ES2600431T3 - Colector de partículas para ciclón dinámico y sistemas que comprenden el mismo - Google Patents

Colector de partículas para ciclón dinámico y sistemas que comprenden el mismo Download PDF

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Abstract

Sistema submarino colector de partículas, adecuado para ser colocado en el fondo del océano y para la separación de partículas de un fluido de un pozo (30), el cual comprende: - un ciclón dinámico que comprende un tanque (2) provisto de una abertura de entrada superior (25) y aberturas de salida superior e inferior (26,32) para la salida del líquido y las partículas, respectivamente, - un colector de partículas que comprende un tanque de presión (12) para la recogida de partículas, estando dicho tanque de presión (12) dispuesto corriente abajo del ciclón dinámico y conectado a través de una entrada (18) a la abertura de salida inferior (32) del ciclón, en el que el tanque de presión (12) comprende un colector (13) con al menos una parte superior parcialmente abierta, y el tanque de presión (12) comprende además un eyector (14) que está dispuesto para suministrar líquido a través de una entrada (8) al colector (13 ) y para expulsar una mezcla de fluido con las partículas del colector (13) a través de una salida (16), caracterizado porque el colector (13) tiene forma de cubo y está dispuesto para descansar en el baño líquido y sobre el medidor de peso (15 ) en el tanque (12).

Description

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DESCRIPCION
Colector de partfculas para ciclon dinamico y sistemas que comprenden el mismo.
La presente invencion se refiere a un sistema submarino colector de partfculas, adecuado para ser colocado en el fondo del oceano y para la separacion de las partfculas de un fluido de un pozo, comprendiendo dicho sistema un ciclon dinamico que comprende un tanque provisto de una abertura de entrada superior y aberturas de salida superior e inferior para la salida del lfquido y las partfculas, respectivamente, y un colector de partfculas que comprende un tanque de presion para la recogida de las partfculas, estando dicho tanque de presion dispuesto corriente abajo del ciclon dinamico y conectado a traves de una entrada a la abertura de salida inferior del ciclon. La invencion tambien se refiere a metodos para la separacion de partfculas de arena con la ayuda del sistema colector de partfculas.
En la produccion de petroleo/gas en las plataformas, con frecuencia aparecen partfculas de arena en el flujo del pozo. Gran parte de la arena se asienta en grandes tanques de produccion (separadores). Anteriormente, se hada preciso detener la produccion y abrir los separadores para eliminar la arena manualmente. Para quitar la arena durante la produccion, los separadores son inyectados con la ayuda de boquillas que empujan la arena hacia una tubena de drenaje y la envfan a un ciclon de arena. Un desarenador dinamico (ciclon) se ha utilizado en varias plataformas para inyectar los separadores. Al conectar el ciclon en un bucle con el separador, se puede separar la arena y devolver el agua limpia al separador. Esto puede llevarse a cabo a alta presion sin detener la produccion de petroleo/gas. Como los separadores tambien se pueden colocar en el fondo del oceano, este sistema sera adecuado para la eliminacion submarina de arena.
En la puesta en marcha de un nuevo pozo de petroleo, habra restos de lodo de perforacion, de los taladros del pozo y partfculas que deben ser eliminadas antes de que el pozo se disponga a la produccion de petroleo y gas. Al conectar el ciclon entre el cabezal del pozo y la instalacion de procesamiento, el ciclon puede eliminar las partfculas no deseadas de la corriente del pozo antes de que la corriente avance en la instalacion de procesamiento. Esto reducira el desgaste de la tubena corriente abajo, las bombas, las valvulas, los equipos, etc. Esta tecnologfa tambien se puede utilizar cuando el cabezal del pozo se encuentra en el fondo del oceano (pozo satelite). Mediante la preparacion del ciclon para operaciones subacuaticas, se abrira un nuevo mercado para las pruebas de pozos submarinos.
En consecuencia, es un objeto de la presente invencion proporcionar una solucion que evite las desventajas descritas anteriormente, y que proporcione una recogida y un manejo de dichas partfculas mejorados.
