BRPI0911223B1

BRPI0911223B1 - Sistema de compressão de gás

Info

Publication number: BRPI0911223B1
Application number: BRPI0911223-5A
Authority: BR
Inventors: Lars Brenne; Harald Underbakke; Bjorn-André Egerdahl; Tor BJORGE; Rune Mode Ramberg; William Bakke
Original assignee: Statoil Petroleum As
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2009-04-02
Publication date: 2019-08-06
Also published as: WO2009131462A3; EA024584B1; US9784076B2; US20150322749A1; NO20081911L; US9784075B2; CA2720678C; NO328277B1; BRPI0911223A2; EP2288786A2; EP2288786B1; EA201071220A1; AU2009238753B2; US9032987B2; MX2010011362A; US20110048546A1; WO2009131462A2; DK200970290A; CA2720678A1; US20150322763A1

Abstract

sistema de compressão de gás a invenção se refere a um sistema de compressão de gás compreendendo um condicionador de fluxo compacto (21), destinado a ser colocado abaixo do nível do mar em vizinhança próxima a uma cabeça de poço ou sobre uma instalação seca, dito condicionador de fluxo (21) sendo destinado a receber um fluxo multifásico através de um tubo de suprimento (11) a partir de um poço submarino para o ulterior transporte de tais hidrocarbonetos para uma instalação de recepção multifásica, e onde preferivelmente evita acúmulo de areia ou remove tanta areia quanto possível a partir do fluxo multifásico, o gás (g) e o líquido (l) sendo separados no condicionador de fluxo (21) depois do que o gás (g) e líquido (l) separados são reunidos e entra em um medidor multifásico (46) antes do impulsionamento por meio de um compressor (22). na unidade combinada de bomba e compressor multifásico (22), como uma unidade integrada, compreende uma unidade combinada de bomba e compressor multifásico (22) que funciona no princípio centrífugo, usado para transportar líquido e gás a partir de um condicionador de fluxo (21) para uma instalação de recepção multifásica remota.

Description

“SISTEMA DE COMPRESSÃO DE GÁS” [0001] O Campo Técnico [0002] A presente invenção se refere a um sistema para compressão de gás a úmido, compreendendo um condicionador de fluxo compacto, um medidor de fluxo multifásico e um compressor multifásico a jusante, preferivelmente do tipo de compressor centrífugo, projetado para ser instalado abaixo do nível do mar na vizinhança de uma cabeça de poço ou sobre uma instalação seca, tal como uma plataforma ou uma instalação na costa, o condicionador de fluxo sendo projetado para ser suprido com fluxo multifásico de hidrocarbonetos a partir de um poço submarino, transportar e preferivelmente evitar acúmulo ou remover tanta areia a partir de dito fluxo multifásico quanto possível.

[0003] Antecedentes para a Invenção [0004] As futuras instalações submarinhas requererão equipamento para aumentar a pressão no fluxo de poço para obter exploração ótima do reservatório. O uso de máquinas que aumentam a pressão contribui para uma redução da pressão de fundo de poço no poço. Isto então conduzirá a uma aceleração da produção a partir do reservatório, provendo uma possibilidade para manter estável o regime de fluxo através do revestimento de poço, de modo que a formação de obstruções de fluido é evitada. Soluções da técnica anterior que compreendem o uso de bombas para bombear líquidos (água e óleo bruto, etc.), e a mistura de líquido e gás onde o líquido representa mais que 5 % em volume, enquanto compressores que são capazes de bombear gás úmido estão sob desenvolvimento e teste. Atualmente, os compressores têm capacidade limitada, e o aumento em pressão e potência são limitados no máximo a poucos megawatts. Portanto, existe uma necessidade de desenvolvimento de sistemas de compressor que podem manipular grandes volumes de gás tendo em parte diferenças de pressão substanciais e com potência de até várias dezenas de megawatts.

[0005] Os desafios a serem encontrados a este respeito são, dentre outros, a transferência de volumes efetivamente grandes abaixo do nível do mar; manipulação de areia, água, óleo/condensado, e gás; conjuntamente com possível poluição, tal

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2/19 como produtos químicos de produção, inibidores de hidrato, poluições a partir do reservatório; e distribuição desigual de tal matéria sobre o espaço de tempo de vida útil do campo; obstruções de líquido durante a fase de início de operação e transientes, etc.

[0006] As soluções saem de tais sistemas. Todos dos sistemas têm um denominador comum, mais especificamente sua dependência do funcionamento de um número de componentes, tendo que trabalhar conjuntamente para obter a exigida funcionalidade de sistema. Muitos destes componentes da técnica anterior não são qualificados para uso em conexão com exploração no mar de óleo.

[0007] A GB 2 264 147 revela um arranjo de força para impulsionar fluidos multifásicos desde um reservatório em uma formação para uma instalação de processamento, onde o arranjo de força é colocado em uma linha de fluxo entre o reservatório e a instalação de processamento. O arranjo compreende um recipiente de separação para separação de líquido/gás, onde dito recipiente de separação tem uma entrada para fornecer uma mistura de óleo e gás antes do posterior transporte separado do gás e do líquido. Ainda, o arranjo de força compreende uma bomba acionada por motor, projetada para elevar a fração de líquido para fora do depurador e ainda para uma bomba a jato, enquanto o gás separado é permitido que flua através de um tubo separado para dita bomba a jato. A partir da bomba a jato, o gás e líquido misturados são então comprimidos para uma instalação de processamento a uma pressão substancialmente mais alta que a pressão na entrada para o recipiente de separação.

[0008] Sumário da Invenção [0009] O condicionador de fluxo é projetado para receber um fluxo multifásico de principalmente hidrocarbonetos a partir de um ou mais poços submarinos, para transportar e garantir um fluxo uniforme de gás e líquido para o compressor de gás úmido e preferivelmente para evitar acúmulo ou remover tanta areia quanto possível a partir de dito fluxo multifásico. A presença de um líquido de fluxo de poço através do compressor inteiro deve prevenir a formação de depósitos, aumentar as condições de pressão na máquina, garantir refrigeração do gás durante o estágio de compressão e reduzir erosão, uma vez que a energia de velocidade de possíveis

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3/19 partículas é absorvida pela película de líquido que umedece a superfície inteira do circuito de compressão.

