BRPI0712784A2

BRPI0712784A2 - mÉtodo e aparelho para separaÇço de fluido

Info

Publication number: BRPI0712784A2
Application number: BRPI0712784-7A
Authority: BR
Inventors: Hans Paul Hopper
Original assignee: Cameron Int Corp
Priority date: 2006-02-25
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2013-04-02
Also published as: GB2466736A; US20130001170A1; US20130327726A1; GB2466735A; GB2466735B; GB0603811D0; GB201005900D0; GB2435436A; GB2466734B; GB2466734A; GB2435436B; US8529772B2; US9636605B2; GB2451965A; WO2007096612A3; NO20083875L; GB2451965B; US8286805B2; GB201005896D0; US20090242490A1

Abstract

MÉTODO E APARELHO PARA SEPARAÇçO DE FLUIDO. A presente invenção refere-se a um método para a separação de uma corrente de fluido multifásico que compreende um componente de fluido mais pesado e um componente de fluido mais leve, o método compreendendo fazer com que o fluido flua ao longo de um primeiro percurso de fluxo helicoidal (106,108), o primeiro percurso de fluxo helicoidal tendo um primeiro passo, o primeiro percurso de fluxo helicoidal sendo suficientemente longo para o estabelecimento de um padrão de fluxo de fluido rotativo estabilizado para a corrente, fazendo com que o fluido rotativo uniforme flua ao longo de um segundo percurso de fluxo helicoidal (110, 112), o segundo percurso de fluxo helicoidal tendo um segundo passo, onde o segundo passoá maior do que o primeiro passo; e a remoção do fluido mais leve de uma região radialmente interna do segundo percurso de fluxo helicoidal. Um aparelho para a realização do método também é mostrado. O método e o aparelho são particurlarmente adequados para a separação de goticuias de óleo de água, especialmente de água para reinjeção em uma formação subterránea como parte de uma operação de produção de óleo e de gás. O mátodo e o aparelho são convenientemente aplicados em uma base modular.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO E APARELHO PARA SEPARAÇÃO DE FLUIDO".

A presente invenção refere-se a um método e um aparelho para a separação de correntes de fluido multifásico. O método e o aparelho en- contram aplicação em particular na separação de correntes de líquido multi- fásicas, especialmente na separação de líquidos de hidrocarboneto de água. O método e o aparelho são particularmente adequados para a purificação de água produzida a partir de poços subterrâneos de óleo e gás.

Os hidrocarbonetos produzidos a partir de um poço subterrâneo, tais como óleo e gás, são acompanhados por quantidades de outros materi- ais, incluindo água. Em alguns casos, o volume de água produzido a partir do poço pode ser significativo. Em muitas situações, a água produzida é descartada ao ser reinjetada no terreno abaixo, no mesmo poço a partir do qual ela é produzida ou em um poço vizinho. As exigências para a pureza da água sendo reinjetada de uma maneira como essa são estritas. Em particu- lar, é importante que o teor de sólidos da água seja baixo e que a água con- tenha uma quantidade mínima de óleo entranhado. Em geral, é requerido que a água para reinjeção contenha menos de 400 ppm de óleo e menos de 2 ppm de areia. Valores ainda mais baixos são requeridos em certas Iocali- zações. Estas exigências devem ser cumpridas de modo a se evitar que o poço se torne tamponado e para adequação às exigências legais referentes à reinjeção de água.

As técnicas convencionais para limpeza e purificação da água produzida a partir de poços prontos para reinjeção se baseiam no uso de tanques de deposição, nos quais a corrente de fluido misto é alimentada e uma separação da fração de óleo mais leve da fração de água mais densa ocorre sob a ação da gravidade. O tamanho muito pequeno das gotículas de óleo entranhadas na água requer um tempo de residência longo em um vaso de deposição, de modo que uma separação por gravidade seja efetiva. Isto, por sua vez, requer que o vaso seja de volume grande. Um vaso grande co- mo esse seria dispendioso de se fabricar e instalar próximo da cabeça de poço em uma localização submersa. De fato, pode não ser possível fabricar um vaso com resistência suficiente à explosão ou ao colapso para operação sob as pressões hidrostáticas encontradas em muitas localizações de cabe- ça de poço de águas profundas. Assim sendo, vasos de deposição geral- mente estão localizados na superfície em uma plataforma fixa ou flutuante.

Isto necessita da provisão de uma tubulação adequada para a transferência da água do leito do mar até a superfície e o retorno da água ultrapurificada para o leito do mar para reinjeção. Além disso, devido ao seu tamanho, os vasos de deposição ocupam um grande volume de espaço na estrutura de superfície, espaço o qual é muito freqüentemente de muito valor. Um pro- blema adicional é que a eficiência de separação dos tanques de deposição geralmente é baixa e apenas se aproxima dos níveis aceitáveis após tempos de residência excessivamente longos para a água no tanque. Isto, por sua vez, aumenta mais o volume do tanque. Assim sendo, há uma necessidade de um sistema melhorado para purificação de água produzida para torná-la adequada para reinjeção.

-Uma técnica alternativa para remoção de óleo de água é o uso

de um hidrociclone, freqüentemente referido na técnica como 'desoleadores'. Estes dispositivos são vantajosos por terem uma alta eficiência de separa- ção, se comparada com uma separação por gravidade, por serem compac- tos e por uma ausência de partes móveis. Um arranjo de hidrociclones é um conjunto atado ou em série. O primeiro ciclone na série é um ciclone de óleo - água de volume (BOW), no qual a concentração de óleo da alimentação é reduzida de tanto quanto 50% para 15% em volume. A água então é passa- da para um ciclone pré-desoleador (PDC), no qual a concentração de óleo é mais reduzida para em torno de 0,2%. O estágio final de separação por ci- clone é o desoleador. Existe um problema pelo fato de os hidrociclones se- rem efetivos como desoleadores apenas a vazões de líquido baixas. Por e- xemplo, uma produção máxima típica é da ordem de 1200 barris (190,785 m3) por dia (bpd). Contudo, é necessário que o conjunto desoleador opere por uma faixa muito mais ampla de vazões, refrigerante de até 40000 (bpd) (6359,49 m3/dia). A tecnologia conhecida de hidrociclone não permite que o desoleador de ciclone opere por uma faixa ampla como essa de vazões e obtenha uma eficiência de separação consistentemente alta.

Assim sendo, há uma necessidade de um sistema de separação melhorado que seja capaz de obter uma eficiência de separação alta por uma faixa ampla de vazões de fluido. Também seria vantajoso se o sistema fosse capaz de estar localizado na cabeça de poço em uma localização submarina, em que o fluido deixando o poço tivesse a temperatura mais alta e a menor viscosidade.

A EP 1 352 679 mostra um separador para separação de um fluxo multifásico, o separador compreendendo uma entrada para um fluido multifásico, uma pluralidade de saídas, com pelo menos uma saída sendo provida para cada fase separada, e um furo tubular anular principal. O sepa- rador opera para separação de componentes mais leves e mais pesados ao fazer o fluido fluir em um percurso rotativo. Embora este separador seja par- ticularmente efetivo na separação de múltiplas fases de fluido, tais como gás, óleo e água, ele não pode garantir a alta eficiência de separação reque- rida de modo a se purificar a água produzida suficientemente para se permi- tir uma reinjeção. Em particular, gotículas de óleo suficientes permanecem no produto de água deste separador, para se evitar que a água seja reinje- tada diretamente em uma formação subterrânea. De modo a se purificar mais a água, é necessário prover um sistema que seja de baixo cisalhamen- to, de modo que as gotículas diminutas remanescentes de óleo não sejam emulsificadas com a fração de água, já que essa emulsificação tornaria uma separação adicional muito difícil, se não impossível, em um intervalo de tempo razoável.

A GB 2 374 028 A mostra um separador para misturas de óleo e

água empregando um separador de vórtice para remoção do volume do óleo da água. A mistura resultante de óleo / água é passada através de uma pilha de placas inclinadas para remoção adicional de gotículas de óleo da água. O sistema da GB 2 374 028, embora capaz de separar óleo de água, não é capaz de prover uma separação suficiente para a água ser reinjetada em uma formação subterrânea.

Assim sendo, há uma necessidade de uma técnica de separação melhorada para se permitir que correntes de fluido multifásico sejam separa- das, em particular correntes de água e óleo, de modo que a água possa ser suficientemente limpa de óleo para se permitir uma reinjeção em uma forma- ção subterrânea.

De acordo com a presente invenção, é provido em um primeiro

aspecto um método para separação de uma corrente de fluido multifásico compreendendo um componente de fluido mais pesado e um componente de fluido mais leve, o método compreendendo fazer com que o fluido flua ao longo de um percurso de fluxo helicoidal no qual o número de Reynolds críti- co do fluxo de fluido é elevado, a corrente de fluido fluindo a um número de Reynolds abaixo do número crítico elevado, a corrente de fluido fluindo a uma velocidade suficiente para fazer com que as fases de fluido se separem.

O primeiro aspecto da presente invenção emprega o fenômeno de um fluido forçado a fluir em um conduto confinado, tal como entre duas placas ou similar, exibir regimes de fluxo diferentes para o mesmo fluido flu- indo em um conduto aberto ou tubo. Em particular, o fluxo de fluido forçado exibe um número de Reynolds crítico significativamente aumentado, isto é, o número de Reynolds no qual um fluxo turbulento começa. Isto, por sua vez, permite que a velocidade do fluido seja significativamente aumentada, en- quanto ainda mantém um regime de fluxo não turbulento. As referências a um "número de Reynolds crítico elevado" devem ser construídas de modo conforme.

Pela formação do percurso de fluxo helicoidal de modo a se pro- porcionar um número de Reynolds crítico elevado, a velocidade de rotação do fluido pode ser significativamente aumentada, melhorando-se a separa- ção das fases diferentes. Preferencialmente, o número de Reynolds crítico é maior do que 10.000, mais preferencialmente maior do que 100.000.

Em um segundo aspecto, a presente invenção provê um método para separação de uma corrente de fluido multifásico compreendendo um componente de fluido mais pesado e um componente de fluido mais leve, o método compreendendo fazer com que o fluido flua ao longo de um percurso de fluxo helicoidal que se estende em torno de um conduto central, o fluido fluindo a uma velocidade suficiente para fazer com que o componente de fluido mais leve se mova para a região interna do percurso de fluxo helicoi- dal; e a coleta do componente de fluido mais leve no conduto central.

Preferencialmente, o método deste aspecto utiliza o princípio mencionado anteriormente de elevação do número de Reynolds da corrente de fluido. O número de Reynolds crítico do fluxo de fluido é elevado, enquan- to a corrente de fluido é mantida fluindo a um número de Reynolds abaixo do número crítico elevado.

Em um aspecto adicional, a presente invenção provê um método para separação de uma corrente de fluido multifásico que compreende um componente de fluido mais pesado e um componente de fluido mais leve, o método compreendendo:

fazer com que o fluido seja forçado ao longo de um primeiro per- curso de fluxo helicoidal, o primeiro percurso de fluxo helicoidal tendo um primeiro passo, o primeiro percurso de fluxo helicoidal sendo suficientemente longo para o estabelecimento de um padrão de fluxo de fluido rotativo esta- belecido para a corrente;

fazer com que o fluido rotativo uniforme flua ao longo de um se- gundo percurso de fluxo helicoidal, o segundo percurso de fluxo helicoidal tendo um segundo passo, em que o segundo passo geralmente é maior do que o primeiro passo; e

remoção do fluido mais leve de uma região radialmente interna do segundo percurso de fluxo helicoidal.

O método da presente invenção é adequado para a separação de qualquer corrente de fluido multifásico, incluindo correntes compreenden- do uma ou mais fases de líquido e uma ou mais fases de gás. O método é aproximadamente adequado para a separação de correntes de líquido - lí- quido multifásico. Uma aplicação do método é a separação de óleo bruto de água produzida a partir de um poço subterrâneo, antes da reinjeção da água produzida em uma formação subterrânea.

O método é particularmente adequado para a separação de uma fração menor de um primeiro fluido disperso do volume ou fase contínua de um segundo fluido. Preferencialmente, a fração de fluido mais leve é a fase dispersa.

Na primeira etapa do método de separação, o fluido de entrada é dividido em porções gerenciáveis permitindo que uma vazão adequada seja obtida. A ou cada porção preferencialmente é primeiro feita entrar tan- gencialmente em uma região de separador, desse modo se imprimindo uma velocidade de rotação suficiente sobre o fluido para fazer com que as fases comecem a congregar. Nesta separação de cilindro, as fases na corrente se congregam e coalescem, desse modo se permitindo que a fase dispersa forme gotículas maiores.

A corrente de fluido é então feita rodar em uma hélice compacta sob pressão, de modo que o fluido seja submetido a uma força centrífuga alta, permitindo que o fluido forme um padrão de fluxo rotativo estável. De modo a se evitar que fases de fluido diferentes se tornem adicionalmente misturadas, em particular emulsificadas, a corrente de fluido é estabelecida em um regime de fluxo que está abaixo do número de Reynolds crítico (isto é, o número de Reynolds acima do qual o regime de fluxo é turbulento). O número de Reynolds crítico dependerá de fatores tais como a viscosidade e o peso específico da corrente de fluido, da velocidade da corrente de fluido e das dimensões do conduto através da qual a corrente estiver passando. Pre- ferencialmente, o fluido é estabilizado em um regime de fluxo transiente, desse modo se mantendo ativas as gotículas da fase de fluido dispersa. Na presente invenção, a hélice compacta é disposta de modo que o número de Reynolds possa ser significativamente mais alto do que o número crítico u- suai, enquanto ainda se tem o fluido em um regime de fluxo laminar ou de transição. Um efeito como esse gerado, por exemplo, quando um fluido é feito fluir entre duas placas de face, é conhecido na técnica. Este efeito é empregado na presente invenção, de modo a se permitir que uma alta velo- cidade de fluido rotativa seja obtida, enquanto se mantém o fluido em um regime de fluxo não turbulento. Desta forma, a separação das várias fases devido às forças centrífugas é melhorada.

O comprimento do primeiro percurso de fluxo helicoidal deve ser de comprimento suficiente para permitir que o fluxo de fluido se estabeleça de forma centrífuga e estabilize no regime de fluxo requerido, mais preferen- cialmente um regime de fluxo transiente. A natureza da corrente de fluido, seus componentes e o regime de fluxo do fluido sendo processado no méto- do determinarão o comprimento do primeiro percurso de fluxo helicoidal. Se o regime de fluxo requerido puder ser estabelecido rapidamente, o primeiro percurso de fluxo helicoidal será correspondentemente curto.

