BR112020022796A2

BR112020022796A2 - instalação submarina e processo de resfriamento de um fluido em um trocador de calor por circulação de água do mar

Info

Publication number: BR112020022796A2
Application number: BR112020022796-0A
Authority: BR
Inventors: Bruno Rouyer; Fabrice Bacati
Original assignee: Saipem S.A.
Priority date: 2018-06-05
Filing date: 2019-06-04
Publication date: 2021-02-02
Also published as: FR3081908B1; EP3803041B1; WO2019234343A1; FR3081908A1; EP3803041A1

Abstract

  "INSTALAÇÃO SUBMARINA E PROCESSO DE RESFRIAMENTO DE UM FLUIDO EM UM TROCADOR DE CALOR POR CIRCULAÇÃO DE ÁGUA DO MAR". A presente invenção refere-se a um processo e uma instalação submarina de resfriamento (10) de fluido de produção compreendendo a implementação de um trocador de calor (1) no fundo do mar (12), ligado a tubos de transferência do dito fluido de produção (11a, 11b), compreendendo um circuito externo de resfriamento (2) apto a fazer circular a água do mar de resfriamento, com o auxílio de uma bomba de circulação (3), compreendendo: dispositivos de alimentação (4, 4a) com água do mar ambiente do dito circuito externo de resfriamento (2) a montante da dita bomba de circulação (3) ao nível de uma derivação de alimentação (D1); e dispositivos de evacuação (5, 5a) da água do mar do dito circuito externo de resfriamento (2) ao nível de uma derivação de evacuação (D2), a jusante do trocador de calor (1) e a montante da dita derivação de alimentação (D1); e dispositivos de controle e comando (3a, 6-6a, 7-7a) da variação de um débito idêntico (d2) da evacuação e da alimentação com água do mar aptos a comandar a variação do dito débito idêntico (d2) da evacuação e da alimentação com água do mar em função de um primeiro valor de entrega da temperatura do fluido de produção (T1) no tubo de transferência a jusante (11b) na saída do trocador (1) e/ou de um segundo valor de entrega da temperatura da água do mar de resfriamento(T2) a jusante da bomba (3) e a montante do dito trocador de calor (1).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "INSTALAÇÃO SUBMARINA E PROCESSO DE RESFRIAMENTO DE

UM FLUIDO EM UM TROCADOR DE CALOR POR CIRCULAÇÃO DE ÁGUA DO MAR". Antecedentes da Invenção

[001] A presente invenção refere-se a um processo e a uma instalação submarina de resfriamento de um fluido em um trocador de calor submarino, notadamente repousando a grande profundidade no fundo do mar, por circulação de um líquido de resfriamento que consiste em água do mar.

[002] A presente invenção refere-se mais particularmente ao domínio geral do resfriamento dos fluidos hidrocarbonetos em tubos submarinos de transporte de hidrocarbonetos, notadamente gás ou petróleo bruto contendo majoritariamente uma fase oleosa de hidrocarbonetos, água e gás, provenientes de poços de produção submarinos, doravante chamado de fluido de produção. A invenção se refere mais particularmente a um tubo submarino de ligação fundo- superfície, que liga o fundo do mar a suportes flutuantes na superfície, mas igualmente a uma ligação inteiramente submarina que liga cabeças de poços de produção a cabeças de poços de injeção e equipamentos associados para o resfriamento do fluido de produção.

[003] Esta invenção se aplica, de fato, mais particularmente aos desenvolvimentos de jazidas de gás ou petróleo em mar profundo, isto é, instalações petroleiras instaladas em pleno mar, nas quais os equipamentos de superfície geralmente estão situados sobre estruturas flutuantes, as cabeças de poços estando no fundo do mar. Os tubos previstos pela presente invenção compreendem mais particularmente tubos que repousam no fundo do mar, ligando as cabeças de poços a "risers" chamados tubos de ligação fundo-superfície, que sobem para a superfície mais igualmente a tubos inteiramente submarinos que ligam cabeças de poços de produção a cabeças de poços de injeção.

[004] A aplicação principal da invenção refere-se, portanto, a tubos ou canalizações submersas, submarinas ou subaquáticas, e mais particularmente a grande profundidade, além de 300 m, até 4000 m, e veiculando fluidos de produção muito diversos e os equipamentos associados para o resfriamento do fluido de produção.

[005] O fluido de produção poderá ir de um gás contendo mais de 95% em mol de metano e alguma percentagem de etano, propano e butano, a um gás contendo proporções muito variáveis de gases inertes, como o dióxido de carbono e o nitrogênio, em uma proporção que pode ir de menos de 1% em mol a mais de 80% em mol, passando por um gás rico contendo menos de 70% em mol de metano, mais de 15% em mol de etano, mais de 7% em mol de propano, mais de 4% de butano e algumas percentagens de hidrocarbonetos mais pesados contendo mais de 5 átomos de carbono.

[006] O fluido de produção poderá ser igualmente um efluente líquido ou multifásico de uma jazida de petróleo contendo, além dos hidrocarbonetos leves mencionados acima, indo do metano ao butano, uma proporção importante, até mais de 40% em mol, de compostos hidrocarbonetos mais pesados, constituídos de 5 a 30 átomos de carbono.

[007] Esses fluidos de produção poderão conter igualmente uma proporção variável de água de produção, a saber: uma água que inclua até mais de uma certa faixa por litro de sais, indo de 0% em peso de água de produção no começo do tratamento de uma jazida a mais de 80% em peso de água no fim do tratamento.

[008] A temperatura de tais fluidos de produção será dependente das condições da jazida a montante e das etapas de tratamento precedentes, ela é tipicamente, por exemplo, da ordem de 50% graus centígrados a mais de 150 graus centígrados. Do mesmo modo, a pressão de tais fluidos de produção a serem resfriados poderá variar igualmente em uma faixa grande, em função dos casos de tratamento e da variação da pressão da jazida a montante durante sua exploração, por exemplo, de mais de 250 bars a uma pressão residual de apenas alguns bars.

[009] Esses produtos petrolíferos gasosos, líquidos ou multifásicos inicialmente produtos quentes, notadamente de 50 graus centrígrados a 200 graus centígrados, requerem, em certos casos, um resfriamento antes de transferência para o dito tubo submarino de transferência, afim de obter propriedades físicas aceitáveis para o resto de unidade de transferência, notadamente para garantir uma densidade mínima para a aspiração de uma bomba de transferência no caso de fluido gasoso, notadamente uma densidade de pelo menos 400 kg/m3, notadamente de 400 kg/m3 a 800 kg/m3, ou estar nas condições propícias à implementação de materiais ou tubos de materiais particulares sensíveis à temperatura e isto para todas as durações plurianuais de operação, apear das mudanças de composição e de débitos do fluido de produção a ser resfriado.

[0010] Nas grandes profundidades submarinas, a temperatura da água do mar é relativamente baixa (tipicamente 4 graus centígrados) e permite resfriar, por troca de calor, o fluido de produção com o auxílio de trocadores de calor dispostos no fundo do mar. Os trocadores de calor submarinos instalados atualmente são chamados de passivos, isto é, eles utilizam a convecção natural da água do mar que sobe por efeito chaminé ao longo dos tubos que transportam o fluido a ser resfriado, tubos estes que não estão confinados em um espaço fechado.

