BRPI0617855A2 - tanque separador para separação de fluido compreendendo água, petróleo e gás - Google Patents

Abstract

<B>TANQUE SEPARADOR PARA SEPARAçãO DE FLUIDO COMPREENDENDO áGUA, PETRóLEO E GáS.<D> A presente invenção refere-se a um tanque separador que compreende um tanque vertical essencialmente cilíndrico (1) tendo uma parte superior (6) e uma parte inferior (7), uma entrada disposta tangencialmente (2) para o fluido na parte superior do tanque, pelo menos uma primeira saída (4) na parte superior do tanque, pelo menos uma segunda saída (3) na parte inferior do tanque, e meio (12) para acalmar um fluxo em torno da segunda saída. Uma parede anular interna (5) tem uma primeira abertura (8) em uma extremidade superior da referida parede anular interna para permitir a comunicação entre a parte superior e a parte inferior do tanque. O tanque separador compreende um quebrador de olho de turbilhão em forma de haste (II) que se estende verticalmente no centro do tanque de modo a aperfeiçoar a capacidade do tanque.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "TANQUESEPARADOR PARA SEPARAÇÃO DE FLUIDO COMPREENDENDOÁGUA, PETRÓLEO E GÁS".

A presente invenção refere-se a um tanque separador para sepa-ração de fluido compreendendo água, petróleo e gás, e compreendendo umtanque vertical essencialmente cilíndrico tendo uma parte superior e umaparte inferior, uma entrada disposta tangencialmente para o fluido na partesuperior do tanque, uma parede anular interna, pelo menos uma primeirasaída na parte superior do tanque, em pelo menos uma segunda saída naparte inferior do tanque, e um meio para acalmar o fluxo em torno da segun-da saída; a dita parede anular interna tendo uma primeira abertura na partesuperior da dita parede anular interna para permitir a comunicação entre aparte superior e a parte inferior do tanque.

Um tanque deste tipo é descrito e ilustrado no Pedido WO2005/079946 onde a parede anular interna é cilíndrica, e o meio de acalmaro fluxo em torno da segunda saída é uma placa em forma de disco se esten-dendo através da segunda saída em uma distância acima da segunda saída.Esta placa em forma de disco acalma o fluxo na saída ao romper o fluxo doturbilhão no fluido passando pela placa de modo a chegar até a segundasaída.

Na indústria de petróleo, a produção de petróleo bruto inclui umamistura de petróleo, gás e água de reservatórios subterrâneos. Na cabeçade poço, uma separação inicial normalmente acontece em um ou mais está-gios para remover a água e gás adicional antes de o petróleo bruto estarpronto para ser descarregado para exportação. Depois da separação inicial,o petróleo bruto e o gás podem ainda ser purificados antes de descarregarpara o refino, etc. Depois de uma outra purificação a água e a areia sãonormal e opcionalmente descarregadas em um recipiente adequado tal co-mo no mar ou em um reservatório.

Ao maturar campos de petróleo e gás verifica-se freqüentementeque um volume de água que acompanha o petróleo e gás se torna muitomaior e, consequentemente, maiores volumes de água produzida devem sertratados na cabeça de poço das instalações de produção a fim de manteruma taxa aceitável de produção.

Além disso, há uma preocupação geral sobre a poluição causadapela produção de petróleo no mar, em especial quando a produção de petró-leo acontece em áreas que são consideradas ambientalmente frágeis, taiscomo áreas do ártico ou áreas de pesca. Na indústria de petróleo, há umtemor de que a demanda por um limite de saída de óleo significativamentemais baixo torne não econômica a produção de petróleo de vários reservató-rios conhecidos caso eles tenham que depender dos equipamentos sendoatualmente utilizados. Assim, grandes esforços são feitos pela indústria epelas autoridades para encontrar maneiras de reduzir a saída de petróleodurante a produção de petróleo a preços acessíveis.

O espaço disponível normalmente é limitado em plataformas deoperação offshore para produção de petróleo e gás. Portanto, há restriçõesmuito severas quanto ao espaço disponível para a instalação de equipamen-tos. E pode haver uma restrição ainda mais severa de espaço se o local deprodução e separação no nível do leito do mar for considerado.

Um objetivo da presente invenção é fornecer um separador de pe-tróleo, gás e água tendo uma capacidade de separação aperfeiçoada semocupar mais espaço. Levando isso em consideração, o tanque separador deacordo com a presente invenção é caracterizado pelo fato de compreender umquebrador de centro de turbilhão em forma de haste se estendendo vertical-mente no centro do tanque. O quebrador de centro de turbilhão em forma dehaste é alongado e pode se estender na linha vertical do tanque. O quebradorde centro de turbilhão em forma de haste serve para aumentar a capacidade dotanque ao agir no turbilhão no centro do mesmo de modo que possua uma ten-dência reduzida para formar um centro de turbilhão. O quebrador de centro deturbilhão em forma de haste assim permite que o fluxo do turbilhão tenha umavelocidade angular mais alta (um turbilhão mais forçado) sem o centro do tur-bilhão ser formado no centro do fluxo do turbilhão. O rompimento do centro deturbilhão age de forma a estabilizar e reforçar o fluxo do turbilhão.

Em uma modalidade, o quebrador de centro de turbilhão se es-tende da parte inferior do tanque e para acima passando pela borda inferiorda parede anular interna. Esta modalidade é uma vantagem em especialquando a parede interna na borda inferior possui um diâmetro maior que40% do diâmetro interno do tanque. Quando a parede interna possui um di- âmetro maior na borda inferior, o fluxo do turbilhão na parte inferior do tan-que pode se estender para cima dentro da parede interna e beneficiar-se dapresença do rompimento do centro do turbilhão dentro da parede interna.

