BRPI1013847B1

BRPI1013847B1 - Ferramenta de descoqueificação de fluido, e, método para passar um fluido de descoqueificação através de um bocal

Info

Publication number: BRPI1013847B1
Application number: BRPI1013847-1A
Authority: BR
Inventors: J. Patttom Matthew; D. Hanson Lloyd
Original assignee: Flowserve Management Company
Priority date: 2009-05-04
Filing date: 2010-05-04
Publication date: 2018-08-07
Also published as: US20100276506A1; US20180355253A1; US10370594B2; US10077403B2; DE112010004638T8; DE112010003369T5; RU2011145399A; RU2531395C2; MX2011011655A; US20100276504A1; MX2011011658A; WO2010129499A3; RU2011145398A; DE112010004638B4; WO2010129529A1; DE112010003369T8; BRPI1013948A2; WO2010129499A2; MX356182B; DE112010004638T5

Description

(54) Título: FERRAMENTA DE DESCOQUEIFICAÇÃO DE FLUIDO, E, MÉTODO PARA PASSAR UM FLUIDO DE DESCOQUEIFICAÇÃO ATRAVÉS DE UM BOCAL (51) Int.CI.: C10B 33/00; B05B 1/02; B05B 1/16 (30) Prioridade Unionista: 03/05/2010 US 12/772,577, 04/05/2009 US 61/175,260 (73) Titular(es): FLOWSERVE MANAGEMENT COMPANY (72) Inventor(es): MATTHEWJ. PATTTOM; LLOYD D. HANSON (85) Data do Início da Fase Nacional: 04/11/2011 “FERRAMENTA DE DESCOQUEIFICAÇÃO DE FLUIDO, E, MÉTODO PARA PASSAR UM FLUIDO DE DESCOQUEIFICAÇÃO ATRAVÉS DE UM BOCAL”

Esta invenção diz respeito no geral a ferramentas para remover coque de recipientes tais como tambores de coqueificação usados em refino de óleo e, mais particularmente, a melhorias nos desenhos de bocal de corte e perfuração para uso em uma ferramenta de descoqueificação.

Em operações de refino de petróleo convencionais, óleo bruto é processado em gasolina, combustível diesel, querosene, lubrificantes e similares. É uma prática comum recuperar subprodutos de hidrocarbonetos residuais pesados por meio de um processo de craqueamento térmico conhecido como coqueificação retardado. Em uma operação de coqueificação retardado, hidrocarboneto pesado (óleo) é aquecido a uma alta temperatura (por exemplo, entre 900 F e 1.000 F (482 a 538 ^oC) em grandes aquecedores conhecidos como uma unidade de fracionamento, e então transferidos para vasos cilíndricos conhecidos como tambores de coque que são grandes de até 30 pés (9,1 metros) de diâmetro e 140 pés (42,7 metros) de altura, e tipicamente configurados para operar em pares. O óleo aquecido libera seus vapores de hidrocarbonetos (incluindo, entre outras coisas, gás, nafta e óleos de gás) na base da unidade de fracionamento para processamento em produtos de utilidade, deixando para trás, por meio do efeito combinado de temperatura e tempo de retenção, coque de petróleo sólido. O resíduo de coque tem que ser quebrado a fim de removê-lo do vaso, e isto é preferivelmente conseguido usando uma ferramenta de descoqueificação (ou corte de coque) em conjunto com um fluido de descoqueificação, tal como água a alta pressão.

Uma ferramenta como esta inclui uma broca de perfuração tanto com bocais de perfuração quanto de corte. A ferramenta é abaixada no vaso através de uma abertura no topo do vaso e o suprimento de água a alta pressão é introduzido na abertura na ferramenta de forma que ela possa ser

Petição 870180039930, de 14/05/2018, pág. 14/34 seletivamente roteada tanto através dos bocais de perfuração quanto de corte da broca para agir como um jato de fluido, dependendo do modo de operação. Uma vez que altas vazões e pressões (por exemplo, vazões de 1.000 galões (3.785 L) por minuto (gpm) a 3.000 a 4.000 libras por polegada quadrada (psi) (20,7 a 27,6 MPa) são tipicamente usadas para tais operações, não é nem prático nem desejável abrir os bocais de perfuração e corte ao mesmo tempo. Em vez disso, foi vantajoso empregar válvulas de desvio ou outros dispositivos de controle de fluxo para direcionar seletivamente o fluxo tanto para os bocais de corte quanto para os bocais de perfuração, dependendo de qual parte da operação de descoqueificação a ferramenta está nesse momento. Um par de exemplos de ferramentas de descoqueificação empregando atributos de comutação de modo está representado na patente U.S. 5.816.505 (para comutação do modo manual) e na patente U.S. 6.644.567 (para comutação do modo automática); ambas são de mesma autoria do requerente da presente invenção, e também aqui incorporadas pela referência.

