BRPI0612864A2 - sistema de geração de nitrogênio e sistema de fluìdo de serviço de poço combinados em um aparelho de unidade de potência - Google Patents
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Abstract
SISTEMA DE GERAçãO DE NITROGêNIO E SISTEMA DE FLUIDO DE SERVIçO DE POçO COMBINADOS EM UM APARELHO DE UNIDADE DE POTêNCIA. A presente invenção se refere a um sistema combinado para o tratamento de poço de petróleo e/ou gás, compreendendo: um meio de transporte único possuindo nele montados: um único acionador principal para proporcionar a potência principal para a operação de bombas e motores montados no referido meio de transporte; um gerador de nitrogênio que possa recolher nitrogênio gasoso da atmosfera da Terra; e um sistema de bombeamento de fluido para bombear fluidos para dentro da cavidade do poço, o referido gerador de nitrogênio e o referido sistema de bombeamento de fluido sendo interligáveis por encanamento e incluindo um meio de transmissão de potência que responde à operação do referido motor.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DEGERAÇÃO DE NITROGÊNIO E SISTEMA DE FLUIDO DE SERVIÇO DEPOÇO COMBINADOS EM UM APARELHO DE UNIDADE DE POTÊNCIA".
Campo da Invenção
A presente invenção refere-se, geralmente, ao tratamento depoços de gás e de óleo usando nitrogênio da atmosfera para aumentar acapacidade de produção dos poços, e especificamente, para proporcionarem uma única unidade, todo o equipamento e acessórios para bombear ni-trogênio em alta pressão e químicos para os poços que estejam sendo trata-dos.
É sabido na técnica como se faz para proporcionar operações deexame detalhado usando nitrogênio gasoso para remover areia e/ou água ououtros impedimentos para a produção. O método anterior não reconheceuque uma única unidade, relativamente pequena, pode ser proporcionadacom todo o equipamento e acessórios para fazer funcionar um serviço degeração de nitrogênio e pressão para o bombeamento de químicos para tra-tar os referidos poços.
A patente dos E.U.A. 6.230.805 ensina um método de fraturahidráulica no qual pelo menos dois componentes de fluido de fraturamentoseparados são bombeados na cavidade do poço, um dos referidos compo-nentes sendo bombeado na cavidade do poço dentro da tubulação em espi-ral, mas não explica como conseguir realizar o referido com uma única uni-dade compacta na qual todo o equipamento tem sua força gerada por ummotor em comum.
A técnica anterior em terra tipicamente trás dois ou mesmo trêsreboques-tratores para o poço a ser tratado, um dotado tanto de um tanquede nitrogênio líquido ou uma grande unidade geradora de impressão de ni-trogênio, e uma dotada da unidade de bombeamento de nitrogênio, e umaunidade de bombeamento de alta pressão para ácidos e outros químicos. Anecessidade de reboques-tratores aumenta os custos de transporte e depessoal que são necessários para trazer as unidades para o poço e executaro referido serviço.A patente dos E.U.A. 6.273.188 explica um reboque montadocom uma tubulação equipada em espiral.
A patente dos E.U.A. 6.702.011, também pelos presentes auto-res, ensina uma combinação de um sistema de tratamento por nitrogênio eum sistema de tubulação em bobina em um aparelho trator/reboque. Como apresente invenção, uma única unidade de reboque-trator é proporcionada,na qual o próprio trator move diversos motores hidráulicos que controlam asbombas e os motores associados com um sistema de nitrogênio que é usa-do para a injeção de nitrogênio para um poço, mas ao contrário da presenteinvenção, nenhuma explicação é dada para a provisão de tanques de fluidopara a conservação de poços, misturadores, e bombas. Ao invés disso, umaunidade de guindaste e uma unidade de injeção com tubulação em bobinasão proporcionadas. Ao contrário da presente invenção, o tipo preferido desistema de nitrogênio são tanques de nitrogênio líquido, apesar de haveruma descrição de um modo alternativo no qual o sistema de nitrogênio líqui-do é substituído por um ou mais geradores de nitrogênio que recolher nitro-gênio da atmosfera terrestre. No entanto, não está explicado, como na pre-sente invenção, que o nitrogênio poderia ser misturado com fluidos de con-servação de poços proporcionados pela mesma unidade trator-reboque, mashavendo a preferência do nitrogênio ser bombeado através da unidade detubulação em bobina para o poço sendo tratado; ou diretamente para a fonte.
