BRPI0415548B1 - Processo para a extração de misturas multifásicas, bem como instalação de bomba - Google Patents

Processo para a extração de misturas multifásicas, bem como instalação de bomba Download PDF

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Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO PARA A EXTRAÇÃO DE MISTURAS MULTIFÁSICAS, BEM COMO INS- TALAÇÃO DE BOMBA". A invenção refere-se a um processo para a extração de misturas multifásicas, especialmente hidrocarbonetos, a partir de uma perfuração, com uma bomba de deslocamento, por meio da qual é bombeada a mistura multifásica, bem como a uma instalação de bomba com uma bomba de des- locamento para a extração de misturas multifásicas com um duto de aspira- ção e uma câmara de pressão, sendo que o duto de aspiração desemboca especialmente em uma perfuração.
Transporte de hidrocarboneto com bombas multifásicas, coloca- das na superfície, geralmente próxima à perfuração, representa uma técnica econômica, suficientemente segura quanto ao funcionamento e funcional para a extração de fontes fracas, bem como para aumentar o grau de deso- leificação. Bombas multifásicas são em si conhecidas, como, por exemplo, pelo EP 0 699 276 A1, o qual é tomado totalmente como referência e cuja evidência é admitida no pedido de patente. Típicas para a extração de hidro- carbonetos, por exemplo a extração de petróleo e de gás natural, são as quedas de pressão na cabeça central em cerca de 2-5 bar; menores pres- sões na cabeça geralmente são pouco econômicas devido à expansão do volume da fração de gás e devido ao esforço crescente de montagem daí resultante.
Partindo desse estado da técnica, a presente invenção tem o objetivo de disponibilizar um processo e uma instalação de bomba, com a qual melhora-se a retirada da mistura multifásica e, ao mesmo tempo, limita- se o esforço necessário de montagem para a instalação de bomba.
De acordo com a invenção, esse objetivo é alcançado devido ao fato de que, pelo lado da pressão, uma subcorrente de líquido é desviada da corrente principal de extração e é conduzida para o lado de alta pressão de pelo menos uma bomba de jato, a qual, servindo de unidade auxiliar de ex- tração, fica disposta no lado de aspiração da bomba de deslocamento, res- pectivamente devido ao fato de que um duto de alimentação liga a câmara de pressão da bomba de deslocamento com o lado de alta pressão de pelo menos uma bomba de jato e a bomba de jato fica disposta, pelo lado de ad- missão, na direção de extração da bomba de deslocamento. O líquido de pressão empregado para o acionamento da bomba de jato circula entre a bomba de jato e a bomba de deslocamento, especial- mente configurada como bomba multifásica, sem que ocorra uma contami- nação permanente da mistura extraída. Além disso, fica assegurado abaste- cimento de energia da bomba de jato, sem que seja preciso colocar à dispo- sição uma fonte externa de energia, especialmente uma fonte de energia hidráulica.
Por meio de um dimensionamento adequado da bomba de jato é possível conseguir que a bomba de deslocamento seja alimentada com uma pressão prévia moderada que comporte 2 bar, por exemplo, de tal modo que a extração da mistura multifásica seja melhorada e, ao mesmo tempo, o vo- lume de gás livre seja limitado. Desse modo, é possível reduzir o esforço de montagem da bomba de deslocamento, reduzindo-se assim os custos totais.
Vantajosamente, a bomba de jato fica disposta na ou junto à per- furação, desde que a mistura multifásica seja extraída de uma fonte de hidro- carboneto, a fim de facilitar a aspiração do hidrocarboneto. Alternativamente, é possível que a bomba de jato seja disposta dentro do duto de aspiração.
