BRPI0711691A2 - método e aparelho para melhorar o desempenho da separação de uma fase dispersa de baixo tamanho médio e delgado de uma fase contìnua - Google Patents

Abstract

MéTODO E APARELHO PARA MELHORAR O DESEMPENHO DA SEPARAçãO DE UMA FASE DISPERSA DE BAIXO TAMANHO MéDIO E DELGADO DE UMA FASE CONTìNUA. Trata-se de dois hidrociclones usados em série melhoram a remoção de uma fase dispersa de uma fase contínua através de ação ciclónca. O primeiro hidrociclone não possui saída de extravasamento e serve para coalescer juntas as gotículas ou partículas da fase dispersa, aumentando, portanto, a distribuição do tamanho do contaminante. O segundo hidrociclone funciona como um separador que opera com uma eficiência de remoção mais alta. O método e o aparelho são úteis para clarificar a água produzida a partir de operações de recuperação de hidrocarboneto.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO E APARELHO PARA MELHORAR O DESEMPENHO DA SEPARAÇÃO DE UMA FASE DISPERSA DE BAIXO TAMANHO MÉDIO E DELGADO DE UMA FASE CONTÍNUA".

Antecedentes da Invenção

A presente invenção refere-se a métodos e aparelho para sepa- rar uma mistura contínua líquida/líquida e mais especificamente refere-se, em uma modalidade, a métodos e aparelho para separar ou dividir uma fase líquida dispersa de uma fase líquida contínua de uma mistura de fluido.

A construção total e o modo de operar dos hidrociclones são bem conhecidos. Um hidrociclone típico inclui: um corpo alongado circun- dando uma câmara de separação afunilada de seção transversal circular, sendo que a câmara de separação sofre uma redução do tamanho da área de seção transversal a partir de uma extremidade de entrada de grande ex- travasamento até uma extremidade de escoamento subalveolar estreita. Uma saída de extravasamento ou refugo para a fração mais leve é fornecida na extremidade mais larga da câmara cônica enquanto o escoamento subal- veolar mais pesado ou a fração de recebimento da suspensão sai através de uma saída de escoamento subalveolar axialmente disposta no extremo o- posto da câmara cônica. (Deve-se considerar que os termos "refugo" e "acei- te" são relativos e dependem da natureza e valor das frações mais leves e mais pesadas. Os líquidos e as partículas suspensas são introduzidos na câmara via uma ou várias entradas direcionadas de modo tangencial, cujas entradas criam um vórtice fluido na câmara de separação. As forças centrí- fugas criadas por este vórtice lançam fluidos e partículas mais densas em suspensão, em direção à parede da câmara de separação cônica, externa- mente, criando assim uma concentração de fluidos e de partículas mais den- sas adjacentes aos mesmos, enquanto os fluidos menos densos são trazi- dos em direção ao centro da câmara e transportados por uma corrente heli- coidal localizada internamente criada por forças diferenciais. As frações mais leves são assim transportadas externamente pela saída de extravasamento. As partículas mais pesadas e/ou os fluidos continuam a mover-se em espiral ao longo da parte interna da parede do hidrociclone e saem do hidrociclone pela saída de escoamento subalveolar.

As velocidades do fluido dentro de um hidrociclone são altas o bastante para que as forças dinâmicas aí produzidas sejam suficientemente altas para superar o efeito de qualquer força gravitacional no desempenho do dispositivo. Os hidrociclones podem, por isso, ser dispostos em orienta- ções físicas diversas, sem afetar o desempenho. Os hidrociclones, especi- almente os de processamento de fluido de petróleo, são comumente dispos- tos em grandes grupos de várias dezenas ou até várias centenas de hidroci- clones com montagens apropriadas de orifício de entrada, extravasamento e de escoamento subalveolar, dispostos para comunicação com o orifício de entrada, abertura de extravasamento e de escoamento subalveolar, respec- tivamente, dos hidrociclones.

Os hidrociclones são usados tanto para a separação de líquidos de sólidos em uma mistura líquida/sólida ("hidrociclones líquidos/sólidos") quanto para a separação de líquidos de outros líquidos ("hidrociclones líqui- dos/líquidos"). Construções diferentes são usadas para cada um desses dis- positivos de hidrociclone. Geralmente, o hidrociclone tipo líquido/líquido é maior na direção axial do que um hidrociclone sólido/líquido e mais fino tam- bém. Em conseqüência dessas diferenças estruturais, não se deve pressu- por que o desenho e a estrutura de um hidrociclone líquido/líquido transmi- tem, de forma útil, um hidrociclone líquido/sólido e vice-versa.

Na recuperação do hidrocarboneto de formações subterrâneas, é comum que os fluidos produzidos sejam misturas de fluidos aquosos, tipi- camente água, e fluidos não-aquosos, tipicamente óleo bruto. Essas mistu- ras fluidas estão muitas vezes na forma de emulsões fortes, difíceis de sepa- rar-se. Em geral, emulsões óleo-em-água (o/a) e as emulsões de água-em- óleo (a/o) são separadas por processos físicos, processos químicos, como pelo uso de desemulsificantes e outros aditivos, ou combinações dos dois. Hidrociclones são conhecidos como um método físico útil na separação de fluidos de fase oleosa de fluidos de fase aquosa, junto com outro aparelho inclusive, mas não necessariamente limitado a, tanques de sedimentação, centrífugas, membranas, e similares. Além disso, separadores eletrostáticos empregam campos elétricos e as diferenças na condutividade superficial dos materiais a serem separados a fim de ajudar nessas separações.

