BRPI0517184B1 - Method for reducing the viscosity of a petroleum-based fluid - Google Patents
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Abstract
método para reduzir a viscosidade de um fluido baseado em petróleo. a presente invenção refere-se a um método para reduzir a viscosidade e facilitar o fluxo de fluidos baseados em petróleo. o método inclui a etapa de aplicação de um campo elétrico de intensidade suficiente e por um tempo suficiente para o fluido baseado em petróleo causar uma redução na viscosidade do fluido.
Description
MÉTODO PARA REDUZIR A VISCOSIDADE DE UM FLUIDO BASEADO EM PETRÓLEO
CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção refere-se a fluidos baseados em petróleo. Mais especificamente, ela se refere a um método para reduzir a viscosidade e facilitar o fluxo de fluidos baseados em petróleo.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] É bem sabido no estado da técnica que os fluidos baseados em petróleo, tais como o óleo cru, têm características de viscosidade de suspensões ou emulsões líquidas. Em consequência disto, todos os três tipos bási cos de óleo cru - baseado em parafina, baseado em asfalto e baseado em uma mistura (misturado baseado em parafina e baseado em asfalto) - exibem a característica de uma viscosidade aumentada que corresponde às temperaturas de fluido diminuídas. No óleo cru baseado em parafina, quando a temperatura do fluido diminui, especialmente quando a temperatura cai imediatamente abaixo da temperatura em que a cera começa a precipitar (a chamada temperatura de surgimento de cera), a parafina no fluido se cristaliza em muitas partículas com tamanhos de nanômetros que ficam suspensas no solvente e aumentam a viscosidade aparente do fluido. No óleo cru baseado em asfalto, o asfalto no fluido se solidifica em um número crescente de partículas de asfalteno à medida que a temperatura diminui, resultando em um aumento contínuo na viscosidade aparente. O óleo cru baseado em uma mistura demonstra analogamente uma relação inverso de viscosidade/temperatura similar às características de óleos crus baseados em parafina e baseados em asfalto. Esta relação inversa da viscosidade/temperatura é particularmente problemática quando o aumento na viscosidade entope as tubulações nas quais o óleo cru é transportado.
[003] Além do aumento da viscosidade em temperaturas mais baixas, o óleo cru precipita cera ou partículas de asfalteno a temperaturas mais baixas, o que é particularmente problemático por causa do seu efeito prejudicial no transporte do óleo cru através das tubulações. Em consequência da precipitação da cera do óleo cru ou do asfalteno, as tubulações devem ser normalmente fechadas e limpadas para raspar o acúmulo de cera ou asfalteno na tubulação para impedir a obstrução do fluxo de óleo cru.
[004] Com aumento das demandas nos suprimentos de óleo mundiais e os climas de baixa temperatura, por exemplo, os poços de petróleo costa afora e os arredores do Ártico e sub-Ártico, em que o óleo é extraído ou através dos quais é transportado, é cada vez mais importante o desenvolvimento de métodos para melhorar o fluxo de óleo cru nas tubulações a temperaturas mais baixas.
[005] O documento americano US5673721 descreve um sistema para aplicação de campo magnético e um campo elétrico em um fluido que flui através de uma tubulação, porém ao contrário da presente invenção, o campo elétrico/magnético de US5673721 é gerado de forma a impedir qualquer agregação de partículas dentro do fluido.
[006] Já o documento americano US4203398 revela a aplicação de um campo elétrico ao longo da direção de fluxo do fluido, em que o campo elétrico ioniza as partículas e impõe uma tensão propulsiva nas partículas para se moverem na direção de um dos eletrodos, no entanto ainda que US4203398 possa revelar o bombeamento das partículas, não há sugestão de que as partículas no fluido seriam agregadas de forma a reduzir a viscosidade, não obstante, é bem conhecida a dificuldade em ionizar óleo cru devido a tensão extremamente alta necessária, assim tornando a solução de US4203398 inviável para a aplicação a óleo cru.