Independente se uma ferramenta de descoqueificação usa recursos de comutação do modo, o tamanho relativamente grande da ferramenta, junto com os bocais de corte apontando geralmente para fora, significam que ela tem que formar um perfil radial significante no leito de coque que está sendo cortado. Uma ferramenta convencional tem aproximadamente 22 polegadas (559 mm) de diâmetro e 35 polegadas (889 mm) de comprimento, enquanto as dimensões do conjunto de bocal têm ligeiramente mais que 5 polegadas (127 mm) de comprimento com um diâmetro externo na entrada de cerca de 3,75 polegadas (95,3 mm) e um diâmetro externo na saída de cerca de 1,875 polegada (47,6 mm). Este grande tamanho exacerba a tendência de a ferramenta ficar emperrada, especialmente em situações onde o caminho de passagem perfurado formado no coque pode já estar comprometido, tal como quando o leito de coque colapsa ou fica entupido com pedaços de coque que foram liberados pela força do fluido de

Petição 870180039930, de 14/05/2018, pág. 15/34 descoqueificação que emana dos bocais de corte. Em uma situação como esta, a ferramenta poderia ficar emperrada, exigindo etapas difíceis e demoradas para liberá-la.

Além das grandes dimensões físicas, bocais de corte e 5 perfuração convencionais tendem apresentar uma queda de pressão maior do que a necessária. Grande parte disto origina-se de um perfil radial desnecessariamente grande causado no plano de ejeção do fluido de descoqueificação na ponta do bocal. O bocal convencional era relativamente comprido a fim de acomodar o grande número de passagens de fluxo perfuradas, enquanto a grande dimensão radial reflete a necessidade de inúmeras tais passagens. Além do mais, vários componentes que constituem o bocal são formados como um conjunto constituído de múltiplas peças que podem necessitar usinagem complexa e fabricação relacionada.

É desejável criar bocais para uma ferramenta de descoqueificação que evita um ou mais dos inconvenientes supramencionados.

Esses desejos são satisfeitos pela presente invenção, onde bocais de fluido de descoqueificação são providos com melhores atributos de fluxo. As superfícies dos caminhos de fluxo internos definem uma forma no geral afilada ou convergente que pode reduzir os componentes radiais da velocidade de fluxo e, de uma maneira similar, podem reduzir o desvio padrão do componente axial do fluxo de fluido de descoqueificação. Em virtude de o desvio padrão na velocidade axial ser representativo de qualquer desvio do valor médio, os presente inventores determinaram que a otimização da forma do bocal (tal como executando uma rotina de otimização) força este parâmetro par ao mínimo, e que isto resulta em um bocal que produz um jato onde a velocidade de fluxo através de uma seção transversal é o mais próximo possível da média, e que um jato uniforme como este é mais efetivo no corte de coque no processo de descoqueificação. Por meio de tais melhorias na

Petição 870180039930, de 14/05/2018, pág. 16/34 adequação do caminho de fluxo, o tamanho (em particular, o comprimento axial) do bocal pode ser reduzido, ainda provendo a força de impacto do jato e coerência do jato necessárias. Tal redução de tamanho (bem como redução do número de partes) melhora a capacidade de fabricação e operacionalidade.

De acordo com um aspecto da presente invenção, é revelado um conjunto de bocal para uso em uma ferramenta de descoqueificação de jato de fluido. O conjunto inclui um alojamento com conduto formado nele que é suficiente para transferir fluido de descoqueificação (tal como água pressurizada) para um ou mais bocais que estão fluidicamente acoplados no conduto. O bocal inclui uma entrada de fluido, uma saída de fluido e um caminho de fluxo interno estendendo-se da entrada até a saída. O caminho de fluxo define uma forma afilada de maneira tal que, quando o fluido de descoqueificação passa através do bocal, um padrão de fluxo formado assim é predominantemente coerente. Tal coerência é conseguida pela prevenção de áreas estagnantes e de grandes fluxos parasitas. A camada limite da parede é também minimizada para reduzir perdas por turbulência.

Opcionalmente, existem inúmeros bocais formados no alojamento. Tais bocais podem incluir um ou mais bocais de corte e um ou mais bocais de perfuração. Em uma forma preferida, uma maioria substancial do bocal não salienta-se lateralmente além de uma dimensão externa definida pelo alojamento. Em outras palavras, a presença dos bocais no conjunto não aumenta apreciavelmente a largura ou comprimento do conjunto do alojamento. Embora uma demarcação precisa de o que significa ter os bocais sem estender notavelmente a área útil e dimensões relacionadas do alojamento não seja discutida, certas faixas podem ser usadas para servir como um exemplo. Por exemplo, em bocais usados em uma ferramenta de descoqueificação convencional (tais como aquelas mostradas e discutidas a seguir em conjunto com a tecnologia anterior), os bocais de perfuração podem estender a dimensão geral no comprimento do conjunto em até 40 % ou mais,

Petição 870180039930, de 14/05/2018, pág. 17/34 enquanto os bocais de corte podem estender a dimensão radial ou da largura em até 60 % ou mais. Tais dimensões são consideravelmente maiores que 0 % até aproximadamente 10 % que os bocais da presente invenção podem aumentar as áreas úteis do alojamento.

