ES2293071T3 - Unidad submarina de inyeccion de productos quimicos para un sistema de inyeccion de aditivos y supervision para operaciones petroliferas. - Google Patents
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Abstract
Sistema para la inyección de uno o más productos químicos dentro de un fluido de producción producido mediante por lo menos un pozo submarino, el sistema comprendiendo: una unidad en la superficie de suministro de productos químicos (130; 520; 632) para el suministro de por lo menos un producto químico a una ubicación submarina seleccionada; por lo menos una tubería de suministro de los productos químicos (140; 522; 611) que transporta el por lo menos un producto químico desde la superficie hasta la ubicación submarina seleccionada; el sistema caracterizado porque adicionalmente comprende una pluralidad de sensores distribuidos (S) asociados con dicha por lo menos una tubería de suministro de productos químicos (140; 522; 611) para proporcionar señales relativas a una característica del por lo menos un producto químico transportado por la por lo menos una tubería de suministro de productos químicos (140; 522; 611); y una unidad submarina de inyección de productos químicos (150) en la ubicación submarina seleccionada para recibir dicho por lo menos un producto químico desde la unidad en la superficie de suministro de productos químicos (130; 520; 632) y para inyectar selectivamente el por lo menos un producto químico dentro del fluido de producción.
Description
Unidad submarina de inyección de productos
químicos para un sistema de inyección de aditivos y supervisión para
operaciones petrolíferas.
Esta invención se refiere globalmente a
operaciones petrolíferas y más particularmente a sistemas y
procedimientos submarinos de inyección de productos químicos y de
procesado de fluidos.
Las instalaciones marinas de producción
convencionales a menudo tienen plataformas flotantes o fijas
estacionadas en la superficie del agua y equipo submarino tal como
por ejemplo una cabeza de pozo colocada sobre los pozos submarinos
en la tubería conductora de lodo de inyección del fondo del mar. Los
pozos de producción perforados en una formación submarina
típicamente producen fluidos (los cuales pueden incluir uno o más de
petróleo, gas y agua) en la cabeza del pozo submarino. Este fluido
(fluido de sondeo) es transportado a la plataforma a través de un
elevador o una unidad submarina de separación de fluido para el
procesado. A menudo, se introduce una variedad de productos
químicos (también referidos aquí como "aditivos") dentro de
estos pozos de producción y unidades de procesamiento para
controlar, entre otras cosas, la corrosión, la capa de óxido, la
parafina, la emulsión, los hidratos, el sulfuro de hidrógeno, los
asfaltenos, los inorgánicos y la formación de otros productos
químicos dañinos. En las instalaciones petrolíferas marinas, una
única plataforma marina (por ejemplo, un sistema de embarcación,
semisumergida o fija) puede ser utilizada para suministrar estos
aditivos a diversos pozos de producción.
El equipo utilizado para inyectar aditivos
incluye en la superficie una unidad de suministro de los productos
químicos, una unidad de inyección de los productos químicos y un
sistema de capilaridad o de tubos (también referidos aquí como
"tubería conductora") que corre desde la plataforma marina a
través o a lo largo del elevador y en el interior del sondeo
submarino. Preferiblemente, los sistemas de inyección de aditivos
suministran cantidades precisas de aditivos. También es deseable
que estos sistemas supervisen periódicamente o continuamente la
cantidad real de aditivos que están siendo distribuidos, determinen
el impacto de los aditivos distribuidos y varíen la cantidad de los
aditivos distribuidos como se necesite para mantener ciertos
parámetros deseados de interés dentro de las respectivas gamas
deseadas o de sus valores deseados.
En las disposiciones convencionales, sin
embargo, la unidad de inyección química está colocada en la
superficie del agua (por ejemplo, sobre la plataforma marina o una
embarcación), la cual puede estar desde varios cientos hasta miles
de pies desde la cabeza del pozo submarino. Además, las tuberías
pueden dirigir los aditivos a fluidos producidos en los sondeos
colocados a cientos o miles de pies por debajo del fondo del mar. La
distancia que separa la unidad de inyección química y el
emplazamiento de la actividad de inyección puede reducir el
rendimiento del proceso de inyección de aditivos. Por ejemplo, es
conocido que el sondeo es un entorno dinámico en el que la presión,
la temperatura y la composición de los fluidos de la formación
pueden fluctuar o cambiar continuamente. La distancia entre la
unidad de inyección química colocada en la superficie y el entorno
submarino introduce pérdidas por fricción y un desfase entre la
detección de una condición determinada y la ejecución de medidas
para orientar dicha condición. Por lo tanto, por ejemplo, una unidad
de inyección de productos químicos colocada de forma convencional
puede inyectar productos químicos para remediar una condición que
desde entonces ha cambiado.
El documento US 2000/0004014 A1 expone una bomba
de inyección de productos químicos para inyectar productos químicos
dentro de un sistema submarino.
El documento US 6,281,489 expone la utilización
de sensores de fibra óptica para hacer mediciones de las condiciones
del fondo de la perforación en un pozo de sondeo de producción.
El documento WO 99/50526 expone un sistema para
la producción de hidrocarburos a partir de un pozo submarino que
comprende una plataforma flotante no tripulada colocada sobre el
pozo.
El documento US 2002/0011335 A1 expone una celda
de combustible para utilización submarina con pozos marinos.
El documento WO 00/47864 expone un aparato de
finalización submarina.
La presente invención se dirige a los problemas
anteriormente indicados y proporciona un sistema mejorado de
inyección de aditivos adecuado para aplicaciones submarinas.
Esta invención proporciona un sistema y un
procedimiento para la utilización de productos químicos o aditivos
en operaciones submarinas en pozos de petróleo. En particular, según
un aspecto de la presente invención se proporciona un sistema para
la inyección de uno o más productos químicos en un fluido de
producción producido por al menos un pozo submarino como se
reivindica en la reivindicación 1. Adicionalmente, según otro
aspecto de la presente invención se proporciona un procedimiento de
aseguramiento del flujo para un producto fluido mediante por lo
menos un pozo submarino como se reivindica en la reivindicación 29.
Los productos químicos utilizados evitan o reducen la creación de
elementos dañinos, tales como parafina o una capa de óxido y evitan
o reducen la corrosión del equipo en el sondeo y en el fondo del
mar, incluyendo las tuberías y también promueven la separación o el
procesamiento de fluidos de formación producidos por los sondeos
submarinos. En una forma de realización, el sistema incluye uno o
más depósitos submarinos montados para el almacenaje de productos
químicos, uno o más sistemas submarinos de bombeo para la inyección
o el bombeo de productos químicos dentro de uno o más sondeos o
unidades submarinas de procesamiento, un sistema para el suministro
de productos químicos a los depósitos submarinos, el cual, en el
caso de la presente invención, a través de un umbilical de conexión
de los depósitos submarinos a una unidad de suministro en la
superficie de productos químicos. Alternativamente, en una
disposición que no entra dentro del ámbito de las reivindicaciones,
una unidad o un vehículo controlado remotamente puede ser utilizado
tanto para reemplazar los depósitos submarinos vacíos con depósitos
llenos de productos químicos como para llenar los depósitos
submarinos con los productos químicos. Los depósitos en la
superficie y submarinos pueden incluir múltiples compartimientos o
depósitos separados para contener diferentes productos químicos los
cuales pueden ser empleados en los sondeos en diferentes momentos o
al mismo tiempo. La unidad submarina de inyección de productos
químicos puede estar herméticamente cerrada en una cubierta
estanca. El sistema submarino de almacenaje e inyección de productos
químicos reduce los problemas de viscosidad relacionados con el
bombeo de productos químicos desde la superficie a través de las
tuberías de capilaridad umbilicales hasta la ubicación en la
instalación submarina que en muchos casos puede estar hasta a 20
millas de la estación de bombeo en la superficie.