"Água produzida" é o termo usado para referir-se a correntes geradas pela recuperação de hidrocarboneto de formações subterrâneas que são principalmente a água, mas pode conter quantidades significantes de contaminantes não-aquosos aí dispersos. Tipicamente, a água produzida resulta de uma separação inicial de óleo e água, sendo responsável pela maioria dos resíduos derivados da produção de óleo bruto. Após um proces- so primário de separação do óleo, a água produzida ainda contém gotas ou partículas de óleo na emulsão em concentrações de até 2000 mg/l, portanto, deve ser tratada, posteriormente, antes de poder ser apropriadamente libe- rada no ambiente. Cada país possui limites estabelecidos para a concentra- ção de óleo dispersado na água para poços fora da costa e para campos próximos à costa. Mesmo se a água produzida for devolvida ao campo, é aconselhável retirar o máximo possível de óleo e sólidos suspensos (por e- xemplo, areia, fragmentos de rocha e similares), a fim de minimizar o risco de obstruir o campo.

Seria desejável que os métodos e aparelho fossem desenvolvi- dos de forma que pudessem retirar simultaneamente o óleo e outra espécie não-aquosa da água produzida e de água contaminada com eficiência maior do que a que se conhece até o momento.

Breve Sumário da Invenção

Na realização destes e outros objetos da invenção, é fornecido, de forma não-restritiva, um aparelho ilustrativo para separar uma fase líquida dispersa de uma fase líquida contínua dentro de uma mistura fluida. O apa- relho possui um ou vários aglutinadores que inclui cada um uma primeira câmara de separação que possui uma primeira porção de entrada em uma extremidade da câmara de separação e uma primeira porção externa da pa- rede por toda a primeira câmara de separação. Cada aglutinador também incorpora uma ou várias primeiras entradas para introduzir a mistura fluida na primeira porção de entrada da primeira câmara de separação a fim de gerar um turbilhonamento da mistura fluida e a pelo menos parcialmente a - glutinar a fase líquida dispersa. Cada aglutinador, adicionalmente, contém pelo menos uma saída em outra extremidade da primeira câmara de separa- ção para liberar daí, a mistura fluida que contém a fase líquida dispersa pelo menos parcialmente aglutinada. O aparelho também inclui um ou vários hi- drociclones separadores cada um contendo uma segunda câmara de sepa- ração que tem uma segunda porção de entrada em uma extremidade da se- gunda câmara de separação e uma segunda porção externa da parede por toda a primeira câmara de separação. Cada hidrociclone separador também contém pelo menos uma segunda entrada para introduzir a mistura fluida compreendendo a fase líquida dispersa pelo menos parcialmente aglutinada na segunda porção de entrada da segunda câmara de separação para gerar um turbilhonamento da mistura fluida e a substancialmente separar a fase líquida dispersa pelo menos parcialmente aglutinada da fase líquida contí- nua. Cada hidrociclone separador também inclui pelo menos uma saída de transbordamento na segunda câmara de separação para liberar daí uma fase líquida aglutinada relativamente menos densa da mistura fluida e pelo menos uma saída de escoamento subalveolar em outra extremidade da se- gunda câmara de separação de pelo menos uma saída de extravasamento para liberar a fase líquida relativamente mais densa da mistura fluida. Além disso, um aparelho ilustrativo inclui pelo menos uma comunicação fluida en- tre pelo menos uma saída de um ou vários aglutinadores e pelo menos uma segunda entrada de um ou vários hidrociclones separadores.

Como um outro exemplo e em outra modalidade não-limitante, um método para separar uma fase líquida dispersa de uma fase líquida con- tínua dentro de uma mistura fluida que envolve a introdução da mistura fluida em pelo menos um aglutinador. A mistura fluida é turbilhonada dentro do aglutinador para pelo menos parcialmente aglutinar a fase líquida dispersa. A mistura fluida compreendendo uma fase líquida dispersa pelo menos par- cialmente aglutinada é liberada a pelo menos um hidrociclone separador. A mistura fluida é turbilhonada dentro do hidrociclone separador para separar substancialmente a fase líquida dispersa pelo menos parcialmente aglutina- da. Uma fase líquida aglutinada relativamente menos densa da mistura fluida é liberada por uma saída de extravasamento. Uma fase líquida relativamente mais densa da mistura fluida é liberada por uma saída de escoamento su- balveolar.

