BR112019024920B1 - Cruzamento de um separador de gás de bomba submersa elétrica e método para separar um fluido pobre em gás, de densidade mais alta de um fluido rico em gás, de densidade mais baixa - Google Patents

Abstract

Sistema, método e aparelho de cruzamento para separadores de gás de bomba submersa elétrica (ESP). Um cruzamento de um separador de gás de bomba submersível elétrica (ESP) inclui uma primeira via helicoidal que guia o fluido de densidade mais alta que se estende a um ângulo de 10° a 40° em relação a um plano horizontal ao cruzamento, a primeira via helicoidal acoplada fluidamente a um rolamento de aranha incluindo palhetas em forma crescente que removem o impulso de rotação do fluido de alta densidade, uma segunda via helicoidal para fluido de densidade mais baixa que intersecta tangencialmente uma camisa de cruzamento, a primeira via helicoidal e a segunda via helicoidal definidas por um canal que possui aberturas em forma de lágrima na camisa de cruzamento que definem as portas de saída do canal que saem para um espaço anular de revestimento e aberturas em forma de lágrima em uma saia de cruzamento que definem uma entrada de canal, onde a primeira via helicoidal está ao redor do canal e a segunda via helicoidal está através de um interior do canal.

Description

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO 1. CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] Modalidades da invenção aqui descritas pertencem ao campo de separadores de gás para bombas submersíveis elétricas. Mais particularmente, mas não a título limitativo, uma ou mais modalidades da invenção permitem um sistema, método e aparelho de cruzamento para um separador de gás submersível elétrico.

2. DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

[0002] Fluidos, como gás, óleo ou água, geralmente estão localizados em formações subterrâneas. Nessas situações, o fluido deve ser bombeado para a superfície para poder ser coletado, separado, refinado, distribuído e/ou vendido. Bombas centrífugas são normalmente usadas em aplicações de bombas submersíveis elétricas (ESP) para elevar fluidos para a superfície. As bombas centrífugas transmitem energia a um fluido, acelerando-o através de um impulsor rotativo pareado com um difusor estacionário, denominado “estágio”. As bombas centrífugas de múltiplos estágios usam vários estágios de pares de impulsor e difusor para aumentar ainda mais a elevação da pressão.

[0003] Um desafio para a operação ESP econômica e eficiente é bombear fluido carregado de gás. Ao bombear fluido carregado de gás, o gás pode se separar do outro fluido devido ao diferencial de pressão criado quando a bomba está em operação. Se houver uma fração de volume de gás suficientemente alta (GVF), geralmente em torno de 10% a 15%, a bomba poderá sofrer uma diminuição na eficiência e na capacidade ou na cabeça (escorregamento). Se o gás continuar se acumulando no lado de sucção do impulsor, ele poderá bloquear completamente a passagem de outro fluido pela bomba centrífuga. Quando isso ocorre, diz-se que a bomba está “bloqueada a gás”, pois o funcionamento adequado da bomba é impedido pelo acúmulo de gás.

[0004] ESPs convencionais geralmente incluem um separador de gás conectado abaixo da bomba centrífuga, na tentativa de separar o gás do fluido multifásico antes que o gás atinja a bomba. Os dois tipos mais comuns de separador de gás são o tipo vórtice e o tipo rotativo. Os separadores de tipo vórtice e rotativo separam o gás do fluido do poço por inércia de rotação antes de o fluido entrar na bomba. Essa separação centrífuga força o fluido pobre em gás, de densidade mais alta, para fora, enquanto o fluido rico em gás, de densidade mais baixa, permanece para dentro, próximo ao eixo. Em seguida, o fluido se desloca para um cruzamento, que divide as duas correntes de fluido. O fluido rico em gás, de densidade mais baixa, sai para o espaço anular do revestimento entre o conjunto ESP e o revestimento do poço, enquanto o fluido pobre em gás, de densidade mais alta, é guiado para a bomba centrífuga.

[0005] Como os separadores de gás usam a inércia do movimento de rotação para separar o fluido, o fluido que entra no cruzamento está girando. Uma vez que o cruzamento direciona fluido rico em gás e fluido pobre em gás em direções diferentes, o fluido giratório muda abruptamente de direção dentro do cruzamento convencional. As mudanças bruscas de direção resultam em turbulência perturbadora que degrada a eficiência do separador de gás. A turbulência impede o fluxo de fluido, fazendo com que o gás se acumule e coalhe em bolhas dentro do cruzamento convencional. As bolhas de gás podem ficar presas no fluido que entra na bomba, levando ao bloqueio do gás. Além disso, o fluido rico em gás, de densidade mais baixa, sendo direcionado para o espaço anular do revestimento perde prontamente o impulso, muitas vezes impedindo que o gás atinja o espaço anular do revestimento.

[0006] Convencionalmente, a trajetória de fluido pobre em gás, de densidade mais baixa, que flui em direção à bomba centrífuga também inclui curvas acentuadas à medida que o fluido de densidade mais alta circunavega em torno das portas de ventilação do fluido de densidade mais baixa. A turbulência induzida causa colisões entre o fluido de densidade mais alta e as paredes da passagem de cruzamento. Como o fluido de densidade mais alta geralmente é carregado com sólidos abrasivos, o resultado são alterações de pressão interna, danos erosivos e bloqueio de escala dentro do cruzamento convencional.

[0007] Ainda outro problema com cruzamentos convencionais, é que o fluido de densidade mais alta que sai do cruzamento retém o impulso de rotação restante, às vezes chamado de “pré-rotação”. A pré-rotação do fluido na entrada da bomba limitará as palhetas do impulsor da bomba de atravessar o fluido de produção e fornecer o fluido a jusante. Como resultado, a pré-rotação do fluido do poço degradará a eficiência e o desempenho geral da bomba, o que pode limitar a taxa de produção do conjunto ESP.

[0008] Como é aparente acima, os cruzamentos convencionais empregados em separadores de gás sofrem de várias deficiências. Portanto, é necessário um aparelho, método e sistema de cruzamento aprimorado para um separador de gás submersível elétrico.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0009] Uma ou mais modalidades da invenção permitem um aparelho, método e sistema de cruzamento para um separador de gás submersível elétrico.