Relativamente, a maioria da estrutura que constitui o bocal (incluindo a estrutura que dá definição para o caminho de fluxo de entrada, saída e intermediário formado entre a entrada e saída) se encaixa (ou se encaixa quase completamente) na estrutura do alojamento existente. Como tal, ele é substancialmente encerrado no alojamento. Isto é particularmente aplicável aos bocais de corte, onde apenas a borda adjacente à saída do bocal fica fora do alojamento. Como com a discussão apresentada de quanto o bocal estende as dimensões do alojamento do conjunto, uma demarcação precisa do que significa ter uma porção do bocal ou bocais que estende-se além do alojamento não é discutida. No entanto (como antes), certas faixas podem ser usadas paras servir como um exemplo. Em bocais usados em uma ferramenta de descoqueificação convencional (tais como as mostradas e discutidas a seguir com relação à tecnologia anterior), tanto os bocais de perfuração quanto de corte podem ter 60 % ou mais da extensão da estrutura do bocal fora do alojamento, ao passo que, nos bocais da presente invenção, não mais que cerca de 15 % do comprimento dos bocais de corte e não mais que cerca de 25 % do comprimento dos bocais de perfuração residem fora do alojamento.

Em opções adicionais, o bocal pode ser substancialmente fixo em relação ao alojamento, de maneira tal que ele não pivote ou de outra forma mova-se, promovendo assim um ângulo de corte constante para os bocais de corte e um ângulo de perfuração relativamente fixo para os bocais de perfuração. Em um outro recurso opcional, os bocais podem incluir uma câmara de condicionamento de fluxo formada imediatamente à montante da entrada de fluido. Esta câmara atenua qualquer pré-turbilhonamento que surge

Petição 870180039930, de 14/05/2018, pág. 18/34 em decorrência do movimento de fluido através do corpo da ferramenta. Préturbilhonamento é um fenômeno indesejado, já que contribui para o componente da velocidade radial à medida que o jato deixa o bocal. O caminho de fluxo interno é preferivelmente otimizado para atingir o mais alto grau de marca distintiva de desempenho do bocal, preferivelmente pelo menos um de (a) mínima velocidade radial, (b) mínima não uniformidade de fluxo axial, e (c) mínimo comprimento axial para o bocal. No presente contexto, o termo “otimização” e suas variantes visam incluir significativamente aquelas configurações de caminho de fluxo que funcionam em pelo menos uma computação da dinâmica de fluido computacional (CFD) para determinar qual perfil de caminho de fluxo produziria a melhor (ou ideal) de uma ou mais das marcas distintivas de desempenho do bocal supraidentificadas. Em uma forma, o processo CFD pode ser usado para atingir otimização do caminho de fluxo. Por exemplo, dois perfis de bocal podem ser usados, onde um produz um gradiente de velocidade linear ao longo do comprimento do bocal e um outro produz um gradiente de pressão linear ao longo do comprimento do bocal. Esses poderiam ser representados matematicamente usando curvas de Bezier e usados como pontos de partida para o processo de otimização. Versados na técnica percebem que outras representações matemáticas além das curvas de Bezier podem servir ao propósito. Variando-se os parâmetros que definem a curva, múltiplas corridas de simulação podem ser realizadas para identificar a região ideal que satisfaz os três critérios de desempenho supraestabelecidos.

De acordo com um outro aspecto da invenção, é revelada uma ferramenta de descoqueificação de jato de fluido. A ferramenta inclui um mecanismo de distribuição de fluido de descoqueificação que pode receber um fluido de descoqueificação pressurizado de uma fonte, e um conjunto de bocal que pode ser colocado em comunicação fluida com a fonte através do mecanismo. Em uma forma, o mecanismo de distribuição de fluido de

Petição 870180039930, de 14/05/2018, pág. 19/34 descoqueificação é na forma de um tubo, cano e mangueira de entrega, ou conduto relacionado. O conjunto inclui um alojamento com uma ou mais linhas de conduto de fluido de descoqueificação formadas nele, bem como um ou mais de cada um de bocais de corte e bocais de perfuração. O alojamento pode formar uma estrutura separada que pode ser presa a um corpo da ferramenta de descoqueificação (tal como por meio de aperto, encaixe de pressão ou outro meio adequado), ou pode ser uma parte do corpo da ferramenta, tal como pela formação integral ou similares. De qualquer maneira, é provável que a máxima dimensão lateral (ou radial) da porção da ferramenta de descoqueificação que atravessa um vaso de descoqueificação será definida pelo alojamento do conjunto (junto com os bocais). Cada um dos bocais de perfuração e corte pode ser colocado em comunicação fluida seletiva com o conduto no corpo da ferramenta. Uma válvula ou mecanismo de desvio de fluxo relacionado fica disposto em caminhos de fluxo formados entre os bocais e o conduto no corpo da ferramenta para permitir roteamento seletivo do fluido de descoqueificação através do alojamento, de maneira tal que, durante uma operação particular das operações de corte e perfuração, o bocal ou bocais então fora de uso fiquem substancialmente desacoplados fluidicamente da fonte. Além disso, os bocais podem incluir um caminho de fluxo interno definindo uma forma afilada de maneira tal que, mediante passagem do fluido de descoqueificação através do bocal, um padrão de fluxo formado pelo fluido de descoqueificação à medida que ele deixa o bocal apresente um padrão predominantemente coerente.