El sistema incluye sensores asociados con el
umbilical y preferiblemente también sensores asociados con el
depósito submarino, las tuberías submarinas transportando los
fluidos producidos, el sondeo y las instalaciones en la superficie.
La interfaz entre la superficie y la instalación submarina puede
utilizar cables de fibra óptica para supervisar las condiciones del
umbilical y las tuberías y proporcionar datos químicos, físicos y
medioambientales, tales como la composición química, la presión, la
temperatura, la viscosidad, etcétera. Sensores de fibra óptica
junto con sensores convencionales también pueden ser utilizados en
el sondeo del sistema. Otros sensores adecuados también pueden ser
utilizados para determinar las características químicas y físicas
de los productos químicos están siendo inyectados en el interior del
sondeo y el fluido extraído del sondeo. Los sensores pueden estar
distribuidos a través del sistema para proporcionar datos
relacionados con las propiedades de los productos químicos, el
fluido producido en el sondeo, el fluido procesado en la unidad
submarina de procesamiento y en la unidad en la superficie y el
estado y el funcionamiento de los diversos equipos submarinos y en
la superficie.
Las unidades de suministro en la superficie
pueden incluir depósitos transportados por una plataforma o una
embarcación o boyas asociadas con los pozos submarinos. La energía
eléctrica en la superficie puede ser generada a partir de energía
solar o a partir de generadores de energía convencionales. Unidades
de energía hidráulica están provistas para las unidades de
inyección de productos químicos en la superficie y submarinas.
Controladores sólo en la superficie o en ubicaciones submarinas o
en combinación controlan el funcionamiento del sistema submarino de
inyección en respuesta a uno o más parámetros de interés
relacionados con el sistema o en respuesta a instrucciones
programadas. Un sistema telemétrico de dos vías preferiblemente
proporciona la comunicación de datos entre el sistema submarino y
el equipo en la superficie. Mandatos desde la unidad en la
superficie son recibidos por la unidad submarina de inyección y el
equipo y los controles colocados en los sondeos. Las señales y los
datos son transmitidos entre el equipo, las unidades submarinas de
inyección de productos químicos, las unidades de procesamiento de
fluidos y el equipo en la superficie. Una unidad remota, tal como
por ejemplo una instalación en tierra, también puede estar
provista. La localización remota es capaz por lo tanto de controlar
el funcionamiento de las unidades de inyección de productos químicos
del sistema de la presente invención.
La unidad de inyección de productos químicos
puede incluir una bomba y un control. La bomba suministra, bajo
presión, un aditivo seleccionado a partir de una unidad de
suministro de productos químicos en el interior de un sondeo
submarino a través de una tubería de suministro adecuada. En una
forma de realización, uno o más aditivos son bombeados desde un
umbilical dispuesto en el exterior de un elevador que se extiende
hasta una instalación en la superficie. En otra forma de
realización, los aditivos son suministrados desde uno o más
depósitos submarinos. El control en una ubicación en el fondo del
mar determina el caudal del aditivo y controla el funcionamiento de
la bomba de acuerdo con parámetros almacenados en el control. El
control submarino ajusta el caudal del aditivo al sondeo para
conseguir el nivel deseado de aditivos químicos.
El sistema según las formas de realizaciones
preferidas de la presente invención puede estar configurado para
múltiples pozos de producción. En una forma de realización, un
sistema de este tipo incluye una bomba separada, una tubería de
fluido y un control submarino para cada pozo submarino.
Alternativamente, puede estar provisto un control submarino común
adecuado para comunicar y controlar múltiples bombas en los lugares
de los pozos a través de una señalización direccionable. Un
caudalímetro separado para cada bomba proporciona señales
representativas del caudal de su bomba asociada al control común en
el lugar de trabajo. El control en el fondo del mar registra por lo
menos periódicamente cada caudal y lleva a cabo las funciones
anteriormente descritas. Si se utiliza un aditivo común para una
serie de pozos, se puede utilizar una única fuente de aditivo. Una
bomba única o común también puede ser utilizada con una válvula de
control separada en cada tubería de suministro que está controlada
por el controlador para ajustar sus respectivos caudales. La
inyección del aditivo también puede utilizar un mezclador en el que
diferentes aditivos son mezclados o combinados en el lugar del pozo
y la mezcla combinada es inyectada mediante una bomba común y
medida por un aparato de medición común. El control en el fondo del
mar controla las cantidades de los diversos aditivos dentro del
mezclador.
El sistema de inyección de aditivos
adicionalmente puede comprender una pluralidad de sensores en el
fondo de la perforación los cuales proporcionan señales
representativas de uno o más parámetros de interés. Parámetros de
interés pueden incluir el estado, el funcionamiento y la condición
del equipo (por ejemplo, las válvulas) y las características del
fluido producido, tal como por ejemplo la presencia o la formación
de sulfitos, sulfuro de hidrógeno, parafina, emulsión, capa de
óxido, asfaltenos, hidratos, caudales de fluido desde diversas
zonas perforadas, caudales a través de las válvulas en el fondo de
la perforación, presiones en el fondo de la perforación y cualquier
otro parámetro deseado. El sistema también puede incluir sensores o
comprobadores que proporcionen información sobre las
características del fluido producido. Las mediciones relativas a
estos diversos parámetros son provistas al control en el lugar del
pozo el cual interactúa con uno o más modelos o programas provistos
en el control o determina la cantidad de los diversos aditivos que
tienen que ser inyectados en el sondeo o en el interior de la
unidad submarina de tratamiento del fluido y causa entonces que el
sistema inyecte las cantidades correctas de tales aditivos. En una
forma de realización, el sistema actualiza continuamente o
periódicamente los modelos sobre la base de las diversas condiciones
de funcionamiento y controla entonces la inyección de aditivo en
respuesta a los modelos actualizados. Esto proporciona un sistema de
bucle cerrado en el que se pueden utilizar modelos estáticos o
dinámicos para supervisar y controlar el proceso de inyección de
aditivos. Los aditivos inyectados que utilizan las formas de
realización preferidas de la presente invención son inyectados en
cantidades muy pequeñas. Preferiblemente, el caudal para un aditivo
inyectado utilizando la presente invención es un régimen tal que el
aditivo estará presente en una concentración de desde
aproximadamente 1 parte por millón (ppm) hasta aproximadamente
10.000 ppm en el fluido que está siendo tratado.
La instalación en la superficie soporta la
inyección submarina de productos químicos y las actividades de
supervisión. En una forma de realización, la instalación en la
superficie es una instalación marina que proporciona energía y
tiene un suministro de productos químicos que proporciona aditivos a
una o más unidades de inyección. Esta forma de realización incluye
una plataforma marina que tiene una unidad de suministro de
productos químicos, una unidad de procesamiento del fluido de la
producción y un suministro de energía. Dispuesta fuera del elevador
hay una línea de transmisión de energía y un haz umbilical, que
transfieren energía eléctrica y aditivos, respectivamente, desde la
instalación en la superficie a la unidad submarina de inyección de
productos químicos. El haz umbilical puede incluir conductores de
metal, cables de fibra óptica y tuberías hidráulicas.
En otra forma de realización, la instalación en
la superficie incluye una boya relativamente estacionaria y una
embarcación de servicio móvil. La boya proporciona acceso a un
umbilical adaptado para transportar productos químicos a la unidad
submarina de inyección de productos químicos. En una forma de
realización, la boya incluye un casco, un conjunto de puerto, una
unidad de energía y un transmisor receptor y uno o más procesadores.
