os separadores de sólidos sendo arranjados em uma configuração paralela, cada separador de sólidos tendo uma respectiva entrada acoplada ao conduto e uma respectiva saída de fluido, a pluralidade de saídas de fluido sendo conectada a um coletor ao qual o conduto de emissão está conectado. De preferência, pelo menos uma porção do método de separação de partículas sólidas de um fluido contendo hidrocarbonetos produzido de uma instalação de produção de óleo e/ou gás, pelo menos um da pluralidade dos separadores de sólidos está em um modo de separação enquanto pelo menos um outro da pluralidade dos separadores de sólidos está no modo de descarga de sólidos. Opcionalmente, cada um da pluralidade dos separadores de sólidos alterna entre um modo de separação e um modo de descarga de sólidos.
[0017] Em um terceiro aspecto, a presente invenção provê um aparelho para separar partículas sólidas de um fluido contendo hidrocarbonetos produzido a partir de uma instalação de produção de óleo e/ou gás, o aparelho sendo suportado em uma cabeça de poço ou em um tubo ascendente conectado a uma cabeça de poço, o aparelho compreendendo: um conduto para transportar um fluido contendo hidrocarbonetos a partir de uma cabeça de poço, o conduto sendo conectado à cabeça de poço ou a um tubo ascendente conectado à cabeça de poço; um sistema modular para separar partículas sólidas do fluido contendo hidrocarbonetos, o sistema modular compreendendo pelo menos dois módulos, cada módulo do sistema modular compreendendo: um separador de sólidos em comunicação fluídica com o conduto, o separador de sólidos sendo adaptado para separar partículas sólidas a partir do fluido contendo hidrocarbonetos, o separador de sólidos tendo uma entrada, acoplado ao conduto, para o fluido contendo hidrocarbonetos, uma saída de sólidos para emitir partículas sólidas separadas pelo separador de sólidos do fluido contendo hidrocarbonetos, e uma saída de fluido para emitir fluido contendo hidrocarbonetos separado pelo separador de sólidos das partículas sólidas; e um conduto de emissão, acoplado às saídas de fluido, para transportar o fluido contendo hidrocarbonetos das saídas de fluido do sistema modular para uma linha de produção afixada à cabeça de poço.
[0018] De preferência, o conduto de emissão compreende adicionalmente um componente de coleta de fluxo afixado à saída de fluido de cada módulo para coletar e combinar fluido contendo hidrocarbonetos. Opcionalmente, o componente de coleta de fluxo compreende um coletor.
[0019] Opcionalmente, os separadores de sólidos são hidrociclones. Tipicamente, cada módulo compreende adicionalmente uma unidade de coleta de partículas sólidas localizada abaixo do separador de sólidos de modo que as partículas sólidas separadas do separador de sólidos passem sob a ação da gravidade para, e são coletadas na, dita unidade de coleta de partículas sólidas. Opcionalmente, cada módulo compreende adicionalmente um dispositivo de pesagem para pesar as partículas sólidas separadas na dita unidade de coleta de partículas sólidas. Cada módulo pode ainda compreender um sistema de descarga por fluidização localizado na adjacência da unidade de coleta de partículas sólidas para descarregar as partículas sólidas da unidade de coleta de partículas sólidas. Opcionalmente, cada módulo compreende adicionalmente um controlador para o sistema de descarga por fluidização, o controlador sendo arranjado para operar o sistema de descarga por fluidização com base em um peso de sólidos na unidade de coleta de partículas sólidas detectada pelo dispositivo de pesagem. Cada módulo pode ainda compreender pelo menos uma válvula de isolamento entre o separador de sólidos e a unidade de coleta de partículas sólidas, a dita pelo menos uma válvula de isolamento sendo operável para fechar e isolar a unidade de coleta de partículas sólidas do separador de sólidos.
[0020] De preferência, o conduto incorpora, em uma extremidade de entrada do mesmo, um flange para conexão com um flange correspondente da cabeça de poço ou do tubo ascendente.
