BRPI0906126A2

BRPI0906126A2 - bomba injetora com uma bomba centrìfuga

Info

Publication number: BRPI0906126A2
Application number: BRPI0906126-6A
Authority: BR
Inventors: Donn J Brown; Brown Lyle Wilson
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2009-10-21
Publication date: 2011-06-21
Also published as: US7997335B2; US20100096141A1

Abstract

BOMBA INJETORA COM UMA BOMBA CENTRìFUGA. Um conjunto de bomba de solo oceânico é instalado dentro de um caixão que tem uma extremidade superior para receber um fluxo de fluido contendo gás e líquido. O conjunto de bomba é encerrado dentro de uma coberta que tem uma extremidade superior que veda em torno do conjunto de bomba e uma extremidade inferior que está abaixo do motor e é aberta. Um tubo de extração tem uma extremidade superior acima da coberta dentro da porção superior do caixão e uma extremidade inferior conectada a uma bomba injetora, O tubo de extração faz com que o gás que se separa do líquido e se acumula na porção superior do caixão seja aspirado para dentro da bomba injetora e misturado com o líquido à medida que o líquido está sendo bombeado.

Description

ΒΟΜΒΑ INJETORA COM UMA BOMBA CENTRÍFUGA

CAMPO DA INVENÇÃO

Esta invenção se refere em geral ao bombeamentode fluido de poço a partir do solo oceânico para asuperfície, e particularmente a um conjunto de bombalocalizada dentro de um caixão e tendo uma bomba injetorapara reduzir o acúmulo de gás no caixão.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Os poços ao largo estão sendo perfurados em águascada vez mais profundas. Os poços podem ter pressãoadequada para fazer fluir o fluido do poço para o solooceânico, mas não tem pressão suficiente para fazer fluir ofluido por milhares de metros, para cima, até umaembarcação de produção. Foram feitas propostas parainstalar bombas no solo oceânico para aumentarsuficientemente a pressão do fluido do poço de modo a fazê-lo fluir até a embarcação de produção flutuante.

Freqüentemente, o fluido do poço será uma misturade líquido de hidrocarboneto, gás e água. 0 gás apresentaum problema para as bombas, particularmente as bombascentrífugas eletricamente acionadas. 0 gás prejudica aeficiência da bomba e pode fazer com que a bomba trave edesligue se uma grande carga de gás for introduzida.

Uma proposição para lidar com o fluido de poçotendo uma quantidade considerável de gás é a de montar abomba em um caixão. 0 caixão é posicionado em um furotubular formado no solo oceânico e revestido para vedar omesmo a partir das formações de terra. 0 caixão pode estara várias centenas de metros de profundidade. 0 fluido dopoço flui na extremidade superior do caixão, e a gravidadefaz com que o líquido se separe do gás e fluadescendentemente no caixão. 0 gás tende a se acumular naporção superior do caixão. A bomba submergível estálocalizada dentro do caixão em um ponto onde a sua admissãoestá abaixo do nível de líquido. A bomba é encerrada poruma coberta com uma entrada na extremidade inferior paraforçar o líquido a fluir para cima por intermédio do motorpara esfriar o motor. À medida que a capa de gás continua ase desenvolver, porções escaparão e fluirão para dentro dabomba junto com o líquido a ser bombeado para a superfície.

Existe a possibilidade de que a capa de gás se desenvolveráe empurrará o nível de líquido para muito baixo, resultandoem uma grande quantidade do gás entrando na bomba ecausando um bloqueio de gás. Controladores de nível delíquido foram propostos para abrir e fechar a entrada parao caixão para tentar manter o líquido em um nível desejadoacima da admissão da bomba. Uma grande carga de gás nãoobstante poderia ainda entrar na bomba e causar um bloqueiode gás.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Nessa invenção a bomba está localizada dentro deuma coberta dentro do caixão. 0 conjunto de bomba consisteem uma bomba injetora combinada com ao menos uma bombacentrífuga. Um tubo de extração se estende a partir dabomba injetora e tem uma extremidade superior paralocalização dentro de uma porção do caixão que normalmenteserá uma área de acúmulo de gás acima do nível de líquido.

0 tubo de extração tem uma extremidade inferior emcomunicação de fluido com o fluido do poço no interior docaixão. A bomba injetora tem uma configuração de difusorpara causar uma pressão reduzida. A extremidade inferior dotubo de extração une um ponto de pressão reduzida nodifusor. Durante operação, a configuração de difusor criauma sucção para aspirar uma pequena quantidade continua degás através do tubo de extração quando a bomba opera paraevitar que a capa de gás se torne muito grande.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

A Figura 1 é uma vista secional esquemáticailustrando um aparelho de bomba de caixão construído deacordo com uma primeira modalidade da invenção.

