BR0114180B1 - unidade de separação tubular inserìvel em uma caçamba ou tubo, para separar lìquido de uma corrente de multifase de gás/lìquido de fluxo ascendente e processo para separar lìquido de uma corrente de multifase de gás/lìquido de fluxo ascendente. - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "UNIDADE DESEPARAÇÃO TUBULAR INSERÍVEL EM UMA CAÇAMBA OU TUBO,PARA SEPARAR LÍQUIDO DE UMA CORRENTE DE MULTIFASE DEGÁS/LÍQUIDO DE FLUXO ASCENDENTE E PROCESSO PARA SEPA-RAR LÍQUIDO DE UMA CORRENTE DE MULTIFASE DE GÁS/LÍQUIDODE FLUXO ASCENDENTE".

A presente invenção refere-se a um método e aparelho inserívelem um tubo contendo pressão tubular (tal como em um poço de petróleo)caçamba, elevador de silo ou condutor para separar líquido de uma correntemultifase de gás/líquido que flui para cima. Mais particularmente, o método eaparelho podem prover uma solução para o problema de eliminar e removerlíquidos de um poço multifase, ou sistema elevador, onde o acúmulo de lí-quidos pode causar uma significativa perda de produção.

A figura 1 é uma ilustração esquemática exemplificativa de umafinalização de poço de hidrocarboneto. O poço não é mostrado em escala.

Um poço de produção de multifase, tal como o ilustrado na figura 1, pode tersua borda de poço localizada em um leito de mar, ou em uma plataforma, ouem terra. Para efeito de simplicidade, a invenção descrita tem a borda depoço mostrada na superfície.

Um poço 1 tem um invólucro de produção 2 na parte superior doqual é presa uma borda de poço 3 e uma árvore 4. Uma corda de tubo deprodução 5 é suspensa dentro de um invólucro 2. Um tubo da ponta 7 es-tende-se através de um bloqueador 8 no poço vivo acima da sapata 6 noinvólucro 2 a partir da parte inferior do tubo de produção 5. Um revestimentode invólucro de diâmetro menor, com uma sapata 9, pode ser posicionadoabaixo da primeira sapata 6. A mistura de água/hidrocarboneto a partir dosextratos, ou zonas, que suportam gás 10, geralmente milhares de pés abaixoda superfície 11, entra no poço acima das sapatas 6, 9 através de orifíciosapropriados, ou perfurações, indicados em 12 e flui para cima, através dotubo da ponta 7 e do tubo 5, via uma válvula de segurança subsuperfície 13na árvore 4 e, daí, através da tubulação apropriada 14 para uma instalaçãopara saída (não-mostrada). O fluxo de multifase entra acima das sapatas 6,9, conforme indicado pelas setas, juntamente com o gás, líquido e vapor, emuma pressão de formação PF. Uma condensação adicional de líquido podese formar acima das sapatas 6, 9 e no tubo 5 e resulta em um aumento sig-nificativo na densidade, resultando em uma pressão PW na parte inferior dotubo da ponta 7, resultando em uma pressão de retorno PH hidrostática quereduz o rendimento da produção e pode se elevar a um valor equivalente àpressão de formação PF. Nesse ponto, a produção cessa, tornando o poçoimprodutivo.

Portanto, tentativas foram feitas para evitar o problema e, con-vencionalmente, conforme mostrado esquematicamente na figura 2, tal obje-tivo foi atingido por meio de um ciclone no fundo do furo 15 que é provido naparte inferior do invólucro de produção 2, juntamente com uma combinaçãode bomba/motor elétrico 16/17. São providas cordas de tubo duplas 18, 19,com o líquido sendo bombeado, por exemplo, para a superfície através dacorda de tubo 18 e o gás, separado no ciclone 15, passa através da cordade tubo 19. Um sistema desse tipo geral é descrito na patente US-A-6 033567. Porém, um dos problemas com essa solução convencional é a substitu-ição da bomba. Bombas que operam continuamente, usadas para tal fim têmuma vida útil média de cerca de 12 meses, de modo que, em uma base ra-zoavelmente regular, o motor elétrico e a bomba 16, 17, têm que ser substi-tuídas, requerendo o que é conhecido como um "workover" a ser realizado.Isso envolve a remoção das cordas do tubo e é uma operação cara e queconsome tempo, o que interrompe a produção por um bom tempo. Para vo-lumes de líquido baixo, a bomba teria que ser parada e iniciada repetida-mente. Um outro problema surge no controle da bomba 17. Um sistema demedida sensível é requerido para fechar a bomba, para impedir que o gásseja retirado caso a remoção do líquido seja temporariamente completada.

Portanto, é necessário um sistema menos complexo e mais efi-ciente de separação de líquido.

