BRPI0817021B1

BRPI0817021B1 - aparelho para assegurar uma mistura adequada de um material particulado em um líquido, e, método para misturar um material particulado em um líquido

Info

Publication number: BRPI0817021B1
Application number: BRPI0817021A
Authority: BR
Inventors: Bastesen Yngve
Original assignee: Nat Oilwell Norway As
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2008-10-09
Publication date: 2018-11-21
Also published as: GB2467482B; US8596857B2; BRPI0817021A2; WO2009048337A1; NO20075253L; NO329389B1; US20100157722A1; GB2467482A; GB201007964D0

Description

(54) Título: APARELHO PARA ASSEGURAR UMA MISTURA ADEQUADA DE UM MATERIAL PARTICULADO EM UM LÍQUIDO, E, MÉTODO PARA MISTURAR UM MATERIAL PARTICULADO EM UM LÍQUIDO (73) Titular: NATIONAL OILWELL NORWAY AS. Endereço: P.O. Box 168, 1371 Asker, NORUEGA(NO) (72) Inventor: YNGVE BASTESEN.

Prazo de Validade: 10 (dez) anos contados a partir de 21/11/2018, observadas as condições legais

Expedida em: 21/11/2018

Assinado digitalmente por:

Alexandre Gomes Ciancio

Diretor Substituto de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados “APARELHO PARA ASSEGURAR UMA MISTURA ADEQUADA DE UM MATERIAL PARTICULADO EM UM LÍQUIDO, E, MÉTODO PARA MISTURAR UM MATERIAL PARTICULADO EM UM LÍQUIDO” Campo Técnico

A presente invenção se refere a um aparelho e um método para assegurar uma mistura adequada de um material particulado em um líquido, compreendendo um armazenamento contendo mistura de líquido e um material particulado, um meio de bombeamento para circular a mistura de líquido e material particulado e tubulações associadas transportando dita 10 mistura do tanque através de bocais e de volta para o tanque, a mistura sendo bombeada através de uma pluralidade de bocais tendo uma área de seção transversal menor na sua saída do que na sua entrada, produzindo jatos de líquido que se encontram.

Fundamentos da Invenção

Ao produzir líquidos, tais como, por exemplo, fluido de perfuração, grandes volumes de material dosado fino, tal como pó, e um líquido adequado são misturados. A mistura do material dosado fino em um líquido exige grandes forças de cisalhamento a fim de obter a qualidade exigida da mistura.

A US 4 765 540 verifica um processo e um aparelho para gerar uma pluralidade de fluxos de fluido convergentes ou divergentes formados helicoidalmente e onde um material formado com partículas é adicionado ao dito fluxo, a jusante dos bocais, ditas partículas sendo introduzidas no fluxo de fluido de tal maneira que as partículas são distribuídas sobre uma grande 25 área. A finalidade da solução, de acordo com a US 4 765 540, é usar o fluido contendo partículas como um meio abrasivo para esmerilhar ou cortar um material, tal como materiais muito rígidos, tais como concreto, rocha, vidro ou metal.

A US 4.478.368 se refere a um aparelho e um método para

Petição 870180126244, de 04/09/2018, pág. 9/21 introduzir partículas sólidas em correntes de fluido sob controle acurado. Um orifício(s) de fluido central(ais) e orifícios de sólido periféricos para misturar os sólidos nas correntes de fluido é(são) usado(s). Um bocal em forma de fluxo é provido na saída do aparelho para aumentar a mistura dos sólidos nas 5 correntes de jato de fluido. O bocal em forma de fluxo pode ter tanta liberdade de movimento axial e radial para formar a corrente de fluido-sólidos quanto auto alinhamento, respectivamente. Uma forma de realização envolve introdução dos sólidos na forma de espuma na corrente de jato de fluido. O aparelho e processo é bem adequado para uso no corte de material duto, tal 10 como aço e concreto reforçado.

US 3.972.150 se refere a uma pistola para formar um jato de material particulado e líquido. A pistola compreende um corpo tendo um furo de afilamento no mesmo conectado por sua extremidade mais longa a um suprimento de material particulado fluidizado e comunicando por sua outra 15 extremidade com uma abertura no corpo através da qual um jato de afilamento de material particulado fluidizado irá escoar, e um par de meios formadores de jato para formar jatos opostos de líquido em alta pressão que irá convergir e interceptar além do corpo e no trajeto do jato de material particulado para formar um jato de alta energia de material particulado e 20 líquido.