A aplicação PCT US2004/034521, feita também pelos presentesinventores, descreve um sistema de tratamento por nitrogênio três-em-um,sistema de fluido, e sistema de tubulação em bobina em uma unidade. Comoa presente invenção, um único trator-reboque ou unidade marinha é propor-cionado, na qual um único motor aciona uma variedade de motores hidráuli-cos que controlam as bombas e motores associados com um sistema denitrogênio e um sistema de fluido que é usado para a injeção de nitrogênio efluido para um poço, mas ao contrário da presente invenção, um sistema detubulação em bobina é também proporcionado, a qual aumenta as exigên-cias de poder acima das referidas exigências da presente invenção. Os úni-cos meios descritos para bombear o líquido para o poço são através do sis-tema da tubulação em bobina e nenhuma descrição é feita para a injeçãodireta dos líquidos de conservação do poço no poço. Ainda, nenhum tanquede mistura fluido é descrito (um tanque químico, que seja um tanque dentrode um tanque - duplamente murado).
Afora o método anterior suportar que tem a mesma funcionalida-de que a invenção atual, outros, que não a técnica anterior do presente in-ventor, são grandes e caros e exigem tratores e reboques dos caminhõesvários, múltiplos barcas ou os navios ou uma barca ou um navio maior, maiscaro e que tem um esboço mais profundo e pode conseqüentemente partir ealcançar menos posições.
As unidades da técnica anterior possuem componentes que sãopermanentemente anexados a uma unidade de transporte. O referido é umproblema se existe a necessidade de substituir ou atualizar algum compo-nente. Por causa das melhorias na tecnologia de geração de nitrogênio, ahabilidade de atualizar o referido componente é especialmente desejável, emais uma vez não está disponível no método anterior.
O objetivo principal da presente invenção é proporcionar umapequena unidade que possa ser colocada em um único trator-reboque ouuma barca ou um navio pequeno para proporcionar um sistema de geraçãode nitrogênio e bombear uma combinação de nitrogênio em alta pressão eácidos ou outros químicos para um poço.
Sumário
Um sistema combinado para o tratamento de um poço de gás oude petróleo, compreendendo: um único meio de transporte dotado de umúnico motor acionador montado em si para proporcionar a força de aciona-mento para a operação de bombas e motores montados no referido meio detransporte; um gerador de nitrogênio que possa recolher nitrogênio gasosoda atmosfera da Terra; e um sistema de bombeamento de fluido para bom-bear fluidos para a cavidade do poço, o referido gerador de nitrogênio e oreferido sistema de bombeamento de fluido sendo interligáveis por encana-mento e incluindo um meio de transmissão de energia que responde à ope-ração do referido motor.
Descrição das ilustrações
A figura 1 é uma vista elevada e pictórica de uma unidade detrator e parte do reboque com o equipamento de geração de nitrogênio queestá conectado à linha de descarga na peça em T;
A figura 2 é uma vista elevada e pictórica da outra parte do rebo-que da figura 1, que mostra o equipamento de armazenamento, de mistura,e de bombeamento para fluido de conservação de poço, e mostra que o re-ferido equipamento está conectado à linha de descarga na mesma peça emT na qual o equipamento de geração de nitrogênio está conectado;
A figura 3 ilustra, em diagrama de bloco, os vários sistemas quesão usados de acordo com a presente invenção para tratar um poço comnitrogênio;
A figura 4 é uma vista pictórica de três geradores de nitrogênio;
A figura 5 é uma vista pictórica de uma unidade usando tecnolo-gia de membrana para puxar o nitrogênio gasoso da atmosfera; e
A figura 6 é um diagrama de componentes que são removivel-mente ligados aos meios de transporte.
Descrição
A figura 1 mostra um trator 10 dotado de um motor acionador, talcomo um motor a gasolina ou um motor a diesel, que é usado para puxar oreboque 20 ilustrado na figura 1 e na figura 2. O motor do trator aciona todosos componentes que estão ilustrados na figura 1 e na figura 2, no trator 10, eno reboque 20, respectivamente. O chassi 11 do trator 10 pode ser, por e-xemplo, um Freightliner. O trator 10 também é dotado de um tanque hidráuli-co 12 e uma unidade retentora do tanque 13 a qual segura o tanque hidráuli-co ao chassi. Uma bomba hidráulica 14 é dotada de um mecanismo de aco-plamento e de movimentação conectados à sua extremidade. O acoplador16 está conectado com um invólucro de transferência e com o mecanismode movimentação do eixo 17. Uma bomba hidráulica 18 é uma das muitasbombas hidráulicas conjunto do trator 10 e também incluiu várias bombashidráulicas no conjunto 19. Deve-se apreciar que todos os mecanismos ilus-trados com o reboque 20 na figura 2 são movimentadas por bombas hidráu-licas localizadas no chassi do trator 10. O conjunto 15 é uma bomba hidráu-lica que inclui a polia da embreagem sendo movido pelo motor acionadorlocalizado no trator 10. A base do trator 21 é dotada de um conjunto 22 que éusado para conectar o trator ao reboque como ilustrado na figura 2.