Un separador de partfculas dinamico se conoce a partir la patente noruega NO 313580 (correspondiente al documento WO 03/099448 A1), la cual se refiere a un separador de partfculas o ciclon en dos pasos para su aplicacion en la separacion de partfculas de un flujo de lfquido, de gas o de ambos. El separador de partfculas puede ser utilizado especialmente para, por ejemplo, la separacion de partfculas de arena del petroleo y del gas en las tubenas de produccion de petroleo, la separacion de partfculas en la industria de procesamiento o la separacion de partroulas en, por ejemplo, un suministro de agua. La separacion de las partroulas tiene lugar en dos pasos, de manera que las partroulas mas grandes en algunos casos siguen primero la pared interna de un deposito y caen fuera de este, mientras que en el segundo paso, se hace circular el flujo de gas o el flujo de lfquido junto con las partroulas a traves de una sistema de paletas motorizado fuera y dentro de una carcasa de tubo integrado con ranuras, lo que hace que las partroulas finas sean impulsadas de forma activa hacia el borde del deposito por la fuerza centnfuga debido a una densidad de masa mas grande que el fluido. A partir de ahi, caeran hacia el fondo del deposito debido a las fuerzas gravitatorias, de donde son expulsadas afuera o a otro tanque subyacente para la recogida de partroulas o a un sistema de drenaje, al mismo tiempo que el lfquido es conducido de forma continua a traves de un tubo de salida conectado a la parte de arriba del tanque de presion superior.
Del estado de la tecnica cabe tambien mencionar WO 2004/003335 A2, GB 2342057 A y US 5,853,597. El documento WO 2004/003335 A2 muestra un sistema de subacuatico con un hidrociclon, en contraste con el ciclon dinamico que se utiliza en la presente invencion, para la separacion de arena del agua del mar y un tanque de almacenamiento de arena para la recogida de la arena que se separa del agua del mar. En el documento WO 2004/003335 A2 no hay tanque con un colector abierto que descansa en un bano lfquido y sobre un medidor de peso, como se describe en la presente solicitud.
El tanque de acuerdo con la invencion comprende un eyector para el suministro de lfquido y la expulsion de una mezcla de fluido con partroulas. Esto no se conoce en el documento GB 234 057 A. Segun el documento US 5,853,597, el tanque de presion no se coloca corriente abajo de un ciclon.
Tambien se hace referencia a WO 95/07325 A1 y WO 02/076567 A1.
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Para las compares petroleras la separacion de partfculas, por ejemplo, durante la produccion de petroleo conlleva a grandes costes y un esfuerzo considerable ya que las partfculas de arena provocan danos en el equipo a traves del cual se bombea el petroleo. Las partfculas conducen, entre otras cosas, a la erosion de los sistemas de tubenas con el resultado de riesgos de seguridad y tambien a la obstruccion de los filtros. Hasta ahora, el equipo que se utiliza para la separacion ha dependido del tamano de partfcula y la velocidad del flujo del lfquido y/o gas en el que se pueden encontrar.
Los objetos anteriormente mencionados se consiguen con un sistema colector de partfculas como el que se describe en las caractensticas de la reivindicacion independiente 1, en que el tanque de presion comprende un colector con al menos una parte superior parcialmente abierta, un bano lfquido y un medidor de peso, donde el colector tiene forma de cubo y esta dispuesto para descansar en el bano lfquido y sobre el medidor de peso en el tanque, y el tanque de presion comprende ademas un eyector que esta dispuesto para suministrar lfquido al colector a traves de una entrada y expulsar del colector a traves de una salida una mezcla de fluidos con partfculas .
Realizaciones preferidas alternativas se describen en las reivindicaciones dependientes 2-5, en donde el cubo tiene una forma exterior correspondiente a la forma interior del tanque, aunque con un diametro y una longitud inferiores. El medidor de peso puede estar dispuesto en una zona del fondo del tanque de manera que el colector se apoya sobre el medidor de peso.
Un filtro, tal como un filtro de membrana, puede estar dispuesto entre la parte superior del cubo y el tanque de presion, para impedir que las partfculas se separen en el bano de lfquido entre el cubo y el tanque. Ademas, un procesador de senal puede ser conectado al medidor de peso, dispuesto para controlar el eyector.
Dicho objeto se consigue tambien con un metodo segun se describe en la parte caracterizante de las reivindicaciones independientes 6 y 8.