[0021] De preferência, um adaptador de fluxo está adaptado para ser instalado na cabeça de poço, em que o adaptador de fluxo provê um primeiro conduto de fluxo para passagem através do mesmo de um primeiro fluxo compreendendo o fluido contendo hidrocarbonetos contendo partículas sólidas passando através da cabeça de poço para o conduto e um segundo conduto de fluxo, conectado entre o conduto de emissão e a linha de produção, para a passagem através de um segundo fluxo compreendendo o fluido contendo hidrocarbonetos que foi separado das partículas sólidas, em que os primeiro e segundo condutos de fluxo são configurados para impedir a mistura dos primeiro e segundo fluxos. Tipicamente, o adaptador de fluxo compreende um elemento tubular tendo um par de vedações anulares, cada vedação anular estando localizada em uma respectiva extremidade oposta do elemento tubular, as vedações anulares sendo adaptadas de modo vedante para engatar uma superfície interna da cabeça de poço e do elemento tubular tendo uma parte central com uma área transversal menor do que a cabeça de poço.
[0022] O conduto de emissão pode ser adaptado para ser conectado a uma linha de matar da cabeça de poço.
[0023] De preferência, os módulos estão arranjados em uma configuração paralela, cada separador de sólidos tendo uma respectiva entrada acoplada ao conduto e a uma respectiva saída de fluido, a pluralidade de saídas de fluido sendo conectada a um coletor ao qual o conduto de emissão está conectado. Opcionalmente, um controlador pode ser provido para controlar o sistema modular de modo que, por pelo menos uma porção de tempo durante um período de separação de partículas sólidas do fluido contendo hidrocarbonetos produzido a partir da instalação de produção de óleo e/ou gás, pelo menos uma da pluralidade dos separadores de sólidos está em um modo de separação enquanto pelo menos um outro da pluralidade dos separadores de sólidos está em um modo de descarga de sólidos. Opcionalmente, o controlador pode ser adaptado independentemente para controlar cada módulo de modo a estar seletivamente em um modo de separação ou em um modo de descarga de sólidos.
[0024] A forma de realização preferida da presente invenção provê, deste modo, um aparelho para separar partículas sólidas de um fluido contendo hidrocarbonetos produzido a partir de uma instalação de produção de óleo e gás usando uma unidade compacta, que é instalada em um tubo ascendente ou em uma cabeça de poço, e suportada diretamente no tubo ascendente ou na estrutura de cabeça de poço em vez de na plataforma de produção. Este poderia ser uma cabeça de poço submarina. O aparelho compreende, de preferência, elementos modulares, onde o número de módulos pode ser aumentado à medida que a quantidade de areia aumenta. Cada módulo compreende, de preferência, um hidrociclone que separará os sólidos dos fluidos produzidos, uma unidade de coleta de partículas sólidas onde os sólidos separados serão coletados e um sistema de descarga para permitir que os sólidos coletados sejam removidos assim que seu volume ou peso atingir um limite predefinido. De preferência, existem válvulas entre o separador de hidrociclone e a unidade de coleta de partículas sólidas, de modo que a unidade de coleta de partículas sólidas possa ser isolada do hidrociclone durante a operação de descarga. Cada unidade tipicamente manipularia 1.589.873 L (10.000 bbl)/dia de fluidos produzidos e 100.000 metros cúbicos padrão (SM3) de gás por dia e pesaria entre 1000 a 2000 kg (1 e 2 toneladas).