As misturas multifásicas caracterizam-se por uma elevada varia- bilidade em sua composição, sendo que se trata de uma mistura de múltiplas substâncias que pode ocorrer em várias fases. A composição pode variar de aproximadamente 100 % de fase líquida para aproximadamente 100 % de fase gasosa, sendo que também podem ocorrer grandes frações de subs- tâncias sólidas em uma mistura multifásica. Para se produzir um resfriamen- to e uma vedação suficientes da bomba de deslocamento, é previsto que na bomba de deslocamento seja executada uma separação da fase gasosa e da fase líquida e que a subcorrente de líquido seja desviada da fase líquida separada para a bomba de jato. Desse modo, para se operar a bomba de jato emprega-se um líquido que apresenta tão somente uma pequena fração de gás e corresponde à fase líquida do produto extraído. Portanto, não ocor- re uma modificação, respectivamente uma contaminação do produto extraí- do devido ao emprego da subcorrente de líquido desviada sob a forma de portador de energia para a bomba de jato, e a bomba de deslocamento é abastecida permanentemente com uma fração de líquido pelo lado de aspi- ração, de tal modo que ocorra uma lubrificação, um resfriamento e uma ve- dação suficientes da bomba de deslocamento.
Um aperfeiçoamento da invenção prevê que uma corrente volu- métrica parcial da fase líquida separada seja fornecida em forma dosada através de um duto de curto-circuito ao lado de aspiração da bomba de des- locamento, ou seja, que a alimentação não ocorra exclusivamente através da bomba de jato, mas sim através de um duto de curto-circuito disposto dentro da caixa da bomba de deslocamento, de preferência, fazendo com que seja reduzido o risco de um funcionamento a seco da bomba de deslo- camento.
Um aperfeiçoamento da invenção prevê que depois do desvio da subcorrente de líquido, este seja conduzido através de um separador adicio- nal para a separação da fase gasosa e da fase líquida, caso a separação dentro da bomba de deslocamento não tenha sido suficiente. Por meio do separador adicional fica assegurado que uma fase líquida amplamente libe- rada da fase gasosa seja conduzida à bomba de jato sob a forma de líquido de pressão e portador de energia.
Para se disponibilizar um nível suficientemente alto de pressão, especialmente um nível constante de pressão, entre a bomba de desloca- mento e a bomba de jato é prevista uma bomba de elevação de pressão por meio da qual é aumentada a pressão de extração. A instalação de bomba de acordo com a invenção prevê que um duto de alimentação ligue a câmara de pressão da bomba de deslocamento com o lado de alta pressão de pelo menos uma bomba de jato, sendo que a bomba de jato está disposta de um lado na direção de extração da bomba de deslocamento, para alimentar a bomba de deslocamento com uma pres- são prévia moderada. Portanto, pelo lado de pressão da bomba de desloca- mento é conduzida uma subcorrente de líquido para o lado de alta pressão de uma ou mais bombas de jato, que são empregadas como meios auxilia- res de extração, produzindo assim uma elevação de pressão particularmente econômica pelo lado da aspiração. Diferentemente do caso de componentes ativos para o aumento da pressão prévia, nos quais as partes mecânicas produzem um aumento de pressão, como, por exemplo, sob a forma de tec- nologias de bomba tipo Down-Hole, tais como Beam Pump, ESP, PCP ou SSP, as bombas de jato são estruturadas de forma extremamente simples e não possuem peças móveis. Especialmente devido às propriedades às ve- zes altamente abrasivas da mistura multifásica extraída, torna-se vantajoso prescindir de componentes mecânicos. Devido ao baixo esforço de manu- tenção, as instalações são confiáveis e econômicas, sobretudo porque na região da perfuração a acessibilidade torna-se limitada e um conserto é mui- to dispendioso. Isso leva a longos períodos de paralisação e problemas de economicidade nos operadores das instalações. Vantajosamente, dentro da caixa de bomba de deslocamento acham-se configurados dispositivos de separação para a separação da fase gasosa e da fase líquida na câmara de pressão, fazendo com que a fase gasosa da mistura multifásica seja separa- da da fase líquida e apenas a fase líquida seja empregada para o aciona- mento da bomba de jato.
Para se assegurar que no caso de uma configuração particular- mente longa do duto de alimentação haja uma certa circulação de líquido para a vedação, lubrificação e resfriamento da bomba de deslocamento, é previsto um duto de curto-circuito do lado da câmara de pressão para o lado de aspiração da bomba de deslocamento, para o fornecimento dosado da fase líquida separada.