Em outro exemplo não-limitante, um aparelho para separar uma fase líquida dispersa de uma fase líquida contínua dentro de uma mistura fluida inclui um primeiro elemento alongado oco com uma primeira porção de entrada e uma primeira porção de saída. A primeira porção de entrada pos- sui um diâmetro de seção transversal maior, obtido transversalmente a um eixo geométrico longitudinal do primeiro elemento alongado, do que a primei- ra porção de saída do elemento. A primeira porção de saída é configurada a verter substancialmente todo o fluxo fluido vindo do primeiro elemento oco alongado e recebido na primeira porção de entrada. O aparelho também in- clui um segundo elemento alongado com uma segunda porção de entrada e uma segunda porção de saída. A segunda porção de entrada possui um di- âmetro transversal maior, obtido transversalmente a um eixo geométrico longitudinal do segundo elemento alongado do que a segunda porção de saída do segundo elemento alongado. O segundo elemento alongado possui uma terceira porção de saída. A primeira porção de saída está na comunica- ção fluida com a segunda porção de entrada; e a segunda porção de entrada está a montante das segundas e terceiras porções de saída.

Em ainda outra modalidade não-limitante, um método para sepa- rar uma fase líquida dispersa de uma fase líquida contínua dentro de uma mistura fluida, envolve orientar um fluxo de fluido em uma primeira porção de entrada de um primeiro elemento oco alongado e pelo menos parcialmente aglutinar o fluxo gerando um vórtice ao longo de uma parte interna da pare- de do elemento oco alongado. O fluxo de fluidos vem somente de uma pri- meira porção de saída localizada em direção a uma extremidade do primeiro elemento oco alongado. O fluxo de fluido da primeira porção de saída do primeiro elemento oco alongado é orientado para uma segunda porção de entrada de um segundo elemento oco alongado. Uma fase líquida aglutina- da, relativamente menos densa do fluxo de fluido é liberada por uma segun- da saída do segundo elemento oco alongado e localizada em direção a um lado da porção de entrada do segundo elemento oco alongado. Uma fase líquida relativamente mais densa do fluxo de fluido é liberada por uma tercei- ra porção de saída do segundo elemento oco alongado e localizada em um lado oposto ao da segunda porção de entrada do segundo elemento oco alongado e a segunda porção de saída do segundo elemento oco alongado.

Breve Descrição de Várias Vistas do Desenho

Figura 1 é uma ilustração transversal esquemática de uma mo- dalidade não limitada do aparelho contido em um recipiente único para sepa- rar uma fase líquida dispersa misturada com uma fase contínua como aqui descrito;

figura 2 é uma ilustração transversal detalhada, esquemática, de uma modalidade da saída do aglutinador da figura 1;

figura 3 é uma ilustração transversal esquemática, de uma mo- dalidade alternativa da saída do aglutinador da figura 1 bem como da circu- lação dentro do aglutinador;

figura 4 é uma ilustração transversal esquemática de outra mo- dalidade não-limitante do aparelho contido em um único recipiente para se- parar uma fase líquida dispersa misturada com uma fase contínua como aqui descrito;

figura 5 é uma ilustração transversal esquemática de uma moda- lidade não-limitante alternativa do sistema para separar uma fase líquida dispersa misturada com uma fase contínua como aqui descrito, mostrado em dois recipientes separados;

figura 6 é um gráfico de uma série hipotética de curvas da pro- babilidade de separação como uma função do tamanho de gotículas; e

figura 7 é um gráfico de uma série hipotética de curvas mostran- do a distribuição como uma função do tamanho na saída do hidrociclone se- parador.

Deve-se considerar que as figuras são ilustrações esquemáticas que não estão em escala ou proporção, e, como tal, algumas partes impor- tantes da invenção podem estar exageradas para fins de ilustração. Descrição Detalhada da Invenção

Os métodos e aparelho ilustrativos não-limitantes aqui descritos aumentam a remoção de uma fase dispersa de uma fase contínua misturada à mesma por meio da ação ciclônica de dois ou mais hidrociclones em série.

O primeiro hidrociclone ou o lote de primeiros hidrociclones (também cha- mados de aglutinadores neste documento) aumentam a distribuição de ta- manho da fase dispersa, enquanto subseqüentemente, o segundo ou hidro- ciclone separador ou o lote do segundo ou hidrociclones separadores separa a fase dispersa aglutinada da fase contínua com maior eficiência de remo- ção. Em uma modalidade não-restritiva, a fase dispersa pode ser um conta- minante, como óleo em uma fase contínua de água produzida. Uma aplica- ção não-limitante do aparelho e métodos aqui descritos serve para separar os componentes de um fluido do furo do poço envolvido na recuperação de hidrocarboneto, inclusive, mas não necessariamente limitada à água produ- zida de uma formação subterrânea. Em um exemplo não-limitante, água produzida em uma plataforma fora da costa que tem os contaminantes sufi- cientemente removidos a partir deste ponto pode ser apropriadamente des- cartada no mar.