A base do reboque 30 está conectada à base do trator 21 pormeio do mecanismo 22. Montado na base do reboque 30 está um sistemade alimentação de ar 32 que está conectado a membranas de nitrogênio 33.Juntos, o sistema de alimentação de ar 32 e a membrana de nitrogênio 33funcionam como um gerador de nitrogênio 31 (também mostrado na figura 5)que extrai o nitrogênio da atmosfera para eliminar a necessidade (e seuscustos relacionados) transportar e encher os tanques de nitrogênio. A prefe-rida modalidade do gerador de nitrogênio 31 usa membranas 33 (tambémmostradas em detalhe na figura 6) que permitem que o ar rico em nitrogênioda atmosfera terrestre continuamente alimente o suporte do feixe de mem-branas. O ar alcança o centro do feixe das fibras das membranas, ponto noqual o gás consiste em sua maior parte de nitrogênio gasoso. O nitrogêniose recompõe no mandril no centro do feixe. Enquanto o ar passa através dofeixe de fibras das membranas, o oxigênio e outros gases rápidos passamatravés da parede das fibras da membrana enquanto passam através dasfibras para se recomporem no fim. Oxigênio, vapor dágua, e outros gasesrápidos se recompõem continuamente e são movidos do feixe, desse mododeixando o nitrogênio disponível para ser injetado no poço sendo tratado. Oreferido ocorre em pressão e temperatura próximas à ambiente. É uma van-tagem dessa modalidade que grandes volumes de nitrogênio podem serproporcionados no local do poço para ser bombeado para o poço, sem quehaja a necessidade de transportar todo o volume tanto na forma líquidaquanto na forma sólida para o local do poço. Os geradores de nitrogênio dapreferida modalidade realizam a geração de nitrogênio com uma impressãomenor do que qualquer outro método anterior conhecido pelo inventor. Onitrogênio então flui para o compressor 38 do impulsionador do nitrogênioque comprime o nitrogênio seco para a pressão desejada. O nitrogênio eraentão bombeado para a peça em T 39 onde é misturado com um fluido oucom uma mistura de fluido, tal como um ácido, e então a mistura resultanteentra na linha de descarga 40.
Agora com referência à figura 2, montado na base do reboque30 estão tanques de armazenamento químico 42 que fornecem químicospara os tanques de mistura 44 onde os químicos são misturados. Os quími-cos misturados fluem primeiro para a bomba centrífuga 46 e então para abomba de fluido de conservação de poço 48. Os químicos fluem para a peçaem T 39 onde a mistura de químicos se mistura com nitrogênio e a misturaresultante flui para a linha de descarga 40. Da linha de descarga a misturaresultante pode tanto fluir para qualquer unidade de tubulação em bobinapara a fonte, ou fluir diretamente para a fonte do poço.
Agora com referência à figura 3, está ilustrado em diagrama debloco alguns dos componentes que estão ilustrados nas figuras 1 e 2. O sis-tema de alimentação de ar de nitrogênio 32 tem sua saída conectada com aentrada da bomba hidráulica 64. O motor acionador 70, que pode ser ummotor a gasolina ou diesel, é dotado de uma linha de retorno 74. Uma bom-ba hidráulica 90 está conectada a um motor hidráulico 92 que é usado movera linha de retorno 74.
Outra bomba hidráulica 96 aciona um motor 98 para conduzir oguindaste 46 que é ilustrado na figura 2.
Outra bomba hidráulica 100 aciona um motor 102 gerar energiapara os tanques de mistura que estão ilustrados na figura 2.
Deve ser apreciado que o motor acionador 70 aciona cada umadas bombas hidráulicas 64, 90, 96 e 100 como mostrado pela linha 106. Sa-indo do motor acionador 70, as bombas hidráulicas 64, 90, 96 e 100 são pre-ferivelmente movidas por uma ou mais correias que possam ser usadas compolias da embreagem como desejado. Uma unidade de compressor 108 queé também movida pelo motor acionador 70 é retirada da linha de movimento106 para auxiliar a manutenção do nitrogênio líquido em sua temperaturadesejada.