[0011] Trocadores de calor submarinos chamados ativos, isto é, de convecção forçada, estão sendo desenvolvidos com a utilização do princípio pelo qual a água do mar é posta em circulação no trocador de calor por uma bomba de circulação que assegura sua passagem através do espaço de trocador do calor para pô-la em contato e resfriar os tubos contidos no espaço fechado do trocador, tubos em que circula o fluido de produção a ser resfriado. A água do mar é aspirada diretamente do maio marinho ambiente para ser posta em circulação no dito espaço fechado antes de ser evacuada para o meio marinho ambiente no estado aquecido após a transferência de carga térmica entre o fluido de produção e a água do mar de resfriamento que circula no espaço fechado. Trata-se de um circuito aberto de circulação do fluido de resfriamento.

[0012] São conhecidos módulos submarinos de trocadores de calor do tipo denominado "trocadores de tubos e calandra" com um espaço fechado contendo tubos em paralelo, destinados a veicular o líquido de resfriamento e o fluido de produção e notadamente com uma rede das camadas superpostas de tubos paralelos ligados. São conhecidos, em particular, trocadores chamados de "grampo de cabelo" mais compactos e fáceis de instala, pois o conjunto das conexões está no mesmo lado, compreendendo uma calandra e uma rede de tubos em duas partes retilíneas paralelas ligadas entre si, de um lado longitudinal, por uma parte 1c que forma uma fivela de um U (pino de cabelo), o conjunto das conexões ficando no lado livre oposto 1a, 1b, tal como representado na figura 1A. Tais trocadores são comercializados particularmente por AIT- STEIN GROUP (FRANÇA).

[0013] São conhecidos processos e instalações submarinas de resfriamento com o auxílio de trocador de calor no documento WO2013/002477 e US 9.719.698, que utiliza água do mar em convecção forçada, no qual os tubos que encerram o fluido a ser resfriado não estão isolados termicamente do meio marinho ambiente e a circulação da água do mar de resfriamento trabalha em circuito aberto, como descrito acima.

[0014] Os processos e as instalações submarinhas de resfriamento com o auxílio de trocador de calor conhecidos não permitem controlar a temperatura do líquido de resfriamento ou do fluido de produção, para evitar os inconvenientes seguintes.

[0015] Os processos e as instalações de WO2013/004277 e US

9.719.698 têm o objetivo de poder regular a quantidade de calor trocado. Mas o controle da quantidade de calor trocado aí é limitado e o controle da temperatura de pele dos tubos (temperatura ao nível do contato entre o tubo e o fluido de produção ou o líquido de resfriamento) dos trocadores é praticamente impossível. As temperaturas operacionais obtidas nos tocadores são suportadas e resultam de sua geometria, das condições do processo e das condições do meio ambiente.

[0016] Esses processos e as instalações de WO2013/004277 e US

9.719.698 não permitem controlar a temperatura de pele dos tubos, afim de manter sua temperatura de pele acima de um certo valor limite mínimo, afim de evitar os depósitos sólidos de parafina ou hidratos indesejáveis, notadamente sob forma de tampões para o fluido de produção, como descrito a seguir, bem como depósitos de calcário e/ou sais do lado da água do mar de resfriamento.

[0017] Esses depósitos de calcário e/ou sais marinhos são nocivos ao bom funcionamento do trocador ao longo do tempo e podem ser produzidos a temperaturas de pele superiores a 45 graus centígrados, de modo que é desejável manter a temperatura do líquido de resfriamento evacuado após a troca de calor em não mais de 45 graus centígrados, ou até não mais de 40 graus centígrados.

[0018] Além disso, novos problemas se apresentam ao nível do fluido de produção à base de hidrocarbonetos, notadamente em caso de parada de produção, quando a temperatura dos produtos petrolíferos diminui muito rapidamente, levando à formação de hidrato e/ou de depósitos sólidos de parafinas em forma de tampões, como explicado abaixo. Neste tipo de aplicações, quando a temperatura dos produtos petrolíferos diminui de um valor significativo importante em relação à sua temperatura de produção, se os produtos petrolíferos se resfriam, por exemplo, abaixo de 30 graus centígrados a 60 graus centígrados para uma temperatura inicial de 70 – 80 graus centígrados, enquanto que a temperatura da água circundante sobretudo a grande profundidade pode ser muito inferior a 10 graus centígrados e atingir 4 graus centígrados, em geral se observa o seguinte: - um grande aumento da viscosidade, que diminui então o débito do tubo, - uma precipitação de parafina dissolvida, que aumenta então a viscosidade do produto e cujo depósito pode diminuir o diâmetro interno útil do tubo, - a flotação dos asfaltenos que leva aos mesmos problemas, - a formação súbita, compacta e maciça de hidratos de gás, que se formam sob grande pressão e baixa temperatura, obstruindo assim bruscamente a condução, formando tampões sólidos.

[0019] Parafinas e asfaltenos ficam grudados à parede e então precisam de uma limpeza por raspagem do interior do tubo; em compensação, os hidratos são ainda mais difíceis, até impossíveis de ressorver às vezes.

[0020] Esses depósitos sólidos de parafinas e/ou de formação de hidratos que podem criar tampões são prejudiciais ao bom funcionamento da unidade de resfriamento por trocador de calor.

[0021] Na prática, as temperaturas de formação das fases sólidas de hidratos ou de depósito de parafina são função da composição do líquido de processo e de sua pressão. Essas temperaturas geralmente são de 20 – 50 graus centígrados. Mais particularmente, a formação de hidrato poderá intervir para temperaturas inferiores de cerca de 25 – 30 graus centígrados. O depósito de parafina poderá ser mais ou menos significativo em uma faixa de temperatura bastante grande, indo pouco frequentemente de mais de 45 graus centígrados a valores mais usualmente da ordem de 30 graus centígrados ou menos. Objeto e Sumário da Invenção

[0022] O objetivo da presente invenção é, portanto, remediar esses inconvenientes nas instalações submarinas de trocadores de calor que utilizam o princípio de convecção forçada de água do mar como líquido de resfriamento.

[0023] Mais particularmente, um objetivo da presente invenção é dispor de um tempo suficiente, em caso de parada da produção, antes que a temperatura do fluido de produção chegue abaixo do limite onde aparecem os hidratos e depósitos significativos de parafinas que podem provocar tampões e sua parada por um período longo. Esse tempo poderá ser utilizado pelo operador para reiniciar sua unidade ou pôr a mesma em segurança, inibindo o fluido de produção com produtos inibidores tais como metanol, glicol ou mono-etileno glicol (MEG) ou/e deslocando para zonas sem risco de obstrução, com o auxílio de produtos químicos e/ou produtos inertes de substituição, por exemplo, diesel ou petróleo bruto desgaseificado ("dead crude oil"). A produção poderá ser reiniciada, portanto, seguindo um procedimento usual sem ter que utilizar previamente operações específicas excepcionais para efetuar uma limpeza da instalação afim de eliminar os pontos de obstrução.

[0024] A invenção destina-se a ser utilizada para resfriar todos os tipos de fluido de produção que necessitam um controle da temperatura de resfriamento e sua manutenção acima de um limite determinado, durante um tempo mínimo definido após a parada da produção.

[0025] Para isso, a presente invenção provê uma instalação submarina de troca de calor entre um fluido de produção e água do mar do meio ambiente, com o auxílio de um trocador de calor submarino do tipo chamado de "trocador de tubos e calandra" ou do tipo chamado de espinho, que utiliza o princípio de convecção forçada, combinada a um circuito em laço semiaberto que permite modular a carga térmica requerida para essa troca de calor.

