BRPI0920074B1

BRPI0920074B1 - disposição de separador e método para desviar gás de uma bomba de líquido em um sistema de produção.

Info

Publication number: BRPI0920074B1
Application number: BRPI0920074A
Authority: BR
Inventors: John Daniel Friedeman; Bjørn Erik Kvilesjø
Original assignee: Vetco Gray Scandinavia As
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2009-10-26
Publication date: 2019-01-15
Also published as: GB2476748A; GB2476748B; BRPI0920074A2; US8622067B2; US20110259430A1; NO328938B1; NO20084507L; BRPI0920074B8; GB201104546D0; WO2010049781A1

Description

DISPOSIÇÃO DE SEPARADOR E MÉTODO PARA DESVIAR GÁS DE UMA BOMBA DE LÍQUIDO EM UM SISTEMA DE PRODUÇÃO

Campo Técnico da Invenção

A presente invenção está correlacionada com disposições em sistemas de produção de múltiplas fases que apresentam um baixo teor de gás e, mais especificamente, a uma disposição de separador e a um método, através do qual um gás é separado de um fluido de produção, tal como, um 10 fluido de poço, e novamente introduzido no dito fluido, pelo menos parcialmente separado, no lado de descarga de uma bomba de líquido.

As áreas de aplicação da presente invenção, tipicamente, incluem, mas não exclusivamente, uma 15 instalação offshore, tal como, uma instalação submarina, ou uma instalação terrestre, para extração e/ou processamento de um fluido de poço, tipicamente, de um poço de produção de hidrocarbonetos.

Antecedentes da Invenção e Estado da Técnica

Os dispositivos separadores são amplamente usados na produção de hidrocarbonetos para separar fluidos de produção em seus componentes constituintes de petróleo, gás e/ou água. Esses dispositivos, basicamente, funcionam com o 25 princípio de que os três componentes são de diferentes densidades, o que resulta em uma estratificação com um gás numa região superior, petróleo numa região intermediária e água numa região do fundo de um recipiente ou tanque separador, se os fluidos forem passados lentamente através 30 do separador.

A presente invenção é especialmente útil na produção de hidrocarbonetos em campos de petróleo, onde existe um baixo teor de gás nos fluidos de produção, ou como parte de um sistema de separação aplicado na produção

de fluidos de poços que normalmente não contêm gás. Quando em uso, a presente invenção efetua a purga do gás, caso ocorra o surgimento de gás devido, por exemplo, a uma ocorrência fora da operação especificada, ou temporariamente, e/ou devido a que a pressão do sistema é reduzida. Essa situação pode rapidamente surgir em um único sistema líquido (não-compressível), como resultado, por exemplo, de um volume retido e isolado ser resfriado, levando a uma redução de pressão e temperatura, seguido de uma ocorrência de flasheamento/vaporização instantânea do gás.

objetivo da invenção é evitar que o gás livre no fluido que passa por uma bomba de líquido seja usado para alimentar os fluidos de produção, como, por exemplo, os fluidos de poço para uma instalação matriz. 0 gás livre, nesse caso, irá diminuir o desempenho da bomba, ou seja, a sua capacidade de liberar pressão diferencial. 0 gás livre pode se acumular no separador e precisar ser removido. Uma convencional saída de gás com linha de fluxo direta, tal como, um riser (colunas de tubos) para uma instalação matriz, não será funcional nesse caso, baseado em dois princípios: primeiro, e devido à velocidade do fluxo, o gás será resfriado no sistema de riser de gás, que pode resultar na formação de hidratos no mesmo e, depois, pelo fato de que a produção de líquido no riser de gás, devido à baixa velocidade do fluxo, pode causar uma obstrução do líquido no dito riser de gás.

Resumo da Invenção

Assim, um objetivo da presente invenção é de evitar que qualquer gás livre seja provavelmente liberado, como resultado do gás dissolvido no líquido separado.

Esse objetivo é alcançado através da disposição de separador e do método definido nas reivindicações

independentes. As modalidades vantajosas da invenção são definidas nas reivindicações dependentes.