Deve ser apreciado que enquanto o motor acionador 70 estáobviamente e desejavelmente localizado no trator, e o sistema de geraçãode nitrogênio e os sistemas de fluidos de conservação de poço estão preferi-velmente localizados no reboque, a maioria dos outros itens identificados nafigura 3 pode ser encontrada tanto no trator como no reboque, como deseja-do. A importante característica da referida invenção é reconhecer que todosos itens mostrados na figura 3 estão localizados em uma configuração com-binada de trator/reboque que não exige o uso de outro trator nem de outroreboque.
O gerador de nitrogênio, mostrado na figura 4, extrai nitrogênioda atmosfera, o que pode eliminar os custos de transportar e encher os tan-ques de nitrogênio. Alguns dos referidos geradores de nitrogênio utilizamuma membrana, mostrada na figura 5, o que permite que o ar rico em nitro-gênio da atmosfera da Terra seja continuamente alimentado para o suportedo feixe de membrana. O ar alcança o centro do feixe de fibras de membra-na que, no referido ponto, consiste em sua maior parte de nitrogênio gasoso.
O nitrogênio se recompõe no mandril no centro do feixe. Enquanto o ar atra-vessa o feixe de fibras de membrana, o oxigênio e outros gases rápidospassam através das paredes das fibras das membranas enquanto passamatravés das fibras da membrana para se recomporem no fim. Oxigênio e ou-tros gases rápidos são continuamente recompostos e são movidos do feixe,desse modo deixando o nitrogênio disponível para ser usado para a injeçãopara o poço sendo tratados. Empilhando uma variedade dos referidos gera-dores de nitrogênio, volumes disponíveis são proporcionados e possuemuma maior capacidade de fluxo.
Agora com referência à figura 6, cada componente tanque demistura 44, motor acionador 70 (com bomba de combustível 400), geradorde nitrogênio 31 com compressor hidráulico 38, e tanque de armazenagemquímica 42 é removivelmente ligado aos meios de transporte 30 por conecto-res 300. O referido torna possível repor ou atualizar qualquer componente.
Por causa das melhorias da tecnologia de geração de nitrogênio, a habilida-de de atualizar o referido componente é especialmente desejável. Em umfuturo próximo, compressores mais eficientes que usam menos combustíveldevem chegar ao mercado. Também é possível trocar um gerador de nitro-gênio por um tanque de nitrogênio e vice-versa.
O gerador de nitrogênio 31 como uma unidade independenteestá disponível comercialmente. A combinação de um gerador de nitrogêniocom bombeamento de fluido e mistura em um único trator-reboque e todoatendidos por um único motor acionador não é conhecido na técnica anteriorno máximo conhecimento do inventor, e tanto quanto o inventor sabe, a mo-dalidade preferida da invenção tem uma impressão menor do que qualquerequivalente funcional. A modalidade preferida da presente invenção pode serusada para qualquer aplicação que exija bombeamento sob pressão de vá-rios químicos, incluindo, mas não limitados a:
Conclusões
- recuperações
- perfuração sub-balanceada
- manutenção de poço
- melhoria da recuperação do óleo
- desgaseificação e purgação da planta industrial
- extração
- purgação com nitrogênio
- aplicações em águas marinhas profundas
- tanques e instalações LNG & LPG
- levantamento a nitrogênio, levantamento de fluidos de poços quando o po-ço não possui pressão suficiente (pressão insuficiente no fim da perfuraçãopara a produção).
A preferida modalidade pode operar como uma unidade inde-pendente ou operar com uma unidade de tubulação em bobina separada etambém é compatível com qualquer unidade de tubulação em bobina. Quan-do trabalhando com uma unidade de tubulação em bobina, a conexão dalinha de descarga 40 da preferida modalidade à unidade de tubulação embobina permite que a unidade de tubulação em bobina possa bombear o ni-trogênio e as misturas químicas para o poço.