[0010] Um aparelho, método e sistema de cruzamento para um submersível elétrico como separador é descrito. Uma modalidade ilustrativa de um cruzamento de um separador de gás de bomba submersível elétrica (ESP) inclui um canal em forma de lágrima que se estende helicoidalmente entre e através de uma saia de cruzamento em uma entrada para o canal, a saia de cruzamento para dentro de uma camisa de cruzamento, a camisa de cruzamento em uma saída do canal, a saída do canal acima da entrada do canal e a forma de lágrima do canal tendo um lado arredondado oposto a um lado pontiagudo e uma superfície de canal de topo que se estende entre eles, em que a superfície de canal de topo se estende entre dez graus e quarenta graus para cima a partir do lado pontiagudo, e o canal que define uma primeira passagem helicoidal dentro do canal para fluido rico em gás, de densidade mais baixa, que flui dentro da passagem, em que a primeira passagem helicoidal cruza tangencialmente a camisa de cruzamento e uma segunda passagem helicoidal ao redor do canal para fluido pobre em gás, de densidade mais baixa, fluindo para fora das passagens e um rolamento de aranha fluidamente acoplado ao fluido pobre em gás, de densidade mais alta, a jusante da segunda passagem helicoidal, o rolamento de aranha incluindo uma pluralidade de palhetas de aranha em forma crescente que se estendem radialmente para fora de um cubo de rolamento de aranha, as palhetas de aranha em forma crescente tendo uma superfície côncava que recebe fluido de entrada pobre em gás, de densidade mais alta. Em algumas modalidades, a camisa de cruzamento é presa dentro de um alojamento de separador de gás a jusante de um de um gerador rotativo ou de vórtice. Em certas modalidades, a saída do canal é alinhada com uma porta de alojamento através do alojamento de separador de gás, de modo que a saída do canal seja fluidamente acoplada a um espaço anular de revestimento. Em algumas modalidades, a entrada do canal é posicionada em uma porção de topo côncava da saia de cruzamento. Em certas modalidades, a posição da entrada do canal na porção de topo côncava da saia de cruzamento curva a entrada do canal para alinhar tangencialmente com a curvatura do fluido rico em gás, de densidade mais baixa, que entra na entrada do canal. Em algumas modalidades, cada entrada de canal é 10-70% maior que as portas de entrada convencionais em projetos de separadores de gás convencionais comparáveis. Em certas modalidades, uma superfície superior de uma parede de topo do canal se estende de dez a quarenta graus da horizontal e guia um fluido pobre em gás, de densidade mais alta, na mesma trajetória. Em algumas modalidades, cada canal se curva à medida que o canal se estende para cima da saia de cruzamento até a camisa de cruzamento. Em certas modalidades, o canal intersecta tangencialmente a camisa. Em algumas modalidades, a interseção tangencial guia o fluido para fora da saída de cruzamento tangencialmente para uma parede interna da camisa de cruzamento. Em certas modalidades, o rolamento de aranha transmite impulso axial no fluido de saída pobre em gás, de densidade mais alta, que flui pelas passagens. Em algumas modalidades, o rolamento de aranha fornece suporte radial a um eixo que se estende centralmente através do cruzamento. Em certas modalidades, o fluido rico em gás, de densidade mais alta, é distribuído a uma bomba centrífuga com GVF mais baixo e pré-rotação reduzida.

[0011] Uma modalidade ilustrativa de um cruzamento de um separador de gás de bomba submersível elétrica (ESP) inclui uma primeira via helicoidal que guia o fluido de densidade mais alta, pobre em gás em um ângulo de 10 a 40 graus em relação a um plano horizontal, à medida que o fluido de densidade mais alta, pobre em gás se desloca através do cruzamento, a primeira via helicoidal acoplada fluidamente a um rolamento de aranha, incluindo palhetas em forma crescente que removem o impulso de rotação do fluido de densidade mais alta, pobre em gás, à medida que o fluxo de densidade mais alta, pobre em gás, sai do cruzamento; e uma segunda via helicoidal que guia o fluido de densidade mais baixa, rico em gás, tangencialmente através das portas de saída do cruzamento que saem para um espaço anular de revestimento e a primeira via helicoidal e a segunda via helicoidal definidas por um canal com aberturas em forma de lágrima em uma camisa de cruzamento que define as portas de saída e as aberturas em forma de lágrima na saia de cruzamento que definem uma entrada para o canal, onde a primeira via helicoidal está ao redor do canal e a segunda via helicoidal está através de um interior do canal. Em algumas modalidades, as aberturas em forma de lágrima na saia de cruzamento são posicionadas em uma porção de topo côncava da saia. Em certas modalidades, a orientação curva das aberturas em forma de gota de lágrima que se estendem ao redor da porção de topo côncava da saia fornece ao fluido rico em gás, de densidade mais baixa, uma entrada orientada tangencialmente à passagem helicoidal de fluido pobre em gás. Em algumas modalidades, cada abertura em forma de lágrima na saia de cruzamento é 10-70% maior na área de superfície do que as aberturas convencionais da saia de cruzamento. Em certas modalidades, uma superfície de topo do canal se estende para cima a dez a quarenta graus da horizontal e guia o fluido pobre em gás, de densidade mais alta, para cima na mesma trajetória. Em algumas modalidades, o canal intersecta tangencialmente a camisa. Em certas modalidades, o rolamento de aranha transmite impulso axial para o fluido pobre em gás, de densidade mais alta, que se desloca pelas passagens e continua além do rolamento de aranha. Em algumas modalidades, o rolamento de aranha fornece suporte radial a um eixo de acionamento que se estende através do cruzamento. Em certas modalidades, o cruzamento de um separador de gás ESP inclui uma pluralidade de canais.

[0012] Uma modalidade ilustrativa de um método de separação de fluido pobre em gás densidade mais alta de fluido rico em gás, de densidade mais baixa, em um separador de gás que opera para separar o fluido multifásico por inércia de rotação inclui manter uma trajetória helicoidal de fluido rico em gás, de densidade mais baixa, enviando o fluido rico em gás, de densidade mais baixa, através de um interior de um canal em forma de lágrima que se expande helicoidalmente, que ventila para um espaço anular revestimento, preservando uma trajetória helicoidal de fluido pobre em gás, de densidade mais alta, enviando o fluido pobre em gás, de densidade mais alta, ao redor do canal helicoidal e removendo o impulso de rotação do fluido pobre em gás, de densidade mais alta, após o fluido pobre em gás de densidade mais ala passar em torno do canal helicoidal, guiando o fluido pobre em gás, de densidade mais alta, através de um rolamento de aranha com palhetas em forma crescente e superfície côncava que se curva em uma direção oposta à direção de rotação do fluido pobre em gás, de densidade mais alta,. Em certas modalidades, o método inclui ainda distribuir fluido pobre em gás, de densidade mais alta, a uma entrada de bomba com menor impulso de rotação e GVF do que o fluido que entra no separador de gás.

[0013] Em outras modalidades, as características de modalidades específicas podem ser combinadas com características de outras modalidades. Por exemplo, as características de uma modalidades podem ser combinadas com características de qualquer uma das outras modalidades. Em outras modalidades, características adicionais podem ser adicionadas às modalidades específicas aqui descritas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0014] Vantagens da presente invenção podem tornar-se evidentes para os versados na técnica, com o benefício da seguinte descrição detalhada e com referência aos desenhos em anexo, nos quais:

[0015] A FIG. 1 é uma vista em perspectiva de um conjunto de bomba submersível elétrica (ESP) de uma modalidade ilustrativa.

[0016] A FIG. 2 é uma vista em seção transversal de um separador de gás de uma modalidade ilustrativa.

[0017] As FIGS. 3A-3B são vistas em corte transversal de uma câmara de separação e cruzamento de uma modalidade ilustrativa.

[0018] A FIG. 4 é uma vista em elevação lateral de um cruzamento exemplificativo de uma modalidade ilustrativa.

[0019] A FIG. 5 é uma vista em elevação lateral de uma saia exemplificativa de uma modalidade ilustrativa.

[0020] A FIG. 6A é uma vista plana de fundo de um cruzamento exemplificativo de uma modalidade ilustrativa.

[0021] A FIG. 6B é uma vista em seção transversal de um cruzamento exemplificativo de uma modalidade ilustrativa.

[0022] A FIG. 6C é uma vista em perspectiva de uma saia exemplificativa de uma modalidade ilustrativa.

[0023] A FIG. 6D é uma vista em perspectiva de um cruzamento exemplificativo de uma modalidade ilustrativa.

[0024] A FIG. 6E é uma vista em perspectiva de um cruzamento exemplificativo com camisa ajustável de uma modalidade ilustrativa.

[0025] A FIG. 6F é outra vista em perspectiva de um cruzamento exemplificativo com camisa ajustável de uma modalidade ilustrativa.

[0026] A FIG. 6G é ainda outra vista em perspectiva de um cruzamento exemplificativo com camisa ajustável de uma modalidade ilustrativa.

[0027] A FIG. 7A é uma vista em perspectiva de um rolamento de aranha exemplificativo de uma modalidade ilustrativa.

[0028] A FIG. 7B é uma vista em elevação lateral de um rolamento de aranha exemplificativo de uma modalidade ilustrativa.

