BRPI0718664A2 - Método e sistema de produção de hidrocarboneto sub-refrigerado incluindo maceração de precipitados. - Google Patents

Description

"MÉTODO E SISTEMA DE PRODUÇÃO DE HIDROCARBONETO SUB- REFRIGERADO INCLUINDO MACERAÇÃO DE PRECIPITADOS"

CAMPO TÉCNICO DA PRESENTE INVENÇÃO

A presente invenção geralmente se refere a um método e a um sistema para conversão de um fluido de produção submarino de produto de hidrocarboneto a partir de acima de uma temperatura de formação de sólidos para abaixo da referida temperatura para transporte adicional através da uma linha de fluxo na forma de pasta fluida.

PANORAMA E ESTADO DA TÉCNICA DA PRESENTE INVENÇÃO

Em uma produção submarina de longa distância e transporte de linha de fluxo de produtos de hidrocarboneto, uma das maiores questões de desafio é referente ao problema de refrigeração de fluidos de produção para dentro de regiões de comportamento que são caracterizadas por formação de sólidos e cristalização sobre a tubulação de produção. Os sólidos podem ser hidratos que são formados como uma mistura de gás e água que é refrigerada sob pressão, ou cera, asfaltenos, sais orgânicos e inorgânicos que são dissolvidos no fluido de produção em temperatura de produção e que se precipitam abaixo daquela temperatura ou pressão. Evidentemente, aglomeração e deposição de sólidos descontroladas sobre o interior de tubulação sucessivamente resultam em fluxo reduzido.

Diversas tecnologias têm sido desenvolvidas tanto para aquecer o sistema de fluxo ou quanto para isolar o sistema de fluxo, e por esta maneira manutenção da combinação de temperatura e pressão no fluido de produção para uma região na qual referida formação de sólidos é tanto evitada ou quanto mantida em um nível mínimo.

Uma terceira tecnologia é aceitar a perda de calor e pressão e controlar o processo. Esta solução pode genericamente ser referida como "tecnologia de fluxo frio ou sub-resfriado". Em soluções de fluxo frio, método e aparelho são proporcionados pelos quais o fluido de produção é resfriado para uma temperatura de formação de sólidos em uma localização à montante, a partir de onde o 5 fluido de produção é adicionalmente transportado como pasta fluida na temperatura inferior.

O estado da técnica contém diversos exemplos desta abordagem para o problema. Panorama do estado da técnica relevante pode ser verificado na patente norte americana número US 6.070.417, por exemplo, que apresenta um método que é realizado por intermédio de um aparelho definindo um lúmen contínuo. 0 lúmen possui uma parede termicamente condutiva a partir da qual calor é extraído a partir do lado do exterior, na medida em que o fluido de produção flui através do lúmen, resultando em formação de atamento de material sólido sobre a superfície interna da parede de lúmen. Um corredor flexível circula com o fluido de produção no lúmen e desaloja material depositado sobre a superfície interna da parede de lúmen. 0 material é após isso transportado como sólidos em pasta fluida para fora a partir do lúmen, juntamente com o fluido de produção. 0 lúmen é contido em um receptáculo de trocador de calor através do qual um meio de líquido refrigerante é circulado de maneira a diminuir a temperatura do fluido de produção para uma temperatura de formação de sólidos.

A patente norte americana número US 6.774.276 apresenta método e aparelho pelos quais o fluxo de hidrocarbonetos de fluido é sub-refrigerado em um trocador de calor à montante a partir de onde o mesmo é introduzido 30 para um reator onde o mesmo é misturado com partículas de hidratos de gás que são também introduzidos para o reator. 0 fluxo de efluente de hidrocarbonetos a partir do reator é refrigerado em um trocador de calor à jusante para assegurar que toda a água presente esteja na forma de hidratos de gás. 0 fluxo é após isso tratado em um separador para ser separado em um primeiro fluxo e em um segundo fluxo. 0 primeiro fluxo possui um conteúdo de hidrato de gás e é reciclado para o reator por intermédio 5 de bombas para proporcionar as partículas de hidratos de gás anteriormente mencionadas. 0 segundo fluxo é conduzido para uma tubulação para ser adicionalmente transportado.

