BRPI0712833A2 - sistema e mÉtodo para separar pelo menos duas das fraÇÕes partÍculas sàlidas, lÍquidos e gÁs, de um fluido - Google Patents

Abstract

SISTEMA E MÉTODO PARA SEPARAR PELO MENOS DUAS DAS FRAÇÕES PARTÍCULAS SàLIDAS, LÍQUIDOS E GÁS, DE UM FLUIDO. Um sistema (1) para o tratamento de um fluido compreendendo pelo menos duas das frações partículas sólidas, liquido e/ou gás é descrito, o sistema (1) sendo definido por pelo menos uma porção de entrada (3) e duas ou mais porções de saída (5, 7, 9) e o sistema (1) sendo disposto para separar partículas sólidas de um tamanho predeterminado do líquido por meio de pelo menos um aparelho de separação (23, 25) e, então, carregar as frações para fora do sistema (1) , o sistema (1) para o tratamento de fluido sendo substancialmente estanque a fluido entre pelo menos uma porção de entrada (3) e as porções de saída (5, 7, 9) e sendo equipado com pelo menos um dispositivo de geração de sub-pressão (11, 13) que é disposto para proporcionar uma sub-pressão no sistema (1) entre pelo menos uma porção de entrada (3) e as porções de saída (5, 7, 9), pelo menos um aparelho de separação (23, 25) sendo disposto para separar o fluido em frações incluindo substancialmente sólidos, líquido e/ou gás, as frações do fluido sendo mantidas separadas como à medida que as frações são carregadas para fora do sistema (1) Também é descrito um método de usar o sistema (1).

Description

SISTEMA E MÉTODO PARA SEPARAR PELO MENOS DUAS DAS FRAÇÕES PARTÍCULAS SÓLIDAS, LÍQUIDOS E GÁS, DE UM FLUIDO

A presente invenção refere-se a um sistema de tratamento de fluido. Mais especificamente, refere-se a um sistema para a separação das partículas sólidas de um fluido de um tamanho predeterminado do líquido do fluido e possível gás que é liberado do fluido. O fluido pode ser, por exemplo, mas não se limita a, um fluido de perfuração contendo lama de perfuração e partículas perfuradas, chamadas aparas, e também líquido e gás.

A separação de partículas sólidas de fluxos de fluido, realizada pela passagem de um fluido através de um filtro ou dispositivo de tela com perfurações de tal tamanho que as partículas sólidas são retidas na superfície de tela ao invés de passarem através dela, é uma técnica bem conhecida. Esta é conhecida de, entre outras coisas, perfuração de poço na indústria de produção de petróleo, em que os chamados aparelhos sacudidores de xisto ou "sacudidores" são utilizados para separar aparas do fluido de perfuração, de modo que líquido de perfuração valioso possa ser recirculado para baixo do poço. No entanto, no tratamento de fluido, como por separação, por exemplo, evaporação de gases desfavoráveis à saúde e ao meio ambiente poderia ocorrer, o que adicionalmente poderia representar um risco para a segurança. Não existem soluções conhecidas que poderiam de uma maneira prática encerrar um aparelho sacudidor de xisto sem que o aparelho inteiro fosse construído em uma sala separada. No entanto, isto não resolve o problema do pessoal que opera e mantém o equipamento durante a operação ser exposto aos gases. Assim, o equipamento de proteção terá que ser utilizado, mesmo se um aparelho sacudidor de xisto for construído de acordo com a técnica anterior.

No pedido de patente norueguesa N020053230, cujos inventores são os mesmos que os da presente invenção, é descrito um aparelho de separação de fluido e peneiração resolvendo o problema de evaporação de gás de um aparelhos de separação, entre outras coisas. O pedido de patente norueguesa N020053230 é incorporado na presente descrição para referência em sua totalidade. No entanto, a invenção de acordo com N020053230 somente afastará os gases que são liberados do próprio aparelho de separação. Assim, os gases que são liberados do fluido em outros pontos no processo com zonas abertas não poderiam ser coletados e levados para fora de uma forma controlada. Na indústria de offshore, entre outras, mas também em outras indústrias nas quais limpeza de fluido é relevante como, por exemplo, no espalhamento de estrume na agricultura, existe uma vontade expressa de ser capaz de proteger as pessoas e o meio ambiente de gases prejudiciais à saúde que poderiam ser emitidos do fluido sob tratamento. Até agora, esta vontade não foi possível de ser satisfeita sem a utilização de equipamento de proteção.

A invenção tem por objeto remediar ou reduzir pelo menos um dos inconvenientes da arte anterior.