[0029] A FIG. 7C é uma vista plana de topo de um rolamento de aranha exemplificativo de uma modalidade ilustrativa.

[0030] Embora a invenção seja susceptível a várias modificações e formas alternativas, modalidades específicas dos mesmos são mostradas a título de exemplo nos desenhos e podem ser descritas em detalhes aqui. Os desenhos podem não estar em escala. Deve ser entendido, no entanto, que as modalidades aqui descritas e mostradas nos desenhos não se destinam a limitar a invenção à forma particular divulgada, mas pelo contrário, a intenção é cobrir todas as modificações, equivalentes e alternativas abrangidas pelo âmbito da presente invenção como definido pelas reivindicações anexas.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0031] É descrito um sistema, método e aparelho de cruzamento para um separador de gás submersível elétrico. Na seguinte descrição exemplificativa, numerosos detalhes específicos são apresentados a fim de proporcionar uma compreensão mais completa das modalidades da invenção. Será, no entanto, evidente para um versado da técnica comum que a presente invenção pode ser praticada sem incorporar todos os aspectos dos detalhes específicos aqui descritos. Em outros casos, características específicas, quantidades, ou medições bem conhecidas dos versados comuns na técnica não foram descritas em detalhes de modo a não obscurecer a invenção. Os leitores devem notar que, embora os exemplos da invenção sejam aqui apresentados, as reivindicações e o escopo completo de quaisquer equivalentes são os que definem os limites e os limites da invenção.

[0032] Conforme utilizado neste relatório descritivo e nas reivindicações anexas, as formas singulares “um”, “uma” e “o(a)” incluem referentes no plural, a menos que o contexto dite claramente o contrário. Assim, por exemplo, a referência a uma “abertura” inclui uma ou mais aberturas.

[0033] “Acoplado” refere-se a uma conexão direta ou indireta (por exemplo, pelo menos uma conexão intermediária) entre um ou mais objetos ou componentes. A frase “diretamente ligado” significa uma conexão direta entre objetos ou componentes.

[0034] Conforme utilizado neste documento, o termo “externo”, “exterior” ou “para fora” significa a direção radial do centro do eixo de um elemento de montagem ESP, como um separador de gás e/ou a abertura de um componente através de qual o eixo se estenderia.

[0035] Conforme utilizado neste documento, o termo “interior”, “interno” ou “para dentro” significa a direção radial em direção ao centro do eixo de um elemento de montagem ESP, como um separador de gás e/ou a abertura de um componente através do qual o eixo se estenderia.

[0036] Conforme utilizado neste documento, os termos “axial”, “axialmente”, “longitudinal” e “longitudinalmente” referem-se de forma intercambiável à direção que se estende ao longo do comprimento do eixo de um componente de conjunto ESP, como uma entrada ESP, bomba centrífuga de múltiplos estágios, seção de vedação, separador de gás ou bomba de carga.

[0037] “A jusante” refere-se à direção substancialmente com o fluxo principal de fluido de trabalho quando o conjunto da bomba está em operação. A título de exemplo, mas não de limitação, em um conjunto ESP vertical de fundo de poço, a direção a jusante pode ser em direção à superfície do poço. O “topo” de um elemento refere-se ao lado mais a jusante do elemento.

[0038] “A montante” refere-se à direção substancialmente oposta ao fluxo principal de fluido de trabalho quando o conjunto da bomba está em operação. A título de exemplo, mas não de limitação, em um conjunto ESP vertical de fundo de poço, a direção a montante pode ser oposta à superfície do poço. O “fundo” de um elemento refere-se ao lado mais a montante do elemento.

[0039] “Lágrima” refere-se a uma forma com um lado ou extremidade mais larga e arredondada, oposta a um lado ou extremidade cônica e/ou pontiaguda.

[0040] Para facilitar a descrição e não obscurecer a invenção, modalidades ilustrativas são descritas principalmente com referência a um motor operando a ou em torno de 60 Hz, o que corresponde teoricamente a uma rotação do eixo de acionamento de cerca de 3600 rotações por minuto (RPM). Modalidades ilustrativas podem, portanto, incluir geometria que é baseada em cerca de 3550 RPM de energia transmitida no fluido do poço durante a operação, o que é responsável por escorregamento e outras perdas de energia no fluido rotativo que retardam a rotação. No entanto, modalidades ilustrativas não são tão limitadas e podem ser igualmente aplicadas a ESPs operando em qualquer lugar de 30 Hz a 70Hz e a velocidade de rotação resultante do eixo de acionamento e/ou fluido.

[0041] Modalidades ilustrativas podem reduzir a turbulência no fluido que flui através do cruzamento de um separador de gás, melhorando a geometria das passagens do cruzamento. Uma ou mais das melhorias das modalidades ilustrativas podem aumentar a eficiência do cruzamento, bem como o desempenho geral do separador de gás, melhorando assim a eficiência da bomba centrífuga. Modalidades ilustrativas podem guiar fluido rico em gás, de densidade mais baixa, em direção ao anel de revestimento para ventilação com impulso melhorado e uma probabilidade reduzida de reentrada de gás e o bloqueio de gás resultante. Modalidades ilustrativas podem fornecer fluido pobre em gás, de densidade mais alta, a uma bomba centrífuga com pré-rotação reduzida, o que pode melhorar a eficiência e o desempenho geral da bomba. Modalidades ilustrativas podem reduzir o bloqueio de escala, a erosão e os danos por abrasão resultantes de um fluido pobre em gás, de densidade mais alta, que transporta areia para o separador de gás.

[0042] Modalidades ilustrativas podem fornecer:(1) um ângulo ou trajetória específica para fluido pobre em gás, de densidade mais alta, que flui através do cruzamento de modalidades ilustrativas, criando menos resistência e turbulência no fluxo, (2) portas de saída comunicadas tangenciais no caminho da câmara de fluxo rico gás, de densidade mais baixa, rico em gás do cruzamento, que também pode fornecer menor resistência e turbulência, e (3) um suporte de rolamento de aranha no cruzamento projetado para injetar um componente de não rotação no fluido pobre em gás, de densidade mais alta, que sai do cruzamento, o que pode aumentar a eficiência da bomba a jusante.

[0043] Modalidades ilustrativas podem incluir uma pluralidade de canais em forma de lágrima, cujos canais definem uma primeira passagem helicoidal dentro de cada canal para o fluido rico em gás, de densidade mais baixa, e uma segunda passagem helicoidal ao redor do exterior de cada canal para o fluido pobre em gás, de densidade mais alta. As primeira e segunda passagens helicoidais podem guiar as correntes de fluido correspondentes para dentro e para fora das passagens com um componente tangencial que fornece ângulos de entrada e saída suaves para o fluido, o que pode reduzir a turbulência, a reentrada de gás, a erosão e/ou o desgaste abrasivo. A superfície de topo e superior do canal pode servir como uma parede de suporte para o fluido pobre em gás, de densidade mais alta, cuja parede de suporte pode ser inclinada para guiar o fluido pobre em gás suavemente para cima em um ângulo de 10-40° em relação a um plano horizontal, como em comparação com ângulos mais íngremes dos cruzamentos convencionais que são tipicamente 45°. Uma entrada da primeira passagem helicoidal dentro do canal, formada na interseção entre cada canal e a saia de cruzamento, pode se estender ao longo de uma seção de topo côncava da saia e pode ser 10-70% maior na área de superfície do que aberturas convencionais em projetos de cruzamento convencionais comparáveis, cujas entradas podem guiar fluidos ricos em gás com um ângulo de entrada suave para a primeira passagem helicoidal. Uma primeira saída da passagem helicoidal pode ser formada em uma interseção tangencial entre cada canal e a camisa de cruzamento, cuja interseção tangencial pode permitir que a saída da passagem guie fluido rico em gás para fora da primeira passagem helicoidal com um ângulo de saída suave. Modalidades ilustrativas podem incluir um rolamento de aranha modificado fluidamente acoplado ao fluido pobre em gás, de densidade mais alta, que sai das segundas passagens helicoidais. O rolamento de aranha de modalidades ilustrativas pode incluir palhetas em forma crescente com uma superfície côncava que recebe fluido recebido e remove o impulso de rotação do fluido pobre em gás, elevando o fluido para cima em uma direção cada vez mais axial. As palhetas com rolamento de aranha podem fornecer impulso axial para o fluido pobre em gás, de densidade mais alta, o que pode impedir a pré-rotação em uma bomba centrífuga a jusante. O rolamento de aranha de modalidades ilustrativas pode fornecer suporte radial ao eixo de acionamento, o que pode impedir danos que limitam a operação ao conjunto ESP.