[0025] Cada módulo é conectado a um conduto, que pode ser conectado a um tubo ascendente que está transportando a produção da cabeça de poço. Adicionalmente, os fluidos produzidos que foram limpos de sólidos por cada módulo são combinados em um único coletor que está pendurado no tubo ascendente. Como resultado, o peso de todos os módulos é suportado na cabeça de poço e não na plataforma. Como um exemplo, um sistema de 4 módulos pesaria entre 4.000 e 8.000 kg (4 e 8 toneladas) e poderia manipular 6.359.492 L (40.000 bbl)/dia e 400.000 SM3 de produção. Os fluidos combinados são retornados através da cabeça de poço por meio de um ‘adaptador de fluxo’ para sair da cabeça de poço através da mesma linha de fluxo de produção de fluido que seria usada se o separador de sólidos não estivesse presente. Tal arranjo permite que módulos separadores de sólidos sejam colocados em uma cabeça de poço padrão sem a necessidade de alterar significativamente as linhas de fluxo de produção. Ele também permite que o sistema de separador de sólidos compreenda vários módulos separadores que são configuráveis, e é facilmente adaptável para instalação em cabeças de poço submarinas remotas/por satélite. Isso provê vários benefícios técnicos, incluindo, por exemplo, primeiro o número de módulos pode ser aumentado conforme a produção de areia aumenta e, com pelo menos dois módulos, a produção pode ser contínua porque enquanto uma unidade de coleta de partículas sólidas está sendo descarregada, a outra unidade pode continuar separar os sólidos do fluxo de produção. Adicionalmente, os poços mais antigos com cabeças de poço padrão podem ser facilmente equipados com uma unidade de separação de sólidos configurável sem os principais custos usualmente associados às atualizações de plataforma necessárias para acomodar o equipamento atualmente disponível no mercado e que representa a técnica anterior.
[0026] Formas de realização da presente invenção serão agora descritas em maior detalhe, a título de exemplo, apenas com referência aos desenhos anexos, nos quais: A Figura 1 ilustra esquematicamente uma vista lateral de um sistema de separação de partículas sólidas de acordo com uma forma de realização da presente invenção; e A Figura 2 ilustra esquematicamente uma vista de topo de um sistema de separação de quatro módulos; e A Figura 3 provê uma vista de topo esquemática de um sistema de separação de sólidos de três módulos.
[0027] A Figura 4 ilustra esquematicamente uma vista lateral e uma vista de topo seccionada de um elemento de coleta de fluido para um sistema de separação de 4 módulos.
[0028] A Figura 5 ilustra esquematicamente uma vista lateral em seção transversal de uma cabeça de poço com um adaptador de fluxo instalado e tubo ascendente para canalizar o fluxo de produção para o sistema modular de separador de sólidos; e
[0029] A Figura 6 ilustra esquematicamente uma vista lateral em seção transversal de uma cabeça de poço sem um sistema de separador de sólidos modular instalado.
[0030] A figura 7 mostra uma vista lateral em seção transversal de uma unidade de coleta de sólidos com sistema de descarga.
[0031] A figura 8 mostra uma vista lateral em seção transversal de uma unidade de hidrociclone.
[0032] Com referência à Figura 1, é mostrada uma ilustração esquemática de um sistema de separação de sólidos, designado geralmente como 100, que constitui um aparelho para separar partículas sólidas de um fluido contendo hidrocarbonetos produzido a partir de uma instalação de produção de óleo e/ou gás de acordo com uma forma de realização preferida da presente invenção.
[0033] O sistema de separação 100 compreende um sistema modular que compreende dois módulos idênticos 118. Usualmente, o sistema pode consistir em um ou mais destes módulos, mas dois são mostrados na vista lateral na Figura 1. A produção de óleo e/ou gás deixa um poço e entra na cabeça de poço, 102, como ilustrado pela seta 101. Este fluxo de produção pode conter partículas sólidas, usualmente areia, arrastadas dentro do fluxo de hidrocarbonetos. A cabeça de poço tem um adaptador de fluxo instalado dentro dele conforme identificado como 103 nas Figuras 1 e 5. Um esquema mais detalhado da cabeça de poço é mostrado na Figura 5. O adaptador de fluxo serve para garantir que o fluxo que entra na cabeça de poço seja direcionado através do poço e para o tubo ascendente 105 que é conectado à cabeça de poço por meio dos flanges 104. Na Figura 5, são mostradas duas vedações, 501, uma em cada lado do adaptador de fluxo, e impedem que o fluxo 101 saia da cabeça de poço através de qualquer outra saída que não a conectada ao tubo ascendente 105. Estes podem ser vedações do tipo compressão ou outro tipo adequado. No topo do tubo ascendente existe um flange cego 106, na Figura 1, que força os fluidos produzidos para os módulos de separação de sólidos rotulados 118 através dos condutos 107.