El umbilical incluye un elevador protector exterior, tuberías
adaptadas para transportar aditivos, líneas de energía y líneas de
transmisión de datos provistas de conductores metálicos o cables de
fibra óptica. Las líneas de energía trasmiten energía desde la
unidad de energía a la unidad de inyección de productos químicos o
bien a otro equipo submarino. En ciertas formas de realización, el
transmisor receptor y los procesadores cooperan para supervisar las
condiciones submarinas de funcionamiento a través de las líneas de
transmisión de datos. Pueden estar colocados sensores en la unidad
de suministro de productos químicos, la unidad de procesamiento del
fluido de producción y el elevador. Las señales provistas por estos
sensores pueden ser utilizadas para optimizar el funcionamiento de
la unidad de inyección de productos químicos. La embarcación de
servicio incluye una unidad de suministro de productos químicos en
la superficie y una estación de atraque o bien otro equipo adecuado
para el acoplamiento de la boya o el puerto. Durante la utilización,
la embarcación de servicio visita una o más boyas y bombea uno o
más productos químicos a la unidad de inyección de productos
químicos a través del puerto y el umbilical.
Ejemplos de las características más importantes
de la invención han sido resumidos bastante ampliamente a fin de
que la descripción detallada de la misma que sigue a continuación se
pueda comprender mejor y a fin de que se puedan apreciar las
contribuciones a la técnica que representan. Por supuesto, existen
características adicionales de la invención que serán descritas más
adelante en este documento y las cuales forman el sujeto de las
reivindicaciones adjuntas a la misma.
Para una compresión detallada de la presente
invención, se debe hacer referencia a la siguiente descripción
detallada de uno de los modos de realización, tomado conjuntamente
con los dibujos adjuntos, en los cuales a elementos iguales se les
ha proporcionado números iguales, en los que:
la figura 1 es una ilustración esquemática de
una instalación de producción marina provista de un sistema de
inyección de aditivos y supervisión fabricado de acuerdo con una
forma de realización de la presente invención;
la figura 2 es una ilustración esquemática de un
sistema de inyección de aditivos y supervisión según una forma de
realización de la presente invención;
la figura 3 muestra un diagrama funcional que
expone una forma de realización del sistema para controlar y
supervisar la inyección de aditivos en múltiples sondeos, utilizando
un control central sobre un bus de control direccionable;
la figura 4 es una ilustración esquemática de un
sistema de inyección de aditivos del lugar del pozo el cual
corresponde a mediciones in situ de los parámetros de interés
en el fondo de la perforación y en la superficie según una forma de
realización de la presente invención;
la figura 5A es una ilustración esquemática de
una instalación en la superficie provista de una plataforma según
una forma de realización de la presente invención; y
la figura 5B es una ilustración esquemática de
una instalación en la superficie provista de una embarcación de
servicio y una boya fabricadas según una forma de realización de la
presente invención.
Con referencia inicialmente a la figura 1, se
representa esquemáticamente un sistema de inyección de productos
químicos y supervisión 100 (de aquí en adelante "sistema 100")
fabricado según una forma de realización de la presente invención.
El sistema 100 puede ser utilizado conjuntamente con una instalación
de superficie 110 colocada en la superficie del agua 112 que presta
servicio a uno o más pozos submarinos de producción 60 que residen
en el fondo del mar 116. De forma convencional, cada pozo 60 incluye
una cabeza del pozo 114 y el equipo relacionado colocado por encima
de un sondeo 118 formado en una formación subterránea 120. Los
sondeos 118 pueden tener una o más zonas de producción 122 para el
drenaje de hidrocarburos desde la formación 120 ("fluidos
producidos" o "fluido de producción"). El fluido de
producción es transportado a una instalación de recolecta en la
superficie (por ejemplo, una instalación en la superficie 110 o una
estructura separada) o a una instalación submarina de recolecta o
procesamiento 126 a través de una tuberías 127. El fluido puede ser
transportado a la instalación en la superficie 110 a través de una
tubería 128 en un estado sin tratar o, preferiblemente, después de
haber sido procesado, por lo menos parcialmente, por la unidad de
procesamiento del fluido de producción 126.
El sistema 100 incluye una unidad en la
superficie de suministro de productos químicos 130 en la instalación
en la superficie 110, umbilicales únicos o múltiples 140 dispuestos
en el interior o fuera del elevador 124, uno o más sensores S, una
unidad submarina de inyección de productos químicos 150 colocada en
una ubicación submarina remota (por ejemplo, en o cerca del fondo
del mar 116), y un control 152. Los sensores S están representados
colectivamente y en ubicaciones representativas; es decir, la
superficie del agua la cabeza del pozo y el sondeo. En algunas
formas de realización, el sistema 100 puede incluir un suministro de
energía 153 y una unidad de procesamiento del líquido 154 colocada
en la instalación en la superficie 110. El umbilical 140 puede
incluir tuberías hidráulicas 140h para el suministro de fluido
hidráulico a presión, uno o más tubos para el suministro de
aditivos 140c y líneas de transmisión de energía y datos 140b y
140d, tales como conductores de metal o cables de fibra óptica para
el intercambio de datos y señales de control. La unidad de inyección
de productos químicos puede estar herméticamente cerrada en una
envoltura estanca.
Durante las operaciones de producción, en una
forma de realización la unidad de suministro de productos químicos
en la superficie 130 suministra (o bombea) uno o más aditivos a la
unidad de inyección de productos químicos 150. La unidad de
suministro de productos químicos en la superficie 130 puede incluir
múltiples depósitos para almacenar diferentes productos químicos y
una o más bombas para bombear productos químicos al depósito
submarino 131. Este suministro de aditivos puede ser continuo.
Pueden ser utilizados múltiples depósitos submarinos para almacenar
una cantidad previamente determinada de cada producto químico. Estos
depósitos 131 son rellenados entonces como sea necesario mediante
la unidad de suministro en la superficie 130. La unidad de inyección
de productos químicos 150 inyecta selectivamente estos aditivos
dentro del fluido de producción en una o más ubicaciones
previamente determinadas. En un modo de funcionamiento, el control
152 recibe señales de los sensores S con respecto a parámetros de
interés los cuales se pueden referir a una característica del fluido
producido. Los parámetros de interés pueden estar relacionados, por
ejemplo, con las condiciones medioambientales o el estado del
equipo. Parámetros representativos incluyen, pero no están limitados
a ellos, la temperatura, la presión, el caudal, una medición de uno
o más de los hidratos, asfaltenos, la corrosión, la composición
química, la cera o emulsión, la cantidad de agua y la viscosidad.
Sobre la base de los datos provistos por los sensores S, el control
152 determina la cantidad apropiada de uno o más aditivos necesarios
para mantener un caudal deseado o previamente determinado o bien
otros criterios funcionales y altera el funcionamiento de la unidad
de inyección de productos químicos 150 de acuerdo con ello. Un
control en la superficie 152S puede ser utilizado para proporcionar
señales al control submarino 152 para controlar la distribución de
aditivos a los sondeos 118 o a la unidad de procesamiento 126.
Con referencia ahora a la figura 2, se
representa un diagrama esquemático de un sistema submarino de
inyección de productos químicos 150 según una forma de realización
de la presente invención. El sistema 150 está adaptado para
inyectar aditivos 13a dentro de un sondeo 118 o dentro de una unidad
de tratamiento o procesamiento submarina o en la superficie 126. El
sistema 150 está adicionalmente adaptado para supervisar condiciones
previamente determinadas (expuestas más adelante en este documento)
y alterar de acuerdo con ello el proceso de inyección. El sondeo
118 está representado como un pozo de producción que utiliza un
equipo de composición típica. El sondeo 118 tiene una zona de
producción 122 que incluye múltiples perforaciones 54 a través de la
formación 120. El fluido de la formación 56 entra en unos tubos de
producción 59 en el pozo 118 a través de perforaciones 54 y pasos
62. Un filtro 58 en el anillo 51 entre el tubo de producción 59 y la
formación 120 evita el flujo de sólidos dentro del tubo de
producción 59 y reduce también la velocidad del fluido de formación
que entra en el interior del tubo de producción 59 a niveles
aceptables. Un obturador superior 64a por encima de las
perforaciones 54 y un obturador inferior 64b en el anillo 51,
respectivamente, aísla la zona de producción 122 el anillo 51a por
encima y el anillo 51b por debajo de la zona de producción 122. Una
válvula de control del flujo 66 en el tubo de producción 59 puede
ser utilizada para controlar el flujo de fluido hacia la superficie
del fondo del mar 116. Una válvula de control del flujo 67 puede
estar colocada en la tubería de producción 62 por debajo de las
perforaciones 54 para controlar el flujo de fluido desde cualquier
zona de producción por debajo de la zona de producción 122.