Na patente US 4.805.697, é mostrada uma unidade de separa-ção tubular inserível em uma caçamba, ou tubo para separar líquido de umacorrente de multifase de gás/líquido que flui para cima, compreendendo:um separador de líquido centrífugo, induzido por fluxo, tendouma entrada de gás/líquido muítifase, uma saída de líquido e uma saída decorrente de gás; um conduto de transferência de líquido conectado à saídade líquido do separador de fluxo; e uma bomba para bombear líquido, dis-posta abaixo do separador e incluindo uma entrada de líquido de bomba co-nectado ao conduto de transferência de líquido e através do qual o líquidoseparado no separador é recebido, e uma saída de líquido bombeado atra-vés do qual o líquido separado é levado a fluir seletivamente.

De acordo com a presente invenção, a unidade de separação écaracterizada pelo fato da bomba ser uma bomba de acionamento a gás.

De preferência, o separador compreende um alojamento tubular;um orifício tubular central coaxial com o alojamento; e um flange helicoidalentre o alojamento e o orifício, a abertura de entrada de líquido/gás muítifaseno espaço anular entre o alojamento e o orifício, de modo que a misturagás/líquido seja levada a, em uso, fluir para cima em torno do espaço anular.

A unidade de separador pode incluir guias líquidos radiais, hori-zontais, montados em intervalos regulares na face superior do flange heli-coidal para direcionar qualquer líquido que flui para baixo na face superior doflange helicoidal. Posteriormente o separador pode ter uma pluralidade deaberturas no orifício central, cada uma disposta imediatamente adjacente aum respectivo guia de líquido radial e na parte superior do flange helicoidal,no lado superior do guia e para passar líquido internamente para dentro doorifício do separador. Uma pluralidade de aberturas pode ser incluídas noalojamento, cada uma disposta imediatamente adjacente a uma respectivaguia de líquido radial e no lado superior do flange helicoidal, no lado superiorda guia e para passar líquido para fora do separador. Um reforço pode serdisposto adjacente a cada abertura no orifício central, na parte interna doorifício central e aberta para baixo, para direcionar líquido para baixo em usoao longo da parte interna do orifício central.

Guias que se estendem longitudinalmente são preferivelmentemontadas na superfície interna do alojamento e posicionadas adjacente ásguias radiais de transferência de líquido para direcionar líquido para às guiasradiais.

Outras guias radiais de transferência de líquido podem ser dis-postas na parte inferior do flange helicoidal entre o alojamento e o orifíciocentral, cada um conectado à parte superior de uma respectiva guia paraextensão de líquido, para direcionar qualquer líquido bombeado na parteinferior do flange helicoidal, ou forçado para cima ao longo da guia para ex-tensão de líquido.

Podem ser providas aberturas no alojamento, cada uma dispostaimediatamente adjacente a uma respectiva guia líquida radial na parte inferi-or do flange helicoidal, no lado inferior da guia radial para passar líquido parafora do separador. De preferência, um reforço é disposto adjacente a cadaabertura no alojamento, na parte externa do alojamento e se abre para bai-xo, para direcionar líquido para baixo em uso ao longo da parte externa doalojamento.

Imediatamente adjacente à superfície superior de tal flange heli-coidal, em sua extremidade inferior, uma ou mais aberturas podem ser for-madas através do alojamento radialmente alinhado com aberturas corres-pondentes no orifício central, e uma vedação anular externamente ao aloja-mento disposto em uso entre o alojamento e a caçamba, ou tubo, no qual oalojamento é disposto e onde, em uso, o líquido entre o alojamento e a ca-çamba, ou tubo, é levado a fluir para baixo através do alojamento, através doespaço anular e para dentro do orifício central.

O orifício tubular central também pode prover o conduto detransferência de líquido e é preferivelmente conectado ao conduto tubularacima do separador para dentro do qual a saída da corrente de gás se abrepara permitir a saída da corrente de gás.

A saída do líquido bombeado da bomba conecta, preferivelmen-te, com um conduto que se estende para cima, através do orifício tubularcentral. Um suprimento de energia de bombeamento é adequadamente dis-posto através do orifício tubular central do separador.

A bomba inclui, preferivelmente, uma bomba acionada a gás quecompreende um alojamento; uma entrada de líquido, uma válvula de reten-ção que fecha a pressão da linha externa para receber líquido do conduto detransferência de líquido para a parte interna do alojamento da bomba; meiospara injetar gás na parte superior do alojamento da bomba através de umaválvula de retenção de fechamento de líquido; uma válvula de retenção depressão de linha de retorno disposta na parte inferior do alojamento da bom-ba; e uma linha de saída conectada através da parte inferior de um aloja-mento de bomba para a válvula de retenção de pressão de retorno de linha.