Embora seja possível que o rompimento do centro do turbilhãoseja incorporado de maneira tal que se estenda para cima através da primei- ra abertura, prefere-se que uma extremidade superior do rompimento docentro do turbilhão esteja localizada em uma distância abaixo da primeiraabertura na parede anular interna de forma que o fluido que flui através daprimeira abertura ocorra na maior parte sem obstruções pelo rompimento docentro do turbilhão.

Em uma modalidade preferida, o quebrador de centro de turbi-lhão em forma de haste está coaxial com o tanque. A simetria obtida por talposicionamento do rompimento do centro do turbilhão age ainda para au-mentar o fluxo do turbilhão.

Prefere-se que o quebrador de centro de turbilhão em forma dehaste possua um comprimento na faixa de 1/2 a 5/6 da altura do tanque.O rompimento do centro do turbilhão pode ter um comprimento mais curto doque a metade da altura do tanque, por exemplo, em alguns projetos onde aparede interna se estende para baixo até a metade inferior ou o terço inferiordo tanque, mas o melhor efeito é obtido com um rompimento do centro do turbilhão mais longo.

Um projeto especialmente simples e eficaz é obtido quando que-brador de centro de turbilhão em forma de haste é preso ao meio de diminuiro fluxo em torno da segunda saída. O meio de diminuir o fluxo então fornecesuporte à extremidade inferior do rompimento do centro do turbilhão de modo que o meio de montagem possa ser dispensado. A haste pode, por exemplo,se estender para cima para dentro do tanque de um disco que é posicionadona posição horizontal acima da segunda saída na parte inferior do tanque.Em uma modalidade, a parede anular interna é cilíndrica, e nestamodalidade o quebrador de centro de turbilhão em forma de haste se esten-de em paralelo com a parede anular interna, e de preferência, coaxial com omesmo. A parede anular interna, e o rompimento do centro do turbilhão inte-ragem mutuamente de maneira suportada no fluxo do centro do turbilhão noexterior e no centro do mesmo.

Em uma modalidade alternativa, a parede anular interna é umaparede em forma de tronco de cone, e uma parede interna com esta formapode ser usada com vantagem para dividir a parte superior do tanque daparte inferior do tanque. Nesta modalidade, um fluxo de turbilhão pode ocor-rer na parte superior do tanque e outro fluxo de turbilhão na parte inferior dotanque. Como já indicado na descrição acima, o rompimento do centro doturbilhão preferencialmente possui o comprimento menor que a altura totaldo tanque, e quando o rompimento do centro do turbilhão se estende da ex-tremidade inferior da área do tanque, influencia principalmente o fluxo doturbilhão na parte inferior do tanque.

A haste serve para evitar a formação de um centro do turbilhão,uma zona livre de água e petróleo, na parte central do separador.A formação desta zona diminuirá a capacidade do separador. O tanque se-parador, de acordo com a invenção, possui uma relação favorável entre otamanho e capacidade, supostamente causada pela formação de um "duploturbilhão" no separador. O projeto exclusivo do interior do separador devegerar um fluxo que promove a formação de um "duplo turbilhão", o qual irápromover novamente a flutuação e separação de fase no separador, e, por-tanto, resultará em uma separação muito eficiente.

A parede anular, que é, por exemplo, uma parede em forma detroncos de cone, em conjunto com as forças de entrada dispostas tangencial-mente, forçam a entrada do fluido contendo uma mistura de água, petróleo egás para formar um fluxo de turbilhão na parte superior do tanque separador.

Além disso, a parede anular é aberta no topo para permitir co-municação entre a parte superior e a parte inferior do tanque. A abertura as-segura que o fluxo do turbilhão também seja formado na parte inferior dotanque de separação. Além disso, a abertura permite que o petróleo e gásse acumulem na parte superior do tanque e a fase de água flua para baixona parte inferior do tanque.

A, pelo menos uma, primeira saída (para petróleo e gás ou paragás), na parte superior do tanque pode ser disposta de modo a ter o efeitode ejeção. Este efeito de ejeção é obtido pelo acúmulo de pressão por gásna parte superior do tanque. Em especial, quando a primeira saída se esten-de a uma distância (por exemplo, 5-30 cm) para baixo do tanque, gás deuma mistura compreendendo água, petróleo e gás pode-se acumular no es-paço na parte superior do tanque definido pela parte superior do tanque e olocal da abertura de saída para a primeira saída. Nesta disposição, o acúmu-lo de pressão acontecerá pelo acúmulo de gás até que o gás tenha desloca-do a parte líquida da mistura no tanque até um nível abaixo da abertura desaída até a primeira saída. Neste ponto, o gás e petróleo serão ejetados a-través da primeira saída e sairão do tanque. O nível da mistura de líquidoaumentará acima da saída do petróleo e gás e um novo acúmulo de pressãose formará. Desta maneira, o petróleo automaticamente passa por cima daparte superior da água no tanque. Dependendo do local da abertura da saí-da até a primeira saída, o acúmulo de pressão e rejeição poderá acontecerem menos do que um segundo.

O meio de acalmar o fluxo em torno da segunda saída (paraágua ou petróleo) pode ser na modalidade de um disco como uma circunfe-rência circular, posicionada opcionalmente acima da segunda saída. Comouma alternativa, o meio para acalmar o fluxo em torno da segunda saída po-de ser de forma cônica ou hemisférica. Em qualquer caso, o meio pode es-tabelecer um fluxo calmo em torno da saída para a água, e isto aumenta aeficiência do tanque.