0 objeto é atingido através de características que são indicadas na descrição abaixo e nas reivindicações que se seguem.

Em um primeiro aspecto a presente invenção é constituída por um sistema para o tratamento de um fluido compreendendo pelo menos duas frações do fluido, partículas sólidas, líquido e/ou gás, o sistema sendo definido por pelo menos uma porção de entrada e duas ou mais porções de saída, e o sistema sendo disposto para separar partículas sólidas de um tamanho predeterminado do líquido por meio de pelo menos um aparelho de separação e, em seguida, carregar as partículas sólidas, o líquido e pelo menos uma porção do gás para fora do sistema, o sistema para tratamento de fluido sendo substancialmente estanque a fluido entre pelo menos uma porção de entrada e as porções de saída, e sendo equipado com pelo menos um dispositivo de geração de sub-pressão que é disposto para proporcionar uma sub-pressão no sistema entre pelo menos uma porção de entrada e as porções de saída, o aparelho de separação sendo arranjado para separar o fluido para era frações incluindo substancialmente sólidos, liquido e/ou gás, as frações do fluido sendo mantidas separadas à medida que as frações são levadas para fora do sistema.

Será entendido que o liquido pode conter partículas que são menores do que o tamanho predeterminado, de modo que elas possam passar através do dispositivo de separação.

É uma vantagem se o dispositivo de separação for do tipo que é revelado no pedido de patente norueguês NO 20053230, o que quer dizer que o aparelho de separação de preferência inclui um elemento de separação sem fim, um dispositivo de sucção, que está em comunicação fluida com o dispositivo de geração de sub-pressão, sendo disposto em direção a uma porção do lado inferior do elemento de separação. Para coletar as partículas e o líquido separados para posterior processamento fora do sistema, é uma vantagem se o sistema for equipado com pelo menos um recipiente que está disposto para manter a separação entre sólidos e líquido. Em uma modalidade preferida o sistema é fornecido com pelo menos dois recipientes, um para os sólidos e um para o líquido. Pelo menos um, mas de preferência pelo menos dois recipientes, poderiam funcionar tanto como uma unidade de armazenamento quanto como um tanque amortecedor antes das frações de fluido sólidas e líquidas serem passadas adiante para posterior tratamento, seja para preferivelmente dois recipientes ou pela transferência das frações para outros dispositivos apropriados de transporte. De preferência, enquanto no sistema, os recipientes são ligados à sub-pressão do sistema.

Em uma modalidade preferida, o dispositivo de geração de sub-pressão é disposto de tal forma que um fluxo de fluido de, por exemplo, mas não limitado a, ar seja gerado o qual poderia mover o fluido através de pelo menos porções do sistema para tratamento de fluido. 0 dispositivo de geração de sub-pressão de preferência inclui uma bomba de vácuo conhecida per se.

Em um segundo aspecto da presente invenção é apresentado um método de separar um fluido incluindo pelo menos duas das frações partículas sólidas, líquido e/ou gás em um sistema que é fornecido com pelo menos uma porção de entrada e duas ou mais porções de saída, o sistema sendo arranjado para separar partículas sólidas de um predeterminado tamanho do líquido por meio de pelo menos um aparelho de separação e posteriormente carregar as partículas separadas do fluido, líquido e pelo menos uma porção de gás, para fora do sistema, o método para tratar o fluido compreendendo as seguintes etapas: arranjar um sistema substancialmente estanque a fluido entre pelo menos uma porção de entrada e as porções de saída; proporcionar uma sub-pressão entre pelo menos uma porção de entrada e as porções de saída por meio de pelo menos um dispositivo de geração de sub-pressão; levar o fluido através de pelo menos uma porção de entrada, através de pelo menos um aparelho de separação, no qual o fluido é separado em frações essencialmente incluindo pelo menos duas das frações sólidas, líquidas e/ou gás; e manter a separação das frações do fluido fora do sistema através das respectivas porções de saída.

A seguir se descreve um exemplo não limitador de uma modalidade preferida, que é visualizado nos desenhos em anexo, em que peças similares ou correspondentes são indicadas substancialmente pelos mesmos numerais de referência, e nos quais:

A Figura 1 mostra um desenho do princípio de um sistema de tratamento de fluido para fluido de perfuração de acordo com a presente invenção;

A Figura 2 mostra, em maior escala, uma vista em perspectiva de um primeiro aparelho de separação incluído no sistema mostrado na Figura 1;

A Figura 3 mostra, em maior escala, uma vista em perspectiva de um segundo aparelho de separação incluído no sistema mostrado na Figura 1; A Figura 4 mostra um desenho do princípio de um sistema de tratamento de fluido para limpar sedimentos em um fundo do mar.

