BR102014004572A2

BR102014004572A2 - utilização de fluido de controle como fluido de barreira para motores elétricos acoplado à bombas submarinas

Info

Publication number: BR102014004572A2
Application number: BR102014004572A
Authority: BR
Inventors: Eduardo Wong Cardoso; Leonardo Salino Cunha; Nicholas Jhon Fletcher; Steven Kronemberger
Original assignee: Fmc Technologies Do Brasil Ltda
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2015-12-29
Also published as: AU2015222707A1; US20170009772A1; EP3112582A1; WO2015127524A1; SG11201607131UA; EP3112582A4

Abstract

utilização de fluido de controle como fluido de barreira para motores elétricos acoplados à bombas submarinas a presente invenção trata da utilização de fluido de controle à base de água em sistemas submarinos como fluido de barreira para motores elétricos (2) acoplados à bombas submarinas (1). para tanto, uma mangueira (hfl) (12) é disposta entre uma unidade de terminação de umbilical (9) através de uma placa (mqc) (7) e o motor elétrico (2) da bomba submersa (1). essa instalação racionaliza espaço na unidade flutuante pela diminuição de equipamentos empregados para sua realização, como também na logística de produtos e desses equipamentos.

Description

"UTILIZAÇÃO DE FLUIDO DE CONTROLE COMO FLUIDO DE BARREIRA PARA MOTORES ELÉTRICOS ACOPLADOS À BOMBAS SUBMARINAS” Campo da Invenção [01] A presente invenção trata da utilização de fluido de controle de equipamentos de produção de hidrocarbonetos como fluido de barreira para motores elétricos acoplados à bombas submarinas.

Histórico da Invenção [02] Até o presente momento a utilização de bombas submarinas tem apresentado resultados muito positivos para o aumento da produção de óleo e gás em campos submarinos no Brasil e no mundo.

[03] Essa tecnologia começou a ser utilizada para produção de hidrocarbonetos em campos terrestres e, com o desenvolvimento de campos marítimos, sua aplicação foi estendida para poços submarinos.

[04] Além da utilização de bombas como ferramenta para bombeio de hidrocarbonetos, essas bombas também são utilizadas para injeção de água em um reservatório produtor ou de descarte.

[05] As Bombas Centrífugas Submersas (BCS) são o tipo de bombas centrífugas mais utilizadas para produção de petróleo. Essas bombas foram inicialmente concebidas para operar dentro dos poços e por isso são construtivamente longas e esguias. Para operar, elas não precisam de suprimento externo de fluido de barreira para o motor, pois o fluido de barreira é isolado e compensado em relação ao processo através de um conjunto de selos, que isola a bomba do motor.

[06] Com o aumento da demanda de bombas para utilização submarina foram desenvolvidos novos conceitos de sistemas de bombeamento, mais adequados para utilização no leito marinho.

[07] Em aplicações de bombas de superfície, geralmente o alojamento do motor elétrico está em comunicação com o ambiente em sua volta, de tal maneira que a cavidade interna do motor é preenchida com ar. Quando o motor está acoplado a uma bomba, esta bomba tem um sistema de selagem no eixo que impede o vazamento do fluido bombeado (fluido de processo) para o meio ambiente.

[08] Esse selo é conhecido como selo mecânico, dinâmico ou rotativo. Por ser um selo que precisa vedar contra duas superfícies com movimento relativo entre elas, a vedação não é completamente eficaz, permitindo um pequeno vazamento do fluido de processo para fora do compartimento da bomba.

[09] Existe, em geral, um compartimento aberto, entre o motor e a bomba, que garante que qualquer vazamento do fluido de processo seja recolhido e encaminhado para descarte adequado. Nas aplicações submarinas, porém, o escape de qualquer quantidade de fluido de processo para o ambiente é inaceitável, pois isto significaria a contaminação da água do mar.

[010] Um método comumente utilizado para controlar vazamentos do selo é eliminar o espaço aberto entre o selo da bomba e do motor, de modo que vazamentos de fluido de processo provenientes da bomba sejam obrigados a entrar no alojamento do motor. O motor em si é totalmente vedado da água do mar ao seu redor por selos estáticos. Para que o fluido de processo não entre no motor, sua cavidade interna é preenchida com outro fluido, chamado fluido de barreira.

[011] Em bombas tipo BCS, o fluido de barreira é separado do fluido de processo através de um conjunto de selos que tem por objetivo equalizar as pressões entre processo e fluido de barreira, permitir expansão e contração do fluido de barreira devido à variação de temperatura e isolar o fluido de processo do fluido de barreira. Nesse caso, o compartimento do motor é preenchido com óleo dielétrico antes da instalação da bomba em seu local de operação e não se faz necessário o suprimento contínuo de fluido de barreira de uma fonte externa. Além disso, não é preciso controlar a pressão de forma ativa, nem é previsto consumo de fluido de barreira. Este arranjo simplifica a operação, porém tende a reduzir a vida útil do equipamento.

