BRPI0400926B1 - Sistema de módulo de bombeio submarino e método de instalação do mesmo - Google Patents

Description

SISTEMA DE MÓDULO DE BOMBEIO SUBMARINO E MÉTODO DE INSTALAÇÃO DO MESMO

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção tem seu campo de aplicação dentre os equipamentos submarinos, instalados no fundo do mar, destinados à produção de petróleo e também tem aplicação ainda nos sistemas de injeção de água em reservatórios de hidrocarbonetos. Mais particularmente, a presente invenção está relacionada a módulos de bombeio acoplados a uma tomada intermediária de fluxo existente numa base submarina, possibilitando tanto a instalação como a recuperação a cabo destes módulos. A invenção diz respeito ainda ao método de instalação do dito módulo de bombeio.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO A produção de petróleo em alto mar requer a perfuração de poços submarinos e a instalação de equipamentos tais como uma árvore de natal, linhas de fluxo de petróleo, linhas de fluxo de injeção de gás e linhas de fluxo de injeção de água entre a cabeça dos poços e a unidade de produção. Esta unidade de produção pode estar localizada numa embarcação, numa plataforma ou até mesmo em terra. Árvores de natal são conjuntos de conectores e válvulas, instalados em cima da cabeça de um poço de petróleo, usadas para bloquear (abrir e fechar) e direcionar o fluxo dos fluidos produzidos ou injetados.

Quanto à maneira de disposição de suas válvulas em relação ao suspensor da coluna de produção localizada dentro do poço, existem dois tipos de árvore de natal molhada (ANM), as do tipo horizontais e as verticais ou convencionais. Em alguns casos, principalmente com árvore de natal molhada do tipo vertical, são utilizadas entre a árvore de natal molhada e a cabeça do poço um equipamento extra conhecido por base adaptadora de produção (BAP). A principal função da base adaptadora de produção é suportar tanto as linhas de fluxo de produção de petróleo e injeção de gás como também a coluna de produção do poço. Neste caso, o suspensor de tubulação fica travado na base adaptadora de produção e não na ANM. As linhas de fluxo suportadas pela base adaptadora de produção são conectadas com a árvore de natal molhada, e esta está conectada ao fundo do poço pela coluna de produção.

Como os poços produtores estão distantes da unidade de produção, é necessário manter em um nível suficiente as pressões de fluxo da cabeça do poço, de forma que os fluidos possam ser capazes de fluir na direção da unidade de produção, com um valor de vazão razoável para manter a economicidade do projeto.

Para aumentar o fluxo da cabeça do poço para a unidade de produção, são empregados diversos métodos de elevação. Um destes métodos utiliza bombas, como por exemplos bombas centrifugas submersíveis (BCS) instaladas no fundo dos poços produtores de petróleo e geralmente são acionadas por motor elétrico, sendo conhecidas em inglês por electrical submersible pump (ESP).

Após a instalação da BCS, da coluna de produção e da árvore de natal molhada no poço, qualquer intervenção para manutenção da BCS aumenta os custos e riscos operacionais inerentes a este tipo de operação tanto em relação aos equipamentos envolvidos como em relação ao meio ambiente.

De tempos em tempos é necessário efetuar manutenção ou reparo da BCS que está instalada dentro do poço. A retirada de uma BCS do poço submarino implica em interrupção (perda) da produção de petróleo por vários dias, bem como no uso de equipamentos adicionais e embarcações dotadas de sonda, para retirada da dita BCS e da coluna de produção, acarretando aumento do custo de produção. A patente US 6.497.287 mostra o emprego típico de uma bomba centrifuga submersível na produção de petróleo em alto mar.