Em uma modalidade do tanque, a primeira abertura na extremi-dade superior da parede anular possui um diâmetro na faixa de 15% a 40%do diâmetro interno da parede do tanque. Valores maiores ou menores sãopossíveis, mas a faixa mencionada é adequada quando a parede anular forem forma de troncos de cone e esta faixa fornece uma interação adequadaentre o fluxo do turbilhão na parte superior do tanque e o fluxo do turbilhãona parte inferior do tanque. Em outro desenvolvimento desta modalidade,prefere-se que o dito diâmetro esteja na faixa de 20% a 30% do diâmetrointerno da parede do tanque, tal como um diâmetro de cerca de 25% do di-âmetro interno da parede do tanque. Com um diâmetro dos ditos 25%, aprimeira abertura possui um diâmetro maior do que o diâmetro da aberturada saída para a primeira saída. Isto trás a vantagem que as variações nonível do líquido na área da abertura de saída para a primeira saída não cor-tam o fluxo do fluido através da primeira abertura.

De preferência, a segunda saída fica localizada em uma maior dis-tância da parede anular do que a distância entre a parede anular e a primeirasaída. A parte inferior do tanque, consequentemente, possui um volume maiordo que a parte superior do tanque. Esta modalidade é adequada em especialpara o processamento de fluxo de fluido de poço tendo alto teor de água.

A fim de aumentar a capacidade do separador, o tanque de pre-ferência tem uma primeira saída coaxial com a primeira abertura.

A primeira saída pode ser localizada na lateral superior do tanque, mas olocal central e vertical se estendem obtidos quando a primeira saída é coaxi-al com o primeiro resultado da abertura em um fluxo de turbilhão mais regu-lar na parte superior do tanque, e em certo grau também na parte inferior,visto que os dois fluxos de turbilhão influenciam um ao outro.

Quando o tanque é incorporado com um rompimento de centrodo turbilhão formado de uma haste, a regularidade do fluxo do turbilhão podeser principalmente aumentada na parte inferior do tanque, e em certo grautambém na parte superior do tanque, ao localizar a haste de modo que este-ja coaxial com a primeira abertura.

De preferência, a primeira abertura e a primeira saída e a se-gunda saída são coaxiais. Esta localização coaxial de ambas as saídas e aprimeira abertura agem juntas com a parede do tanque cilíndrico circular pa-ra produzir fluxos de turbilhãos muito eficientes no tanque.

Em uma outra modalidade, o tanque separador ainda compre-ende um meio de injeção de gás fornecido na entrada disposta tangencial-mente, por onde o gás é injetado para dentro do fluido de entrada no tanque.Subseqüentemente, o gás forma pequenas bolhas no fluido que promove aseparação. O gás usado para a injeção de gás pode ser qualquer gás ade-quado para formar bolhas no fluido, por exemplo, CO2, nitrogênio ou gáscom base em hidrocarbonetos, e preferencialmente o gás é gás reciclado daseparação de água/petróleo/gás. A quantidade de gás adicionada é tipica-mente na faixa de 0,02 até 0,2 St.m3 por 1 m3 de fluido. Os valores na faixade 0,05 a 0,18 St.m3 por 1 m3 de fluido são preferidos, contudo, valores maisaltos para a quantidade de gás adicionada também podem ser usados, talcomo uma quantidade de até 0,3 St.m3 por 1 m3 de fluido. St.m3 é o padrãoem metros cúbicos do meio gasoso. St.m3 é padronizado no campo de off-shore (volume de gás seco em 15,6°C e uma pressão de 101,325 kPa).

O uso de gás de uma fonte externa possui várias desvanta-gens. O fornecimento de gás deve ser mantido, e o gás é até certo pontoconsumido para que novos fornecimentos de gás sejam obtidos nos interva-los. E os sistemas no lado a jusante do tanque separador devem controlar ofluxo adicional causado pelo gás acrescentado.

Em uma modalidade preferência, a fonte de gás para o meio porinjeção de gás é uma zona de gás na parte superior do tanque separador. Ogás separado do fluido de entrada é consequentemente usado como uma fon-te para o gás a ser acrescentado ao fluido de entrada, e desta maneira pre-servado o fornecimento externo de gás obtido. Em uma modalidade aindamais preferida, a zona de gás na parte superior do tanque separador é a únicafonte de gás para o meio de injeção de gás. Isso torna possível dispensarcompletamente a instalação externa de fornecimento para gás, e o sistema detanque separador e, deste modo, possui um projeto mais simples.

Em uma outra modalidade, um conduto da zona de gás na par-te superior do tanque é conectado a um edutor na entrada para o mesmotanque. O edutor possui a vantagem de não ter nenhuma parte móvel e, as-sim, maior confiabilidade. A confiabilidade do tanque separador como tal éconsequentemente melhorado em comparação a uma modalidade utilizandofornecimento externo de gás, e também devido ao fluido, tal como a águaproduzida, automaticamente providencia o fornecimento de gás.

Em uma outra modalidade, o conduto da zona de gás na partesuperior do tanque está em uma conexão de fluxo de abertura direta com oedutor na entrada do mesmo tanque, durante a operação do tanque. Conse-qüentemente, não há uma bomba no dito conduto. Um indicador de fluxo podeser providenciado no conduto, mas não evita a conexão do fluxo aberto direto.O meio de injeção de gás na modalidade desta maneira é completamente au-tossustentável e operado automaticamente com bastante confiabilidade.