Tuberías de un diámetro menor 68, pueden ser
utilizadas para transportar el fluido desde las zonas de producción
hasta la cabeza del pozo submarino 114. El pozo de producción 118
generalmente incluye una carcasa 40 cerca de la superficie del
fondo del mar 116. La cabeza del pozo 114 incluye equipo tal como
por ejemplo un bloque de prevención del estallido 44 y pasos 14
para el suministro de fluidos en el interior del sondeo 118.
Válvulas (no representadas) están provistas para controlar el flujo
de fluido a la superficie del fondo del mar 116. El equipo de la
cabeza del pozo y el equipo del pozo de producción, tal como se
representan en el pozo de producción 118, son muy conocidos y por
lo tanto no se describen con mayor detalle.
Con referencia todavía a la figura 2, en una
forma de realización de la presente invención, el aditivo deseado
13a es inyectado dentro del sondeo 118 a través de una tubería de
inyección 14 mediante una bomba adecuada, tal como por ejemplo una
bomba de desplazamiento positivo 18 ("bomba de aditivos"). En
una forma de realización, el aditivo 13a fluye a través de la
tubería 14 y descarga dentro de la tubería de producción 60 cerca de
la zona de producción 122 a través de entradas o pasos 15. Las
mismas o diferentes tuberías de inyección puede ser utilizadas para
suministrar aditivos a diferentes zonas de producción. En la figura
2, la tubería 14 se representa extendiéndose hasta una zona de
producción por debajo de la zona 122. Tuberías de inyección
separadas permiten la inyección de diferentes aditivos a diferentes
profundidades del pozo. Los aditivos 13a pueden ser suministrados
desde un depósito 131 que es llenado periódicamente a través de una
tubería de suministro 140. Alternativamente, los aditivos 13a
pueden ser suministrados directamente desde el suministro de
productos químicos en la superficie 130 a través de una tubería de
suministro 140c. El depósito 131 puede incluir múltiples
compartimientos y pueden ser depósitos reemplazables los cuales son
periódicamente remplazados. Un sensor del nivel S_{L} puede
proporcionar al control 152 o 152S (figura 1) la indicación del
aditivo que queda en el depósito 131. Cuando el nivel de aditivo
cae por debajo del nivel previamente determinado, el depósito se
vuelve a llenar o se sustituye. Alternativamente, según
disposiciones las cuales no quedan dentro del ámbito de las
reivindicaciones, un vehículo remotamente accionado 700 ("ROV")
puede ser utilizado para rellenar el tanque a través de una tubería
de alimentación 140. El ROV 700 se une a la tubería de suministro y
rellena el depósito 131. También se pueden utilizar otros
procedimientos convencionales para sustituir el depósito 131. Los
depósitos reemplazables preferiblemente son del tipo de desconexión
rápida (por ejemplo, mecánica, hidráulica, etc.). Por supuesto,
ciertas formas de realización pueden incluir una combinación de
disposiciones de suministro.
En una forma de realización, un caudalímetro de
alta precisión, bajo flujo, adecuado 20 (tal como por ejemplo un
aparato de medición del tipo de engranajes o un aparato de medición
de nutación) mide el caudal a través de la tubería 14 y proporciona
señales representativas del caudal. La bomba 18 es accionada
mediante un dispositivo adecuado 22 tal como por ejemplo un motor.
La carrera de la bomba 18 define la salida de volumen de fluido por
carrera. La carrera de la bomba o la velocidad de la bomba están
controladas, por ejemplo, mediante una señal de control de
4-20 miliamperios para controlar la salida de la
bomba 18. El control del suministro de aire controla una bomba
neumática. Cualquier bomba y sistema de supervisión adecuados puede
ser utilizados para inyectar aditivos en el interior del sondeo
118.
En una forma de realización de la presente
invención, un control del fondo del mar 80 controla el
funcionamiento de la bomba 18 utilizando programas almacenados en
una memoria 91 asociada con el control submarino 80. El control
submarino 80 preferiblemente incluye un microprocesador 90, una
memoria residente 91 la cual puede incluir memorias de sólo lectura
(ROM) para almacenar programas, tablas y modelos y memorias de
acceso aleatorio (RAM) para almacenar datos. El microprocesador 90
utiliza señales provenientes del caudalímetro 20 recibidas a través
de la línea 21 y programas almacenados en la memoria 91 para
determinar el caudal del aditivo. El control del lugar del pozo 80
puede estar programado para alterar la velocidad de la bomba, la
carrera de la bomba o el suministro de aire para distribuir la
cantidad deseada del aditivo 13a. La velocidad o la carrera de la
bomba, cualquiera que sea el caso, se incrementa si la cantidad
medida del aditivo inyectado es inferior a la cantidad deseada y se
reduce si la cantidad inyectada es mayor que la cantidad
deseada.
El control del fondo del mar 80 preferiblemente
incluye protocolos de forma que el caudalímetro 20, el dispositivo
de control de la bomba 22 y la conexión de datos 85 fabricados por
diferentes fabricantes puedan ser utilizados en el sistema 150. En
la industria del petróleo, la salida analógica para el control de la
bomba típicamente está configurada para 0-5 voltios
de corriente continua o 4-20 miliamperios (mA) de
señal. En un modo, el control submarino 80 puede estar programado
para funcionar para una salida de ese tipo. Esto permite que el
sistema 150 sea utilizado con controles de bomba existentes. Una
unidad de energía 89 proporciona energía al control 80, al
convertidor 83 y a otros elementos del circuito eléctrico. La unidad
de energía 89 puede incluir una unidad de energía de corriente
alterna, un generador en el lugar de trabajo o una batería eléctrica
que es cargada periódicamente desde la energía suministrada a
partir de una ubicación en la superficie. Alternativamente, la
energía puede ser suministrada desde la superficie a través de una
línea de energía dispuesta a lo largo del elevador 124 (descrito en
detalle más adelante en este documento).
Todavía con referencia a la figura 2, el fluido
producido 69 recibido en la superficie del fondo del mar 116 puede
ser procesado mediante una unidad de tratamiento o una unidad de
procesamiento 126. La unidad de procesamiento del fondo del mar 126
debe ser del tipo que procesa el fluido 69 para eliminar sólidos y
ciertos materiales tales como sulfuro de hidrógeno o que procesa el
fluido 69 para producir productos semirrefinados a refinados. En
tales sistemas, es deseable inyectar periódicamente o continuamente
ciertos aditivos. Por lo tanto, el sistema 150 representado en la
figura 1 puede ser utilizado para inyectar y supervisar los aditivos
13b en el interior de la unidad de procesamiento 126. Estos
aditivos pueden ser los mismos o diferentes de los aditivos
inyectados en el interior del sondeo 118. Estos aditivos 13b son
adecuados para procesar el fluido producido del sondeo antes de
transportarlo a la superficie. En la configuración de la figura 2,
la misma unidad de inyección de productos químicos puede ser
utilizada para bombear productos químicos en múltiples sondeos,
tuberías submarinas o unidades submarinas de procesamiento.