US 2007/0003497 descreve um dispositivo de cavitação incluindo um par de bocais opostos alinhados axialmente dentro de um alojamento. Líquido é introduzido nos bocais em uma pressão para criar vórtices rotacionais dentro dos bocais, causando cavitação. As reações termo25 físicas resultantes da cavitação produzem um aumento no calor e quebra das ligações que prendem grandes arranjos de fluido juntos. Cavitação adicional é incluída por uma colisão entre as saídas de líquido dos bocais opostos para aumentar a mistura. Pela sujeição de uma mistura de material(ais) a ser dissolvida em água para um dispositivo de cavitação, uma solução verdadeira

Petição 870180126244, de 04/09/2018, pág. 10/21 de suspensão lipofílica e aquosa ou estável de sólidos particulados em água pode ser formada.

GB 543.995 se refere a um aparelho de mistura compreendendo dois grupos de jatos de seção transversal venture opostamente dispostos entre si, cada grupo incluindo um ou mais jatos. O jato ou os jatos de cada grupo é conectado a um conduto de alimentação de uma bomba de circulação, dita bomba sendo alimentada a partir da descarga coletada do jato.

Sumário da Invenção

Um objetivo da presente invenção é fornecer uma solução melhorada, assegurando continuamente um líquido homogêneo mais ou menos contínuo, formado pela mistura de dois ou mais componentes, tal como uma ou mais substâncias sólidas e um ou mais líquidos, ou misturando uma pluralidade de líquidos ou fluidos.

Outro objetivo da solução de acordo com a invenção é fornecer uma solução efetiva, produzindo tais misturas melhoradas e reduzindo o uso do equipamento, enquanto a solução por simples dispositivo é fácil para manter por substituição dos elementos expostos ao uso.

Um objetivo adicional da invenção é fornecer uma solução que produza tal energia de mistura grande que uma mistura uniforme de dois ingredientes é obtida.

Os objetivos da presente invenção são alcançados por um aparelho para assegurar uma mistura adequada de um material particulado em um líquido, compreendendo um armazenamento contendo mistura de líquido e um material particulado, um meio de bombeamento para circular a mistura de líquido e material particulado e tubulações associadas transportando dita mistura do tanque através de bocais e de volta para o tanque, a mistura sendo bombeada através de uma pluralidade de bocais tendo uma área de seção transversal menor na sua saída do que na sua entrada, produzindo jatos de

Petição 870180126244, de 04/09/2018, pág. 11/21 líquido que se encontram, em que os bocais são arranjados em um tubo a montante de uma saída no tanque, cada bocal tendo um eixo central que converge na direção do outro eixo central do(s) outro(s) bocal(ais), de modo que os jatos do líquido misturado se encontram em um único ponto teórico a 5 jusante dos bocais.

Um bocal do aparelho é inclinado em relação à direção geral do fluxo através dos tubos, enquanto a linha central do outro bocal é paralela ao eixo do centro dos tubos. Ambos os bocais do aparelho são colocados no mesmo plano seccional transversal no tubo. O ângulo entre o eixo do centro 10 dos bocais está na região de 10-45 graus. Os bocais são configurados para criarem forte turbulência a jusante dos bocais.

Os objetivos da presente invenção são alcançados por um método para misturar um material particulado em um líquido, em um aparelho conforme definido acima, formando um fluido de perfuração a ser usado para 15 perfurar poços de petróleo e/ou gás, onde líquido e material particulado misturados são bombeados em uma pressão alta de um tanque de fluido e um sistema de tubo associado sendo provido com dois ou mais bocais e de volta para o tanque de fluido, em que o fluido e material particulado misturado é adicionalmente misturado forçando a mistura através dos bocais dispostos em 20 um tubo, cada bocal tendo um eixo central que converge na direção do outro eixo central do(s) outro(s) bocal(ais), de modo que os jatos do líquido misturado em alta pressão se encontram em um único ponto teórico a jusante dos bocais, produzindo uma corrente de líquido se encontrando a jusante do bocal no dito ponto, e que a mistura de líquido e a substância em forma de pó 25 é exposta às forças de cisalhamento a jusante dos bocais, as forças de cisalhamento sendo causadas por um jato de um bocal impactando um jato de outro bocal a jusante dos bocais.

Nesse método, o espaço onde os jatos impactam um ao outro a jusante dos bocais tem uma área de seção transversal maior do que o espaço a

Petição 870180126244, de 04/09/2018, pág. 12/21 montante dos bocais, a velocidade do fluxo e consequentemente o uso sendo reduzidos.

Uma característica da invenção é que os bocais são arranjados em um tubo a montante de uma saída no tanque, cada bocal tendo um eixo central que converge na direção do outro eixo central do(s) outro(s) bocal(ais), de modo que os jatos do líquido misturado se encontram em um único ponto teórico a jusante dos bocais.