[0026] Mais precisamente a presente invenção provê uma instalação submarina de resfriamento de fluido de produção, a qual compreende pelo menos um trocador de calor apto a ser explorado e repousar no fundo do mar, ligado a tubos de transferência do dito fluido de produção respectivamente a montante e a jusante do dito trocador de calor, caracterizado pelo fato de que ele compreende ainda pelo menos um circuito externo de resfriamento, uma parte pelo menos da água do mar de resfriamento saindo do dito trocador entre uma saída e uma entrada de um circuito interno de líquido de resfriamento do trocador, com o auxílio de uma bomba de circulação, preferivelmente uma bomba que repousa no fundo do mar, o dito circuito externo de resfriamento compreendendo: - dispositivos de alimentação aptos a alimentar com água do mar ambiente, o dito circuito externo de resfriamento a montante da dita bomba de circulação ao nível de uma derivação de alimentação, e - dispositivos de evacuação aptos a evacuar uma parte da água do mar do dito circuito externo de resfriamento ao nível de uma derivação de evacuação, a jusante do trocador de calor e a montante da dita derivação de alimentação, e - dispositivos de controle e comando da variação de um débito idêntico da evacuação e da alimentação com água do mar pelos ditos dispositivos de alimentação e respectivamente dispositivos de evacuação aptos a controlar a variação do dito débito idêntico da evacuação e da alimentação com água do mar pelos ditos dispositivos de alimentação e respectivamente dispositivos de evacuação em função de um primeiro valor de entrega da temperatura do fluido de produção no tubo de transferência a jusante na saída do trocador e/ou de um segundo valor de entrega da temperatura da água do mar de resfriamento a jusante da bomba e a montante do dito trocador de calor.

[0027] A instalação submarina de resfriamento de acordo com a invenção permite assim o controle das temperaturas do fluido de produção que sai do trocador e da água do mar de resfriamento a montante e a jusante do trocador, e assim permite adaptar o resfriamento à potência térmica, também denominada carga térmica trocada pela instalação de acordo com a invenção entre o fluido de resfriamento e o fluido de produção, a carga térmica podendo evoluir no tempo se o débito e/ou a temperatura do fluido de produção variar, como será explicitado mais adiante.

[0028] Em uma forma de realização preferida, os ditos dispositivos de controle e comando do dito débito idêntico da evacuação e da alimentação com água do mar estão aptos a controlar a variação do dito débito idêntico da evacuação e da alimentação com água do mar pelos ditos dispositivos de alimentação em função da variação do débito do fluido de produção e/ou da temperatura do fluido de produção ao nível do tubo de transferência a montante de fluido de produção que alimenta o dito trocador de calor.

[0029] Mais particularmente, a instalação de acordo com a presente invenção permite manter a temperatura da água de resfriamento cima de um valor limite mínimo, notadamente para manter sua temperatura de pele acima de um certo valor limite mínimo durante um certo tempo, em caso de parada da instalação, impondo uma temperatura mínima em operação da água do mar de resfriamento.

[0030] Mais particularmente, a dita bomba está equipada com um variador de velocidade e os ditos dispositivos de controle e comando do dito débito idêntico da evacuação e da alimentação com água do mar, compreendendo:

- um primeiro dispositivo de medição da temperatura apto a medir a temperatura da água do mar de resfriamento a jusante da bomba e a montante do dito trocador de calor conectado ao dito dispositivo de evacuação da água do mar, de maneira a controlar automaticamente o dito débito da água do mar evacuada do dito circuito externo de resfriamento a jusante do trocador de calor e a montante da dita primeira derivação em função da temperatura da água do mar de resfriamento a jusante da bomba e a montante do dito trocador de calor, e - um segundo dispositivo de medição da temperatura apto a medir a temperatura do fluido de produção no tubo de transferência a jusante saindo do trocador conectado a um dispositivo de variação da velocidade da dita bomba, de maneira a controlar automaticamente o débito da água de resfriamento que sai da dita bomba em função da temperatura do fluido de produção no tubo de transferência a jusante que sai do trocador.

[0031] A circulação da água do mar no circuito de resfriamento está assegurada por uma bomba de circulação. A bomba está equipada de um variador de velocidade, que permite regular a temperatura de resfriamento do fluido de produção, adaptando o débito de circulação de água de resfriamento à carga térmica de resfriamento requerida pelas condições de funcionamento do processo ou vice-versa regular a quantidade de calor trocada modulando o débito de circulação da água de resfriamento.

[0032] Mais particularmente ainda, os ditos dispositivos de alimentação com água do mar ambiente e o dito circuito de resfriamento estão aptos a aspirar automaticamente um débito de água do mar ambiente no dito circuito externo de resfriamento ao nível duma dita derivação de alimentação, em função da velocidade da bomba de circulação para completar o débito de água de resfriamento no dito circuito de resfriamento a jusante da dita derivação de alimentação e a montante da dita bomba, idêntica ao débito de água do mar evacuada pelos ditos dispositivos de evacuação ao nível de uma derivação de evacuação.

[0033] Mais particularmente ainda, a presente invenção permite adaptar o resfriamento à carga térmica no tempo, implementando um circuito em laço semiaberto ou semifechado do líquido de esfriamento de circulação no interior da calandra do trocador de calor de acordo com as seguintes características: - uma fixação de temperatura inicial da água de resfriamento acima de um valor limite mínimo e um circuito de água do mar de resfriamento em laço no exterior do trocador de calor semiaberto ou semifechado com um isolamento térmico do circuito em laço de resfriamento em relação ao meio ambiente mais frio; - a evacuação de uma parte da água do mar de resfriamento que sai do trocador e uma entrada equivalente de água fria a montante do trocador, bem como - o controle da temperatura da água de resfriamento na entrada do trocador e o controle da velocidade da bomba e do débito de água do circuito de resfriamento.

[0034] Assim, em operação, pode-se baixar a temperatura da água de resfriamento mais quente) que sai do trocador, expulsando uma parte desta ao mar através de uma porta de evacuação, e realizando uma entrada equivalente de água fria através de um tubo de aspiração aberto para o meio marinho ambiente a montante da entrada do trocador de calor para conservar o volume de água do circuito de resfriamento, de uma parte, e a temperatura da água na entrada do trocador, por outra parte.

[0035] A fixação de temperatura inicial da água de resfriamento acima do dito valor limite mínimo pode ser feita:

- por circulação do líquido de resfriamento (água do mar) no dito circuito em laço em circuito fechado com a bomba de circulação antes da posta em serviço da produção de fluido de produção por acumulação progressiva da energia de fricção que a bomba dissipa no volume de água do mar contido no circuito de resfriamento; e/ou - por aquecimento elétrico, em particular é conhecido aquecer os tubos em toda a sua extensão ou em parte da mesma graças a uma pluralidade de cabos elétricos que são enrolados em torno da superfície externa dos tubos para aquecê-la por efeito Joule. Esta solução de aquecimento, que é chamada "aquecimento traçado" ou "heat tracing" em inglês, permite manter os fluidos de hidrocarbonetos transportados nos tubos submarinos a uma temperatura superior a um limite crítico em todo o seu trajeto.

[0036] O conjunto do circuito de resfriamento é isolado termicamente do meio ambiente por um isolamento térmico adaptado. Este garante a manutenção de temperatura durante um certo tempo quando de uma parada da unidade e garante igualmente um tempo reduzido de fixação de temperatura inicial do sistema de resfriamento quando de seu reinício. Preferivelmente, os ditos tubos externos de resfriamento estão isolados termicamente, o isolamento da seção de tubo externo de resfriamento entre a dita bomba e a entrada do dito trocador de calor sendo mais importante do que o das outras seções de tubos do dito circuito extremo de resfriamento.