Adicionalmente, a partir da patente US 5.280.766, já é conhecido que uma BCS, pode ser instalada ou recuperada no fundo do poço sem retirada da árvore de natal submarina por intermédio de uma tubulação flexível de aço conhecida por “coil tubing" ou “flexi tubo”. A partir do pedido PI 0301255-7 da requerente e aqui integralmente incorporado como referência, é sabido que é possível a utilização de um módulo de bombeio instalado e retirado à cabo por embarcação não sofisticada. Este módulo é composto por um corpo tubular fechado e um conector hidráulico, onde o dito conector é acoplado ao mandril de uma tomada intermediária de fluxo (TIF) estabelecendo uma comunicação hidráulica entre o módulo de bombeio com as cavidades (furos) daquele mandril, isto é sucção e descarga da bomba. Tal aplicação tem como desvantagem a necessidade de modificações no conjunto BAP/ANM alterando o padrão normal de fabricação, com aumento do peso, das dimensões e do custo do conjunto. Além disso quando o módulo de bombeio é montado na posição vertical sua extremidade superior ficará acima do topo da ANM, dificultando operações de intervenção leve destes poços, já que é necessária a retirada deste módulo para evitar o risco de colisão entre o riser/BOP de completação com o módulo, na operação de conexão para reentrada no poço. Outra desvantagem deste sistema é a dificuldade de aplicação do mesmo a poços existentes já que é necessária a troca da base adaptadora de produção (BAP), ou seja, obriga a recompletação do poço com retirada da coluna de produção. A partir das patentes US 4900433 e US 6036749, já é conhecido que um sistema separador vertical de óleo possui uma bomba similar a uma BCS, e que o conjunto separador/bomba é instalado dentro de um falso (dummy), poço construído com a única finalidade de acomodar o conjunto de separação e de bombeio, onde a bomba utilizada é similar a uma BCS com geometria bastante esbelta, isto é fina e comprida, e é projetada para trabalhar preferencialmente na posição vertical. É também sabido pela patente US 6688392, que é possível instalar um conjunto moto bomba, similar a uma BCS, ligado hidraulicamente a um falso (dummy) poço. Esta solução, entretanto apresenta as seguintes deficiências (limitações): o falso poço está ligado hidraulicamente com o fluxo proveniente do poço de petróleo, trabalhando pressurizado com petróleo. Em caso de corrosão do revestimento do falso poço é difícil a manutenção do mesmo que está enterrado no solo e não pode ser recuperado. Apesar de ser mencionado um desvio (by pass), na geometria proposta não é possível nem prevista a passagem de um “pig", dispositivo utilizado na limpeza da linha de fluxo, característica fundamental para garantia de escoamento de poços de petróleo. Também não foi descrito nenhum outro método de elevação para continuidade de produção em caso de falha do sistema de bombeamento proposto. O falso poço é construído convencionalmente, isto é, perfurado por broca e cimentado. Além disso, o método de instalação da bomba, requer uma embarcação com unidade de flexi tubo (coil tubing). A conexão do sistema de bombeamento proposto não possui vedação metal-metal.

Apesar dos desenvolvimentos anteriores, continua a existir uma necessidade no estado da arte para um sistema e método que possibilite tanto a instalação como a recuperação a cabo de um módulo de bombeio centrífugo, sem as deficiências anteriormente descritas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

As deficiências acima descritas do estado da arte são superadas de acordo com a presente invenção através da construção de um módulo de bombeio associado a um método de instalação ou recuperação a cabo, sendo o tal módulo apoiado e conectado a uma base estrutural disposta no fundo do mar numa distancia segura da ANM e sem interferência com as operações de reentrada do poço. A dita base estrutural pode estar simplesmente apoiada no solo marinho ou então estar suportada e encamisada (acoplada) a uma estaca oca, ou somente estar apoiada numa fundação tipo estaca. A configuração de um módulo de bombeio instalado dentro de uma estaca oca (modalidade preferida da presente invenção), cravada no solo marinho especialmente com esta finalidade, se distingue do estado atual da técnica pelo fato da invenção ora proposta apresentar como principal elemento diferenciador (inovador) que a dita estaca oca tem função única de suportar e acomodar o módulo de bombeio vertical, não fazendo parte do sistema de fluxo de petróleo. A instalação da dita estaca oca pode ser por métodos tradicionais tais como perfuração ou jateamento, ou ainda pelo conceito torpedo (pedido de patente brasileiro PI0106461), onde a dita estaca é largada a partir de uma determinada altura do solo marinho, para que a energia da queda crave a estaca oca no solo. O fluxo de petróleo passa pelo módulo de bombeio, que está ligado hidraulicamente ao poço produtor. Além disso, a presente invenção é construída de tal forma que possibilita a passagem de um “pig” (dispositivo de limpeza da linha) nas linhas de escoamento de fluxo. O acoplamento do módulo de bombeio com a base estrutural é feito através de um conjunto conector/mandril, com selagem metal-metal. Têm ainda como vantagem, a facilidade de retirada individual do módulo da bombeio, através de um barco numa operação a cabo, sem necessidade de qualquer desconexão das linhas de fluxo de petróleo ou de qualquer outro elemento, reduzindo o risco de derrame de petróleo no fundo do mar. Tal sistema é descrito e reivindicado no presente pedido.

Na alternativa de configuração que utiliza uma estaca oca, isto é, com profundidade de algumas dezenas de metros, o módulo de bombeio fica acomodado totalmente ou parcialmente dentro desta estaca oca na posição vertical estando conectado ao fluxo de petróleo unicamente pela TIF.

Esta configuração facilita à recuperação do módulo de bombeio, para manutenção do conjunto de BCS, através de barco dotado de um guincho e cabo, sem necessidade do emprego de embarcações sofisticadas tais como aquelas dotadas de sonda; alem de facilitar o emprego de um conjunto motor/bomba mais comprido.

Esta invenção em determinadas situações elimina a necessidade de instalação de BCS no fundo do poço de petróleo, conseqüentemente eliminando a necessidade de intervenção no interior do poço de petróleo para retirada de BCS, reduzindo desta maneira substancialmente o tempo de parada da produção (tempo aguardando sonda mais o tempo da intervenção propriamente dita), e conseqüentemente os custos envolvidos.