Em uma forma mais particular da ferramenta de descoqueificação, as válvulas são operadas pelo aparelho de deslocamento do modo que roteia o fluido de descoqueificação para um ou para o outro dos bocais de perfuração e corte. Em uma outra opção, um ou mais bocais são colocados dentro do corpo da ferramenta de descoqueificação de forma que a maior parte da estrutura que constitui os bocais se encaixe na área útil

Petição 870180039930, de 14/05/2018, pág. 20/34 formada pelo corpo da ferramenta. Isto permite que pelo menos a projeção radialmente para fora da ferramenta por causa dos bocais seja reduzida. Como antes, a construção do conjunto pode ser feita para garantir que a maior parte do perfil do bocal fique limitado dentro do corpo da ferramenta, de forma que a saída do bocal fique tanto completa quanto quase completamente dentro da dimensão externa definida pela ferramenta. Em uma outra opção, uma maioria substancial do pelo menos um bocal de corte não salienta-se lateralmente além de uma dimensão externa definida pelo corpo da ferramenta de descoqueificação. Mais particularmente, uma maioria substancial como esta pode ser uma totalidade substancial. O conjunto pode também ser estruturado de forma que um ou mais dos bocais fiquem substancialmente fixos em relação ao corpo da ferramenta, enquanto uma forma particular do bocal é tal que ele inclui uma câmara de condicionamento de fluxo formada imediatamente à montante da entrada de fluido e em comunicação fluida com o conduto. Como com o aspecto anterior, o caminho de fluxo interno é preferivelmente otimizado para atingir uma ou mais de (a) mínima velocidade radial, (b) mínima não uniformidade de fluxo axial, e (c) mínimo comprimento axial do bocal.

De acordo também com um outro aspecto da invenção, é revelado um método de passar um fluido de descoqueificação através de um bocal. O método inclui configurar um ou mais bocais para permitir que o fluido de descoqueificação passe através dele, onde o bocal ou bocais incluem um caminho de fluxo interno que define uma forma afilada. Além do mais, o método inclui prover o fluido de descoqueificação no bocal ou bocais de maneira tal que um padrão de fluxo formado pelo fluido de descoqueificação à medida que ele passa através dele seja predominantemente coerente.

Opcionalmente, o método inclui adicionalmente passar o fluido de descoqueificação através de pelo menos um bocal de perfuração e pelo menos um bocal de corte. O método pode adicionalmente incluir rotear

Petição 870180039930, de 14/05/2018, pág. 21/34 seletivamente o fluido de descoqueificação através de um ou do outro dos bocais de corte e de perfuração a qualquer dado momento. Tal roteamento seletivo pode ser conseguido usando um aparelho de deslocamento do modo em geral e, mais em particular, com um aparelho de deslocamento do modo automático que usa mudanças na pressão de fluido de descoqueificação para comutar entre modos de corte e de perfuração. Em uma forma particular, o método inclui executar um ou mais cálculos CFD para ajudar projetar o bocal, onde uma ênfase particular é no desenho do caminho de fluxo do bocal de acordo com a saída gerada pelo cálculo CFD. A saída gerada que é particularmente benéfica para o projeto de um bocal de acordo com a presente invenção inclui aquele associado com um ou mais de (a) mínima velocidade radial, (b) mínima não uniformidade de fluxo axial, e (c) menor comprimento axial do bocal possível. Em uma outra opção, a câmara de condicionamento de fluxo pode ser incluída para reduzir ou eliminar qualquer pré15 turbilhonamento que possa surgir em decorrência do movimento de fluido através do corpo da ferramenta.

A descrição detalhada seguinte da presente invenção pode ser mais bem entendida quando lida em conjunto com os desenhos seguintes, onde estrutura igual está indicada com números de referência iguais, e em que:

A figura 1 é uma vista recortada de uma ferramenta de corte de coque e de um aparelho de deslocamento do modo em combinação de acordo com um aspecto da tecnologia anterior;

A figura 2 é uma vista detalhada mostrando o conjunto de 25 bocal da ferramenta da figura 1;

A figura 3 é uma vista detalhada mostrando um caminho de fluxo interno de um dos bocais da ferramenta e do conjunto, respectivamente, das figuras 1 e 2;

A figura 4 é uma vista detalhada mostrando um conjunto de

Petição 870180039930, de 14/05/2018, pág. 22/34 bocal de acordo com um aspecto da presente invenção; e

A figura 5 é uma vista detalhada mostrando um caminho de fluxo interno de um dos bocais da presente invenção.