Um problema neste projeto é o de que existe o efeito de aquecimento provocado nas bombas. 0 fluido reciclado 10 deve ser significativamente sub-refrigerado para assegurar que o fluido que é reciclado para o reator esteja dentro da janela de temperatura de formação de hidrato ou cera. Na medida em que o fluido é sub-refrigerado no trocador de calor à montante, deposição de sólidos em tubulação pode 15 ocorrer à frente do reator.

Desvantagens nas soluções do estado da técnica são aquelas de instalação complexa e de operação instável ou insatisfatória. Nenhuma das soluções do estado da técnica deu atenção significativa para habilidade de instalação e 20 operacionalidade de um sistema submarino. A tecnologia de fluxo frio essencialmente protege uma linha de fluxo à jusante de um dispositivo de fluxo frio. Fluxo à montante do dispositivo de fluxo frio é ainda susceptível de questões de segurança de fluxo tais como cera e hidratos. 25 Por esta razão, as linhas de fluxo à montante do dispositivo de fluxo frio têm que ser isoladas e/ou tratadas, como é prática usual hoje em dia.

RESUMO DA PRESENTE INVENÇÃO

Um objetivo da presente invenção é, conseqüentemente, 30 o de proporcionar um método e um sistema que aperfeiçoa a tecnologia de fluxo frio através de instalação simplificada, custos de instalação, reduzidos, e operação reforçada e imediata de um dispositivo e método de formação de pasta fluida. O objetivo é conseguido por um método para conversão de um fluido de produção submarino de produto de hidrocarboneto a partir de acima de uma temperatura de formação de sólidos para abaixo da referida temperatura para transporte adicional através de uma linha de fluxo na forma de pasta fluida, compreendendo as etapas de reciclagem de um volume parcial do fluido de produção através de pelo menos um circuito de refrigeração conectando uma descarga à jusante a partir da linha de fluxo com uma entrada à montante para a linha de fluxo, e maceração dos sólidos, que são formados no fluido de produção por misturação com o fluxo reciclado, por intermédio de um impulsor tracionado por motor introduzido no fluxo de fluido entre a entrada de linha de fluxo e a descarga de linha de fluxo.

Em uma concretização preferida da presente invenção, o fluido reciclado é injetado para o fluido de produção. Vantajosamente, o fluido reciclado é injetado para uma área de baixa pressão induzida no fluido de produção por 20 intermédio de um bocal de Venturi incorporado na linha de fluxo.

Opcionalmente, um corredor pode ser disposto para passar através do circuito de refrigeração e operativo para desalojamento de matéria sólida que tenha sido precipitada

2 5 sobre a parede interna do circuito de reciclagem.

O objetivo é também conseguido em um sistema para conversão de um fluido de produção submarino de produto de hidrocarboneto a partir de acima de uma temperatura de formação de sólidos para abaixo da referida temperatura

3 0 para transporte adicional através de uma linha de fluxo na

forma de pasta fluida. 0 sistema compreende pelo menos um circuito de reciclagem de fluido de produção conectando uma descarga à jusante a partir da linha de fluxo com uma entrada à montante para a linha de fluxo, o circuito de reciclagem possuindo um lúmen definido por uma parede de lúmen através da qual calor é transferido a partir do fluido de produção para um meio de refrigeração ambiente, tal como água do mar, e um impulsor tracionado por motor 5 incorporado na linha de fluxo entre a entrada de linha de fluxo e a descarga de linha de fluxo.

Um bocal de Venturi é preferivelmente disposto na linha de fluxo adjacente para a entrada a partir do circuito de reciclagem, e operativo para injeção do fluido reciclado para a linha de fluxo.

Em uma concretização preferida da presente invenção, o impulsor é incorporado na linha de fluxo através de uma seção de linha de fluxo possuindo uma entrada à montante para o impulsor, entrada à montante que é disposta não 15 coaxialmente levando-se em consideração uma saída à jusante a partir do impulsor. 0 impulsor, que pode ser formado como uma rosca sem fim, é vantajosamente tracionado em rotação por um motor elétrico submersível.