Como a BCS da presente invenção está localizada fora do poço de petróleo, a BCS pode ser instalada ou recuperada a cabo, através de embarcação pouco sofisticada, sendo o custo de intervenção para manutenção da bomba, substancialmente reduzido.

Através do sistema da presente invenção é também possível à instalação simultânea de uma bomba dentro do poço de óleo e outra fora, de modo que uma bomba funcione como reserva da outra.

Quando desejado a produção ou injeção sem o módulo de bombeio instalado, uma capa cega poderá ser instalada no mandril da TIF, para garantir o bloqueio complementar (duplo bloqueio) das válvulas da sucção e da descarga.

De acordo com a presente invenção a produção do petróleo em poços submarinos, com elevação pelo método de bombeio, pode ser implementada através das seguintes alternativas: - unicamente por um módulo de bombeio instalado e recuperado a cabo, o qual está acoplado a linha de produção de um ou mais poços; ou - pela combinação de uma bomba instalada no fundo do poço, e de um módulo de bombeio, instalado e recuperado a cabo o qual está acoplado a linha de produção de um ou mais poços. Neste caso as bombas trabalham de forma alternada, isto é, uma bomba é reserva da outra, sendo necessário o uso de uma chave comutadora elétrica submarina para atuação a distancia (UEP). A bomba a ser usada no módulo de bombeio de acordo com a invenção pode ser acionada tanto por energia elétrica (modalidade preferida da presente invenção) como por fluxo hidráulico.

Além disso, o módulo de bombeio de acordo com a invenção permite que seja possível a instalação de diversos tipos de bomba. Entretanto, o uso de bomba centrifuga submersa acionada eletricamente, similar às instaladas usualmente no fundo dos poços de produção de óleo, viabiliza uma solução mais vantajosa, já que existe uma economia de escala pela utilização de equipamentos de linha normal de fabricação, largamente utilizados na indústria de petróleo. O módulo de bombeio da presente invenção foi desenvolvido de forma a ser possível o uso de bomba centrifuga submersível, equipamento este já conhecido do estado da técnica semelhante às instaladas no fundo do poço. Entretanto nada impede o desenvolvimento e instalação de uma bomba com geometria mais compacta (menos esbelta) já que o mesmo estando fora do poço de petróleo pode possuir um diâmetro maior e sua altura ser reduzida.

De um modo amplo, a presente invenção tem por objetivo principal, a construção de um módulo de bombeio associado a um método de instalação ou recuperação a cabo, sendo o tal módulo acoplado a uma base estrutural que está apoiada (disposta) diretamente no fundo do mar ou sobre uma estaca oca ou ainda sobre uma fundação esfaqueada; estando tal base estrutural localizada numa distancia segura da ANM de forma a não interferir com as operações de reentrada do poço. O acoplamento do módulo de bombeio e da base estrutural é feito através de uma tomada intermediária de fluxo (TIF) que utiliza um conector com vedação metal-metal. A vedação metal-metal é mandatória para equipamentos submarinos que ficam longos períodos submersos a altas pressões e em contato com substancias agressivas geralmente presentes no petróleo, A dita base estrutural pode estar simplesmente apoiada no solo marinho (similarmente a um “skid”) ou então estar conectada (acoplada) a uma fundação estaqueada ou ainda pode estar apoiada e total ou parcialmente inserida em uma estaca oca, onde a dita estaca oca é construída especialmente para esta finalidade (modalidade preferida). O módulo de bombeio é acoplado à base estrutural através de uma tomada intermediaria de fluxo composta por duas válvulas de bloqueio e uma válvula de desvio (by pass). A base estrutural está apoiada no solo marinho e localizada em qualquer ponto entre o poço produtor e a UEP. O dito módulo de bombeio é uma estrutura em forma tubular que permite o encapsulamento de um ou mais conjuntos motor/bomba, entre os quais o tipo BCS. Estes módulos de bombeio possuem um conector hidráulico que permite sua conexão ou desconexão com a TIF. Ainda é possível, caso necessário, a integração de outros componentes neste mesmo módulo de bombeio, tais como medidores de fluxo, de temperatura, de pressão, válvulas de controle de vazão (“choke”), etc.

Esta TIF, de acordo com a invenção, é composta por um mandril de forma cilíndrica que possui no mínimo dois furos (cavidades) para fluxo de óleo. Um destes furos é interligado a sucção da bomba e o outro a descarga da bomba. Para facilitar a retirada do módulo de bombeio sem derramamento de óleo, duas válvulas de bloqueio são instaladas próximas a estas cavidades do mandril. O fechamento destas válvulas de bloqueio permite o isolamento hidráulico da sucção e descarga, permitindo a instalação ou retirada do módulo de bombeio a cabo sem risco de ocasionar derramamento de quantidades significativas de petróleo no fundo do mar. É também instalada uma válvula para desviar (by pass) o fluxo do módulo de bombeio, permitindo que se desenvolva a produção independente do módulo de bombeio estar ou não instalado e operando.