Además de las señales del caudal 21 desde el
caudalímetro 20, el control del fondo del mar 80 puede estar
configurado para recibir señales representativas de otros
parámetros, tales como las revoluciones por minuto de la bomba 18,
o del motor 22 o la frecuencia de modulación de una válvula de
solenoide. En un modo de funcionamiento, el control del lugar del
pozo 80 periódicamente registra el aparato de medición 20 y ajusta
automáticamente el control de la bomba 22 a través de una entrada
analógica 22a o alternativamente a través de una señal digital de
un sistema controlado por un solenoide (bombas neumáticas). El
control 80 también puede estar programado para determinar si la
salida de la bomba, como ha sido medido por el aparato de medición
20, corresponde al nivel de la señal 22a. Esta información puede
ser utilizada para determinar el rendimiento de la bomba. También
puede ser una indicación de una fuga o de otra anomalía relativa a
la bomba 18. Otros sensores 94, tales como sensores de vibración,
sensores de temperatura, pueden ser utilizados para determinar la
condición física de la bomba 18. Los sensores S que determinan las
propiedades del fluido del sondeo pueden proporcionar información
del rendimiento del tratamiento del aditivo que está siendo
inyectado. Sensores representativos incluyen, pero no están
limitados a ellos, un sensor de temperatura, un sensor de la
viscosidad, un sensor del caudal de fluido, un sensor de la
presión, un sensor para determinar la composición química del fluido
de la producción, un sensor de la dilución de agua, un sensor
óptico y un sensor para determinar una medición de por lo menos uno
de asfaltenos, cera, hidratos, emulsión, espuma o corrosión. La
información provista por estos sensores puede ser utilizada
entonces para ajustar el caudal de aditivo como se describe más
completamente más adelante en este documento en referencia a las
figuras 3 y 4.
Debe entenderse que una cantidad relativamente
pequeña de aditivos es inyectada en el interior del fluido de
producción durante el funcionamiento. De acuerdo con ello, ciertas
consideraciones, tales como la precisión en la distribución de
aditivos, pueden ser más relevantes que la mera capacidad
volumétrica. Preferiblemente, el caudal de un aditivo inyectado
utilizando la presente invención es a un régimen tal que el aditivo
esté presente en una concentración desde aproximadamente 1 partes
por millón (ppm) hasta aproximadamente 10.000 ppm en el fluido que
está siendo tratado. Más preferiblemente, el caudal para un aditivo
inyectado utilizando la presente invención es a un régimen tal que
el aditivo esté presente en una concentración desde aproximadamente
1 ppm hasta aproximadamente 500 ppm en el fluido que está siendo
tratado. Más preferiblemente el caudal para un aditivo inyectado
utilizando la presente invención es a un régimen tal que el aditivo
esté presente en una concentración de desde aproximadamente 10 ppm
hasta aproximadamente 400 ppm en el fluido que está siendo
tratado.
Como ha sido indicado anteriormente en ese
documento, es común taladrar diversos sondeos a partir de la misma
ubicación. Por ejemplo, es común taladrar 10-20
sondeos desde una única plataforma marina. Después de que los pozos
han sido completados y realizados, una bomba submarina y un aparato
de medición separados son instalados para inyectar aditivos dentro
que cada uno de tales sondeos.
La figura 3 muestra un diagrama funcional que
describe un sistema 200 para el control y la supervisión de la
inyección de aditivos en el interior de múltiples sondeos
202a-202m según una forma de realización de la
presente invención. En la configuración del sistema de la figura 3,
una bomba separada suministra un aditivo a través de tuberías de
suministro 140 desde un suministro de productos químicos en la
superficie 130 (figura 1) a cada uno de los sondeos
202a-202m. Por ejemplo, una bomba 204a suministra un
aditivo y el aparato de medición 208a mide el caudal del aditivo en
el interior del sondeo 202a y proporciona las señales
correspondientes a un control central del lugar del pozo 240. El
control del lugar del pozo 240 en respuesta a las señales de caudal
y a las instrucciones programadas controla el funcionamiento del
dispositivo de control de la bomba o control de la bomba 210a a
través de un bus 241 utilizando señalización direccionable para el
control de la bomba 210a. Alternativamente, el control del lugar
del pozo 340 puede estar conectado a los controles de la bomba a
través de una línea separada. El control del lugar del pozo 240
recibe también señal del sensor S1a asociado a la bomba 204a a
través de la línea 212a y desde el sensor S2a asociado al control de
la bomba 210a a través de la línea 212a. Tales sensores pueden
incluir un sensor de las revoluciones por minuto, un sensor de
vibración o cualquier otro sensor que proporcione información sobre
un parámetro de interés de tales dispositivos. Los aditivos a los
pozos 202b-202m son suministrados respectivamente
mediante las bombas 204b-204m desde las fuentes
206b-206m. Los controles de las bombas
210b-210m respectivamente controlan las bombas
204b-204m mientras los caudalímetros
208b-208m respectivamente miden los caudales a los
pozos 202b-202m. Las líneas
212b-212m y las líneas 214b-214m
respectivamente comunican señales desde los sensores
S_{1b}-S_{1m} y
S_{2b}-S_{2m} al control central 240. El control
240 utiliza la memoria 246 para almacenar datos y la memoria 244
para almacenar programas de la manera descrita anteriormente en ese
documento con referencia al sistema 100 de la figura 1. Los
controles individuales se comunican con los sensores, los controles
de las bombas y el control remoto a través de las correspondientes
conexiones adecuadas.
El control central del lugar del pozo 240
controla independientemente cada bomba. El control 240 puede estar
programado para determinar o evaluar la condición de cada una de las
bombas 204a-204m a partir de las señales de los
sensores S_{1a}-S_{1m} y
S_{2a}-S_{2m}. Por ejemplo el control 240 puede
estar programado para determinar la vibración y las revoluciones
por minuto de cada bomba. Esto puede proporcionar información sobre
el rendimiento de cada una de las bombas.
La figura 4 es una ilustración esquemática de un
sistema de inyección de aditivos de bucle cerrado 300 el cual
responde a las mediciones del fondo de la perforación y a los
parámetros de interés en la superficie según una forma de
realización de la presente invención. Ciertos elementos del sistema
300 son comunes con el sistema 150 de la figura 2. Por
conveniencia, tales elementos comunes han sido designados en la
figura 4 con los mismos números de referencia como ha sido
especificado en la figura 2.
El pozo 118 en la figura 4 adicionalmente
incluye una serie de sensores del fondo de la perforación
S_{3a}-S_{3m} para proporcionar mediciones
relativas a diversos parámetros del fondo de la perforación. Los
sensores pueden estar colocados en la cabeza del pozo sobre por lo
menos uno de los sondeos, en el sondeo o en una tubería de
suministro entre la cabeza del pozo y la unidad submarina de
inyección de productos químicos. El sensor S_{3a} proporciona una
medición de las características químicas y físicas del fluido en el
fondo de la perforación, la cual puede incluir una medición de las
parafinas, hidratos, sulfuros, capa de óxido, asfaltenos, emulsión,
etcétera. Otros sensores y dispositivos S_{3m} pueden estar
provistos para determinar el caudal de fluido a través de las
perforaciones 54 o a través de uno o más dispositivos en el pozo
118. Estos sensores pueden estar distribuidos a lo largo del sondeo
y pueden incluir sensores de fibra óptica y otros tipos de sensores.
Las señales a partir de estos sensores pueden ser procesadas
parcialmente o completamente en el fondo de la perforación o pueden
ser enviadas hacia arriba de la perforación a través de líneas de
señales y datos 302 a un control en el lugar del pozo 340. En la
configuración de la figura 3, se utiliza preferiblemente una unidad
central de control común 340. La unidad de control es una unidad
basándose en un microprocesador e incluye los dispositivos de
memoria necesarios para almacenar programas y datos.