[0010] Um objetivo da presente invenção é o de poder manipular grandes volumes de gás e menores volumes de líquido acompanhantes, em diferenças de pressão parcialmente substanciais entre ditos dois fluidos.

[0011] Um outro objetivo da invenção é o de aumentar a potência disponível do sistema por mais que dezenas de megawatts. Ainda, um outro objetivo da invenção é o de reduzir o número de componentes críticos no sistema de processo sobre o leito do mar, e tornar os componentes críticos mais robustos pela introdução de novos elementos tecnológicos. Tais componentes críticos ou funções de reserva são:

- válvula de controle estabilização,

- manipulação do líquido de recipiente de separação,

-bomba,

- manipulação de areia,

- refrigerador,

- medições de volume, e

- sistema de controle.

[0012] Ainda, um outro objetivo da invenção é o de melhorar os sistemas existentes.

[0013] O compressor permanece uma parte vital do sistema, manipulando o aumento de pressão no gás como sua função principal. O compressor é projetado para ser robusto com respeito ao condicionamento de fluxo de gás/líquido, redundância, vários níveis de barreiras contra falha e sistemas auxiliares simplificados.

[0014] O compressor é instalado na vizinhança dos poços de produção submarinos e deve fornecer produção para uma única tubulação de saída.

[0015] Os objetivos da presente invenção são atingidos por uma solução como ainda definida na parte caracterizante da reivindicação independente.

[0016] Várias modalidades da invenção são definas pelas reivindicações

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4/19 dependentes.

[0017] De acordo com a invenção, uma unidade combinada de bomba e compressor para transportar de gás e líquido a partir do condicionador de fluxo para uma unidade de recepção multifásica é provida, tal unidade combinada de bomba e compressor formando uma parte integral do condicionador de fluxo. A unidade de bomba e compressor compreende um ou mais propulsores que funcionam no princípio centrífugo e será denotado a seguir como o compressor de gás úmido. Tal unidade deve estar em posição para pressurizar um fluxo de poço compreendendo gás, líquido e partículas. O compressor de gás úmido pode ser energizado por uma turbina, mas é preferivelmente energizado por um motor elétrico integrado dentro da mesma caixa de pressão que o compressor, onde gás de processo ou o gás proveniente do fluxo de poço é usado para refrigerar o motor elétrico e os mancais. O gás quente usado para refrigerar o motor elétrico pode ser transferido para locais onde existe uma necessidade de aquecimento. Isto pode em particular ser relevante para as válvulas de regulagem no sistema, tal como, por exemplo, a válvula de estabilização, a fim de prevenir formação de hidratos ou gelo em válvulas que normalmente estão fechadas.

[0018] Uma modalidade alternativa do compressor de gás úmido é a provisão de um separador rotativo e/ou estático para coletar o líquido em uma coroa circular, de modo que ao líquido é proporcionada energia de velocidade que é transformada em energia de pressão em um sistema estático, tal como um pitot, e que o líquido pressurizado é alimentado fora e depois da parte de compressor da unidade, e logo a seguir misturado novamente com o gás a jusante da unidade.

[0019] O condicionador de fluxo pode preferivelmente incluem uma unidade integrada na forma de um separador de líquido e um captador de tampão a montante da unidade de compressor e bomba combinada. Ainda, o condicionador de fluxo pode ser oblongo com seu comprimento longitudinal em uma direção de fluxo de fluido. Se existir uma necessidade de refrigerar o gás antes da entrada de compressor, o condicionador de fluxo pode também incluir um refrigerador.

[0020] A função de tal condicionador de fluxo pode ser com base em princípios

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5/19 diferentes. Uma solução técnica é com base na característica que gás e líquido podem ser aspirados para cima através de dutos separados e misturados logo a montante do compressor de gás úmido. O líquido é aspirado para cima e distribuído no fluxo de gás por meio do princípio de Venturi, onde tal efeito preferivelmente pode ser obtido por meio de uma constrição no tubo de entrada para o propulsor, logo a montante do propulsor, de modo que um aumento de velocidade de gás pode fornecer suficiente subpressão, garantindo que o líquido seja aspirado para cima a partir do condicionador de fluxo. Gás e líquido formarão assim uma mistura aproximadamente homogênea depois de chegar ao primeiro propulsor. Funções correspondentes podem também ser asseguradas pelo uso de um condicionador de fluxo onde o líquido é separado em um tanque horizontal e onde um aumento de altura de líquido no tanque assegurará mais fluxo de líquido no gás, uma vez que a área de fluxo do líquido é dada pelos furos em uma parede divisória perfurada arranjada verticalmente. A mistura de gás e líquido como tal será então feita no condicionador de fluxo e existirá uma necessidade de passar o gás e o líquido através de um sistema para medição de fluxo multifásico definindo os volumes de gás e líquido que passam através da entrada do compressor de gás úmido. Em adição ao controle convencional de estabilização, tal dispositivo de medição de fluxo multifásico deve também assegurar o controle de tampão quando o líquido aumenta substancialmente ou é pulsante, isto sendo detectado pelo medidor multifásico, e uma válvula de regulagem é então aberta (válvula de estabilização) para assegurar a recirculação de gás a partir da saída de volta para a entrada do compressor de gás úmido. Se requerido, o sistema de controle assegura que as revoluções por minuto do compressor de gás úmido sejam abaixadas.

[0021] A vantagem a mais essencial da presente invenção é que ao líquido e gás seja proporcionada pressão elevada em uma e na mesma unidade. Assim, não existe nenhuma necessidade de separação de gás/líquido convencional e a bomba de líquido pode ser omitida. Um sistema de compressão pode, portanto, ser tomado substancialmente mais simples e pode ser produzido a um custo substancialmente inferior.