BREVE DESCRIÇÃO DE DESENHOS

Serão agora descritas as modalidades da presente invenção a título de exemplo somente com referência aos desenhos que a acompanham. Nas Figuras em anexo, serão usadas as mesmas referências numéricas para designar partes iguais ou semelhantes. A Figura 1 mostra o esquema hidráulico da Tomada Intermediaria de Fluxo (TIF) composta por: válvulas de bloqueio da sucção, válvula de bloqueio da descarga do módulo de bombeio, válvula de desvio de fluxo (by pass) e mandril para interconexão com o conector do módulo de bombeio. A Figura 2 mostra a modalidade onde o módulo de bombeio de acordo com a presente invenção está instalado dentro de uma estaca oca no solo marinho. A Figura 3 mostra a modalidade onde o módulo de bombeio de acordo com a presente invenção está instalado numa base (skid) apoiada diretamente no solo marinho. A Figura 4 mostra a modalidade onde o módulo de bombeio de acordo com a presente invenção está instalado numa base que por sua vez apoiada e engastada a uma estaca cravada (fundação?) no solo marinho. A Figura 5A mostra um dos possíveis arranjos do interior do módulo de bombeio com um conjunto motor / bomba único, composto por: dois motores, dois protetores e duas bombas; todos ligados num mesmo eixo geométrico. A Figura 5B mostra um dos possíveis arranjos do interior do módulo de bombeio com um conjunto motor / bomba único e detalhes de um possível arranjo para as tubulações de entrada e saída. A Figura 5C mostra em detalhe o corte A-A da Figura 5B, ilustrando a posição do módulo e respectiva tubulação de entrada de fluxo. A Figura 6A mostra um dos diversos arranjos possíveis do interior do módulo de bombeio com dois conjuntos motor/bomba interligados hidraulicamente em serie em cápsulas independentes. A Figura 6B mostra um dos diversos arranjos possíveis do interior do módulo de bombeio com dois conjuntos motor/bomba interligados hidraulicamente em serie em cápsulas concêntricas, isto é, uma dentro da outra. A Figura 6C mostra em detalhe o corte A-A da Figura 6A, ilustrando a posição relativa dos dois conjuntos em paralelo. A Figura 6D mostra em detalhe o corte B-B da Figura 6B, ilustrando a posição relativa dos dois conjuntos em paralelo. A Figura 7A mostra um dos diversos arranjos possíveis do interior do módulo de bombeio para dois conjuntos motor/bomba no interior do módulo, interligados hidraulicamente em paralelo, e com os eixos dos motores acoplados através de uma caixa para sincronização mecânica dos mesmos. A Figura 7B mostra um dos diversos arranjos possíveis do interior do módulo de bombeio para dois conjuntos motor/bomba no interior do módulo, interligados hidraulicamente em paralelo, sem qualquer dispositivo sincronizador entre os eixos. A Figura 8 mostra esquemática e simplificadamente, o método e as etapas de instalação do módulo de bombeio na modalidade com estaca oca, modalidade preferida desta invenção.

Deve ser salientado que o método de instalação do módulo de bombeio para as demais modalidades da presente invenção, isto é, base apoiada no solo marinho e estaca, são muito similares à modalidade representada na Figura 8, e portanto, não serão descritas em maiores detalhes.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

Para a descrição das modalidades da presente invenção será utilizada a seguinte numeração dos componentes: 1 - módulo de bombeio 2 - mandril da TIF 3 - válvula de bloqueio da sucção 3A - válvula de bloqueio da sucção 4 - válvula de bloqueio da descarga 4A - válvula de bloqueio da descarga 5 - válvula de desvio 6 - conector do módulo da bomba 7 - funil guia do módulo de bombeio 8 - linha de fluxo a montante do módulo 9 - linha de fluxo a jusante do módulo 10 - ferramenta de instalação do módulo de bombeio 11 - pescoço do módulo de bombeio 12- MCVda sucção 13- MCV da descarga 14- MCV da ANM 15- base estrutural 17 - cabeça do poço submarino 18 - árvore de natal molhada (ANM) 19 - base adaptadora de produção (BAP) 20 - estaca oca cravada no solo marinho 21 - estaca 22 - solo marinho 23 - capa cega 24-funil guia da base 29 - protetor de selagem 30 - motor da bomba 31 - bomba 32 - entrada de fluxo no módulo de bombeio 33 - saída de fluxo no módulo de bombeio 34 - suporte da bomba 35 - sincronizador mecânico 36 - cápsula da bomba 37 - conector elétrico molhado 38 - cabo elétrico 39 - painel de interface para ROV 40 - terminais elétrico de motor 41 - penetrador elétrico 42 - cabo elétrico chato Como pode ser observado a partir das Figuras, em particular na Figura 1, é apresentado um sistema de módulo de bombeio acoplado a uma tomada intermediaria de fluxo (TIF). Mais especificamente um conector 6 de um módulo de bombeio 1 é acoplado a um mandril 2 de uma tomada intermediária de fluxo TIF. Este módulo de bombeio 1 pode ser instalado tanto na posição horizontal quanto na posição vertical (posição preferida desta invenção). A interligação de uma base 15 do módulo de bombeio 1 com as linhas de fluxo é feita por dispositivos denominados módulo de conexão vertical (MCV), bastante conhecidos pelo atual estado da técnica. O MCV de entrada 12 que recebe a produção do poço se interliga com a sucção da bomba do módulo de bombeio através de um tubo onde está localizada uma válvula de bloqueio da sucção 3. A descarga da bomba se interliga ao MCV de saída 13 através de um tubo onde está localizada uma válvula de bloqueio da descarga 4. Uma válvula de desvio 5 permite o desvio do fluxo do módulo e passagem de um pig (dispositivo de limpeza da linha) quando necessário, isto é, a presente invenção é construída de tal forma que preserva a capacidade de passagem de um pig no sistema.