Opcionalmente, canais de entrada e de saída podem ser dispostos no circuito de reciclagem para a passagem de um corredor através do mesmo.

Válvulas múltiplas e caminhos de fluxo podem ser dispostos proximais para a junção do circuito de reciclagem para as entradas de dispositivo, e possibilitando otimização do comportamento de fluxo na junção.

Uma concretização preferida da presente invenção inclui a implementação do sistema como parte integrada de uma estação de bombeamento submarina em linha (in-line).

O sistema pode utilizar perda de pressão seguida por impulsão para estabilizar ou evitar o processo de dissolução de sólidos a partir de um fluido de produção.

O sistema pode ser configurado para possibilitar acesso, tal como para propósitos de limpeza.

A tubulação (encanamento) compreendida no sistema pode adicionalmente vantajosamente ser revestida em vista de aumento de transferência de calor para o ambiente e para reduzir acumulação de material de obstrução a partir do ambiente circundante.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS DA

PRESENTE INVENÇÃO

A presente invenção irá ser mais completamente descrita posteriormente com referência para a para o Desenho da Figura diagramática acompanhante.

Na Figura, o número de referência (1) indica uma

porção de corte de uma linha de fluxo (1) através da qual um fluido de produção de hidrocarboneto submarino é transportado em uma direção de fluxo (F) a partir de um sítio de produção localizado à montante, isto é, na lateral 15 esquerda do Desenho, em direção de uma planta de hospedagem de base marinha ou de base terrestre localizada à jusante, na lateral direita do Desenho. Incorporada na linha de fluxo (1) está uma seção de linha de fluxo (2), possuindo uma entrada à montante (3) em conexão de fluxo com uma 20 saída à jusante (4). Entrada (3) e saída (4) são alinhadas não coaxialmente, conectadas através de uma seção de linha de fluxo angular (5). A seção de linha de fluxo angular (5) pode ser encurvada em concretizações alternativas. A partir da entrada (3), a seção de linha de fluxo (5) direciona o 25 fluido de produção para um impulsor (6) a partir do qual o fluido de produção é descarregado por intermédio de uma saída (4), para o trajeto à jusante de linha de fluxo (1).

O impulsor (6) é tracionado em rotação por intermédio de um motor (7), por intermédio do eixo de motor (8) que é 30 conectado para o impulsor (6). Preferivelmente, o motor (7) é um motor elétrico para utilização submarina. O impulsor (6) pode ser formado com um número de lâminas (9) dispostas em sucessão, e configuradas para maceração de matéria sólida entranhada no fluido de produção. Para este propósito, as lâminas (9) de impulsor (6) podem também ser associadas com formações estacionárias adjacentes às (9) de impulsor (6), proporcionando em cooperação um efeito de trituração. 0 impulsor (6) pode alternativamente possuir a 5 configuração de uma rosca sem fim associada com um invólucro cilíndrico que é firmemente circunda o impulsor (6). Entretanto, e desde que projetos de macerador são conhecidos a partir da literatura, está dentro do alcance da pessoa especializada no estado da técnica encontrar um 10 projeto adequado para maceração de matéria sólida entranhada no fluido de produção.

À jusante do impulsor (6), um fluxo parcial do fluido de produção é descarregado para um conduíte (9) por intermédio de uma saída de descarga (10). 0 conduíte (9) direciona o fluxo parcial de volta para uma entrada (11) para a linha de fluxo (1), localizada à montante do impulsor (6). O conduíte (9), por conseqüência, forma um circuito para uma porção do fluido de produção a ser reciclado para o fluxo principal. O circuito de reciclagem 2 0 possui um lúmen definido por uma parede de lúmen através da qual calor é transferido a partir do fluido de produção para um meio de refrigeração ambiente, tal como água do mar, a transferência de calor ilustrada no Desenho através das flechas (12). 0 circuito de reciclagem (9), por conseqüência, também opera como um circuito de refrigeração para o fluxo reciclado do fluido de produção.