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6/19 [0022] Breve Descrição dos Desenhos [0023] Uma modalidade preferida da invenção deve ser descrita a seguir em mais detalhe com referência aos desenhos, nos quais:

a figura 1 mostra esquematicamente um diagrama de um sistema submarino de acordo com a técnica anterior;

a figura 2 mostra esquematicamente um diagrama de um sistema submarino incluindo um condicionador de fluxo de acordo com a presente invenção, com base no princípio de Venturi;

a figura 3a mostra esquematicamente em mais detalhe uma unidade de acordo com a invenção;

a figura 3b mostra em escala ampliada a característica indicada dentro do anel A na figura 3a;

a figura 4 mostra esquematicamente um detalhe de uma modalidade alternativa de um compressor de gás úmido de acordo com a presente invenção;

a figura 5 mostra um sistema submarino genérico de acordo com a presente invenção, onde um medidor multifásico é usado para medir o volume de gás e líquidos na entrada do compressor de gás úmido, provendo assim dados usado em um sistema de controle de estabilização convencional, e um ciclo de recirculação (linha de estabilização) e onde o condicionador de fluxo é com base na separação de gás e líquido e provendo uma re-entrada controlada do líquido no gás dentro do tanque;

a figura 6 mostra um sistema submarino detalhado de acordo com a presente invenção onde o compressor de gás úmido é energizado por um motor elétrico e onde o gás de processo é usado para prevenir a formação de hidrato e gelo a jusante da válvula de estabilização; e a figura 7 mostra em um outro detalhe uma exposição esquemática do condicionador de fluxo usado no sistema mostrado nas figuras 5 e 6.

[0024] Descrição Detalhada da Invenção [0025] A figura 1 mostra esquematicamente um diagrama de sistema de um sistema de compressor submarino 10 de acordo com uma solução da técnica

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7/19 anterior. De acordo com a solução da técnica anterior, o sistema compreende uma linha de suprimento 11 onde o fluxo de poço pode escoar ou naturalmente devido a uma pressão excessiva no poço através da linha de tubo comum 41, quando as válvulas 49 e 51 estão fechadas, enquanto as válvulas 52 e 54 estão abertas, ou através do sistema de compressor quando as válvulas 49 e 51 estão abertas e as válvulas 52 e 54 estão fechadas.

[0026] Quando o fluxo de poço é alimentado ao sistema de compressor 10, o fluxo de poço é alimentado em um depurador ou separador de líquido 12, onde partículas de gás e líquido são separadas. À frente da entrada para o separador de líquido 12, um refrigerador 13 é arranjado, resinando o fluxo de poço desde tipicamente 70°C para tipicamente 20 °C depois do fluxo de poço entrar no separador de líquido 12. O refrigerador 13 reduz a temperatura do fluxo de poço de modo que líquido é separado e a porção de líquido é aumentada. Esta redução de fluxo em massa de gás que é alimentado no compressor 17 reduz a exigência de potência no compressor 17. O refrigerador 13 pode, em princípio, ser colocado a montante do compressor 17, como mostrado na figura 1. Um refrigerador correspondente pode possivelmente também, em princípio, ser colocado a jusante do compressor 17, assegurando assim uma temperatura inferior à temperatura de limite na linha de tubo.

[0027] O líquido separado no separador 12 é então alimentado através de um dispositivo de medição de volume de líquido 54 e vai para dentro da bomba 15. O dispositivo de medição 54 pode alternativamente ser arranjado a montante da bomba 15. Ainda, o líquido a partir da bomba 15 é retomado de volta para o separador 12 no volume desejado pela regulagem de uma válvula 50. Dita circulação de líquido assegura uma maior faixa operacional (maiores volumes de líquido) através da bomba 15.

[0028] O gás separado no separador 12 é alimentado em um dispositivo de medição de volume 53 e então no compressor 17. O compressor 17 aumenta a pressão no gás de tipicamente 40 bar para tipicamente 120 bar. A jusante da saída do compressor 17, um ciclo de recirculação é arranjado, alimentando o gás através

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8/19 de um refrigerador 55 e de volta para a montante do separador 12 quando a válvula (válvula de estabilização 19) é aberta. O refrigerador 55 pode opcionalmente ser integrado no refrigerador de entrada 13 pela alimentação de gás recirculado de volta para a montante do refrigerador de entrada 13. Dita recirculação de gás aumenta a faixa operacional do compressor 17, e assegura que o volume de gás através do compressor 17 seja suficiente durante o curso e subsequente fechamento da máquina. O aumento de pressão no líquido por meio da bomba 15 corresponde a um aumento de pressão no gás através do compressor 17.

[0029] O gás que vem a partir do compressor 17 é então alimentado através de uma válvula de refluxo 57, enquanto o líquido que vem a partir da bomba 15 vai através de uma válvula de retenção 58. Gás a partir do compressor 17 e líquido a partir da bomba 15 são misturado em uma junta em Y 59. O fluxo de poço passa ainda na tubulação 20, levando o fluxo de poço para uma instalação de recepção multifásica (não mostrada). Quando requerido, um pós-refrigerador (não mostrado) pode ser incorporado.