Resumidamente, é proporcionada uma disposição de separador em um sistema de produção de múltiplas fases que apresenta um baixo teor de gás, tipicamente, inferior a 1%, compreendendo um vaso separador fechado, tendo um topo e uma base, uma entrada para fluidos de produção em um nível de admissão e, pelo menos, uma saída para o líquido pelo menos parcialmente separado disposta em um nível inferior ao nível de admissão. A saída do vaso separador pode ser conectada a uma bomba de líquido disposta a jusante do referido vaso. 0 separador é caracterizado por um acumulador de gás disposto em uma derivação da bomba, o acumulador de gás tendo uma extremidade de entrada que pode ser conectada a uma região ou ponto de topo do vaso, e uma extremidade de saída que pode ser conectada a um lado de descarga da bomba, para comunicação de fluxo entre o vaso e o lado de descarga da bomba, em que numa região próxima de sua extremidade de admissão, o acumulador de gás é conectado a uma fonte de suprimento de líquido de injeção, que pode ser controlada através de uma válvula, para ser injetado no lado de descarga da bomba, através do acumulador de gás.

Numa modalidade preferida, o acumulador de gás é proporcionado como um vaso de pressão, compreendendo um volume isolado entre o separador e a descarga da bomba, cujo acumulador é disposto inclinado a partir de uma extremidade da entrada inferior para uma extremidade da saída superior.

Vantajosamente, uma primeira válvula a montante do acumulador de gás é operável para isolar o acumulador de gás do vaso, e uma segunda válvula a jusante do acumulador de gás é operável para isolar o acumulador de gás do l-ado de descarga da bomba. A primeira válvula e a segunda

válvula podem ser controladas para mudar os modos do acumulador de gás de descarga e acúmulo.

Vantajosas modalidades da invenção incluem, por exemplo, um acumulador de gás compreendendo uma seção tubular ou uma extensão tubular modelada na forma de um pedaço de tubo reto ou numa configuração de hélice, ou ainda um acumulador de gás compreendendo um determinado número de seções individuais de tubos, dispostos numa relação lado a lado. Outra modalidade prevê um acumulador de gás compreendendo um determinado número de seções individuais de tubos, dispostas numa forma de feixe. Uma estrutura de manifold pode ser disposta para distribuir o líquido de injeção para o acumulador de gás.

De modo análogo, é proporcionado um método para desviar um gás de uma bomba de líquido, em um sistema de produção de múltiplas fases que apresenta um baixo teor de gás, compreendendo a etapa de estratificação de componentes de fluido em um vaso separador, a partir do qual um líquido, pelo menos parcialmente separado, é transportado através da bomba. 0 método é caracterizado pelas etapas de: dispor um acumulador de gás com uma extremidade de entrada em comunicação de fluxo com uma região ou ponto de topo do vaso separador, e uma extremidade de saída em comunicação de fluxo com um lado de descarga da bomba;

- isolar o acumulador de gás do lado de descarga da bomba em um modo de acumulação; e

- purgar o gás acumulado do acumulador de gás para o lado de descarga da bomba, injetando um líquido de injeção dentro do acumulador de gás, em um modo descarga.

Numa modalidade preferida, o método compreende a etapa de injetar o líquido dentro do acumulador de gás, numa região próxima da extremidade de admissão do dito acumulador de gás. Como líquido de injeção, podem -s-e-n

usados, por exemplo, um fluido hidráulico, um inibidor de hidratos ou diesel.

Descrição Detalhada de Modalidades Preferidas da Invenção

Uma disposição de separador e um método em um sistema de produção de múltiplas fases, que apresenta um baixo teor de gás, tipicamente, inferior a 1%, serão mais detalhadamente explicados abaixo, fazendo-se referência ao único desenho anexo esquemático, indicado pela Figura 1. Assim, com referência à figura 1, a referência numérica (1) indica um vaso separador, disposto para separação ou estratificação de fluidos de poços em seus componentes, que se constituem, tipicamente, de petróleo, gás e água. Tipicamente, os fluidos de poços não-processados são introduzidos dentro do vaso através de uma entrada (2) , disposta em um nível superior. 0 líquido processado, tipicamente, petróleo, é descarregado através de uma saída (3), disposta em um nível intermediário. No fundo ou base do vaso (1), é disposta uma adicional saída (4) para descarregar a água produzida que se acumula numa região do fundo do vaso (1). A saída (3) é conectada ao lado de entrada de uma bomba (5) , que é ativada para transporte do líquido separado, através de uma linha de fluxo (6), no lado de descarga da bomba (5) . A seta (F) indica a direção do fluxo do sistema.