O tanque separador de acordo com a presente invenção tornapossível separar o fluxo de água limpa de outros constituintes de fluido depoço compreendendo água, petróleo e gás, e o fluxo de água limpa pode serdescarregado para uso ou outro tratamento, e o fluxo da água limpa possuiuum alto grau de pureza. A fase de petróleo e a fase de gás pode ser descar-regada para uso ou outro tratamento e o fluxo de água limpa pode ser retor-nado ao meio ambiente, por exemplo, no mar ou no reservatório. Os tanquesseparadores não possuem partes móveis, e são altamente robustos paraprocessar o fluido do poço de várias composições. E o tanque é eficiente nalimpeza de água e também quando o fluido do poço contém uma grandeporção de água. O tanque é, conseqüentemente, bem adequado para pro-longar a vida produtiva de campos de gás e petróleo maturados, onde o con-teúdo de água é alto em fluido de fluxo da cabeça de poço, tipicamente por-que a água vem sendo injetada dentro do reservatório por anos enquanto opetróleo tem sido produzido.

Na modalidade preferida do método, o fluido ou líquido no pri-meiro tanque e/ou segundo tanque e/ou terceiro tanque foi sujeito à injeçãode gás a montante da abertura de entrada para o tanque. Assim, a injeçãode gás pode ser aplicada somente em um dos tanques de separação, emdois dos tanques de separação, ou em todos os tanques de separação. Ogás injetado facilita o processo de flutuação separando a água do gás. O gásinjetado facilita o processo de flotação separando a água do gás. Como osmelhores resultados são obtidos quando o gás é disperso no fluido comopequenas bolhas, é preferível que o gás seja injetado no fluido no duto deentrada através de um dispositivo de bico localizado somente em uma curtadistância imergindo para formar bolhas de gás maiores que não têm a mes-ma eficiência. A injeção de gás é preferivelmente feita na entrada do tanquee, mais preferencialmente, o meio para a injeção de gás é localizado na en-trada do tubo nas proximidades da abertura de entrada, por exemplo, 5 até50 cm da abertura da entrada. O bico ou bicos para injeção podem, nestecaso, ser na forma de anel. O gás a ser injetado é opcionalmente gás reci-clado do processo de separação, por exemplo, gás natural. Contudo, o gáspode ser também nitrogênio, dióxido de carbono ou misturas de gases.

Os tanques separadores de acordo com a presente invençãopodem ser usados em uma configuração com dois ou mais tanques separa-dores acoplados em série ou em paralelo para obter uma melhor fase deseparação. Uma outra possibilidade é usar tanques separadores tanto emsérie quanto em paralelo. Como os tanques separadores devem ser conec-tados depende de uma situação específica. De qualquer maneira, isto seráum assunto a ser tratado por uma pessoa versada na técnica. Os tanquesseparadores de acordo com a invenção são usados para separar o fluidooriginário da cabeça de poço na produção de petróleo e gás, e tipicamente ofluido do poço alimentado nos tanques separadores é um fluxo de resíduorico em água separado do fluxo do poço entregue pela cabeça de poço. Talseparação inicial dentro da fase de petróleo/gás e uma fase de água podemocorrer em uma ou mais etapas de separação. O tanque separador ou tan-ques podem, por exemplo, ser usados em uma etapa de limpeza intermediá-ria de um fluxo de água contendo pequenas quantidades de petróleo e gás,ou, por exemplo, ser usadas em uma etapa final de limpeza deste fluxo deágua, ou o tanque separador pode ser usado no fluxo principal da cabeça depoço, de preferência quando uma parte significativa deste fluxo é água, ouem um fluxo parcial deste, e possivelmente em um fluxo parcial de outro se-parador. Em qualquer caso, a água, petróleo e gás têm origem na cabeça depoço e são no presente contexto, considerados fluidos de poço independen-te de onde no local de produção, o separador é realmente usado para sepa-rar o fluxo de água de fluido.O uso ainda inclui uma modalidade em que a fase de petró-leo/gás é separada para dentro da fase de petróleo e a fase de gás em umaetapa de separação adicional.

A seguir, os elementos ilustrativos, não Iimitantes das modali-dades da invenção serão descritos em mais detalhes com referência aosdesenhos altamente esquemáticos, em que:

Figura 1 descreve esquematicamente uma modalidade deum tanque separador de acordo com a presente descrição,

Figura 2 descreve o tanque separador na Figura 1 visto porcima em uma linha tracejada de seção transversal II-II,

Figura 3 descreve ainda outra modalidade de acordo coma presente invenção,

Figura 4 descreve uma disposição onde três tanques sepa-radores de acordo com a invenção são usados para separar o líquido com-preendendo petróleo, gás e água.

Figura 5 descreve uma disposição onde os tanques sepa-radores de acordo com a invenção são usados em série, e

Figura 6 descreve uma disposição onde os tanques sepa-radores de acordo com a invenção são usados em paralelo.

A modalidade ilustrada na Figura 1 de um tanque separador 1de acordo com a invenção é um tanque substancialmente cilíndrico com umaentrada disposta tangencialmente 2 para o fluido, tal como uma mistura deágua compreendendo, água, petróleo e gás. A entrada 2 se estende a umaabertura de entrada na parede do tanque. O tanque 1 ainda compreendeuma primeira saída 4 no topo do tanque e uma segunda saída 3 na parteinferior do tanque. A primeira saída é tipicamente para fluido tendo menosdensidade do que o fluido retirado através de uma segunda saída.A segunda saída 3 pode, por exemplo, ser água, e a primeira saída 4 podeser, por exemplo, para petróleo/gás. Um tanque separador 1 é um tanqueseparador de fluido de poço, e a mistura líquida pode se originar de um fluxode fluido da cabeça de poço ou pode se originar de uma derivação do fluxode um fluxo de fluido, ou de um fluxo separado de quaisquer tais fluxos.Bem abaixo do nível da entrada 2 a borda inferior de uma pare-de anular 5 de uma forma de troncos de cone é presa à parede do tanque.