[0034] Cada módulo 118 compreende uma unidade de hidrociclone, 108, e uma unidade de coleta de partículas sólidas 110. O fluido que sai do tubo ascendente 105 entra na unidade de hidrociclone 108 através do conduto 107. De preferência, a unidade de hidrociclone 108 é um ciclone dinâmico como mostrado na Figura 8 e descrito em GB-A-2529729; no entanto, qualquer outro hidrociclone adequado pode ser usado. A mistura de fluido/partícula que entra na unidade de hidrociclone 108 cria um fluxo de rotação através do hidrociclone, onde as partículas mais pesadas são lançadas para fora por forças centrífugas em direção à parede do ciclone. Aqui eles serão desacelerados por forças de atrito na parede e cairão da fase líquida para a unidade de coleta de sólidos 110 através de válvulas de isolamento 109 que estão abertas durante a operação.
[0035] A unidade de coleta de sólidos 110 coleta e pesa partículas sólidas separadas dos fluidos de hidrocarbonetos produzidos e permite que sejam descarregadas do módulo usando um sistema de descarga por fluidização, onde a água é injetada através da entrada de água 117 e uma mistura de água e sólidos deixa a unidade através da saída 116. A Figura 7 ilustra esquematicamente a operação da unidade de coleta de sólidos 110. O sistema de descarga é controlado pelo controlador 707, que usa a massa ou o volume (conhecendo a densidade da areia) dos sólidos coletados. Isto é determinado pelo sensor de peso 705 compensado pelas alterações na pressão do vaso usando leituras do sensor de pressão 706. Uma vez que a massa ou o volume de sólidos coletados aumenta acima de um limiar predeterminado, as válvulas de isolamento 109 são fechadas e a água é injetada através da entrada de água 117. Isso fluidiza os sólidos e força uma mistura de água/sólidos para sair da unidade através da saída de sólidos 116. A descarga continua até que a massa ou o volume medida(o) de sólidos na unidade seja reduzida(o) abaixo de um segundo limite predefinido. Quando isso ocorre, a injeção de água é interrompida e as válvulas de isolamento 109 são abertas para que a coleta de partículas sólidas possa ser retomada. Deve ser notado que os módulos 118 podem alternar entre a coleta de partículas de sólidos e os ciclos de descarga, de modo que pelo menos um módulo receba sempre os fluidos produzidos 101 enquanto outro(s) módulo(s) está(ão) sendo descarregado(s) e a produção não é interrompida.
[0036] O fluxo de produção livre de sólidos deixa o topo do módulo de separação de sólidos através da saída de fluido 111 e entra no componente de coleta de fluxo 112, ver Figura 1. O sistema de separação de sólidos pode consistir em vários módulos,, e as Figuras 2 e 3 mostram uma vista de topo esquemática de um sistema de quatro e três módulos, respectivamente. Em cada sistema, o componente de coleta de fluxo 112 está adaptado para combinar o fluxo de todos os módulos. A Figura 4 mostra esboços de uma vista lateral e vista de topo em seção transversal para um sistema de quatro módulos. O fluxo de cada módulo entra no componente de coleta através dos orifícios 401 e nos condutos 402. Todas os quatro condutos 402 entram em um único conduto de saída 403 que combina o fluxo das quatro unidades para o conduto de saída 113. Como mostrado na Figura 1, conduto 113 direciona o fluido de produção processado, 114, que tem sólidos removidos, de volta para a cabeça de poço 102, onde é direcionado em torno do adaptador de fluxo 103 e sai da cabeça do poço na linha de produção 115. A Figura 6 mostra um esquema da cabeça do poço sem o sistema de separação de sólidos, que pode ter sido implantado quando o poço foi colocado em produção e antes da produção significativa de areia. Na Figura 6, a parte superior da cabeça de poço tem um flange cego 601 e outra saída tem uma válvula de isolamento 603 que é conectada à linha de matar 602. Os habilitados na técnica apreciarão que o fluido pesado pode ser bombeado para o poço através da linha de matar 602 até que a cabeça hidrostática do fluido pesado no poço seja maior que a pressão de produção do reservatório, de modo que o poço pare de fluir ou seja morto. O sistema de separador de sólidos aqui descrito usa a saída da linha de matar para redirecionar a produção limpa de volta para a linha de produção normal 115. Adicionalmente, será apreciado que uma linha de matar pode ser facilmente adicionada se necessário à configuração mostrada na Figura 1 ou na Figura 5 pelo uso de várias válvulas e um tubo ‘T’ com fluxo 114 em uma linha e a linha de matar no outro.