A invenção também inclui um método para remover líquido deuma corrente de multifase de gás/líquido que flui em uma caçamba ou tubo,incluindo: separar o líquido da corrente de gás/líquido de multifase centrifu-gamente em um separador de fluxo e o passa para a saída; transferir o líqui-do através de um conduto conectado à saída do separador de fluxo parauma bomba disposta abaixo do separador; e bombear a saída do líquido a-través do qual o líquido separado é removido.

De preferência, a corrente de gás/líquido multifase flui substan-cialmente de forma helicoidal dentro do separador. Para lidar com uma cor-rente de multifase gás/líquido com velocidade de baixa a média, o líquidoseparado flui para baixo, ao longo de uma parede de alojamento interna doseparador para a saída do líquido. Para lidar com um gás predominantemen-te de alta velocidade, a corrente de multifase gás/líquido, o líquido separadoé forçado para cima ao longo da parte interna de uma parede externa deseparador e é direcionado através da parede em um espaço entre a caçam-ba/tubo e o separador.

O método pode ser usado para separar líquido de uma correntede multifase de gás/líquido, predominantemente líquido.

Um exemplo de um método e aparelho de acordo com a presen-te invenção será agora descrito com referência aos desenhos em anexo nosquais:

A figura 1 é uma ilustração esquemática de uma compleição depoço de gás;

A figura 2 é um sistema de ciclone provido na parte inferior doinvólucro de produção;A figura 3 ilustra, diagramaticamente, de acordo com a invenção,uma seção longitudinal através de um poço;

A figura 4 mostra a extremidade inferior do poço em maiores de-talhes, em particular, detalhes de uma transferência líquida e um conduto deretenção, ou luva de retenção;

A figura 5 ilustra a parte superior de uma superfície de poço;As figuras 6 a 9 ilustram seções transversais longitudinais e par-ciais através de unidades do separador empregadas em uma unidade deacordo com a invenção;

A figura 10 mostra as três partes diferentes de um ciclo de bom-beamento para tal unidade;

As figuras 11 a 15 mostram vários estágios do ciclo de bombe-amento;

A figura 16 é um gráfico de pressões durante um ciclo típico debomba; e

A figura 17 ilustra, esquematicamente, todo o aparelho, tantolocalizado no fundo do furo quanto na superfície para prover um simples es-quema para ajudar a compreender as operações.

O conceito da presente invenção é ilustrado na figura 3. Umaunidade de separação tubular 20 inclui um ou mais separadores de líquidoinduzidos por fluido, centrífugo (dois, como mostrado), ou separadores 21,22 com uma entrada inferior 23 para a corrente multifase de gás/líquido aci-ma das sapatas 6, 9 através das perfurações 12, na parte inferior do invólu-cro 2 e no revestimento do invólucro acima da sapata 9. O líquido e o gássão separados nos separadores centrífugos 21, 22 e o líquido é separado dogás que passa através de um conduto, ou luva, de transferência 24 a partirde uma saída 25 em uma bomba 26, que é uma bomba de injeção de gás e,sob a pressão do gás alimentado à bomba através de uma linha de opera-ção 27, o líquido é removido através de uma linha de saída de líquido 28.

O gás separado é levado a fluir para o tubo de produção 5 e atéa árvore 4 para dentro do invólucro 2. A pressão e os monitores de tempera-tura 29 são providos como convencionais.A extremidade inferior do poço 1 é ilustrada em maiores detalhesna figura 4 que, em particular, mostra detalhes de transferência do líquido eo conduto, ou luva, de retenção 24 e a bomba de injeção de gás 26. Em ope-ração, o líquido separado nos separadores 21, 22 (como será descrito emmaiores detalhes posteriormente) é coletado na luva 24 após passar da saí-da 25 dos separadores 21, 22 via uma tubulação de entrada perfurada 30. Apartir da luva de armazenagem/transferência 24, a tubulação de saída 31estende-se para baixo, para dentro da bomba 26 e é girado através de 180°e tem uma saída fechada por uma válvula de retenção 32. A válvula de re-tenção 32 é aberta quando a pressão de líquido é suficiente na linha 31 efecha quando há uma pressão mais elevada na bomba 26. O líquido se a-cumula na bomba 26 e, como resultado da pressão de gás dentro da bomba26, é bombeado para fora, através da linha externa 28 via uma outra válvulade retenção 33. O gás é suprido da linha de operação de gás 27 através deuma válvula de retenção 34 que é operável para fechar a linha de operaçãode gás 27 para impedir o ingresso de líquido.