[012] Em bombas projetadas para operar no leito marinho, a solução mais comum é utilizar apenas um selo separando o fluido de processo do fluido de barreira, solução significativamente mais compacta que a utilizada para BCS. Porém, com esse arranjo, não é possível garantir, que não ocorrera contaminação (vazamento através do selo) do fluido de barreira com o fluido de processo.

[013] Para prevenir a contaminação do fluido de barreira, o mesmo é mantido a uma pressão superior ao fluido de processo no lado da bomba. Assim, qualquer vazamento pelo selo do eixo ocorrerá somente no sentido do motor para a bomba. De modo geral, tais vazamentos são pequenos e não impactam significativamente o funcionamento dos equipamentos submarinos.

[014] Nesse caso, como existe um consumo pequeno, porém constante, de fluido de barreira, se faz necessária uma fonte externa para suprir este fluido e também para fornecer a pressão necessária para garantir a sobrepressão no compartimento do motor.

[015] O fluido de barreira também tem como finalidade lubrificar os mancais da bomba e do motor, além de ajudar no gerenciamento térmico do equipamento.

[016] Uma vez que o enrolamento do motor é exposto a este fluido de barreira, geralmente se escolhe um fluido com propriedades dieiétricas. Assim, mantém-se o isolamento do enrolamento mesmo que existam pequenos defeitos no isolamento de esmalte dos fios do enrolamento - um problema que não existe para o motor convencional com ar.

[017] O fluido dielétrico é tipicamente um óleo mineral de baixa viscosidade. A baixa viscosidade é desejável para minimizar as perdas oriundas do arraste causado pela presença do líquido no espaço entre o rotor e o estator. Escolhe-se óleo mineral devido às suas boas propriedades dieiétricas.

[018] Por ser um fluido específico, não utilizado em outras funções presentes nos equipamentos submarinos, é necessário criar uma infraestrutura dedicada para suprir este fluido, desde logística para fornecimento deste à plataforma, até equipamentos que são instalados na plataforma e no ambiente submarino para direcionamento do fluido de barreira até a bomba.

[019] Os problemas e dificuldades para utilização do fluido de barreira começam nas características e propriedades requeridas pelo mesmo. Para manter as propriedades dieiétricas e garantir a integridade do motor, é necessário um controle rigoroso da contaminação por água, mesmo em pequenas proporções. Além disso, este óleo tem grande tendência a absorver umidade do ambiente o que exige testes periódicos para avaliar o teor de água no fluido armazenado.

[020] O fornecimento do fluido de barreira para o motor submerso envolve vários aspectos conforme descrito a seguir: [021] O fluido é comprado especialmente - não existe outro uso para este fluido no ambiente de plataformas de produção de petróleo. No caso das plataformas brasileiras este fluido é importado, já que não há produção nacional. Ele é transportado em bombonas até a plataforma na qual a bomba está conectada, e estocado até requerido para completar o reservatório da unidade de pressurização.

[022] A unidade de pressurização, ou unidade de potência hidráulica (HPU), é instalada nesta plataforma e dedicada a suprir fluido de barreira, que é pressurizado através de bombas elétricas e acumuladores. Válvulas de controle permitem o direcionamento do fluido para o umbilical que por sua vez conduz o fluido até a bomba submarina.

[023] Além do custo de compra do fluido, aquisição e instalação da unidade hidráulica, há grandes inconveniências operacionais para monitorar o suprimento do fluido em tempo hábil, já que o armazenamento de grande quantidade deste fluido se torna inviável devido à falta de espaço na plataforma. Esta falta de espaço também é crítica para instalação da unidade hidráulica.

[024] Outra limitação técnica é a passagem do fluido pelo “swiveí’, no caso de plataforma com "turret", exigindo a disponibilidade de uma passagem dedicada.

Breve Descrição das Figuras [025] A presente invenção e seu modo preferencial de execução serão a seguir descritos em referência às figuras em anexo, que de uma forma esquemática e não limitativa de seu escopo, representam: [026] - A Figura 1 ilustra uma vista esquemática das instalações para utilização de fluido de barreira em motores elétricos acoplados à bombas submarinas, segundo o estado da técnica.

[027] - A Figura 2 ilustra uma vista esquemática da instalação para utilização do fluido de controle como fluido de barreira para motores elétricos acoplados à bombas submarinas, de acordo com a presente invenção.

[028] A utilização de fluido de barreira segundo o estado da técnica representado na Figura 1 compreende uma instalação composta por duas unidades de potência hidráulica (HPU), dois umbilicais e duas conexões na plataforma, independentes para o processo de gerenciamento de fluido de barreira para motores elétricos acoplados à bombas submarinas e para o fluido de controle para o sistema submarino, respectivamente.

[029] A instalação representada na Figura 2, objeto da presente invenção, configura uma única unidade de potência hidráulica (HPU), um único umbilical e consequentemente uma única interface com a plataforma; tanto para o fluido de barreira como para o fluido de controle; o qual utiliza o mesmo fluido para ambos os propósitos.