Mais detalhadamente, um exemplo não-limitante inclui a utiliza- ção deste método para aumentar a eficiência de remoção de hidrociclones em um tratamento de água produzida, em que os hidrociclones existentes ou desgaseificadores ou as unidades de flutuação não cumprem as exigências de liberação de óleo e graxa devido à pequena distribuição ou fraca concen- tração dos contaminantes. De fato, espera-se que o aparelho e os métodos aqui descritos apresentem determinada utilidade na remoção das fracas e/ou baixas concentrações de uma fase dispersa de uma fase contínua dispersa com a mesma, e/ ou a separação de uma fase dispersa de uma fase contí- nua em que a fase dispersa possui uma distribuição de tamanho médio rela- tivamente baixo.

Embora os hidrociclones convencionais geralmente tenham tan- to uma saída de escoamento subalveolar como uma saída de extravasamen- to, deve-se considerar que o primeiro hidrociclone ou aglutinador em um a- parelho ilustrativo aqui descrito (ou cada um dos primeiros hidrociclones ou aglutinadores no caso de um lote destes não possui uma saída de extrava- samento convencional.

Cada hidrociclone ou lote de hidrociclones pode ser contido den- tro de um único invólucro ou recipiente ou alojado dentro de invólucros ou recipientes separados. Por exemplo, em uma modalidade não-limitante, os aglutinadores podem ser alojados ou contidos em um recipiente enquanto os separadores são contidos ou alojados em um segundo recipiente. Em geral, em outra modalidade opcional, alternativa, os aglutinadores e os separado- res possuem um perfil ou seção cônica seguido por uma seção da cauda tubular que pode ou não ser atilada na parte interna.

Mostrado mais detalhadamente em relação à figura 1 é um sis- tema ilustrativo ou aparelho 10 para separar uma fase líquida dispersa com- binada com uma fase líquida contínua em uma mistura fluida, em que o apa- relho inclui um recipiente de pressão 12 ou outro container ou invólucro, pelo menos um primeiro aglutinador ou primeiro elemento oco alongado 11 e pelo menos um hidrociclone separador ou segundo elemento oco alongado 22. Em uma modalidade não-limitante aqui descrita, o primeiro e o segundo e- lementos ocos alongados 11 e 22 geralmente possuem perfis afilados con- forme visto nas figuras 1, 3, 4 e 5, e/ou perfis cônicos. O recipiente 12 possui uma entrada 14 para receber a mistura fluida 16 na câmara de entrada 18 do recipiente 12. Isto permite a mistura fluida 16 entrar na primeira câmara de separação 20 do primeiro aglutinador 11 através da primeira porção de en- trada 24 em uma extremidade (maior extremidade esquerda na figura 1) da câmara de separação 20, em que a câmara de separação 20 é definida por uma primeira porção externa da parede 25 por toda a primeira câmara de separação 20.

Nas operações conhecidas de hidrociclones, a velocidade fluida da mistura fluida 16 introduzida na primeira porção de entrada 24 através da primeira entrada 26 gera um turbilhonamento ou vórtice na primeira câmara de separação 20 que pelo menos parcialmente aglutina a fase líquida dis- persa (por exemplo, gotículas contaminantes, óleo, etc.). Em uma modalida- de não-limitante do método, o vórtice é gerado ao longo da parte interna da parede (o lado oposto da parede externa 25) do primeiro elemento oco alon- gado 11.0 vórtice ou turbilhonamento 30 é mostrado mais detalhadamente na ilustração esquemática transversal da figura 3.

Como ilustrado, o aglutinador 11 não inclui uma saída de extra- vasamento que poderia ser tipicamente encontrada em um hidrociclone na sua extremidade maior, mas realmente inclui pelo menos uma saída ou pri- meira porção de saída 28 na sua outra extremidade. Em uma modalidade não-limitante a primeira porção de entrada 24 possui um diâmetro transver- sal maior, obtido transversalmente a um eixo geométrico longitudinal 29 do primeiro elemento alongado 11, do que a primeira porção de saída 28. O vórtice ou o turbilhonamento 30 libera uma mistura fluida 32 que contém uma fase líquida, pelo menos parcialmente aglutinada, na câmara intermedi- ária 34 do recipiente 12. Deve-se considerar que não há nenhum determina- do limiar ou nível de aglutinação que possa ser especificado com antece- dência para a mistura fluida 32, e que qualquer grau ou nível de aglutinação que melhore a eficiência de separação total do aparelho 10 são suficientes para o método e aparelho aqui descritos para ser considerado bem- sucedido. Isto é, o método e o aparelho aqui descritos, devem aumentar a eficiência de separação quando comparado a um método e aparelho que usa apenas um hidrociclone. Entendido de outra forma, a primeira porção de saída 28 é configurada para verter substancialmente todo o fluxo fluido vindo do primeiro elemento oco alongado 11 e recebido na primeira porção de en- trada 24.