A figura 5 ilustra a parte superior de um poço de superfície 1,novamente de forma esquemática, e mostra a borda de poço 3 que suspen-de a parte superior do invólucro do poço 2 com o tubo de produção 5, a linhade operação de gás 27 e a linha de saída 28 mostrada que se estende atra-vés daí. Válvulas de segurança de subsuperfície 35, 36 são conectadas àlinha de operação 27 e à linha de saída de líquido 28, respectivamente, sen-do controlada por linhas hidráulicas 37, 38, respectivamente. A árvore 4 temum suspensor de tubo 40, uma tampa contra fogo 41, plugs de tubo de pro-dução 42, 43 e um orifício de saída de produção 44. Uma válvula mestre 45e uma válvula de isolamento de produção 46 também são mostradas na li-nha de saída 47. A válvula de segurança da subsuperfície do tubo de produ-ção 13 é operado via uma linha hidráulica 130 e o ar do invólucro, isto é, emtorno do tubo de produção 5 dentro do invólucro 2 é ventilado através de umrespiradouro 48 com válvulas apropriadas 49. As unidades de separaçãocentrífuga 21, 22 serão agora descritas em maiores detalhes com referênciaàs figuras 6 a 9. As unidades do separador 21, 22 são substancialmente i-dênticas e, portanto, apenas uma delas será descrita.

As figuras 6 a 7 mostram parte de uma unidade de separador,ao passo que as figuras 8 e 9 mostram toda a unidade.

A unidade do separador tem um alojamento tubular 210 que édimensionado para se encaixar à folga calculada para coletar o volume an-tecipado de líquido separado, dentro do invólucro do poço 2. Coaxial com oalojamento 210 encontra-se um orifício interno 211 que forma parte da saídade produção em uso. Dispostos de forma helicoidal em torno do orifício 211e ocupando toda a extensão radial do aro entre o orifício 211 e o alojamento210 encontra-se um flange 212. Adjacente ao lado inferior do flange, a inter-valos regulares do orifício 211, são providos guias que se estendem horizon-talmente, 213, que têm aberturas 214 através do alojamento 210. Para efeitode clareza, os diagramas mostram uma configuração diametralmente opos-ta. Disposto paralelo ao eixo do orifício 211 e do alojamento 210 estão dis-postos guias 215 e, acima do flange, estão dispostos guias radiais 216 adja-centes às guias radiais 216 no lado superior do flange 212 aberturas 217 e218, respectivamente, no alojamento de 210 e o orifício 211 são formados.

Cada uma das aberturas 214, 217, 218 tem um reforço correspondente 219disposto no lado de saída da abertura. Os reforços 219 provêem uma resis-tência para permitir que o gás saia através dos orifícios e impeça que o lí-quido flua para baixo, a partir da parte de cima, para trás no aro principal,especialmente em orifícios de poço desviados.

Na parte superior da unidade separadora 21, o orifício 211 é co-nectado à saída de corda do tubo de produção 5 por meio de uma conexãoconvencional 55 e através do orifício 211 e a corda do tubo 5 estende a linhade operação de gás 27 e a linha de saída de líquido 28. Um flange cilíndrico,parte cônico e parte propulsor 220 estende-se parcialmente através do arodo alojamento 210 em direção do orifício 211. Uma vedação Iimpadora 221veda a extremidade inferior do alojamento 210 dentro do invólucro 2 em tor-no da entrada de gás/líquido multifase 25.

O espaço acima de cada separador 21, 22 age como uma seçãode condensação, criando uma queda de pressão possível e uma velocidadeinferior por causa da área maior, criando, assim, outra queda de líquido econdensação. Além disso, o redemoinho final criado pelo flange 220 podecausar a precipitação da umidade na parede interna do invólucro 2 que correpara baixo e é coletada entre o invólucro e o alojamento do tubo 210. O gásé, então, canalizado para o tubo, move-se em elevada velocidade e impedeque mais líquido caia, permitindo que o líquido seja soprado para cima notubo.

A operação da unidade do separador será posteriormente des-crita.

A mistura de gás/líquido flui para cima sob pressão na parte infe-rior do poço 1 através do invólucro 2, entra no separador através da entradae é forçada a fluir em um trajeto helicoidal em torno do orifício 211 pormeio do flange helicoidal 212. O fluxo rotacional para cima faz com que olíquido seja separado do gás e jogado, centrifugamente, para fora contra aface interna do alojamento 210. É parcialmente coletado pelas guias longitu-dinais 215 e, então, sob gravidade, contanto que a velocidade do gás sejarelativamente baixa, o líquido coletado flui para fora do alojamento 210 atra-vés das aberturas 217, tendo sido aprisionados pelos guias radiais 216. De-pendendo do volume de líquido coletado, também pode fluir para dentro,através das aberturas 218 no orifício 211. O líquido que flui para baixo emtorno da parte externa do invólucro 210 flui para a parte inferior, onde é im-pedido de fluir mais ao longo da parte interna do invólucro 2 pela vedação221 e, então, flui para dentro através da abertura 217, através da extremida-de inferior do flange 212 e através da parte interna do orifício 211 via a aber-tura 218. Isso é visto mais claramente na figura 8, onde o fluxo do líquido émostrado em sombreado preto sólido.