[0037] Mais particularmente ainda, de acordo com outras características da instalação de acordo com a invenção: - os ditos dispositivos de alimentação do circuito externo de resfriamento com água do mar ambiente ao nível da dita derivação de alimentação compreendem um tubo que coopera preferivelmente com uma válvula antirretorno e um filtro apto a impedir a aspiração de objetos sólidos, e

- os ditos dispositivos de evacuação da água do mar do dito circuito externo de resfriamento ao nível de uma derivação de evacuação compreendem uma porta de evacuação de débito regulável, e um dispositivo complementar a montante da dita porta de evacuação apto a permitir uma fuga permanente da água do mar de resfriamento que sai do trocador, causada por seu reaquecimento cria uma supressão. Esse dispositivo de fuga permanente da água de resfriamento para o oceano é feito notadamente via um orifício ou dispositivo conhecido equivalente. A regulação da temperatura da água do mar do circuito de resfriamento é feita pela entrada de água do mar fria do meio ambiente via uma linha de entrada e a descara de água do mar quente do circuito de resfriamento para o oceano através de uma chamada porta de regulagem.

[0038] Mais particularmente ainda, o circuito de resfriamento compreende ainda pelo menos um dos seguintes dispositivos complementares: - um dispositivo de calibração do débito para que o débito de água do mar de resfriamento no circuito de resfriamento a jusante do trocador de calor e/ou da dita derivação de evacuação não ultrapasse um valor limite determinado, e - um primeiro sensor de pressão a jusante da dita bomba e a montante do dito trocador de calor e um segundo sensor de pressão a montante da dita derivação de alimentação e a jusante da dita derivação de evacuação.

[0039] A água de resfriamento circula na calandra de um ou de vários trocadores de calor do tipo trocador a calandra e tubo (shell & tube) ou preferivelmente do tipo "grampo de cabelo" ("hairpin") em série ou em paralelo, para resfriar o fluido de produção que circula nos tubos do trocador. O tipo de trocador de calor em grampo de cabelo ("hairpin") é mais particularmente adaptado ao serviço e poderá ser fornecido por vendedores usualmente utilizados na indústria, como AIT STEIN GROUP, por exemplo.

[0040] Portanto, preferivelmente o dito trocador de calor é um trocador de calor do tipo "grampo de cabelo". Por "trocador de calor do tipo grampo de cabelo" entende-se, de maneira conhecida de um técnico no assunto, um trocador que compreende uma calandra em forma de U que contém tubos em forma de U, de modo que as entradas e saídas de um fluido a ser esfriado e do fluido de resfriamento são feitas todas de um mesmo lado longitudinal do dito trocador nas extremidades não ligadas entre elas as pernas do U.

[0041] A presente invenção provê igualmente um processo de resfriamento de um fluido de produção com o auxílio de uma instalação submarina de resfriamento de acordo com a invenção, no qual se dispõe a dita instalação no fundo do mar, o dito trocador de calor estando ligado a tubos de transferência de fluido de produção a montante e a jusante e a tubos de um chamado circuito de resfriamento e se realizam as seguintes etapas, nas quais: - envia-se o fluido de produção quente a uma temperatura no dito tubo de transferência a montante para resfriá-lo por troca de calor no dito trocador de calor a uma temperatura do dito primeiro valor de entrega determinado no dito tubo de transferência a jusante, - fazendo circular no dito circuito externo de resfriamento e no dito trocador de calor, um débito de água do mar, com o auxílio da dita bomba de circulação, a dita água do mar entrando no dito trocador de calor a uma temperatura de entrada do dito segundo valor de entrega determinada.

[0042] Mais particularmente, estabelece-se uma temperatura inicial da água de resfriamento antes de circulação do fluido de produção para atingir uma chamada temperatura de entrada do dito segundo valor de entrega determinado da água de resfriamento no dito circuito de resfriamento a jusante da dita bomba de circulação e a montante do dito trocador de calor, após alimentação e enchimento do dito circuito de resfriamento com água do mar ambiente, depois circulação da água de resfriamento no dito circuito de resfriamento em circuito fechado, os dispositivos de estando fechados, a subida de temperatura sendo feita por acumulação progressiva da energia de fricção que a bomba dissipa no volume de água do mar contido no circuito de resfriamento e/ou por aquecimento elétrico de uma parte de dos tubos do dito circuito de resfriamento, em toda ou parte da extensão dos mesmos, preferivelmente com o auxílio de uma pluralidade de cabos elétricos enrolados em torno dos tubos para aquecê-la por efeito Joule.

[0043] Mais particularmente ainda, em operação, quando o dito fluido de produção está em circulação nos ditos tubos de transferência e no dito trocador de calor, para manter uma chamada temperatura de entrada do dito segundo valor de entrega determinado da água de resfriamento no dito circuito de resfriamento a jusante da dita bomba de circulação e a montante do dito trocador de calor, e/ou para manter uma temperatura do dito primeiro valor de entrega determinado no dito tubo de transferência a jusante, realizam-se as seguintes etapas, nas quais: - se evacua do dito circuito de resfriamento um débito de água do mar de resfriamento com o auxílio dos ditos dispositivos de evacuação ao nível de uma derivação de evacuação, - se aspira concomitantemente um débito idêntico de água do mar do meio ambiente para dentro do circuito de resfriamento com o auxílio dos ditos dispositivos de alimentação ao nível de uma derivação de alimentação.

[0044] Mais particularmente, controla-se e controla-se a variação de débitos no dito circuito de líquido de resfriamento e no dito trocador com o auxílio dos ditos dispositivos de controle e comando em função de um primeiro valor de entrega da temperatura do fluido de produção no dito tubo de transferência a jusante que sai do trocador e/ou de um chamado segundo valor de entrega da temperatura da água do mar de resfriamento a jusante da bomba e a montante do dito trocador de calor.

[0045] Mais particularmente ainda, controla-se a variação do dito débito idêntico da evacuação e da alimentação e respectivamente dispositivos de evacuação em função da variação do débito do fluido de produção e/ou da temperatura do fluido de produção ao nível do tubo de transferência a montante de fluido de produção que alimenta o dito trocador de calor.

[0046] Mais particularmente ainda, controla-se automaticamente a variação dos ditos débitos no dito circuito de líquido de resfriamento e no dito trocador com o auxílio dos ditos dispositivos de controle e comando e as etapas compreendendo: - a medição da temperatura da água do mar de resfriamento a jusante da bomba e a montante do dito trocador de calor com um primeiro dispositivo de medição da temperatura conectado aos ditos dispositivos de evacuação da água do mar, de maneira a controlar automaticamente o dito débito da água do mar evacuado do dito circuito externo de resfriamento a jusante do trocador de calor e a montante da dita primeira derivação em função da temperatura da água do mar de resfriamento a jusante da bomba e a montante do dito trocador de calor, e - a medição da temperatura do fluido de produção no dito tubo de transferência a jusante que sai do trocador com um segundo dispositivo de medição conectado a um dispositivo de variação da velocidade da dita bomba, de maneira a controlar automaticamente o débito da água de resfriamento que sai da dita bomba em função da temperatura do fluido de produção no dito tubo de transferência a jusante que sai do trocador.

[0047] Mais particularmente ainda, o dito fluido de produção é um fluido de hidrocarbonetos compreendendo gás e/ou petróleo bruto procedente de poços de produção submarinos, o dito tubo de transferência do fluido de produção estando preferivelmente ligado a um tubo submarino de ligação fundo-superfície que liga o fundo do mar a um suporte flutuante na superfície e/ou a um tubo submarino de ligação com poços submarinos de injeção.

[0048] Mais particularmente ainda, o dito fluido de produção está constituído de hidrocarbonetos, dos quais metano, etano, propano e butano e compostos hidrocarbonetos mais pesados constituídos de 5 a 30 átomos de carbono, e gás inerte como o dióxido de carbono e/ou nitrogênio, bem como uma proporção variável de água de produção, a saber: uma água que inclui até mais de uma certa faixa por litro de sais, podendo ir de 0% em peso de água de produção no começo do tratamento de uma jazida a mais de 80% em peso de água no fim do tratamento, a temperatura do dito fluido de produção estando compreendida entre 50 e 200 graus centígrados.