Uma vez que um regime de fluxo estabilizado tenha sido estabe- lecido, a corrente de fluido é feita fluir ao longo de um primeiro percurso de fluxo helicoidal. Nesta etapa, o fluido é atuado por uma força centrífuga para criar uma força de gravidade múltipla, como resultado de ser forçado a fluir ao longo do percurso helicoidal, cujo efeito é fazer com que o fluido mais pesado seja forçado para a parede cilíndrica externa e a fração mais leve ou as frações migrem para a região interna da hélice. O percurso de fluxo heli- coidal tem um primeiro passo. É preferível que o passo do percurso de fluxo helicoidal permaneça constante por todo o comprimento do primeiro percur- so de fluxo helicoidal, conforme o fluxo de fluido estiver sendo pressurizado através das placas de hélice.

Após isso, a corrente de fluido é levada para um segundo per- curso de fluxo helicoidal. O segundo percurso de fluxo helicoidal tem um se- gundo passo, o qual é maior do que o passo do primeiro percurso de fluxo helicoidal. O segundo passo pode ser constante por todo o comprimento do segundo percurso de fluxo helicoidal. Contudo, de modo a se reduzirem as perdas por atrito na corrente de fluido como resultado de contrapressão, é preferido que a área de seção transversal do segundo percurso de fluxo he- licoidal aumente ao longo de seu comprimento. Isto é obtido, mais conveni- entemente, ao se ter o passo do segundo percurso de fluxo helicoidal au- mentado ao longo de seu comprimento. O passo pode aumentar em incre- mentos ou gradualmente. Em uma modalidade preferida, o passo do seguri- do percurso de fluxo helicoidal aumenta continuamente ao longo do compri- mento do segundo percurso de fluxo helicoidal. Em um arranjo preferido, o passo aumenta em até 5% para cada volta do percurso de fluxo de fluido em torno do eixo geométrico longitudinal do percurso de fluxo, mais preferenci- almente até 3%, especialmente em torno de 1% para cada volta. Desta for- ma, um regime de fluxo é mantido, que permite que as frações de fluido mais leve migrem para a região interna do percurso de fluxo helicoidal, a partir de onde elas são removidas.

O segundo percurso de fluxo helicoidal deve ser longo o bastan- te para permitir que as fases de fluido mais leve sejam coletadas e removi- das da corrente de fluido. Gotículas pequenas do fluido mais leve podem permanecer na fase de fluido mais pesado. Se assim for, e o nível desejado ou requerido de pureza de fluido não tiver sido obtido, estágios de proces- samento adicionais podem ser empregados, conforme se segue.

Caso uma separação adicional e uma purificação sejam requeri- das, o método pode compreender etapas adicionais, nas quais a velocidade de rotação da corrente de fluido é aumentada de modo a se gerar um vórtice central de frações de fluido mais leve, a partir do que o fluido leve pode ser retirado. O aumento na velocidade de rotação pode ser obtido usando-se um terceiro percurso de fluxo helicoidal, ao longo do qual a área de seção trans- versal do percurso de fluxo é ajustada, de modo a se causar um aumento na velocidade de fluido requerida para a geração do vórtice. Em um arranjo pre- ferido, o passo do terceiro percurso de fluxo helicoidal aumenta na direção de fluxo. O aumento no passo pode ser em incrementos ou contínuo. Prefe- rencialmente, o passo no terceiro percurso de fluxo helicoidal aumenta ao longo de seu comprimento substancialmente inteiro. De modo a se gerar o aumento requerido na velocidade de fluido, o percurso de fluxo helicoidal se estreita na largura na direção radial, conforme o passo aumentar. O aumento na velocidade de fluido preferencialmente é controlado de modo que o nú- mero de Reynolds crítico do fluxo de fluido não seja excedido. A área de se- ção transversal do terceiro percurso de fluxo helicoidal é tal que perdas ex- cessivas por atrito e contrapressão sejam evitadas. Após o aumento na velocidade de rotação, o fluido é ejetado a

partir do terceiro percurso de fluxo helicoidal na forma de uma parede de espaço anular rotativa de fluido, a qual contém um núcleo rotativo de fluido. No núcleo rotativo de fluido, um vórtice de separação é estabelecido. Neste estágio, o fluido mais leve remanescente é feito migrar em direção a e para o vórtice, com o fluido mais pesado circulando na região anular se estendendo em torno do vórtice estabelecido. Neste ponto, um percurso de fluxo helicoi- dal não precisa ser provido e os regimes de fluxo mencionados anteriormen- te e o vórtice podem ser estabelecidos em um conduto aberto, tal como um tubo ou um cano. Desta forma, o vórtice é estabelecido na saída do segundo percurso de fluxo helicoidal.

Em muitos casos, o vórtice induzido desta forma é relativamente curto, em comparação com o comprimento do conduto circundante. Nesses casos de um vórtice curto, a estabilidade do vórtice pode ser reduzida, dei- xando o vórtice suscetível a mudanças menores na vazão do fluido. Assim sendo, é preferido prover um meio para o estabelecimento do vórtice. Em uma modalidade preferida, o vórtice é formado abaixo de um conduto para remoção do fluido mais leve que migrou para e se coletou no vórtice. Um meio preferido para a captura e o estabelecimento do vórtice é um cone de guia e um condüto de guia de dimensões adequadas dispostos dentro do conduto na região de sua abertura para o vórtice. Desta forma, o vórtice é estabelecido dentro da região de entrada de conduto e no fluido em volume. A corrente de fluido deixando a região de separação de vórtice

conterá pouco ou nenhum componente mais leve e consistirá principalmente nos componentes de fluido mais pesado. Caso alguns componentes mais leves permaneçam, etapas adicionais de separação podem ser realizadas, conforme se segue.

Em uma modalidade preferida da presente invenção, o método

ainda compreende a introdução da corrente de fluido em uma região de de- posição de fluido - fluido, na qual os componentes de fluido mais leve são separados dos componentes de fluido mais pesados sob a ação da gravida- de. A velocidade da corrente de fluido na região de deposição de fluido - fluido é significativamente mais baixa do que nas regiões ou zonas de sepa- ração prévias. Em particular, a velocidade é tal que o número de Reynolds da corrente de fluido esteja bem abaixo do número de Reynolds crítico, mais preferencialmente no regime de fluxo laminar.

Preferencialmente, a corrente de fluido é feita rodar na região de deposição de fluido - fluido. Isto é obtido, mais vantajosamente, ao se ter a rotação impressa à corrente de fluido quando da saída da região de separa- ção de vórtice. Embora o efeito de separação principal nesta região seja uma separação por gravidade, o regime de fluxo rotativo fará com que os componentes de fluido mais leve se concentrem na zona central ou mais interna da região, permitindo uma remoção mais fácil e uma separação me- lhorada.

Para ajudar na separação de quaisquer componentes de fluido

mais leve remanescentes, o método preferencialmente compreende a cen- tralização do fluxo rotativo da corrente de fluido dentro da região de deposi- ção de fluido - fluido. Isto é obtido preferencialmente de uma maneira tal que a área de seção transversal do percurso de fluxo de fluido na região de de- posição de fluido - fluido seja reduzida na direção de fluxo.

Em um arranjo preferido, um fluido mais rico no componente de fluido mais leve é removido da região central inferior na região de deposição de fluido - fluido e passado para a região central superior da região de de- posição de fluido - fluido. Para se evitar uma remistura na região de vórtex de saída, uma capota axial pode ser provida para se permitir que as gotícu- Ias de fluido mais leve se movam para a região de fluido mais leve não per- turbadas pela fase em volume rotativo. Desta forma, a separação dos com- ponentes mais leves e mais pesados é melhorada. Em particular, os compo- nentes mais leves são movidos para a porção superior da região de deposi- ção, a qual já é relativamente rica nos componentes mais leves, com os componentes mais pesados assim transportados retornando para a porção inferior sob os efeitos da gravidade.

Janelas e linhas de monitoração, amostragem de fluido e injeção de fluido podem ser providas, que terminam em localizações apropriadas dentro do sistema. Por exemplo, podem ser providas linhas para a injeção de gás pressurizado ou de um líquido fluidizado com gás para se causar um movimento para cima de bolhas para ascenderem através da fase de fluido mais pesado. Isto ajudaria no efeito de separação predominantemente por gravidade. Em particular, fases leves, tais como óleo e outros hidrocarbone- tos podem aderir à superfície das bolhas de gás e, então, ser transportadas a uma taxa mais rápida para as regiões de fluido mais leve, como é comu- mente empregado em processos de separação por flotação.

Se desejado, a separação do componente de fluido mais leve dos componentes de fluido mais pesado pode ser melhorada pela adição de aditivos ativos na indução de coalescência do componente de fluido mais leve. Os aditivos adequados são bem conhecidos na técnica e estão comer- cialmente disponíveis. Inibidores de escala podem ser aplicados, para se evitar a formação de escala, em particular em localizações em que há uma perda de pressão significativa na corrente de fluido, tal como na entrada pa- ra o sistema da presente invenção. Desemulsificantes podem ser adiciona- dos a montante do primeiro estágio de separação, de modo a se melhorar a separação das fases de fluido. Inibidores de corrosão podem ser requeridos no sistema da presente invenção, em particular a jusante dos conjuntos de separação helicoidais. Coalescedores podem ser introduzidos, conforme requerido no sistema, de modo a promover a agregação de fases de fluido. Inibidores de cera podem ser requeridos, quando óleo estiver presente como uma das fases de fluido, de modo a se evitar a cristalização de compostos de cera de alto peso molecular nas regiões de alta concentração de óleo. Outros aditivos que podem ser empregados incluem redutores de atrito, ini- bidores de hidrato e biocidas.

O fluido remanescente no processo consistirá quase que intei- ramente no componente ou nos componentes mais pesados. Estes prefe- rencialmente são passados para uma região de remoção de fluido, na qual uma corrente de fluido consistindo essencialmente no componente de fluido mais pesado é removida. A corrente de fluido preferencialmente é feita rodar na zona de remoção de fluido, a referida corrente de fluido sendo removida da região central da zona de remoção de fluido. Desta forma, quaisquer componentes pesados, tal como um sedimento ou similar, pode ser coletado sob a ação da gravidade e removido do sistema, por exemplo, em uma base tipo de lote, conforme sedimento suficiente se coletar em um receptáculo adequado.

Uma vantagem em particular do método da presente invenção é que ele pode ser aplicado em uma base modular. Desta forma, uma faixa ampla de vazões de fluido de operação pode ser acomodada, e um processo de separação provido, que pode ser aplicado por períodos de tempo esten- didos com variações significativas na produção de fluido. Isto é de vantagem em particular na aplicação do método para separação em localizações remo- tas, especialmente em operações de cabeça de poço submersa. Assim sendo, a presente invenção também provê um método

para separação de uma corrente de fluido multifásico compreendendo um componente de fluido mais pesado e um componente de fluido mais leve, a vazão em volume da corrente de fluido multifásico sendo submetida a uma variação ao longo do tempo, o método compreendendo a provisão de uma pluralidade de conjuntos de separação para a realização das etapas de mé- todo de:

permitir que uma corrente de vazão controlada entre em um con- junto de separação dedicado;

estabelecer um padrão de fluxo de fluido rotativo estabilizado para a corrente;

fazer com que o fluido rotativo estabelecido seja forçado ao lon- go de um primeiro percurso de fluxo helicoidal, o primeiro percurso de fluxo helicoidal tendo um primeiro passo;

fazer com que o fluido rotativo uniforme flua ao longo de um se- gundo percurso de fluxo helicoidal, o segundo percurso de fluxo helicoidal tendo um segundo passo, onde o segundo passo é maior do que o primeiro passo;e

remover o fluido mais leve de uma região radialmente interna do segundo percurso de fluxo helicoidal; em que os conjuntos são operáveis para a acomodação de va-

zões diferentes de fluido; e

selecionar um ou mais conjuntos de separação para a realização das etapas de método de acordo com a vazão em volume da corrente de fluido multifásico.

As etapas de método realizadas em cada conjunto de separação podem ter qualquer um dos recursos preferidos ou específicos descritos aqui anteriormente.

Em uma modalidade, o método de separação modular ainda compreende a provisão de um conjunto de acabamento para a realização das etapas de deposição de fluido - fluido descritas aqui anteriormente, em que cada um da pluralidade de conjuntos de separação é conectado em sua saída ao conjunto de acabamento.

Além dos aspectos de método mencionados anteriormente da presente invenção, também são providos aspectos de aparelho correspon- dentes. Assim, em um primeiro aspecto, a presente invenção provê um apa- relho para a separação de uma corrente de fluido multifásico que compreen- de um componente de fluido mais pesado e um componente de fluido mais leve, o aparelho compreendendo um percurso de fluxo helicoidal que tem uma entrada de'fluido, uma primeira saída para um componente de fluido mais pesado e uma segunda saída para um componente de fluido mais leve, o percurso de fluxo helicoidal sendo formado de modo que o número de Reynolds crítico da corrente de fluido fluindo ao longo do percurso de fluxo helicoidal seja elevado.

Preferencialmente, a segunda saída para o componente de flui- do mais leve é disposta axialmente de forma central no percurso helicoidal, em particular se abrindo para um conduto de fluido mais leve axialmente central.

O percurso de fluxo helicoidal pode ser disposto para prover o número de Reynolds crítico elevado descrito aqui anteriormente. Em particu- lar, isto pode ser obtido pelo ajuste das dimensões internas do percurso de fluxo helicoidal de acordo com as propriedades da corrente de fluido a ser processada.

Em um aspecto adicional, a presente invenção provê um apare- lho para a separação de uma corrente de fluido que compreende um com- ponente de fluido mais pesado e um componente de fluido mais leve, o apa- relho compreendendo:

um meio para a seleção de uma corrente de fluido de vazão pre- determinada;

um primeiro conduto para o estabelecimento de um padrão de

fluxo de fluido rotativo estabilizado para a corrente de fluido tendo um primei- ro percurso de fluxo helicoidal, o primeiro percurso de fluxo helicoidal tendo um primeiro passo;

um segundo conduto que tem segundo percurso de fluxo heli- coidal, o segundo percurso de fluxo helicoidal tendo um segundo passo, em que o segundo passo é maior do que o primeiro passo; e

um meio para a remoção do fluido mais leve de uma região radi- almente interna do segundo percurso de fluxo helicoidal.