A fim de limpar, adicionar e misturar partículas de pó homogêneas dentro de um líquido é usado um jato líquido de alta pressão com alta velocidade, de forma que um líquido homogêneo é formado quando os jatos de líquido impacta cada outro no dito ponto único. Ao misturar líquidos e misturas de pó as quais não são completamente misturadas a uma mistura homogênea, i.e., em que todo o pó é completamente e igualmente misturado no líquido, um dispositivo de bocal de pressão alta introduzirá grandes forças de cisalhamento extra sobre o líquido e o pó, que um processo de mistura extra rápido será obtido. Para adicionar forças de cisalhamento suficientemente grandes através dos bocais, irá expor a mistura ainda não homogênea, quantidade suficiente de força para obter uma mistura uniforme.

De acordo com outra configuração são usados dois bocais que têm ponto de encontro formando um ângulo com cada outro e encontrando em um único ponto de encontro. Ambos os bocais podem possivelmente ser inclinados em relação à direção geral do fluxo através da seção do tubo. Alternativamente, apenas um bocal pode ser inclinado, enquanto o outro bocal tem um eixo o qual é paralelo a direção geral do fluxo.

De acordo ainda com outra configuração os bocais podem ser colocados no mesmo plano de seção transversal do tubo. Uma configuração alternativa pode ser a em que os bocais são colocados em diferentes níveis em relação à direção do fluxo.

O ângulo entre o eixo central dos bocais pode estar de

Petição 870180126244, de 04/09/2018, pág. 13/21 preferência na faixa de 10-45 graus, preferivelmente 10-20 graus.

Os bocais podem ser configurados de tal maneira em relação um ao outro que uma forte turbulência e criada a jusante dos bocais.

De acordo com a invenção, é provida uma solução efetiva e que dá uma mistura melhorada das substâncias/fluidos. Uma vez que a mistura não homogênea é chocada fortemente a montante dos bocais e desde que os jatos cheios de forca formados pelos bocais se encontram em um único ponto a jusante dos bocais, forças de cisalhamento extragrandes são impostas de forma que o material em pó e forçado para dentro do líquido, formando assim uma mistura homogênea.

Adicionalmente a solução torna possível separar suprimentos de diferentes substâncias/fluidos através de diferentes bocais.

Os bocais podem, preferivelmente, ser unidades substituíveis as quais podem ser orientadas de tal maneira que os jatos se encontrem um ponto a jusante dos bocais e de tal maneira imponham forças de cisalhamento ao líquido.

Breve Descrição dos Desenhos

Uma configuração preferida da presente invenção será descrita a seguir em maiores detalhes, com referência aos desenhos anexos, onde:

Figura 1 mostra esquematicamente uma vista vertical vista em seção através de um sistema incluindo bocais de cisalhamento de acordo com a presente invenção;

Figura 2 mostra uma seção vertical vista a partir da frente de uma unidade de tubo fornecida com bocais de acordo com a presente invenção;

Figura 3 mostra uma seção vertical através do alojamento no qual os bocais são colocados, vista ao longo da linha B-B na Figura 2; e

Figura 4 mostra uma vista ampliada de uma seção vertical através da parte do tubo onde os bocais, de acordo com a presente invenção,

Petição 870180126244, de 04/09/2018, pág. 14/21 são colocados.

Descrição Detalhada de uma configuração da Invenção.

A Figura 1 mostra esquematicamente uma vista seccional de uma instalação para produzir perfuração na lama ou perfuração líquida, onde um material formado de pó e misturado com um líquido. A instalação 10 inclui um tanque ou um recipiente 11 contendo um líquido, tal como líquido de perfuração. No fundo do tanque 11 uma saída 12 é colocada, através da qual o líquido no tanque 11 é bombeado para fora por meio de uma bomba de alta pressão 14 através de um tubo 13. A partir da bomba 14, o líquido circulado de volta para o tanque 11 através de uma unidade 15 onde o líquido é sujeito à grande energia cinética. A partir dessa unidade 15 o líquido é alimentado de volta para o tanque 11. Adicionalmente, a instalação 10 é provida com um tubo de suprimento (não mostrado) para suprir pó e líquido, e um tubo (não mostrado) para exportar o líquido de perfurar completamente misturado para o lugar da aplicação, tal como, por exemplo, um poço. Deve ser apreciado, entretanto, que o fluido a ser exposto às forças de cisalhamento também pode ser bombeado a partir de um segundo tanque para o tanque contendo a unidade de cisalhamento.