[0049] Mais particularmente ainda, o dito fluido de produção apresenta uma temperatura entre 50 e 150 graus centígrados; a temperatura da água do mar do meio marinho ambiente sendo de 4 a 20 graus centígrados, o dito primeiro valor de entrega da temperatura do fluido de produção (T1) no tubo de transferência a jusante que sai do trocador estando compreendido entre 30 e 60 graus centígrados e o dito segundo valor de entrega da temperatura da água do mar de resfriamento T2 a jusante da bomba e a montante do dito trocador de calor estando compreendido entre 25 e 35 graus centígrados. A temperatura de admissão de água do mar é função da profundidade de água em que está instalado o laço de resfriamento e, portanto, pode estar compreendida em uma faixa de 4 graus centígrados para uma grande profundidade de água a temperaturas mais elevadas, por exemplo, 20 graus para menores profundidades de água.

[0050] Mais particularmente ainda, a temperatura da água de resfriamento (T3) após troca de calor ao sair do dito trocador de calor está entre 30 e 50 graus centígrados, preferivelmente inferior a 45 graus centígrados.

[0051] As temperaturas do primeiro e do segundo valores de entrega (T1) e (T2) acima são compatíveis com este valor da temperatura da água de resfriamento após troca de calor ao sair do dito trocador (T3) e permitem evitar: - depósitos de calcário e sais marinhos prejudiciais ao bom funcionamento do trocador no tempo, tais depósitos de calcário podem ser produzidos a temperaturas de pele superiores a 45 graus, e/ou - a formação de hidrato e/ou depósito sólidos de parafinas sob forma de tampões nos ditos tubos de transferência, notadamente em caso de parada de produção, como explicitado mais acima.

[0052] A temperatura de admissão de água do mar é função da profundidade da água na qual está instalado o laço de resfriamento e, portanto, pode estar compreendida em uma faixa de 4 graus centígrados para uma grande profundidade de água a temperaturas mais elevadas, por exemplo, 20 graus centígrados para profundidades menores de água. A temperatura da água do laço de resfriamento será escolhida para satisfazer, ao mesmo tempo, a temperatura de resfriamento visada para o fluido de produção que sai do trocador, por exemplo, entre 30 e 40 graus centígrados, para um fluido de produção que entra no trocador a 60-80 graus centígrados, a fim de ter uma certa margem em relação a possíveis depósitos de fase sólida, como descrito mais acima, e ao mesmo tempo evitar uma temperatura de água de resfriamento demasiadamente elevada, o que poderia levar a riscos de depósitos calcário, notadamente nos tubos internos do trocador de calor.

[0053] As condições operacionais de temperatura do laço de água de resfriamento devem resultar ainda do melhor compromisso entre o débito de circulação de água de resfriamento no laço, o tamanho necessário para os trocadores de calor e a inércia térmica disponível em caso de parada do sistema. A regulagem das temperaturas poderá ser ajustada em seguida pela escolha final das entregas dos reguladores de temperatura do laço do circuito de água de resfriamento. Por exemplo, a temperatura de água de resfriamento fria na entrada dos trocadores de calor poderá estar compreenda entre 25 e 35 graus centígrados, e a temperatura de água de resfriamento quente que sai dos trocadores de calor estar compreendida entre 30 e 50 graus centígrados.

[0054] Mais particularmente ainda, a potência térmica (ou carga térmica) da instalação de resfriamento está compreendida entre 1 megawatt e 10 megawatts. Cargas térmicas mais importantes podendo ser consideradas utilizando-se o número requerido de trocadores de calor e/ou utilizando-se vários laços de resfriamento que funcionem em paralelo.

[0055] Mais particularmente ainda, o débito de circulação da água de resfriamento no circuito de resfriamento que sai de bomba e no trocador de calor em operação está compreendido entre 100 m 3/hr e 1000 m3/hr, preferivelmente de 300 e 600 m3/hr e o volume global de água de resfriamento contido na dita instalação de resfriamento é de 3 a 10 m3.

[0056] O débito de circulação e o volume da água de resfriamento no laço do circuito de resfriamento dependerão da carga térmica a evacuar e das condições operacionais de temperatura selecionadas para o dimensionamento do sistema.

[0057] Outas características e vantagens da presente invenção ficarão mais claras a partir da leitura da seguinte descrição, feita de maneira ilustrativa e não limitativa, com referência a - Figura 1A que mostra um trocador de calor do tipo "grampo de cabelo" obtenível no comércio, e - Figura 1 que representa um esquema de uma instalação submarina de acordo com a invenção. A) Exemplo de instalação de acordo com a invenção.

[0058] A instalação submarina de esfriamento 10 representada na figura 1 compreende um trocador de calor 1 do tipo "grampo de cabelo" da empresa AIT-STEIN GROUP (França), cuja capacidade volumétrica da calandra é de 2 m3 de líquido de resfriamento mostrado na figura 1A.

[0059] A instalação submarina de resfriamento de acordo com a invenção compreende um circuito externo de resfriamento 2, o qual permite a circulação de água do mar de resfriamento em laço entre a saída 1b e a entrada 1a do trocador ‘ com o auxílio de uma bomba de circulação 3 em série: - uma primeira seção 2-1 de tubo de circulação da água do mar de resfriamento a um débito d1 entre a saída 1b do trocador 1 e uma derivação de evacuação D2 para uma porta 5 de evacuação da água do mar de resfriamento do circuito 2 para o meio marinho ambiente, e - uma segunda seção 2-2 de tubo de circulação da água de resfriamento a um débito d1-d2 entre (a) a dita derivação de evacuação D2 para a porta de evacuação 5 e (b) uma derivação de alimentação D1 para um dispositivo de alimentação 4 com água fria a cerca de 4 graus centígrados do meio marinho, a dita derivação de alimentação D1 estando a montante da entrada da bomba 3, t - uma terceira seção 2-3 de tubo de circulação da água de resfriamento a um débito d1 entre (a) a dita derivação de alimentação D1 para o dispositivo de alimentação 4 e (b) a entrada da bomba 3, e - uma quarta seção 2-4 de tubo de circulação da água do mar de resfriamento a um débito d1 entre a saída da bomba 3 e o trocador 1.

[0060] O tubo 2 de circulação da água do mar de resfriamento compreende, ao nível da dita derivação de alimentação D1, entre a dita segunda seção de tubo 2-2 e a dita terceira seção de tubo 2-3, um dispositivo de alimentação 4 constituído de filtro e válvula antirretorno aptos para aspirar automaticamente a água fria a cerca de 4 graus centígrados, aspirada do meio marinho após filtração em um filtro 4a que impede a aspiração de objetos sólidos diversos para dentro do circuito 2. Esta aspiração se fez pelo débito de circulação controlado pela velocidade da bomba e para completar a quantidade de água de resfriamento d2 evacuada na saída do trocador de calor 1.

[0061] A dita derivação de evacuação D2 da primeira seção de tubo 2-1 para a porta de evacuação 5 compreende, a montante da dita porta de evacuação 5, um dispositivo complementar de fuga 5a, que permite uma fuga permanente da água de resfriamento para o oceano via um orifício ou equivalente, a fim de evitar qualquer supressão causada pela dilatação da água do mar de resfriamento quando de seu aquecimento no trocador por troca de calor com o fluido de produção.