O aparelho compreende um primeiro conduto que tem uma pas- sagem helicoidal através dali, através da qual um fluido pode ser feito fluir em um percurso de fluxo helicoidal. De modo a se evitar que as diferentes fases de fluido se tornem mais misturadas, em particular emulsificadas, o primeiro conduto preferencialmente é formado de modo que a corrente de fluido seja estabilizada em um regime de fluxo que esteja abaixo do número de Reynolds crítico (isto é, o número de Reynolds acima do qual o regime de fluxo é turbulento). O número de Reynolds crítico dependerá de fatores tais como a viscosidade e o peso específico da corrente de fluido, a velocidade da corrente de fluido e as dimensões do conduto através do qual a corrente estiver passando. Assim sendo, o formato específico, as dimensões e o comprimento do primeiro conduto serão determinados pelas propriedades da corrente de alimentação sendo processada. Preferencialmente, o conduto é de um tamanho tal que o fluido seja estabilizado em um regime de fluxo transiente, desse modo se mantendo as gotículas da fase de fluido dispersa ativas. Um arranjo particularmente preferido é que o primeiro conduto com- preenda um tubo regular tendo uma hélice interna, de modo a prover o per- curso de fluxo helicoidal.

O comprimento do primeiro percurso de fluxo helicoidal dentro do primeiro conduto deve ser suficiente para permitir que o fluxo de fluido se estabilize no regime de fluxo requerido, mais preferencialmente um regime de fluxo transiente. A natureza da corrente de fluido, seus componentes e o regime de fluxo do fluido sendo processado no método determinarão o com- primento do primeiro percurso de fluxo helicoidal. O primeiro percurso de fluxo helicoidal é de comprimento suficiente para permitir o tempo para a separação centrífuga da fase de fluido mais leve da fase em volume de flui- do mais pesado. Se o regime de fluxo requerido puder ser estabelecido rapi- damente, o primeiro percurso de fluxo helicoidal será correspondentemente curto.

Preferencialmente, o passo do primeiro percurso de fluxo heli- coidal permanece constante por todo o seu comprimento.

O aparelho preferencialmente é provido com um conduto de ali- mentação, no qual a corrente de fluido multifásico a ser separada é forçada, antes de entrar no primeiro conduto. O aparelho preferencialmente compre- ende um meio para o estabelecimento de um fluxo de fluido rotativo no con- duto de alimentação. Preferencialmente, o conduto de alimentação compre- ende uma abertura tangencial através da qual a corrente de alimentação é forçada, o arranjo da abertura tangencial fazendo com que o fluido rode, conforme ele passar ao longo do conduto de alimentação e for submetido a altas forças centrífugas provendo uma região inicial de separação das fases, antes de o fluido entrar no primeiro conduto.

O aparelho ainda compreende um segundo conduto, no qual uma separação das fases diferentes da corrente de fluido ocorre. O segundo conduto também compreende um percurso de fluxo helicoidal que se esten- de ali. Em um arranjo preferido, o segundo conduto compreende um tubo que tem uma hélice que se estende longitudinalmente ali para a provisão de um segundo percurso de fluxo helicoidal. Preferencialmente, o passo do se- gundo percurso de fluxo helicoidal aumenta na direção de fluxo ao longo do segundo percurso de fluxo. O aumento no passo pode ser de uma maneira em incrementos ou contínua. Em um arranjo preferido, o passo do segundo percurso de fluxo helicoidal é aumentado ao longo do comprimento substan- cialmente inteiro do segundo percurso de fluxo helicoidal dentro do conduto. O passo pode aumentar até 5% para cada volta do segundo percurso de fluxo helicoidal em torno do eixo geométrico longitudinal do percurso de fluxo helicoidal, preferencialmente até 3%, mais preferencialmente em torno de 1 % para cada volta.

Para separação da fase de fluido mais leve das fases de fluido mais pesado, um meio para remoção da fase de fluido mais leve é provido dentro do segundo conduto. Preferencialmente, o meio para remoção do fluido mais leve compreende um conduto de coleta que se estende coaxial- mente dentro do segundo conduto, a hélice se estendendo dentro do espaço anular em torno do conduto de coleta.

O conduto de alimentação, os primeiro e segundo condutos po- dem compreender componentes separados do aparelho. Contudo, em um arranjo mais conveniente, o conduto de alimentação, os primeiro e segundo condutos são porções adjacentes de um único tubo, uma primeira hélice sendo provida em uma porção a montante do tubo para a provisão do pri- meiro percurso de fluxo helicoidal, e uma segunda hélice sendo provida em uma porção a jusante do tubo para a provisão do segundo percurso de fluxo helicoidal. Em um arranjo como esse, o meio para remoção do fluido mais leve pode compreender um conduto de coleta que se estende coaxialmente dentro do tubo único, o conduto de coleta tendo aberturas na porção que se estende dentro da porção a jusante ou segunda porção para a coleta de flui- do.

Em muitas circunstâncias, a provisão do aparelho com os primei- ro e segundo condutos, opcionalmente com um conduto de alimentação, resultará em uma separação centrífuga aceitável das fases de fluido mais leve e mais pesada. Contudo, caso uma separação adicional seja requerida, o aparelho pode compreender um ou mais dos componentes a seguir.

Caso uma separação adicional seja requerida ou desejada, uma técnica preferida é o uso de uma ação de separação de vórtice, a qual sub- mete o fluxo remanescente a forças centrífugas muito altas. Assim sendo, em um caso como esse, o aparelho ainda pode compreender um conduto para retenção de um vórtice, o referido conduto sendo disposto para receber um fluido deixando o segundo percurso de fluxo helicoidal. De modo a se prover o vórtice ótimo para a separação de fluido - fluido, a velocidade de rotação da corrente de fluido deve ser adequadamente alta. Assim sendo, se requerido, o aparelho ainda pode compreender um meio para aumento da velocidade de rotação do fluido disposto entre a saída do segundo percurso de fluxo helicoidal e a entrada para o conduto para retenção de um vórtice. Um meio adequado para aumento da velocidade de rotação do fluido é um terceiro percurso de fluxo helicoidal. De modo a prover o aumento de veloci- dade necessário, a área de seção transversal do terceiro percurso de fluxo helicoidal diminui ao longo do comprimento do percurso de fluxo helicoidal. O aumento na área de seção transversal pode ocorrer de uma maneira con- tínua ou em incrementos. Preferencialmente, a diminuição na área de seção transversal ocorre ao longo do comprimento substancialmente inteiro do ter- ceiro percurso de fluxo helicoidal. O terceiro percurso de fluxo helicoidal mais convenientemente é formado dentro de uma porção a jusante do mes- mo conduto contendo os primeiro e segundo percursos de fluxo helicoidais.

Pode ser permitido que o vórtice se forme dentro de um conduto substancialmente vazio, tal como uma porção a jusante vazia do conduto contendo os primeiro, segundo e, se presente, terceiro percursos de fluxo helicoidais. Em alguns regimes de processo, pode ser necessário prover um meio para o estabelecimento do vórtice. Em um arranjo preferido, o aparelho ainda compreende um conduto para a coleta do componente de fluido mais leve a partir do vórtice, o meio para o estabelecimento do vórtice sendo pro- vido por uma porção afunilada na região da abertura do referida conduto.

O aparelho descrito aqui anteriormente pode ser conveniente- mente alojado dentro de um conduto único ou tubo, conforme já menciona- do. Uma separação adicional pode ser provida por meio de um processo de separação essencialmente por gravidade. Assim sendo, o aparelho ainda pode compreender um vaso para o recebimento da corrente de fluido, o vaso tendo um volume suficiente para redução do número de Reynolds do fluxo de corrente de fluido, de modo que um fluido de entrada no vaso possa ser submetido a uma separação por gravidade. Em um arranjo como esse, o tubo ou conduto único, conforme descrito aqui anteriormente, conveniente- mente pode se estender dentro do vaso. Em um arranjo preferido, o apare- lho pode ser de projeto modular, conforme descrito aqui adiante, em que uma pluralidade desses condutos pode se estender em um único vaso.

Para ajudar no processo de separação por gravidade dentro do vaso, o aparelho pode arregimentar o fluxo por compreender um meio para a indução de um fluxo rotativo na corrente de fluido de entrada no vaso. Isto permitirá uma separação por gravidade eficiente e impedirá uma contamina- ção de fluxo cruzado das fases separadas. Este meio mais preferencialmen- te é uma saída tangencial no conduto através do qual a corrente de fluido é introduzida no vaso. Para ajudar na separação, o vaso pode compreender um meio para a centralização do fluxo rotativo de fluido dentro do vaso, por exemplo, um cone invertido localizado coaxialmente dentro do vaso. O cone invertido pode ser provido com uma guia de fluxo se estendendo de forma helicoidal ao longo de sua superfície externa na direção de fluxo de fluido.

Pará a remoção dos componentes de fluido mais leve das fases mais pesadas dentro do vaso, o aparelho ainda pode compreender um con- duto que se estende coaxialmente dentro do vaso, o conduto tendo abertu- ras ali através das quais os componentes de fluido mais leve podem deixar a corrente de fluido. Em um arranjo preferido, o conduto tem uma saída para os componentes de fluido mais leve dentro do vaso, a saída sendo disposta a montante da entrada de corrente de fluido.

O fluido remanescente no vaso consistirá essencialmente em componentes de fluido mais pesado. O aparelho ainda pode compreender uma zona de coleta de fluido mais pesado, um conduto de coleta de fluido pesado sendo disposto centralmente dentro da zona de coleta, o conduto tendo uma pluralidade de aberturas ali para a coleta do fluido mais pesado.

Caso a corrente de alimentação de fluido compreenda quaisquer componentes sólidos, isto permanecerá no aparelho, passando na direção a jusante. Nesses casos, o aparelho ainda pode compreender uma zona de coleta de sólidos e um meio para a remoção de sólidos da zona de coleta, o meio removendo sólidos em uma base intermitente ou contínua.

Conforme mencionado acima, o aparelho é particularmente ade- quado para ser construído em uma base modular. Em particular, o conjunto compreendendo os primeiro e segundo condutos e, se presente, o conduto para alojamento de um vórtice de fluido e quaisquer meios providos para aumento da velocidade de rotação da corrente de fluido podem ser alojados em um conduto único, representando um módulo de conjunto de separação único. Assim sendo, em um aspecto adicional, a presente invenção provê um aparelho para a separação de uma corrente de fluido multifásico que compreende um componente de fluido mais pesado e um componente de fluido mais leve, a vazão em volume da corrente de fluido multifásico sendo submetida a uma variação ao longo do tempo, o aparelho compreendendo uma pluralidade de conjuntos de separação, conforme descrito aqui anteri- ormente, e operável para a acomodação de diferentes vazões de fluido; o aparelho ainda compreendendo um meio para a operação seletiva de um ou mais conjuntos de separação de acordo com a vazão em volume da corrente de fluido multifásico.

O aparelho pode ser operado com um módulo, uma seleção de módulos ou com todos os conjuntos de separação estando em uso. Desta forma, os conjuntos de separação individuais podem ser colocados em linha e retirados de linha, conforme a vazão volumétrica da corrente variar. Isto é particularmente eficaz quando os conjuntos de separação individuais forem dimensionados para a acomodação de vazões diferentes de fluido. Prefe- rencialmente, o aparelho compreende um meio para a alimentação de um fluido de purga para cada conjunto de separação, de modo a se permitir que cada conjunto de separação seja purgado e limpo, antes de ser colocado em linha e retirado de linha.

Se um estágio de separação por gravidade for requerido, o con- junto modular poderá compreender, ainda, um vaso de separação, conforme descrito aqui anteriormente, cada um dos conjuntos de separação se esten- dendo dentro do vaso de separação.

Em um uso do aparelho modular da presente invenção, uma plu- ralidade de unidades de separação modulares pode ser provida, cada uma compreendendo uma pluralidade de conjuntos de separação de tamanhos variáveis. Um grupo de unidades como esse pode ser agrupado em torno de uma localização de cabeça de poço ou em um campo de óleo, por exemplo, em uma localização de superfície ou submarina, de modo a servir a um gru- po de poços.

O sistema de separação helicoidal da presente invenção apre- senta um problema em particular quando se chega à partida e à parada, se os condutos para o fluido mais leve produzido no processo não forem para estarem contaminados com componentes de fluido mais pesado. Este pro- blema é resolvido pelos métodos de partida e de parada formando aspectos adicionais da presente invenção.

Assim sendo, a presente invenção provê um método para a par- tida de um sistema de separação helicoidal para operação na separação de uma corrente de fluido multifásico que compreende um componente de fluido mais pesado e um componente de fluido mais leve, o método compreenden- do a alimentação do sistema de separação helicoidal com uma primeira cor- rente de fluido que consiste essencialmente no componente de fluido mais pesado; quando a velocidade de fluido dentro do sistema de separação heli- coidal tiver atingido a velocidade de operação mínima para a corrente de fluido multifásico, a substituição por um período de tempo da primeira cor- rente de fluido pela corrente de fluido multifásico a ser separada.

Um método para parada de um sistema de separação helicoidal a partir de uma operação normal, na qual uma corrente de fluido multifásico compreendendo um componente de fluido mais pesado e um componente de fluido mais leve está sendo alimentada para o sistema de separação heli- coidal, compreende as etapas de introdução de uma primeira corrente de fluido consistindo essencialmente no componente de fluido mais pesado na alimentação de corrente de fluido multifásico ao longo do tempo para a subs- tituição da corrente de fluido multifásico; quando a alimentação de fluido consiste na primeira corrente de fluido, a redução da vazão de alimentação de fluido para zero. O sistema de separação helicoidal preferencialmente é deixado cheio com o primeiro fluido, após a vazão de alimentação de fluido ter sido reduzida para zero. Desta forma, o método de partida mencionado anterior- mente pode ser empregado, sem atraso e da maneira ótima para a obtenção de condições de operação normais com o mínimo de contaminação das cor- rentes de fluido mais leve.

Os procedimentos de partida e de parada da presente invenção são de vantagem em particular quando o sistema de separação helicoidal é disposto no formato modular discutido aqui anteriormente e operado usando- se uma seleção variada de módulos de separação helicoidais para a acomo- dação de vazões diferentes de fluido e composições.