[0044] Modalidades ilustrativas podem incluir um conjunto de elevação artificial, como um conjunto de ESP, que pode estar localizado no fundo do poço abaixo da superfície do solo. A FIG. 1 mostra um conjunto ESP exemplificativo 100. O conjunto ESP 100 pode ser posicionado dentro do revestimento de poço 105, o qual pode separar o conjunto ESP 100 de uma formação subterrânea. O fluido de poço pode entrar no revestimento 105 através das perfurações 110 e se desloca a jusante dentro do espaço anular do revestimento 155 para as portas de entrada 115. As portas de entrada 115 podem servir como entrada para a bomba ESP 120 e podem estar localizadas em uma seção de entrada ESP ou podem ser parte integrante do separador de gás 125. O separador de gás 125 pode ser um separador de vórtice ou rotativo e pode servir para separar o gás do fluido do poço antes de entrar na bomba ESP 120. O motor 130 pode ser um motor elétrico submersível que opera para girar a bomba ESP 120 e pode, por exemplo, ser um motor de indução bipolar e trifásico de gaiola de esquilo. A seção de vedação 135 pode ser um protetor de motor, servindo para equalizar a pressão e manter o óleo do motor separado do fluido do poço. A Bomba ESP 120 pode ser uma bomba centrífuga de múltiplos estágios e pode levantar fluido para a superfície 140. A tubagem de produção 145 pode transportar fluido bombeado para a superfície 140 e depois para uma tubulação, tanque de armazenamento, veículo de transporte e/ou outros meios de armazenamento, distribuição ou transporte. Em poços gasosos, a bomba de carga 150 pode ser empregada entre a bomba primária 120 e o separador de gás 125 como uma bomba em tandem inferior para impulsionar o fluido antes de entrar na bomba de produção 120.

[0045] A FIG. 2 mostra um separador de gás exemplificativo de uma modalidade ilustrativa. O separador de gás 125 pode incluir de montante a jusante, seção de entrada 200, câmara de separação 205 e cruzamento 210. As portas de entrada 115 podem ser espaçadas circunferencialmente em torno da seção de entrada 200 e servir como a entrada de fluido no conjunto ESP 100. O fluido de poço multifásico pode entrar nas portas de entrada 115 a partir do espaço anular de revestimento 155 e se deslocar a jusante através da câmara de separação 205. Enquanto dentro da câmara de separação 205, o fluido de poço pode ser separado por inércia de rotação em fluido pobre em gás, de densidade mais alta e fluido rico em gás, de densidade mais baixa. O alojamento 225 pode separar a câmara de separação 205 e/ou o separador de gás 125 do espaço anular de revestimento 155 e pode servir como uma estrutura de suporte que transmite cargas axiais através do separador de gás 125. As portas de alojamento 220 podem ser espaçadas em torno do alojamento 225 e podem permitir que o fluido rico em gás, de densidade mais baixa, saia do separador de gás 125 e ventile no espaço anular do revestimento 155. O eixo 215 pode ser girado pelo motor ESP 130 (através do eixo intermediário da seção de vedação 135) e se estender longitudinalmente e centralmente através do separador de gás 125.

[0046] O eixo helicoidal 230 pode ser chaveado no eixo separador de gás 215 e pode conferir impulso axial ao fluido de poço multifásico que se desloca através da câmara de separação 205. A broca 230 pode ser uma broca de palheta de alto ângulo ou elemento móvel de fluido semelhante. Em algumas modalidades, um impulsor e/ou estágio pode ser utilizado no lugar da broca 230. Nos separadores de gás do tipo vórtice 125, um ou mais geradores de vórtice 235 podem ser incluídos a jusante da broca 230. O gerador de vórtice 235 pode ser chaveado no eixo 215 e pode girar com o eixo 215. O gerador 235 pode conferir fluido de poço multifásico com uma trajetória em forma de vórtice através da câmara de separação 205, que pode separar o fluido multifásico no respectiva fluido pobre em gás, de densidade mais alta 305 e fluido rico em gás, de densidade mais baixa 300 por inércia de rotação. Em algumas modalidades, o separador de gás 125 pode ser um separador do tipo rotativo e pode incluir um gerador rotativo em vez de vórtice 235.

[0047] A partir da câmara de separação 205, o fluido multifásico pode prosseguir para o cruzamento 210, onde fluido rico em gás, de densidade mais baixa, 300 pode ser ventilado para o espaço anular do revestimento 155, enquanto fluido pobre em gás, de densidade mais alta 305 pode continuar a bombear 120. Conforme mostrado nas FIGS. 3A-3B, devido à inércia de rotação, corrente de fluido rico em gás, de densidade mais baixa, 300 pode gravitar perto do eixo 215, fluindo dentro da saia 315 do cruzamento 210. O fluido pobre em gás, de densidade mais alta, 305 pode gravitar para fora e se deslocar para o espaço entre a camisa 310 e a saia 315.

[0048] Para fins ilustrativos nas FIGs. 3A-3B, as correntes de fluido 300, 305 são mostradas fluindo em uma direção a jusante direta, no entanto, como resultado do gerador de vórtice 235 ou rotativo, ambas as correntes também estão girando enquanto fluem a jusante e, como resultado, podem adotar uma trajetória helicoidal, em forma de parafuso e/ou em espiral através do cruzamento 210. Essa trajetória helicoidal pode ser composta de um componente axial a jusante combinado com um componente de rotação em torno de um eixo geométrico longitudinal central e/ou eixo 215. O componente de rotação pode seguir uma direção no sentido horário ou anti-horário, dependendo da direção de rotação do eixo 215. Exemplos de trajetórias de fluxo direcionadas helicoidalmente para fluido pobre em gás, de densidade mais alta, 305 e corrente e fluido rico em gás, de densidade mais baixa 300 são ilustrados nas FIGs. 6A-6G. Neste exemplo, o componente de rotação de ambas as correntes de fluido helicoidal 300, 305 pode ser direcionado no sentido anti- horário, por exemplo, seguindo o sentido de rotação no sentido anti-horário 615 na FIG. 6A. Além disso, a velocidade de rotação das correntes de fluido 300, 305 pode ser determinada pela velocidade de rotação do eixo 215 e/ou do motor ESP 130. Correntes de fluido 300, 305 nas FIGs. 6A-6D podem estar girando a cerca de 3550 RPM, resultante da operação do conjunto ESP 100 a 60 Hz. No entanto, modalidades ilustrativas podem ser igualmente aplicadas a um conjunto ESP operando em qualquer lugar de 30 Hz a 70 Hz e acionando a rotação do fluido de poço em velocidades de rotação mais altas ou mais baixas a 3550 RPM.