[0062] A porta de evacuação 5 da água do mar de resfriamento reaquecida que sai do trocador 1 está ligada por um primeiro cabo de conexão 6a a um primeiro dispositivo de medição de temperatura 6 apto a medir a temperatura da água de resfriamento ao nível da dita quarta seção de tubo 2-4 entre a saída da bomba 3 e a entrada do trocador 1. Assim, é possível controlar automaticamente a quantidade de água do mar esfriada d2 a evacuar pela dita porta de evacuação 5 em função da temperatura da água do mar de esfriamento T2 ao nível da dita quarta seção de tubo 2-4 a jusante da bomba 3 e a montante do trocador 1.

[0063] Um secundo dispositivo de medição de temperatura 7 está apto a medir a temperatura do fluido de produção resfriado na saída do trocador 1. Esse segundo dispositivo de medição de temperatura 7 está ligado, por um segundo cabo de conexão 7a, a um variador de velocidade 3a do motor da bomba 3, que permite controlar automaticamente o débito de circulação da água do mar de resfriamento para dentro do circuito em laço 2 em função da temperatura do fluido de produção resfriado T1 que sai do trocador 1.

[0064] As ditas seções de tubo do circuito de resfriamento estão isoladas termicamente com um revestimento isolante 130mm sobe o tubo para a dita quarta seção de tubo 2-4 entre a saída da bomba 3 e a entrada do trocador 1 e um revestimento isolante de 50mm sobre o tubo para as outras seções de tubo 2-1, 2-2 e 2-3. O isolamento é mais importante nesta seção 2-4, pois é a seção de tubo na qual a temperatura da água está mais baixa, portanto a mais próxima do limite inferior abaixo do qual ela não deve descer. Este isolamento reforçado permite diminuir a velocidade de queda da temperatura quando de longas paradas e/ou para operações de manutenção e assim evitar a formação de hidratos no fluido de produção.

[0065] Para o isolamento térmico do circuito de resfriamento, todos os tipos de sistemas e materiais de isolamento térmico podem ser utilizados, segundo as restrições de manutenção em temperatura a respeitar, desde um isolamento do tipo passivo convencional até a utilização de materiais mais elaborados, como aqueles de troca de frases, por exemplo.

[0066] O circuito de resfriamento 2 pode estar equipado com um dispositivo de calibração do débito 8 para que este não ultrapasse um valor limite determinado a jusante do trocador 1 e da derivação de evacuação D2 antes da dita derivação D1.

[0067] O circuito de resfriamento 2 pode estar equipado com um sensor de pressão 9a entre a bomba 3 e o trocador 1 e um outro sensor de pressão 9b a jusante da derivação de evacuação D2 para detectar, por exemplo, um diferencial de pressão que indica um entupimento do trocador 1 e/ou uma deficiência do dispositivo de fuga 5a e/ou do limitador de débito 8.

[0068] Os tubos de transferência de fluido de produção 11a, 11b e/ou o circuito de resfriamento 2 podem estar equipados com dispositivos de injeção de diversos produtos químicos de substituição ou inibidores de formação de hidratos (solvente, MEG, etc.) que podem ser utilizados para operações de pôr em segurança a instalação quando de longas paradas e/ou para operações de manutenção. B) Exemplo de processo de implementação da instalação do exemplo A

[0069] A instalação submarina de resfriamento 10 representada na figura 1 é implementada no fundo do mar a 2100 m de profundidade, a fim de resfriar um fluido multifásico de produção de uma jazida submarina, o qual consiste em um fluido multifásico de hidrocarbonetos ricos em CO2 e em água de produção, os ditos hidrocarbonetos contendo menos de 40% em mol de metano, mais de 3% em mol de etano, mais de 2% em mol de propano, mais de 1% de butano de 1 - 5% de hidrocarbonetos mais pesados contendo mais de 5 átomos de carbono.

[0070] Esse fluido multifásico de produção é produzido a uma temperatura T0 de cerca de 85 graus centígrados e alimenta uma unidade de separação submarina a uma pressão de cerca de 200 bars e a uma densidade da fração gasosa de cerca de 300 kg/m3.

[0071] A fim de facilitar o encaminhamento para a superfície, a partir do fundo do mar, da fação líquida em um tubo de transferência fundo- superfície, e a re-injeção submarina da fação gasosa, a instalação de resfriamento da fração gasosa de acordo com a presente invenção está configurada para resfriar o gás a uma temperatura T1 de cerca de 40 graus centígrados saindo dos trocadores (2 trocadores em série estão instalados, neste caso), o que permite aumentar sua densidade a cerca de 400 kg/m3, evitando a formação de hidratos ou parafinas no tubo submarino.

[0072] A temperatura de água de resfriamento aquecida T3 na saída dos trocadores de calor deve ser limitada a cerca de 45 graus centígrados, para evitar riscos de depósito calcário, notadamente nos tubos internos dos trocadores de calor.

[0073] Com uma capacidade de volume de água de resfriamento de cerca de 3m3 dos trocadores de calor, as condições operacionais de temperatura máxima, limite de água de resfriamento T3 na saída dos trocadores e a temperatura mínima T1 do gás de produção resfriado de 40 graus centígrados, podem ser satisfeitas com: - uma temperatura de água de resfriamento na saída da bomba 3 e antes da entrada no primeiro trocador T1 levada a 30 graus centígrados, - um volume de tubo de circuito de resfriamento 2 de cerca de 2m3 portando o volume global de água de resfriamento contido no laço de resfriamento a cerca de 5 m3, isto é, para tubos de 8.625" de um comprimento total de cerca de 60 m, - um débito de circulação da água de resfriamento na saída da bomba 3 e no trocador 1 de cerca de 500m3/hr em operação, e - um débito d2 de evacuação da água de resfriamento na saída do segundo trocador e de alimentação com água fria concomitante a jusante da bomba 3 de cerca de 150 m3/hr.

[0074] Esta configuração corresponde a uma potência ou carga térmica ao nível dos trocadores de calor de cerca de 5 megawatts, correspondendo à quantidade de calor (ou transferência térmica) trocada pela instalação de acordo com a invenção por unidade de tempo que se encontra em operação por diferença ente a energia térmica da água de resfriamento evacuada ao nível da porta de evacuação 5 e a energia térmica da água ambiente de alimentação 4.

[0075] Em produção, no decurso do tempo, se o débito d0 e/ou a temperatura T0 do gás de produção varia, notadamente diminui na prática, a potência térmica requerida para resfriá-lo vai varia do mesmo modo, notadamente diminuir também, o que requer uma variação, notadamente diminuição do débito da água de resfriamento d1 na saída da bomba e no trocador 1 e do débito d2 de evacuação da água de resfriamento ao nível da porta de evacuação 5.

[0076] Na prática, se o débito d0 do gás de produção enviado para o trocador diminui (a temperatura T0 inalterada) tanto que o débito de evacuação da água de resfriamento d2 não diminuiu, constata-se uma diminuição da temperatura do gás de produção na saída do trocador. Esta diminuição é detectada pelo segundo sensor de temperatura 7 que controla uma diminuição da velocidade da bomba 3 e, portanto, do débito de água de resfriamento d1 na saída da bomba 3 e no trocador

1. Assim, se o débito d0 do gás for dividido por n, a potência térmica requerida e o débito de água de resfriamento em circulação na saída da bomba e no trocador d1 serão divididos por n. Acessoriamente, será preciso também adaptar o débito de evacuação da água de resfriamento d2 na saída do trocador na mesma proporção.