Nas figuras o numerai de referência 1 indica um sistema de tratamento de fluido para a separação das frações de sólidos, líquido e gás de um fluido. 0 sistema de tratamento de fluido 1 será denominado, a seguir, como o sistema 1.

Na figura 1 é apresentado um desenho do princípio de um sistema 1 para tratar um fluido de perfuração na indústria do petróleo, o sistema 1, coberto por este pedido de patente, sendo mostrado como definido por meio de uma linha tracejada. Uma pessoa habilitada vai compreender imediatamente que os elementos individuais que são mostrados no desenho do princípio não estão em escala.

0 sistema 1 inclui uma porção de entrada 3 e três porções de saída 5, 7 e 9 para sólidos, líquido e gás separados, respectivamente.

A porção de entrada 3 é conectada ao chamado niple de retorno de lama ou "niple de sino" em um riser 50.

Um dispositivo de geração de sub-pressão na forma de uma bomba de vácuo 11 e um tanque de vácuo associado 13 é conectado a um sistema de tubo 15 conectando o tanque de vácuo 13 ao interior de dois recipientes 17, 19, respectivamente, um recipiente de transporte 17, que é arranjado para ser desconectado e transportado para fora do sistema 1, e um recipiente de armazenagem intermediária 19 que é arranjado para ser conectado a um sistema de transporte 52. 0 sistema de transporte 52 é constituído por um sistema de tubo para transferência fechada do conteúdo do recipiente 19 para um navio 54. Na modalidade exemplar o navio 54 é mostrado como equipado com um dispositivo de sucção na forma de uma bomba de vácuo 56 com um tanque de vácuo associado 58, para sucção do conteúdo do recipiente de armazenamento intermediário 19 a bordo do navio 54. No entanto, considera- se que outros dispositivos conhecidos per se para a transferência do recipiente de armazenamento intermédio 19 para o navio 54 poderão ser utilizados.

A qualquer um dos recipientes 17, 19 é conectado um tubo adicional 21. 0 tubo de 21 é arranjado para levar partículas sólidas que foram separadas do fluido de perfuração para um primeiro dispositivo de separação 23 e um segundo dispositivo de separação 25. Para simplificar, o tubo de 21 é denominado, a seguir, "linha de sólidos" 21. 0 primeiro dispositivo de separação 23 é arranjado, entre outras coisas, para separar as partículas grossas transportadas no fluido de perfuração e vai, por simplicidade, ser denominado, a seguir, como "separador grosso 23". O separador grosso 23 é descrito em mais detalhes quando é feita referência à figura 2.

0 segundo dispositivo de separação 25 é um dispositivo de separação do tipo que é coberto pelo pedido de patente N020053230 e que inclui um elemento de separação rotativo sem fim ou tecido de tela, no qual um dispositivo de sucção que está em comunicação fluida com o dispositivo de geração de sub-pressão 11, 13, é arranjado em direção a uma porção do lado inferior do elemento de separação. 0 segundo dispositivo de separação 25 está disposto para separar o líquido de retorno das partículas sólidas do fluido de perfuração que são retidas no tecido de tela rotativo. A seguir, o segundo dispositivo de separação é chamado um "separador fino" 25 e é descrito em mais detalhes com referência à figura 3.

0 separador grosso 23 é conectado ao e está em comunicação fluida com o separador fino 25 através da linha de fluxo 24, de modo que a porção do fluido de perfuração que passa por uma tela 237 do separador grosso 23 é transportada para uma porção de entrada 251 do separador fino 25.

A distribuição de partículas sólidas que são transportadas do separador grosso 23 e separador fino 25 através da linha de sólidos 21 até o recipiente de transporte 17 e o recipiente de armazenamento intermediário 19 é controlada por meio de um dispositivo de distribuição, não mostrado.

0 líquido de retorno que é separado no separador fino 25 do fluido de perfuração por meio de pelo menos um dispositivo de sucção 257' é transportado pela sub-pressão para o tanque de vácuo 13 através de uma linha 27. A seguir, a linha 27 é chamada de "linha de liquido de retorno" 27. Do tanque de vácuo 13 o liquido de retorno separado do fluido de perfuração é bombeado de forma controlada e por meio de dispositivos de bomba (não mostrados) conhecidos per se para fora do sistema 1 para um recipiente 29 para liquido de perfuração ativo. Por meio de uma bomba de liquido de perfuração de alta pressão 31 o liquido de perfuração ativo é bombeado em uma forma conhecida per se do recipiente 29 para o poço através de uma linha de injeção 33.