A mistura fluida parcialmente aglutinada 32 passa para um hi- drociclone separador ou segundo elemento oco alongado 22 contendo uma segunda câmara de separação 36 contendo uma segunda porção externa da parede 35 por toda a segunda câmara de separação 36 com uma segunda porção de entrada 38 na extremidade maior (à direita) da segunda câmara de separação 36. O hidrociclone separador 22 possui pelo menos uma se- gunda entrada 40 na extremidade maior (à direita) da segunda câmara de separação 36 para introduzir a mistura fluida parcialmente aglutinada 32 na segunda porção de entrada 38 da segunda câmara de separação 36 para gerar um turbilhonamento da mistura fluida e separar substancialmente a fase líquida, pelo menos parcialmente, aglutinada, por exemplo, contaminan- tes oleosos, da fase contínua, por exemplo, água. Por "separar substancial- mente" neste documento entende-se que, pelo menos uma maioria (maior do que 50 % de volume) da fase líquida aglutinada, que é maior do que certo tamanho (tamanho de corte) é separada, alternativamente pelo menos 80 % do volume da fase líquida aglutinada é separado, e em outra modalidade não-limitante, pelo menos 90 % do volume da presente fase líquida aglutina- da é separado. O tamanho de corte refere-se a um tamanho de contaminan- te específico da distribuição de tamanho da fase dispersada, que é substan- cialmente separada conforme parâmetros operacionais e geométricos do hidrociclone.

O hidrociclone separador 22 também inclui pelo menos uma saí- da de extravasamento ou segunda porção de saída 42 para liberar uma fase líquida aglutinada relativamente menos densa 44 na câmara de saída de extravasamento 46 do recipiente 12 e através da saída de extravasamento 48. A saída de extravasamento 42 pode ser coaxial a um detector de vórtice (não mostrado) no hidrociclone 22 no eixo geométrico do hidrociclone sepa- rador 22, tipicamente encontrado em um hidrociclone, como é conhecido na técnica. Em uma modalidade não-limitante, a segunda porção de entrada 38 possui um diâmetro transversal maior, obtido transversalmente a um eixo geométrico longitudinal (não mostrado) do segundo elemento alongado 22, do que a segunda porção de saída 42.

O hidrociclone separador 22 adicionalmente inclui pelo menos uma saída de escoamento subalveolar ou terceira porção de saída 50 em outra extremidade da segunda câmara de separação 36 de pelo menos uma saída de extravasamento 42 para liberar uma fase líquida relativamente mais densa 52 (por exemplo, água clarificada) da mistura fluida. A fase líquida relativamente mais densa 52 entra na câmara de saída de escoamento su- balveolar 54 do recipiente 12, e sai do recipiente 12 pela saída de escoa- mento subalveolar 56. Em outra versão não-limitante, a segunda porção de entrada 38 está a montante das segundas e terceiras porções de saída, 42 e 50, respectivamente, e em outra modalidade não-limitante a segunda porção de entrada 38 é fisicamente intermediária as segundas e terceiras porções de saída, 42 e 50, respectivamente. Além disso, em outra modalidade não- limitante, a segunda porção de saída 42 do segundo elemento oco alongado 22 e localizado em direção a um lado da porção de entrada 38 do segundo elemento oco alongado 22. A terceira porção de saída 50 do segundo ele- mento oco alongado 22 pode estar localizada em um lado oposto da segun- da porção de entrada 38 do segundo elemento oco alongado 22 e a segunda porção de saída 42 do segundo elemento oco alongado 42.

Este aparelho ou o sistema têm pelo menos um caminho de co- municação fluida entre pelo menos a saída 28 do aglutinador 11 e pelo me- nos uma segunda entrada 40 de pelo menos um hidrociclone separador 22. Na modalidade não-limitante da figura 1, este caminho de comunicação flui- da é a câmara intermediária 34; contudo, como será visto, outras configura- ções alternativas podem ser utilmente empregadas.

Mostrado na figura. 2 uma ilustração detalhada, esquemática, transversal de uma saída 60 da extremidade estreita do aglutinador 11 em que, a mistura fluida 32 que contém fase líquida pelo menos parcialmente aglutinada sai pela abertura em forma de fenda ou aberturas 28 no corpo e perto da extremidade da cauda do aglutinador 11. As aberturas 28 podem ser de qualquer forma e variação convenientes para a aplicação e adaptadas para a melhor construção do aglutinador 11.

Deve-se considerar que a primeira câmara de separação 20 possui um primeiro diâmetro interno (não mostrado) e que a segunda câma- ra de separação 36 possui um segundo diâmetro interno. Enquanto os dois diâmetros podem ser idênticos, deve-se considerar que nas modalidades mais previstas do aparelho 10, o segundo diâmetro interno será menor do que o primeiro diâmetro interno. Este desenho tem esse efeito para que o vórtice ou o turbilhonamento 30 do aglutinador 11 gerem uma primeira força Geo turbilhonamento ou o vórtice dentro do separador 22 gere uma segun- da força G, em que a segunda força G é igual a, ou maior do que, a primeira força G. Contudo, deve-se considerar que em outras versões alternativas a segunda força G pode ser menor do que a primeira força G. Em uma moda- lidade não-limitante, a primeira força G pode estar na ordem de 100 a 199, ao passo que a segunda força G pode ser da mesma magnitude ou mais alta dependendo da geometria do segundo hidrociclone ou a combinação de ge- ometria ou número do lote de hidrociclones. O G é definido aqui como uma unidade que mede a tensão inercial em um corpo que sofre aceleração rápi- da, expresso em múltiplos da aceleração de uma gravidade terrestre.