Mais especificamente, o dito mandril 2 possui uma cavidade de saída e uma cavidade de retorno, sendo que a linha de fluxo de produção 8 proveniente do poço é desviada para a cavidade de saída do mandril e o fluxo de petróleo após circular e ganhar mais energia (pressão) no módulo de bombeio 1, retorna para o mandril 2 pela cavidade de retorno e, finalmente, esse fluxo é conduzido pela linha de fluxo 9 que se interligada com uma unidade de produção (não mostrada).

Quando se tratar de poço injetor de água, a sucção e a descarga são invertidas, isto é, a sucção é alimentada pela linha de fluxo 9 proveniente da UFP 1 e a descarga é interligada com a linha de fluxo 8 que está acoplada ao poço 17.

No mandril 2, quando não se pretender instalar o módulo de bombeio 1, pode ser montada uma capa cega 23, cuja única função é estabelecer uma segunda barreira hidráulica para evitar vazamentos para o mar. No módulo de bombeio 1 devem também ser instaladas duas válvulas de bloqueio, da sucção 3A e da descarga 4A, adicionais às válvulas 3 e 4 existentes no mandril, com a finalidade de bloquear a saída de óleo nas operações de retirada do módulo de bombeio 1.

Ainda com referência à Figura 1, embora a linha de fluxo 8 esteja representada como linha flexível, quando a distancia entre o poço de petróleo e a base for pequena, tal interligação poderá também ser construída a partir de tubulação rígida ao invés de flexível.

Ainda de acordo com a invenção, o módulo de bombeio 1 poderá ser instalado e operado individualmente ou associado a outro BCS instalado no fundo do poço. Neste caso haverá uma redundância de bombas, as quais operam de forma alternada. Esta concepção prolonga a produção sem intervenção para conserto do BCS instalado no fundo do poço, já que na falha de um conjunto, o outro será acionado remotamente de maneira imediata pelo uso de uma chave eletro hidráulica (não mostrada) acoplada a ANM. A dita chave elétrica pode ser montada na ANM, ou pode também estar integrada ao próprio módulo de bombeio 1 ou na base 15.

Ainda com referência a Figura 1, é mostrado um painel de interface 39 para um ROV (Remote Operated Vehicle), que é comum para os demais arranjos apresentados, nas Figuras subseqüentes. No dito painel de interface 39 existem interfaces para acionamento por ROV, entre outras com as seguintes funções: - Travamento e destravamento do conector 6 - Teste de vedação do conector 6 - Receptáculo para conector elétrico molhado 37 de alimentação do módulo de bombeio 1.

Como visto em detalhe nas Figuras 5 e 6, o conector elétrico 37 e o penetrador elétrico 41 são interligados através de um cabo elétrico curto 38. Entre o penetrador 41 e os terminais elétricos de motor 40 há um cabo elétrico chato 42. O motor é ligado à bomba 31 através de um protetor de selagem 29, sendo todos estes elementos perfeitamente conhecidos e de domínio público. A Figura 2 mostra esquematicamente a modalidade onde o módulo de bombeio 1, de acordo com a presente invenção, está instalado dentro de um estaca oca 20. Nesta configuração o conector 6 fica localizado lateralmente ao módulo de bombeio 1 e é travado ao mandril 2 da base 15 do módulo de bombeio 1. A base 15 do módulo de bombeio 1 é apoiada e travada ao estaca oca 20. Para facilitar a reentrada e orientação do módulo de bombeio 1 é instalado um funil de aço 7.

Quando o módulo de bombeio 1 é instalado na posição vertical existe na extremidade superior um perfil tipo pescoço 11 para travamento de uma ferramenta 10 para instalação a cabo. A ferramenta 10 é acionada a partir de um ROV. Este detalhe de instalação do pescoço 11 é comum as demais modalidades e não será novamente descrito nas demais Figuras.