Referindo-se primeiro à figura 1, estão mostrados uma ferramenta de descoqueificação convencional 1 com pás ou paletas de perfuração 3 e um aparelho de deslocamento do modo 4 instalado na ferramenta 1. O aparelho de deslocamento do modo 4 é constituído de inúmeros componentes, incluindo um corpo 4A, uma camisa do atuador 4B, uma fenda do atuador 4C, um pino do atuador 4D, mola 4E, entrada de fluido pressurizado 4F, cilindro hidráulico anular 4G, pistão anular 4H, suporte do pino do atuador 4I e uma camisa de revestimento 4J que envolve uma porção inferior 6B de uma haste de controle 6 que também inclui uma porção superior 6A. A haste de controle 6 é conectada a uma chapa de desvio de distribuição hidráulica (também denominada chapa de desvio) 5 de maneira tal que, quando o aparelho de deslocamento do modo 4 for ativado, tanto manualmente quanto por operações de pressurização e despressurização sequenciais de um suprimento de fluido (não mostrado), a haste de controle 6 gire a chapa de desvio 5, fazendo com que as aberturas formadas na sua dimensão axial exponham alternadamente o conduto de entrega de fluido 7 e tanto os bocais de perfuração 10 quanto os bocais de corte 11 a um suprimento de fluido de alta pressão (por exemplo, água) que é entregue através de um tubo de entrada ou haste de perfuração 9. Na versão representada na figura 1, os bocais de perfuração 10 estão em comunicação fluida com o suprimento de fluido pressurizado a fim de direcionar uma corrente no geral para baixo de fluido de alta pressão para um coque (não mostrado), dessa forma abrindo um furo para o resto do aparelho 4 seguir. A forma tipo disco no geral plana da chapa de desvio 5, junto com seu arranjo de montagem rotativo na haste de controle 6, permite que a comutação entre um modo de corte e um modo de perfuração ocorra por uma rotação de

Petição 870180039930, de 14/05/2018, pág. 23/34 coqueificação intermitente da chapa de desvio 5. Os detalhes da construção e operação da chapa de desvio 5 não serão repetidos aqui, basta dizer que tais detalhes podem ser encontrados na patente U.S. 6.644.567 do mesmo requente desta.

Referindo-se com particularidade às figuras 2 e 3, estão mostrados os bocais de perfuração 10 e os bocais de corte 11 da tecnologia anterior, onde o conjunto que inclui os bocais 10 e 11 também inclui um alojamento H que define uma dimensão radial R e uma dimensão axial A. Como pode-se ver, os bocais de perfuração 10 estendem-se axialmente a uma distância significativa além da dimensão axial A, enquanto os bocais de corte 11 estendem-se radialmente a uma distância significativa além da dimensão radial R. Além disso, esses bocais 10 e 11 são constituídos de inúmeros tubos ou canais de fluxo discretos que mantêm suas respectivas correntes de fluido isoladas umas das outras em uma maioria substancial do comprimento do bocal. O bocal de corte 11 (que tem atributos similares aos do bocal de perfuração 10) mostra na entrada um condicionador 11A e uma saída 11F, bem como os canais de fluxo discretos 11B, 11C e 11D que podem ser na forma de tubos concêntricos, “tubulares de calcita” agrupados, ou qualquer outro arranjo bem conhecido. Como mostrado, todos os canais de fluxo separados descarregam o fluido de descoqueificação em um coletor comum 11E, e no processo submete o fluxo a mudanças angulares abruptas à medida que ele faz seu caminho em direção à saída 11F. Tais mudanças abruptas podem produzir atrito, turbulência e outras anomalias que podem afetar adversamente a qualidade do fluxo que está sendo descarregado através do bocal 11. Essas anomalias podem ser exacerbadas pela separação de fluxo tal como a que poderia surgir na descontinuidade formada no bocal do revestimento (também denominado o inserto do bocal) 11G que é formado fluidicamente à montante da garganta formada onde o coletor 11E encontra a saída 11F. Todos esses fatores podem contribuir para reduções no

Petição 870180039930, de 14/05/2018, pág. 24/34 componente axial do fluxo à medida que ele deixa o bocal 11 na saída 11F. Referindo-se com particularidade à figura 3, estão mostradas as três partes principais do conjunto que constituem o bocal de corte 11, onde o condicionador 11A, o bocal de revestimento 11G e a tampa do alojamento

11H são usados em conjunto com os canais de fluxo 11B, 11C e 11D, coletor comum 11E e saída 11F para direcionar o fluxo de água pressurizada. O bocal de revestimento 11G coleta o fluxo do condicionador 11A e acelera-o para a saída 11F que poderia ser usinada para variar a área de saída (e o coeficiente de fluxo) do bocal. A tampa do alojamento 11H provê um limite de pressão vedado, e adicionalmente alinha o condicionador de fluxo 11A e inserto do bocal resistente a erosão 11G.