Como uma unidade independente, sem unidade de tubulaçãoem bobina, a preferida modalidade pode fazer a manutenção de:
- ácido nitrificado
- deslocamento de nitrogênio
- teste de oleoduto
- teste de tubulação
- acidificação
- limpeza de detritos
- purgação de areia acumulada
- parafinas
Conectada a uma unidade de tubulação em bobina, a preferidamodalidade pode:
- lavagem de espuma
- jato de nitrogênio
- nitrificação de ácido
- inibidor do nitrogênio
Uma vantagem da preferida modalidade é que ela torna possívelfazer com um trator-reboque o que ates necessitava de três tratores-reboques: um caminhão para o transporte do tanque de nitrogênio líquido,um segundo reboque com um sistema de bombeamento de alta pressão foroutros químicos e ácidos, e um terceiro trator reboque com uma unidade debombeamento de nitrogênio. Porque a referida modalidade permite que umtrator-reboque faça o que antes necessitava de vários ligados com as ne-cessárias mangueiras e encanamento, o tempo e os custos de encanamentoé evitado para as partes antes separadas e agora unidas. O encanamentoconjunto dos três sistemas antes de equipar o poço é evitado. Também po-de-se evitar desconectar e estivar todo o encanamento depois de completo,poupando trabalho e tempo adicional. Onde a técnica anterior levava trêstratores-reboque e três dias (um dia para os ajustes, um para o tratamento eum para a desmontagem)* a preferida modalidade pode fazer o mesmo tra-balho com um trator-reboque em um dia. O perigo do transporte de líquido,que é o risco de uma explosão, é também evitado. Os perigos de tropeçoassociados com o encanamento e as mangueiras são evitados igualmente.A preferida modalidade é ainda mais vantajosa em lugares remo-tos onde o nitrogênio líquido é raro e caro, ou extremamente difícil de trans-portar para uma fonte.
Deve ser notado que enquanto a modalidade descrita agora estámontada sobre e usa o motor de um trator-reboque, a invenção pode igual-mente ser montada em trilhos e ser posta sobre um motor acionador comoum motor marinho e é igualmente adequada para uso fora da costa. Porcausa de sua pequena impressão, a referida invenção permite a substituiçãode grandes barcaças caras ou navios por barcaças muito menores e maisbaratas ou navios que navegam em águas mais rasas.
Apesar de a presente invenção ter sido descrita por referênciapor sua modalidade preferida como descrito no relatório descritivo e dese-nhos acima, muitas outras modalidades da presente invenção são possíveissem perda para a invenção. Assim, o escopo da invenção deve ser limitadosomente pelas reivindicações adicionadas.
Claims (10)
1. Sistema combinado para o tratamento de um poço de gás oude petróleo, compreendendo:a. meios de transporte que possuem neles montados:i. um único motor acionador para proporcionar a força de acio-namento para a operação de bombas e de motores montados nos referidosmeios de transporte;ii. um gerador do nitrogênio que tenha a capacidade de recolhernitrogênio gasoso para recolher o nitrogênio da atmosfera de Terra; eiii. um sistema de bombeamento de fluido para bombear fluidospara a cavidade do poço,b. o referido gerador de nitrogênio e o referido sistema de bom-beamento de fluido cada um sendo interligável por encanamento e que res-ponde à operação do referido acionador.
2. Sistema de acordo com a reivindicação 1 no qual os referidosmeios de transporte compreendem um trator-reboque.
3. Sistema de acordo com a reivindicação 1, em que os referidosmeios de transporte compreendem uma embarcação marinha.
4. Sistema de acordo com a reivindicação 1, em que os referidosmeios de transporte compreendem trilhos.
5. Sistema de acordo com a reivindicação 1, compreendendoademais conectores para a conexão dos referidos sistemas de bombeamen-to de fluido para uma unidade de tubulação em bobina.
6. Sistema de acordo com a reivindicação 1, compreendendoadicionalmente tanques de ácido e onde o referido sistema de bombeamentode fluido compreende bombas de alta pressão.
7. Sistema de acordo com a reivindicação 1, compreendendoadicionalmente um tanque de mistura de fluido, o referido tanque de misturade fluido, o referido gerador de nitrogênio, e o referido sistema de bombea-mento de fluido sendo interconectáveis por encanamento e respondendo àoperação do referido motor acionador.
8. Sistema de acordo com a reivindicação 1, em que todos oscomponentes são controlados por um único painel de controle.
9. Sistema de acordo com a reivindicação 1, em que os referidoscomponentes, incluindo o referido gerador de nitrogênio, são removivelrnen-te ligados aos referidos meios de transporte de modo que os componentespodem ser substituídos individualmente.
10. Sistema de acordo com a reivindicação 1, em que o referidogerador de nitrogênio não é maior do que um tanque padrão de nitrogêniolíquido.
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