A parede em forma de tronco de cone tem protuberância para cima e paradentro da margem inferior e divide o tanque em uma parte superior 6 e umaparte inferior 7. A parede anular 5 possui uma primeira abertura 8 na extre-midade superior para permitir comunicação entre a parte superior 6 e a parteinferior 7 do tanque 1. O ângulo indicado com uma seta curva 9, entre a pa-rede lateral vertical do tanque 1 e o lado superior da parede em forma detronco de cone está na faixa entre 15° e 70°, preferivelmente entre 20 e 50°.Isto expressa a inclinação da parede em forma de troncos de cone.

A parede anular interna em forma de tronco de cone 5 está aolado da primeira abertura 8 equipada com uma segunda abertura 10 no nívelda entrada 2. Conforme mostrado, a segunda abertura 10 está localizada naparede em forma de troncos de cone de maneira que um líquido vindo dotanque separador 1 da entrada 2 gire em cerca de 300° em torno da partesuperior da parede em forma de tronco de cone na parte superior 6 do tan-que antes de passar pela segunda abertura 10 para a parte inferior do tan-que 7. A segunda abertura 10 na parede em forma de tronco de cone servepara facilitar e aumentar a formação de um turbilhão na parte inferior do tan-que. Para obter um efeito aperfeiçoado, a segunda abertura é preferencial-mente localizada no nível da entrada.

Para um maior aperfeiçoamento, a segunda abertura pode estarlocalizada na parede em forma de troncos de cone nas proximidades da en-trada, por exemplo, de maneira que o fluxo de entrada da entrada não entrediretamente na segunda abertura. Assim, é preferível que a segunda abertu-ra esteja localizada antes da zona de entrada, para que o fluido de entradapelo menos circule uma vez (quase um giro completo) em torno da paredeem forma de tronco de cone antes de entrar na segunda abertura e na parteinferior do separador. A segunda abertura 10 pode estar localizada na pare-de em forma de tronco de cone de maneira que o fluido entrando no tanqueseparador da entrada faça um movimento circular de 300° em uma partesuperior do tanque antes de passar através da segunda abertura. Esta dis-posição ajuda a garantir que ocorra uma formação de turbilhão apropriadana parte superior do tanque, a qual novamente fornecerá uma excelente se-paração de diferentes frações a serem separadas nos fluidos de entrada.Uma quantidade diminuta de mistura de entrada pode sem dúvida entrar nasegunda abertura, mas ou menos diretamente. Contudo, isto não terá influ-ência significativa na formação do turbilhão, contanto que a maior parte damistura de entrada seja forçada em torno da parede em forma de troncos decone na parte superior do tanque antes de entrar na segunda abertura.

Apesar de a segunda abertura poder ter qualquer forma dese-jada, por exemplo, circular ou oval, é preferível que a segunda abertura sejasubstancialmente retangular e que a altura e a largura da segunda aberturatenha dimensões na faixa de uma até duas vezes o diâmetro interno daentrada.

A entrada tangencial 2 em combinação com a parede cilíndricado tanque 1 fornece uma formação de um fluxo de turbilhão na parte superi-or do tanque e de um fluxo de turbilhão na parte inferior do tanque. Contudo,o fluxo de turbilhão pode formar um centro de turbilhão no centro do tanquecujo centro é livre de mistura líquida. A formação do centro do turbilhão nãoé desejado devido à capacidade reduzida. Tornou-se visível que a formaçãode um centro do turbilhão pode ser evitada ao posicionar um quebrador decentro de turbilhão em forma de haste, tal como uma haste se estendendoverticalmente 11 no centro do tanque 1. A haste 11 se estende aproximada-mente em 2/3 da altura do tanque para dentro do tanque da área inferior dotanque onde a haste é presa por um membro cônico 12 que cobre a segun-da saída 3, quando vista da parte superior, e assim é um meio para diminuiro fluxo em torno da segunda saída. O membro cônico 12 pode, por exemplo,ser fixo à parede do tanque 1 pelo uso de duas ou mais barras planas. Ahaste 11 pode também ser fixa à parede do tanque ou a uma parede anularinterna 5 por várias barras planas ou outros membros de fixação ou de su-porte tais como um metal redondo.

Como indicado na Figura 1, a segunda saída 3 é equipada comuma válvula 13. Ao ajustar esta válvula 13, o acúmulo de pressão por gásliberado da mistura no tanque pode ser ajustado. O gás liberado da mistura écoletado na parte superior do tanque. Quanto mais gás for coletado, maior setorna a pressão. Conforme a pressão do gás aumenta, o gás desloca a mistu-ra líquida no tanque 1. Quando o gás coletado tiver deslocado a mistura líqui-da até um nível abaixo da abertura de saída 14 para a primeira saída 4, o gáse o petróleo são ejetados do tanque através da saída 4 devido à pressão dogás. Conforme ilustrado na Figura 1, a primeira saída 4 é um tubo se esten-dendo para baixo dentro da parte superior do tanque até a abertura de saída14 que está localizada na distância A abaixo do topo do tanque.

A primeira abertura 8 na parede anular 5 é aberta para cima pa-ra dentro da parte superior do tanque, cuja parte superior do tanque estápara baixo, delimitado pelo lado superior da parede em forma de troncos decone. A primeira abertura 8 está localizada na linha do centro C do tanque 1e é preferencialmente coaxial com este. A parede cilíndrica do tanque 1 seestende em paralelo com a linha de centro C entre as extremidades inferio-res curvadas do tanque. A haste 11 também está coaxial com a linha de cen-tro C e a primeira saída se estende coaxialmente com a linha de centro C.A primeira abertura 8 está consequentemente localizada oposta à aberturade saída 14 e possui um diâmetro maior do que a abertura de saída 14.