[0049] Voltando às FIGs. 6C-6D, o cruzamento 210 de modalidades ilustrativas pode incluir uma pluralidade de canais em forma de lágrima 600 orientados para seguir as trajetórias de fluxo helicoidais das correntes de fluido 300, 305 para reduzir e/ou prevenir de forma benéfica a turbulência e/ou a acumulação de gás com redução de eficiência. Uma primeira passagem helicoidal 630 pode se estender através do interior de cada canal 600 e pode guiar fluido rico em gás, de densidade mais baixa 300 da saia interna 315 para fluir através do canal 600 e ventilar no espaço anular do revestimento 155. Uma segunda passagem helicoidal 620 pode ser formada em torno do exterior de cada canal 600, através do qual o fluido pobre em gás, de densidade mais baixa 305 pode ser guiado a jusante em direção à entrada da bomba 120. A geometria dos canais 600 das modalidades ilustrativas e, portanto, a geometria da primeira e segunda vias helicoidais 630, 620, pode guiar o fluido do poço com eficiência de separação aprimorada e um risco reduzido de gás reentrada, em comparação com os projetos convencionais.

[0050] Uma pluralidade de canais em forma de lágrima 600 pode se estender entre e através da saia de cruzamento 315 e da camisa de cruzamento 310. Como talvez seja mais bem mostrado na FIG. 4 e FIG. 5, cada canal 600 pode ter a forma de lágrima, folha ou oval cônico, resultando em uma forma semelhante da primeira passagem helicoidal 630 fechada dentro do canal 600. O canal 600 pode incluir o lado arredondado 610 do lado pontiagudo oposto 605. O lado arredondado 610 pode se estender da saia 315 à camisa 310 com uma forma arredondada, curva ou semioval, enquanto o lado pontiagudo 605 pode se estender da saia 315 à camisa 310 com uma forma pontiaguda, afiada ou cônica. A forma de lágrima de cada canal 600 pode definir a superfície do canal superior 635, cuja superfície do canal superior 635 forma uma parede de suporte de topo de cada canal 600 e envolve o topo de cada primeira passagem helicoidal 630. A superfície do canal superior 635 pode se estender da borda pontiaguda 605 à borda arredondada 610 no lado superior do canal 600, com a borda arredondada 610 inclinada 10-40° para cima a partir da borda pontiaguda 605. A orientação inclinada da superfície do canal superior 635 pode guiar um fluido pobre em gás, de densidade mais alta, 305 para cima em um ângulo de 10-40°, proporcionando assim um ângulo suave de entrada e saída na segunda passagem helicoidal 620. Três canais 600 são mostrados nas FIGs. 6A-6D, no entanto, mais ou menos de três canais 600 podem ser empregados em outras modalidades, por exemplo, dois, quatro ou seis canais 600.

[0051] Cada um da pluralidade de canais em forma de lágrima 600 pode se estender através da saia 315 para formar a entrada do canal 510, cuja entrada do canal 510 pode acoplar fluidamente a primeira passagem helicoidal 630 para um fluido rico em gás, de densidade mais baixa 300 dentro da câmara interna 325 encerrada pela saia 315. A FIG. 5 mostra uma saia 315 de um cruzamento exemplificativo 210 de modalidades ilustrativas. Como mostrado na FIG. 5, a saia 315 inclui um corpo tubular e uma porção de topo côncava, cuja porção côncava se estende para dentro quando a saia 315 se estende a jusante. Em algumas modalidades, a saia 315 pode se estender para baixo (a montante) além da camisa 310, de modo a se estender ligeiramente para o topo da câmara de separação 205, como mostrado na FIG. 3B. A abertura do eixo 500 pode se estender através do topo da saia 315, cuja abertura do eixo 500 permite que o eixo 215 se estenda centralmente através do cruzamento 210.

[0052] Como mostrado na FIG. 5, as entradas de passagem 510 podem ser espaçadas em torno da extremidade de topo côncava (curva) da saia 315. A interseção do canal 600 com a saia 315 pode dar a cada entrada 510 uma forma de lágrima espelhando a do canal 600. Como resultado da extremidade de topo côncava da saia 315, as entradas 510 podem curvar ao longo da saia 315, o que pode resultar em uma orientação das entradas 510 direcionadas tangencialmente para o caminho de fluxo helicoidal da corrente rica em gás, de densidade mais baixa, 300, como mostrado na FIG. 6B. As entradas de posicionamento 510 na porção de topo e curva da saia 315 podem reduzir a turbulência e a coalescência da bolha. Cada entrada de passagem 510 pode ser maior em área de superfície do que aberturas convencionais destinadas a servir a uma finalidade semelhante em cruzamentos tradicionais, como 10-70% maior.

[0053] Cada um da pluralidade de canais em forma de lágrima 600 pode se estender através da camisa 310 para formar a saída 400, cuja saída 400 acopla fluidamente fluido rico em gás, de densidade mais baixa, 300 dentro da primeira passagem helicoidal 630 para revestir o espaço anular 155 para ventilação. A FIG. 4 mostra uma camisa 310 de um cruzamento exemplificativo 210 de modalidades ilustrativas. O cruzamento 210 pode incluir a camisa tubular 310 que circunda a saia 315 circunferencialmente com um espaço entre eles. A camisa 310 pode se estender axialmente para baixo a partir do topo do cruzamento 210 e/ou da base da bomba 120 até o topo da câmara de separação 205. A camisa 310 pode ser instalada diretamente dentro do alojamento 225 e pode ser acoplada ao alojamento 225 com uma conexão aparafusada, roscada, de fricção e/ou similar, de modo a prender o cruzamento 210 dentro do alojamento 225. Como mostrado na FIG. 3B, cada saída 400 pode ser alinhada axialmente para dentro de uma porta de alojamento correspondente 220, cujas portas de alojamento 220 podem permitir ventilação no espaço anular de revestimento 155. As portas de alojamento 220 podem ter formato, tamanho e/ou orientação semelhantes às da saída 400 para permitir um caminho de fluxo continuamente desimpedido para o fluido rico em gás 300 durante a ventilação. Em algumas modalidades, as portas de alojamento 220 podem ser maiores do que as saídas 400 para aumentar a área de superfície exposta a uma corrente rica em gás 300, de densidade mais baixa, durante a ventilação.

[0054] Como mostrado na FIG. 4, as saídas 400 podem ser espaçadas em torno da camisa 310. Cada saída 400 pode estar localizada perto do ponto central axial da camisa 310, por exemplo, estendendo o quarto meio ou terço meio da camisa 310. Em outras modalidades, as saídas 400 podem estar acima ou abaixo do centro da camisa 310 e/ou podem se estender por distâncias axiais mais longas ou mais curtas. Como a saída 400 é formada na interseção do canal 600 e na camisa 310, cada saída 400 pode ter a forma de lágrima inclinada do canal 600. Desta maneira, os benefícios geométricos das formas de lágrima do canal 600 e/ou da primeira passagem helicoidal 630 podem ser retidos por todo o seu comprimento, passando das entradas em forma de lágrima 510 para a saída em forma de lágrima 400.

[0055] Em vez de se estender da saia 315 e se aproximar da camisa 310 de frente (perpendicularmente), cada canal 600 pode curvar-se para interceptar a camisa 310 tangencialmente e formar a interseção tangencial 640. Com referência às FIGs. 6A e 6D, a interseção tangencial 640 pode ser formada por um canal 600 que se enrola seguindo a curva tubular da camisa 310, de modo a se aproximar e cruzar o canal 600 tangencialmente. A interseção tangencial 640 pode guiar fluido rico em gás, de densidade mais baixa 300 para fora da saída 400 com uma trajetória curva semelhante à curva do canal 600, em vez de um caminho de saída perpendicular que pode forçar curvas abruptas e induzir turbulência de fluido. Como mostrado na FIG. 6A, tal caminho curvo do fluido rico em gás 300 pode sair da primeira passagem helicoidal 630 para o espaço anular do revestimento 155 com ângulo de saída rico em gás a, cujo ângulo de saída rico em gás a é o ângulo com o qual o fluido rico em gás 300 intercepta a camisa 310 ao sair através da saída rica em gás o ângulo a pode espelhar a direção tangencial da interseção tangencial 640 do canal 600 e pode servir como um ângulo de saída suave para fluido rico em gás, de densidade mais baixa 300 que reduz a turbulência quando o fluido rico em gás 300 sai da primeira passagem helicoidal 630.