[007] Devido às razões descritas acima, é desejável um método para diminuir a viscosidade e facilitar o fluxo de fluido de líquidos baseados em petróleo, tal como o óleo cru.
DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO
[008] De acordo com o método da presente invenção, é apresentado um método para reduzir a viscosidade de fluidos baseados em petróleo. O método compreende a aplicação ao fluido de um campo elétrico de intensidade suficiente e por um período de tempo suficiente para reduzir a viscosidade do fluido e aplicar esse campo por um tempo suficiente para facilitar um fluxo melhorado do fluido. A seleção de um campo elétrico de intensidade apropriada e de um período de tempo apropriado para a aplicação do campo é necessária para produzir uma redução desejada na viscosidade do fluido baseado em petróleo e a melhoria no fluxo do mesmo. A presente invenção é particularmente útil no transporte de óleo cru através de tubulações onde o fluxo de fluido melhorado é desejável, e mais especificamente onde temperaturas de fluido mais baixas causam um aumento na viscosidade do fluido, e a elevação da temperatura do fluido reduzir a fim de reduzir a viscosidade é difícil de obter.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[009] A presente invenção apresenta um método para reduzir a viscosidade e melhorar o fluxo de fluidos baseados em petróleo, mediante a aplicação ao fluido de um campo elétrico de intensidade suficiente e por um período de tempo suficiente para reduzir a viscosidade do fluido.
[010] O método é dirigido aos fluidos baseados em petróleo, tal como o óleo cru, mas não fica limitado a este fluido baseado em petróleo particular. Desse modo, o método é aplicável, por exemplo, ao óleo cru, incluindo, mas sem ficar a eles limitado, o óleo cru baseado em parafina, o óleo cru baseado em asfalto, ao óleo cru baseado em uma mistura (uma combinação baseada em parafina e baseada em asfalto), e as misturas destes. Mais particularmente a presente invenção é dirigida aos fluidos que são demasiadamente viscosos, devido pelo menos em parte a considerações da temperatura, para ser transportados ou conduzidos por tubulações facilmente de um local a outro.
[011] Foi descoberto que, mediante a aplicação de um campo elétrico ao fluido, a viscosidade do fluido pode ser reduzida para facilitar o fluxo do fluido e/ou para impedir a precipitação dos sólidos que pode causar bloqueio ou fluxo reduzido através das tubulações ou dos vasos através dos quais o fluido deve passar. A fim de obter uma redução desejada na viscosidade, o campo elétrico aplicado deve ser de uma intensidade de pelo menos aproximadamente 10 V/mm a fim de produzir uma redução na viscosidade do fluido. Por exemplo, a intensidade do campo pode estar compreendida apropriadamente na faixa de aproximadamente 10 V/mm até aproximadamente 2.000 V/mm, por exemplo, na faixa de aproximadamente 400 V/mm a aproximadamente 1.500 V/mm. A seleção de um valor particular dentro desta faixa deve depender da composição do fluido, do grau desejado de redução na viscosidade, da temperatura do fluido, e do período durante o qual o campo deve ser aplicado. Deve ser apreciado que, se a intensidade do campo for demasiadamente baixa ou se o período de aplicação for demasiadamente curto, não irá ocorrer nenhuma mudança significativa na viscosidade. Por outro lado, se a intensidade do campo elétrico for demasiadamente alta ou se o período de aplicação for demasiadamente longo, a viscosidade do fluido pode realmente aumentar.
[012] Conforme indicado acima, a duração da exposição do fluido ao campo elétrico também é importante a fim de reduzir a viscosidade. O período de exposição fica compreendido apropriadamente na faixa de aproximadamente 1 segundo a aproximadamente 300 segundos, por exemplo, de aproximadamente 1 segundo a aproximadamente 100 segundos.