As modalidades da presente invenção serão descritas, agora, a título de exemplo apenas, com referência aos desenhos associados, nos quais:

a figura 1 é uma vista em seção transversal de um aparelho de separação completo de acordo com uma modalidade da presente invenção;

a figura 2 é uma vista em seção transversal da porção superior do aparelho de separação da figura 1;

a figura 3 é uma vista plana do aparelho de separação da figura

1;

a figura 4 é uma vista em seção transversal estilizada de um conjunto de separação helicoidal de acordo com a presente invenção;

as figuras 5a a 5c são uma vista em seção transversal estilizada em uma escala aumentada de três porções do conjunto de separação heli- coidal nas regiões rotuladas como A, B e C na figura 4;

a figura 6 é uma vista em seção transversal longitudinal de um conjunto de separação helicoidal da presente invenção;

a figura 7 é uma vista em seção transversal longitudinal da por- ção do conjunto da figura 1 ao longo da linha VII-VII;

a figura 8 é uma vista em seção transversal longitudinal da por- ção do conjunto da figura 1 ao longo da linha VIII-VIII;

a figura 9 é uma vista em seção transversal da porção superior do aparelho de separação da figura 1 ao longo de um eixo geométrico dife- rente em relação àquele da figura 2;

a figura 10 é uma representação esquemática de um sistema da presente invenção, indicando como a monitoração de tubos é empregada para a monitoração da performance de várias regiões do sistema;

a figura 11 é um histograma de performance que mostra as fai- xas de fluxo de operação e as faixas de pressão de operação para conjuntos de dimensões diferentes; e

a figura 12 é um gráfico indicando a seleção de diferentes com- binações de conjunto para a acomodação de vazões diferentes de corrente de alimentação.

Com referência à figura 1, é mostrado um conjunto de separa- ção, geralmente indicado como 2. O conjunto é mostrado disposto de forma substancialmente vertical no leito do mar, com a porção inferior do conjunto se estendendo abaixo do leito do mar. Isto é um arranjo conveniente para localização do conjunto, em particular adjacente a um conjunto de cabeça de poço submerso.' Desta forma, os conjuntos de cabeça de poço existentes podem ser providos com o conjunto de separação da presente invenção, sem modificação significativa da instalação de cabeça de poço. O conjunto de separação 2 é formado em torno de um alojamen-

to tubular geralmente cilíndrico 4. O alojamento 4 mais convenientemente é uma seção de revestimento de condutor comercialmente disponível. O re- vestimento de condutor é suprido em uma faixa de tamanhos, incluindo os tamanhos nominais de 108 cm (42 polegadas), 92 cm (36 polegadas), 76 cm (30 polegadas) e 50 cm (20 polegadas). O alojamento 4 pode ser construído a partir de uma seção do revestimento de condutor, com o diâmetro sendo selecionado para a acomodação da vazão volumétrica da corrente de fluido a ser processada. As modalidades mostradas nas figuras associadas e des- critas aqui adiante são concernidas com a separação de fluido em uma Ioca- lização submersa. Contudo, o método e o aparelho com apenas modifica- ções mínimas também podem ser aplicados a condutores ligados à superfí- cie ou a condutores de plataforma. O conjunto de separação 2 compreende uma pluralidade de componentes discretos. Um conjunto de entrada e de saída 6 é conectado à extremidade superior do alojamento 4, para suprimento de fluido para o con- junto para separação e através do que as correntes de fluido separadas são removidas. O conjunto 2 ainda compreende uma pluralidade de conjuntos de separação helicoidais 8 que se estendem dentro do alojamento 4, em que o primeiro estágio de separação de componentes de fluido mais leve de com- ponentes de fluido mais pesado é realizado. A porção remanescente do alo- jamento 4 é disposta para prover outros estágios de seção de predição de erro, compreendendo uma região de estabilização de fluido 10, um segundo estágio de separação de fluido - fluido 12, e um estágio de separação e de recuperação de fluido - sólido final 14. Cada um destes componentes será discutido em maiores detalhes abaixo.

Uma interface de fluido leve / fluido mais pesado de operação 16, um nível alto máximo 17 e um nível baixo mínimo 18 para o fluido dentro do alojamento 4 são representados na figura 1, e são mostrados como fi- cando ao longo do comprimento dos conjuntos de separação helicoidais 8, de modo que elas todas fiquem acima da extremidade inferior ou de jusante dos conjuntos de hélice. Com referência à figura 2, o conjunto de entrada e de saída 6 é

montado na extremidade superior do alojamento 4 por meio de um conector de projeto convencional. O conjunto de entrada e de saída 6 compreende um corpo de entrada geralmente cilíndrico 22. Um conjunto de tampão 24 é montado na extremidade superior do corpo de entrada 22 e compreende um tampão inferior 26 e um tampão superior 28, os quais em conjunto definem uma zona de separação de gás - líquido 30, em que um gás é removido do líquido presente na zona 30. Uma ventilação para o gás é provida por meio de um furo 32 que se estende de forma oblíqua através do tampão superior 28, o qual por sua vez é conectado a um conduto de recuperação de gás 34 por um flange de arranjo convencional. Um furo lateral 35 é formado no tam- pão inferior 26 e se conecta a um conduto de fluido 37. Um furo axialmente central 36 se estende através do corpo de entrada 22, conectando a região interna do alojamento 4 com um mandril de fluido 38 que se estende através da zona de separação de gás - líquido, a qual, por sua vez, se conecta com um furo que se estende lateralmente 40 através do tampão superior 28. Um líquido pode ser removido através deste arranjo, para ser retirado para o conduto de líquido 42, o qual é conectado a uma linha adequada (não- mostrada) por meio de um conjunto de flange convencional. Um furo coaxial 44 se estende através do tampão superior 28 e provê uma abertura para a remoção de material sólido, tal como uma fenda a partir do conjunto, para injeção de produto químico, ou para fins de monitoração. Uma válvula 46 é mostrada conectada ao furo coaxial 44 na figura 2.

Voltando-nos de novo para o corpo de entrada 22, uma plurali- dade de condutos de líquido é provida na forma de furos longitudinais 48 espaçados em torno do furo central 36. Os condutos de líquido provêem uma conexão direta entre a zona de separação de gás - líquido 30 e a regi- ão superior do interior do alojamento 4, através da qual fluidos podem pas- sar, conforme requerido.

O corpo de entrada 22 é provido com um conjunto adicional de furos longitudinais 50 espaçados em torno e radialmente para fora do furo central e dos furos longitudinais 48. Conforme se tornará evidente, os furos 50 provêem o conduto de alimentação para cada conjunto de separação he- Iicoidal 8. Cada um dos furos longitudinais 50 é conectado em sua abertura inferior a um respectivo conjunto de separação helicoidal 8, cujos detalhes são providos aqui adiante. O arranjo dos furos longitudinais 50 e de seus conjuntos de separação helicoidais 8 associados é mostrado em vista plana na figura 3. Conforme mostrado na figura 3, cada um dos furos longitudinais 50 é provido com uma entrada disposta tangencialmente 52, a partir da qual se estende um furo radial 54. Um conduto de entrada 56 é conectado à ex- tremidade de cada furo radial 54 por meio de um conjunto de flange conven- cional. Cada conduto de entrada 56 é conectado a um coletor de entrada de fluido 58, mostrado na figura 3 como um tubo circular que se estende em torno da porção superior do conjunto. Um conduto de alimentação de fluido 60 se conecta ao coletor de entrada de fluido 58, através do que uma corren- te de fluido multifásico a ser processada pode ser alimentada. O fluxo de fluido a partir do coletor de entrada de fluido 58 para cada conduto de entra- da 56 é controlado por meio de uma válvula 62. Conforme mostrado na figu- ra 3, cada conduto de entrada 56 é provido com sua própria válvula 62 e uma válvula de retenção de uma via 63, para se evitar que qualquer retorno de fluxo ocorra. Isto provê um controle independente de cada conduto de entrada 56 e o fluxo de fluido para cada conjunto de separação helicoidal 8. Desta forma, o conjunto é operável para a acomodação das maiores varia- ções na vazão e composição da corrente de alimentação de fluido. Será a- preciado que arranjos alternativos são possíveis, em que uma válvula única é usada para controle do fluxo de fluido para dois ou mais conjuntos de se- paração helicoidais 8, embora com uma redução na liberdade de operação. Um arranjo como esse pode ser empregado, por exemplo, em situações em que apenas variações limitadas na vazão e/ou na composição da corrente de alimentação de fluido são previstas durante a vida em trabalho da instala- ção.

Janelas radiais se estendem através do corpo de entrada 22 e se conectam com respectivas linhas 53, as quais se estendem até uma posi- ção apropriada dentro do alojamento 4. Estas são empregadas para opera- ções de injeção de fluido, amostragem de fluido ou monitoração de proces- so.

Um sistema de purga de fluido também é mostrado na figura 3 e compreende um arranjo similar ao sistema de entrada de fluido descrito aci- ma, incluindo um coletor de fluido de purga circular 64 tendo um conduto de entrada de purga 66 que se estende para cada conduto de entrada 56. A operação do sistema de purga de fluido é para a provisão de um fluxo de fluido de purga, tipicamente água, para cada conjunto de separação helicoi- dal, conforme ele entrar em linha ou sair de linha. Uma válvula 68 é posicio- nada em cada conduto de entrada de purga 66, de modo a se prover um controle independente da purga de cada conjunto de separação helicoidal 8. De novo, dois ou mais conjuntos de separação helicoidais 8 podem ter sua purga controlada por uma única válvula. Um conduto de alimentação de flui- do de purga 70 supre o fluido de purga para o coletor de fluido de purga 64.

Embora com referência à figura 3, é conveniente notar o arranjo dos conjuntos de separação helicoidais 8. Conforme mostrado, o conjunto compreende um total de 10 conjuntos de separação helicoidais 8 de uma faixa de tamanhos, capazes de acomodarem uma faixa de vazões diferentes de fluido. No arranjo mostrado, o conjunto compreende cada um dos conjun- tos de separação helicoidais 8 tendo um diâmetro nominal de 10 cm (4 pole- gadas), 12,5 cm (5 polegadas) e 15,25 cm (6 polegadas). Além disso, o con- junto compreende 7 conjuntos de separação helicoidais 8 tendo um diâmetro nominal de 7 polegadas (18 cm). O arranjo mostrado assim pode operar por uma ampla faixa de vazões de fluido de alimentação, a partir da vazão mais baixa quando o conjunto de separação helicoidal de 10,16 cm (4 polegadas) único estiver em linha, até uma vazão máxima quando todos os conjuntos de separação helicoidais estiverem operando. Combinações dos conjuntos de separação helicoidais 8 podem ser feitas para a acomodação de vazões en- tre estes dois extremos.

O arranjo mostrado nas figuras 1 a 3 é um no qual os coletores de alimentação e de purga e suas respectivas válvulas são integrais com o conjunto de entrada e de saída 6. Será apreciado que um arranjo alternativo pode ser empregado, em que as válvulas e os coletores são combinados em um módulo separado que é conectado ao conjunto de entrada e de saída 6 por linhas adequadas. Desta forma, as válvulas e sua tubulação de controle podem estar mais prontamente acessíveis para recuperação e substituição.

É uma vantagem significativa do conjunto que o número e o ta- manho dos conjuntos de separação helicoidais dispostos dentro do aloja- mento possam ser variados para a acomodação de uma carga em particular, permitindo que o projeto e a construção do conjunto em geral sejam em uma base largamente modular. Isto permite por sua vez que o projeto, a constru- ção, a manutenção e reparos sejam diretos e econômicos.

A construção e a operação dos conjuntos de separação helicoi- dais 8 agora serão descritas, tendo como referência a figura 4, a qual é uma representação estilizada de um conjunto típico. Será apreciado que o con- junto mostrado na figura 4 é significativamente encurtado, para facilidade de referência, a relação do comprimento geral para o diâmetro do conjunto de hélice tipicamente sendo muito maior do que aquilo representado na figura 4.

Com referência à figura 4, um conjunto de separação helicoidal 8 compreende um conduto geralmente cilíndrico 100, mostrado na figura 4, para se estender verticalmente para baixo a partir do corpo de entrada 22. Um conduto de fluido leve 102 na forma de um tubo geralmente cilíndrico que se estende coaxialmente no conduto cilíndrico e é aberto em sua extre- midade mais superior na zona de separação de gás - líquido 30 no conjunto de tampão 24. Uma cavidade anular é formada em torno do conduto de flui- do leve 102 entre o conduto de fluido leve 102 e o conduto cilíndrico 100. A região mais superior 104 da cavidade anular é vazia, permitindo a passagem livre de fluido. Um dos furos radiais 54 no corpo de entrada 22 termina em uma abertura tangencial 52 na região mais superior 104 do conduto cilíndri- co 100.

A região da cavidade anular adjacente e abaixo da região mais superior 104 é uma região de estabilização de fluxo de fluido indicada como 100 na figura 4. Nesta região, uma hélice 108 é disposto dentro da cavidade anular e se estende em torno do conduto de fluido leve 102 para a formação de um percurso de fluxo helicoidal para movimento de fluido dentro do con- duto cilíndrico. A função desta região é permitir que o fluxo de fluido estabili- ze no regime de fluxo requerido, ao forçar o fluido a fluir em um percurso helicoidal compacto. A hélice na região de estabilização de fluxo 106 é for- mada para a provisão de um padrão de fluxo de fluido estável e para permitir que as fases se dividam de forma centrífuga e se partam, sendo submetidas a múltiplas forças de gravidade e rotativas antes da saída. No arranjo mos- trado na figura 4, a área de seção transversal do percurso de fluxo helicoidal preferencialmente é constante ao longo do comprimento inteiro da hélice 108. Conforme a hélice 108 é disposta dentro de um conduto cilíndrico 100, isto determina que o passo da hélice 108 preferencialmente é constante ao longo do comprimento da região 106. Em outros arranjos, o passo da hélice 108 pode ser variado ao longo de seu comprimento, de modo a se prover o padrão de fluxo requerido em sua extremidade de saída. O movimento de gotículas da fase de fluido leve na região de estabilização de fluxo de fluido helicoidal 106 é representado nas figuras 5a a 5c.