Mostrado na figura 4 outra modalidade do aparelho da invenção 70 em que o aglutinador 11 e o separador 22 estão novamente dentro de um recipiente único 72. Os componentes ou os elementos semelhantes recebe- rão numerais de referência semelhantes como os usados na figura 1 para fins de esclarecimento. Na modalidade da figura 4, a mistura de fluido 16 entra no recipiente 72 através de uma entrada 14, avança até a câmara de entrada 74 e, sucessivamente, por aberturas 76 na parede 78, e progride na câmara aglutinadora 80 e através da entrada 26 do aglutinador 11 como descrito acima.

Como estabelecido acima na discussão das figuras 1 e 3, a ve- locidade do fluido da mistura fluida 16 introduzida na primeira porção de en- trada 24 por uma primeira entrada 26 gera um turbilhonamento ou vórtice 30 na primeira câmara de separação 20 que, pelo menos parcialmente, aglutina a fase líquida dispersa (por exemplo, gotículas contaminantes, óleo, etc.) de modo a fornecer uma mistura fluida pelo menos parcialmente aglutinada 32 que sai na câmara intermediária 82 e atravessa a abertura 84 da comunica- ção fluida 86 na modalidade da figura 4 de uma tubulação ou conduto (mos- trado em linhas tracejadas) que se une à câmara do separador 88 na fenda 90.

A mistura fluida pelo menos parcialmente aglutinada 32 na câ- mara do separador 88 entra no separador 22 pela entrada 40 e é separada aí, como descrito na figura 1, em que a fase líquida aglutinada relativamente menos densa 44 sai do separador 22 pela saída de extravasamento 42 na câmara de saída de extravasamento 46 e é liberada na saída de extravasa- mento 48. Similarmente, a fase líquida relativamente mais densa 52 deixa o separador 22 na saída de escoamento subalveolar 50 na câmara de saída de escoamento subalveolar 54 e é liberada pela saída de escoamento su- balveolar 56.

Em uma modalidade opcional, um agente químico aglutinante ou desemulsificante 92 podem ser introduzidos na mistura fluida 16 (ou mistura fluida pelo menos parcialmente aglutinada 32) por uma abertura 94. Em uma modalidade não-limitante, o agente químico aglutinante 92 é introduzido a montante da primeira entrada 26, mas pode ser introduzido em outras locais, além de, ou alternativamente a este. O agente químico aglutinante 92 ajuda na aglutinação das partículas ou gotinhas da fase dispersa (por exemplo, óleo contaminante) em conjunto.

Em outra modalidade opcional, uma corrente lateral relativamen- te limpa da fase dispersa (por exemplo, óleo) pode ser introduzida na mistu- ra fluida 16. Espera-se que o efeito total seja a promoção de choques na efluente fraca (concentração baixa). Em uma modalidade não-limitante, a corrente lateral 92 é introduzida a montante da primeira entrada 26, mas po- de ser introduzida em outros locais, além de, ou alternativamente a este. Esta corrente lateral 92 ajuda na aglutinação das partículas ou gotículas da fase dispersa (por exemplo, óleo contaminante) em conjunto aumentando a densidade demográfica da fase dispersada.

É mostrada na figura 5 uma ilustração transversal esquemática de uma modalidade não-limitante alternativa de um sistema 100 para sepa- rar uma fase líquida dispersa misturada com uma fase contínua como aqui descrito em que o aglutinador 11 está em um primeiro recipiente 102 e o se- parador 22 está em um segundo recipiente separado, 104. Novamente, co- mo referência, numerais serão usados para componentes parecidos ou ele- mentos das Figuras anteriormente discutidas. Como as câmaras 80 e 88 estão em recipientes separados 102 e 104, respectivamente, a forma e o desenho da comunicação fluida (oleoduto ou canal) 86 para o desenho da figura 5 são diferentes daqueles dos desenhos da figura 1 ou da figura 4, mas a sua função de canalizar a mistura fluida pelo menos parcialmente a- glutinada 32 da saída 28 através da câmara intermediária 82 e abertura 84 e tenda 90 na câmara separadora 88 é o mesmo.

Em um exemplo não-limitante do sistema ou aparelho aqui des- critos, a figura 6 mostra uma probabilidade de separação de gotícula hipoté- tica no separador (por exemplo, hidrociclone separador 22). A probabilidade de choque aumentada resultante do efeito de aglutinação do aglutinador 11 à frente do separador 22 levará à separação adicional, que deslocará a cur- va A para a esquerda de modo a formar a curva Β. A Curva B indica a mais alta probabilidade de captura de um contaminante de tamanho dado. A mesma tendência pode também ser gerada se a geometria do hidrociclone for alterada. Em um exemplo não-limitante de tal alteração, curva C é indica- tivo de um hidrociclone semelhante com o diâmetro menor. Esta curva mos- tra o lucro potencial adicional na probabilidade de captura realizada reduzin- do-se o diâmetro do hidrociclone. Os efeitos semelhantes podem ser reali- zados através da alteração de um ou múltiplos parâmetros geométricos.