Metodo para la separacion de partfculas de arena de un separador, en el que el separador esta colocado en el fondo del oceano dispuesto para recibir las partfculas de arena de un pozo, y en el cual mediante la conexion del separador a un sistema que comprende un ciclon dinamico y un colector de partfculas, segun se ha indicado anteriormente, el lavado de agua con partfculas de arena desde el separador se agrega a una entrada del ciclon y el agua limpia de lavado se devuelve al separador desde el ciclon, mientras que las partfculas de arena se quedan atrapadas en el colector de partfculas.
Metodo para la separacion de partfculas de arena de una corriente del pozo desde un cabezal del pozo, mediante la conexion de un flujo para la corriente del pozo a un sistema que comprende un ciclon dinamico y un colector de partfculas, segun indicado anteriormente, estando dicho flujo conectado a una entrada del ciclon dinamico y quedando las partfculas de arena de la corriente del pozo atrapadas en el colector de partfculas, mientras que el lfquido o el gas de retorno son enviados a una tubena externa o a un separador.
Realizaciones preferidas alternativas de los metodos se dan en las correspondientes reivindicaciones dependientes 7 y 9, en donde las partfculas de arena, que se acumulan en dicho colector de partfculas cuando el cubo de recogida esta lleno, se envfan a un deposito de recogida externo con la ayuda de un eyector.
La invencion se describe a continuacion mas detalle con ayuda de las figuras adjuntas, en donde:
Las Figuras 1 y 2 muestran un ciclon dinamico conocido.
La Figura 3 muestra un colector de partfculas segun la invencion.
La Figura 4 muestra un sistema de acuerdo con la invencion, donde el ciclon dinamico y el colector de partfculas estan conectados entre el cabezal del pozo y un tanque de almacenamiento de la arena.
La Figura 5 muestra un sistema segun se muestra en la figura 4, donde tambien se incorpora un separador para la arena.
La Figura 6 muestra una combinacion de las soluciones mostradas en las figuras 4 y 5.
Un ciclon conocido como se describe en el documento anteriormente mencionado NO 313.580 se muestra en las figuras 1 y 2. El flujo de partfculas junto con el lfquido y/o gas es conducido a traves de un tubo de entrada 25 a un tanque 2 con una tapa 3. Una carcasa de tubo interior 4 con ranuras que discurren longitudinalmente 12 se fija en el tanque. En el medio de esto gira un eje 5 con un numero variable de palas del rotor 6. La rotacion del eje es accionada por un motor no especificado 1, que puede ser electrico, neumatico o hidraulico. El motor hidraulico, neumatico o electrico 1 puede ser incorporado en la tapa superior 3 o en el tanque 2 de una manera no especificada aqrn, o ser colocado en el exterior de la tapa 3. La tapa 3 esta fijada, de una manera no especificada aqrn, a la parte superior del tanque 2 que contiene la carcasa de tubo interior 4. Las partfculas mas grandes en el medio que fluye, debido a la velocidad del flujo, seguiran en la mayona de los casos la pared exterior del tanque 2 y por medio de las
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fuerzas gravitatorias caeran a traves de la tubena de salida 32. En algunos casos, un primer paso pasivo dara lugar a la separacion de las partmulas mas grandes. Las partmulas mas finas y ligeras se mezclaran con el lfquido y el gas en el tanque 2, en el interior y en el exterior de la carcasa de tubo 4. Debido a la circulacion del medio que resulta a consecuencia de la rotacion de las palas 6, las partmulas mas finas seran tambien expulsadas hacia los bordes a traves de la carcasa de tubo 4 que, en una segunda etapa de separacion, amplifica la fuerza centnfuga e impulsa las partmulas a traves de las ranuras 12. Una barrera de gas con forma de cono 38 evita que el gas en el medio del tanque 2 penetre en el tubo de salida 32.
El lfquido y el gas se extraen a traves de una abertura 10 en la tapa 3 del tanque debido a la presion, y son expulsados a traves de la tubena de salida 26. Esto se debe a que son los elementos con menor densidad de masa en el medio corriente y porque el tanque 2 se alimenta continuamente de nuevo lfquido, gas y partmulas.