A extremidade da região de estabilização de fluxo 106 e da héli- ce 108 é contígua com uma região de separação de fluido, geralmente indi- cada como 110. Nesta região, uma hélice 112 é disposta dentro da cavidade anular e se estende em torno do conduto de fluido leve 102, para a formação de um percurso de fluxo helicoidal para um fluido se movendo dentro do conduto cilíndrico. A função desta região é separar a fase de fluido mais leve da fase de fluido mais pesada. O conduto de fluido leve 102 é provido com uma pluralidade de janelas ou orifícios 114. As janelas 114 são formadas na região superior interna do percurso de fluxo helicoidal. A fase de líquido leve é recuperada através das janelas 114 no conduto de fluido 102, conforme descrito aqui adiante.

De modo a se prover a separação de fases de fluido na região de separação dé fluido 110, a área de seção transversal do percurso de flu- xo helicoidal é aumentada ao longo do comprimento da região 110. De modo a se prover este aumento, a hélice 112 é mostrada na figura 4 como aumen- tando de passo ao longo do comprimento da região de separação de fluido 110. O aumento é mostrado como sendo um aumento de em torno de 1% no passo da hélice 112 para cada volta completa em torno do conduto de fluido leve 102. O aumento no passo é para se permitir um fluxo natural do fluido (em oposição ao fluxo forçado nas seções helicoidais a montante) e para se evitar que uma contrapressão de fluido surja devido às forças de atrito den- tro do canal helicoidal. Se permitido que ocorra, a contrapressão de fluido daria origem a uma força de fluxo transversal prejudicial dentro do fluido. O aumento no passo dependerá das propriedades do fluido sendo processado e é selecionado para permitir que o movimento natural das fases mais leves para o conduto de fluido ocorra, enquanto se permite que as fases de fluido mais pesado remanescentes continuem ao longo do percurso de fluxo heli- coidal. A extremidade da região de separação de fluido 110 e da hélice 112 é contígua com uma região de melhoria de velocidade de fluido, geral- mente indicada como 116. Nesta região, uma hélice adicional 118 é disposta dentro da cavidade anular e se estende em torno do conduto de fluido leve 102, para a formação de um percurso de fluxo helicoidal para um fluido se movendo dentro do conduto cilíndrico. A hélice 118 termina na extremidade aberta do conduto de fluido leve 102. A função desta região é aumentar a velocidade do fluido remanescente no conduto cilíndrico 100, de modo a prover um vórtice estável na região a jusante ou inferior do conduto 100, conforme descrito abaixo.

Na região de melhoria de velocidade de fluido 116, a hélice 118 é mostrada na figura 4 aumentando de passo para cada volta em torno do conduto de fluido leve 102. O aumento no passo será determinado pela na- tureza dos fluidos sendo separados e pela carga de separação específica a ser realizada. Uma taxa de aumento típica do passo da hélice é de em torno de 3% para cada volta em torno do conduto de fluido leve 102. A porção do conduto de fluido leve 102 que se estende através da região 116 tipicamente é cilíndrica e de um diâmetro substancialmente constante. Uma modalidade alternativa é prover ao conduto de fluido leve 102 uma porção afunilada ou alargada, de modo que seu diâmetro aumente através desta região na dire- ção de fluxo de fluido na cavidade anular. Isto por sua vez faz com que a cavidade anular entre o conduto de fluido leve 102 e o conduto cilíndrico 100 reduza de área de seção transversal na direção a jusante de fluxo de fluido na cavidade anular.

Uma vista em seção transversal de um conjunto de separação

helicoidal inteiro típico 8 é mostrada na figura 6, a partir da qual será apreci- ado que muitas operações de separação requerem que o comprimento das três regiões 106, 110 e 116 seja muitas vezes maior do que o diâmetro do conduto cilíndrico 102. Também será notado que as hélices 108, 112 e 118 são mostradas como um elemento helicoidal único que se estende dentro do conduto cilíndrico 102. Este arranjo é preferido. Contudo, será apreciado que cada uma das hélices 108, 112 e 118 pode ser disposta separadamente dentro de sua própria porção do conduto cilíndrico 102, ou mesmo dentro de condutos separados. O arranjo mostrado nas figuras 4 e 6 é vantajoso quando da aplicação do conjunto de separação helicoidal 8 em uma base modular, conforme descrito. Para certas separações de fluido, arranjos de hélice dupla podem ser empregados, compreendendo dois percursos de hé- Iice entre os condutos 100 e 102.

Conforme citado acima, a hélice 118 dentro da região de melho- ria de velocidade de fluido 116 termina na extremidade do conduto de fluido leve 102. O conduto cilíndrico 100 é provido com uma saída orientada e em ângulo 120 em sua extremidade inferior a jusante, cujos detalhes são descri- tos aqui adiante. A porção a jusante do conduto cilíndrico 100 se estendendo a partir da extremidade do conduto de fluido leve 102 até a saída 120 do conduto cilíndrico 100 é um volume substancialmente vazio e provê uma região de vórtice geralmente indicada como 122. Conforme será descrito abaixo, um vórtice é estabelecido nesta região se estendendo na direção para jusante a partir da extremidade do conduto de fluido leve 102. Para a captura do vórtice criado, uma guia de vórtice, na forma de um cone inverti- do 124 e um tubo de vórtice 126 são dispostos dentro da porção de extremi- dade do conduto de fluido leve 102, conforme mostrado mais claramente na figura 6.

O conjunto de separação helicoidal mostrado nas figuras 4 e 6 pode ser operado como um sistema de separação independente. Alternati- vamente, se uma separação adicional, tal como uma ultrapurificação, for re- querida, o conjunto de separação helicoidal pode ser usado em conjunto com os sistemas de seção de predição de erro adicionais e o método descri- to abaixo, mais adequadamente em um conjunto conforme mostrado nas figuras associadas.

Com referência à figura 7, é mostrada uma vista em seção transversal da porção do conjunto da modalidade da presente invenção ime- diatamente a jusante da saída 120 do conjunto de separação helicoidal 8. Conforme mostrado na figura 7, uma pluralidade de conjuntos de separação helicoidais 8 (dois dos quais sendo visíveis na figura 7) se estende para bai- xo dentro do alojamento 4 e é retida em posição por um conjunto de guia de placa defletora 123. Uma pluralidade de conjuntos de guia de placa defletora 123 pode ser provida, dependendo do comprimento dos conjuntos de sepa- ração helicoidais 8 e de suas dimensões relativas. Os conjuntos de placa defletora 123 provêem guia e espaçamento para os conjuntos de separação helicoidais. Além disso, eles servem para a dispersão de quaisquer grandes bolhas de gás que possam estar presentes no fluido em volume, como resul- tado de uma flotação de gás ser empregada.

A saída 120 de cada conjunto de separação helicoidal 8 é orien- tada de modo a dirigir um fluido deixando o conduto em uma direção tan- gencial para baixo, de modo a se criar um amplo regime de fluxo de vórtice, conforme descrito abaixo. Um conduto de fluido leve secundário 160 na for- ma de um tubo geralmente cilíndrico se estende coaxialmente dentro do alo- jamento 4 e tem sua extremidade superior aberta na forma de uma saída 162. Será notado que a saída 162 está em cima, a saída 120 na extremida- de inferior de cada conjunto de separação helicoidal 8. O fluxo rotativo abai- xo das saídas inicialmente consistirá em fluxos transversais, até ter se esta- bilizado. O conduto de fluido leve 160 atua como uma capota para ajudar quaisquer gotículas de fluido leve a se moverem para cima através desta região de fluxo não estabilizado 10.

Um conduto de fluido pesado 164 se estende coaxialmente den- tro do conduto de fluido leve secundário 160 para cima e coaxialmente atra- vés do mandril de fluido 38, o qual é conectado em sua extremidade superior ao conduto de líquido 42, conforme mostrado na figura 2. Um conduto de sólido / injeção 166 se estende coaxialmente

dentro do conduto de fluido pesado 164 e é conectado em sua extremidade superior ao furo coaxial 44 no tampão superior 28, conforme mostrado na figura 2. O fluxo de material através do conduto de sólido / injeção 166 é controlado pela válvula 46, também mostrada na figura 2. Um cone invertido 170 é disposto em torno do conduto de fluido

leve secundário 160 e espaçado das extremidades inferiores dos conjuntos de separação helicoidais 8. Uma palheta helicoidal 172 é provida na superfí- cie cônica do cone invertido 170. A região dentro do alojamento 4 entre as extremidades inferiores dos conjuntos de separação helicoidais 8 e a extre- midade a jusante ou inferior do cone invertido 170 é uma região de re- estabilização de fluxo de fluido, geralmente indicada como 10 nas figuras, cuja finalidade é estabelecer um padrão de fluxo rotativo mais lento de fluido fluindo para baixo nesta região a partir das saídas 120 dos conjuntos de se- paração helicoidais 8. O cone invertido 170 é de um comprimento e um ân- gulo tais para a provisão de uma redução suficiente no percurso de fluxo anular entre o alojamento 4 e o conduto de fluido leve secundário 160, para a criação de uma velocidade anular rotativa mais alta do fluido para se efe- tuar uma separação final das fases de fluido mais leve e mais pesada na próxima região do conjunto.

A região do alojamento 4 imediatamente a jusante ou abaixo do cone invertido 170 é um segundo estágio de separação de fluido - fluido, geralmente indicado como 12 nas figuras. Nesta região, as fases de fluido mais leve remanescentes são finalmente removidas do conjunto. Para a ob- tenção disto, o conduto de fluido leve secundário 160 é provido com uma pluralidade de janelas ou orifícios 174 ao longo de seu comprimento a partir de dentro do cone invertido 170, através dos quais as fases de fluido mais leve podem entrar no conduto 160 e passar ao longo da cavidade anular en- tre o conduto de fluido leve 160 e o conduto de fluido pesado 164. Será no- tado que o conduto de fluido leve secundário 160 é fechado em sua extremi- dade inferior 161, conforme mostrado na figura 8.

Com referência à figura 8, é mostrada uma vista em seção transversal da porção a jusante ou inferior do conjunto de separação. A regi- ão final no conjunto é o estágio de separação e de recuperação de fluido - sólido final, geralmente indicado como 14 nas figuras. Uma palheta cônica 176 é disposta na extremidade a jusante do segundo estágio de separação de fluido - fluido 12 e provê uma barreira para os fluidos mais leves no es- paço anular central e assegura que apenas os componentes de fluido mais pesado e sólidos no espaço anular externo continuem na direção de fluxo para jusante. A palheta cônica 176 marca a extremidade a montante do es- tágio de separação e de recuperação de fluido - sólido final 14. A porção do conduto de fluido pesado 164 que se estende para esta região final 14 é per- furada por uma pluralidade de janelas 180, através das quais as fases de fluido mais pesado são retiradas.

O conduto de sólido / injeção 166 se estende até a região de extremidade do conduto de fluido pesado 164, conforme mostrado na figura 8. Meios podem ser providos para retirada de material sólido, tal como silte e sedimento, através do conduto de sólido / injeção 166, por exemplo, por meio de uma pressão reduzida ou uma sucção de vácuo. Alternativamente, o conduto de sólido / injeção 166 pode ser usado para a injeção de compo- nentes ativos no fluido no alojamento, por exemplo, para melhoria da sepa- ração das fases de fluido.

A extremidade inferior do alojamento 4 é provida com um furo 182, no qual estão localizados um bujão ou bujões de isolamento 184 e uma válvula de retenção, 186, ambos de projeto convencional. O furo 182 pode ser usado para a provisão de jateamento ou circulação para água do mar, lamas ou cimentos, quando da instalação do alojamento 4 no leito do mar.

A operação do conjunto nas figuras associadas será descrita em relação à separação de uma mistura de duas fases de óleo e água. Uma corrente de fase mista como essa é típica da água recuperada a partir dos fluidos de produção de um poço subterrâneo. Tipicamente, em uma corrente como essa, o óleo é suspenso como gotículas na fase aquosa volumosa, as quais não estão suscetíveis à coalescência e à separação usando-se as téc- nicas convencionais de separação por gravidade e são de massa insuficien- te para segregação sob forças centrífugas baixas. Para se ser adequado para reinjeção em uma formação subterrânea, o óleo deve ser removido da água para uma concentração abaixo de 400 ppm. Isto é obtido usando-se o método e o aparelho da presente invenção na modalidade mostrada nas fi- guras associadas, conforme se segue:

a corrente de óleo / água de fase mista é alimentada para o con- junto 2 através do conduto de alimentação de fluido 60 e entra no coletor de entrada de fluido 58, a partir de onde é distribuída para um ou mais conjun- tos de separação helicoidais 8 através do respectivo conduto de entrada 56, o fluxo através do qual sendo controlado pela respectiva válvula 62 e por uma válvula de retenção de uma via 63. Isto permite que o fluxo geral seja segregado e dividido e porções gerenciáveis para distribuição para respecti- vos conjuntos de separação helicoidais. Conforme descrito acima, o número e a combinação dos conjuntos de separação helicoidais 8 a serem usados são selecionados para combinarem com a vazão volumétrica da corrente de alimentação a ser processada. Conforme citado, é uma vantagem do conjun- to da presente invenção, em particular conforme mostrado nas figuras asso- ciadas, que uma faixa ampla de vazões volumétricas possa ser acomodada, sem qualquer redução na eficiência de separação. De fato, a capacidade de selecionar uma combinação de conjuntos de separação helicoidais dimensi- onados diferentes permite que o sistema seja talhado para uma faixa muito ampla de composições de fluido e vazões, enquanto se permite processos de separação operem sob suas condições ótimas e a uma eficiência alta.

A partir de cada conduto de entrada 56, a corrente de óleo / á- gua entra no respectivo furo radial 54 no corpo de entrada 22, através da abertura tangencial 52 na porção mais superior do conduto de alimentação cilíndrico do respectivo conjunto de separação helicoidal 8, conforme mos- trado nas figuras 3 e 4. A corrente de fluido selecionada entra no conduto de alimentação cilíndrico tangencialmente, onde uma separação ciclônica gros- seira ocorre. Isto permite que as massas de fase geral sejam divididas e co- mecem a se separar e a formar a corrente em uma pluralidade de fases dis- cretas, antes de o fluido entrar no percurso de fluxo helicoidal. Como a ope- ração de cada conjunto de separação helicoidal é idêntica, com a única dife- rença sendo o tamanho do conjunto e sua produção volumétrica, a operação de apenas um único conjunto de separação helicoidal 8 será descrita, por clareza.