A figura 9 ilustra a condição de velocidade elevada na qual olíquido separado do gás não pode fluir para baixo ao longo da parte internado alojamento 210, mas, em vez disso, flui para cima e, então, sai do aloja-mento através das aberturas 214, sendo aprisionado pelas guias de transfe-rência 213 do flange 212. Na parte superior da unidade do separador o flan-ge 220 provê um fluxo rotacional final para a corrente de gás existente emuma área de condensação mais ampla criando-se uma pressão inferior euma seção de velocidade inferior. Isso permite uma posterior condensação euma separação de líquido contra a superfície interna do invólucro 2. Qual-quer líquido que corre na parede interna do invólucro 2 será coletado entre oinvólucro 2 e o alojamento 210 e é apropriadamente canalizado através doconjunto.

O ciclo operacional do aparelho mostrado nas figuras 3 a 9 seráagora descrito ainda com referência às figuras 10 a 17.

A figura 10 mostra três partes diferentes do ciclo de bombea-mento, a bomba 26 e seus componentes associados sendo indicados muitoesquematicamente nas três vistas lado a lado. Durante a separação do líqui-do do fluxo de gás/líquido multifase, o líquido enche gradativamente a bom-ba 26 a partir da luva de conduto de transferência/armazenagem 24 via alinha de entrada 31 e a válvula de retenção 32. A válvula de retenção 34permanece aberta e permite que o gás de pressão baixa retorne através deuma válvula de saída 36 localizada na parte externa da árvore em uma uni-dade de controle. A entrada de gás que opera em pressão elevada 27 per-manece fechada por uma válvula 37. A válvula de retenção 33 permanecefechada pela pressão de linha hidrostática.

Uma vez que o volume de líquido coletado na bomba 26 se ele-vou de modo suficiente para fechar a válvula de flutuação 34, um sensor naunidade de controle detecta a queda de pressão e opera os controles paraabrir a válvula de entrada de gás 37 após fechar a válvula de ventilação 36 eo líquido é, então, levado a fluir através da válvula de retenção de saída 33 ea linha de saída de líquido 28 para a árvore 4. Uma vez que a bomba estávazia e o gás entra na linha 28. Um sensor na unidade de controle detecta aqueda no suprimento de pressão de gás devido à borda reduzida na linha deretorno 28, conforme mostrado na figura central, e fecha a válvula de entra-da 37 e abre a válvula de ventilação 36 para terminar a fase de bombeamen-to e permitir que o gás seja ventilado a partir da bomba 36. Recomeça, en-tão, o enchimento da bomba 26, conforme mostrado no lado direito da figura.

As figuras 11 a 15 mostram vários estágios do ciclo de bombe-amento, as válvulas de gás 36, 37 sendo mostradas como uma única válvulade fechamento com um controlador 38. A figura 11 mostra o líquido na bom-ba 26 em seu nível cheio como indicado pela linha pontilhada 39, a válvulade flutuação 34 sendo mostrada em sua posição fechada, e a linha 27 pres-sionada para baixo. Nesse ponto começa o bombeamento pelas válvulas deoperação 36, 37 e a figura 12 mostra o ponto do meio aproximado do estágiode bombeamento com o nível de líquido 39 tendo sido abaixado à posiçãomostrada sob a ação do gás de pressão elevada a partir da linha de gás o-peracional 27. A válvula de retenção 33 é aberta e um líquido é bombeadopara a árvore através da linha de saída 28, a válvula de flutuação 34 é aber-ta conforme indicado. A válvula de retenção 32 permanece fechada. No finaldo estágio de bombeamento, conforme mostrado na figura 13, a bomba 26 éefetivamente esvaziada e um gás de pressão elevada começa a fluir atravésda válvula de retenção 33, a mudança na pressão hidrostática na linha 28afeta a pressão na linha de operação de gás 27 que é detectada pelo sensor271 e a válvula 36, 37 é movida para permitir que o gás seja descarregadoatravés da válvula de retenção 34 e o líquido começa a encher a bomba 26através da entrada 31 através da válvula de retenção 32, conforme mostradona figura 14. A válvula de retenção 32 permanece aberta à medida que onível do líquido 39 se eleva acima desta e continua a encher a bomba 26,conforme ilustrado na figura 15, permitindo ainda a separação do gás do lí-quido devido à baixa pressão. Quando cheia, a válvula de retenção 34 é fe-chada. Recomeça, então, o bombeamento, conforme descrito acima.