Como indicado na Figura 1, o tubo 21 a jusante da unidade de bocal pode também se estender também para baixo para dentro do tanque ou do recipiente 11 que a extremidade mais baixa do tubo 21 será completamente submersa dentro do líquido. Dessa maneira, o uso desnecessário do material no fundo do tanque é evitado. Adicionalmente, a área de seção transversal aumentada da perfuração 26 contribuirá para a redução da pressão e da velocidade do fluxo.

Figura 2 mostra uma visão vertical da unidade de mistura 15. Dita unidade inclui um tubo dobrado 15 o qual é provido em uma extremidade com um rebordo 17 para conexão substituível com um tubo 18 a partir da bomba de alta pressão 14. Na primeira parte do tubo dobrado 16, o

Petição 870180126244, de 04/09/2018, pág. 15/21 diâmetro do tubo é aumentado. Dita mudança no diâmetro do tubo é primeiramente que nessa parte da unidade, deseja-se aumentar o diâmetro a fim de reduzir a velocidade do fluxo através do tubo e correspondentemente também usar as paredes do tubo. Uma segunda finalidade é a de capacitar o 5 tubo para se ajustar às outras unidades existentes, dita mudança sendo alcançada pela aplicação de uma peça de transição. Frequentemente, o presente equipamento é instalado em instalações já existentes, onde os tubos podem ter diâmetros menores, enquanto é desejado ainda manter certo diâmetro no tubo, a fim de minimizar o uso e obter uma mistura efetiva. A 10 dobra 16 pode ter 90° de dobra. Na extremidade oposta, a dobra 16 é fornecida com um segundo rebordo 19, o qual, por exemplo, por meio de parafusos 23, é projetado para ser fixado de forma permutável ao tubo 21.

Nessa extremidade do tubo 16 em conexão com o rebordo 19, uma unidade é colocada de forma permutável, dita unidade inclui bocais 22 de acordo com a 15 presente invenção. Os bocais 22 são montados diferentemente em uma placa apertada 23 a qual descansa de maneira vedada contra o rebordo 19 no tubo e contra um rebordo correspondente 24 no tubo 21. A ligação e o funcionamento dos bocais serão descritos abaixo em maiores detalhes, com referência as Figuras 3 e 4. Também essa junta de rebordo pode ser baseada 20 no uso dos parafusos 20.

Como indicado nas Figuras 3 e 4 o orifício 26 do tubo 21 tem um diâmetro maior que o orifício 25 da dobra 16. A pressão aqui é uma pressão diferente, a pressão sendo mais ou menos idêntica à pressão atmosférica. Com o volume do líquido a ser pressionado para baixo para 25 dentro do tanque cheio com líquido, é vantajoso com um diâmetro maior, também reduzir a velocidade de fluxo e consequentemente reduz uso e rasgos na parede do tubo.

Os bocais 22 são fixados a placa 23 de uma maneira bem conhecida para uma pessoa especializada na técnica, e consequentemente não

Petição 870180126244, de 04/09/2018, pág. 16/21 será descrita em maiores detalhes. A placa 22 pode, com essa finalidade, ser provida com orifícios aos quais os bocais podem ser fixados. Os bocais 22 incluem um dispositivo de fixação 29 e um corpo de bocal montado frouxamente 27. O dispositivo de fixação é em sua superfície externa mais baixa provido com roscas a fim de capacitar o aparafusamento em um furo rosqueado correspondente na placa 23, desde que o corpo do bocal 27 é considerado como uma parte que é fortemente exposta ao uso e consequentemente, mais ou menos frequentemente deve ser substituída, ou deve ser adaptável a outro líquido ou mistura de líquido para ser misturado. Como é mostrado nas Figuras 3 e 4, dois bocais 22 de acordo com a presente invenção são usados, os bocais 22 sendo colocados na mesma seção transversal. Os bocais são inclinados de forma que um eixo através dos bocais forma um ângulo com a linha central do tubo 21. Dito ângulo pode, preferivelmente, estar na faixa de 10-50°; preferivelmente de 10-20° com dito eixo de centro. Os bocais 22 têm uma área de seção transversal maior na entrada do que na área da saída, por meio de que a pressão no fluido aumenta ao fluir através dos bocais 22. Adicionalmente, os bocais 22 são colocados simetricamente em relação às linhas de centro dos tubos 25, 26.

A placa é pelo menos na sua superfície superior provido com rebaixos em forma de anel, com objetivo de receber vedações 26. Devido à alta pressão em que essa parte da unidade 11 é exposta, o material na dobra 16 tem uma espessura maior. Adicionalmente, tanto a dobra 16 como a placa 23, incluindo os bocais 22, são montadas de forma intercambiável. Adicionalmente, os bocais 22 são presos à placa 23 de forma permutável.