Referindo-se em seguida às figuras 4 e 5, são revelados recursos associados com um conjunto 100 e os bocais 110, 111 da presente invenção. O conjunto 100 inclui o alojamento H que inclui o conduto 107A,

107B que age como caminhos de passagem de fluido para entregar fluido de descoqueificação que chega de uma fonte pressurizada (não mostrada) nos bocais de perfuração 110 e bocais de corte 111. Referindo-se com particularidade à figura 5, está mostrado um bocal de corte 111, embora perceba-se que a estrutura e o caminho de fluxo representado nela são igualmente aplicáveis ao bocal de perfuração 110. Diferente do caminho de fluxo convencional representado na figura 3, a superfície interna da figura 5 pode definir uma forma convergente no geral afilada 111A que é idealmente modelada para aspersão do jato de fluido de descoqueificação, e foi conseguida usando um cálculo CFD para conseguir mínima velocidade radial, mínima não uniformidade no fluxo axial no menor comprimento do bocal possível. Os presentes inventores descobriram que, otimizando-se os bocais da maneira mostrada para operações de corte de coque, é produzido um fluxo coerente mais colunar, já que os componentes radiais da velocidade de fluxo são minimizados. Por tais melhorias na adequação do caminho de fluxo, o

Petição 870180039930, de 14/05/2018, pág. 25/34 tamanho dos bocais 110, 111 em relação aos bocais 10, 11 das figuras 2 e 3 (particularmente suas dimensões axiais) pode ser reduzido, ainda provendo a força de impacto do jato e coerência do jato necessários. Tal redução de tamanho (bem como redução do número de partes) melhora a capacidade de fabricação, e permite perfuração mais simples por causa, em parte, do menor perfil do furo. Os presentes inventores empregaram modelamento CFD e teste de laboratório como uma maneira de otimizar a forma do caminho de fluxo interno 111A com base nas necessidades particulares da ferramenta de descoqueificação e de seu ambiente. Pela redução ou prevenção de áreas estagnantes e de grandes fluxos parasitas, o caminho de fluxo do bocal pode preservar um alto grau de coerência de fluxo.

Referindo-se com particularidade à figura 5 em conjunto com os dados da tabela 1, vistas e dimensões dos caminhos de fluxo de água internos para o bocal de corte 111 estão também mostradas. Percebe-se que os recursos discutidos a seguir para o bocal de corte 111 são igualmente aplicáveis ao bocal de perfuração 110 e, portanto, não serão repetidos. A tabela 1 a seguir mostra as dimensões X e Y representativas da superfície do caminho de fluxo interno de um bocal feito em conjunto com a presente invenção onde foi empregado um algoritmo CFD.

Tabela 1

DIMENSÕES DO BOCAL

X (inches) 1inch = 2,54 cm	Y (inches) 1inch = 2,54 cm
0,0000	0,8400
0,0169	0,8389
0,0317	0,8351
0,0442	0,8297
0,0549	0,8235
0,0640	0,8172
0,0720	0,8110
0,0791	0,8051
0,0856	0,7996
0,0916	0,7946
0,0972	0,7899
0,1025	0,7856
0,1077	0,7817
0,1128	0,7781
0,1179	0,7748
0,1231	0,7718
0,1283	0,7687

Petição 870180039930, de 14/05/2018, pág. 26/34

X (inches) linch = 2,54 cm	Y (inches) 1inch = 2,54 cm
0,1338	0,7655
0,1402	0,7619
0,1473	0,7578
0,1552	0,7534
0,1639	0,7485
0,1735	0,7433
0,1840	0,7376
0,1954	0,7315
0,2077	0,7250
0,2210-	0,7181
0,2353	0,7107
0,2506	0,7030
0,2669	0,6948
0,2842	0,5863
0,3026	0,6774
0,3220	0,6681
0,3424	0,6585
0,3640	0,6485
0, 3865	0,6382
0,4102	0,6276
0,4348	0,6167
0,4605	0,6056
0,4871	0,5943
0,5148	0,5826
0,5433	0,5712
0,5728	0,5594
0,6032	0,5475
0,6344	0,5356
0,6663	0,5237
0,6990	0,5118
0,7324	0,4999
0,7663	0,4882
0,8009	0,4765
0,8359	0,4651
0,8713	0,4538
0,9071	0,4428
0,9432	0,4320
0,9794	0,4216
1,0158	0,4114
1,0523	0,4016
1,0888	0,3922
1,1252	0,3631
1,1514	0,3744
1,1974	0,3662
1,2331	0,3583
1,2884	0,3510
1,3034	0,3440
1,3378	0,3374-
1,3718	0,3313
1,4051	0,3257
1,4379	0,3204
1,4699	0,3156
1,5012	0,3111
1,5318	0,3071
1,5617	0,3034
1,5907	0,3001
1,6189	0,2971
1,6462	0,2944
1,6727	0,2921
1,6983	0,2900
1,7230	0,2882
1,7469	0,2867
1,7698	0,2854