Na Figura 2, também são apresentadas uma cabeça de poço 17, uma base de produção 19 e uma ANM 18; apenas como ilustração da interface da presente invenção com outros equipamentos submarinos. A Figura 3 mostra um módulo de bombeio 1 acoplado a base 15 do módulo de bombeio 1 na modalidade na qual a dita base 15 está apoiada diretamente no fundo do mar. Nesta configuração o conector 6 fica localizado na extremidade inferior do modulo de bombeio 1. A Figura 4 mostra esquematicamente a modalidade onde o módulo de bombeio 1 de acordo com a presente invenção está instalado acoplado a uma base 15 que por sua vez está acoplada a uma fundação estaqueada 21. A Figura 5A mostra um dos possíveis arranjos do interior do módulo de bombeio 1 com um único conjunto motor/bomba, composto por: dois motores, dois protetores de selagem e duas bombas; todos ligados num mesmo eixo geométrico. A Figura 5B mostra um dos possíveis arranjos do interior do módulo de bombeio 1 com um único conjunto motor/bomba e detalhes de um possível arranjo para as tubulações de entrada e saída. A Figura 5C mostra em detalhe o corte A-A da Figura 5B, ilustrando a posição do módulo e respectiva tubulação de entrada de fluxo.

No atual estado da técnica muita das vezes as aplicações de BCS requerem equipamentos com grandes vazões e grandes alturas manométricas (diferencial de pressão fornecido pela bomba também conhecido por head). Devido às limitações construtivas das bombas em relação à geometria onde se verifica um pequeno diâmetro e um grande comprimento resultado da geometria delgada do poço de petróleo, algumas vezes estes conjuntos de BCS são montados a partir da associação de dois motores, dois protetores, e duas bombas, todos acoplados num mesmo eixo geométrico. Este tipo de montagem é feita para que o conjunto atenda uma determinada condição de vazão e “head”.

Na presente invenção tal BCS é instalada fora do poço, logo não existe nenhuma restrição de geometria, exceto por razões de economia de escala é recomendável à utilização de BCS de linha normal de fabricação. A presente invenção propõe a instalação de tais BCS dentro de módulos de bombeio submarinos 1. Para facilitar a instalação e resgate de tais módulos é desejável uma geometria com um comprimento menor (mais curto) para facilitar o manuseio do módulo na embarcação e montagem do módulo na oficina em terra.

Para contornar tais limitações, a presente invenção propõe a montagem de dois conjuntos de motor bomba em eixos geométricos paralelos de forma a reduzir o comprimento total do módulo aproximadamente para a metade. Tal concepção pode ser melhor visualizada a partir das Figuras 6 e 7. A Figura 6 mostra alguns dos diversos arranjos possíveis do interior do módulo de bombeio para dois conjuntos motor/ bomba 30,31 no interior do módulo, interligados hidraulicamente em série, isto é, o fluxo é admitido no módulo de bombeio 1 pela entrada 32, após passar pela primeira bomba é direcionado para a sucção da segunda bomba e daí para a saída 33. Uma limitação imposta por concepção é que um dos conjuntos trabalha invertido, isto é, de cabeça para baixo, posição esta não prevista no projeto do BCS o que pode levar a falha prematura de alguns de seus componentes. O conjunto motor 30 / bomba 31 é suportado internamente no módulo de bombeio 1 através do suporte de bomba 34.

Na Figura 6A cada conjunto está acomodado no interior de um tubo (cápsula) 36, ou seja, as bombas estão instaladas em duas cápsulas de igual diâmetro, uma para cada bomba.

Na Figura 6B é apresentada uma concepção onde existe uma cápsula interna ao módulo de bombeio envolvendo apenas um conjunto motor bomba.

As Figuras 6C e 6D, mostram os cortes A-A e B-B, respectivamente, e através dessas é possível observar a posição relativa dos dois conjuntos de motor / bomba.

As Figuras 7A e 7B mostram alguns dos diversos arranjos possíveis do interior do módulo de bombeio 1 para dois conjuntos motor/bomba no interior do módulo de bombeio 1, interligados hidraulicamente em paralelo, isto é, o fluxo é admitido no módulo de bombeio 1 pela entrada 32 é dirigido simultaneamente para a sucção das duas bombas e o fluxo de saída é direcionado simultaneamente para uma única saída 33 do módulo de bombeio 1. É mostrado também um dispositivo 35 cuja função é sincronizar mecanicamente, podendo ser implementado a partir de uma caixa de engrenagens ou outro dispositivo similar, ligando os eixos de modo a manter o sincronismo mecânico. Com este dispositivo são reduzidos os riscos de utilização de um único cabo de potência para alimentar dois motores elétricos. A única diferença entre as Figuras 7A e 7B é exatamente a existência do sincronizador mecânico 35.

Embora não mostrado nas Figuras, o motor da bomba também pode estar localizado externamente ao módulo de bombeio em contato direto com a água do mar. Quando o módulo de bombeio 1 é descido e instalado na posição horizontal o pescoço 11 pode estar localizado próximo do meio do módulo de bombeio 1 e de seu centro de gravidade. É possível também descer o módulo de bombeio 1 verticalmente até o fundo, onde a partir de um ponto de apoio na base 15 o dito módulo de bombeio 1 pode ser girado de 90 graus, sendo então instalado na posição horizontal.