[0077] Se for a temperatura T0 do gás de produção que varia no tempo (com débito de gás inalterado), isso se traduzirá por uma variação da temperatura da água de resfriamento no circuito de resfriamento detectada ao nível do primeiro sensor de temperatura 6, que controlará uma variação do débito de evacuação da água de resfriamento d2 ao nível da porta de evacuação 5. Acessoriamente, será detectada uma variação da temperatura do gás de produção T1 na saída do trocador ao nível do segundo sensor 7, que controlará uma variação da velocidade do motor para fazer variar o débito de água de resfriamento d1 na saída da bomba no trocador 1, a fim de restabelecer uma temperatura de saída adequada do gás de produção na saída do trocador.

[0078] A fixação da temperatura inicial T2 da água do mar do circuito de resfriamento pode ser feita por um aquecimento elétrico instalado no circuito de resfriamento ou preferivelmente por circulação da água de resfriamento em circuito fechado com a bomba de circulação e acumulação progressiva da energia de fricção que ela dissipa no volume de água do mar contido no circuito de resfriamento 2.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Instalação submarina de resfriamento (10) de fluido de produção compreendendo pelo menos um trocador de calor (1) apto a ser explorado e repousar no fundo do mar, ligado a tubos de transferência do dito fluido de produção (11a, 11b) respectivamente a montante (11a) e a jusante (11b) do dito trocador de calor (1), pelo menos um circuito externo de resfriamento (2) apto a fazer circular em laço em pelo menos um tubo externo de resfriamento (2-1, 2-2, 2-3, 2- 4) pelo menos uma parte da água do mar de resfriamento que sai do dito trocador entre uma saída (1b) e uma entrada (1a) de um circuito interno de líquido de resfriamento do trocador, com o auxílio de uma bomba de circulação (3), preferivelmente uma bomba que repousa no fundo do mar, o dito circuito externo de resfriamento (2) compreendendo: - dispositivos de alimentação (4, 4a) aptos a alimentar com a água do mar ambiente o dito circuito externo de resfriamento (2) a montante da dita bomba de circulação (3) ao nível de uma derivação de alimentação (D1), e - dispositivos de evacuação (5, 5a) aptos a evacuar uma parte da água do mar do dito circuito externo de resfriamento (2) ao nível de uma derivação de evacuação (D2), a jusante do trocador de calor (1) e a montante da dita derivação de alimentação (D1), e - dispositivos de controle e comando (3a, 6-6a, 7-7a) da variação de um débito idêntico (d2) da evacuação e da alimentação com água do mar pelos ditos dispositivos de alimentação (4, 4a) e respectivamente dispositivos de evacuação (5, 5a) aptos a controlar a variação do dito débito idêntico (d2) da evacuação e da alimentação com água do mar pelos ditos dispositivos de alimentação (4, 4a) e respectivamente dispositivos de evacuação (5, 5a) em função de um primeiro valor de entrega da temperatura do fluido de produção (T1) no tubo de transferência a jusante (11b) na saída do trocador (1) e/ou de um segundo valor de entrega da temperatura da água do mar de resfriamento (T2) a jusante da bomba (3) e a montante do dito trocador de calor (1), caracterizada pelo fato de que a bomba de circulação (3) está equipada com um variador de velocidade (3a) e os dispositivos de controle e comando (3a, 6-6a, 7-7a) do dito débito idêntico (d2) da evacuação e da alimentação com água do mar, compreendem: - um primeiro dispositivo de medição da temperatura (6) apto a medir a temperatura da água do mar de resfriamento (T2) a jusante da bomba (3) e a montante do dito trocador de calor (1) conectado (6a) aos ditos dispositivos de evacuação da água do mar (5, 5a), de maneira a comandar automaticamente o dito débito (d2) da água do mar evacuada do dito circuito externo de resfriamento (2) a jusante do trocador de calor (1) e a montante da dita primeira derivação (D1) em função da temperatura da água do mar de resfriamento (T2) a jusante da bomba (3) e a montante do dito trocador de calor (1), e - um segundo dispositivo de medição da temperatura (7) apto a medir a temperatura do fluido de produção (T1) no tubo de transferência a jusante (11b) na saída do trocador (1) conectado (7a) a um dispositivo de variação (3a) da velocidade da dita bomba, de maneira a comandar automaticamente o débito (d1) da água de resfriamento na saída da dita bomba em função da temperatura do fluido de produção (T1) no tubo de transferência a jusante (11b) na saída do trocador (1).

2. Instalação submarina de resfriamento (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os ditos dispositivos de controle e comando (3a, 6-6a, 7-7a) do dito débito idêntico (d2) da evacuação e da alimentação com água do mar, estão aptos a comandar a variação do dito débito idêntico (d2) da evacuação e da alimentação com água do mar pelos ditos dispositivos de alimentação (4, 4a) e respectivamente dispositivos de evacuação (5, 5a) em função da variação do débito (d0) do fluido de produção e/ou da temperatura (T0) do fluido de produção ao nível do tubo de transferência a montante de fluido de produção (11a) que alimenta o dito trocador de calor (1).

3. Instalação submarina de resfriamento (10), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que os ditos dispositivos de alimentação (4, 4a) com água do mar ambiente do dito circuito de resfriamento estão aptos a aspirar automaticamente um débito (d2) de água do mar ambiente no dito circuito externo de resfriamento (2) ao nível de uma chamada derivação de alimentação (D1), em função da velocidade da bomba de circulação para completar o débito (d1) de água de resfriamento no dito circuito de resfriamento a jusante da dita derivação de alimentação (D1) e a montante da dita bomba (3), idêntico ao débito de água do mar (d2) evacuado pelos ditos dispositivos de evacuação (5, 5a) ao nível de uma derivação de evacuação (D2).

4. Instalação submarina de resfriamento (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que os ditos tubos externos de resfriamento (2-1, 2-2, 2-3, 2-4) estão isolados termicamente, o isolamento da seção de tubos externa de resfriamento (2-4) entre a dita bomba (3) e a entrada do dito trocador de calor (1) sendo mais importante do que o das outras seções de tubo (2- 2, 2-3, 2-4) do dito circuito externo de resfriamento (2).

5. Instalação submarina de resfriamento (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que: - os ditos dispositivos de alimentação (4, 4a) do circuito externo de resfriamento (2) com água do mar ambiente ao nível da dita derivação de alimentação (D1) compreendem um filtro cooperando preferivelmente com uma válvula antirretorno (4) e um filtro (4a) apto para impedir a aspiração de objetos sólidos, e

- os ditos dispositivos de evacuação (5, 5a) da água do mar do dito circuito externo de resfriamento (2) ao nível de uma derivação de evacuação (D2) compreendem uma porta de evacuação de débito regulável (5), e um dispositivo complementar a montante da dita porta de evacuação apto a permitir uma fuga permanente da água do mar de resfriamento de débito reduzido para reduzir a pressão quando a dilatação da água do mar de resfriamento na saída do trocador causada por seu reaquecimento cria uma superpressão.

6. Instalação submarina de resfriamento (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que o circuito de resfriamento (2) compreende ainda pelo menos um dos dispositivos complementares seguintes: - um dispositivo de calibração do débito (8) para que o débito de água do mar de resfriamento no circuito de resfriamento a jusante do trocador (1) e/ou da dita derivação de evacuação (D2) não ultrapasse um valor limite (d1) determinado, e - um primeiro sensor de pressão (9a) a jusante da dita bomba (3) e a montante do dito trocador de calor (1) e um segundo sensor de pressão (9b) a montante da dita derivação de alimentação (D1) e a jusante da dita derivação de evacuação (D2).

7. Instalação submarina de resfriamento (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o dito trocador de calor é um trocador de calor do tipo "grampo de cabelo".