Apenas como exemplo, mas observando que diferentes parâme-tros de poço irão resultar em diferentes curvas de desempenho, a figura 16mostra pressões durante um ciclo de bomba típico, o gráfico superior mostraas curvas de tempo/pressão e o gráfico inferior, o volume de líquido na bom-ba ao mesmo tempo que no gráfico superior. A figura 16 ilustra as etapasmostradas nas figuras 11 através de 15, as diferentes etapas sendo indica-das por numerais romanos correspondentes ao número da figura que mostraos diferentes estágios do ciclo. O volume de líquido na bomba é indicadopela linha inferior V. O gráfico superior mostra a pressão do orifício inferiorpela linha pontilhada PF1 a pressão de linha de operação de gás na árvorepela linha PGO e a linha de pressão de saída de gás na corda do tubo desaída pela linha pontilhada em cadeia PO. A etapa Xl ilustra o fechamentona posição com a bomba tendo sido enchida. Inicialmente, a pressão PF é apressão fechada do poço com a pressão de linha de operação PGO ventila-da para baixo, para a pressão da linha de saída de gás.

Ao abrir o poço, a pressão de linha de saída de gás PF cai paraa pressão de fluxo de gás. A linha de operação de gás é trocada com apressão de gás elevada que eleva PGO. Quando as pressões tiverem sidoestabilizadas, a etapa Xll começa.

A etapa Xll ilustra a bomba se esvaziando com uma pressão degás elevada constante mantendo PGO.

A etapa Xlll ilustra a bomba vazia e o fluido de deslocamento degás de pressão elevado na linha de retorno 28 e, subseqüentemente, ocorreuma perda na borda. A pressão na linha de operação do gás irá cair, diminu-indo a pressão PGO, até que o controle 38 reconheça que uma queda depressão em conjunto P1 é alcançada, o que troca as válvulas 36/37, confor-me mostrado na etapa XIV.

A etapa XIV ilustra o enchimento da bomba com o líquido atra-vés da linha 31 à medida que a pressão de linha de operação PGO descar-rega para baixo, para a pressão de linha de tubulação de descarga PO.Qualquer fluido na linha 28 é mantido no lugar pela válvula de retenção 33.Isso continua até que a bomba esteja cheia de líquido que fecha a válvula deretenção flutuante 34, conforme mostrado na etapa XV.

A etapa XV ilustra a bomba cheia com a válvula de retenção fe-chada 34, mas, à medida que a linha de operação de gás agora está sendodescarregada para a linha de descarga de gás, a linha de operação de gás ésubmetida a uma notável queda em pressão que o controlador pode detectarcomo P2. O controlador, então, troca as válvulas 36/37 para prover gás depressão elevada para a linha de operação de gás 27 que reinicia o ciclo,como na etapa XII.

Um exemplo de um sistema de operação que é externo à árvoreé mostrado na figura 17 que ilustra, esquematicamente, todo o aparelho,tanto localizado na superfície quanto abaixo, para prover um simples es-quema para ajudar a compreender as operações. Esse esquema mostra ogás produzido em linha 47 sendo controlado por um afogador 301 e líquidobombeado na linha 28 sendo mesclado abaixo da corrente da árvore para alinha de saída. As linhas de saída individuais poderiam ser usadas paramanter a separação.

O gás descarregado da linha 27 pode ser recirculado a partir dasválvulas 36/37, ou retirado da linha de descarga de gás 302 através de umaunidade de filtro/purificador 303 para um compressor de pressão elevada304. O fluxo de gás de pressão elevada é regulado por 305 antes de entrarna válvula 36/37. Para maximizar o uso de gás parcialmente ventilado parabaixo, uma válvula ativada por energia 306 é instalada para melhorar o de-sempenho. De modo alternativo, um suprimento de pressão elevada de gásseparado pode ser provido, ou uma linha de pressão baixa separada para ocompressor poderia ser usada. Um controlador 38 opera a árvore, monitoraas várias linhas de pressão e controles; o estrangulador 301, a válvula 36/37e o compressor, conforme instruções de operação em campo.

A operação da separação do aro no fundo do furo e o sistema debombeamento, quer seja na superfície (em terra, ou plataforma), ou submer-sa, pode ser operada na parte externa ao poço e a árvore observando-se asduas mudanças na etapa de pressão (P1 e P2)na linha de operação de gás27. Não há necessidade de sensores no poço, ou equipamento de dadosque poderiam ser suscetíveis à falha e impedir a produção do poço.

A finalização do poço discutida assume que o líquido separadoseja bombeado para cima da árvore, mas, em certas circunstâncias, parte doorifício do poço pode passar uma zona de despejo de líquido.

Para uma zona de despejo de líquido abaixo da zona de produ-ção, a linha de líquido 28 iria abaixo do poço, através de um obturador deisolamento entre as duas zonas para permitir a injeção de líquido na zonainferior.

Para uma zona superior, a linha de líquido terminaria acima doobturador 8 e perfurações apropriadas no invólucro 2 pela zona de despejode líquido permitiria a injeção.