[013] À medida que o fluido continua o seu fluxo por períodos de tempo estendidos, a viscosidade subsequentemente à aplicação do campo tal como descrito acima irá tender a aumentar lentamente de volta ao seu valor original. Pode, portanto, ser necessário, a fim de manter uma faixa desejada de viscosidade, reaplicar periodicamente o campo elétrico em um ponto ou uma multiplicidade de pontos a jusante do ponto no qual o campo elétrico inicial foi aplicado. Por exemplo, pode ser desejável reaplicar o campo elétrico a intervalos que variam, por exemplo, de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 60 minutos à medida que o fluido prossegue ao longo de seu curso de deslocamento para assegurar que a viscosidade esteja sempre abaixo de um nível predeterminado. Em aplicações de óleo cru, pode desse modo ser desejável posicionar os campos elétricos em uma série de pontos a jusante do ponto inicial ao ponto de destino. Uma vez que o óleo cru em uma tubulação flui a várias milhas por hora, a aplicação de um campo elétrico a intervalos a cada par de milhas deve permitir que a viscosidade seja mantida abaixo do valor predeterminado. A viscosidade deve ser dirigida continuamente aos valores mais baixos ao neutralizar o rebote que ocorre quando o óleo cru flui através de áreas da tubulação não expostas aos campos elétricos.
[014] Com a aplicação do campo elétrico dentro destas faixas de intensidade e período, as partículas de parafina ou as partículas de asfalteno nas proximidades são forçadas a ficarem agregadas como partícula maiores que são limitadas ao tamanho de micrômetros, enquanto não permite tempo ou intensidade suficiente para deixar estas partículas formarem aglomerados macroscópicos. À medida que o tamanho médio de partícula aumenta, a viscosidade é reduzida. Uma vez que o campo elétrico é removido, a velocidade na qual a viscosidade retorna ao seu valor original diminui com o passar do tempo, uma vez que as partículas agregadas se desagregam gradualmente. Pode levar tanto quanto aproximadamente oito a dez horas para a viscosidade retornar ao seu valor inicial.
[015] O campo elétrico empregado pode ser um campo elétrico de corrente contínua (C.C.) ou de corrente alternada (C.A.). Quando é aplicado um campo elétrico de C. A., a freqüência do campo aplicado fica compreendida na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 3.000 Hz, por exemplo, de aproximadamente 25 Hz a aproximadamente 1.500 Hz. Este campo pode ser aplicado em uma direção paralela à direção do fluxo do fluido, ou pode ser aplicado era uma direção que não a direção do fluxo do fluido.
[016] A intensidade do campo e a duração do período de tempo era que o fluido é exposto ao campo varia dependendo do tipo de óleo cru envolvido, tal como óleo cru baseado em parafina, óleo cru baseado em asfalto, óleo cru baseado em uma mistura, ou uma mistura destes. Foi determinado que, quanto mais alta a viscosidade inicial do fluido antes dele ser sujeitado ao campo elétrico, maior a redução na viscosidade depois dele ser sujeitado ao campo elétrico.
[017] Em uma realização, o campo elétrico é aplicado utilizando um capacitor em que o óleo cru flui através do capacitor, experimentando um campo elétrico de pulso curto enquanto uma voltagem constante é aplicada ao capacitor. O capacitor pode ser do tipo que inclui pelo menos duas malhas metálicas conectadas a um tubo grande, tal como ilustrado abaixo, em que o óleo cru passa através da malha.
[018] Deve ser apreciado pelos elementos versados na técnica que outros tipos de capacitores também podem ser utilizados. Nesta realização, o campo elétrico é aplicado em uma direção paralela à direção do fluxo de fluido. Estes tipos de capacitores podem ser utilizados para gerar campos elétricos de pulsos que podem ser aplicados ao óleo cru nas tubulações.
[019] Em uma outra realização, o campo elétrico é gerado por um capacitor através do qual o campo elétrico é aplicado em uma direção que não a direção do fluxo do fluido. É contemplado que o campo elétrico pode ser aplicado em quase qualquer direção praticável através do fluido e ainda obter uma redução na viscosidade.
[020] O que segue são exemplos e gráficos que são ilustrativos da invenção.