A corrente de óleo / água entrando no conjunto de separação helicoidal 8 é feita fluir em um padrão de rotação, conforme ela desce pela região mais superior 104, conforme visto na figura 4. O óleo / a água entra então na região de estabilização de fluxo de fluido 106 e entra no percurso de fluxo helicoidal formado pela hélice 108. A função da região mais superior 104 e da região de estabilização de fluxo de fluido 106 é gerar um padrão de fluxo de fluido rotativo uniforme na corrente de óleo / água. A passagem da corrente através dos vários condutos e tubos a montante do conjunto de se- paração 2 proverá à corrente um regime de fluxo turbulento, no qual o núme- ro de Reynolds está significativamente acima do número de Reynolds crítico quando da entrada no conjunto de separação helicoidal 8. Um padrão de fluxo turbulento como esse não proverá uma alta eficiência de separação de gotículas de óleo da água. Assim sendo, a região mais superior 104 e a re- gião de estabilização de fluxo 106 são operadas para a estabilização do re- gime de fluxo, de modo que o número de Reynolds esteja abaixo do número crítico. Em outras palavras, o número de Reynolds do fluxo de fluido é leva- do para abaixo do valor no qual surge um fluxo turbulento. Preferencialmen- te, a região de estabilização de fluxo 106 é de comprimento suficiente para que o regime de fluxo de fluido se torne laminar. Pelo menos o regime de fluxo deve estar no estado de transição, preferencialmente com um número de Reynolds emdireção à extremidade inferior da faixa de transição.

Na região de estabilização de fluxo 106, o estado de transição e o padrão de fluxo helicoidal compacto gerarão forças centrífugas altas dentro do fluido, forçando mesmo as menores gotas de fluido a migrar de acordo com seus respectivos pesos específicos. Esta ação encoraja a coalescência de pequenas gotículas em gotas maiores, as quais, por sua vez, devido a suas massas maiores, experimentam uma força maior e aceleram a separa- ção das fases. Uma vantagem de um fluxo forçado na região de estabiliza- ção de fluxo 106 é que ele aumenta significativamente o número de Rey- nolds crítico, permitindo que o número de Reynolds seja consideravelmente mais alto, mas ainda dentro do regime de fluxo laminar do que para um fluxo em uma corrente aberta. Isto por sua vez permite que o fluido flua a uma velocidade significativamente mais alta ao longo do percurso helicoidal. Ao deixar a região de estabilização de fluxo de fluido 106, a cor-

rente de óleo / água imediatamente entra na extremidade superior da região de separação de fluido 110 e no percurso de fluxo helicoidal formado pela hélice 112. Nesta região, a porção principal das gotículas de óleo é grande o bastante para ser coletada e separada da água na corrente de óleo / água e removida da corrente. A ação das altas forças centrífugas nas gotículas de óleo diminutas e a ação de separação em vários estágios, conforme o fluxo é forçado através da hélice, são representadas de forma diagramática nas figuras 5a a 5c. Nas regiões superiores da região de separação de fluido 110, conforme mostrado na figura 5a, o fluxo rotativo da corrente de fluido faz com que as gotículas de óleo mais leves migrem para a região interna superior do percurso de fluxo helicoidal, conforme visto na figura 5a. Este movimento progride ao longo do comprimento do percurso de fluxo helicoi- dal, conforme mostrado nas figuras 5b e 5c. O óleo sendo coletado na região superior interna do percurso de fluxo helicoidal flui através das janelas 114 no conduto de fluido leve 102 e passa para cima no conduto para a zona de separação de gás - líquido 30 no conjunto de tampão 24, conforme mostra- do na figura 2. Qualquer gás presente no óleo neste ponto é coletado na re- gião superior da zona de separação de gás - líquido 30 e é removido atra- vés do furo 32 e do conduto de recuperação de gás 34. O óleo é removido do conjunto de tampão 24 através do furo lateral 35 no tampão inferior 26 e no conduto de fluido 37. Qualquer água entranhada no óleo e atingindo o conjunto de tampão 24 retorna para o alojamento 4 por meio dos furos longi- tudinais 48 no corpo de entrada 22.

Ao deixar a região de separação de fluido 110, o líquido rema- nescente, que consiste essencialmente em água com quantidades mínimas de óleo, entra na região de melhoria de velocidade de fluido 116 e na extre- midade superior do percurso de fluxo helicoidal provido pela hélice 118. Nes- ta região, a velocidade de rotação da corrente é aumentada. Como resulta- do, o número de Reynolds da corrente aumenta e pode se aproximar do va- lor crítico. A velocidade da corrente é aumentada suficientemente para a produção de um vórtice estável na porção do conduto cilíndrico 100 imedia- tamente a jusante da extremidade da região de melhoria de velocidade de fluido 116. O vórtice é estabilizado na extremidade aberta do hélice 112 e coletado com o auxílio do cone invertido 124 e do tubo de vórtice 126 na ex- tremidade inferior do conduto de fluido leve 102. Sob a ação do movimento de rotação do fluido no vórtice, as gotículas de óleo remanescentes migram para o centro do vórtice e entram na extremidade inferior do conduto de flui- do leve 102, a partir de onde elas passam para o conjunto de tampão 24, conforme discutido acima.

O líquido remanescente flui para baixo pelo conduto cilíndrico 100 e sai através da janela em ângulo 120 para entrar no volume principal do alojamento 4. Em operação, o corpo principal do alojamento 4 está pre- enchido com líquido, a região inferior sendo preenchida com água e a região superior sendo preenchida com o óleo mais leve. O conjunto inteiro é opera- do de modo que a interface de óleo / água esteja acima do nível alto máximo 17 do conduto cilíndrico 100 do conjunto de separação helicoidal 8. No vo- lume principal do alojamento 4, duas ações melhoram a separação de quaisquer gotículas de óleo remanescentes da água. A primeira ação é uma separação por gravidade direta, por meio do que as gotículas de óleo mais leves são feitas subirem dentro do alojamento e entrarem na região superior. O óleo coletado nesta região deixará o alojamento 4 através dos furos longi- tudinais 48 no corpo de entrada 22 para entrar na zona de separação de gás - líquido 30 no conjunto de tampão 24. O óleo é removido do conjunto de tampão 24, conforme descrito acima.

O segundo modo de operação no volume principal do alojamen- to é uma separação rotativa adicional. A ação da saída em ângulo 120 é pa- ra indução de uma rotação lenta da fase substancialmente de água dentro da região inferior do alojamento 4. A corrente de água rotativa desce no alo- jamento através da região de estabilização de fluido 10. Conforme a corrente de água passa pelo cone invertido 170 e a palheta helicoidal 172, sua velo- cidade de rotação é aumentada, antes de a corrente de água entrar na regi- ão de separação de fluido - fluido adicional 12. Nesta região, as gotículas de óleo remanescentes são feitas migrarem para o centro do alojamento 4, on- de elas passam através das janelas 174 no conduto de fluido leve secundá- rio 160. Dentro deste conduto, as gotículas de óleo se movem para cima di- ante das saídas 120 dos conjuntos de separação helicoidais 8 e entram na região superior do alojamento 4.

A água deixando a região de separação de fluido - fluido adicio- nal 12 conterá apenas quantidades muito mínimas ou de traço de óleo e se- rá adequada para reinjeção em uma formação subterrânea ou para descarte de outras formas. A água é removida do conjunto na região de remoção 14 ao passar através das janelas 180 no conduto de fluido pesado 164. A água neste conduto flui para cima para o conjunto de tampão 24 e deixa o conjun- to 2 através do furo lateral 40 e do conduto de líquido 42.

Quaisquer materiais sólidos, tal como um sedimento ou silte, podem ser coletados na região mais inferior do alojamento 4 e removidos, de forma periódica ou contínua, através do conduto de sólido / injeção 166.

O conduto de sólido / injeção 166 também provê um meio para a introdução de componentes nos fluidos no alojamento 4, tais como melhora- dores de separação, conforme puder ser requerido para melhoria da eficiên- cia de separação do.conjunto em geral.

Uma porção da água removida da seção de remoção de fluido 14 pode ser recirculada para o conduto de entrada 60, de modo a se ajustar a vazão volumétrica de fluido através do conjunto. Isto pode ser necessário, por exemplo, para a provisão de velocidade de rotação suficiente das corren- tes de óleo / água nos conjuntos de separação helicoidais 8.

O controle e a monitoração do sistema em geral são obtidos u- sando-se um arranjo de linhas de injeção, monitoração e amostragem. Con- forme citado acima, o corpo de entrada cilíndrico 22 é formado com uma plu- ralidade de furos radiais 55 conectados em suas extremidades internas a respectivas linhas de controle 53. Conforme mostrado mais claramente na figura 9, as linhas de controle 53 se estendem longitudinalmente em uma direção para jusante dentro do alojamento 4. Os furos radiais 55 e as linhas de controle 53 podem ser usados para a injeção de componentes na fase de fluido em volume dentro do alojamento, tais como aditivos e melhoradores de separação. Um gás pode ser injetado através de uma ou mais dessas linhas, de modo a se prover um sistema de flotação de gás dentro de uma fase em volume de líquido. Um uso em particular para as linhas de controle 53 é determinar e monitorar a interface entre a fase de fluido leve e a fase de fluido pesado dentro do alojamento 4. Conforme descrito acima, a fase de fluido leve será coletada a partir de e subirá a montante dentro do alojamento para ocupar as regiões mais superiores do alojamento, conforme mostrado nas figuras. Para uma operação eficiente do processo de separação, é necessário identi- ficar a interface entre as duas fases. Em operação, isto pode ser uma inter- face bem definida 15. Alternativamente, dependendo da natureza dos fluidos concernidos, a interface pode ser mal definida. Por exemplo, no caso da se- paração de óleo disperso em uma fase aquosa contínua, a interface pode se estender por vários metros e compreender uma emulsão de óleo e de água.

A técnica de determinação da posição da interface 15 é mostra- da esquematicamente na figura 10. Uma linha de controle 53 é mostrada se estendendo para o alojamento 4, cuja extremidade inferior define um datum 19. A pressão Ps de fluido injetado na linha de controle 53 é medida por um sensor. De modo similar, a pressão Ph dentro do alojamento em sua extre- midade mais superior é medida. Para a determinação da interface 15 em um sistema de fluido de óleo / água, óleo limpo, por exemplo, que foi removido do conduto de fluido leve após uma separação no conjunto de um peso es- pecífico conhecido é introduzido em uma ou mais das linhas de controle 53. A pressão na linha de controle é medida e comparada com a pressão na saída do conduto de fluido leve. A altura hw entre o datum 19 e a interface 15 é determinada usando-se a fórmula:

hw = (Ps - Ph) / (dw - d0) onde hw é a altura entre o datum e a interface 15; Ps é a pressão do óleo in- jetado na linha de controle 53; Ph é a pressão na extremidade mais superior do alojamento 4; dw é o peso específico da água e d0 é o peso específico do óleo injetado. Uma fórmula similar é aplicada a outros sistemas de fluido.

Uma alimentação constante de fluido leve, tal como óleo, é man- tida através da linha de controle 53, de modo a se permitir que o sistema monitore ativamente as mudanças na interface. Em geral, o sistema será operado com um nível de operação predeterminado 16, conforme mostrado na figura 10, com um ponto alto 17 e um ponto baixo 18 para a interface, definindo a faixa de operação aceitável da interface de fluido / fluido. Um movimento do sistema para fora desta faixa pode ser usado para disparo de um alarme e/ou para iniciação de uma operação corretiva, tal como a injeção através de uma ou mais linhas de controle 53 de um volume de fluido leve ou de fluido pesado. De forma alternativa ou adicional, um ou mais dentre bombas de saída ou reguladores de pressão de entrada em torno do sistema podem ser ajustados, dependendo da correção requerida. A ação corretiva pode incluir a recirculação de uma porção do fluido mais pesado. Conforme citado acima, o arranjo da presente invenção é parti-

cularmente adequado para aplicação em uma base modular. Em um arranjo preferido, um módulo de separação compreende um conjunto de separação helicoidal, conforme descrito em geral e em detalhes específicos acima e mostrado nas figuras associadas, indicado pelo número de referência geral 8. O conjunto de separação helicoidal pode ser provido em uma variedade de tamanhos diferentes, em particular em uma faixa de diâmetros nominais diferentes. Esta Variação possível no tamanho do módulo de separação é uma vantagem da presente invenção, ao permitir que uma faixa ampla de vazões de fluido e de composições seja acomodada. Há várias formas pelas quais a abordagem modular da presente invenção pode ser aplicada.

Em primeiro lugar, os conjuntos de separação helicoidais de ta- manho maior podem acomodar vazões maiores de fluido. Com referência à figura 11, é mostrado um gráfico das vazões e pressões de operação para uma faixa de conjuntos de separação helicoidais 8, conforme mostrado nas figuras associadas. As faixas de operação e os parâmetros são dados para conjuntos de separação helicoidais tendo diâmetros nominais de 10 cm, 12,5 cm, 15,25 cm e 18 cm (4, 5, 6 e 7 polegadas) (numerados 1 a 4 na figura 11) e para operação na separação de gotículas de óleo bruto de uma corrente de água. Uma corrente como essa é típica de correntes de água contamina- das com óleo encontradas durante operações de perfuração e de produção em poços subterrâneos de óleo e de gás. Como uma primeira abordagem para a acomodação de uma dada corrente de fluido e vazão, é meramente necessário selecionar o tamanho apropriado de conjunto de separação heli- coidal, por exemplo, a partir de um gráfico tal como na figura 11.

Se a corrente a ser processada tiver uma vazão excedendo à vazão de operação máxima do conjunto de separação helicoidal, a corrente poderá ser dividida e uma pluralidade desses conjuntos pode ser operada em paralelo. Uma maneira adicional de aplicação da abordagem modular da presente invenção é selecionar uma pluralidade. Uma seleção apropriada dos tamanhos da pluralidade de conjuntos de separação helicoidais permite que uma combinação de conjuntos de tamanhos diferentes seja determinada para combinar com as dadas corrente e vazão.