A Figura 2 é uma vista em seção transversalampliada de uma porção do aparelho de bomba de caixão daFigura 1.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Com referência à Figura 1, um caixão 11 émostrado esquematicamente. O caixão 11 compreende um furoque foi formado no solo oceânico até uma profundidadedesejada, a qual pode ser de várias centenas de pés. 0caixão 11 é encerrado em um invólucro que é impermeável aquaisquer fluidos a partir da formação de terra 15. 0caixão 11 tem uma entrada 13 que está localizada próxima àsua extremidade superior, tal como ligeiramente acima dosolo oceânico.

Uma coberta 17 está localizada dentro do caixão11. A coberta 17 tem uma entrada 19 em sua extremidadeinferior. A coberta 17 é um membro tubular que é menor emdiâmetro do que o diâmetro interno do caixão 11 de modo acriar uma passagem anular circundando a mesma para o fluxode fluido descendente.

Um conjunto de bomba submergível elétrica ("ESP")21 é montado dentro da coberta 17. 0 ESP 21 tem três bombas23, 24, 26 nesse exemplo. As bombas 23, 24 são tipicamentebombas centrífugas. A bomba 26 é uma bomba injetora. Cadabomba 23, 24 é composta de um grande número de estágios,cada um deles tendo um impulsor giratório e um difusorestacionário. A bomba 23 tem uma admissão 25 que estálocalizada na extremidade inferior da bomba 23 dentro dacoberta 17. A bomba injetora 26 é posicionadapreferivelmente acima da coberta 17, entre a bomba 23 e abomba 24. A coberta 27 tem uma extremidade superior 27 queveda em torno de uma porção do ESP 21 acima da admissão 25.

Se desejado, o comprimento total do ESP 21 poderia serencerrado pela coberta 17, mas a extremidade superior 27 dacoberta 17 precisaria estar apenas ligeiramente acima daadmissão de bomba 25. Um tubo de descarga 29 se estendepara cima a partir da bomba 24 e para fora da extremidadesuperior do caixão 11. Embora mostrado se estendendoatravés do topo do caixão 11, o tubo de descarga 29alternativamente poderia se estender através de uma porçãode parede lateral do caixão 11. 0 ESP 21 tem também ummotor elétrico 31 que tem um eixo 4 7 (Figura 2) que acionaas bombas 23, 24. 0 motor 31 e a bomba 23 sãoconvencionalmente separados por uma seção de vedação 33. Aseção de vedação 33 equaliza a pressão do lubrificantecontido no motor 31 com o fluido de poço no exterior domotor 31.

Um tubo de extração 35 tem uma extremidadesuperior 3 7 que é exterior à coberta 17. 0 tubo de extração35 tem um diâmetro interno muito menor do que o diâmetrointerno do tubo de descarga 29. 0 tubo de extração 35 temuma extremidade inferior 39 que está acima da coberta 17 eem comunicação de fluido com o fluido do poço no interiordo caixão 11.

Com referência à Figura 2, a bomba injetora 26está posicionada entre as bombas centrífugas 23, 24, emboraela pudesse estar localizada acima da bomba centrífuga 24.A bomba injetora 26 e o alojamento 41 são montados na bomba24 na área de montagem superior 43. A bomba injetora 26 e oalojamento 41 estão montados na bomba 23 na área demontagem inferior 45. O eixo 47 se estende a partir domotor 31 e continua ascendentemente através da bomba 23,bomba injetora 26, e bomba 24. Uma configuração de tubodifusor 49 está localizada dentro da bomba injetora 26 e seestende em torno do eixo 47. A entrada de fluido 51 recebeo fluido a partir da bomba centrífuga 23. A configuração detubo difusor 49 consiste em uma entrada convergente 57, umaregião de estreitamento 59, e uma saída divergente 61. 0tubo de extração 35 entra na bomba injetora 26 através doalojamento externo 41 e se conecta à região deestreitamento 59 da configuração de difusor 49 na entrada55. O fluido flui a partir da bomba injetora 26 e paradentro da bomba centrífuga 24 através da saída de fluido 63.