Com o uso dessa invenção também é possível à instalação de dois BCS, um no fundo do poço e outro no solo marinho, podendo trabalhar simultaneamente (conjuntamente) ou alternadamente, sendo neste ultimo caso um reserva do outro. Método de instalação do sistema A Figura 8 mostra esquematicamente a seqüência de instalação do sistema do módulo de bombeio na modalidade com estaca oca 20.

Serão descritas as etapas de instalação da presente invenção na modalidade (alternativa) de estaca oca 20. O método de instalação das demais modalidades, base 15 apoiada diretamente no solo e base 15 apoiada em fundação estaqueada 21, não serão descritas em detalhes já que existe grande similaridade com a modalidade de estaca oca e são facilmente dedutíveis por qualquer técnico da área.

Inicialmente é cravada (enterrado) no solo marinho uma estaca oca 20 que deve possuir um diâmetro interno maior do que o diâmetro externo do módulo de bombeio 1. Para cravação da estaca oca 20 podem ser utilizadas diferentes técnicas, entre elas: queda livre (semelhante ao conceito de estaca torpedo), ou sucção (similar a ancora de sucção), ou jateamento (técnica similar a utilizada para inicio de poço submarino), ou perfuração simples com broca. Todas estas técnicas são perfeitamente conhecidas e dominadas no atual estado da arte.

Caso a técnica escolhida seja o jateamento ou a perfuração simples, a estaca oca poderá ser descida já com a base 15 do módulo de bombeio 1 conectado a mesma, ganhando o tempo de manobra de descida individual da base 15.

Após o cravamento da estaca oca 20 que tem um comprimento entre 15 e 40 metros, a depender das dimensões do módulo de bombeio 1, deve restar um trecho desenterrado com cerca de 2 a 5 metros, que tem função principal guiar e suportar a base 15 do módulo de bombeio 1.

Em seguida será descida a base 15 que possui um funil 24 virado para baixo que guiará a operação de introdução da estaca oca 20 na mesma. Depois disso, a base 15 será travada a estaca oca 20. Existem diferentes mecanismos para este travamento, entre eles a utilizando um alojador de baixa pressão (1500 psi) ou então um sistema tipo J “slot”, ambos bastante conhecidos e utilizados em bases de perfuração.

Uma vez a base 15 do módulo de bombeio 1 já instalada e travada na estaca oca 20 serão montadas em qualquer sequência as linhas flexíveis 8 e 9 e o próprio módulo de bombeio 1. O módulo de bombeio 1 será descido até ficar totalmente apoiado por um ombro existente na base 15. O módulo de bombeio 1 será então travado ao mandril 2 da base 15 pelo conector 6.

As linhas flexíveis 8 e 9 serão acopladas a partir dos MCS 12,13 e 14. Dependendo da embarcação utilizada e facilidades empregadas, o MCV 12 e respectivo mandril da base 15 poderão ser suprimidos. Em seu lugar será instalado um par de flanges que será montado na superfície, antes da introdução da base 15 na água. Neste caso a base 15 pode ser descida simultaneamente com a linha flexível 8 montada na dita base 15.

Embora a presente invenção tenha sido descrita em relação às suas modalidades preferidas, é óbvio a um especialista na arte que são possíveis várias alterações e modificações sem se afastar do escopo da presente invenção que está determinado pelas reivindicações anexas.

Claims (21)

1. Sistema de módulo de bombeio submarino, caracterizado pelo dito sistema compreender: a) uma Tomada Intermediária de Fluxo (TIF) composta por um mandril (2) cilíndrico e um funil guia (7), montados numa base estrutural (15) do módulo de bombeio (1), onde o dito mandril (2) possui uma cavidade de saída, uma cavidade de retorno, duas válvulas de bloqueio simples das cavidades de saída (4) e de retorno (3), uma válvula de desvio (5) do módulo de bombeio (1), que se interliga a montante da primeira válvula de bloqueio (4) e a jusante da segunda válvula de bloqueio (5). b) uma linha de produção proveniente de um ou mais poços por intermédio da TIF desviada para a sucção do módulo de bombeio (1), onde o fluxo circulado no módulo de bombeio (1), retorna então para o mandril (2) pela cavidade de retorno e, finalmente, o dito fluxo é escoado pela linha de fluxo até a unidade estacionária de produção (UEP); c) uma base de módulo de bombeio (1) que pode ter diferentes formatos tais como, uma estrutura simplesmente apoiada no solo marinho onde será montado o módulo de bombeio (1) na posição vertical ou horizontal, ou uma estrutura acoplada a uma estaca oca cravada no solo marinho (20) onde será introduzido o módulo de bombeio (1) na posição vertical, ou uma estrutura apoiada e travada numa estaca (21) onde será montado o módulo de bombeio (1) na posição vertical ou horizontal; d) um módulo de bombeio (1) propriamente dito composto por um corpo tubular fechado com um conector hidráulico acoplado (6), onde o dito conector (6) é acoplado ao mandril (2) da TIF estabelecendo uma comunicação hidráulica entre o módulo de bombeio (1) com as cavidades de saída e de retorno daquele mandril (2); sendo a vedação do conector do tipo metal-metal. e) um perfil mecânico solidário ao módulo de bombeio (1), onde o dito perfil mecânico serve de interface com uma ferramenta de instalação ou recuperação a cabo do módulo de bombeio (1).