Os diagramas todos mostraram, para efeito de simplicidade, osistema montado em um poço vertical, mas o sistema também irá operar empoços desviados (isto é, em ângulo). Para poços altamente desviados, a ve-dação 221 seria parte de uma extensão reta para o alojamento tubular 210com os orifícios acima das vedações em tubo através do orifício interno 211.O comprimento da extensão reta irá determinar o ângulo máximo desviadodo poço.

O sistema de separação poderia ser usado com outros tipos debomba (isto é, giratória elétrica, hidráulica ou acionada por gás). Se houverum volume elevado de líquidos separados. Em um sistema de caçamba, silo,elevador ou condutor há a opção de usar uma bomba externa à embarca-ção. Nesse cenário não há necessidade de árvore, contanto que seja provi-do um sistema apropriado de válvula.

Claims (23)

1. Unidade de separação tubular (20) inserível em uma caçambaou tubo, para separar líquido a partir de uma corrente de multifase degás/líquido de fluxo ascendente que compreende:um separador de líquido centrífugo induzido por fluxo (21, 22)tendo:uma entrada de gás/líquido multifase (23),uma saída de líquido (25), euma saída de corrente de gás (5);um conduto de transferência de líquido (24) conectado à saídade líquido (25) do separador de fluxo (21, 22); euma bomba (26) para bombear líquido, disposta abaixo do sepa-rador e incluindo:uma entrada de líquido de bomba (31) conectado aoconduto de transferência de líquido (24) e através da qual o líquido separadono separador (21, 22) é recebido, euma saída de líquido bombeado (28) através da qual olíquido separado é, em uso, levado a fluir seletivamente,caracterizada pelo fato de que:a bomba (26) é uma bomba de acionamento a gás a qual umalinha de gás de ventilação/fornecimento (27) é conectada, através de umaválvula de retenção, para fornecer gás para a bomba para operar a bomba epara permitir ventilação controlada da bomba.

2. Unidade de separação (20), de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que o separador (21, 22) compreende:um alojamento tubular (210);um orifício tubular central (211) coaxial com o alojamento; eum flange helicoidal (212) disposto entre o alojamento (210) e oorifício (211), a abertura de entrada de líquido/gás multifase (23) no espaçoanular entre o alojamento (210) e o orifício (211), de modo que a misturagás/líquido multifase seja levada a, em uso, fluir para cima em torno do es-paço anular.

3. Unidade de separação, de acordo com a reivindicação 2, ca-racterizada pelo fato de que inclui ainda guias líquidos radiais horizontais(216), montados em intervalos regulares na face superior do flange helicoidal(212) para direcionar qualquer líquido que flui para baixo na face superior doflange helicoidal (212).

4. Unidade de separação, de acordo com a reivindicação 3, ca-racterizada pelo fato de que inclui ainda uma pluralidade de aberturas(218) no orifício central (211), cada uma disposta imediatamente adjacente auma respectiva guia de líquido radial (216) e na parte superior do flange he-licoidal (212), no lado superior do guia e para passar líquido internamentepara dentro do orifício (211) do separador (21, 22).

5. Unidade de separação, de acordo com a reivindicação 3, ca-racterizada pelo fato de que inclui ainda uma pluralidade de aberturas(217) no alojamento (210), cada uma disposta imediatamente adjacente auma respectiva guia líquida radial (216) e na parte superior do flange helicoi-dal (212), no lado superior da guia para passar líquido para fora do separa-dor (21,22).

6. Unidade de separação, de acordo com a reivindicação 4, ca-racterizada pelo fato de que ainda inclui um reforço (219) disposto adja-cente a cada abertura (218) no orifício central (211), na parte interna do orifí-cio central (211) e aberta para baixo, para direcionar líquido para baixo emuso ao longo da parte interna do orifício central (211).

7. Unidade de separação, de acordo com qualquer uma das rei-vindicações 3 a 6, caracterizada pelo fato de que inclui uma pluralidade deguias de líquido que se estendem longitudinalmente (215) montados na su-perfície interna do alojamento (210) e posicionados adjacente aos guias lí-quidos radiais (216) para direcionar líquido para os guias radiais (216).

8. Unidade de separação, de acordo com a reivindicação 7, ca-racterizada pelo fato de que inclui ainda uma pluralidade de guias radiaisde transferência de líquido (213) adicionais dispostas na parte inferior doflange helicoidal (212), entre o alojamento (210) e o orifício central (211),cada uma conectada à parte superior de uma respectiva guia para extensãode líquido (215), para direcionar qualquer líquido bombeado na parte inferiordo flange helicoidal (212), ou forçado para cima ao longo da guia para ex-tensão de líquido (215).

9. Unidade de separação, de acordo com a reivindicação 8, ca-racterizada pelo fato de que inclui ainda uma pluralidade de aberturas(214) no alojamento (210), cada uma disposta imediatamente adjacente auma respectiva guia líquida radial (213) e na parte inferior do flange helicoi-dal (212), no lado inferior da guia radial (213) para passar líquido para forado separador (21, 22).