0 gás que é liberado do fluido é bombeado, juntamente com o ar que é arrastado para o sistema 1 no separador grosso 23, por meio do dispositivo de geração de sub-pressão 11, 13 através de uma linha de respiro 16 para o ar livre. Será entendido que o gás poderia, em alternativa, ser recolhido em um recipiente adequado (não apresentado) para um novo tratamento, possivelmente limpo antes de ventilado para a atmosfera.

Na figura 2 é mostrada uma vista em perspectiva do separador grosso 23, em principio mostrado na figura 1, mas em maior escala e de forma mais pormenorizada. Para maior clareza, porções do separador grosso 23 são mostradas transparentes. No entanto, será entendido que o separador grosso 23 é encapsulado. Fluido de perfuração é carregado do niple de retorno de lama do riser 50 para dentro por uma entrada 231 que é colocada em um alojamento 233. 0 alojamento 233 é fixamente disposto em um dispositivo de separação 235, que inclui um tecido de tela sem fim 237 que está suspenso entre e disposto para rodar em torno de três cilindros de deflexão (mostrado apenas um).

Lama de perfuração que é levada ao separador grosso 23 é separada por partículas grossas, que não passam no tecido de tela 237 sendo transportadas no mesmo e caindo em um cominuidor 238 partículas grossas ou cavacos grossos. 0 cominuidor 238 é impulsionado por um motor 239. No cominuidor 238 os cavacos são esmagados em frações menores. Do cominuidor 238 os cavacos são transportados em um sistema fechado de uma porção de saida do cominuidor 238' para a linha de sólidos 21 e através da estação de distribuição, não se mostrada, ainda para o recipiente de transporte 17 e/ou recipiente de armazenamento intermédio 19.

A porção da lama de perfuração passando pelo tecido de tela 237 é transportada através de uma porção de saida de tela 237' para a linha de fluxo 24 e ainda para uma porção de entrada 251 (ver figura 3) da tela de finos 25.

0 separator grosso 25 está a uma sub-pressão interna que é influenciada pelo dispositivo de geração de sub-pressão 11, 13 e uma válvula de controle, não mostrada, para o fornecimento de ar. A válvula de controle é colocada em uma porção do separador grosso 25. 0 fluxo de ar que é gerado por meio da válvula de controle e dispositivo de geração de sub- pressão 11, 13 efetuará transferência da lama de perfuração. Além disso, o fluxo de ar pode atuar como um refrigerante para a lama de perfuração, o que poderia, por sua vez, contribuir para a redução da evaporação de frações tóxicas.

Na figura 3 é mostrada uma vista em perspectiva da tela de finos 25 mostrada em principio na figura 1, mas em maior escala e de forma mais detalhada. Para maior clareza, a tela de finos 25 é apresentada parcialmente transparente. No entanto, é de ser entendido que a tela de finos 25 é encapsulada. A descrição detalhada da tela de finos 25 pode ser encontrada no pedido de patente norueguês N020053230. A lama de perfuração que passa no tecido da tela 237 no separador grosso 23 mencionado acima é transportada através de uma linha de fluxo 24 para uma porção de entrada 251 que é colocada em um alojamento 253. 0 alojamento 253 fixamente disposto em um dispositivo de separação 255 que inclui um tecido de tela sem fim 257 que está suspenso entre e disposto para rodar em torno de quatro cilindros de deflexão 256 (dois mostrados). Sob uma porção do tecido de tela 257 são colocados dois bicos de sucção afastados entre si 257'. Os bicos de sucção 257' estão em comunicação fluida com o dispositivo de geração de sub-pressão 11, 13. 0 bico de sucção 257' aspira liquido, e também particulas passando através das aberturas no tecido de tela 257, trazendo o mesmo através da linha de liquido de retorno 27 para o tanque de vácuo 13 como descrito acima.

Em uma modalidade (não mostrada), a tela de finos 25 é ainda fornecida com uma fonte de som acústico, por exemplo, um fonte ultra-sônica, ainda realizando a separação de liquido da matéria sólida. Essa fonte de som acústico é descrita em detalhes no pedido de patente norueguês N020051433, cujos inventores são os mesmos que os da presente invenção, que está incorporado na atual divulgação para referência na sua totalidade.

Na figura 4 é apresentado um fluxograma de um sistema de tratamento de fluido, de acordo com a presente invenção, usado no tratamento de um fluido que é sugado do fundo do mar, por exemplo, uma bacia. Assim, o processo corresponde substancialmente ao processo em que o fluido de perfuração é separado nas frações de sólidos, liquido de perfuração e gás, como mostra a figura 1 e é descrito acima, mas em que o sistema de tratamento de fluido tem apenas duas saídas, uma através da linha de retorno 33 e uma (não mostrada) através do recipiente de transporte ou armazenamento intermediário 17, 19. Fluido que será limpo é bombeado para o sistema por meio de uma bomba 50'.