Descrição Detalhada da Invenção [030] Em sistemas marítimos, o controle dos equipamentos de produção submarinos é tipicamente hidráulico. Para tal, é instalada na plataforma uma unidade de potência hidráulica (HPU) que fornece, através de um umbilical, fluido pressurizado para o sistema submarino. A distribuição desse fluido para os diversos consumidores -válvulas, chokes e módulos de controle — se dá através de mangueiras (HFL) e acoplamentos hidráulicos (MQC).

[031] É objetivo da presente invenção proporcionar meios de utilização do fluido de controle e a infra-estrutura já disponível na plataforma e no ambiente submarino como fluido de barreira para o motor de bombas submarinas. A implementação da presente instalação compreende a reconfiguração da distribuição hidráulica submarina. Em casos específicos, pode ser necessária alguma modificação na HPU da plataforma, como aumento dos reservatórios, dos acumuladores ou vazão das bombas.

[032] A regulagem de pressão dentro do compartimento do motor é feita por um conjunto de válvulas reguladoras montadas juntas a bomba, ficando a HPU de controle responsável por fornecer uma pressão constante de fluido que é direcionado à bomba.

[033] A instalação objeto da presente invenção poderá ser melhor entendida pela descrição detalhada a seguir com relação à Figura 2, onde referências numéricas iguais identificam os mesmos elementos na Figura 1.

[034] Em uma plataforma (10) é disposta uma única unidade de potência hidráulica (HPU) (5), provida de fluido de controle hidráulico à base de água, a qual é conectada a um umbilical (6) até a unidade de terminação de umbilical (9), e onde normalmente um módulo de controle (8) e válvulas e chokes (11) estão interligados através de placas de acoplamentos hidráulicos (MQC) (7). Uma mangueira (HFL) (12) é provida de modo a realizar a ligação entre a unidade de terminação de umbilical (9), através de uma das placas (MQC) (7), e o motor elétrico (2) da bomba (1) de forma que o fluido de controle hidráulico à base de água possa ser também utilizado como fluido de barreira no conjunto motor e bomba centrífuga. Essa instalação permite se obter sobre pressão do fluido de barreira em relação a entrada (3) do fluido de processo.

[035] Observa-se, assim, que as vantagens da adoção da instalação de acordo com a presente invenção, ao compartilhar o mesmo fluido para controle submarino como fluido de barreira proporciona: [036] - Do ponto de vista construtivo: A possibilidade do aproveitamento da infraestrutura existente na plataforma - HPU de controle; eliminando a necessidade de mais uma unidade de controle (HPU), otimizando assim, o espaço disponível na unidade flutuante, sem tanques reservatório de fluido de barreira, acumuladores, etc, na unidade de pressurização. A possibilidade do aproveitamento do umbilical de controle (não haverá necessidade de linhas extras para suprir fluido para o motor da bomba já que a redistribuição passará a ser submarina). O aproveitamento dos canais de hidráulica no “swivel", em caso de plataformas com “turret”;

[037] - Do ponto de vista de logística: Logística de fluidos / suprimentos marítimos/já existentes (não haverá necessidade de inserir um novo produto nos contratos de suprimento);

[038] - Do ponto de vista qualitativo: A qualidade de limpeza do fluido de controle é a mesma exigida para operação da bomba, ou seja, não haverá necessidade de mudar os requisitos de qualidade do fluido para utilizá-lo como fluido de barreira.

[039] Como se pode observar, a aplicação dessa nova instalação segundo a presente invenção diminui substancialmente o custo e a complexidade de implantação e operação de um sistema de bombeamento submarino. Além disso, como o motor elétrico já será projetado para trabalhar imerso em um fluido à base de água, a contaminação do fluido de barreira com o fluido de processo ou água do mar não acarretará falhas do motor por curto circuito.

Reivindicações

Claims

1. UTILIZAÇÃO DE FLUIDO DE CONTROLE COMO FLUIDO DE BARREIRA PARA MOTORES ELÉTRICOS ACOPLADOS À BOMBAS SUBMARINAS, do tipo em que uma unidade de terminação de umbilical (9) recebe um umbilical (6) da unidade de potência hidráulica (5) instalada numa plataforma (10) e fluido de controle para o sistema submarino (8, 11), caracterizado pelo fato de que uma mangueira (12) é disposta para ligação entre a unidade de terminação de umbilical (9) de fluido de controle, através de uma placa de acoplamento hidráulico (7) e entre o motor elétrico (2) da bomba submarina (1), de modo que dito fluido de controle seja o mesmo fluido de barreira.

2. UTILIZAÇÃO DE FLUIDO DE CONTROLE COMO FLUIDO DE BARREIRA PARA MOTORES ELÉTRICOS ACOPLADOS À BOMBAS SUBMARINAS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito hidráulico proveniente da unidade de potência hidráulica (5) realiza simultaneamente o processo de controle hidráulico do sistema submarino (8, 11) e utiliza-o como fluido de barreira para o motor elétrico (2) da bomba submarina (1).

3. UTILIZAÇÃO DE FLUIDO DE CONTROLE COMO FLUIDO DE BARREIRA PARA MOTORES ELÉTRICOS ACOPLADOS À BOMBAS SUBMARINAS, de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o fluido utilizado é um fluido à base de água.