[0030] A figura 2 mostra um sistema correspondente de acordo com a presente invenção. De acordo com esta solução, um fluxo multifásico que vem a partir de um poço (não mostrado), incluindo possível areia, está escoando através de uma linha de suprimento 11 para dentro de um condicionador de fluxo 21 onde o fluxo de fluido a partir do poço é estabilizado pela separação do líquido e do gás em dito condicionador de fluxo 21. O líquido é tomado a partir do fundo do condicionador de fluxo 21 através de um tubo de saída 24, enquanto o gás é tomado no topo do condicionador de fluxo através de um tubo de saída 23. Como uma consequência de tal solução, um tubo de saída 16 com dois tubos separados 23, 24 formado como um tubo de gás/líquido integral 16 na forma de tubos separados para gás e líquido é conectado a uma bomba e compressor combinados 22. A finalidade da unidade combinada de bomba e compressor 22 é de aumentar a pressão tanto no gás quanto no líquido para o ulterior transporte para uma instalação multifásica (não mostrada). Isto pode ser feito, como indicado na figura 3, onde gás e líquido são destinados para serem uniformemente distribuídos e alimentados a um compressor

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9/19 de gás úmido 22 produzindo aumento de pressão no gás e no líquido através do mesmo duto/propulsor de fluxo. Alternativamente, isto pode ser obtido como indicado na figura 4, onde gás e líquido são separados na entrada para a máquina e onde a fração de gás é alimentada a um compressor de gás padrão, enquanto ao líquido separado é proporcionada suficiente energia rotacional de modo que o líquido pode ser transportado para fora da câmara de líquido 44 com suficiente pressão para enfrentar a pressão na fração de gás na saída a partir da unidade de compressor. [0031] O tubo de saída 16 é na forma de um tubo de gás 23 que se comunica com a parte superior, cheia com gás, do condicionador de fluxo 21, enquanto um tubo de líquido interno 24, tendo menor diâmetro que o tubo de saída 16b, se comunica com a parte inferior, cheia de líquido, do condicionador de fluxo 21. O tubo de gás 23 termina, como mostrado na figura 3, no tubo de entrada do compressor 22. O tubo de líquido interno 24 sai em um bocal de pulverização 23', projetado para distribuir o líquido uniformemente dentro do gás. O tubo de gás 23 é conectado ao flange de entrada no compressor 22. O bocal de pulverização de líquido 23 é arranjado no flange de entrada, próximo ao propulsor 35 do compressor. A partir do bomba/compressor combinados 22, o fluxo multifásico é exportado através de um tubo 20 para uma unidade de recepção multifásica (não mostrada). O tubo de saída a partir da unidade combinada de bomba e compressor 22 é mostrado na figuras 2 e na figura 4.

[0032] A partir do fundo do condicionador de fluxo 21, um segundo tubo de saída 25 para remoção de areia é arranjado, se requerido. Quando areia deve ser removida, a unidade de compressor/bomba combinada 22 é preferivelmente desligada. O tubo pode, para esta finalidade, ser equipado com uma válvula apropriada 26. O tubo é conectado de tal maneira que se for exigido que areia seja esvaziada a partir do condicionador de fluxo 21, o compressor é paralisado, a válvula (não mostrada) na linha 20 é fechada e a válvula 26 é aberta enquanto a pressão na instalação de recepção é reduzida.

[0033] Da mesma maneira como mostrado para a técnica anterior mostrada na figura 1, um refrigerador 13 é incorporado a montante do condicionador de fluxo 21.

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A finalidade e temperaturas são, em essência, correspondentes à finalidade e temperaturas para a solução da técnica anterior de acordo com figura 1.

[0034] Como mostrado na figura 2, uma válvula de estabilização pode agora ser supérflua. Uma possível eliminação da válvula de estabilização depende das características de resistência ao fluxo da tubulação e das características do compressor, e devem ser apropriadamente adaptadas em cada caso simples. As características de compressor têm mostrado, a partir de análise e testes recentemente realizados, que se alteram para compressores que operam com duas fases e por causa da recirculação interna para gás de refrigeração de motor, de modo que a necessidade de estabilizar a vazão é reduzida.

[0035] O condicionador de fluxo 21 de acordo com a presente invenção pode preferivelmente ser oblongo na direção de fluxo com uma área de seção transversal maior que aquela do tubo de suprimento 11, contribuindo assim também para a separação melhorada de gás G e líquido L, e separação melhorada de possível areia no fluxo.

[0036] O ponto mais inferior no compressor pode preferivelmente ser a saída e/ou entrada de compressor. Isto assegura a drenagem simples do compressor 22.

[0037] A figura 3a mostra esquematicamente detalhes do condicionador de fluxo 21 de acordo com a presente invenção, onde gás G e líquido L primeiramente são separados no separador 21 a montante do propulsor 35 da unidade. O líquido L é aspirado para cima e fornecido através do tubo de entrada 24, o qual, em sua uma extremidade, é provido com uma constrição ou um bocal de pulverização 23. O líquido L é distribuído tão uniformemente quanto possível no fluxo de gás G por meio do princípio de Venturi, causado pela constrição na linha de suprimento 36 do tubo de gás. Como mostrado, o condicionador de fluxo 21 pode ser oblongo. Em uma extremidade do condicionador de fluxo, um tubo de entrada 27 é arranjado, conectado à linha de suprimento 11. Nesta extremidade, uma placa inclinada 28 é arranjada para dirigir o fluxo de fluido que entra no condicionador de fluxo 21 em direção à sua área de fundo. No condicionador de fluxo 21, o líquido L e areia escoarão para baixo na direção para o fundo da unidade 21 devido à gravidade e

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11/19 redução na velocidade de escoamento dentro do condicionador de fluxo 21, causado pela área de escoamento aumentada, enquanto o gás G permanece na parte superior. Uma robusta estrutura interna apropriada 29 pode ser instalada internamente no condicionador de fluxo 21. Esta é um arranjo que aumenta a eficiência de separação e uniformiza o fluxo de líquido/gás. Um aspecto importante é que dita estrutura interna 29 preferivelmente também pode compreender um refrigerador, permitindo a omissão de um refrigerador colocado fora o condicionador de fluxo 21, a montante de dito condicionador de fluxo 21.

[0038] De acordo com a invenção, gás G é alimentado a partir do condicionador de fluxo 21 à unidade combinada de bomba e compressor 22 através de um tubo de saída 23, enquanto o líquido L é aspirado para cima através de um tubo 24. O gás G e o líquido L são simultaneamente pressionados/bombeados para adiante para uma instalação de recepção multifásica (não mostrada).