A presente invenção poderia também ser muito útil na limpeza de massa contaminada em terra, por exemplo, areia contaminada com óleo. À massa contaminada produtos químicos poderiam, então, ser adicionados facilitando a dissolução da contaminação, pelo que os constituintes do fluido, tais como sólidos (areia), líquido (óleo e produtos químicos) e gás (dos produtos químicos e petróleo) podem ser coletados de uma forma controlada e, eventualmente, submetidos a novo tratamento. Um exemplo de outro campo de uso da presente invenção é a separação de estrume, em que este pode ser separado em frações de matéria sólida, liquido e gás. A matéria sólida poderia ser utilizada como biomassa para a produção de biogás ou para a produção de pellets para a melhoria do solo. 0 liquido, possivelmente em conjunto com o gás, será bem adaptado para injeção no solo, o que acabou por se revelar uma eficiente forma de fertilização.

Uma sistema de sub-pressão em que se baseia a presente invenção poderia resultar, em termos de projeto, em equipamento com menos fatores de segurança e, conseqüentemente, equipamento menor/mais leve do que o equipamento correspondente concebido para pressão, pois as conseqüências de um eventual colapso em um sistema de sub- pressão são menores do que as de um colapso correspondente em equipamento carregado de pressão.

Assim, a presente invenção representa uma forma de tratar um fluido, em que existe o controle total das frações do fluido, o que representa grandes vantagens relativas à arte anterior no que diz respeito tanto a aspectos de saúde como ambientais durante o próprio processo de limpeza. Além disso, a invenção se abre para novas possibilidades de limpeza de fluido contendo sólidos, liquido e possível gás.

Claims (11)

1. Sistema para separar pelo menos duas das frações partículas sólidas, líquidos e gás, de um fluido sendo movido de uma porção de entrada (3) do sistema para a porção de saída (5, 7, 9) para cada uma das frações, o sistema (1) incluindo: pelo menos um dispositivo de separação (23, 25); um sistema de tubo (3, 15, 21, 24) que conduz o fluido e suas frações através do sistema, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende: pelo menos um recipiente (17, 19) arranjado para receber a fração sólida do fluido, e que pelo menos um recipiente (17, 19) está em comunicação fluida com um dispositivo de geração de sub-pressão (11, 13) ligado ao sistema (1).

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de geração de sub-pressão (11, 13) está localizado a jusante de pelo menos um recipiente (17, 19).

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos dispositivo de separação (23, 25) inclui um elemento de separação rotativo sem fim (237, 257), onde um dispositivo de sucção (257') também em comunicação fluida com o dispositivo de geração de sub-pressão (11, 13), o dispositivo de sucção sendo disposto em direção a uma porção da parte inferior do elemento de separação (237).

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um tanque de vácuo (13) formando parte do dispositivo de geração de sub-pressão (11, 13) é disposto para armazenamento intermediário da fração de líquido do fluido.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema ainda compreende pelo menos um recipiente para gás.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de geração de sub-pressão (11, 13) é disposto para proporcionar um fluxo que é suficiente para mover as frações do fluido da porção (3) para pelo menos um recipiente (13, 17, 19).

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluido é um fluido de perfuração de retorno de um poço de petróleo.

8. Método para separar pelo menos duas das frações partículas sólidas, líquidos e gás de um fluido que é movido de uma porção de entrada (3) do sistema (1) compreendendo: pelo menos um dispositivo de separação (23, 25); um sistema de tubulação (3, 15, 21, 24) transportando o fluido e suas frações através do sistema (1), caracterizado pelo fato de que o método inclui: dispor no sistema (1) pelo menos um recipiente (17, 19) arranjado para receber a fração de sólidos do fluido; e proporcionar comunicação fluida entre pelo menos um recipiente (17, 19) para a fração de sólidos e um dispositivo de geração de sub-pressão (11, 13).

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o método ainda compreende dispor o dispositivo de geração de sub-pressão (11, 13) a jusante de pelo menos um recipiente (17, 19).

10.

Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o método ainda compreende arranjar pelo menos um dos dispositivos de separação (23, 25) como um elemento de separação rotativo sem fim (237, 257) onde um dispositivo de sucção (257') é também colocado em comunicação fluida com o dispositivo de geração de sub- pressão (11, 13) e onde o dispositivo de sucção (257') é disposto em direção a uma porção da parte inferior do dispositivo de separação (237).