Surge uma complicação quando a vazão e/ou a composição da corrente de fluido a ser processada variam conforme o poço ou os poços são colocados na corrente ou parados e pelo tempo de vida de trabalho do con- junto de separação. Esta situação tem probabilidade de ser encontrada no caso de poços de óleo e de gás em alto-mar. É preferido prover um equipa- mento nessas localizações remotas que possa operar por períodos de tempo estendidos, tipicamente de muitos anos, com pouco ou nenhum ajuste ou manutenção. Um problema surge com um equipamento de separação nes- sas localizações remotas, como resultado da vazão de fluido e da composi- ção produzida a partir da variação de poço ao longo do tempo. Vantajosa- mente, a presente invenção provê um sistema de separação que pode ser instalado e operado para a acomodação de uma faixa de vazões e de com- posições mudando ao longo do tempo.

Um conjunto que incorpora os conceitos da presente invenção e adaptado para a acomodação dessas mudanças na corrente de fluido ao longo do tempo compreende uma pluralidade de conjuntos de separação helicoidais 8 de uma variedade de tamanhos nominais. Conforme a vazão de fluido e as composições mudam, os conjuntos de separação helicoidais indi- viduais são colocados em linha e retirados de linha e provêem uma eficiên- cia de separação ótima. Com referência à figura 12, é mostrado como um exemplo um gráfico adicional, no qual a vazão de uma corrente de água con- taminada por óleo, tal como obtido a partir da produção de óleo de um poço subterrâneo, é combinada com combinações dos conjuntos de separação helicoidais 1 a 4 da figura 11. Conforme será visto, em vazões baixas, um conjunto de separação helicoidal único do tamanho apropriado pode ser em- pregado. Conforme a vazão aumenta, é necessário empregar combinações de dois ou mais conjuntos do tamanho apropriado. O número e a combina- ção de tamanhos de conjuntos de separação são selecionados para combi- nação com a vazão total requerida, enquanto ainda se permite que cada conjunto individual opere endereço sua faixa de operação e em sua eficiên- cia ótima.

Com referência à figura 11, é mostrado um histograma de eixo vertical duplo. O eixo vertical 200 no lado direito indica a vazão de fluido pa- ra cada hélice, enquanto o eixo vertical 202 no lado esquerdo mostra o dife- rencial de pressão através de uma hélice. A base do histograma identifica um conjunto de separação helicoidal de tamanho único. Para cada conjunto de separação helicoidal, a coluna vertical 204 à esquerda descreve a vazão mínima para a obtenção de forças centrífugas suficientes dentro do fluido e a vazão máxima 206 aceitável para se permanecer abaixo do número de Rey- nolds crítico. A coluna 208 à direita de cada conjunto de separação helicoidal mostra a pressão diferencial mínima admissível para a obtenção de uma separação centrífuga aceitável dentro do fluxo e a pressão diferencial máxi- ma 210 para se permanecer abaixo do número de Reynolds crítico. Uma falha em operar com a vazão no diferencial de pressão correto dentro da banda de operação para cada conjunto de separação helicoidal resultará em um fluido leve ser transportado através do sistema e na poluição da fase de fluido mais pesado coletada. Isto tornará o fluido mais pesado inaceitável para bombeamento poço abaixo, a menos que seja recirculado para a entra- da do sistema de separação e as fases de fluido mais leve removidas.

Portanto, conforme a vazão total aumenta ou diminui, os conjun- tos de separação helicoidais não podem ser simplesmente abertos ou fe- chados, já que o fluxo de fluido para outros conjuntos de separação helicoi- dais abertos poderia mudar e estar fora das janelas de operação menciona- das anteriormente. Para o sistema geral realizar a carga de separação re- querida por uma faixa ampla de vazões de fluido, combinações de conjunto de separação helicoidal intermediárias têm que ser selecionadas.

Voltando-nos especificamente para os exemplos da figura 11, em vazões muito baixas, que estejam abaixo de 1200 BPD, um conjunto de separação helicoidal único, número 1 na figura 11, tendo um diâmetro nomi- nal de 10 cm (4 polegadas) é aplicado. A operação ótima do conjunto único é obtida usando-se uma recirculação de água limpa para suplementação da vazão baixa da corrente a ser processada. Conforme a vazão da corrente a ser processada aumenta, os conjuntos de separação helicoidais 2, 3 e 4 são colocados em linha, sozinhos ou em combinação. As vazões de até 5500 BPD podem ser acomodadas, usando-se um único conjunto de separação helicoidal 4, tendo um diâmetro nominal de 18 cm (7 polegadas). Para se ser capaz de cobrir uma faixa de fluxo plena, será requerido que combinações de dois ou mais dos conjuntos ilustrados na figura 11 sejam empregadas.

A figura 12 mostra um histograma com o eixo vertical 212 indi- cando a vazão de fluido total a ser acomodada pelo conjunto 2. A base do histograma identifica o degrau de vazão máxima 220 e o degrau de vazão mínima 222 que podem ser processados usando-se a combinação de con- juntos de separação helicoidais 224 mostrada nos degraus identificados co- mo 225. Cada combinação de conjuntos de separação helicoidais foi nume- rada, e os conjuntos individuais que constituem a dada combinação identifi- cados. A faixa de operação segura 226 para cada combinação de conjunto foi identificada. Assim, uma vazão de 42.400 BPD é acomodada usando-se uma combinação de sete conjuntos de separação helicoidais de diâmetro nominal de 18 cm (7 polegadas) (conjunto 4 na figura 11) e um conjunto de diâmetro nominal de 15,25 cm (6 polegadas) (conjunto 3 na figura 11), identi- ficada como a combinação 16 na figura 12.

Conforme será visto na figura 12, a faixa de operação de segu- rança 226 selecionada para cada combinação de conjunto se sobrepõe à faixa de operação de duas combinações adjacentes. Conforme a vazão de fluido total aumenta e a vazão de operação máxima de uma dada combina- ção de conjunto 228, a operação é comutada para a próxima combinação de conjunto mais alta, conforme identificado nas etapas 225. Quando a vazão de fluido total cai e se aproxima da vazão de operação mínima 230 da com- binação, a operação é comutada para a próxima combinação de conjunto mais baixa. Desta forma, uma operação de separação de fluido contínua e suave pode ser obtida a partir de uma vazão de fluido zero até a produção total máxima 232 do conjunto completo 2.

Conforme será apreciado, durante a operação do conjunto da presente invenção, quando aplicada em uma abordagem modular, conjuntos de separação helicoidais individuais são colocados em linha e tirados de li- nha, conforme a vazão de fluido e a composição mudarem. Isto requer que cada conjunto tenha a partida dada e seja parado. Os métodos preferidos para a partir dos conjuntos e a parada deles são providos como aspectos da presente invenção.

De modo que a separação requerida seja obtida nos vários es- tágios de separação da presente invenção, é necessário que a vazão de fluido esteja acima de um valor mínimo crítico, conforme indicado pelo valor 204 para cada conjunto de separação helicoidal mostrado na figura 11. Em vazões abaixo deste valor crítico, as fases de fluido mais leve não serão completamente removidas e contaminarão as fases de fluido mais pesadas produzidas no processo. Esta característica torna indesejável simplesmente parar e dar a partida em conjuntos de separação individuais usando apenas a corrente de fluido a ser separada. Para se suplantar este problema, é pre- ferido colocar cada conjunto de separação helicoidal em linha usando-se uma purga de um fluido pesado limpo.

Conforme citado acima e conforme mostrado nas figuras 2 e 3, o conjunto de entrada do sistema compreende um coletor de fluido de purga 64 alimentado por um conduto de fluido de purga 70. O fluxo do fluido de purga a partir do coletor 64 para cada conjunto de separação helicoidal 8 é controlado por uma válvula de fluido de purga 68. Quando a válvula de fluido de purga 68 para um dado conjunto de separação helicoidal 8 é aberta, um fluido de purga claro (tal como água limpa no caso de um conjunto separan- do gotículas de óleo da água produzida) é introduzido a jusante da válvula 62 e da válvula de retenção 63 controlando o fluxo de fluido a ser processa- do. Na partida de um dado conjunto de separação helicoidal, a válvula rele- vante 62 e a válvula de retenção 63 são fechadas e a válvula de fluido de purga 68 aberta, para a provisão de uma corrente de fluido acima da vazão mínima crítica para separação. Uma vez que o fluxo tenha sido estabelecido, a válvula 62 é aberta. É preferível ter a pressão de fluido de purga acima da pressão de corrente de fluido, de modo a se garantir que a corrente de fluido de purga tenha dominância sobre a corrente de fluido sendo processada. Desta forma, quando a válvula 62 é aberta, a corrente de fluido não fluirá, já que a pressão de fluido de purga mais alta manterá a válvula de retenção 63 fechada. Conforme a válvula de purga 68 é gradualmente fechada, a pres- são do fluido de purga entrando no furo radial 54 cairá, permitindo que a vál- vula de retenção 63 se abra. Desta forma, a corrente de fluido a ser proces- sada substitui o fluido de purga diminuindo, conforme a válvula de purga 68 se fechar, colocando o conjunto de separação helicoidal 8 plenamente em linha.

Para a parada de um dado conjunto de separação helicoidal, o procedimento oposto é seguido. Assim, a válvula de fluido de purga apropri- ada 68 é gradualmente aberta, suplementando a corrente de fluido com o fluido de purga. A válvula de retenção 63 impede uma pressão mais alta a jusante da válvula 62 entrando no sistema de fluido de alimentação e fluindo para jusante. O fluido de purga, por estar a uma pressão mais alta, gradual- mente fechará a válvula de retenção 63, por sua vez lentamente parando o fluxo de fluido de alimentação, até um fluxo estático ser obtido. A válvula 62 então é fechada neste ponto.

A válvula de purga 68 permanece aberta até um fluido suficiente ter passado para purgar completamente o conjunto de separação helicoidal 8 de todo o fluido residual sendo processado. A válvula de purga 68 então é fechada. O conjunto de separação helicoidal 8 é deixado contendo apenas um fluido de purga limpo e pode ser deixado fora de linha neste estado até um momento tal como uma mudança adicional na vazão de fluido total re- querer que ele seja colocado em linha. E importante que os conjuntos de separação helicoidais 8 sejam colocados fora de linha em um estado limpo e purgado, já que a vazão de fluido de partida através do conjunto 8 estará abaixo da vazão mínima crítica para a obtenção de uma separação completa. Se o conjunto de separação helicoidal for deixado contendo um fluido sendo processado, este seria des- carregado para a zona de fluido limpo a jusante quando da partida. Isto re- sultaria em uma contaminação das frações de fluido separadas. Este fluido contaminado precisaria ser recirculado para a entrada do conjunto 2 para ser processado de novo. Isto poderia resultar em um fluxo de produção de ca- beça de poço ter que ser reduzido ou mesmo parado, até o fluido contami- nado ter sido processado. Conforme será apreciado, isto não é aceitável pa- ra o processo de produção de poço contínuo, em particular dada a freqüên- cia em que a combinação de conjuntos de separação helicoidais 8 sendo colocada em linha e tirada de lida precisaria mudar. A válvula de alimentação de fluido de purga 68 pode ser um re-

gulador de pressão, uma válvula de controle de fluxo, uma válvula de esfera ou de gaveta. O conjunto de separação helicoidal pode ser mantido neste estado até ser necessário colocá-lo em linha de novo.

A operação da presente invenção, em particular das modalida- des mostradas nas figuras associadas, pode ser descrita em detalhes em relação a uma corrente multifásica compreendendo óleo e água. Será en- tendido que o conjunto e o método da presente invenção podem ser empre- gados para a separação de outras correntes de líquido - líquido multifásicas. A corrente pode conter duas, três ou mais fases, as quais podem ser sepa- radas de acordo com os pesos específicos relativos dos líquidos concerni- dos. Além disso, a invenção pode ser empregada para a separação de cor- rentes de gás - líquido multifásicas de uma maneira similar.

Claims

1. Método para separação de uma corrente de fluido multifásico que compreende um componente de fluido mais pesado e um componente de fluido mais leve, o método compreendendo: fazer com que o fluido flua ao longo de um percurso de fluxo he- licoidal, no qual o número de Reynolds crítico do fluxo de fluido é elevado, a corrente de fluido fluindo em um número de Reynolds abaixo do número crí- tico elevado, a corrente de fluido fluindo a uma velocidade suficiente para se fazer com que as fases de fluido se separem.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o número de Reynolds crítico é maior do que 10.000.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, em que o número de Reynolds crítico é maior do que 100.000.

4. Método para separação de uma corrente de fluido multifásico que compreende um componente de fluido mais pesado e um componente de fluido mais leve, o método compreendendo: fazer com que o fluido flua ao longo de um percurso de fluxo he- Iicoidal que se estende em torno de um conduto central, o fluido fluindo a uma velocidade suficiente para fazer com que o componente de fluido mais leve se mova para a região interna do percurso de fluxo helicoidal; e coletar o componente de fluido mais leve no conduto central.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, em que o percurso de fluxo helicoidal é tal que o número de Reynolds crítico do fluxo de fluido seja elevado, a corrente de fluido fluindo a um número de Reynolds abaixo do número crítico elevado.

6. Método para separação de uma corrente de fluido multifásico que compreende um componente de fluido mais pesado e um componente de fluido mais leve, o método compreendendo: fazer com que o fluido flua ao longo de um primeiro percurso de fluxo helicoidal, o primeiro percurso de fluxo helicoidal tendo um primeiro passo, o primeiro percurso de fluxo helicoidal sendo substancialmente longo para o estabelecimento de um padrão de fluxo de fluido rotativo estabilizado para a corrente; fazer com que o fluido rotativo uniforme flua ao longo de um se- gundo percurso de fluxo helicoidal, o segundo percurso de fluxo helicoidal tendo um segundo passo, onde o segundo passo é maior do que o primeiro passo; e remover o fluido mais leve de uma região radialmente interna do segundo percurso de fluxo helicoidal.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, em que a corrente de fluido multifásico compreende uma fase gasosa e uma fase líquida.

8. Método, de acordo com uma das reivindicações 6 ou 7, em que a corrente de fluido multifásico compreende uma pluralidade de fases de líquido.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, em que a corrente de fluido compreende uma fase aquosa e uma fase de hidrocarboneto.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, em que a fase a- quosa compreende água produzida a partir de um poço subterrâneo e a fase de hidrocarboneto é óleo produzido a partir do referido poço.

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 10, em que os primeiro e segundo percursos de fluxo helicoidais são forma- dos de modo a elevarem o número de Reynolds crítico da corrente de fluido.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 11, em que o fluxo de fluido é estabilizado em um regime de fluxo que tem um número de Reynolds abaixo do número de Reynolds crítico.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, em que o fluxo de fluido é estabilizado em um regime de fluxo transiente.