[0039] A estrutura interna robusta internamente no condicionador de fluxo 21 pode ser na forma de uma unidade que otimiza o nivelamento de tampão e forma a base para a separação efetiva de líquido L e gás G, de modo que o líquido L e a areia, de uma maneira apropriada, podem ser direcionados na direção para o fundo do tubo.

[0040] Areia coletada pode periodicamente ser removida a partir do condicionador de fluxo 21 por meio de uma produção tubo 25 e válvula apropriada 26.

[0041] Uma alternativa para o uso de um refrigerador 13, ou como uma adição, o compressor 22 pode ser instalado a uma distância a partir do(s) poço(s), formando suficiente área de superfície do tubo de entrada para obter a necessária refrigeração do fluido no tubo por meio da água circundante do mar. Isto depende de uma possível necessidade de proteger a camada sobre o tubo e dimensão de tubo (necessidade de abertura de fosso).

[0042] Se as exigências do processo ou regularidade exigirem mais que um compressor 22, então tais compressores podem ser arranjados em paralelo ou em série. Se eles forem arranjados em série, pode ser possível construir ambos os

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12/19 compressores 22 de modo que a característica de sistema sempre ficará à direita da linha de surto. Ambos os compressores podem ainda ser um backup um para o outro. A necessidade da função da válvula de estabilização 19 será então diminuída completamente ou parcialmente. Se fosse necessário considerar a remoção da necessidade de uma válvula de estabilização 19, isto significará que uma partida do compressor pode ser feita subsequente a mais ou menos equalização de pressão da linha de tubo. Detecção de sobrepressão, isto é o limite inferior para a vazão estável do compressor, é implementada de modo que, pela detecção de vazão demasiadamente baixa, o compressor é fechado a fim de evitar dano a partir de vibrações mecânicas. Para proteger o compressor durante o fechamento súbito, não intencional, válvula de proteção necessária que assegura a rápida equalização de pressão entre a entrada e saída dos compressores pode ser considerada.

[0043] O líquido L e partículas podem ser transportados para fora por meio do compressor 22 e uma constrição 36 no tubo de entrada para o compressor 22 é arranjada, de modo que líquido L é aspirado para cima e uniformemente distribuído para a entrada de compressor.

[0044] A figura 3b mostra em uma escala ampliada a extremidade de saída do condicionador de fluxo 21, marcada com A na figura 3a. Como mostrado na figura 3b, o gás G é alimentado a partir do condicionador 21 para dentro de uma constrição em forma de funil 36 que conduz para um ou mais propulsores 35 que são levados a girar por meio de um motor 30. Devido à constrição em forma de funil 36 e ao formato da abertura no propulsor 35, e também devido à rotação do propulsor 35, o líquido é em adição aspirado para cima através do tubo de suprimento 24 e sai através do bocal de pulverização de líquido 23, formado de uma constrição na extremidade do tubo de suprimento 24. No propulsor 35, a mistura de líquido L e gás G é radialmente alimentada através do difusor 38 e para fora para o interior de um coroa circular 39 que circunda o propulsor. A partir da coroa circular 39, o fluxo multifásico é forçado para fora a uma pressão muito alta através de uma tubulação (não mostrada) para uma estação de recepção multifásica (não mostrada). Na extremidade do propulsor 35 voltada para a constrição em forma de funil 35, uma

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13/19 vedação 40 é arranjada, que impede o indesejado vazamento de gás/líquido. Dispositivos mecânicos, tais como os mancais para o propulsor 35, dispositivos de suspensão do tubo de suprimento 24, etc., não são mostrados. O motor 30 e o compressor 22 podem preferivelmente ser diretamente conectados um ao outro e montados em um recipiente de pressão comum 37, evitando vedações rotativas na direção para o ambiente. O motor 30 pode ser energizado por eletricidade, fluidos hidráulicos ou similares.

[0045] A figura 4 mostra uma modalidade onde o líquido L é alimentado em uma etapa 0 que compreende um elemento de giro 32, arremessando o líquido L para fora na direção para a periferia do tubo constrito 36 e ainda para uma câmara rotativa 44. A montante da câmara rotativa 44, elementos rotativos 32 podem ser arranjados, dito elemento de giro pode ser na forma ou de um separador estacionário ou rotativo. O elemento de giro de separação 32 separa o líquido L e o gás G, o gás G sendo levado para se mover para frente para o propulsor 35 e a coroa circular 39 via um difusor 38, enquanto o líquido L é levado a escoar através da entrada 34 para a câmara rotativa 44. A entrada para a câmara rotativa 44 pode ser provida tanto com dispositivos arranjados internamente 32 para separação da fase líquida com partículas a partir da fase gasosa, quanto um duto de suprimento em forma de coroa circular 34 para transporte de líquido para a câmara rotativa 44. O líquido L na câmara rotativa 44 é comprimido para fora da câmara rotativa 44 através da abertura 45 no tubo de saída/tubo de pitot combinados 43. A abertura 45 é colocada de tal maneira que a abertura é arranjada na seção da câmara rotativa 44 sendo cheia com líquido L. O tubo de saída 43 para o líquido a partir da câmara rotativa 44 está em comunicação fluida com a saída 42 a partir da coroa circular 39 do compressor. A finalidade é de separar líquido L a partir do gás G logo à frente do propulsor de gás 35 e para fazer com que o líquido gire, isto é para fornecer ao líquido L suficiente energia cinética de modo que a energia cinética pode ser recuperada em um difusor ou um tubo de pitot e transformar tal energia em energia de pressão. A conexão entre a câmara rotativa 35 e a unidade estacionária 36 é provida com dispositivos de vedação 40 que permite o movimento relativo entre as

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14/19 duas partes 35, 36. Para tal solução, o líquido pressurizado L desviará a unidade de compressor 35, depois do que o gás G e líquido L são remisturados conjuntamente a jusante da unidade.