Un ciclon dinamico 2 como se describe anteriormente, con un colector de partmulas 12, se puede colocar en el fondo del oceano conectado a un cabezal del pozo 30 (como se muestra en la figura 4). La corriente del pozo desde el cabezal del pozo se lleva a traves de una entrada 20 a la entrada 25 y a traves del ciclon 2, y se limpia de partmulas. La corriente del pozo puede llevarse ademas al colector del pozo. En el colector 12, las partmulas se acumulan preferiblemente en un colector 13, en forma de, por ejemplo, una cubeta de peso, con, por ejemplo, una celula de peso 15 que proporciona un control de la cantidad de partmulas que se extraen de la corriente del pozo. Ademas, un procesador de senal 36 puede ser conectado al medidor de peso 15 para controlar el eyector 14. Cuando el colector de partmulas 12 esta lleno, una valvula entre el ciclon y el colector 12 se cerrara para aislar la presion de la corriente del pozo. Una lmea de descarga de presion 7 se abre para purgar la presion a la atmosfera del fondo del oceano. El eyector 14 consigue conducir el agua desde una lmea 8 que aspira las partmulas con, por ejemplo, el 50% de lfquido y vacfa la cubeta de peso para enviar las partmulas aun mas lejos, por ejemplo, a un tanque de almacenamiento mas grande 9. Como se muestra en la figura, este tanque de almacenamiento mas grande 9 se puede colocar cerca o a cierta distancia del colector de partmulas 12. Una bomba de circulacion 17 acciona el bucle 11, 8,16 para el transporte de las partmulas/el lfquido. Una o mas celulas de peso 10 pueden estar dispuestas en el tanque de almacenamiento 9 para controlar la cantidad de partmulas en el tanque de almacenamiento 9.
El paquete del ciclon con la bomba puede estar dispuesto en su propia rampa de descarga que se coloca en una plantilla submarina a traves de cables de grna desde un buque en la superficie. Esto asegura que el paquete del ciclon se pueda instalar/desmovilizar para operaciones temporales. El tanque de almacenamiento tiene el mismo sistema para el transporte de las partmulas a los buques en la superficie. Y mas operaciones pueden dar lugar al cambio de los tanques de almacenamiento, mientras que el paquete del ciclon permanece sobre ell fondo del oceano.
El colector de partmulas 12 para la recogida de Kquido/partmulas recibe la separacion de partmulas desde el ciclon dinamico 2 preferiblemente a traves de una entrada 18 en la parte superior. Segun se ha mencionado, el colector 13 puede tener forma cubo con una parte superior abierta y con un diametro y una longitud inferiores al colector y se monta en la parte inferior del tanque. El colector de partmulas 12 puede tener la forma del tanque de presion. Ademas, puede ser llenado con el lfquido entre el tanque de presion y la cubeta de peso y, alternativamente, un filtro de membrana 34 puede estar dispuesto en la parte superior para asegurar que las partmulas no se separan en este espacio intermedio. El cubo esta colocado en el fondo del deposito de presion sobre una celula de peso 15 de tipo electrico o hidraulico. La celula de peso 15 informa de la cantidad de partmulas recogidas en la cubeta de peso con diferente peso espedfico de las partmulas y fluidos.
El eyector 14 puede ser accionado por un fluido a presion desde la entrada 8 y el cual mezcla y arrastra las partmulas de la cubeta de peso con una mezcla de, por ejemplo, 50/50% de partmulas/fluido en el mismo. La mezcla de partfculas/lfquido se expulsa a traves de la salida 16.
Un tubo de nivelacion 19 puede estar dispuesto entre la entrada 25 del ciclon 2 y la salida de las partmulas 16 en el colector de partmulas 12. Ademas, una entrada 21 para inyectar desde el separador 28 puede estar conectada a la entrada 25 del ciclon.
Las figuras 5 y 6 muestran un sistema para la separacion de partmulas de arena de un separador 28 en el cual el separador se coloca en el fondo del oceano dispuesto para recibir las partmulas de arena de un pozo 30. Como se puede ver, el separador 28 esta conectado al ciclon dinamico 2 con el colector de partmulas 12 en un bucle. El lavado de agua con partmulas de arena desde el separador 28 se agrega a la entrada 25 del ciclon y el agua limpia de lavado se devuelve al separador 28 mientras que las partmulas de arena quedan atrapadas en el colector de partmulas 12.