A extremidade superior do tubo de extração 37está posicionada acima do nível de líquido 40 no caixão 11durante todo o tempo. Opcionalmente, um controlador denível de líquido (não mostrado) pode ser empregado paracontrolar o fluxo de fluido para dentro do caixão 11, sedesejado, para manter razoavelmente constante o nível delíquido 40.Na operação, o ESP 21 é colocado na coberta 17 einstalado no caixão 11. A válvula (não mostrada) para aentrada 13 é aberta, fazendo com que o fluido do poço fluaatravés da entrada de caixão 13. 0 fluido do poço étipicamente uma mistura de líquido de hidrocarboneto, águae gás. A coberta 17 é imersa no líquido no caixão 11, com onível de líquido 4 0 estando ao menos acima da admissão debomba 25 e preferivelmente acima da extremidade superior dacoberta 27. O nível de líquido 40 estará abaixo da entradade caixão 13. Uma separação pela ação da gravidade ocorrequando o fluido flui na entrada 13 e descendentemente nocaixão 11. Isso resulta na liberação de gás a partir dolíquido e acúmulo na porção superior do caixão 11. 0líquido flui descendentemente pela passagem anular em tornoda coberta 17 e para dentro da entrada de coberta 19. 0líquido flui ascendentemente ao longo do motor 31 e paradentro da admissão de bomba 25. As bombas 23, 24 aumentam apressão do líquido e descarregam o mesmo através do tubo dedescarga 2 9 para fluir o líquido para a superfície.

Quando o líquido flui através da bomba injetora26, a velocidade do fluido aumenta quando ele atinge aregião de estreitamento 59. Quando aumenta a velocidade dofluido, o difusor 4 9 causa uma pressão reduzida na regiãode estreitamento 59. Como resultado da queda de pressão,uma pequena quantidade de gás a partir da capa de gásacumulada acima do nível de líquido 40 fluirá através dotubo de extração 35. O gás sai do tubo de extração 35 e semistura com o líquido fluindo para dentro da bomba injetora26 na entrada 55, localizada dentro da região deestreitamento 59. Quando a mistura de fluido e gás passapela região de estreitamento 59 e continua através da saídadivergente 61, a velocidade diminui e a pressão aumentaantes de passar através da saída 63, e para dentro da bomba24. A taxa de fluxo do gás é razoavelmente constante erelativamente pequena em comparação com a taxa de fluxo delíquido, desse modo é facilmente bombeada pela bomba 24junto com o líquido para o tubo de descarga 29. A área defluxo do tubo de extração 25 é muito menor do que a área defluxo total da entrada de coberta 19 de modo a evitar quequantidades excessivas de gás fluam para dentro da bomba 24.

A invenção tem vantagens significativas. Medianteação de remover continuamente uma quantidade pequena dacapa de gás, o tamanho da capa de gás é mantido dentro docaixão em uma dimensão mínima. Limitar o tamanho da capa degás impede que o nível de líquido diminua até um pontomuito baixo de tal modo que grandes cargas de gás poderiamentrar na coberta e fazer com que o gás bloqueie a bomba.

Mediante introdução do gás no fluxo de fluido através dabomba injetora após um número desejado de estágio debombas, o gás é capaz de se misturar com o fluido de umaforma que a bomba centrífuga pode manejar.

Embora a invenção tenha sido mostrada em apenasuma de suas formas, deve ser evidente para aqueles versadosna técnica que ela não é assim limitada, mas está sujeita avárias alterações sem se afastar do escopo da invenção. Porexemplo, o caixão poderia compreender um alojamentolocalizado no solo oceânico, mais propriamente do quedentro de um furo no solo oceânico. O alojamento poderiaser orientado horizontalmente, ou inclinado, maispropriamente do que verticalmente.

Claims

1. Aparelho para bombear um fluxo de fluidocontendo gás e líquido, o aparelho caracterizado porcompreender:um conjunto de bomba submergível elétrica, oconjunto de bomba tendo uma admissão e um tubo de descargapara descarregar fluido;uma bomba injetora conectada em série com oconjunto de bomba; eao menos um tubo de extração tendo umaextremidade superior localizada dentro de uma bolha de gáse uma extremidade inferior conectada à bomba injetora paraaspirar o gás a partir da bolha de gás para dentro da bombainjetora.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a bomba injetora compreende:um difusor tendo uma porção convergente amontante, uma porção central de diâmetro reduzido, e umaporção divergente a jusante; e em quea extremidade inferior do tubo se estende até aporção central do difusor.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que:o conjunto de bomba inclui um eixo acionadogiratoriamente por um motor elétrico; eo difusor é formado em torno do eixo, o qualpassa através de um centro do difusor.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o conjunto de bombacompreende uma bomba centrífuga superior e uma bombacentrífuga inferior e a bomba injetora é posicionada entrea bomba centrífuga superior e a bomba centrífuga inferior.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o tubo tem um diâmetrointerno substancialmente menor do que um diâmetro internodo tubo de descarga.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a bomba injetora e o tubo deextração são instalados em um alojamento no solo oceânico.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o aparelho de bomba no solooceânico é instalado em um caixão tendo uma entrada em umaextremidade superior para receber um fluxo de fluidocontendo gás e líquido, e o aparelho compreende ainda:uma coberta circundando ao menos uma porção doconjunto de bomba dentro do caixão, a coberta tendo umaentrada em uma extremidade inferior para receber o fluidofluindo para dentro do caixão.