[0046] Tal como para a modalidade mostrada na figura 3, a coroa circular 29 de acordo com a presente invenção é também provida com um difusor 38, arranjado a jusante da saída a partir do propulsor 35.

[0047] A câmara de líquido rotativa 44 será auto-reguladora na medição em que, quando líquido é crescentemente enchido na câmara de líquido 44, a pressão no ponto de coleta de líquido aumentará, forçando assim o líquido na direção para o compressor saída. De tal maneira, um aumento no volume de líquido irá também aumentar a capacidade de bomba, de modo que o nível de líquido no condicionador de fluxo 21 é mantido dentro de limites aceitáveis.

[0048] De acordo com esta modalidade, a câmara rotativa 44 gira conjuntamente com o propulsor 35.

[0049] A figura 5 mostra um sistema submarino correspondente 10 de acordo com a invenção. Um fluxo de poço consistindo de gás, líquido e partículas, chega através da linha de tubo 11, da qual um fluxo natural a partir do poço é assegurado quando a válvula 13 é aberta e as válvula 49 e 51 são fechadas. A produção a partir do poço pode ser aumentada por deixar o fluxo a partir do poço escoar no sistema submarino 10 pela abertura da válvula 49 e da válvula 51, enquanto a válvula 13 está fechada. A montante da entrada para o condicionador de fluxo 21, um refrigerador 13 é arranjado, resinando o fluxo de poço desde tipicamente 70°C para tipicamente 40°C. O refrigerador 13 reduz a temperatura no fluxo de poço de modo que líquido é separado e a porção de líquido é aumentada. Este aumento em volume de líquido pode em certos casos resultar em consumo efetivo aumentado no compressor de gás úmido 22, de modo que o refrigerador 13 em tais casos deve ser movido para a jusante do compressor de gás úmido 22 para assegurar temperaturas inferiores que a temperatura de limite da tubulação. O refrigerador 13 pode, em princípio, ser com base em refrigeração por convecção natural a partir da água do mar circundante ou com base em convecção forçada. Um medidor de fluxo

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15/19 multifásico 46 é posicionado entre o compressor de gás úmido 22 e o condicionador de fluxo 21. O medidor de fluxo multifásico 46 medo volume de gás e líquido que escoam para dentro do compressor de gás úmido 22. Em substanciais taxas de líquido ou suprimento pulsante de fluido, isto pode ser detectado pelo medidor de fluxo multifásico 46, de modo que a válvula de regulagem 19, (a válvula de estabilização) se abre, assegurando volume de gás aumentado e um regime de escoamento estável no interior da máquina. Uma unidade de produção de gás 47 a jusante do compressor assegura que um volume de líquido muito pequeno circule de volta para o compressor de gás úmido 22 através do ciclo de recirculação 18. Alternativamente, um refrigerador 48 pode ser incluído no ciclo de recirculação 18, de modo que pode ser possível operar o compressor de gás úmido, enquanto as válvulas 49 e 51 estão fechadas, isto é, nenhum suprimento de fluxo de poço para o sistema submarino 10. Também será possível eliminar o refrigerador 48 pela colocação do ciclo de recirculação 18 a montante do refrigerador 13. De acordo com a presente invenção, o compressor de gás úmido 22 funciona como uma bomba e compressor combinados de modo que o sistema submarino 10 mostrado na figura 5 é simplificado em comparação com o sistema convencional descrito na figura 1. O compressor de gás úmido 22 mostrado na figura 5 compreende um ou mais propulsores com base no princípio centrífugo, ajustados para girar por uma unidade de acionamento integrada, tal como, por exemplo, uma turbina ou um motor elétrico. A presença de líquido através do compressor de gás úmido 22 pode alterar a janela de operação (linha de sobrepressão) do compressor de gás úmido 22 e será importante monitorar continuamente possíveis frequências de vibração, menores que a frequência corrente do eixo de compressor de gás úmido, pela aplicação de uma análise por Transformada Rápida de Fourier do sinal de vibração a partir do propulsor, que também podem ser medidas por meio de um acelerômetro sobre um exterior de a carcaça de máquina. De tal maneira, o nível de vibração subssíncrono (frequência de vibração inferior à frequência de rotação) pode ser usado para abrir a válvula de controle 19 para assegurar fluxo de gás aumentado na entrada do compressor de gás úmido 22. Ainda, a presença de líquido na entrada do

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16/19 compressor de gás úmido 22 aumentará a relação de pressão através da máquina como uma consequência de densidade volumétrica elevada do fluido. A erosão por partículas é reduzida, uma vez que o líquido umedece as superfícies rotativas e previne o impacto direto entre as partículas e o propulsor. Ainda adicionalmente, o líquido se distribuirá uniformemente na direção radial através de um propulsor com base no princípio centrífugo, enquanto o líquido é ao mesmo tempo transferido em pequenas gotículas que podem ser facilmente transportadas pelo fluxo de gás. Tais pequenas gotículas assegurarão ao mesmo tempo uma grande área de interface (área de superfície de contato) entre o gás e o líquido de modo que o gás pode efetivamente ser refrigerado pelo líquido durante a compressão através do compressor de gás úmido 22. Tal refrigeração do gás durante a compressão reduzirá as exigências de energia, enquanto a temperatura de saída a partir do compressor de gás úmido 22 ao mesmo tempo será inferior àquela para um compressor convencional. A formação de uma camada superficial no compressor 17 será normalmente experimentada em um sistema de compressor convencional mostrado na figura 1, causada por pequenos volumes de líquido que chegam com gás contendo partículas, que adere às superfícies internas do compressor 17 quando o líquido é evaporado como uma consequência de temperatura aumentada através do compressor 17. Em um compressor de gás úmido 22 mostrado na figura 5, o volume de líquido será significante e normalmente estando na faixa de 1-5 em porcentagem em volume na entrada. Isto assegurará que líquido esteja presente através da máquina inteira, eliminando assim a formação de uma camada de superfície.