[0037] Usando o aparelho e o método da forma de realização preferida aqui descrita, a produção de um poço que contém sólidos é esvaziada de sólidos usando um sistema de separação modular montado em tubo ascendente 100 como mostrado na Figura 1, que pode ser configurado para manipular a troca de volumes de areia produzidos. Esse sistema reduz o espaço da plataforma e a carga útil necessária e melhora a eficiência geral da produção, reduzindo assim os custos operacionais e de capital para o operador de óleo & gás. Também é facilmente adaptável para instalação em cabeças de poço remotas ou em satélites, onde é muito difícil instalar a tecnologia atual de separação de sólidos sem primeiro adicionar ou atualizar a plataforma de satélite. Ambas as opções são muito dispendiosas, e deixar a areia na produção a partir de uma tal cabeça de poço pode resultar no bloqueio de linhas de fluxo submarinas, o que requer um trabalho de remediação muito dispendioso para resolver. O aparelho descrito na invenção provê uma solução modular e flexível de baixo custo para estas questões.
[0038] A presente invenção pode ser incorporada em muitas formas diferentes e não deve ser interpretada como estando limitada às formas de realização aqui apresentadas; em vez disso, estas formas de realização são proporcionadas de modo que esta descrição seja inteira e completa, e irá transmitir completamente o conceito da invenção para os habilitados na técnica.
Claims (16)
1. Aparelho (100) para separar partículas sólidas de um fluido contendo hidrocarbonetos produzido a partir de uma instalação de produção de óleo e/ou gás, o aparelho sendo adaptado para ser suportado em uma cabeça de poço (102) ou em um tubo ascendente (105) conectado a uma cabeça de poço (102), o aparelho compreendendo: um conduto (107) para transportar um fluido contendo hidrocarbonetos a partir de uma cabeça de poço (102), o conduto (107) sendo adaptado para ser conectado à cabeça de poço (102) ou a um tubo ascendente (105) conectado à cabeça de poço (102); um separador de sólidos (108) em comunicação fluídica com o conduto (107), o separador de sólidos (108) sendo adaptado para separar partículas sólidas do fluido contendo hidrocarbonetos, o separador de sólidos (108) tendo uma entrada, acoplada ao conduto (107), para o fluido contendo hidrocarbonetos, uma saída de sólidos para emitir partículas sólidas separadas pelo separador de sólidos (108) do fluido contendo hidrocarbonetos, e uma saída de fluido (111) para emitir fluido contendo hidrocarbonetos separado pelo separador de sólidos (108) das partículas sólidas; e um conduto de emissão (113), acoplado à saída de fluido (111), para transportar o fluido contendo hidrocarbonetos da saída de fluido (111) para uma linha de produção (115) afixada à cabeça de poço (102), caracterizado pelo fato de que o aparelho compreende adicionalmente um adaptador de fluxo (103) que é adaptado para ser instalado na cabeça de poço (102), em que o adaptador de fluxo (103) provê um primeiro conduto de fluxo para passagem através do mesmo de um primeiro fluxo (101) que compreende fluido contendo hidrocarbonetos contendo partículas sólidas que passam através da cabeça de poço (102) até o conduto (107) e um segundo conduto de fluxo, conectado entre o conduto de emissão (113) e a linha de produção (115), para passagem através do mesmo de um segundo fluxo (114) que compreende o fluido contendo hidrocarbonetos que foi separado das partículas sólidas, em que o primeiro e o segundo condutos de fluido são configurados para evitar a mistura do primeiro e o segundo fluxos (101, 114).