A Figura 2 ilustra uma seção cruzada do tanque 1 ao longo da li-nha Il-Il na Figura 1. O fluido de entrada alimentando o poço entra no tanquede entrada 1 através de uma entrada tangencialmente disposta 2 e substanci-almente todos os círculos de alimentação em torno da parede interna anular 5com a primeira abertura 8 no topo da parede 5 antes de poder entrar atravésda abertura 10. O ângulo 15 fica preferencialmente na faixa de 20-30°, de pre-ferência 25°. O ângulo 16 define a extensão horizontal da abertura 10 ficandopreferencialmente na faixa de 30-40°, de preferência na faixa de 35°.

Em outra modalidade, a parede anular interna é cilíndrica comodescrito e ilustrado no Pedido WO 2005/079946 e a descrição e desenhosdeste são aqui incorporados por referência no atual pedido.

Gás pode ser injetado no fluido fluindo através da entrada 2.Em uma modalidade (não ilustrada) gás, tal como nitrogênio ou gás combus-tível, é fornecido na entrada 2 de uma fonte externa. Em uma modalidadepreferida ilustrada na Figura 3, o gás é retirado da zona de gás 101 na partesuperior 6 do tanque separador. O gás flui da zona de gás 101 através doconduto 102 para dentro de um edutor 103 montado na entrada 2 para otanque 1. O edutor é incorporado como uma parte de conduto tendo umcomprimento curto e tendo uma área seccional cruzada menor que as partesde conduto adjacentes formando a entrada 2. Devido à área reduzida, a ve-locidade é mais alta no fluxo de fluido através do edutor do que em partesadjacentes da entrada e como resultado a pressão do fluido é relativamentebaixa de maneira que o gás é sugado do conduto 102 para dentro do fluxodo fluido através do edutor.

O conduto 102 é fornecido com um indicador de fluxo 104 ousensor de fluxo, o que não evita que o edutor esteja em conexão de fluxodireto aberto com a zona de gás 101 quando o tanque separador estiver o-perando. A zona de gás 101 também se comunica com uma linha de saídade gás 105 fornecida com um compressor 106 para aumentar a pressão nogás de saída. Na modalidade ilustrada na Figura 3, o meio para injeção degás para a entrada do tanque separador é completamente autossuficientes eoperado automaticamente.

A modalidade da Figura 3 possui uma vantagem adicional emque o sistema de gás está em equilíbrio de fluxo no sentido de que o gás deexcesso retirado através da linha de saída do gás 105 corresponde à dife-rença entre o gás fornecido com o influxo de fluido através da entrada 2 e ogás saindo através da primeira saída 4. O fluxo de gás para dentro do tan-que é maior, e de preferência muito maior, tal como pelo menos 50% ou100% maior do que o fluxo de gás agregado da primeira saída 4 e a linha desaída de gás 105.

Em outra modalidade, a injeção de gás é feita na entrada dotanque, e o meio de injeção de gás é localizado no tubo de entrada na pro-ximidade da entrada. O bico para injeção pode, neste caso, ser do tipo anel.

O tanque separador de acordo com a invenção é operado nor-malmente em pressão determinada principalmente pela pressão com a qualo fluido deixa a cabeça de poço, contudo a pressão pode também ser au-mentada ou reduzida antes de entrar no tanque separador usando os proce-dimentos conhecidos. O tanque separador pode ser operado em pressãocorrespondendo a pressão atmosférica e para cima.

As dimensões do separador podem ser selecionadas depen-dendo da quantidade do fluido com intenção de ser tratado. Em operação, foidescoberto que o tempo de residência no tanque para que o fluido seja tra-tado deve ser entre cerca de 20 segundos para cima, de preferência o tempode residência fica na faixa de 20 a 300 segundos, de preferência 25 a 240segundos.

Para o tanque de separação de acordo com a invenção, um vo-lume de separação eficiente pode ser calculado como o volume do espaçoligado pelo tanque e a altura do líquido no tanque. Com base no tempo deresidência, a capacidade do tanque pode ser calculada.

A razão da altura do diâmetro do tanque pode ser selecionadadentro de vários limites, de preferência na faixa de 1:1 a 4:1, de preferência,de 1:1 a 2:1, mas o tanque também pode ter a altura maior do que quatrovezes o diâmetro.

Está dentro das qualificações da pessoa versada na técnica se-lecionar materiais usados na construção do tanque com base em condiçõesreais para o uso intencionado, tal como a quantidade de líquido a ser trata-do, a composição do dito líquido, a pressão selecionada, a temperatura dolíquido e a presença de possíveis produtos químicos corrosivos em qualqueruma das fases de mistura.

Durante a operação, a taxa com a qual as fases separadas sãoretiradas (rejeitadas) através das saídas respectivas determina onde as in-terfases entre o gás e petróleo, ou gás e água, petróleo e água, e água epossíveis sólidos são localizadas no tanque. A pessoa versada na técnicaterá conhecimento de como ajustar a taxa de retirada através das respecti-vas saídas para que a separação ótima seja obtida.

Devido à maneira pela qual o tanque separador de acordo comesta invenção é construído com todas as superfícies verticais ou tendo umainclinação íngreme exceto pela palheta guia e rompimento de turbilhão enenhuma passagem estreita no tanque, não há lugar no separador, que ésuscetível a um entupimento ou depósito de materiais sólidos. Portanto, aseparação do fluido de poço no iocal de produção na cabeça de poço, podeser feita essencial e continuamente com ou sem necessidade mínima demanutenção do tanque separador.

Manutenção adicional, quando necessária mesmo se não forfreqüente, pode ser facilmente feita devido ao projeto bem feito do tanqueseparador.

Assim, a separação do fluido na cabeça de poço ou no fluxo deágua do poço de acordo com a invenção possui uma robustez impressionan-te, isto é, pode funcionar por longos períodos sem interrupções, e as poucasparadas que podem ser necessárias para manutenção podem ser feitas emcurto tempo.