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X (inches) 1inch = 2,54 cm	Y (inches) 1inch = 2,54 cm
1,7919	0,2843
1,8131	0,2834
1,8331	0,2826
1,8478	0,2822
1,8592	0,2819
1,8684	0,2817
1,8760	0,2815
1,8824	0,2814
1,8881	0,2813-
1,8931	0,2813

Reduzindo-se a queda de pressão associada com um bocal convencional, bocais 110, 111 feitos de acordo com a presente invenção fornecem uma menor dimensão axial e menor área útil relacionada para o conjunto de bocal 100, permitindo que o bocal se encaixe justo em limites rigorosos. Por exemplo, durante situações onde ocorre um leito colapsado, o menor conjunto de bocal inédito 100 é basicamente rebaixado de volta no conjunto 100, resultando em uma forma mais aperfeiçoada que pode geralmente ser puxada diretamente para fora de um leito colapsado. Além do mais, uma configuração como esta pode economizar energia e potencialmente permitir o uso de uma menor bomba e motor, já que o mesmo volume e velocidade de fluido na saída dos bocais 110, 111 podem ser conseguidos com menos bombeamento. Além disso, o conjunto de bocal inédito 100 consiste em duas peças menores com fabricação mais simples e menos cara.

CFD e algoritmos de simulação de fluxo relacionados, bem como teste de laboratório, podem ser usados para prover formas de caminhos de fluxo de fluido de descoqueificação preferidas. Versados na técnica percebem que um pacote CFD essencial pode ser desenvolvido especificamente para a presente aplicação, ou um código comercial personalizado pode ser usado para realizar a análise CFD aqui discutida.

Modelamento CFD pode ser usado para demonstrar atributos de fluxo particulares, tais como fluxo coerente, fluxo laminar ou turbulento, localizações onde pode-se esperar fluxo separado, ou similares. Em particular, CFD pode ser usado para modelar perfis internos de bocal particulares (isto é, caminhos de fluxo), tal como o perfil exclusivo associado com os bocais da

Petição 870180039930, de 14/05/2018, pág. 28/34 presente invenção. Tais métodos computacionais podem levar em consideração atributos hidráulicos particulares do fluido de descoqueificação. Abordagens interativas podem também ser empregadas para estudar os efeitos de perturbação de fluxo e otimização da forma do caminho de fluxo interno.

Tais interações poderiam ser baseadas em geometrias de partida simples (tais como elementos tubulares, cones simples e outras configurações facilmente definidas) que poderiam então ser modificadas para produzir atributos de fluxo desejáveis (tais como queda de pressão linear ao longo do eixo de fluxo). Os parâmetros de otimização podem incluir minimização do fluxo de entrada radial na garganta de saída do bocal e do desvio padrão da velocidade de fluxo axial (conseguindo assim fluxo uniforme através da sua garganta). Um benefício adicional é que a geometria resultante pode usar leis de similaridade bem conhecidas para permitir adequação em grande escala, dependendo das necessidades de tamanho do conjunto 100.

Consequentemente, os bocais podem ser feitos para uma variedade de fluxos e pressões dentro dos limites prescritos pelo fluxo turbulento completamente desenvolvido, cuja importância é ele que permite a conversão linear da energia cinética e estática, tornando assim mais fácil garantir previsão precisa de projetos em grande escala.

Embora certas modalidades e detalhes representativos tenham sido mostrados com propósitos de ilustrar a invenção, ficará aparente aos versados na técnica que várias mudanças podem ser feitas sem fugir do escopo da invenção, que é definido nas reivindicações anexas.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Ferramenta de descoqueificação de fluido, caracterizada pelo fato de que compreende:

um mecanismo de distribuição de fluido de descoqueificação

5 configurado para receber um fluido de descoqueificação pressurizado de uma fonte; e um conjunto de bocal seletivamente acoplado no dito mecanismo de distribuição de fluido de descoqueificação através de uma chapa de desvio, o dito conjunto de bocal compreendendo:

10 um alojamento definindo um conduto de fluido de descoqueificação no mesmo;

pelo menos um bocal de corte disposto dentro do dito alojamento e fluidicamente cooperativo com pelo menos uma porção do dito conduto; e

15 pelo menos um bocal de perfuração disposto dentro do dito alojamento e fluidicamente cooperativo com pelo menos outra porção do dito conduto, cada um do pelo menos um bocal de corte e do dito pelo menos um bocal de perfuração do dito conjunto de bocal definindo um caminho de fluxo interno com uma entrada, uma saída e uma forma afilada curvilinear que