O fluxo parcial através do circuito de reciclagem/refrigeração (9) é controlado através de um dispositivo de regulagem ajustável (13), tal como uma 30 válvula de regulagem controlada remotamente (13). Uma ou mais válvulas de verificação (14) próximas à entrada (11) para a linha de fluxo (1) asseguram que a direção de fluxo através do circuito (9) não pode ser revertida em resultado de possíveis picos de pressão no fluido de produção. O fluxo parcial através do circuito de reciclagem/refrigeração (9) é tracionado por intermédio de um dispositivo de injeção. Na concretização ilustrada da presente invenção, o dispositivo de injeção é concretizado na forma de um bocal de Venturi (15) disposto na linha de fluxo (1) na região da entrada (11). 0 bocal de Venturi cria no fluido de produção uma região de pressão reduzida pela qual o fluxo parcial é tracionado através do circuito (9) e injetado para o fluido de produção. Em resultado da misturação de fluido de produção refrigerado, a temperatura do fl uido de produção é reduzida.

O fluxo reciclado através de pelo menos um circuito de refrigeração reforça a refrigeração do fluxo principal, e proporciona sítios de nucleação para formação de sólidos no fluxo principal.

Válvulas colocadas na saída de cada circuito de reciclagem garantem o controle do fluxo de reciclo para a entrada de linha de fluxo. Isto possibilita o ajustamento de turbulência que pode ocorrer no fluxo no ponto de conexão. Por manipulação destas válvulas, o operador pode conseguir controle adicional sobre partículas sólidas formadas imediatamente depois que o fluido reciclado refrigerado vem a adentrar para o fluxo principal através da linha de fluxo. Os componentes de válvula necessários, cabeamento e

conectores para suprimento e controle de energia podem ser compostos de equipamento comprovadamente submarino conhecido para a pessoa especializada no estado da técnica. Por um dimensionamento apropriado, monitoramento de 3 0 temperatura e regulagem adequada, a temperatura do fluido de produção pode desta maneira ser reduzida para abaixo de uma temperatura de formação de sólidos à montante do impulsor (6), para maceração sucessiva de matéria sólida precipitada pelo impulsor (6). Dimensionamento do sistema é uma matéria de projeto levando-se em consideração parâmetros de produção, tais como composição e temperatura do fluido de produção, profundidade de mar, dimensões de tubulação, etc. Os cálculos que deveriam ser requeridos para a transferência necessária de energia de calor a partir do fluido para o meio de refrigeração ambiente são familiares para a pessoa especializada no estado da técnica.

Opcionalmente, o sistema pode compreender primeiro e segundo circuitos de reciclagem/refrigeração (9) e (9'), ou até mesmo mais se desejado. 0 circuito de reciclagem /refrigeração (9, 9') pode adicionalmente compreender seções formadas helicoidalmente de seu comprimento de maneira a estender a exposição para o meio de refrigeração ambiente. 0 circuito de reciclagem /refrigeração (9, 9') pode também opcionalmente compreender canais de entrada e de saída, conhecidos de per se, para um corredor para passar através do circuito para desalojamento de qualquer matéria sólida que pode se acumular sobre a parede interna do circuito de reciclagem/refrigeração (9, 9') .

0 sistema apresentado pode ser utilizado tanto para impulsionar fluxo de fluido e quanto para triturar sólidos produzidos para transporte adicional para uma facilidade de recepção de superfície, e pode ser fundamentado sobre uma bomba de impulsão submarina. Uma implementação de bomba de impulsão integrada proporciona diversos benefícios, tais como:

• através da utilização da bomba, processo e velocidade de refrigeração podem ser controlados;

• impressão (pegada) sobre o leito marinho é minimizada, como o são o número de componentes de sistema;

• o processo de fluxo frio pode mecanicamente impactar hidrato e/ou cera solidificados para assegurar que os mesmos sejam suficientemente pulverizados de maneira a fluir efetivamente;

• uma bomba de estilo ESP também pode ser utilizada tornando recuperação de componentes mais fácil enquanto também mecanicamente macerando a corrente de fluxo;

• a implementação de bomba de impulsão aperfeiçoa economias (pressão de abandono) com um aperfeiçoamento adicional de economias sobre tecnologia de fluxo frio convencional.