[0050] Uma válvula de refluxo 60 é colocada a jusante do compressor de gás úmido 22, impedindo o refluxo de gás e líquido para o interior do compressor de gás úmido 22. O fluxo de poço pressurizado é então direcionado de volta para a linha de tubo 20 através da válvula aberta 51 para o uIterior transporte para uma instalação de recepção apropriada (não mostrada).

[0051] A figura 6 mostra uma instalação submarina 10 de acordo com a presente invenção, com base nos componentes principais mostrados na figura 5, como

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17/19 mostrado em maior detalhe. Um fluxo de poço compreendendo gás, líquido e partículas é direcionado para dentro da instalação submarina 10 através da tubulação 11 e da válvula principal 49, e então escoa através do tubo 61 que pode ser horizontal, mas preferivelmente ligeiramente inclinado de modo que um fluxo de retorno na direção para a linha principal 11 é provido durante a paralisação. Um tubo vertical 62 se estende desde o topo do tubo horizontal 61 e vai para uma constrição 63 que preferivelmente pode ser representada por uma placa com orifícios ou uma válvula. Uma parte menor do gás no topo do tubo horizontal 61 escoará para dentro do tubo vertical 62, enquanto a parte maior de fluxo de poço continuará para o condicionador de fluxo 21 devido à menor resistência ao fluxo, e então para ser misturado com o gás que vem a partir do tubo vertical 62 a jusante do condicionador de fluxo 21.

[0052] O condicionador de fluxo 21 na figura 6 é revelado em mais detalhe na figura 7. O tubo 61 conduz para o condicionador de fluxo 21, que preferivelmente é na forma de um tanque alongado cilíndrico. A velocidade do gás é substancialmente reduzida devido à área aumentada de fluxo conjuntamente com o uso da parede 64, assegurando que líquido e partículas sejam permitidas que se depositem no tanque 21. O fundo 65 do condicionador de fluxo 21 pode ser inclinado para baixo na direção para o tubo de saída 66 para assegurar que partículas não sejam acumuladas dentro do tanque 21, alternativamente um condicionador de fluxo inteiro 21 pode ser inclinado correspondentemente com respeito a um plano horizontal, encontrando assim a dita função do fundo 65. Líquido e partículas separadas no tanque 21 encontrarão uma parede perfurada 67 mostrada em mais detalhe na seção A- A' na figura 11, provida com um grande número de pequenos furos 69 através dos quais escoará o líquido e então subsequentemente se remisturar com o gás a montante do tubo de saída 66. Entre o fundo do condicionador de fluxo 21 e a placa perfurada 67, uma abertura 68 como mostrada na figura 7 é arranjada, destinada a assegurar que areia e outras partículas não se separem e acumulem ou se formem no tanque 21, mas sejam forçadas para fora conjuntamente com o líquido através do tubo de saída 66. A função do condicionador de fluxo 21 é assegurada

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18/19 pelo fato de que uma rápida alteração em volume de líquido no tubo de entrada 61 na figura 6 será suavizada devido à alteração no nível de líquido dentro do tanque 21. Quando o nível aumenta dentro do condicionador de fluxo 21, o líquido escoará através de mais e mais furos 69 na parede perfurada 67, aumentando assim o fornecimento de líquido para o tubo de saída 66.

[0053] Gás e líquido que provêm a partir do tubo vertical 62 e do condicionador de fluxo 21 na figura 6 então escoam através de um medidor de fluxo multifásico vertical 46, medindo as vazões para o gás e o líquido. Um compressor de gás úmido 22 na figura 6 (horizontal na figura, mas podem ter qualquer orientação) que compreende um ou mais propulsores com base no princípio centrífugo, acionados por um motor elétrico formando parte do compressor de gás úmido 22, recebe o fluxo de poço a partir de um tubo vertical 70 desde seu lado de fundo. A pressão aumenta então no fluxo de poço através do compressor de gás úmido 22 e é então alimentado em um tubo vertical 71 arranjado na direção para o lado de fundo do compressor de gás úmido 22. A finalidade de um tubo de entrada vertical 70 é de assegurar boa drenagem de líquido a partir do compressor de gás úmido 22 durante uma parada, e correspondentemente a partir do medidor de fluxo multifásico 46 e do condicionador de fluxo 21 com sistema de tubos associado através da placa com orifícios 63 e para baixo para dentro do tubo 61, terminando no tubo principal 11. Da mesma maneira, o líquido pode também ser drenado para fora a partir da saída do compressor de gás úmido 22 durante a parada, de modo que líquido a partir do tubo de saída 71, do refrigerador 13, unidade de saída de gás 47, válvula de refluxo 60, e válvula 51 com tubos associados está escoando de uma maneira natural de volta para o tubo principal 20. A unidade de saída de gás 47 assegura que volumes muito pequenos de líquido sejam recirculados de volta a montante do medidor de fluxo multifásico 46. Tal ciclo de re-circulação 18 é normalmente usado para aumentar o volume de fluxo de gás através do compressor de gás úmido 22 durante a parada ou partida do compressor de gás úmido 22, mas também em situações onde o medidor de fluxo multifásico 46 detecta nível de líquido não usualmente alto ou possivelmente uma taxa de líquido pulsante instável. A válvula de regulagem 19