A alta capacidade combinada com o mínimo de espaço neces-sário e a robustez do tanque de separação de acordo com a invenção tornaespecialmente adequado para uso em instalações offshore tais como plata-formas de produção de petróleo e gás. Além disso, também é adequado pa-ra uso na produção de petróleo e gás localizada no leito do mar, porque nes-tes locais as restrições de espaço podem ser maiores e a capacidade demanutenção pode ser menor. O tanque separador é altamente útil na produ-ção de petróleo e gás, tanto onshore quanto offshore.

Agora a invenção será ainda ilustrada por exemplos, os quaisnão podem ser considerados como Iimitantes à invenção. A mesma referên-cia numérica como acima é usada para indicar os mesmos detalhes, contudoos numerais podem ser fornecidos com apóstrofo(s) para discernir um tan-que do outro.

EXEMPLOS

1. Uso de três tanques de separação de acordo com a invenção como sepa-radores para separação de três fases.

Com referência à Figura 4, o uso de tanques de separação paraseparação de fluxo de água de poço compreendendo petróleo, gás e água édemonstrado esquematicamente.

O uso inclui três tanques separadores 1, 1' e 1" de acordo coma invenção. A primeira saída 4 do tanque 1 é para petróleo e gás e está co-nectada à entrada 2' no tanque 1'. Da mesma forma, a segunda saída 3 dotanque 1 é para água (com menores quantidades de petróleo e gás) e é co-nectada à entrada 2" no tanque 1".

O fluido de poço separado da cabeça de poço é levado para otanque 1 através da entrada 2. No tanque 1, o fluido é separado em umafase de gás e petróleo e uma fase de água. A fase de água e petróleo é reti-rada do tanque 1 através da primeira saída 4 e levada ao tanque V atravésda entrada 2'. A fase de água (com menores quantidades de petróleo e á-gua) é retirada do tanque 1 através da segunda saída 3 e levada para o tan-que 1" através da entrada 2".

No tanque 1', a fase de gás e petróleo é separada para dentrodo gás, o qual sai do tanque V através da primeira saída 4', e petróleo, oqual sai do tanque 1' através da segunda saída 3'.

No tanque 1", a fase de água é separada para dentro da água epetróleo/gás. O petróleo/gás sai do tanque 1" através da primeira saída 4" eum fluxo de água limpa sai do tanque 1" através da segunda saída 3".

Para aperfeiçoar a separação no tanque 1", mais gás pode serinjetado na entrada 2" para dentro do fluxo de fluido de poço da segundasaída 3. O gás para injeção pode ser uma parte do gás recuperado da pri-meira saída 4', como indicado pela linha tracejada 114.

Os dois tanques 1 e 1" são fornecidos com um conduto 102 co-nectando a zona de gás no tanque com um edutor na entrada 2 e na entrada2", respectivamente. Opcionalmente, o tanque 1' também pode ser fornecidocom este conduto 102.

Pela disposição descrita, um fluido da cabeça de poço compre-endendo petróleo, gás e água é separado de modo muito eficiente em umafase de petróleo, uma fase de gás e uma fase de água, onde o fluxo é deágua limpa saindo do tanque 1" através da segunda saída 3" contém menosdo que 10 ppm de impurezas.2. Uso de três tanques separadores de acordo com a invenção como sepa-radores em série.

A Figura 5 descreve esquematicamente três tanques 1, 1' e 1"conectados em série para separar um fluxo de poço 204 de uma cabeça depoço para dentro da fase de petróleo/gás 205 e uma fase de água 206.O fluxo de poço 204 pode, por exemplo, ser água compreendendo 1000 ppmde impurezas (gás/petróleo). Após o tratamento no tanque 1, o fluxo de águana linha 207 da segunda saída 3 compreende 100 ppm de impurezas.O fluxo 207 é alimentado na entrada 2' para tratamento no tanque 1', e ofluxo de água na linha 208 da segunda saída 3' do tanque 1' compreende 10ppm de impurezas. O fluxo 208 é finalmente alimentado na entrada 2" paratratamento no tanque 1", deste modo fornecendo um fluxo de água 206 dasaída 3" com menos do que 5 ppm de impurezas.

Os tanques 1, 1' e 1" são fornecidos com um conduto 102 co-nectando a zona de gás no tanque com um edutor na entrada 2, entrada 2',e entrada 2", respectivamente.

Esta disposição pode opcionalmente ser usada para outros tra-tamentos de fluxo de água da segunda saída 3" do tanque 1" da disposiçãodo tanque ilustrado na Figura 4 (Exemplo 1). A fase de petróleo/gás pode serseparada para dentro do petróleo e gás por tratamento em um tanque adi-cional como descrito no Exemplo 1. Opcionalmente, a fase de petróleo/gáspode ser separada em dois ou mais tanques em série.

3. Use de tanques separadores de acordo com a invenção como separado-res em paralelo.

A Figura 6 descreve esquematicamente uma disposição ondedois tanques 1 e 1' são usados em paralelo. O fluido do poço de fluxos deuma parte da cabeça de poço 303 e 304 entra nos tanques 1 e 1' nas entra-das 2 e 2'. Uma fase de petróleo/gás é retirada em 305 e uma fase de águaé retirada em 306. A fase de petróleo/gás e a fase de água podem ainda sertratadas como descritas nos Exemplos 1 e 2.

Os tanques 1 e 1' são fornecidos com um conduto 102 conec-tando a zona de gás no tanque com um edutor na entrada 2 e entrada 2',respectivamente.