8. Aparelho de bomba de fluido de solo oceânico,caracterizado por compreender:um caixão instalado em um solo oceânico e tendouma entrada em uma extremidade superior para receber umfluxo de fluido contendo gás e líquido;um conjunto de bomba submergível elétrica dentrodo caixão, o conjunto de bomba tendo uma admissão e um tubode descarga se estendendo vedadamente através de uma porçãosuperior do caixão;uma bomba injetora acoplada em série com oconj unto de bomba;uma coberta circundando ao menos uma porção doconjunto de bomba dentro do caixão, a coberta tendo umaextremidade superior vedada em torno do conjunto de bomba euma entrada em uma extremidade inferior para receber ofluido fluindo para dentro do caixão, o fluxo descendentedo fluido em torno da coberta fazendo com que ao menosparte do gás contido nesse lugar se separe e se acumule emuma porção superior do caixão; eao menos um tubo tendo uma extremidade superioracima da coberta dentro da porção superior do caixão e umaextremidade inferior é conectada à bomba injetora paraaspirar o gás que se acumula no caixão para dentro da bombainjetora.

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato de que a bomba injetora compreende:um difusor tendo uma porção convergente amontante, uma porção central de diâmetro reduzido, e umaporção divergente à jusante; e em quea extremidade inferior do tubo se estende até aporção central do difusor.

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que:o conjunto de bomba inclui um eixo acionadogiratoriamente por um motor elétrico; eo difusor é formado em torno do eixo, o qualpassa através de um centro do difusor.

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato de que o conjunto de bombacompreende uma bomba centrífuga superior e uma bombacentrífuga inferior e a bomba injetora está posicionadaentre a bomba centrífuga superior e a bomba centrífugainferior.

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato de que a extremidade superior dotubo está localizada acima da coberta.

13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato de que o tubo tem um diâmetrointerno substancialmente menor do que um diâmetro internodo tubo de descarga.

14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato de que a bomba injetora estálocalizada acima da coberta.

15. Método de bombear um fluido de poço a partirde um solo oceânico, caracterizado por compreender:(a) conectar uma bomba injetora em série com umconjunto de bomba submergivel elétrica e instalar a bombainjetora e o conjunto de bomba elétrica em um alojamento;(b) conectar ao menos um tubo da bomba injetorade tal modo que uma extremidade superior do tubo estejadentro de uma porção superior do alojamento;(c) fazer fluir um fluido contendo um gás eliquido para dentro do alojamento e operar o conjunto debomba, fazendo com que o fluido flua para dentro de umaadmissão do conjunto de bomba, o qual descarrega o fluidoatravés do tubo de descarga para fora do alojamento; e(d) extrair o gás que se acumula na porçãosuperior do alojamento através do tubo e para dentro dabomba injetora, a qual descarrega o gás para dentro do tubode descarga.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15,caracterizado por compreender ainda:manter um nível do líquido no alojamento abaixoda extremidade superior do tubo.

17. Método, de acordo com a reivindicação 15,caracterizado pelo fato de que a etapa (a) compreendeainda:posicionar a extremidade superior do tubo acimade uma coberta circundando ao menos uma porção do conjuntode bomba dentro do alojamento, a coberta tendo uma entradae uma extremidade inferior para receber o fluido fluindopara dentro do alojamento.

18. Método, de acordo com a reivindicação 15,caracterizado pelo fato de que a etapa (a) compreendeainda:conectar a bomba injetora entre uma bombacentrífuga superior e uma bomba centrífuga inferior.

19. Método, de acordo com a reivindicação 15,caracterizado pelo fato de que o alojamento compreende umcaixão, e em que a etapa (c) compreende ainda:fazer fluir o fluido descendentemente para dentrodo caixão, de tal modo que ocorra uma separação pela açãoda gravidade que resulta no gás sendo liberado a partir dolíquido e se acumulando na porção superior do caixão.

20. Método, de acordo com a reivindicação 15,caracterizado pelo fato de que o alojamento compreende umcaixão, e em que a etapa (a) compreende ainda:posicionar a extremidade superior do tubo acimade uma coberta circundando ao menos uma porção do conjuntode bomba dentro do caixão, a coberta tendo uma entrada emuma extremidade inferior para receber o fluido fluindo paradentro do caixão; eem que a etapa (c) compreende ainda fazer fluir ofluido descendentemente para dentro do caixão, de tal modoque ocorra uma separação pela ação da gravidade que resultana liberação do gás a partir do líquido e acúmulo na porçãosuperior do caixão.