A pressão do líquido aumentará adicionalmente e, portanto, induzindo as forças de cisalhamento exigidas na mistura quando o líquido contendo as partículas do pó é bombeado a uma alta pressão através da dobra

16, encontrando a placa 23 com os bocais onde a área de abertura é substancialmente menor do que a abertura 25 da dobra do tubo 16. Esse efeito

Petição 870180126244, de 04/09/2018, pág. 17/21 é aumentado devido ao fato de que a adição do fluxo é chocada devido à redução na área de seção transversal das aberturas dos bocais. As grandes forças de cisalhamento no líquido irão, consequentemente, contribuir para uma mistura melhorada das partículas do pó dentro do líquido.

A pressão imposta sobre o líquido será de até 10000 psi (68,9 MPa). A bomba usada pode, por exemplo, ser uma bomba de alta pressão, mas, é possível também usar bombas que criam uma pressão mais baixa, tal como, por exemplo, bombas centrífugas, sem se desviar da ideia do invento.

De acordo com uma alternativa da solução de acordo com a presente invenção, cada um dos bocais 22 pode ser conectado a um tubo de suprimento separado, de forma que, tipos diferentes de substâncias ou compostos e/ou fluidos podem ser supridos através dos diferentes bocais 22 introduzindo forças de cisalhamento grandes nos compostos mistos.

No fundo do tanque 11 um uso evitando a placa pode ser colocado nos arredores da saída do tubo 21, de forma que o fundo do tanque não está sujeito ao uso como uma consequência do fluxo do fluido.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

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FIGURA 1

H3

FIGURA 3

FIGURA 2

1. Aparelho para assegurar uma mistura adequada de um material particulado em um líquido, compreendendo um armazenamento (12) contendo mistura de líquido e um material particulado, um meio de

5 bombeamento (14) para circular a mistura de líquido e material particulado e tubulações associadas (13, 18, 21, 25, 26) transportando dita mistura do tanque (12) através de bocais (22) e de volta para o tanque (12), a mistura sendo bombeada através de uma pluralidade de bocais (22) tendo uma área de seção transversal menor na sua saída do que na sua entrada, produzindo jatos 10 de líquido que se encontram, caracterizado pelo fato de que os bocais (22) são arranjados em um tubo (25, 26) a montante de uma saída (21) no tanque, cada bocal (22) tendo um eixo central que converge na direção do outro eixo central do(s) outro(s) bocal(ais), de modo que os jatos do líquido misturado se encontram 15 em um único ponto teórico a jusante dos bocais (22).

2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um bocal (22) é inclinado em relação à direção geral do fluxo através dos tubos, enquanto a linha central do outro bocal (22) é paralela ao eixo do centro dos tubos (25, 26).

20 3. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que ambos os bocais (22) são colocados no mesmo plano seccional transversal no tubo (25, 26).

4. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o ângulo entre o eixo do centro dos bocais

25 (22) está na região de 10-45 graus.

5. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que os bocais (22) são configurados para criarem forte turbulência a jusante dos bocais (22).

6. Método para misturar um material particulado em um

Petição 870180126244, de 04/09/2018, pág. 19/21 líquido, em um aparelho conforme definido na reivindicação 1, formando um fluido de perfuração a ser usado para perfurar poços de petróleo e/ou gás, onde líquido e material particulado misturados são bombeados em uma pressão alta de um tanque de fluido (12) e um sistema de tubo associado (13, 5 15, 18, 21, 23, 25) sendo provido com dois ou mais bocais (22) e de volta para o tanque de fluido (12), caracterizado pelo fato de que o fluido e material particulado misturado é adicionalmente misturado forçando a mistura através dos bocais (22) dispostos em um tubo (25, 26), cada bocal (22) tendo um eixo central que 10 converge na direção do outro eixo central do(s) outro(s) bocal(ais) (22), de modo que os jatos do líquido misturado em alta pressão se encontram em um único ponto teórico a jusante dos bocais (22), produzindo uma corrente de líquido se encontrando a jusante do bocal (22) no dito ponto, e que a mistura de líquido e a substância em forma de pó é exposta às forças de cisalhamento 15 a jusante dos bocais (22), as forças de cisalhamento sendo causadas por um jato de um bocal (22) impactando um jato de outro bocal (22) a jusante dos bocais (22).

7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o espaço onde os jatos impactam um ao outro a jusante dos bocais 20 (22) tem uma área de seção transversal maior do que o espaço a montante dos bocais (22), a velocidade do fluxo e consequentemente o uso sendo reduzidos.

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FIGURA 4