BR202022007569Y1 - Dispositivo para redução de viscosidade de petróleo e dissolução de incrustações em tubulação - Google Patents

Abstract

PROCESSO E DISPOSITIVO PARA ATIVAÇÃO MAGNÉTICA DO PETRÓLEO, SEUS DERIVADOS E DE OUTROS FLUIDOS PARA A REDUÇÃO DE SUAS VISCOSIDADES E REDUÇÃO E DISSOLUÇÃO DE INCRUSTAÇÕES ORGÂNICAS E INORGÂNICAS. A presente patente refere-se a um modelo de utilidade de um produto industrial, com aplicação no segmento petrolífero e redes de fluidos em geral, fazendo o tratamento dos fluidos através da ativação magnética. Equipamento instalado em trechos das tubulações, tem como objetivo a promover a redução de viscosidade do petróleo e seus derivados em plantas petrolíferas, instalações onshore e offshore, reduzir as incrustações orgânicas e inorgânicas além de promover a dissolução daquelas já existente, podendo ser aplicado ainda a equipamentos auxiliares como caldeiras e trocadores de calor. O ativador magnético foi projetado levando em conta diversos parâmetros como, pH, temperatura, viscosidade, vazão e velocidade do fluxo, pressão, intensidade do campo magnético, tipologia doa imãs comprimento da zona ativa magneticamente e tempo de exposição dos fluidos a ação do campo magnético. Os resultados dos experimentos em laboratório validaram e permitiram estabelecer as condições ótimas para ativação magnética do petróleo, seus derivados e de outros fluidos. O equipamento tem potencial para aumentar a produção dos poços de petróleo bem como o de reduzir os processos de manutenção das redes de produção e de distribuição.

Description

[001] A presente patente de modelo de utilidade trata-se de um produto industrial com aplicação no segmento petrolífero e redes de fluidos em geral, fazendo o tratamento dos fluidos através da ativação magnética, reduzindo a viscosidade e dissolvendo as incrustações já existentes sejam orgânicas ou inorgânicas.

[002] O dispositivo em referência opera pela ação de campos magnéticos formados por imãs permanentes dispostos radialmente em tubulação. A ação magnética polariza as moléculas do fluido. Idealizado e testado com óleo cru de petróleo e também em processos de refino. Aplica-se também em fluidos com particulados sólidos em movimento na tubulação. A presença de incrustações nos tubos da indústria de óleo e gás sejam elas orgânicas ou inorgânicas, constituem se fatores que reduzem a produção dos poços, em termos práticos, essas incrustações acarretam redução no diâmetro dos tubings e levam a um maior consumo de energia, além de representar um maior desgaste dos equipamentos como exemplo as bombas centrifugas submersas.

[003] O dispositivo em referência tem ação de reduzir a viscosidade do fluido e assim permitir maior velocidade interna na tubulação, menor pressão no recalque da instalação de bombeamento, maior vazão e menor consumo de energia elétrica. No que se refere à viscosidade, também é fato bem estabelecido que a redução da viscosidade de um fluido faz com que haja um aumento na vazão além de diminuir a pressão na tubulação e consequente economia de energia.

[004] A ação física do dispositivo se dá com a formação de fortes campos magnéticos gerados por múltiplos colares segmentados por imãs ferro neodímio boro ou ferrite de estrôncio ou outras ligas magnéticas. O fluido com sólidos em suspensão ao passar por esse potente campo magnético tem instantaneamente as moléculas polarizadas, dessa forma menor propensão a adesão nas faces internas dos dutos. Essa ação desincrustante permanece efetiva por trecho considerado da tubulação.

[005] A ação do campo magnético proporciona menor viscosidade ao fluido em curso, vantagem promotora de maior vazão e produtividade, significa maior escoamento e menor potência no bombeamento para recalque. A menor incrustação proporciona melhor desempenho da instalação com maior intervalo entre manutenções decorrente de incrustação e redução de área de escoamento de produtos.