Exemplo 1 [021] Um campo elétrico de C.C. de 600 V/mm foi aplicado a uma amostra de óleo cru baseado em parafina por 60 segundos, o qual tinha uma viscosidade inicial de 44,02 cp a 10°C. Após a exposição ao campo elétrico, a viscosidade caiu para 35,21 cp, ou aproximadamente 20% de seu valor inicial. Depois que o campo elétrico foi removido, a viscosidade, tal como mostrado no gráfico abaixo, aumentou gradualmente. Depois de aproximadamente trinta minutos, a viscosidade tinha se elevado para 41 cp, ainda 7% abaixo da viscosidade original. A taxa de aumento da viscosidade após o primeiro período de trinta minutos caiu consideravelmente.
Exemplo 2 [022] Uma amostra de óleo cru baseado em parafina com uma viscosidade inicial de 33,05 cp a 10°C foi exposta a um campo elétrico de C. A. de 50 Hz de 600 V/mm por trinta segundos. A viscosidade do fluido caiu para aproximadamente 26,81 cp, ou 19% do valor inicial. Depois de trinta minutos, a viscosidade elevou-se para somente aproximadamente 30 cp, ainda aproximadamente 10% abaixo do valor original, conforme mostrado no gráfico abaixo.
[023] Os resultados tal como mostrado nos Exemplos 1 e 2 indicam que os campos elétricos de C.C. e os campos de C. A. de baixa freqüência são eficazes na redução da viscosidade aparente das amostras de óleo cru testadas. As experiências também revelaram que leva aproximadamente dez horas para a viscosidade que foi reduzida pelo campo elétrico aplicado retornar ao seu valor original.
Exemplo 3 [024] A duração do campo elétrico aplicado à amostra foi determinada para a duração ideal do campo elétrico. Para a amostra de óleo cru baseado em parafina testada, a duração ideal foi determinada como sendo de quinze segundos para uma intensidade de campo elétrico de C. C. de 600 V/mm aplicada. A viscosidade mais baixa imediatamente depois que o campo elétrico foi aplicado era de 19,44 cp, 17,1% abaixo do valor original da viscosidade de 23,45 cp, antes do campo elétrico ser aplicado, tal como mostrado no seguinte gráfico.
Exemplo 4 [025] Para uma amostra de óleo cru que tem uma viscosidade de aproximadamente 44,02 cp a 10°C antes do campo elétrico ser aplicado, foi verificado que a duração ideal é de aproximadamente 60 segundos utilizando um campo elétrico de 600 V/mm. A viscosidade da amostra caiu para aproximadamente 35,21 cp, ou 20%, para este período de tempo, tal como ilustrado no seguinte gráfico. Este resultado mostra que o efeito do campo elétrico fica mais intenso à medida que a viscosidade do óleo cru fica mais alta.
Exemplo 5 [026] 0 gráfico mostrado abaixo é uma curva dos resultados para a amostra no Exemplo 2 em sua duração ideal. O óleo cru tinha origina Imente uma viscosidade de 23,45 cp. Após a aplicação de um campo de C.C. de 600 V/mm por quinze segundos, a viscosidade caiu para 19,44 cp, menos de 4,01 cp, uma redução de 17,101. Por outro lado, conforme mostrado no Exemplo 1, a viscosidade era de menos de 8,81 cp, uma redução de 20%.
Exemplo 6 [027] Mais experimentação em que as amostras do óleo cru foram testadas a 10° e a 20° revelou que o efeito do campo elétrico é mais intenso quando a temperatura do fluido é mais baixa. À medida que a temperatura é diminuída, a fração de volume das partículas de parafina fica mais alta; portanto, a viscosidade aparente fica mais alta e o efeito do campo elétrico na viscosidade fluido também fica mais pronunciado. No Exemplo 6, o óleo cru baseado em parafina foi testado a 20°C e a 10°C e os resultados indicaram que o efeito do campo elétrico a 10°C é mais intenso do que aquele a 20°C. Por exemplo, a 20 °C a maior queda na viscosidade era de menos de 10%, ao passo que a 10°C era significativamente maior do que 10%.