El sistema 300 puede incluir un mezclador 310
para mezclar o combinar en el lugar del pozo una pluralidad de
aditivo #1 - aditivo #m almacenados en las fuentes
313a-312m respectivamente. Las fuentes
313a-312m son suministradas con aditivos a través
de una tubería de suministro 140. En algunas situaciones, es
deseable trasportar ciertos aditivos en forma de sus componentes y
mezclarlos en el lugar del pozo por razones de seguridad y
medioambientales. Por ejemplo, los aditivos finales o combinados
pueden ser tóxicos, mientras que las partes componentes pueden ser
no tóxicas. Los aditivos pueden ser expedidos en forma concentrada y
ser combinados con diluyentes en el lugar del pozo antes de la
inyección en el interior del pozo 118. En una forma de realización
de la presente invención, los aditivos para ser combinados, tales
como aditivo #1 - aditivo #m son dosificados en el interior del
mezclador mediante bombas asociadas 314a-314m. Los
aparatos de medición 316a-316m miden las cantidades
de los aditivos desde las fuentes 312a-312m y
proporcionan las señales correspondientes a la unidad de control
340, la cual controla las bombas 314a-314m para
dispensar con precisión las cantidades deseadas al interior del
mezclador 310. Una bomba 318 bombea los aditivos combinados desde el
mezclador 310 al interior del sondeo 118, mientras que el aparato
de medición 320 mide la cantidad del aditivo dispensado y
proporciona las señales de la medición al control 340. Un segundo
aditivo requerido para ser inyectado en el interior del sondeo 118
puede ser almacenado en el depósito de la fuente 131, desde cuya
fuente una bomba 324 bombea la cantidad requerida del aditivo en el
interior del pozo. Un aparato de medición 326 proporciona la
cantidad real del aditivo dispensada desde el depósito de la fuente
131 al control 340, el cual a su vez controla la bomba 324 para
dispensar la cantidad correcta.
El fluido del sondeo que alcanza la superficie
puede ser comprobado en el lugar de trabajo con una unidad de
pruebas 330. La unidad de pruebas 330 proporciona mediciones con
respecto a las características del fluido extraído hasta el control
central 340. El control central que utiliza la información de los
sensores del fondo de la perforación
S_{3a}-S_{3m}, los datos de la unidad de pruebas
y los datos de cualquier otro sensor en la superficie (como se ha
descrito con referencia a la figura 2) calcula el rendimiento de los
aditivos que están siendo suministrados al pozo 118 y determina a
partir de ello las cantidades correctas de aditivos y altera
entonces las cantidades, si es necesario, de los aditivos a los
niveles requeridos. El control 340 también puede recibir mandatos
desde el control en la superficie 152s o de un control remoto 152s
para controlar o supervisar los pozos 202a-202m.
Por lo tanto, el sistema de la presente
invención supervisa por lo menos periódicamente las cantidades
reales de los diversos aditivos que están siendo dispensados,
determina el rendimiento de los aditivos dispensados, por lo menos
con respecto al mantenimiento de ciertos parámetros de interés
dentro de las respectivas gamas previamente determinadas, determina
el estado del equipo en el fondo de la perforación, tal como por
ejemplo los caudales y la corrosión, determina las cantidades de
aditivos que mejorarían el rendimiento del sistema y causa entonces
que el sistema dispense los aditivos de acuerdo con las cantidades
nuevamente calculadas. Los modelos 344 pueden ser modelos dinámicos
porque son actualizados sobre la base de las entradas de los
sensores.
El sistema, según las formas de realización
preferidas de la presente invención, pueden adoptar automáticamente
una amplia gama de acciones para asegurar un flujo apropiado de
hidrocarburos a través de las tuberías, lo cual no sólo puede hacer
mínima la formación de hidratos sino también la formación de otros
elementos dañinos tales como los asfaltenos. Puesto que el sistema
300 es de naturaleza de bucle cerrado y responde a las mediciones
in situ de las características del fluido tratado y del
equipo en la trayectoria del flujo del fluido, puede administrar
las cantidades óptimas de los diversos aditivos al sondeo o a las
tuberías para mantener los diversos parámetros de interés dentro de
los respectivos límites o gamas.
Con referencia ahora a la figura 5A, se
representa una forma de realización de una instalación en la
superficie y una estación de control remoto para soportar y
controlar las actividades submarinas de inyección de productos
químicos y de supervisión de un sistema submarino de inyección de
productos químicos, tal como por ejemplo el sistema 150 de la
figura 1. La instalación en la superficie 500 de la figura 5A puede
proporcionar energía y aditivos como sea necesario a una o más
unidades submarinas de inyección de productos químicos 150 (figura
1). También, la instalación en la superficie 500 incluye equipo para
el procesamiento, comprobación y almacenaje de los fluidos
producidos. Una instalación en la superficie de un modo 500 incluye
una plataforma o instalación marina o una embarcación 510 provista
de una unidad de suministro de productos químicos 520, una unidad de
procesamiento del fluido de producción 530, un suministro de
energía 540, un control 532 y puede incluir un control remoto 533 a
través de satélite o de otros medios de larga distancia. La unidad
de suministro de productos químicos 520 puede incluir depósitos
separados para cada tipo de producto químico deseado para ser
suministrado desde el mismo hasta la unidad de inyección de
productos químicos 150 (figura 1) a través de una tubería de
suministro o un haz umbilical 522 que está dispuesto en el interior
o en el exterior de un elevador 550. Cada aditivo o producto
químico tanto puede tener una tubería dedicada de suministro (por
ejemplo, múltiples tuberías) como compartir una o más tuberías de
suministro. De forma similar, el haz umbilical 522 puede incluir
líneas de energía o de transmisión de datos 544 para trasmitir
energía desde el suministro de energía 540 hasta los componentes
submarinos del sistema 100 y trasmitir datos y señales de control
entre el control en la superficie 532 y el control submarino 152
(figura 1). Líneas adecuadas 544 incluyen cables de fibra óptica y
conductores de metal adaptados para transportar datos, señales
eléctricas y energía. La unidad de procesamiento 530 recibe el
fluido producido desde la cabeza del pozo 114 (figura 1) a través
del elevador 550. Sensores S_{4} pueden estar colocados en la
unidad de suministro de los productos químicos 520, la unidad de
procesamiento del fluido de producción 530 y el elevador 550
(sensores S_{4a-c}, respectivamente). Los sensores
S_{4a-c} pueden estar distribuidos a lo largo
del elevador o del umbilical para proporcionar señales
representativas del flujo de fluido, las características físicas y
químicas de los aditivos y del fluido de producción y las
condiciones medioambientales. Como se ha explicado anteriormente en
ese documento, las mediciones proporcionadas por estos sensores
pueden ser utilizadas para optimizar el funcionamiento de la unidad
de inyección de productos químicos 150 (figura 1). Se aprecia que
una única instalación en la superficie como se representa en la
figura 5A puede ser utilizada para dar servicio a múltiples campos
petrolíferos submarinos.
Con referencia ahora a la figura 5B, se
representa otra forma de realización de una instalación en la
superficie. La instalación en la superficie 600 de la figura 5B
suministra aditivos bajo demanda o sobre una base previamente
determinada a la unidad de inyección de productos químicos 150
(figura 1) sin la utilización de una unidad de suministro de
productos químicos dedicada. Una instalación en la superficie de un
modo 600 incluye una boya 610 y una embarcación de servicio 630.