14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 13, em que o passo do primeiro percurso de fluxo helicoidal permanece constante por todo o seu comprimento.

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 14, em que o passo do segundo percurso de fluxo helicoidal aumenta na direção de fluxo ao longo do segundo percurso de fluxo.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, em que o passo aumenta de uma maneira escalonada ou de uma maneira contínua.

17. Método, de acordo com a reivindicação 15 ou 16, em que o passo do segundo percurso de fluxo helicoidal é aumentado substancialmen- te ao longo do comprimento inteiro do segundo percurso de fluxo helicoidal.

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, em que o passo aumenta até 5% para cada volta do segundo percurso de fluxo helicoidal em torno do eixo geométrico longitudinal do percurso de fluxo helicoidal, prefe- rencialmente até 3%, mais preferencialmente em torno de 1% para cada vol- ta.

19. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 18, que ainda compreende o estabelecimento de uma região de separação de vórtice, na qual um vórtice é estabelecido, para que as frações de fluido mais leve remanescentes sejam feitas migrarem.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, em que a veloci- dade de rotação do fluido é feita aumentar, de modo a se estabelecer o vór- tice.

21. Método, de acordo com a reivindicação 20, em que o aumen- to na velocidade de rotação é provido ao se fazer o fluido fluir ao longo de um terceiro percurso de fluxo helicoidal.

22. Método, de acordo com a reivindicação 21, em que a área de seção seccional do terceiro percurso de fluxo helicoidal é diminuída ao longo do comprimento do percurso de fluxo.

23. Método, de acordo com a reivindicação 22, em que a diminu- ição na área de seção seccional ocorre de uma maneira contínua ou escalo- nada.

24. Método, de acordo com a reivindicação 22 ou 23, em que a diminuição na área de seção seccional ocorre ao longo do comprimento substancialmente inteiro do terceiro percurso de fluxo helicoidal.

25. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 24, em que o número de Reynolds do fluxo de fluido está no ou abaixo do número de Reynolds crítico.

26. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 25, em que um meio é provido para estabilização do vórtice.

27. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 26, que ainda compreende a introdução da corrente de fluido em uma região de deposição de fluido - fluido, na qual os componentes de fluido mais leve são separados dos componentes de fluido mais pesado sob a ação da gra- vidade.

28. Método, de acordo com a reivindicação 27, em que a corren- te de fluido é feita rodar na região de deposição de fluido - fluido.

29. Método, de acordo com a reivindicação 28, em que a rotação é impressa à corrente de fluido ao sair da região de separação de vórtice.

30. Método, de acordo com uma das reivindicações 28 ou 29, que ainda compreende a centralização do fluxo rotativo da corrente de fluido dentro da região de deposição de fluido - fluido.

31. Método, de acordo com a reivindicação 30, em que a área de seção transversal do percurso de fluxo de fluido na região de deposição de fluido - fluido é reduzida na direção de fluxo.

32. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 27 a 31, em que um fluido mais rico no componente de fluido mais leve é remo- vido da região central inferior da região de deposição de fluido - fluido e pas- sado para a região central superior da região de deposição de fluido - fluido.

33. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 27 a 32, em que a separação do componente de fluido mais leve dos compo- nentes de fluido mais pesado é melhorada pela adição de aditivos ativos na indução de coalescência de gotícula do componente de fluido mais leve.

34. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 33, que ainda compreende fazer com que a corrente de fluido entre em uma região de remoção de fluido, na qual uma corrente de fluido consistindo es- sencialmente no componente de fluido mais pesado seja removida.

35. Método, de acordo com a reivindicação 34, em que a corren- te de fluido é feita rodar na zona de remoção de fluido, a referida corrente de fluido sendo removida da região central da zona de remoção de fluido.

36. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a .35, que ainda compreende uma região de coleta de sedimento, a partir da qual um sedimento é removido de forma periódica ou contínua.

37. Método para separação de uma corrente de fluido multifásico que compreende um componente de fluido mais pesado e um componente de fluido mais leve, a vazão em volume da corrente de fluido multifásico sendo submetida a uma variação ao longo do tempo, o método compreen- dendo a provisão de uma pluralidade de conjuntos de separação para a rea- lização das etapas de método como definido em qualquer uma das reivindi- cações 6 a 26, e operável para a acomodação de diferentes vazões de flui- do; e a seleção de um ou mais conjuntos de separação para a realização das etapas de método de acordo com a vazão em volume da corrente de fluido multifásico.

38. Método, de acordo com a reivindicação 31, que ainda com- preende a provisão de um conjunto de acabamento para a realização das etapas de método como definido em qualquer uma das reivindicações 27 a 36, em que cada um da pluralidade de conjuntos de separação é conectado em sua saída ao' conjunto de acabamento.

39. Aparelho para a separação de uma corrente de fluido multi- fásico que compreende um componente de fluido mais pesado e um compo- nente de fluido mais leve, o aparelho compreendendo um percurso de fluxo helicoidal que tem uma entrada de fluido, uma primeira saída para um com- ponente de fluido mais pesado e uma segunda saída para um componente de fluido mais leve, o percurso de fluxo helicoidal sendo formado de modo que o número de Reynolds crítico da corrente de fluido fluindo ao longo do percurso de fluxo helicoidal seja elevado.

40. Aparelho, de acordo com a reivindicação 39, onde a segunda saída para o componente de fluido mais leve é disposta axialmente de forma central no percurso helicoidal.

41. Aparelho para a separação de uma corrente de fluido multi- fásico que compreende um componente de fluido mais pesado e um compo- nente de fluido mais leve, o aparelho compreendendo: um conduto de alimentação para o estabelecimento de um pa- drão de fluxo de fluido rotativo estabilizado para a corrente; um primeiro conduto que tem um primeiro percurso de fluxo heli- coidal, o primeiro percurso de fluxo helicoidal tendo um primeiro passo; um segundo conduto que tem um segundo percurso de fluxo helicoidal, o segundo percurso de fluxo helicoidal tendo um segundo passo, em que o segundo passo é maior do que o primeiro passo; e um meio para remoção do fluido mais leve de uma região radi- almente interna do segundo percurso de fluxo helicoidal.

42. Aparelho, de acordo com a reivindicação 41, em que o pri- meiro conduto compreende um tubo que tem uma hélice que se estende longitudinalmente ali para a provisão do primeiro percurso de fluxo helicoidal.

43. Aparelho, de acordo com uma das reivindicações 41 ou 42, em que o segundo conduto compreende um tubo que tem uma hélice que se estende longitudinalmente ali para a provisão de um segundo percurso de fluxo helicoidal.

44. Aparelho, de acordo com a reivindicação 43, em que o meio para remoção do fluido mais leve compreende um conduto de coleta que se estende coaxialmente dentro do segundo conduto, a hélice se estendendo dentro do espaço anular em torno do conduto de coleta.

45. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 41 a 44, em que os primeiro e segundo condutos são porções adjacentes de um único tubo.

46. Aparelho, de acordo com a reivindicação 45, onde o meio para remoção do fluido mais leve compreende um conduto de coleta que se estende coaxialmente dentro do tubo único, o conduto de coleta tendo aber- turas na porção que se estende dentro do segundo conduto para a coleta de fluido.

47. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 41 a 46, em que o passo do primeiro percurso de fluxo helicoidal permanece constante por todo o seu comprimento.

48. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 41 a 47, em que o passo do segundo percurso de fluxo helicoidal aumenta na direção de fluxo ao longo do segundo percurso de fluxo.

49. Aparelho, de acordo com a reivindicação 48, em que o passo aumenta de uma maneira escalonada ou contínua.

50. Aparelho, de acordo com uma das reivindicações 48 ou 49, em que o passo do segundo percurso de fluxo helicoidal é aumentado ao longo do comprimento substancialmente inteiro do segundo percurso de flu- xo helicoidal.

51. Aparelho, de acordo com a reivindicação 50, em que o passo aumenta até 5% para cada volta do segundo percurso de fluxo helicoidal em torno do eixo geométrico longitudinal do percurso de fluxo, preferencialmente até 3%, mais preferencialmente em torno de 1 % para cada volta.

52. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 41 a 51, que ainda compreende um conduto para retenção de um vórtice, o referido conduto sendo disposto para receber um fluido deixando o segundo percurso de fluxo helicoidal.

53. Aparelho, de acordo com a reivindicação 52, em que o apa- relho ainda compreende um meio para aumento da velocidade de rotação do fluido disposto entre a saída do segundo percurso de fluxo helicoidal e a en- trada para o conduto para retenção de um vórtice.

54. Aparelho, de acordo com a reivindicação 53, em que o meio para aumento da velocidade de rotação do fluido é um terceiro percurso de fluxo helicoidal.

55. Aparelho, de acordo com a reivindicação 54, em que a área de seção transversal do terceiro percurso de fluxo helicoidal diminui ao longo do comprimento do percurso de fluxo.

56. Aparelho, de acordo com a reivindicação 55, em que a dimi- nuição na área de seção transversal ocorre de uma maneira contínua ou escalonada.

57. Aparelho, de acordo com a reivindicação 55 ou 56, em que a diminuição na área de seção transversal ocorre ao longo do comprimento substancialmente inteiro do terceiro percurso de fluxo helicoidal.

58. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações .52 a 57, que ainda compreende um meio para o estabelecimento do vórtice.

59. Aparelho, de acordo com a reivindicação 58, que ainda com- preende um conduto para a coleta do componente de fluido mais leve a par- tir do vórtice, o meio para o estabelecimento do vórtice sendo provido por uma porção afunilada na região da abertura do referido conduto.

60. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 41 a 59, que ainda compreende um vaso para o recebimento da corrente de fluido, o vaso tendo um volume suficiente para reduzir suficientemente o número de Reynolds do fluxo de corrente de fluido, de modo que um fluido de entrada no vaso possa ser submetido a uma separação por gravidade.

61. Aparelho, de acordo com a reivindicação 60, em que os pri- meiro e segundo percursos helicoidais, o terceiro percurso helicoidal, se pre- sente, e o conduto para retenção do vórtice, se presente, estendem-se den- tro do vaso.

62. Aparelho, de acordo com a reivindicação 60 ou 61, que ainda compreende um meio para a indução de um fluxo rotativo na corrente de fluido de entrada no vaso.

63. Aparelho, de acordo com a reivindicação 62, em que o meio para indução de um fluxo rotativo compreende uma saída tangencial no con- duto através do qual a corrente de fluido é introduzida no vaso.

64. Aparelho, de acordo com a reivindicação 63, que ainda com- preende um meio para a centralização do fluxo rotativo de fluido dentro do vaso.

65. Aparelho, de acordo com a reivindicação 64, em que o meio para centralização do fluxo rotativo dentro do vaso compreende um cone invertido localizado coaxialmente dentro do vaso.

66. Aparelho, de acordo com a reivindicação 65, em que o cone invertido compreende uma guia de fluido que se estende de forma helicoidal ao longo de sua superfície externa na direção de fluxo de fluido.

67. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 62 a 66, que ainda compreende um conduto que se estende coaxialmente dentro do vaso, o conduto tendo aberturas ali através das quais os compo- nentes de fluido mais leve podem deixar a corrente do fluido.

68. Aparelho, de acordo com a reivindicação 67, onde o conduto tem uma saída para os componentes de fluido mais leve dentro do vaso, a saída sendo disposta a montante da entrada de corrente de fluido.

69. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 41 a 68, que ainda compreende uma zona de coleta de fluido mais pesado, um conduto de coleta de fluido pesado sendo disposto centralmente dentro da zona de coleta, o conduto tendo uma pluralidade de aberturas ali para a coleta do fluido mais pesado.

70. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 41 a 69, que ainda compreende uma zona de coleta de sólidos e um meio para remoção de sólidos da zona de coleta, o meio removendo sólidos em uma base intermitente ou contínua.

71. Aparelho para separação de uma corrente de fluido multifá- sico que compreende um componente de fluido mais pesado e um compo- nente de fluido mais leve, a vazão em volume da corrente de fluido multifási- co sendo submetida a uma variação ao longo do tempo, o aparelho compre- endendo uma pluralidade de conjuntos de separação, de acordo com qual- quer uma das reivindicações 41 a 59, e operável para a acomodação de va- zões diferentes de fluido; o aparelho ainda compreendendo um meio para a operação se- letiva de um ou mais conjuntos de separação de acordo com a vazão em volume da corrente de fluido multifásico.

72. Aparelho, de acordo com a reivindicação 71, que ainda com- preende um meio para a alimentação de um fluido de purga para cada con- junto de separação.

73. Aparelho, de acordo com a reivindicação 71 ou 72, que ainda compreende um vaso de separação como definido em qualquer uma das reivindicações 60 a 70, cada um dos conjuntos de separação se estendendo dentro do vaso de separação.

74. Método para a partida de um sistema de separação helicoi- dal para operação na separação de uma corrente de fluido multifásico que compreende um componente de fluido mais pesado e um componente de fluido mais leve, o método compreendendo a alimentação para o sistema de separação helicoidal de uma primeira corrente de fluido consistindo essenci- almente no componente de fluido mais leve; quando a velocidade de fluido dentro do referido de separação helicoidal tiver atingido a velocidade de ope- ração mínima para a corrente de fluido multifásico, a substituição por um período de tempo da primeira corrente de fluido pela corrente de fluido multi- fásico a ser separada.

75. Método de parada de um sistema de separação helicoidal de uma operação normal na qual uma corrente de fluido multifásico compreen- dendo um componente de fluido mais pesado e um componente de fluido mais leve está sendo alimentada para o sistema de separação helicoidal, o método compreendendo as etapas de introdução de uma primeira corrente de fluido que consiste essencialmente no componente de fluido mais leve na alimentação de corrente de fluido multifásico ao longo do tempo, para substi- tuição da corrente de fluido multifásico; quando a alimentação de fluido con- sistir na primeira corrente de fluido, reduz-se a vazão da alimentação de flui- do para zero.

76. Método, de acordo com a reivindicação 75, em que o siste- ma de separação helicoidal é deixado cheio do primeiro fluido, após a vazão de alimentação de fluido ter sido reduzida para zero.

77. Conjunto de separação que compreende uma pluralidade de aparelhos como definidos na reivindicação 73.