Para uma melhor separação da fase líquida e da fase gasosa é previsto um separador adicional no duto de alimentação, separador este a partir do qual um duto de retorno da fase gasosa separada conduz ao duto de pressão da bomba de deslocamento, de tal modo que a fase gasosa jun- tamente com o produto extraído restante possa ser retirada para um proces- samento ulterior.
No duto de alimentação acha-se disposta uma bomba de eleva- ção de pressão, de tal modo que a fase líquida separada apresente um teor de energia elevado.
Foi constatado que é vantajoso que a bomba de deslocamento seja projetada como uma bomba de fuso roscado, pois as bombas de fusos roscados extraem com segurança as misturas multifásicas, especialmente com uma alta fração de substâncias abrasivas e frações de gás intensamen- te variáveis, e proporcionam vantagens no que se refere à disponibilidade.
Por motivos de montagem, é vantajoso que a bomba de jato seja disposta na ou junto à perfuração na extremidade do duto de aspiração, sendo que alternativamente é possível que a bomba de jato seja disposta em um outro local, como, por exemplo, no duto de aspiração, próximo à bomba de deslocamento ou, porém, em uma perfuração afastada do duto de aspiração. A seguir, um exemplo de execução da invenção será explicado com base na única figura, na qual é exposta a estrutura básica de uma insta- lação de bomba. O núcleo da instalação de bomba é uma bomba de deslocamen- to 1, que é prevista como bomba multifásica e é projetada vantajosamente como bomba de fuso roscado. Pelo lado de aspiração acha-se disposto um duto de aspiração 10 que desemboca em uma perfuração 3. Ao final do duto de aspiração 10, dentro da perfuração, acha-se disposta uma bomba de jato 2 que se acha alinhada de tal modo que o lado de alta pressão da bomba de jato 2 fique dirigido na direção do lado de aspiração da bomba de desloca- mento 1, para submeter a bomba de deslocamento 1 a uma pressão prévia. A bomba de jato 2, de preferência projetada como uma bomba Jet, é alimentada através de uma subcorrente de líquido 13 que, pelo lado da pressão, foi desviada da bomba de deslocamento 1. Através do duto de alimentação 7, a subcorrente de líquido 13 é conduzida ao lado de alta pres- são da bomba de jato 2. A subcorrente de líquido 13 é desviada de uma mistura multifá- sica separada, sendo que dentro da bomba de deslocamento ocorre uma separação da fase líquida e da fase gasosa. Uma quantidade previamente definida de fase líquida é desviada, pelo lado da pressão, da bomba de des- locamento 1; o produto extraído restante é conduzido através de um duto de pressão 11 para um processamento ulterior. Para a separação ulterior da fase gasosa e da fase líquida da mistura multifásica acha-se intercalado um separador adicional 4, do qual um duto de retorno 14 conduz ao duto de pressão 11, sendo que a fase líquida não necessitada ou a fase gasosa se- parada adicional é conduzida ao duto de pressão 11.
Opcionalmente é prevista uma bomba de elevação de pressão 5 no duto de alimentação 7, para aumentar o nível de energia do líquido de pressão para a bomba de jato 2.
Do mesmo modo, opcionalmente é previsto um duto de curto- circuito 15, através do qual uma subcorrente proveniente do líquido separa- do é fornecida, pelo lado de aspiração, à bomba de deslocamento 1, para garantir permanentemente um resfriamento e uma lubrificação suficientes. O duto de curto-circuito 15 também pode ser configurado dentro da caixa da bomba de deslocamento.
Devido à circulação de uma subcorrente de líquido dentro da instalação de bomba, disponibiliza-se um meio auxiliar de extração de um modo tal que a bomba de deslocamento possa extrair melhor a mistura mul- tifásica devido à pressão prévia existente, sendo que a expansão volumétri- ca da fração de gás é limitada e o esforço construtivo crescente que daí re- sulta é diminuído. A montagem simples da bomba de jato sem peças movi- das diminui o esforço construtivo e evita períodos de paralisação devido a reparos que ocorram devido ao desgaste de componentes mecânicos. Além disso, como líquido de pressão não se emprega nenhum portador de energia externo que seja misturado com o produto de extração, o que pode se tornar um obstáculo no processamento ulterior do produto extraído. Além disso, em muitos casos não se encontra à disposição nenhum líquido de pressão sepa- rado, de tal modo que fica garantida uma capacidade permanente de aplica- ção da instalação de bomba.