Figura 7 é uma demonstração mais prática do efeito mostrado na figura 6. A curva D é indicativa da distribuição de tamanho na saída do separador. A área sob a curva E mostra a redução na concentração do con- taminante na saída em comparação com a área sob a curva D. O aumento é atribuído ao acréscimo na distribuição de tamanho de gotícula causada pelo aglutinador 11 à frente do separador 22. Curva F mostra o efeito potencial de redução dos parâmetros geométricos do aglutinador 11 para promover a dis- tribuição de tamanho, ou do separador 22 para promover a probabilidade de captura de espécies menores. O efeito resultante é uma redução de media- na e área sob a curva F.

No relatório descritivo precedente, a invenção foi descrita com referência as suas modalidades específicas, e é prevista a ser eficaz em mé- todos e aparelho fornecidos para separar fases líquidas mistas de forma mais eficiente. Contudo, será evidente que várias modificações e mudanças podem ser feitas a isto sem partir do mais largo espírito ou alcance da in- venção como estabelecido adiante nas reivindicações anexas. Conseqüen- temente, o relatório descritivo é para ser considerada de sentido ilustrativo e não de sentido restritivo. Por exemplo, os aglutinadores e os separadores podem ser modificados ou otimizados a partir do ilustrado e descrito, e em- bora eles não tenham sido especificamente identificados ou testados em um determinado aparelho, seria previsto estar dentro dos limites desta invenção.

Por exemplo, o uso de mais hidrociclones em série teria o valor esperado e ser abrangido por reivindicações anexas.

Fases líquidas contínuas e dispersas diferentes, e matéria oleo- sa diferente além das aqui descritas podem, todavia ser tratados e manipu- lados em outras modalidades não-limitantes da invenção.

Claims (23)

1. Aparelho para a separação de uma fase líquida dispersa de uma fase líquida contínua em uma mistura de fluido, que compreende: um primeiro elemento oco alongado, contendo uma primeira porção de entrada e uma primeira porção de saída, a primeira porção de entrada contendo um diâmetro em seção transversal, obtido transversalmen- te a um eixo geométrico longitudinal do primeiro elemento alongado, maior do que a primeira porção de saída, em que a primeira porção de saída é configurada para verter substancialmente todo o fluido vindo do primeiro e- lemento oco alongado e recebido na primeira porção de entrada; um segundo elemento oco alongado, contendo uma segunda porção de entrada e uma segunda porção de saída, a segunda porção de entrada contendo um diâmetro em seção transversal, obtido transversalmen- te a um eixo geométrico longitudinal do segundo elemento alongado, maior do que a segunda porção de saída, e ainda, uma terceira porção de saída; em que a primeira porção de saída está em comunicação fluida com a segunda porção de entrada; em que a segunda porção de entrada está a montante da se- gunda e terceira porções de saída.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, em que a segunda porção de entrada está, fisicamente, em posição intermediária a segunda e terceira porções de saída.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, em que os primei- ro e segundo elementos ocos e alongados possuem perfis geralmente afunilados.

4. Aparelho para a separação de uma fase líquida dispersa de uma fase líquida contínua dentro de uma mistura fluida que compreende: pelo menos um aglutinador incluindo: uma primeira câmara de separação contendo uma primeira por- ção de entrada em uma extremidade da câmara de separação; pelo menos uma primeira saída para introduzir a mistura fluida na primeira porção de entrada da primeira câmara de separação, a fim de turbilhonar a mistura fluida e, pelo menos parcialmente, aglutinar a fase lí- quida dispersa; pelo menos uma saída na outra extremidade da primeira câmara de separação, a fim de liberar, a partir deste ponto, a mistura fluida conten- do, uma fase líquida dispersa, pelo menos parcialmente aglutinada, e pelo menos um hidrociclone separador incluindo: uma segunda câmara de separação contendo uma segunda porção de entrada em uma extremidade da segunda câmara de separação; pelo menos uma segunda entrada, a fim de introduzir a mistura fluida que compreende fase líquida dispersa pelo menos parcialmente aglu- tinada na segunda porção de entrada da segunda câmara de separação, a fim de turbilhonar a mistura fluida e para separar substancialmente a fase líquida dispersa, pelo menos parcialmente aglutinada, da fase líquida contí- nua. pelo menos uma saída para extravasamento na segunda câmara de separação, a fim de liberar, a partir deste ponto, uma fase líquida agluti- nada, relativamente menos densa, da mistura fluida; e pelo menos uma saída de extravasamento na outra extremidade da segunda câmara de separação de, pelo menos, uma saída de extrava- samento, a fim de liberar uma fase líquida, relativamente mais densa, da mistura fluida e: pelo menos, uma comunicação fluida entre, pelo menos, uma saída de pelo menos um aglutinador e de, pelo menos, uma segunda entra- da de, pelo menos, um segundo hidrociclone separador.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, onde o aglutinador carece de uma saída de extravasamento.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, onde a primeira câmara de separação possui um primeiro diâmetro interno e onde a segunda câmara de separação possui um segundo diâmetro interno, de modo que o segundo diâmetro interno é menor que o primeiro diâmetro interno.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, onde pelo menos um aglutinador e, pelo menos, um segundo hidrociclone separador estejam em um único recipiente.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, onde pelo menos um aglutinador esteja em um primeiro recipiente e, pelo menos, um hidroci- clone separador esteja em um segundo recipiente.