20 converge ao longo de um comprimento axial a partir da dita entrada para a dita saída de maneira tal que uma dimensão axial do dito caminho de fluxo é menor que 5,08 cm (2 polegadas) em comprimento e uma dimensão radial do dito caminho de fluxo é menor que 5,08 cm (2 polegadas) em diâmetro; e pelo menos uma válvula para rotear seletivamente o fluido de

25 descoqueificação para um do dito pelo menos um bocal de corte e de perfuração de maneira tal que, durante uma condição tal onde o dito pelo menos um bocal de corte é colocado em comunicação fluida com a dita fonte, o dito pelo menos um bocal de perfuração fique substancialmente desacoplado fluidicamente da dita fonte, e, durante uma condição tal onde o

Petição 870180039930, de 14/05/2018, pág. 30/34 dito pelo menos um bocal de perfuração é colocado em comunicação fluida com a dita fonte, o dito pelo menos um bocal de corte fique substancialmente desacoplado fluidicamente da dita fonte.
2. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada 5 pelo fato de que compreende adicionalmente um aparelho de deslocamento responsivo a mudanças na pressão de um fluido de descoqueificação de maneira tal que, em uma primeira condição operacional, o dito aparelho de deslocamento fique cooperante com a dita ferramenta e o dito fluido de descoqueificação para estabelecer um modo de perfuração com o dito pelo

10 menos um bocal de perfuração, enquanto que, em uma segunda condição operacional, o dito aparelho de deslocamento fique cooperativo com a dita ferramenta e o fluido de descoqueificação para estabelecer um modo de corte com o dito pelo menos um bocal de corte.
3. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada

15 pelo fato de que o dito alojamento e o dito pelo menos pelo menos um bocal de corte definem uma largura para o dito conjunto de bocal de maneira tal que o dito pelo menos um bocal de corte aumenta dita largura além de uma largura do dito alojamento em até não mais que 10%.
4. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada

20 pelo fato de que menos que 15% de uma largura do dito pelo menos um bocal de corte se projeta lateralmente para fora além da dimensão externa do dito alojamento.
5. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito pelo menos um bocal é fixo em relação ao dito

25 alojamento.
6. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma câmara de condicionamento de fluxo formada imediatamente à montante da dita entrada de fluido e em comunicação fluida com o dito conduto.

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7. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que menos que 25% de uma largura do dito pelo menos um bocal de perfuração reside fora do alojamento.
8. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada 5 pelo fato de que o dito caminho de fluxo interno é otimizado para conseguir pelo menos um de mínima velocidade radial, mínima não uniformidade de fluxo axial e mínimo comprimento axial do dito pelo menos um bocal de corte e do dito pelo menos um bocal de perfuração.
9. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada 10 pelo fato de que a dita dimensão axial do dito caminho de fluxo é menor que

4,81 cm (1,8931 polegadas) em comprimento e a dita dimensão radial do dito caminho de fluxo é menor que 4,27 cm (1,68 polegadas) em diâmetro.
10. Método para passar um fluido de descoqueificação através de um bocal, caracterizado pelo fato de que o dito método compreende:

15 configurar pelo menos um bocal de corte que é disposto dentro de um alojamento e fluidicamente cooperativo com pelo menos uma porção de um conduto de fluido que é definido dentro do dito alojamento;

configurar pelo menos um bocal de perfuração para passar o dito fluido de descoqueificação através dele, o dito pelo menos um bocal

20 compreendendo um caminho de fluxo interno que define uma entrada, uma saída e uma forma afilada curvilinear que converge ao longo de um comprimento axial a partir da dita entrada para a dita saída de maneira tal que uma dimensão axial do dito caminho de fluxo é menor que 5,08 cm (2 polegadas) em comprimento e uma dimensão radial do dito caminho de fluxo

25 é menor que 5,08 cm (2 polegadas) em diâmetro;

prover o dito fluido de descoqueificação no dito pelo menos um bocal de maneira tal que, mediante passagem através dele, um padrão de fluxo formado pelo dito fluido de descoqueificação à medida que ele sai do dito pelo menos um bocal de perfuração seja predominantemente uniforme.

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11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente deslocar um fluxo do dito fluido de descoqueificação entre o dito pelo menos um bocal de corte e o dito pelo menos um bocal de perfuração.
12. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente executar um cálculo de dinâmica de fluido computacional de maneira tal que uma saída gerada pelo dito cálculo seja usada como uma base para a dita configuração.
13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a dita saída gerada pela dita execução de um cálculo da dinâmica de fluido computacional compreende uma saída otimizada para conseguir pelo menos uma de mínima velocidade radial, mínima uniformidade de fluxo axial e menor comprimento axial do dito bocal possível.
14. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente reduzir qualquer préturbilhonamento no dito fluido de descoqueificação antes de ter o dito fluido de descoqueificação saindo do dito pelo menos um bocal.

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