Evidentemente, várias bombas de jato 2 podem ser alimentadas por uma bomba de deslocamento 1.

Claims (15)

1. Processo para a extração de misturas multifásicas, especial- mente hidrocarbonetos a partir de uma perfuração, com uma bomba de des- locamento (1) por meio da qual é bombeada a mistura multifásica, caracteri- zado pelo fato de que, pelo lado da pressão, uma subcorrente de líquido (13) é desviada da corrente principal de extração e é conduzida para o lado de alta pressão de pelo menos uma bomba de jato (2), a qual, servindo de meio auxiliar de extração, fica disposta no lado de aspiração da bomba de deslo- camento (1).
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a bomba de jato (2) está disposta na ou junto à perfuração (3).
3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que na bomba de deslocamento (1) é executada uma separação da fase gasosa e da fase líquida e a subcorrente de líquido (13) é desviada para a bomba de jato (2) a partir da fase líquida separada.
4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que uma corrente volumétrica parcial da fase líquida separada é for- necida, em forma dosada, ao lado de aspiração da bomba de deslocamento (1) através de um duto de curto-circuito (15).
5. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, depois do desvio da subcorrente de líquido (3), esta é conduzida, através de um separador adicional (4) para a separa- ção da fase gasosa e da fase líquida.
6. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que entre a bomba de deslocamento (1) e a bom- ba de jato (2) ocorre um aumento da pressão de extração por meio de uma bomba de elevação de pressão (5).
7. Instalação de bomba com uma bomba de deslocamento (1) para a extração de misturas multifásicas, com um duto de aspiração (10) e uma câmara de pressão, sendo que o duto de aspiração (10) desemboca especialmente em uma perfuração, caracterizada pelo fato de que um duto de alimentação (7) liga a câmara de pressão da bomba de deslocamento (1) com o lado de alta pressão de pelo menos uma bomba de jato (2), e a bom- ba de jato (2) está disposta, pelo lado de aspiração, na direção de extração da bomba de deslocamento (1).
8. Instalação de bomba de acordo com a reivindicação 7, carac- terizada pelo fato de que a bomba de jato (2) está disposta na região da de- sembocadura do duto de aspiração (10) na perfuração (3) na direção de ex- tração da bomba de deslocamento (1).
9. Instalação de bomba de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizada pelo fato de que dentro da caixa da bomba de deslocamento encontram-se configurados dispositivos de separação para a separação da fase gasosa e da fase líquida na câmara de pressão.
10. Instalação de bomba de acordo com uma das reivindicações 7 a 9, caracterizada pelo fato de que um duto de curto-circuito (15) conduz do lado da câmara de pressão para o lado de aspiração da bomba de deslo- camento (1) para o fornecimento dosado da fase líquida separada.
11. Instalação de bomba de acordo com uma das reivindicações 7 a 10, caracterizada pelo fato de que no duto de alimentação (7) está dis- posto um separador adicional (4) para a separação da fase líquida e da fase gasosa.
12. Instalação de bomba de acordo com a reivindicação 11, ca- racterizada pelo fato de que a partir do separador adicional (4), um duto de retorno (14) conduz ao duto de pressão (11) da bomba de deslocamento (1).
13. Instalação de bomba de acordo com uma das reivindicações 7 a 12, caracterizada pelo fato de que no duto de alimentação (7) acha-se disposta uma bomba de elevação de pressão (5).
14. Instalação de bomba de acordo com uma das reivindicações de 7 a 13, caracterizada pelo fato de que a bomba de deslocamento (1) está configurada como uma bomba de fuso helicoidal.
15. Instalação de bomba de acordo com uma das reivindicações de 7 a 14, caracterizada pelo fato de que a bomba de jato (2) está disposta na ou junto à perfuração (3), especialmente na extremidade do duto de aspi- ração (10).
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