[0056] Durante a operação, a entrada 510 e a saída 400 podem guiar suavemente densidade fluido rico em gás, de densidade mais baixa, 300 para dentro e para fora da primeira passagem helicoidal 630 com componentes de direção tangencial que induzem ângulos suaves de entrada e saída. A orientação curva das entradas 510 ao longo da saia 310, resultante da seção superior côncava da saia 310, pode formar um componente tangencial que guia fluido rico em gás, de densidade mais baixa, 300 para a primeira passagem helicoidal 630 com um ângulo de entrada suave que minimiza a turbulência e a interrupção do fluxo. Da mesma forma, a interseção tangencial 640 do canal 600 pode permitir que a saída 400 guie um fluido rico em gás, de densidade mais baixa, 300 com ângulo de saída a rico em gás a, cujo ângulo de saída a pode impedir e/ou reduzir a turbulência do fluxo. A primeira passagem helicoidal 630 pode curvar-se entre a entrada 510 e a saída 400 e, como resultado, pode guiar suavemente fluido rico em gás, de densidade mais baixa, 300 da saia 315 para o espaço anular de revestimento 155, o que pode reduzir a turbulência no fluido rico em gás 300. Ao minimizar a turbulência e/ou a interrupção do fluxo, as primeiras passagens helicoidais 630 das modalidades ilustrativas podem aumentar a eficiência da separação dentro do separador de gás 125 e/ou reduzir a probabilidade de reentrada de gás e o bloqueio de gás resultante.

[0057] Da mesma forma, os canais 600 podem definir segundas passagens helicoidais 620 em torno dos canais 600, que segundas passagens helicoidais 620 guiam maior densidade, fluido pobre em gás 305 em torno do exterior da forma de lágrima do canal 600. Semelhante à primeira passagem helicoidal 630, a segunda passagem helicoidal 620 pode ser configurada geometricamente para guiar tangencialmente o fluido pobre em gás 305 para dentro e para fora da segunda passagem helicoidal 620 com ângulos suaves que minimizam a turbulência do fluido e/ou o desgaste abrasivo dentro do cruzamento 210. Com referência à FIG. 6D, fluido pobre em gás, de densidade mais alta 305 pode ser direcionado helicoidalmente, girando em torno da saia 315 enquanto flui a jusante. Ao atingir o canal 600, o fluido pobre em gás, de densidade mais alta, 305 pode ser guiado para a segunda passagem helicoidal 620, seguindo a parede de suporte 635 em torno do topo do canal 600 em um ângulo de 10-40°. O fluido pobre em gás, de densidade mais alta, 305 pode entrar em contato com o lado pontiagudo 605, cujo lado pontiagudo 605 do canal 600 pode guiar suavemente o fluido pobre em gás 305 para a segunda passagem helicoidal 620 através do espaço acima do canal 600. A pequena área de superfície do lado pontiagudo 605 pode minimizar a área de contato entre os canais 600 e o fluido pobre em gás 305, reduzindo assim as colisões de fluidos que causam a turbulência e/ou o desgaste abrasivo.

[0058] Como descrito neste documento, a superfície do canal superior 635 pode inclinar para cima 10-40° conforme a parede de suporte 635 se estende do lado pontiagudo 605 até a borda arredondada 610 no lado de topo do canal 600. Além disso, a superfície do canal superior 635 pode curvar-se em torno da saia 315, seguindo a forma curva da superfície côncava da saia 315. Durante a operação, o fluido pobre em gás, de densidade mais alta, 305 pode ser guiado para cima com um ângulo de 10-40° enquanto se curva naturalmente em torno da saia 315, como mostrado nas FIGs. 6C-6D. O fluido pobre em gás, de densidade mais alta, 305 pode seguir a superfície do canal superior 635 e/ou a segunda passagem helicoidal 620 para cima e ao redor da saia 315, momento em que o fluido pobre em gás 305 pode sair da segunda passagem helicoidal 620 através do espaço acima do lado arredondado 610. Ao inclinar simultaneamente para cima e curvar a saia 315 de maneira helicoidal, a segunda passagem helicoidal 620 pode ser orientada com um componente tangencial que espelha o caminho de fluxo natural do fluido pobre em gás, de densidade mais alta 305 induzido durante a separação centrífuga. Desta forma, o fluido pobre em gás, de densidade mais alta 305 pode ser guiado através da segunda passagem helicoidal 620 com ângulos de entrada e saída suaves que reduzem a interrupção no fluxo do fluido pobre em gás 305, reduzindo e/ou prevenindo a turbulência e o desgaste abrasivo.

[0059] A trajetória helicoidal do fluido pobre em gás, de densidade mais alta 305, embora benéfica para a separação, pode incluir um componente de pré-rotação que, se mantido quando distribuído à bomba 120, pode degradar a eficiência e a taxa de produção da bomba 120. Modalidades ilustrativas podem incluir um rolamento de aranha melhorado 700, cujo rolamento de aranha 700 serve para reduzir e/ou impedir a pré-rotação do fluido enquanto fornece suporte radial ao eixo 215.

[0060] A posição da camisa 310 em relação à saia 315 pode ser ajustada. A camisa 310 pode ser girada em torno da saia 315 para controlar o volume dos fluidos através das saídas 400. Em algumas aplicações, a taxa de fluxo da bomba 120 pode fazer com que fluidos entrem no separador 125 através das saídas 400. Como tal, a capacidade de ajustar a camisa 310 para controlar o volume de fluido através das saídas 400 pode melhorar a funcionalidade geral do cruzamento 210. O projeto também se presta a ser um controle de fluxo em aplicações em que a capacidade de movimentação de fluido do separador 125 é muito maior que o requisito da bomba e, portanto, aberta para maior fluxo saindo do separador 125 antes de atingir a bomba 120. As FIGS. 6E-6G ilustram a camisa 310 em uma primeira posição, a FIG. 6E, para permitir o fluxo máximo através das saídas 400, uma segunda posição, a FIG. 6F, para permitir um fluxo parcial através das saídas 400 e uma terceira posição, a FIG. 6G, para permitir o fluxo mínimo através das saídas 400. A camisa 310 do cruzamento 210 pode ser feita de material ligado comprovado, como aço inoxidável, que tem força para suportar as duras condições de operação de um poço de fundo de poço.

[0061] Voltando às FIGs. 3B e 5, o tubo axial 505 pode se estender a jusante da saia 315 e pode encerrar o eixo 215. Uma ou mais luvas espaçadoras 515 podem ser empilhadas em torno do eixo 215 e separar o tubo axial 505 do eixo 215. Várias luvas espaçadoras 515 podem ser empilhadas em torno do eixo 215 e podem fornecer suporte radial ao eixo 215. O rolamento de aranha 700 de modalidades ilustrativas pode ser incluído dentro do revestimento 310 a jusante da saída da passagem 400 e/ou da saia 315. Um rolamento de aranha exemplificativo 700 é mostrado nas FIGs. 7A-7C. O rolamento de aranha 700 pode incluir o cubo de rolamento 705, cujo cubo 705 pode encaixar em torno de uma ou mais luvas espaçadoras 515 acima do tubo axial 505. Em certas modalidades, o cubo de rolamento 705 pode ser integral ao tubo axial 505 ou pode ser empilhado coaxialmente acima do tubo axial 505 em outras modalidades. Em algumas modalidades, a bucha 330 pode ser incluída entre a luva espaçadora 515 e o cubo de rolamento de aranha 705, como mostrado nas FIGs. 3B e 7C. Em um exemplo, a bucha 330 pode ser pressionada e mantida estática entre a luva espaçadora 515 e o cubo de rolamento 705. A luva espaçadora 515 pode ser acoplada ao eixo 215, de modo a girar com o eixo 215, o que pode fornecer suporte radial e proteção contra desgaste.