La figura 4 muestra un sistema para la separacion de partmulas de arena de una corriente del pozo desde un cabezal del pozo 30, donde un flujo 20 para la corriente del pozo se conecta a la entrada 25 del ciclon dinamico 2 con el colector de partmulas 12. Las partmulas de arena de la corriente del pozo quedan atrapadas en el colector de partmulas 12 mientras que el lfquido de retorno o el gas de retorno son enviados a traves de una tubena 22, 23 al separador 28 o por medio de una tubena externa 24.

Claims (9)

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    REIVINDICACIONES
    1. Sistema submarino colector de partfculas, adecuado para ser colocado en el fondo del oceano y para la separacion de partfculas de un fluido de un pozo (30), el cual comprende:
    - un ciclon dinamico que comprende un tanque (2) provisto de una abertura de entrada superior (25) y aberturas de salida superior e inferior (26,32) para la salida del lfquido y las partfculas, respectivamente,
    - un colector de partfculas que comprende un tanque de presion (12) para la recogida de partfculas, estando dicho tanque de presion (12) dispuesto corriente abajo del ciclon dinamico y conectado a traves de una entrada (18) a la abertura de salida inferior (32) del ciclon, en el que el tanque de presion
    (12) comprende un colector (13) con al menos una parte superior parcialmente abierta, y el tanque de presion (12) comprende ademas un eyector (14) que esta dispuesto para suministrar lfquido a traves de una entrada (8) al colector (13 ) y para expulsar una mezcla de fluido con las partfculas del colector
    (13) a traves de una salida (16), caracterizado porque el colector (13) tiene forma de cubo y esta dispuesto para descansar en el bano lfquido y sobre el medidor de peso (15 ) en el tanque (12).
  2. 2. Sistema segun la reivindicacion 1,
    caracterizado porque el cubo tiene una forma exterior correspondiente a la forma interior del tanque (12), pero con menor diametro y longitud.
  3. 3. Sistema segun las reivindicaciones 1 o 2,
    caracterizado porque el medidor de peso (15) se coloca en una zona del fondo del tanque (12), de modo que el colector (13) esta dispuesto para descansar sobre el medidor de peso.
  4. 4. Sistema segun las reivindicaciones 2-3,
    caracterizado porque un filtro (34), tal como un filtro de membrana, esta dispuesto entre la parte superior del colector con forma de cubo y el tanque de presion (12), dispuesto para evitar que las partfculas se separen en el bano de lfquido entre el colector y el tanque.
  5. 5. Sistema segun las reivindicaciones 2-4,
    caracterizado porque un procesador de senal (36) esta conectado al medidor de peso (15), dispuesto para controlar el eyector (14).
  6. 6. Metodo para la separacion submarina de partfculas de arena de un separador (28), en el que se coloca el separador en el fondo del oceano dispuesto para recibir las partfculas de arena de un pozo (30), caracterizado porque:
    se conecta el separador (28) a un sistema que comprende un ciclon dinamico (2) y un colector de partfculas (12) segun una o mas de las reivindicaciones 1-5, en el que el lavado de agua con partfculas de arena desde el separador (28) se agrega a una entrada (25) del ciclon (2) y el agua de lavado limpia se devuelve al separador (28) desde el ciclon (2), mientras que las partfculas de arena quedan atrapadas en el colector de partfculas (12).
  7. 7. Metodo segun la reivindicacion 6,
    caracterizado porque las partfculas de arena acumuladas en el colector de partfculas (12) cuando el cubo colector (13) esta lleno, se envfan a un tanque colector externo (9) con la ayuda de un eyector (14).
  8. 8. Metodo para la separacion de partfculas de arena de una corriente del pozo desde un cabezal del pozo (30), caracterizado porque se conecta un flujo (20) para la corriente del pozo a un sistema que comprende un ciclon dinamico (2) y un colector de partfculas (12) segun una o mas de las reivindicaciones 1-5, estando dicho flujo (20) conectado a una entrada (25) del ciclon dinamico (2), y porque las partfculas de arena de la corriente quedan atrapadas en el colector de partfculas (12) mientras que el lfquido o gas de retorno son enviados a una tubena externa o a un separador (28).
  9. 9. Procedimiento segun la reivindicacion 8,
    caracterizado porque las partfculas de arena, que se acumulan en dicho colector de partfculas (12), cuando el cubo 5 colector (13) esta lleno, se envfan a un tanque de recogida externo (9) con la ayuda de un eyector (14).
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