[006] A FIGURA 1 mostra o dispositivo em corte forma que permite visão da localização dos componentes no conjunto. O tubo central (1) é a continuidade da tubulação original. A camisa de proteção (2) dos colares de imãs (4). os anéis espaçadores (3) em metal não magnético são inteiriços vestindo o tubo central (1), justapostos aos imãs, sendo que os extremos são fixados ao tubo central e assim preservar a localização. A transição da camisa de proteção (2) com o tubo central (1) é feita com redução cônica (5). A construção do bloco do dispositivo aplica ligações soldadas circunferenciais nas transições cônicas próximas as extremidades. A instalação desse dispositivo na tubulação de extração se dá por roscas podendo ser rosca externa (8) com ou sem luva de ligação ou com rosca fêmea na outra extremidade. Os filetes de solda circunferenciais (6) com a camisa e filetes de solda (7) com o tubo central são elaborados com penetração total, com boa técnica e testados para assegurar continuidade.

[007] A FIGURA 2 mostra vista externa parcial do dispositivo. a rosca interna (9), tipo cônica nos moldes usados em sondas petrolíferas, geometria normalizada, chegada na face externa com maior diâmetro, atenuando a perda de resistência com rebaixo com os filetes. Vê-se os filetes de solda circunferenciais (6) e (7). A camisa de proteção (2) é centralizada com o tubo central (1).

[008] A FIGURA 3 mostra a seção transversal. Vê-se os colares de imãs (4) em quatro segmentos de mesmo arco, os anéis espaçadores (3), o tubo central (1) e a camisa de proteção (2).

[009] A FIGURA 4 mostra alternativas de construção com rosca externa (8) em ambas as extremidades e a alternativa de forma construtiva com rosca interna (9) em uma extremidade tal que possa ser acoplado diretamente sistema macho-fêmea sem luva de união roscada. Existe alternativa de uma flangeada.

[010] A FIGURA 5 mostra em detalhe os filete de soldas (6) e (7) unindo a redução cônica (5), em ambas as extremidades, com a camisa (2) e com o tubo central (1). Cordões de solda com penetração total, os chanfros obtem geometria nas peças individuais antes da montagem. A ligação com o tubo central (1) tem abaulamento para atenuar concentração de tensões nessa transição.

[011] Em meados 1950 a descoberta dos efeitos do tratamento magnético da água foi feita por VERMEIREN. Ele apresentou um campo magnético de imãs permanentes agindo sobre os sais incrustantes existentes na água. Mais tarde, no início dos anos de 1980, trabalhos como o de Kochmarsky. V.Z. e outros (Khimya i Teknologya Vody Vol.4 n.3 1981 em Russo) e de K.W.Busch e outros (Corrosion 1984 , Boston, Massachusets mostraram através de enfoques diferentes que o campo magnético transverso à velocidade do fluxo, age sobre os ions dos sais incrustantes, como por exemplo Ca++ e CO3--, fazendo sobre eles forças em sentidos opostos, reunindo-os na forma de CaCO3. Estas partículas, formadas no próprio volume do fluido, funcionam como núcleo de crescimento evitando suas deposições nas tubulações. Completando o raciocínio dos autores, o campo magnético faz com que o carbonato de cálcio venha a se precipitar na forma de Aragonita, uma variedade alotrópica mole e friável, ao invés de Calcita, sendo esta última dura, com cristais com alto poder de coalescimento.

[012] A ativação magnética de sistemas aquosos e de outros fluidos encontrou aplicação nos mais variados campos da atividade humana, que vão da grande maioria dos processos industriais e energéticos. O tratamento magnético passou a ser usado no combate a incrustações em sistemas que contenham sais incrustantes submetidos a altas pressões, no enriquecimento de minérios, na produção de concreto e argamassa bem como na aceleração dos processos de filtragem e purificação, na redução da viscosidade do petróleo e seus derivados e de outros fluidos.

[013] A maior parte da literatura técnica analisa os efeitos da ativação magnética de fluidos sob uma ênfase experimental, tendo como sustentação física a FORÇA de LORENTZ que é a força de um campo magnético transverso sobre partículas carregadas em movimento, relatando mudanças em diversas propriedades com destaque para viscosidade, tensão superficial, pH, condutividade elétrica, aumento no momento de dipolo elétrico de moléculas orgânicas e inorgânicas, indução de momentos de dipolo elétricos em moléculas apolares e o aumento na velocidade de propagação do ultrassom.