La boya 610 proporciona un acceso relativamente
estacionario a un umbilical 611 y a un elevador 612 adaptado para
transportar energía, datos, señales de control y productos químicos
a la unidad de inyección de productos químicos 150 (figura 1). La
boya 610 incluye un casco 614, un conjunto de puerto 616, una unidad
de energía 618, un transmisor receptor 620 y uno o más procesadores
624. El casco 614 es de un diseño convencional y puede estar
fijado, flotando, semisumergido, o completamente sumergido. En
ciertas formas de realización, el casco 614 puede incluir
componentes conocidos tales como depósitos de lastre para
proporcionar una flotabilidad selectiva. El puerto 616 está
adecuadamente dispuesto sobre el casco 614 y está en comunicación
fluida con el conducto 612. El conducto 612 incluye un elevador
protector exterior 612a y el umbilical 611, el cual puede incluir
tuberías únicas o múltiples 612b adaptadas para transportar
productos químicos y aditivos, líneas de energía 612c y líneas de
transmisión de datos 612d. Las líneas de energía 612d trasmiten la
energía almacenada o generada desde la unidad de energía 618 a la
unidad de inyección de productos químicos (figura 1) o bien a otro
equipo submarino. Las líneas de energía 612d también pueden incluir
tuberías hidráulicas para transportar fluido hidráulico al equipo
submarino. La energía puede ser generada mediante un generador
convencional 622 o almacenada en baterías 621 y las cuales pueden
ser cargadas a través de un sistema de generación de energía solar
619. El transmisor receptor 620 y los procesadores 624 cooperan para
supervisar las condiciones submarinas de funcionamiento a través de
las líneas de transmisión de datos 612d. Las líneas de transmisión
de datos pueden utilizar conductores metálicos o cables de fibra
óptica. En ciertas formas de realización, el transmisor receptor
620 y los procesadores 624 pueden determinar si cualquier equipo
submarino está funcionando incorrectamente o si la unidad de
inyección de productos químicos 130 (figura 1) agotará su suministro
de uno o más aditivos. Al hacer una determinación de este tipo, el
transmisor receptor 620 puede ser utilizado para transmitir esta
determinación a una instalación de control (no representada).
Sensores S_{5} pueden estar colocados en la unidad de
procesamiento de fluido de producción 640 (sensor S_{5a}), el
elevador 612 (sensor S_{5b}) o bien otra ubicación adecuada. Como
ha sido explicado anteriormente en este documento, las mediciones
provistas por estos sensores pueden ser utilizadas para optimizar
el funcionamiento de la unidad de inyección de productos químicos
130 (figura 1). La unidad submarina de inyección de productos
químicos puede estar herméticamente cerrada en una envoltura
estanca.
La embarcación de servicio 630 incluye una
unidad de suministro de productos químicos en la superficie 632 y
un equipo adecuado (no representado) para acoplar la boya 610 o el
puerto 616. La embarcación de servicio 630 puede ser autopropulsada
(por ejemplo, un barco o una estructura remolcada). Durante la
utilización, la embarcación de servicio 630 visita una o más boyas
610 sobre un plan determinado o sobre la base de las necesidades.
Al realizar una conexión al puerto 616, uno o más productos químicos
son bombeados hacia abajo al depósito de almacenaje de productos
químicos 130 (figura 1) a través de las tuberías 612b. Después de
que haya sido completada la operación de bombeo, la boya 610 es
liberada y la embarcación de servicio 630 es libre de visitar otras
boyas 610. Debe apreciarse que las boyas 630 son menos caras que las
plataformas marinas convencionales.
El fluido producido desde la cabeza del pozo 114
(figura 1) es transportado a través de la tubería 632 una unidad de
procesamiento del fluido 640. Los fluidos producidos procesados son
entonces transferidos a una instalación de recolecta en la
superficie o submarina a través de la tubería 642.
Con referencia a las figuras 1, 5A y 5B, el
sistema puede incluir adicionalmente dispositivos que calientan el
fluido de producción en tuberías submarinas, tales como la tubería
127. La energía para los dispositivos calefactores (189) puede ser
derivada a partir de la energía suministrada por la unidad en la
superficie a la unidad submarina de inyección de productos químicos
150 o a cualquier otro dispositivo submarino, tal como por ejemplo
las válvulas de la cabeza del pozo. Los sensores S supervisan la
condición del fluido de producción. El sistema de las figuras
1-5 controla y supervisa la inyección de productos
químicos en el interior de los sondeos submarinos 118. Una única
unidad de inyección submarina de productos químicos puede controlar
y supervisar la inyección de productos químicos en el interior de
los sondeos 118 y la instalación de procesamiento subacuática 126.
El sistema también puede supervisar las tuberías de fluido 127. La
unidad 150 puede controlar y supervisar la inyección de productos
químicos en respuesta a diversas mediciones de los sensores o de
acuerdo con unas instrucciones programadas. El sensor químico en el
sistema proporciona información sobre diversos lugares a lo largo
del sondeo 118, la tubería 127, la unidad de procesamiento del
fluido 126 y del elevador 124 o 150. Los otros sensores
proporcionan información sobre las condiciones físicas o
medioambientales. El control submarino 152, el control en la
superficie 152s y el control remoto 152 cooperan entre sí y en
respuesta a una o más mediciones de los sensores sobre parámetros
de interés y controlan o supervisan el funcionamiento del sistema
completo representada en las figuras 1-5.
Mientras la exposición anterior se dirige a un
modo de las formas de realización de la invención, diversas
modificaciones serán evidentes para aquellos expertos en la técnica,
sin salirse del ámbito de la invención como se establece en las
reivindicaciones adjuntas.
Claims (34)
1. Sistema para la inyección de uno o más
productos químicos dentro de un fluido de producción producido
mediante por lo menos un pozo submarino, el sistema
comprendiendo:
una unidad en la superficie de suministro de
productos químicos (130; 520; 632) para el suministro de por lo
menos un producto químico a una ubicación submarina
seleccionada;
por lo menos una tubería de suministro de los
productos químicos (140; 522; 611) que transporta el por lo menos
un producto químico desde la superficie hasta la ubicación submarina
seleccionada;
el sistema caracterizado porque
adicionalmente comprende
una pluralidad de sensores distribuidos (S)
asociados con dicha por lo menos una tubería de suministro de
productos químicos (140; 522; 611) para proporcionar señales
relativas a una característica del por lo menos un producto químico
transportado por la por lo menos una tubería de suministro de
productos químicos (140; 522; 611); y
una unidad submarina de inyección de productos
químicos (150) en la ubicación submarina seleccionada para recibir
dicho por lo menos un producto químico desde la unidad en la
superficie de suministro de productos químicos (130; 520; 632) y
para inyectar selectivamente el por lo menos un producto químico
dentro del fluido de producción.
2. El sistema de la reivindicación 1 en el que
la unidad en la superficie de suministro de productos químicos
(130; 520; 632) controla el suministro del por lo menos un producto
químico en respuesta a las señales relativas a las características
del por lo menos un producto químico en la por lo menos una tubería
de suministro de productos químicos (140; 522; 611).
3. El sistema de la reivindicación 1 o 2
adicionalmente comprendiendo un control (152; 532) que controla la
cantidad del por lo menos un producto químico inyectado en respuesta
a por lo menos un parámetro de interés.
4. El sistema de la reivindicación 3 en el que
el parámetro de interés es uno de (i) la temperatura, (ii) la
presión, (iii) el caudal, (iv) una medición de uno de hidrato,
asfalteno, corrosión, composición química, cera o emulsión, (v)
cantidad de agua y (vi) viscosidad.
5. El sistema de la reivindicación 4
adicionalmente comprendiendo por lo menos un sensor (S) que mide el
por lo menos un parámetro de interés, dicho por lo menos un sensor
estando seleccionado a partir de un grupo que consta de un sensor
de temperatura, un sensor de viscosidad, un sensor del caudal de
fluido, un sensor de presión, un sensor para determinar la
composición química del fluido de producción, un sensor de dilución
de agua, un sensor óptico y un sensor para determinar una medición
de por lo menos uno de asfalteno, cera, hidrato, emulsión, espuma y
corrosión.