Evidentemente, em um sistema de refrigeração submarino os circuitos de refrigeração deveriam ser projetados em concordância com os métodos apropriados para aplicações marinhas. Revestimentos de superfície quando aplicados deveriam ser escolhidos para assegurar transferência de calor otimizada e controle simultâneo de acumulações de superfície e sub-produtos de corrosão. Uma concretização preferida deveria tipicamente incluir utilização de materiais resistentes à corrosão na construção de circuitos de reciclo/refrigeração como uma alternativa para a utilização de revestimentos resistentes à corrosão. Uma outra concretização preferida prevê a utilização de revestimentos finos aplicados externamente para proteger a tubulação a partir do crescimento marinho.

0 sistema de refrigeração é preferivelmente projetado para ser de drenagem por si mesmo, e pode pref erivelmente também incluir características para injeção e inibição químicas do sistema durante períodos de funcionamento (shut-in) do campo de operação.

Se apropriado, o dispositivo de fluxo frio anteriormente apresentado pode ser encerrado (encaixado, englobado) em um alojamento contendo um meio de refrigeração. Dispositivos permanentemente montados podem ser adicionalmente dispostos para proporcionar circulação externa de meio de refrigeração circundando o/os lúmen/lumens.

0 sistema pode adicionalmente ser configurado para possibilitar acesso tal como para propósitos de limpeza e para remoção a partir de acumulações para a superfície de tubulação. Uma tal remoção pode ser desempenhada utilizando dispositivos de bombeamento permanentemente montados projetados para proporcionar suficiente circulação de água externa para remoção de crescimento marinho ou sedimentos a partir da tubulação. Quando utilizados continuamente, estes dispositivos de circulação podem também aumentar a capacidade de refrigeração dos circuitos de refrigeração. Um tal sistema pode ser instalado em diversas concretizações modificadas da presente invenção. A concretização ilustrada também possibilita para limpeza utilizando dispositivos operados remotamente ou roboticamente ou por acesso direto por intermédio de mergulhadores ou outros dispositivos submarinos operados por humanos.

A tubulação (encanamento) compreendida no sistema pode adicionalmente vantajosamente ser revestida em vista de aumento de transferência de calor para o ambiente e para reduzir acumulação de material de obstrução a partir do ambiente circundante.

Formação de sólidos pode ser adicionalmente reforçada por perda de pressão. A perda de pressão relacionada ao fluxo no dispositivo pode ser controlada de uma maneira tal que as perdas de pressão e de temperatura combinadas são controladas para minimizar a taxa de formação dos sólidos formados. Para este propósito, tubulação e caminhos de fluxo podem vantajosamente ser projetados para controlar tanto a perda de pressão e quanto a perda temperatura de maneira a controlar a formação de sólidos formados por redução de pressão/temperatura.

Devido para o fato de que a taxa de aparência de formação para sólidos em um processo de despressurização é tipicamente muito mais alta do que os processos de resolvatação na medida em que a pressão é aumentada, a combinação deste sistema com o mecanismo de impulsão é benéfica porque o potencial de formação é significativamente reduzido e a força de tração é de fato em direção da resolvatação. Sólidos formados no circuito de reciclagem (9, 9') irão ser então estabilizados e dissolução adicionalmente paralisada. Por conseqüência, as perdas de pressão em dispositivos de regulagem (13, 15) proporcionam uma força de tração para dissolução que é estabilizada pelos dispositivos de bomba. A perda de pressão na vena contracta efetiva de dispositivo de influxo (15) é seguida por recuperação de pressão que proporciona o mesmo efeito de estabilização.

A presente invenção não está evidentemente de nenhuma maneira limitada para as concretizações descritas anteriormente. Ao contrário, muitas possibilidades para modificações da mesma irão se tornar aparentes para a pessoa especializada no estado da técnica sem se afastar a partir da idéia fundamental da presente invenção tal como definida nas reivindicações de patente acompanhantes. Assim, como mencionado anteriormente, embora a

presente invenção tenha sido descrita com referência para concretizações específicas, deverá ser observado por aqueles especializados no estado da técnica que a mesma não deve ser considerada como sendo limitada para estas concretizações exemplificativas e vantajosas descritas anteriormente, mas certamente, um número de variações e de modificações adicionais é conceptível, e a presente invenção é unicamente limitada pelo espírito e pelo escopo de proteção das reivindicações de patente posteriormente.