[014] Já em 1997 surgem trabalhos que mostram a redução da viscosidade de óleos crus pela ação do campo magnético, além de destacarem a redução de incrustações (deposições) orgânicas e prevenir a formação das incrustações inorgânicas (Marques e Rocha,Paper SPE 38990). No ano de 2001 Nguyen Phuong e outros (Paper SPE 69749) confirmam experimentalmente os resultados do trabalho de Marques e Rocha além de elaborarem modelos teóricos para explicar a redução de viscosidade dos óleos crus e a redução de incrustações orgânicas nas paredes dos tubos centrais. No que tange à redução de incrustações inorgânicas, esses autores repetem as considerações já bem estabelecidas. Mais recentemente, no ano de 2021 Chen Jiang e outros (Colloids and Surfaces: Physicochemical and Engineering Aspects 629 2021), mostram de maneira quantitativa a redução da viscosidade de quatro variedades de óleos crus com graus API que vão de 15,4o até 32,87o. Os resultados obtidos indicam que a viscosidade pode sofrer reduções de até 25%. Esses autores não especificam todas as variáveis que levaram aos resultados apresentados, tais como intensidade do campo magnético, velocidade do fluxo, pressão, tempo de exposição do óleo ao campo magnético, número de Reynolds entre outras.

[015] Conforme acima apresentado, embora o estado da técnica apresente diversos resultados sobre a ativação magnética de óleos crus, visando a redução da viscosidade e inibição de incrustações orgânicas e inorgânicas, e indícios claros das vantagens de tal ativação, em nenhuma publicação são especificadas as condições ótimas para ativação magnética de óleos crus e refinados no que se refere aos dois grupos de variáveis, características do fluido e das variáveis próprias da ativação magnética.

[016] Na literatura técnica disponível não são especificadas as condições ótimas de ativação magnética dos óleos e outros fluidos no que se refere a velocidade do fluxo, regime do fluxo, intensidade do campo magnético, pH, concentração de sais, temperatura, pressão entre outras.

[017] As condições ótimas de ativação magnética dos óleos e outros fluidos, para a presente modelo de utilidade, são aquelas que fazem com que os fluidos e em especial o petróleo e seus derivados apresentem a maior redução em suas viscosidades, menor deposição de materiais orgânicos e inorgânicos nas tubulações.

[018] Os inventores, identificaram as variáveis do fluido a ser ativado magneticamente bem como estabeleceram o conjunto de variáveis próprias para os ativadores magnéticos. Sendo variáveis do fluido a tipologia, temperatura, viscosidade original, vazão, condutividade elétrica, pH, pressão e composição química. As variáveis do ativador magnético são a temperatura, pressão, velocidade do fluido, número de Reynolds, viscosidade final pretendida, intensidade do campo magnético, tipo de imas, comprimento da zona ativa magneticamente e o tempo de exposição do fluido ao campo.

[019] Considerando todas estas variáveis os inventores projetam e constroem ativadores magnéticos que atendem as condições ótimas de ativação magnética dos óleos, sejam eles crus ou refinados, bem como para outros fluidos, de conformidade às necessidades dos clientes e da tipologia de sua utilização como poços “offshore”, “onshore” ou em sistemas auxiliares como trocadores de calor e outros. Compreende-se como condições ótimas de ativação magnética aquela que leva à maior redução de viscosidade, maior redução de deposição orgânicas e inorgânicas.

Claims (3)

1. “Dispositivo para redução de viscosidade e dissolução de incrustações em petróleo, seus derivados e fluidos” caracterizado por conter tubo central (1), fixado ao menor orifício da redução cônica (5), através de filetes de solda (7) com penetração total; conter redução cônica (5); conter colares de imãs (4) permanentes, preferencialmente de ferro neodímio boro ou ferrite de estrôncio, internos à camisa de proteção (2); conter camisa de proteção (2), fixado ao maior orifício da redução cônica (5), através de filetes de solda (6) com penetração total; conter anéis espaçadores (3), em metal não magnético e inteiriços, sem a presença de campo magnético, que vestem o tubo central (1) e são posicionados justapostos aos colares de imãs (4) de forma que os extremos são fixados ao tubo central e preservam a localização; e contém roscas externas (8) nas extremidades do tubo central (1) para acoplamento.

2. “Dispositivo para redução de viscosidade e dissolução de incrustações em petróleo, seus derivados e fluidos” de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, alternativamente, utilizar roscas internas (9) nas extremidades do dispositivo para o acoplamento.

3. “Dispositivo para redução de viscosidade e dissolução de incrustações em petróleo, seus derivados e fluidos” de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo dispositivo possuir formato otimizado para viabilizar a sua adequada inserção nas linhas de condução dos fluidos dentro de poços subterrâneos, plataformas de extração de petróleo e gás onshore e offshore.

Images