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser empregado em poços produtores de petróleo ou em sistemas de injeção de água em reservatórios de hidrocarbonetos.

3. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o módulo de bombeio (1) ser instalado e recuperado através de um cabo de um barco.

4. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por serem previstas duas válvulas de bloqueio, sucção (3A) e descarga (4A), para bloqueio de petróleo existente dentro do módulo (1), durante operação de retirada do módulo (1).

5. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o módulo de bombeio (1) ser constituído de uma bomba (31) e um motor elétrico (30) encapsulados, podendo possuir ainda outros elementos integrados ao módulo de bombeio (1), tais como medidores de fluxo, válvulas de controle de fluxo, chave elétrica comutadora, módulos de controle, e semelhantes.

6. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por no interior do módulo poder ser instalado de diferentes modos ao menos um conjunto de bomba (31) e motor (30).

7. Sistema de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a ligação elétrica de mais de um motor (30) ser em série e paralelo, ou combinação das mesmas, a ligação hidráulica também poderá ser em série e em paralelo, ou combinação das mesmas.

8. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o módulo de bombeio (1) permitir a instalação de uma bomba centrifuga submersa acionada eletricamente, similar as usadas no fundo de poços de petróleo.

9. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por um ou mais poços produtores serem interligados à entrada do módulo de bombeio (1) e o retorno deste módulo de bombeio (1) ser interligado à linha de produção que conduz o fluxo de petróleo até a UEP.

10. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a linha originária da UEP ser interligada à sucção do módulo de bombeio (1) e a linha de descarga do módulo de bombeio (1) ser interligada a um ou mais poços injetores.

11. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o módulo de bombeio (1) que pode ser descido na posição vertical com um sistema de orientação e giro existente na base do módulo de bombeio (1) onde esta localizada a TIF, permitindo a instalação do módulo na posição horizontal.

12. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser previsto uma capa cega (23) instalada ou recuperada a cabo acoplada na TIF, de forma a prover duplo bloqueio quando o módulo de bombeio (1) não estiver instalado, onde a vedação do conector da capa cega (23) é metal-metal.

13.Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o módulo de bombeio (1) estar instalado juntamente com uma segunda bomba centrífuga submersível no fundo do poço, de forma a poderem trabalhar conjuntamente ou alternadamente, a partir de uma chave comutadora elétrica instalada na árvore de natal molhada (18) ou no próprio módulo de bombeio (1).

14. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por se instalar mais de um módulo de bombeio (1) na mesma base de forma a ser possível a operação conjunta ou alternada dos mesmos, a partir de uma chave comutadora elétrica instalada em equipamento submarino próximo ou no próprio módulo de bombeio (1).

15. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por se utilizar um módulo de bombeio (1) com dois ou mais conjuntos motor bomba dispostos lado a lado e ligados hidraulicamente em paralelo ou em série, de forma a obter um módulo mais curto a partir da utilização de conjuntos motor bomba de linha normal de fabricação.

16. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por possuir dois conjuntos de motor bomba dispostos lado a lado e ligados hidraulicamente em paralelo sincronizados através de um dispositivo mecânico, de forma que tal dispositivo acoplado aos eixos dos dois motores mantém um sincronismo de rotação entre os ditos eixos.

17. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por possuir uma válvula de desvio (5) de fluxo do módulo e permitir, quando necessário, a passagem de “pig” no sistema.

18. Método de instalação de um módulo de bombeio submarino, caracterizado por compreender as seguintes etapas: a) cravar no solo marinho (22) uma estaca oca (20), por qualquer dos seguintes métodos: perfuração, jateamento, torpedo, ou combinação dos mesmos; b) deixar um trecho desenterrado da estaca oca (20), para guiar e suportar a base do módulo de bombeio (1); c) descer a cabo a base que possui um funil (24) virado para baixo que guiará a operação de introdução da estaca oca (20) na dita base; d) travar, através de operação por ROV, a base a estaca oca (20); e) montar em qualquer sequência as linhas flexíveis e o módulo de bombeio (1); f) descer o módulo de bombeio (1) até que este fique totalmente apoiado na base; g) travar, através de operação por ROV, o módulo de bombeio (1) ao mandril (2) da base pelo conector.

19. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado por a estaca oca (20) poder ser descido já com a base do módulo de bombeio (1) conectado a mesma.

20.

Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado por utilizar uma estaca (21) ao invés da estaca oca (20).