De acordo com a invenção, e a fim de evitar qualquer quantidade de gás livre na bomba de líquido (5), um acumulador de gás (7) é disposto como uma derivação de desvio da bomba (5) . O acumulador de gás (7) , preferivelmente, é proporcionado como uma seção tubular, conforme ilustrado na figura. 0 acumulador de gás (7) apresenta uma extremidade de admissão que pode ser conectada a uma região ou ponto de topo do vaso (1) .—Uma— primeira válvula (8) é disposta, podendo ser mudada, de

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modo a permitir comunicação de fluxo do vaso para o acumulador de gás, quando da posição aberta da válvula (8). O acumulador de gás (7) apresenta ainda uma extremidade de saída que pode ser conectada ao lado de descarga da bomba (5) . Além disso, uma segunda válvula (9) é disposta, podendo ser mudada, de modo a permitir comunicação de fluxo com o lado de descarga da bomba, quando da posição aberta da válvula (9) . Vantajosamente, o acumulador de gás (7) é disposto inclinado, a partir de uma extremidade de entrada inferior, para uma extremidade de saída superior.

Numa região próxima de sua extremidade de entrada, o acumulador de gás (7) é conectado a uma fonte de suprimento de líquido, através de uma terceira válvula (10) . A válvula (10) pode ser controlada para introduzir líquido sob pressão dentro do acumulador de gás (7). A válvula (10) para introdução de líquido sob pressão pode ser uma válvula de controle ou uma válvula de isolamento em combinação com uma bomba. O líquido em questão, tipicamente, pode ser metanol ou diesel, podendo ser injetado a partir de uma fonte de suprimento disposta numa instalação matriz, caso apropriado.

O sistema pode ser modificado entre um modo de acumulação e um modo de descarga, conforme será agora explicado. Quando em operação, o gás que se desenvolve no vaso (1) , se eleva através da válvula aberta (8) para dentro do acumulador de gás (7). O gás em elevação é retido no acumulador de gás pela válvula (9), que é mudada para a posição fechada, desse modo, isolando o acumulador de gás (7) do lado de descarga da bomba (5) em um modo de acumulação. Em intervalos de tempo previamente estabelecidos, ou baseados na detecção de gás, a válvula (8) é fechada, desse modo, isolando o acumulador de gás (7) do vaso (1). As válvulas (9) e (10) são depois modificadas para a posição aberta, para proporcionar comunicação de

fluxo com o lado de descarga da bomba (5) , em um modo de descarga. 0 líquido sob pressão então se descarrega do acumulador de gás para o lado de descarga da bomba, purgando qualquer gás que tenha se acumulado no acumulador de gás, através da linha de fluxo (6), a jusante da bomba (5) .

sistema é depois modificado de novo para o modo de acumulação, mediante fechamento das válvulas (9) e (10) e modificando a válvula (8) para a posição aberta. Qualquer líquido restante no acumulador de gás (7) será eventualmente sangrado, através da válvula (8), para dentro do vaso separador (1).

Assim, são evitados volumes de gases livres na bomba, através da separação e acumulação de gás a montante da bomba, e ainda reintrodução do gás no fluido de produção a jusante da bomba, por meio de injeção de líquido.

Modificações Possíveis

Embora projetado como uma seção tubular reta na modalidade ilustrada, o acumulador de gás pode ser implementado com outras configurações.

Assim, por exemplo, caso uma maior capacidade de acúmulo de gás seja exigida, o acumulador de gás (7) pode ser projetado na forma de uma hélice, podendo, alternativamente, ser composto de um determinado número de tubos individuais dispostos na forma de feixe, ou dispostos lado.

pode ser estrutura pode ser

Nos últimos inj etado no de manifold.

vertical ou dois casos, acumulador de

Em cada caso, líquido de descarga gás através de o acumulador de quase horizontal, ou disposto uma gas em qualquer inclinação entre a extremidade vertical e a orientação quase horizontal. Além disso, colocações......