As Figuras 1 até 6 são somente esquemáticas e as disposiçõespodem compreender equipamento adicional normalmente usado na produ-ção de petróleo e gás, tais como, por exemplo, válvulas, bombas, compres-sores, dutos adicionais, os quais são excluídos com o intuito de simplifica-ção. Contudo, a disposição descrita acima pode facilmente ser adaptadapara uso específico por uma pessoa versada na técnica.

Além disso, é evidente que os tanques separadores de acordocom a invenção podem ser usados em combinação em qualquer disposiçãodesejada, por exemplo, em série e/ou em paralelo. Os tanques separadores eo método e o uso, de acordo com a presente invenção, podem ser modifica-dos dentro do escopo das reivindicações de patentes anexas. Os detalhes devárias modalidades podem ser combinados em novas modalidades dentro doescopo das reivindicações da patente. É possível, por exemplo, fornecer umtanque individual com duas ou mais primeiras saídas e/ou com duas ou maissegundas saídas e/ou com duas ou mais entradas. A primeira saída pode serfornecida com uma válvula, e tanto a primeira saída quanto a segunda saídapodem ser fornecidas com uma válvula. A primeira saída e/ou a segunda saí-da podem ser montadas em outros locais diferentes do coaxial com a linha decentro C, tal como paralelo com a linha de centro C, mas distante da linha decentro. O edutor usado na entrada pode ser substituído com um outro disposi-tivo de misturar para misturar o gás e o fluido, ou com um dispositivo de mistu-rar na entrada juntamente com uma bomba no conduto 102 para retirar o gásda zona de gás. Tais modalidades, contudo, são menos favoráveis porquesão mais complexas e não são parecidas com a modalidade da Figura 3, umsistema automático, autorregulador que é independente de fornecimentos ex-ternos e não possui partes móveis. O sistema ilustrado na Figura 3 para retiraro gás da zona de gás 101 na parte superior 9 do tanque separador e alimen-tando o gás na entrada do mesmo tanque pode ser também usado juntamen-te com os tanques separadores de outros projetos que não o projeto ilustradonas Figuras 1 e 2 e reivindicado na reivindicação 1.

Claims (17)

1. Tanque separador para separação de fluido compreendendoágua, petróleo e gás, o tanque separador compreendendo um tanque verti-cal essencialmente cilíndrico tendo uma parte superior e uma parte inferior,uma entrada disposta tangencialmente para o fluido na parte superior dotanque, uma parede anular interna, pelo menos uma primeira saída na partesuperior do tanque, pelo menos uma segunda saída na parte inferior do tan-que, e um meio para acalmar o fluxo em torno da segunda saída; a dita pa-rede anular interna tendo uma primeira abertura em uma extremidade supe-rior da dita parede anular interna para permitir a comunicação entre a partesuperior e a parte inferior do tanque, em que o tanque separador compreen-de um quebrador de centro de turbilhão em forma de haste se estendendoverticalmente no centro do tanque.

2. Tanque separador de acordo com a reivindicação 1, em que orompimento do centro do turbilhão se estende da parte inferior do tanque epara cima passando por uma borda inferior da parede anular interna.

3. Tanque separador de acordo com a reivindicação 2, em que aextremidade superior do rompimento do centro do turbilhão está localizadaem uma distância abaixo da primeira abertura da parede anular interna.

4. Tanque separador de acordo com qualquer uma das reivindi-cações 1 a 3, em que o dito quebrador de centro de turbilhão em forma dehaste está coaxial com o tanque.

5. Tanque separador de acordo com qualquer uma das reivindi-cações 1 a 4, em que o quebrador de centro de turbilhão em forma de hastepossui um comprimento na faixa de 1/2 até 5/6 da altura do tanque.

6. Tanque separador de acordo com qualquer uma das reivindi-cações 1 a 5, em que o quebrador de centro de turbilhão em forma de hasteé fixado ao meio para diminuir o fluxo em torno da segunda saída.

7. Tanque separador de acordo com qualquer uma das reivindi-cações 1 a 6, em que a parede anular interna é cilíndrica

8. Tanque separador de acordo com qualquer uma das reivindi-cações 1 a 6, em que a parede anular interna é uma parede emforma de troncos de cone.

9. Tanque separador de acordo com qualquer uma das reivindi-cações 1 a 8, em que a segunda saída está localizada em uma distânciamaior da parede anular interna do que a distância entre a parede anular in-terna e a primeira saída.

10. Tanque separador de acordo com qualquer uma das reivindi-cações 1 a 9, em que a primeira saída é coaxial com a primeira abertura.

11. Tanque separador de acordo com qualquer uma das reivindi-cações 1 a 10, em que o quebrador de centro de turbilhão em forma de has-te é coaxial com a primeira abertura.

12. Tanque separador de acordo com qualquer uma das reivindi-cações 1 a 11, em que a primeira abertura e a primeira saída e a segundasaída são coaxiais.

13. Tanque separador de acordo com qualquer uma das reivindi-cações 1 a 12, em que o tanque separador compreendendo ainda um meiopara injeção de gás, cujo meio para injeção de gás é, de preferência, forne-cido na entrada disposta tangencialmente.

14. Tanque separador de acordo com a reivindicação 13, em quea fonte de gás para o meio de injeção de gás é uma zona de gás na partesuperior do tanque separador.

15. Tanque separador de acordo com a reivindicação 13 ou 14,em que a zona de gás na parte superior do tanque separador é a única fontede gás para o meio de injeção de gás.

16. Tanque separador de acordo com a reivindicação 14 ou 15,em que um conduto da zona de gás na parte superior do tanque é conectadoa um edutor na entrada do mesmo tanque.

17. Tanque separador de acordo com a reivindicação 16, em queo conduto da zona de gás na parte superior do tanque fica em conexão dire-ta de fluxo aberta com o edutor na entrada para o mesmo tanque, durante aoperação do tanque.