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, ainda contendo uma abertura para que possa ser introduzido um agente aglutinador químico dentro da mistura fluida.

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 9, onde a abertura esteja a montante de pelo menos uma primeira entrada.

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, onde o aglutina- dor necessita de uma saída de extravasamento e onde a primeira câmara de separação possui um primeiro diâmetro interno e onde a segunda câmara de separação possui um segundo diâmetro interno, de modo que, o segundo diâmetro interno é menor que o primeiro diâmetro interno.

12. Método para separar uma fase líquida dispersa de uma fase líquida contínua em uma mistura fluida, que compreende: orientar um fluxo de fluido para uma primeira porção de entrada de um primeiro elemento oco e alongado; aglutinar, pelo menos parcialmente, o fluxo, através da geração de um vórtice ao longo de uma parede interna do primeiro elemento oco a- longado. emergir o fluxo de fluido, somente, a partir de uma primeira por- ção de saída localizada na direção de uma extremidade do primeiro elemen- to oco alongado. orientar um fluxo de fluido da primeira porção de saída do pri- meiro elemento oco alongado, para uma segunda porção de saída de um segundo elemento oco alongado. liberar uma fase líquida aglutinada, relativamente menos densa, do fluxo de fluido através de uma segunda porção de saída do segundo ele- mento oco alongado e localizada na direção de um dos lados da porção de entrada do segundo elemento oco alongado; e liberar uma fase líquida, rela- tivamente mais densa do fluxo de fluido, através de uma terceira porção de saída do segundo elemento oco alongado, e localizada em um lado oposto da segunda porção de entrada do segundo elemento oco alongado e da se- gunda porção de saída do segundo elemento oco alongado.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, onde a mistura fluida é um fluido para o furo do poço.

14. Método para separar uma fase líquida dispersa de uma fase líquida contínua em uma mistura fluida, que compreende: introduzir a mistura fluida em, pelo menos, um aglutinador; turbilhonar a mistura fluida dentro do aglutinador para, pelo me- nos parcialmente, aglutinar a fase líquida dispersa; liberar a mistura fluida contendo uma fase líquida dispersa, pelo menos parcialmente aglutinada, para pelo menos um hidrociclone separador; turbilhonar a mistura fluida dentro do hidrociclone separador a fim de separar, substancialmente, a fase líquida dispersa, pelo menos parci- almente aglutinada; liberar uma fase líquida aglutinada, relativamente menos densa, da mistura fluida, através de uma saída de extravasamento do hidrociclone separador e; liberar uma fase líquida, relativamente mais densa, da mistura fluida, através de uma saída de escoamento subalveolar do hidrociclone se- parador.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, onde o aglutina- dor carece de uma saída de extravasamento.

16. Método, de acordo com a reivindicação 14, onde pelo menos um aglutinador e pelo menos um hidrociclone separador estão em um único recipiente.

17. Método, de acordo com a reivindicação 14, onde pelo menos um aglutinador está dentro de um primeiro recipiente e, pelo menos, um hi- drociclone separador está dentro de um segundo recipiente.

18. Método, de acordo com a reivindicação 14, compreendendo ainda a introdução de um agente aglutinador químico na mistura fluida.

19. Método, de acordo com a reivindicação 18, onde o agente aglutinador químico é injetado na mistura fluida a montante do aglutinador.

20. Método, de acordo com a reivindicação 14, onde a mistura fluida é destinada ao furo do poço.

21. Método, de acordo com a reivindicação 14, onde o aglutina- dor compreende ainda: uma primeira câmara de separação contendo uma primeira por- ção de entrada em uma extremidade da câmara de separação; pelo menos uma primeira entrada para receber a mistura fluida na primeira porção de entrada da primeira câmara de separação; pelo menos uma saída na outra extremidade da primeira câmara de separação; e destituído de uma saída de extravasamento; e onde o hidrociclone separador contém: uma segunda câmara de separação contendo uma segunda porção de entrada em uma extremidade da segunda câmara de separação; pelo menos uma segunda entrada para receber a mistura fluida na segunda porção de entrada da segunda câmara de separação; pelo menos uma saída de extravasamento na segunda câmara de separação; e pelo menos uma saída de escoamento subalveolar na outra extremidade da segunda câmara de separação de, pelo menos, uma saída de extravasamento.

22. Método, de acordo com a reivindicação 21, onde a primeira câmara de separação possui um primeiro diâmetro interno e em que a se- gunda câmara de separação possui um segundo diâmetro interno, de modo que o segundo diâmetro interno é menor do que o primeiro diâmetro interno.

23. Método, de acordo com a reivindicação 21, onde pelo menos um aglutinador está em um primeiro recipiente e o pelo menos um hidroci- clone separador está em um segundo recipiente.