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19/19 também se abrirá se as frequências de vibração que aparecem forem inferiores à frequência corrente do eixo de compressor de gás úmido, que podería indicar que a re-circulação de gás ocorre em um ou mais das partes estacionárias ou rotativas dentro do compressor de gás úmido 22. De acordo com a tecnologia da técnica anterior, gás de processo é usado para refrigerar o motor elétrico e os mancais e é suprido a partir do compressor de gás úmido 22 para assegurar uma sobrepressão nestas partes, em comparação com a pressão na entrada do compressor de gás úmido 22. Tal gás de refrigeração extraído a partir do compressor de gás úmido 22 pode conter líquidos e partículas, uma vez que o compressor de gás úmido 22 está impulsionando uma mistura de corrente de poço não processada. Tais partículas sendo magnéticas podem se depositar e acumular dentro do motor elétrico e dentro e sobre os mancais. Por conseguinte, é proposto usar um arranjo onde elementos magnéticos permanentes são incorporados na parede de tubo ou pela incorporação de uma câmara separada a fim de coletar tais partículas magnéticas antes da alimentação do gás de processo na área do motor elétrico e dos mancais. Desta maneira, depósitos de partículas magnéticas no motor elétrico ou nos mancais usados no compressor de gás úmido 22 são evitados. O gás quente que foi usado para refrigerar o motor elétrico pode ser alimentado a partir do motor elétrico em um tubo 72 através de uma válvula de refluxo 73 e dentro do tubo a jusante de a válvula de regulagem 19 (a válvula de estabilização) para assegurar que a formação de hidratas ou gelo seja evitada durante a operação normal quando a válvula de regulagem é fechada. Opcionalmente, o gás quente pode ser alimentado em um invólucro de aquecimento que circunda a válvula de regulagem 15 para aquecer uma válvula inteira 15, se necessário, antes da alimentação do gás quente a jusante da válvula de regulagem 15. O fluxo de poço pressurizado será assim enviado da instalação submarina 10 via a linha de tubo principal 20 para uma instalação de recepção apropriada (não mostrada).

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de compressão de gás para manipular grandes volumes de gás hidrocarboneto em um fluxo de poço submarino e acompanhar menores volumes de líquido hidrocarboneto, o sistema de compressão de gás compreendendo:

um condicionador de fluxo compacto (21) na forma de um tanque, destinado a ser colocado abaixo do nível do mar em vizinhança próxima a uma cabeça de poço ou sobre uma instalação seca, o dito condicionador de fluxo (21) sendo configurado para receber um fluxo multifásico de hidrocarbonetos através de um tubo de suprimento (11) a partir de um poço submarino para o ulterior transporte de tais hidrocarbonetos para uma instalação de recepção multifásica, e caracterizado por uma unidade combinada multifásica de bomba e compressor (22);

em que o sistema de compressão de gás é configurado de modo que o gás e o líquido são separados no condicionador de fluxo e o gás e o líquido separados são reunidos e entram em um medidor multifásico (46) antes do impulsionamento pela unidade combinada multifásica de bomba e compressor (22), em que a unidade combinada multifásica de bomba e compressor compreende um propulsor para fazer a compressão de uma mistura de gás e líquido, funcionando no princípio centrífugo, de modo que é dado uma pressão aumentada ao gás e líquido na mesma unidade, em que uma válvula de estabilização é aberta para recircular o gás a jusante da unidade para a montante da unidade responsiva para detecção pelo medidor de fluxo multifásico de taxas de fluxo líquido acima de um limite predeterminado ou suprimento pulsante de fluido, e em que o dito condicionador de fluxo recebe o fluxo multifásico de um tubo de suprimento através de um tubo geralmente horizontal, e em que um tubo geralmente vertical incluindo uma constrição ou válvula se estende do topo do tubo geralmente horizontal para a jusante do condicionador de fluxo, de modo que uma porção do gás do fluxo multifásico no tubo geralmente horizontal flui para o tubo geralmente vertical e é misturado com o fluxo a jusante do condicionador de fluxo.

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2. Sistema de compressão de gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o condicionador de fluxo (21) está na forma de um cilindro horizontal tendo um diâmetro maior que o diâmetro da linha de suprimento (11) a partir do poço, e tendo sua direção longitudinal paralela à direção de fluxo de fluido.
3. Sistema de compressão de gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gás (G) e o líquido (L) separados são aspirados para cima através de tubos separados (24, 23) e remisturados novamente a montante da unidade combinada multifásica de bomba e compressor (22).
4. Sistema de compressão de gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o líquido (L) é aspirado para cima e distribuído no fluxo de gás por meio do princípio de Venturi, em que o efeito de Venturi é obtido por meio de uma constrição (36) no tubo de entrada para o propulsor (35), logo a montante do propulsor (35).
5. Sistema de compressão de gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gás (G) e o líquido (L) são aspirados para cima através de um tubo comum (16) e direcionados através de um medidor de fluxo multifásico para dentro da unidade combinada multifásica de bomba e compressor (22).
6. Sistema de compressão de gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um separador rotativo e/ou estático para separar líquido (L) e gás (G) é arranjado em conjunção com a unidade combinada multifásica de bomba e compressor (22).
7. Sistema de compressão de gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o condicionador de fluxo (21) é provido com um refrigerador inerente (13) para redução das dimensões e complexidade de sistema para o fluxo trocar calor com a água circundante do mar.
8. Sistema de compressão de gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende uma linha de aquecimento (72) em uma válvula de regulagem a fim de prevenir formação de hidratas pelo uso

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3/3 de gás de refrigeração quente a partir da refrigeração de motor.
9. Sistema de compressão de gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende também uma unidade de remoção de líquido (47) para evitar reciclagem de líquido enquanto utiliza a válvula de regulagem.
10. Sistema de compressão de gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o condicionador de fluxo (21) compreende um segundo tubo de saída (25) para remoção de areia, quando requerida, através de uma válvula separada.
11. Sistema de compressão de gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o condicionador de fluxo (21) é provido com dispositivos de influenciação de fluxo internamente arranjados (64,67), assegurando um suprimento uniforme de líquido.
12. Sistema de compressão de gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um arranjo de ímãs permanentes é utilizado para coletar partículas magnéticas a partir de uma corrente de fluxo de processo extraída a partir do sistema de processo, mas não limitado à unidade combinada de bomba e compressor (22) antes da alimentação do gás de processo ao motor elétrico e aos mancais.