[0062] Durante a operação, o fluido pobre em gás, de densidade mais alta 305 que sai da segunda passagem helicoidal 620 pode ser direcionado a jusante através da calha de fluxo 625. Com referência às FIGs. 6B e 6D, a calha de fluxo 625 pode se estender para cima acima da saia 315. A calha 625 pode ter a forma de um funil invertido, inclinando-se para dentro e/ou estreitando-se à medida que a calha 625 se estende a jusante. A calha 625 pode definir um espaço para o fluido fluir em torno do tubo axial 505. A calha de fluxo 625 pode receber fluido pobre em gás, de densidade mais alta, 305 que sai da segunda passagem helicoidal 620 e direcionar o fluido para dentro em direção ao tubo axial 505. O fluido pobre em gás 305, de densidade mais alta, pode prosseguir a jusante em direção ao rolamento de aranha 700 através da calha de fluxo 625, por exemplo, mostrado na FIG. 6D.

[0063] O rolamento de aranha 700 pode receber o fluido de rotação pobre em gás, de densidade mais baixa 305 da segunda passagem helicoidal 620 e remover o impulso de rotação do fluido pobre em gás, de densidade mais alta. O fluido pobre em gás, de densidade mais alta, pode ser redirecionado com um componente axial que impede e/ou reduz a pré-rotação do fluido pobre em gás 305 quando o fluido entra na bomba 120. Com referência às FIGs. 7A-7C, o rolamento de aranha 700 pode incluir uma pluralidade de palhetas de aranha 710 que se estendem radialmente do cubo de rolamento 705 em direção à camisa 310. Em algumas modalidades, as palhetas de aranha 710 podem entrar em contato com o diâmetro interno da camisa 310, a fim de manter a resistência radial e/ou fornecer suporte radial ao eixo 215. Três palhetas de aranha 710 são mostradas nas FIGs. 7A-7C, no entanto, duas, cinco ou seis palhetas de aranha 710 podem ser empregadas em outras modalidades. Cada palheta de rolamento de aranha 710 pode ter a forma crescente ou a forma da metade inferior de um “C” cortado horizontalmente. A porção de topo das palhetas 710 pode se estender vertical ou substancialmente verticalmente ao longo do diâmetro externo do cubo 705. A porção inferior das palhetas 710 pode curvar-se em direção à horizontal para formar uma rampa que curva de quase horizontal a vertical conforme a palheta 710 se estende de baixo para cima.

[0064] A palheta 710 de rolamento de aranha 700 palhetas podem ser curvadas para uma superfície côncava que recebe um fluido pobre em gás, de densidade mais alta 305 que se aproxima, cuja trajetória helicoidal da corrente de fluido 305 pode incluir um componente de rotação direcionado no sentido anti-horário, por exemplo, seguindo a direção de rotação no sentido anti-horário 615 na FIG. 6B. Como resultado, o fluido pobre em gás, de densidade mais alta, 305 que flui em direção ao rolamento de aranha 700 pode entrar em contato com a face curva 715 da palheta de rolamento 710. A corrente de fluido pobre em gás, de densidade mais alta, 305 pode ser coagido para cima, seguindo a forma cada vez mais reta da palheta 710. Desta maneira, o rolamento de aranha 700 pode converter o impulso de rotação no impulso axial, reduzindo e/ou impedindo a pré-rotação do fluido que entra na bomba 120 e aumentando a eficiência e o desempenho da bomba 120. Além disso, o rolamento de aranha 700 pode fornecer força radial durante a operação, evitando assim danos de limitação da operação ao conjunto ESP 100.

[0065] Modalidades ilustrativas podem reduzir a turbulência no fluido que flui através do cruzamento de um separador de gás, melhorando a geometria das passagens do cruzamento. Modalidades ilustrativas podem incluir uma pluralidade de canais que definem as primeiras passagens helicoidais dentro dos canais para o fluido rico em gás, de densidade mais baixa e as segundas passagens helicoidais ao redor do exterior dos canais para o fluido pobre em gás, de densidade mais alta. As primeira e segunda passagens helicoidais podem guiar as correntes de fluido correspondentes para dentro e para fora das passagens com um componente tangencial que fornece ângulos de entrada e saída suaves para o fluido, o que pode reduzir a turbulência, a reentrada de gás, a erosão e/ou o desgaste abrasivo. Modalidades ilustrativas podem guiar o fluido rico em gás, de densidade mais baixa, através das primeiras passagens helicoidais em direção ao espaço anular do revestimento para ventilação com impulso melhorado e uma probabilidade reduzida de reentrada de gás e o bloqueio de gás resultante. Modalidades ilustrativas podem fornecer fluido pobre em gás, de densidade mais alta, através das segundas passagens helicoidais para uma bomba centrífuga com pré-rotação reduzida, o que melhora a eficiência e o desempenho geral da bomba. Modalidades ilustrativas podem reduzir o bloqueio de escala, a erosão e os danos por abrasão resultantes de um fluido pobre em gás, de densidade mais alta, que transporta areia para o separador de gás. Modalidades ilustrativas podem incluir um rolamento de aranha com palhetas modificadas que removem o momento de rotação do fluido pobre em gás, de densidade mais alta, que pode reduzir a pré-rotação na bomba centrífuga. Modalidades ilustrativas podem melhorar a eficiência do cruzamento e melhorar o desempenho geral do separador de gás e da bomba centrífuga.

[0066] Outras modificações e modalidades alternativas de vários aspectos da invenção podem ser evidentes para os versados na técnica tendo em conta esta descrição. Por conseguinte, esta descrição deve ser interpretada como apenas ilustrativa e tem como finalidade ensinar aos versados na técnica o modo geral de realizar a invenção. Deve ser entendido que as modalidades aqui apresentadas e descritas devem ser consideradas como as modalidades presentemente preferidas. Elementos e materiais podem ser substituídos por aqueles ilustrados e descritos aqui, partes e processos podem ser invertidos, e certas características da invenção podem ser utilizadas independentemente, tudo como seria evidente para um versado na técnica depois de ter o benefício desta descrição da invenção. Podem ser feitas alterações nos elementos aqui descritos sem se afastar do âmbito e faixa de equivalentes como descrito nas reivindicações seguintes. Além disso, deve ser entendido que as características aqui descritas independentemente podem, em certas modalidades, ser combinadas.