2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma unidade de coleta de partículas sólidas (110) localizada abaixo do separador de sólidos (108), de modo que as partículas sólidas separadas do separador de sólidos (108) passem sob a ação da gravidade para, e sejam coletadas na, unidade de coleta de partículas sólidas (110), opcionalmente em que o aparelho compreende adicionalmente um dispositivo de pesagem (705) para pesar as partículas sólidas separadas na unidade de coleta de partículas sólidas (110), opcionalmente ainda em que o aparelho compreende adicionalmente um sistema de descarga por fluidização (117, 109) localizado na adjacência da unidade de coleta de partículas sólidas (110) para descarga de partículas sólidas da unidade de coleta de partículas sólidas (110) e o aparelho compreende adicionalmente um controlador (707) para o sistema de descarga por fluidização, o controlador (707) sendo arranjado para operar o sistema de descarga por fluidização (117, 109) com base em um peso de sólidos na unidade de coleta de partículas sólidas (110) detectado pelo dispositivo de pesagem (705).
3. Aparelho de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente pelo menos uma válvula de isolamento (109) entre o separador de sólidos (108) e a unidade de coleta de partículas sólidas (110), a pelo menos uma válvula de isolamento (109) sendo operável para fechar e isolar a unidade de coleta de partículas sólidas (110) do separador de sólidos (108).
4. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o conduto (107) incorpora, em uma extremidade de entrada do mesmo, um flange (104) para conexão com um flange correspondente (104) da cabeça de poço (102) ou do tubo ascendente (105), e/ou em que o conduto (107) incorpora, em uma extremidade fechada do mesmo, um flange cego (106) para fechar a extremidade fechada, a entrada para o fluido contendo hidrocarbonetos estando localizada a montante, em relação ao fluxo de fluido ao longo do conduto (107), da extremidade fechada.
5. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o adaptador de fluxo (103) compreende um elemento tubular tendo um par de vedações anulares (501), cada vedação anular sendo localizada em uma respectiva extremidade oposta do elemento tubular, as vedações anulares (501) sendo adaptadas de modo vedante para engatar uma superfície interna da cabeça de poço (102) e o elemento tubular tendo uma parte central com uma área de seção transversal menor do que a cabeça de poço (102).
6. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de separadores de sólidos (108) em comunicação fluídica com o conduto (107), os separadores de sólidos (108) sendo arranjados em uma configuração paralela, cada separador de sólido (108) tendo uma respectiva entrada acoplada ao conduto (107) e uma respectiva saída de fluido (111), a pluralidade de saídas de fluido (111) sendo conectadas a um coletor ao qual o conduto de emissão (113) está conectado.
7. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o conduto de emissão é adaptado para ser conectado a uma linha de matar (602) da cabeça de poço (102).
8. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o separador de sólidos (108) é um hidrociclone.
9. Instalação de produção de óleo e/ou gás, caracterizada pelo fato de que incorpora o aparelho como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8 suportado em uma cabeça de poço (102) ou em um tubo ascendente (105) conectado a uma cabeça de poço (102).
10. Método para separar partículas sólidas de um fluido contendo hidrocarbonetos produzido a partir de uma instalação de produção de óleo e/ou gás, compreendendo as etapas de: (i) passar um fluido contendo hidrocarbonetos contendo partículas sólidas de uma cabeça de poço (102) para um conduto (107) suportado na, e afixada à, cabeça de poço (102) ou um tubo ascendente (105) conectado à cabeça de poço (102); (ii) passar o fluido contendo hidrocarbonetos contendo partículas sólidas do conduto (107) para um separador de sólidos (108), montado no conduto (107), através de uma entrada do separador de sólidos (108); (iii) separar partículas sólidas do fluido contendo hidrocarbonetos no separador de sólidos (108); (iv) emitir partículas sólidas separadas através de uma saída de sólidos do separador de sólidos (108); e (v) emitir, através de um conduto de emissão (113) para uma linha de produção (115) afixada à cabeça de poço (102), o conduto de emissão (113) sendo acoplado a uma saída de fluido (111) do separador de sólidos (108), o fluido contendo hidrocarbonetos que foi separado das partículas sólidas pelo separador de sólidos (108), caracterizado pelo fato de que um adaptador de fluxo (103) é instalado na cabeça de poço (102), em que o adaptador de fluxo (103) provê um primeiro conduto de fluxo para passagem através do mesmo de um primeiro fluxo (101) compreendendo o fluido contendo hidrocarbonetos contendo partículas sólidas passando através da cabeça de poço (102) para o conduto (107) e um segundo conduto de fluxo, conectado entre o conduto de emissão (113) e a linha de produção (115), para passagem através do mesmo de um segundo fluxo (114) compreendendo o fluido contendo hidrocarbonetos que foi separado das partículas sólidas, em que o primeiro e o segundo condutos de fluxo estão configurados para evitar a mistura dos primeiro e segundo fluxos (114) e, na etapa (i), o fluido contendo hidrocarbonetos contendo partículas sólidas passa através do primeiro conduto de fluxo e, na etapa (v), o fluido contendo hidrocarbonetos que foi separado das partículas sólidas pelo separador de sólidos (108) passa através do segundo conduto de fluxo.