6. El sistema de la reivindicación 5 en el que
por lo menos un sensor (S) está colocado en uno de (i) la cabeza
del pozo (114) sobre el por lo menos un sondeo (118), (ii) en el
sondeo (118) y (iii) en una tubería de suministro entre la cabeza
del pozo (114) y la unidad submarina de inyección de productos
químicos (150).
7. El sistema de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en el que la unidad submarina de
inyección de productos químicos (150) incluye una unidad de
almacenaje (131) para almacenar el por lo menos un producto químico
suministrado por la unidad en la superficie de suministro de
productos químicos (130).
8. El sistema de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en el que la por lo menos una tubería
de suministro de productos químicos (140; 522; 611) incluye una
pluralidad de tuberías para transportar una pluralidad de productos
químicos a la unidad submarina de inyección de productos químicos
(150).
9. El sistema de la reivindicación 8 en el que
la unidad en la superficie de suministro de productos químicos
(130; 520; 632) suministra una pluralidad de productos químicos a la
unidad submarina de inyección de productos químicos (150) a través
de la pluralidad de tuberías (140; 522; 611).
10. El sistema de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores adicionalmente comprendiendo un elevador
(124; 550; 612) para transportar el fluido de producción a la
superficie y en el que la por lo menos una tubería de suministro de
productos químicos (140; 522; 611) está colocada en uno de (i) en el
interior del elevador (124; 550; 612) y (ii) en el exterior del
elevador (124; 550; 612).
11. El sistema de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en el que la unidad en la superficie de
suministro de productos químicos (520) está colocada en una
instalación marina (510).
12. El sistema de cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10 en el que la unidad en la superficie de
suministro de productos químicos (632) incluye una boya (610) en la
superficie del mar y en el que la por lo menos una tubería de
suministro (611) transporta productos químicos desde la boya (610)
hasta la ubicación submarina seleccionada.
13. El sistema de la reivindicación 12 en el que
la boya (610) incluye una unidad de almacenaje de productos
químicos y es rellenada periódicamente.
14. El sistema de la reivindicación 12 o 13 en
el que la por lo menos una tubería de suministro (611) incluye una
pluralidad de tuberías de suministro (612b), uno para cada producto
químico, entre la boya (610) y la ubicación submarina
seleccionada.
15. El sistema de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en el que la unidad submarina de
inyección de productos químicos (150) adicionalmente comprende un
colector para el mezclado de por lo menos dos productos químicos
antes de la inyección de los por lo menos dos productos químicos
dentro del fluido de producción.
16. El sistema de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en el que la unidad submarina de
inyección de productos químicos (150) comprende una de una válvula
de control y una bomba de control para controlar la cantidad del
por lo menos un producto químico inyectado dentro del por lo menos
un pozo submarino.
17. El sistema de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores adicionalmente comprendiendo una unidad
submarina de energía (89) para suministrar energía a la unidad de
inyección de productos químicos (150).
18. El sistema de la reivindicación 17 en el que
la unidad submarina de energía (89) incluye una batería eléctrica
que es cargada periódicamente a partir de la energía suministrada
desde una ubicación en la superficie.
19. El sistema de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores adicionalmente comprendiendo una
pluralidad de sensores (S) distribuidos a lo largo de la
trayectoria de fluido de producción.
20. El sistema de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en el que el por lo menos un pozo
submarino incluye una pluralidad de pozos
(202a-202m) y la unidad submarina de inyección de
productos químicos (150) suministra separadamente el por lo menos
un producto químico a cada uno de dichos pozos submarinos.
21. El sistema de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores adicionalmente comprendiendo una unidad
submarina de procesamiento del fluido (126) que recibe el fluido de
producción a través de una tubería.
22. El sistema de la reivindicación 21 en el que
la unidad de procesamiento (126) refina por lo menos parcialmente
el fluido de producción.
23. El sistema de la reivindicación 22
adicionalmente comprendiendo una tubería de fluido que transporta el
fluido procesado desde la unidad de procesamiento (126) hasta la
superficie.
24. El sistema de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en el que la unidad submarina de
inyección de productos químicos (150) inyecta el por lo menos un
producto químico dentro de uno de (i) el por lo menos un pozo
submarino, (ii) una unidad submarina de procesamiento del fluido
(126) y (iii) una tubería submarina que transporta el fluido de
producción.
25. El sistema de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores adicionalmente comprendiendo un
dispositivo calefactor (189) instalado submarino para calentar el
fluido de producción.
26. El sistema de la reivindicación 25
adicionalmente comprendiendo una unidad de energía (540) en la
superficie que proporciona energía al dispositivo calefactor
(189).
27. El sistema de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores adicionalmente comprendiendo un control
en la superficie (152s; 532) para controlar uno de: (i) por lo
menos en parte el funcionamiento de la unidad submarina de
inyección de productos químicos (150) y (ii) el suministro del por
lo menos un producto químico.
28. El sistema de la reivindicación 27
adicionalmente comprendiendo un control remoto (152r; 573) que
proporciona señales de mandato al control en la superficie (152s;
532) para controlar la inyección del por lo menos un producto
químico.
29. Procedimiento de aseguramiento del flujo
para un fluido producido mediante por lo menos un pozo submarino
comprendiendo:
proporcionar una unidad submarina de inyección
de productos químicos (150) a una ubicación submarina
seleccionada;
proporcionar una unidad en la superficie de
suministro de productos químicos (130; 520; 632) como una ubicación
remota desde el por lo menos un pozo submarino para suministrar por
lo menos un producto químico a la ubicación submarina
seleccionada;
proporcionar por lo menos una tubería de
suministro de productos químicos (140; 522; 611) para transportar
el por lo menos un producto químico desde la superficie a la
ubicación submarina seleccionada;
proporcionar una pluralidad sensores
distribuidos (S) asociados con la dicha por lo menos una tubería de
suministro de productos químicos (140; 522; 611); y
medir un parámetro de interés relacionado con
una característica del fluido de producción;
en el que la unidad submarina de inyección de
productos químicos (150) recibe el por lo menos un producto químico
desde la unidad en la superficie de suministro de productos químicos
(130; 520; 632) a través de la por lo menos una tubería de
suministro de productos químicos (140; 522; 611) e inyecta
selectivamente el por lo menos un producto químico dentro del
fluido de producción, por lo menos en parte en respuesta al
parámetro de interés.
30. El procedimiento de la reivindicación 29 en
el que la medición del parámetro de interés incluye la medición de
uno de (i) la temperatura, (ii) la viscosidad, (iii) el caudal del
fluido, (iv) la presión y la composición química del fluido
producido, (v) una medición de asfalteno, cera, hidrato, emulsión,
espuma, corrosión, o agua y (vi) una propiedad óptica del fluido de
producción.
31. El procedimiento de la reivindicación 29 o
30 adicionalmente comprendiendo la colocación de un extremo de la
por lo menos una tubería de suministro de productos químicos (611)
en una boya (610) en la superficie del agua.
32. El procedimiento de la reivindicación 31
adicionalmente comprendiendo el desplazamiento de la unidad en la
superficie de suministro de productos químicos (632) a la boya (610)
para suministrar el por lo menos un producto químico a la unidad
submarina de inyección de productos químicos (150) a través de la
por lo menos una tubería de suministro de productos químicos
(611).
33. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones 29 a 32 en el que la por lo menos una tubería de
suministro de productos químicos (140; 522; 611) incluye una
pluralidad de tuberías de suministro y la unidad en la superficie
de suministro de productos químicos (130; 520; 632) bombea un
producto químico separado a través de cada una de la pluralidad de
tuberías de suministro.
34. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones 29 a 33 en el que la unidad submarina de inyección
de productos químicos (150) incluye:
una bomba para la inyección del por lo menos un
producto químico dentro del fluido de producción;
una válvula de control del flujo; y
un control (80) que controla la válvula de
control del flujo para controlar la cantidad de producto químico
inyectado dentro del por lo menos un pozo submarino.
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