Exemplo 7 [028] Uma amostra de óleo cru baseado em asfalto a 23,5°C, com uma viscosidade cinética de 773,8 sCt, requereu aproximadamente oito segundos de exposição a um campo elétrico aplicado de 1.000 V/mm para a redução da viscosidade. Na amostra, a viscosidade cinética caiu imediatamente para 669,5 cSt, menos de 104,3 cSt ou aproximadamente 13,5%. Depois de aproximadamente 90 minutos, a viscosidade cinética era de 706,8 cSt, ainda 67 cSt abaixo do valor original. Durante a experiência, a temperatura foi mantida em 23,5°C. Os resultados são mostrados no gráfico abaixo.
[029] Na comparação dos efeitos da aplicação de um campo magnético com os efeitos da aplicação de um campo elétrico ao óleo cru baseado em asfalto, foi determinado que o campo magnético teve somente um efeito minimo na viscosidade da amostra, no entanto, a aplicação do campo elétrico à mesma amostra reduziu a viscosidade do óleo cru baseado em asfalto de maneira significativa.
[030] Uma outra característica da presente invenção é que ela também desacelera a precipitação da cera do óleo cru. Uma vez que as partículas de parafina de nanoescala se agregam como partículas com tamanho de micrômetros, a área de superfície disponível para a cristalização é reduzida drasticamente. Desse modo, a precipitação da cera do óleo cru é diminuída de maneira significativa.
[031] Embora a invenção tenha sido aqui ilustrada e descrita com referência a realizações específicas, a invenção não se presta a ser limitada aos detalhes mostrados. Pelo contrário, várias modificações podem ser feitas nos detalhes dentro do âmbito e da gama dos equivalentes das reivindicações e sem que se desvie da invenção. É contemplado que a invenção, quando descrita com respeito ao óleo cru, pode ser útil em outras aplicações onde a viscosidade de fluido baseado em petróleo aumentada é problemática e inibe o fluxo do fluido.
REIVINDICAÇÕES
Claims (11)
1. MÉTODO PARA REDUZIR A VISCOSIDADE DE UM FLUIDO BASEADO EM PETRÓLEO, caracterizado por compreender as etapas de: gerar de um campo elétrico determinado para reduzir a viscosidade do fluido baseado em petróleo para transporte do fluido baseado em petróleo; e aplicar do campo elétrico gerado em uma direção do fluxo do fluido baseado em petróleo durante o transporte de um primeiro local para um segundo local para agregar pelo menos uma partícula de parafina ou asfalto em um fluido baseado em petróleo em um tamanho agregado que reduz a viscosidade e melhora o fluxo do fluxo baseado em petróleo do primeiro local para o segundo local.
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fluido baseado em petróleo ser óleo cru.
3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fluido baseado em petróleo ser um óleo cru baseado em parafina, ou um óleo cru baseado em asfalto, ou um óleo cru baseado em uma mistura.
4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo campo elétrico ser aplicado a uma intensidade de 10 V/mm a 2.000 V/mm, que é suficiente para reduzir a viscosidade e facilitar o fluxo do fluido.
5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo campo elétrico ser aplicado por um período de 1 a 300 segundos, sendo que o período de aplicação é suficiente para reduzir a viscosidade e facilitar o fluxo do fluido.
6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo campo elétrico ser aplicado a uma intensidade de 10 V/mm a 2.000 V/mm e por um período de 1 a 300 segundos, sendo que a intensidade e o período de aplicação são suficientes para reduzir a viscosidade e facilitar o fluxo do fluido.
7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo campo elétrico ser gerado por um capacitor por meio do qual um campo elétrico é aplicado em uma direção paralela à direção do fluxo do fluido.
8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo capacitor compreender pelo menos duas malhas metálicas conectadas a um tubo.
9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo campo elétrico ser selecionado do grupo que consiste em um campo elétrico de corrente contínua (C.C.) e um campo elétrico de corrente alternada (C.A.).
10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo campo elétrico ser aplicado a uma intensidade de 10 a 2.000 V/mm e aplicado por um período de 1 a 300 segundos.
11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo campo elétrico ser um campo de C.A. que tem uma frequência de 1 a 3.000 Hz.
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