Claims (15)

1. Um método para conversão de um fluido de produção submarino de produto de hidrocarboneto a partir de acima de uma temperatura de formação de sólidos para abaixo da referida temperatura para transporte adicional através de uma linha de fluxo (1) na forma de pasta fluida, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: reciclagem de um volume parcial do fluido de produção através de pelo menos um circuito de refrigeração (9) conectando uma descarga à jusante (10) a partir da linha de fluxo (1) com uma entrada à montante (11) para a linha de fluxo (1); e maceração dos sólidos, que são formados no fluido de produção sobre misturação com o fluxo reciclado, por intermédio de um impulsor tracionado por motor (6) introduzido no fluxo de fluido entre a entrada de linha de fluxo (11) e a descarga de linha de fluxo (10).

2. O método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de injeção do fluido reciclado no fluido de produção.

3. O método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de injeção do fluido reciclado para uma área de baixa pressão induzida no fluido de produção por intermédio de um bocal de Venturi incorporado na linha de fluxo (1).

4. O método de acordo com qualquer das reivindicações 1 até 3, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de passagem de um corredor através do circuito de refrigeração.

5. Um sistema para conversão de um fluido de produção submarino de produto de hidrocarboneto a partir de acima de uma temperatura de formação de sólidos para abaixo da referida temperatura para transporte adicional através de uma linha de fluxo (1) na forma de pasta fluida, caracterizado pelo fato de que compreende: pelo menos um circuito de reciclagem de fluido de produção (9) conectando uma descarga à jusante (10) a partir da linha de fluxo (1) com uma entrada á montante (11) para a linha de fluxo (1), o circuito de reciclagem (9) possuindo um lúmen definido por uma parede de lúmen através da qual calor é transferido a partir do fluido de produção para um meio de refrigeração ambiente, tal como água do mar; e um impulsor tracionado por motor (6) incorporado na linha de fluxo (1) entre a entrada de linha de fluxo (11) e a descarga de linha de fluxo (10).

6. O sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que um bocal de Venturi (15) é disposto na linha de fluxo (1) adjacente para a entrada (11) a partir do circuito de reciclagem (9).

7. O método de acordo com as reivindicações 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que o impulsor (6) é incorporado na linha de fluxo (1) através de uma seção de linha de fluxo (5) possuindo uma entrada à montante (3) para o impulsor (6), entrada à montante (3) que é disposta não coaxialmente levando-se em consideração uma saída à jusante (4) a partir do impulsor (6).

8. O sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o impulsor (6) é tracionado em rotação por um motor elétrico submersível (7).

9.O sistema de acordo com qualquer das reivindicações 5 até 8, caracterizado pelo fato de que o impulsor (6) é uma rosca sem fim.

10. O sistema de acordo com qualquer das reivindicações 5 até 8 ou reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que canais de entrada e de saída, respectivamente, são dispostos no circuito de reciclagem (9) para a passagem de um corredor através do mesmo.

11. O sistema de acordo com qualquer reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de que uma disposição de múltiplas válvulas e caminhos de fluxo proximais para a junção do circuito de reciclagem (9) para o dispositivo adentra e possibilita para otimização do comportamento de fluxo na junção.

12. O sistema de acordo com qualquer reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de que é integrado para uma estação de bombeamento submarina em linha (in-line) .

13. O sistema de acordo com qualquer reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de que compreende a utilização de perda seguida por impulsão para estabilizar ou evitar o processo de dissolução de sólidos a partir de um fluido de produção.

14. O sistema de acordo com qualquer reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de que o mesmo é configurado para possibilitar acesso, tal como para propósitos de limpeza.

15. 0 sistema de acordo com qualquer reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de que a tubulação compreendida no sistema é revestida para aumentar transferência de calor e reduzir acumulações de materiais de obstrução a partir do ambiente circundante.