Claims (23)

1. Cruzamento de um separador de gás de bomba submersa elétrica, (ESP), caracterizado pelo fato de compreender: - um canal em forma de lágrima (600) estendendo helicoidalmente entre e através de: - uma saia de cruzamento (315) em uma entrada do canal (510), a saia de cruzamento (315) para dentro de uma camisa de cruzamento (310); - a camisa de cruzamento (310) em uma saída do canal (400), a saída do canal (400) acima da entrada do canal (510); - a forma de lágrima do canal (600) tendo: - um lado arredondado (610) oposto a um lado pontiagudo (605) e uma superfície de canal de topo (635) estendendo entre os mesmos, sendo que a superfície de canal de topo (635) se estende entre dez graus e quarenta graus para cima a partir do lado pontiagudo (605); - o canal (600) definindo: - uma primeira passagem helicoidal (630) dentro do canal para fluido rico em gás, de densidade mais baixa (300), que flui dentro da passagem, sendo que a primeira passagem helicoidal (630) cruza tangencialmente a camisa de cruzamento (310); e - uma segunda passagem helicoidal (620) ao redor do canal para fluido pobre em gás, de densidade mais alta (305) que flui para fora das passagens (620, 630); e - um rolamento de aranha (700) acoplado fluidamente ao fluido pobre em gás, de densidade mais alta (305), a jusante da segunda passagem helicoidal (620), o rolamento de aranha (700) compreendendo: - uma pluralidade de palhetas de aranha (710) em forma crescente estendendo radialmente para fora de um cubo de rolamento (705) de aranha (700), as palhetas de aranha (710) em forma crescente tendo uma superfície côncava que recebe fluido de entrada pobre em gás, de densidade mais alta (305).

2. Cruzamento de um separador de gás de bomba submersa elétrica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a camisa de cruzamento (310) ser presa dentro de um alojamento (225) de separador de gás (125) a jusante de um de um gerador rotativo ou de vórtice (235).

3. Cruzamento de um separador de gás de bomba submersa elétrica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a saída do canal (400) estar alinhada com uma porta de alojamento (225) através do alojamento (225) do separador de gás (125), de modo que a saída do canal (400) seja fluidamente acoplada a um espaço anular do revestimento (155).

4. Cruzamento de um separador de gás de bomba submersa elétrica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a entrada do canal (510) ser posicionada em uma porção de topo côncava da saia de cruzamento (315).

5. Cruzamento de um separador de gás de bomba submersa elétrica, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de a posição da entrada do canal (510) na porção de topo côncava da saia de cruzamento (315) curva a entrada do canal (510) para alinhar tangencialmente com a curvatura do fluido rico em gás de densidade mais baixa (300) que entra na entrada do canal (510).

6. Cruzamento de um separador de gás de bomba submersa elétrica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cada entrada do canal (510) ser 10-70% maior que as portas de entrada (115) convencionais em projetos comparáveis de separadores de gás convencionais.

7. Cruzamento de um separador de gás de bomba submersa elétrica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cada canal (600) se curvar à medida que o canal se estende para cima da saia de cruzamento (315) para a camisa de cruzamento (310).

8. Cruzamento de um separador de gás de bomba submersa elétrica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a interseção tangencial (640) guiar o fluido para fora da saída de cruzamento tangencialmente para uma parede interna da camisa de cruzamento (310).

9. Cruzamento de um separador de gás de bomba submersa elétrica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o rolamento de aranha (700) transmitir impulso axial no fluido de saída pobre em gás, de densidade mais alta (305), que flui ao redor das passagens (620, 630).

10. Cruzamento de um separador de gás de bomba submersa elétrica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o rolamento de aranha (700) fornecer suporte radial a um eixo (215) estendendo centralmente através do cruzamento.

11. Cruzamento de um separador de gás de bomba submersa elétrica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o fluido rico em gás, de densidade mais alta (305), ser distribuído a uma bomba centrífuga (120) com GVF mais baixo e pré-rotação reduzida.

12. Cruzamento de um separador de gás de bomba submersa elétrica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a camisa de cruzamento (310) ser rotacionável em torno da saia de cruzamento (315).

13. Cruzamento de um separador de gás de bomba submersa elétrica, (ESP), caracterizado pelo fato de compreender: - uma primeira via helicoidal (630) que guia o fluido de densidade mais alta (305), pobre em gás em um ângulo de 10 a 40 graus em relação a um plano horizontal, à medida que o fluido de densidade mais alta (305), pobre em gás se desloca através do cruzamento (210), a primeira via helicoidal (630) acoplada fluidamente a um rolamento de aranha (700), incluindo palhetas (710) em forma crescente que removem o impulso de rotação do fluido de densidade mais alta (305), pobre em gás, à medida que o fluxo de densidade mais alta (305), pobre em gás, sai do cruzamento; e - uma segunda via helicoidal (620) que guia o fluido de densidade mais baixa (300), rico em gás, tangencialmente através das portas de saída do cruzamento que saem para um espaço anular do revestimento (155); e - a primeira via helicoidal (630) e a segunda via helicoidal (620) estão definidas por um canal tendo uma abertura (510) em forma de lágrima em uma camisa de cruzamento (310) que define a porta de saída (400) e uma abertura em forma de lágrima na saia de cruzamento (315) que definem uma entrada para o canal (600), onde a primeira via helicoidal (630) está ao redor do canal e a segunda via helicoidal (620) está através de um interior do canal.

14. Cruzamento de um separador de gás de bomba submersa elétrica, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de as aberturas em forma de lágrima na saia de cruzamento (315) serem posicionadas em uma porção de topo côncava da saia.

15. Cruzamento de um separador de gás de bomba submersa elétrica, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de a orientação curva das aberturas em forma de gota de lágrima estendendo ao redor da porção de topo côncava da saia fornecer ao fluido rico em gás, de densidade mais baixa (300), uma entrada orientada tangencialmente à passagem helicoidal (620) de fluido pobre em gás.

16. Cruzamento de um separador de gás de bomba submersa elétrica, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de cada abertura em forma de lágrima na saia de cruzamento (315) ser 10-70% maior na área de superfície do que as aberturas convencionais da saia de cruzamento (315).

17. Cruzamento de um separador de gás de bomba submersa elétrica, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de uma superfície de topo do canal (600) se estender para cima a dez a quarenta graus da horizontal e guia o fluido pobre em gás, de densidade mais alta (305), para cima na mesma trajetória.

18. Cruzamento de um separador de gás de bomba submersa elétrica, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato o canal (600) intersectar tangencialmente a camisa.

19. Cruzamento de um separador de gás de bomba submersa elétrica, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de o rolamento de aranha (700) conferir impulso axial ao fluido pobre em gás, de densidade mais alta (305), que se desloca pelas passagens (620, 630) e continuando além do rolamento de aranha (700).

20. Cruzamento de um separador de gás de bomba submersa elétrica, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de o rolamento de aranha (700) prover suporte radial a um eixo de acionamento (215) estendendo através do cruzamento.

21. Cruzamento de um separador de gás de bomba submersa elétrica, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de compreender uma pluralidade de canais (600).

22. Método para separar um fluido pobre em gás, de densidade mais alta de um fluido rico em gás, de densidade mais baixa, em um separador de gás (125) que opera para separar o fluido multifásico por inércia de rotação, caracterizado pelo fato de compreender: - manter uma trajetória helicoidal de fluido rico em gás, de densidade mais baixa (300), enviando o fluido rico em gás, de densidade mais baixa (300), através de um interior de um canal em forma de lágrima (600) estendendo helicoidalmente e que sai para um espaço anular de revestimento (155); - preservar uma trajetória helicoidal de fluido pobre em gás, de densidade mais alta (305), enviando o fluido pobre em gás, de densidade mais alta (305), ao redor do canal helicoidal; e - remover o impulso de rotação do fluido pobre em gás, de densidade mais alta (305), após o fluido pobre em gás, de densidade mais alta (305) passar ao redor do canal helicoidal, guiando o fluido pobre em gás, de densidade mais alta (305) através de um rolamento de aranha (700) com palhetas (710) em forma crescente e uma superfície côncava que se curva em uma direção oposta à direção de rotação do fluido pobre em gás, de densidade mais alta (305).

23. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 22, caracterizado pelo fato de compreender distribuir fluido pobre em gás, de densidade mais alta (305), a uma entrada de bomba com menor impulso de rotação e GVF do que o fluido que entra no separador de gás (125).