8. Processo de resfriamento de um fluido de produção com o auxílio de uma instalação submarina de resfriamento (10), como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que se dispõe a dita instalação (10) no fundo do mar (12), o dito trocador de calor (1) estando ligado a tubos de transferência de fluido de produção a montante (11a) e a jusante (11b) e a tubos de um chamado circuito externo de resfriamento e se realizam as seguintes etapas, nas quais: - envia-se um fluido de produção quente a uma temperatura T0 no dito tubo de transferência a montante (11a) para resfriá-lo por troca de calor no dito trocador de calor (1) a uma temperatura de primeiro valor de entrega determinada (T1) no dito tubo de transferência a jusante (11b), - fazendo circular no dito circuito externo de resfriamento (2) e no dito trocador de calor (1) um débito (d1) de água do mar, com o auxílio da dita bomba de circulação (3), a dita água do mar entrando no dito trocador de calor a uma temperatura de entrada de entrega determinada (T2).

9. Processo de resfriamento, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que se realiza uma fixação de temperatura inicial da água de resfriamento antes de circulação do fluido de produção para atingir uma chamada temperatura de entrada de segundo valor de entrega determinada (T2) da água de resfriamento no circuito de resfriamento a jusante da dita bomba de circulação (3) e a montante do dito trocador de calor (1), após alimentação e enchimento do dito circuito de resfriamento (2) com água do mar ambiente, depois circulação da água de resfriamento no dito circuito de resfriamento em circuito fechado, os dispositivos e evacuação (5, 5a) estando fechados, a subida de temperatura sendo feita por acumulação progressiva da energia de fricção que a bomba dissipa no volume de água do mar contido no circuito de resfriamento e/ou por aquecimento elétrico pelo menos de uma parte dos tubos (2-1 a 2-4) do dito circuito de resfriamento, em toda a sua extensão ou em parte da mesma, preferivelmente com o auxílio de uma pluralidade de cabos elétricos enrolados em torno dos tubos para aquecê-la por feito Joule.

10. Processo de resfriamento, de acordo com a reivindicação

8 ou 9, caracterizado pelo fato de que, em operação, quando o dito fluido de produção está em circulação nos ditos tubos de transferência (11a, 11b) e no dito trocador de calor (1), para manter uma chamada temperatura de entrada de segundo valor de entrega determinado (T2) da água de resfriamento no circuito de resfriamento a jusante da dita bomba de circulação (3) e a montante do dito trocador de calor (1), e/ou para manter uma temperatura do dito primeiro valor e entrega determinado (T1) no dito tubo de transferência a jusante (11b), são realizadas as seguintes etapas, nas quais: - evacua-se do dito circuito de resfriamento (2) um débito (d2) de água do mar de resfriamento com o auxílio dos ditos dispositivos de evacuação (5, 5a) ao nível de uma derivação de evacuação (D2), e - aspira-se concomitantemente um débito idêntico (d2) de água do mar do meio ambiente no circuito de resfriamento (2) com o auxílio dos ditos dispositivos de alimentação (4, 4a) ao nível de uma derivação de alimentação (D1).

11. Processo de resfriamento, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que se controla e comanda a variação de débitos no dito circuito de líquido de resfriamento e no dito trocador (d1, d2) com um auxílio dos ditos dispositivos de controle e comando (3a, 6- 6a, 7-7a) em função de um primeiro valor de entrega da temperatura do fluido de produção (T1) no tubo de transferência a jusante (11b) na saída do trocador (1) e/ou de um segundo valor de entrega da temperatura da água do mar de resfriamento (T2) a jusante da bomba (3) e a montante do dito trocador de calor (1).

12. Processo de resfriamento, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que se comanda a variação do dito débito idêntico (d2) da evacuação e da alimentação com água do mar pelos ditos dispositivos de alimentação (4, 4a) e respectivamente dispositivos de evacuação (5, 5a) em função da variação da temperatura

(T0 do fluido de produção ao nível do tubo de transferência a montante de fluido de produção (11a) que alimenta o dito trocador de calor (10).

13. Processo de resfriamento, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que se comanda automaticamente a variação de débitos no dito circuito de líquido de resfriamento e no dito trocador com o auxílio dos ditos dispositivos de controle e comando (3a, 6-6a,7-7a) e as etapas compreendendo: - a medição da temperatura da água do mar de resfriamento (T2) a jusante da bomba (3) e a montante do dito trocador de calor (1) com um primeiro dispositivo de medição de temperatura (6) conectado (6a) aos ditos dispositivos de evacuação da água do mar (5, 5a), de maneira a comandar automaticamente o dito débito (d2) da água do mar evacuada do dito circuito externo de resfriamento (2) a jusante do trocador de calor (1) e a montante da dita primeira derivação (D1) em função da temperatura da água do mar de resfriamento(T2) a jusante da bomba (3) e a montante do dito trocador de calor (1), e - a medição da temperatura do fluido de produção (T1) no tubo de transferência a jusante (11b) na saída do trocador (1) com um segundo dispositivo de medição conectado (7a) a um dispositivo de variação (3a) da velocidade da dita bomba, de maneira a comandar automaticamente o débito (d1) da água de resfriamento na saída da dita bomba em função da temperatura do fluido de produção (T1) no tubo de transferência a jusante (11b) na saída do trocador (1).

14. Processo de resfriamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 13, caracterizado pelo fato de que o fluido de produção é um fluido de hidrocarbonetos compreendendo gás e/ou petróleo bruto proveniente de poços de produção submarinos, o dito tubo de transferência do fluido de produção estando ligado preferivelmente a um tubo submarino de ligação fundo-superfície que liga o fundo do mar a um suporte flutuante na superfície e/ou a tubos inteiramente submarinos que ligam cabeças de poços de produção a cabeças de poços de injeção.

15. Processo de resfriamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 14, caracterizado pelo fato de que o fluido de produção está constituído de hidrocarbonetos, dos quais metano, etano, propano e butano e compostos hidrocarbonetos mais pesados constituídos de 5 a mais de 30 átomos de carbono, e gás inerte, como dióxido de carbono e/ou nitrogênio, bem como uma proporção variável de água de produção, a saber: uma água que inclui até mais de uma certa faixa por litro de sais, podendo ir de 0% em peso de água de produção no começo do tratamento de uma jazida a mais de 0% em peso de água no fim do tratamento, a temperatura do dito gás de produção estando compreendida ente 50 e 200 graus centígrados.

16. Processo de resfriamento, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o dito fluido de produção apresenta uma temperatura entre 50 e 200 graus centígrados, a temperatura da água do mar do meio marinho ambiente é de 4 graus centígrados a 20 graus centígrados, o dito primeiro valor de entrega da temperatura do fluido de produção (T1) no tubo de transferência a jusante (11b) na saída do trocador (1) estando compreendida entre 30 e 60 graus centígrados e o dito segundo valor de entrega da temperatura da água do mar de resfriamento (T2) a jusante da bomba (3) e a montante do dito trocador de calor (1) estando compreendida entre 25 e 35 graus centígrados.

17. Processo de resfriamento, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a temperatura da água de resfriamento (T3) após troca de calor na saída do dito trocador de calor está entre 30 e 50 graus centígrados, preferivelmente a 45 graus centígrados.

18. Processo de resfriamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 17, caracterizado pelo fato de que a potência térmica (ou carga térmica) da instalação de resfriamento (10) está compreendida entre 1 megawatt e 10 megawatts.

19. Processo de resfriamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 18, caracterizado pelo fato de que o débito de circulação da água de resfriamento no circuito de resfriamento em operação está compreendida entre 100 m3/hr a 1000 m3/hr, preferivelmente de 300 a 600 m3/hr e o volume global de água de resfriamento contido na dita instalação de resfriamento (10) é de 3 a 10m3.