10. Unidade de separação, de acordo com a reivindicação 5 ou-8, caracterizada pelo fato de que inclui ainda um reforço (219) dispostoadjacente a cada abertura (214, 217) no alojamento (210), na parte externado alojamento (210) e se abre para baixo, para direcionar líquido para baixoem uso ao longo da parte externa do alojamento (210).

11. Unidade de separação, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 2 a 10, caracterizada pelo fato de que inclui ainda, imedia-tamente adjacente à superfície superior do flange helicoidal (212), em suaextremidade inferior, uma ou mais aberturas (217) através do alojamento(210) radialmente alinhado com aberturas correspondentes no orifício central(218), e uma vedação anular (221) externamente ao alojamento (210) dis-posto em uso entre o alojamento (210) e a caçamba, ou tubo, no qual o alo-jamento é disposto e onde, em uso, o líquido entre o alojamento (210) e acaçamba, ou tubo, é levado a fluir para baixo através do alojamento (210),através do espaço anular e para dentro do orifício central (211).

12. Unidade de separação, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 2 a 11, caracterizada pelo fato de que o orifício tubular cen-tral (211) também proporciona o conduto de transferência de líquido.

13. Unidade de separação, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 2 a 12, caracterizada pelo fato de que o orifício tubular cen-trai (211) é conectado com o conduto tubular acima do separador (21, 22)para dentro do qual a saída da corrente de gás (5) se abre para permitir asaída da corrente de gás.

14. Unidade de separação, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 2 a 13, caracterizada pelo fato de que a saída do líquidobombeado da bomba (26) conecta com um conduto (28) que se estende pa-ra cima, através do orifício tubular central (211).

15. Unidade de separação, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 2 a 14, caracterizada pelo fato de que inclui um suprimentode energia de bombeamento (27) disposto através do orifício tubular central(211) do separador (21, 22).

16. Unidade de separação, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 15, caracterizada pelo fato de que a bomba de aciona-mento de gás compreende:um alojamento;uma entrada de líquido (31), uma válvula de retenção que fechaa pressão da linha externa (32) para receber líquido a partir do conduto detransferência de líquido (24) para a parte interna do alojamento da bomba;meios para injetar gás na parte superior do alojamento da bom-ba através de uma válvula de retenção de fechamento de líquido (34);uma válvula de retenção de pressão de linha de retorno (33) dis-posta na parte inferior do alojamento da bomba; euma linha de saída (28) conectada através da parte inferior deum alojamento de bomba para a válvula de retenção de pressão de retornode linha (33).

17. Unidade de separação, de acordo com a reivindicação 15 ou-16, caracterizada pelo fato de que possui um sistema de operação externapara controlar e monitorar a operação da unidade.

18. Unidade de separação, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 17, caracterizada pelo fato de que ainda inclui um flange(220) disposto na parte superior do separador (20), no interior do alojamento(210).

19. Processo para separar líquido de uma corrente de multifasede gás/líquido de fluxo ascendente compreendendo as etapas de:separar o líquido a partir da corrente de gás/líquido de multifasecentrifugamente em um separador de fluxo (21, 22) e passá-lo para uma sa-ída (25);transferir o líquido através de um conduto (24) conectado à saí-da (25) do separador de fluxo (21, 22) para uma bomba (26) disposta abaixodo separador (21, 22);bombear o líquido para uma saída do líquido (28) através daqual o líquido separado é removido;caracterizado pelo fato de que o líquido é bombeado por umabomba de acionamento de gás para a qual gás é fornecido e ventilado deforma controlada através de uma linha de ventilação/fornecimento via umaválvula de retenção (34), para operar a bomba.

20. Processo, de acordo com a reivindicação 19, caracterizadopelo fato de que a corrente de gás/líquido multifase flui substancialmente deforma helicoidal dentro do separador (21, 22).

21. Processo, de acordo com a reivindicação 19, caracterizadopelo fato de ser para lidar com uma corrente de multifase gás/líquido comvelocidade de baixa a média, em que o líquido separado flui para baixo, aolongo de uma parede de alojamento interna (210) do separador (21, 22) paraa saída do líquido (25).

22. Processo, de acordo com a reivindicação 19, caracterizadopelo fato de ser para lidar com um gás predominantemente de alta veloci-dade, a corrente de multifase gás/líquido, em que o líquido separado é for-çado para cima ao longo da parte interna de uma parede externa de separa-dor (21, 22) e é direcionado através da parede em um espaço entre a ca-çamba/tubo e o separador.

23. Processo, de acordo com a reivindicação 19, caracterizadopelo fato de que é para separar líquido a partir de uma corrente multifasede gás/líquido, predominantemente líquido.