8/8 alternativas das válvulas (9) e (10) podem ser possíveis, diferentes daquelas ilustradas na figura.

Os fluidos de produção que entram no vaso separador podem ser uma mistura de fluidos de poço, 5 conforme descrito acima por meio de exemplo. No entanto, pode ser também qualquer outro tipo de mistura de fluidos que necessite ser separada, dependendo da aplicação específica.

A bomba de líquido, conforme descrito acima, pode 10 ser uma bomba de única fase, tal como, uma bomba centrífuga. O termo bomba de líquido deve também ser entendido em um sentido amplo, de modo a incluir todos os tipos de máquinas de deslocamento de líquidos.

A presente invenção é definida pelas reivindicações anexas, incluindo todas as modificações aqui mencionadas, assim como, quaisquer modificações não mencionadas que, obviamente, serão concebíveis para um especialista versado no presente segmento da técnica.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Disposição de separador em um sistema de produção de múltiplas fases, compreendendo um vaso separador fechado (1) tendo um topo e uma base, uma entrada (2) para fluidos de produção em um nível de admissão e, pelo menos, uma saída (3) para o líquido pelo menos parcialmente separado em um nível de saída inferior, a saída do vaso separador podendo ser conectada a uma bomba de líquido (5) disposta a jusante do vaso, caracterizada pelo fato de que um acumulador de gás (7) é disposto em uma derivação da bomba (5), o acumulador de gás (7) tendo uma extremidade de entrada que pode ser conectada a uma região de topo do vaso e uma extremidade de saída que pode ser conectada a um lado de descarga da bomba, para comunicação de fluxo entre o vaso e o lado de descarga da bomba, em que numa região próxima de sua extremidade de admissão, o acumulador de gás (7) é conectado a uma fonte de suprimento de líquido de injeção, que pode ser controlada através de uma válvula (10), para ser injetado no lado de descarga da bomba, através do acumulador de gás.
2. Disposição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o acumulador de gás é um vaso de pressão, que compreende um volume isolado entre o separador e a descarga da bomba, cujo acumulador é disposto de modo inferior, inclinado a partir da extremidade de entrada na direção da extremidade de saída superior.
3. Disposição, de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de apresentar uma primeira válvula (8) , disposta a montante do acumulador de gás, operável para isolamento do acumulador de gás (7) do vaso (1), e uma segunda válvula (9), disposta a jusante do acumulador de gás, operável para isolamento do acumulador de gás (7) do lado de descarga da bomba (5), em que a primeira válvula e a segunda válvula podem ser controladas para mudar os modos de descarga e de acumulação do acumulador de gás.
4. Disposição, de acordo com quaisquer das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o acumulador de gás compreende uma seção tubular modelada na forma de um pedaço de tubo reto.
5. Disposição, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que o acumulador de gás compreende uma seção tubular modelada numa configuração de hélice.
6. Disposição, de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o acumulador de gás compreende um determinado número de seções individuais de tubos, dispostos em uma relação lado a lado.
7. Disposição, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que o acumulador de gás compreende um determinado número de seções individuais de tubos, dispostos em um modelo de feixe.
8. Disposição, de acordo com as reivindicações 6 ou 7, caracterizada pelo fato de que uma estrutura de manifold distribui o líquido de injeção para o acumulador de gás.
9. Método para desviar um gás de uma bomba de líquido (5), em um sistema de produção de múltiplas fases, compreendendo a etapa de estratificação de componentes—de partir r

líquido, pelo menos parcialmente separado, é transportado através da bomba (5) , caracterizado pelas etapas de:

- dispor um acumulador de gás (7) com uma extremidade de entrada em comunicação de fluxo com uma região de topo do vaso separador, e uma extremidade de saída em comunicação de fluxo com um lado de descarga da bomba;

- isolar o acumulador de gás do lado de descarga da bomba em um modo de acumulação; e

- purgar o gás acumulado do acumulador de gás para o lado de descarga da bomba, injetando um líquido de injeção dentro do acumulador de gás, em um modo descarga.
10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de injetar o líquido dentro do acumulador de gás numa região próxima da extremidade de entrada do acumulador de gás.
11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dentre um fluido hidráulico, um inibidor de hidratos ou diesel é usado como líquido de injeção.