11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de coletar as partículas sólidas separadas em uma unidade de coleta de partículas sólidas (110) acoplada à saída de sólidos.
12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de pesagem contínua ou intermitente de uma quantidade de partículas sólidas separadas coletadas na unidade de coleta de partículas sólidas (110), opcionalmente compreendendo adicionalmente a etapa de descarregar as partículas sólidas separadas da unidade de coleta de partículas sólidas (110) usando um sistema de descarga por fluidização (117, 109), opcionalmente ainda (i) compreendendo adicionalmente a etapa de direcionar um fluxo de água através do sistema de descarga por fluidização (117, 109) de acordo com o peso das partículas sólidas separadas na unidade de coleta de partículas sólidas (110), e/ou (ii) compreendendo adicionalmente a etapa de isolar a unidade de coleta de partículas sólidas (110) do separador de sólidos (108) antes de descarregar as partículas sólidas separadas da unidade de coleta de partículas sólidas (110) usando pelo menos uma válvula de isolamento (109).
13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizado pelo fato de que o adaptador de fluxo (103) compreende um elemento tubular tendo um par de vedações anulares (501), cada vedação anular sendo localizada em uma respectiva extremidade oposta do elemento tubular, as vedações anulares (501) engatando de modo vedante uma superfície interna da cabeça de poço (102) e o elemento tubular tendo uma parte central com uma área transversal menor do que a cabeça de poço (102).
14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, caracterizado pelo fato de que: (A) a cabeça de poço (102) tem uma linha de matar (602) e o conduto de emissão (113) é conectado à linha de matar (602), opcionalmente em que a etapa (v) compreende adicionalmente transportar o fluido contendo hidrocarbonetos que foi separado dos sólidos separados pelo separador de sólidos (108) através da cabeça de poço (102) por meio da linha de matar (602) até a linha de produção (115); ou (B) o método separa continuamente partículas sólidas de um fluxo contínuo de um fluido contendo hidrocarbonetos produzido a partir de uma instalação de produção de óleo e/ou gás.
15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 14, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade dos separadores de sólidos (108) é provida em comunicação fluídica com o conduto (107), os separadores de sólidos (108) sendo arranjados em uma configuração paralela, cada separador de sólido (108) tendo uma respectiva entrada acoplada ao conduto (107) e uma respectiva saída de fluido (111), a pluralidade de saídas de fluido sendo conectada a um coletor ao qual o conduto de emissão (113) está conectado, opcionalmente em que por pelo menos uma porção do método de separação de partículas sólidas de um fluido contendo hidrocarbonetos produzido a partir de uma instalação de produção de óleo e/ou gás, pelo menos um da pluralidade dos separadores de sólidos (108) está um modo de separação enquanto pelo menos um outro da pluralidade dos separadores de sólidos (108) está em um modo de descarga de sólidos, opcionalmente ainda em que cada um da pluralidade dos separadores de sólidos (108) alterna entre um modo de separação e um modo de descarga de sólidos.
16. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 15, caracterizado pelo fato de que o separador de sólidos (108) é um hidrociclone.
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