BR102020012928B1

BR102020012928B1 - SIAMESE DUCT

Info

Publication number: BR102020012928B1
Application number: BR102020012928-7A
Authority: BR
Inventors: Erick Fabrizio Quintella Andrade Coelho; Carlos ALBERTO BANDEIRA RIBEIRO CARDOSO
Original assignee: Petróleo Brasileiro S.A. - Petrobras
Filing date: 2020-06-24
Publication date: 2025-04-24

Abstract

DUTO SIAMÊS. A presente invenção trata de dutos siameses para separar a fasegasosa da fase líquida (óleo + água) em qualquer trecho entre a árvore de natal molhada e o início doriser, requerendo apenas que o escoamento gásIíquido que a atravessa esteja no padrão estratificado(ou pela ação da natureza ou pela presença de algum dispositivo a montante que segregue oescoamento gravitacionalmente). Num segundo estágio de separação, após separar o gás do líquido, ainvenção também se presta a separar o óleo da água se o padrão de escoamento ainda forestratificado. Espera-se que a separação gáslíquido, e a subsequente separação óleo-água, já no fundodo mar diminua a formação de emulsões desde a árvore de natal molhada até a plataforma deprodução. Na drenagem de condensado em escoamentos de gás em gasodutos de longa distância, émantido sempre um escoamento monofásico de gás, minimizando a perda de carga pela existência dolíquido misturado á fase gasosa. Na drenagem de líquido em escoamento estratificado gás-líquido emflowlines as duas fases são separadas já no fundo do mar, diminuindo a formação de espumas noslíquidos que escoarão até a plataforma. Na drenagem de água em escoamento (...).SIAMESE DUCT. The present invention deals with Siamese ducts to separate the gas phase from the liquid phase (oil + water) in any section between the wet Christmas tree and the beginning of the doriser, requiring only that the gas-liquid flow that passes through it be in a stratified pattern (either by the action of nature or by the presence of some upstream device that segregates the flow gravitationally). In a second separation stage, after separating the gas from the liquid, the invention can also be used to separate oil from water if the flow pattern is still stratified. It is expected that the gas-liquid separation, and the subsequent oil-water separation, already at the bottom of the sea, will reduce the formation of emulsions from the wet Christmas tree to the production platform. In the drainage of condensate in gas flows in long-distance gas pipelines, a single-phase gas flow is always maintained, minimizing the loss of pressure due to the existence of the liquid mixed with the gas phase. In the drainage of liquid in gas-liquid stratified flow in flowlines, the two phases are separated at the bottom of the sea, reducing the formation of foam in the liquids that will flow to the platform. In the drainage of water in flowlines (...).

Description

Field of Invention

[0001] A presente invenção trata de um duto siamês, ou dutos siameses, aplicados na área de extração/exploração de petróleo, principalmente em qualquer trecho entre a árvore de natal molhada e o início do riser, com a função primordial de separação da fase gasosa da fase líquida ou separação do óleo da água, ambas em escoamento estratificado.[0001] The present invention deals with a Siamese duct, or Siamese ducts, applied in the area of oil extraction/exploration, mainly in any section between the wet Christmas tree and the beginning of the riser, with the primary function of separating the gaseous phase from the liquid phase or separating oil from water, both in stratified flow.

Description of the State of the Art

[0002] Uma das maiores dificuldades no transporte de gás por longas distâncias em gasodutos é o fato de que este escoamento não permanece sempre monofásico, mas se torna bifásico à medida que este gás condensa uma fase líquida na linha devido à variação da pressão e da temperatura ao longo do escoamento. A solução para manter o escoamento sempre monofásico nos gasodutos longos é drenar o condensado quando este se forma.[0002] One of the greatest difficulties in transporting gas over long distances in pipelines is the fact that this flow does not always remain single-phase, but becomes two-phase as this gas condenses into a liquid phase in the line due to the variation in pressure and temperature along the flow. The solution to maintain single-phase flow in long pipelines is to drain the condensate when it forms.

[0003] A posição do dreno no gasoduto (associada ao momento em que o gás libera condensado) é obtida por meio de softwares de garantia de escoamento. O dreno em si, nessas operações terrestres, pode ser um separador bifásico convencional.[0003] The position of the drain in the pipeline (associated with the moment when the gas releases condensate) is obtained through flow assurance software. The drain itself, in these land-based operations, can be a conventional two-phase separator.

[0004] A presente invenção se inspirou na tecnologia conhecida como “Pseudo Dry Gas Separataor”, apresentada no artigo OTC-28949-MS (Long Gas Tiebacks - Pseudo Dry Gas Systems), cuja premissa é drenar, de forma intermitente, o condensado que se acumula no fundo de gasodutos que transportam gás por longas distâncias. O “Pseudo Dry Gas Separator”, que por sua engenharia tubular pode ser aplicado também em ambientes de altas pressões externas como o submarino, é uma evolução dos menos robustos vasos separadores gás-líquido, que funcionam como drenos em gasodutos de longas distâncias, na indústria de extração de gás do carvão existente na Austrália. Para o mesmo campo de aplicação do “Pseudo Dry Gas Separator” a invenção aqui proposta é tão robusta quanto, além de ser mais simples e mais compacta. Porém, pretende-se expandir a aplicação da presente invenção para além da drenagem intermitente de condensado do gás em gasodutos de longa distância e realizar a drenagem de líquido em escoamentos horizontais gás- líquido mesmo de curta distância. Também é um objetivo da presente invenção executar um segundo estágio de separação, agora líquido-Iíquido, em escoamentos horizontais óleo-água mesmo de curta distância.[0004] The present invention was inspired by the technology known as “Pseudo Dry Gas Separator”, presented in the article OTC-28949-MS (Long Gas Tiebacks - Pseudo Dry Gas Systems), whose premise is to intermittently drain the condensate that accumulates at the bottom of gas pipelines that transport gas over long distances. The “Pseudo Dry Gas Separator”, which due to its tubular engineering can also be applied in environments with high external pressures such as submarines, is an evolution of the less robust gas-liquid separator vessels, which function as drains in long-distance gas pipelines, in the coal gas extraction industry in Australia. For the same field of application as the “Pseudo Dry Gas Separator”, the invention proposed here is just as robust, in addition to being simpler and more compact. However, it is intended to expand the application of the present invention beyond the intermittent drainage of gas condensate in long-distance gas pipelines and to perform liquid drainage in horizontal gas-liquid flows, even over short distances. It is also an objective of the present invention to perform a second stage of separation, now liquid-liquid, in horizontal oil-water flows, even over short distances.

[0005] O escoamento turbulento multifásico (gás + óleo + água) desde o reservatório até a plataforma de produção promove intenso cisalhamento das fases, criando emulsões de gotas de pequeno diâmetro que tendem a aumentar significativamente a viscosidade do fluido multifásico dificultando a produção de petróleo e, posteriormente, a separação primária das fases. Para mitigar essas dificuldades o ideal seria realizar a separação das três fases já na saída do reservatório, recuperar separadamente apenas as duas fases economicamente interessantes (gás e óleo) e descartar/reinjetar a fase economicamente desinteressante (água). A presente invenção promete separar a fase gasosa da fase líquida (óleo + água) em qualquer trecho entre a árvore de natal molhada e o início do riser, requerendo apenas que o escoamento gás-Iíquido que a atravessa esteja no padrão estratificado (ou pela ação da natureza ou pela presença de algum dispositivo a montante que segregue o escoamento gravitacionalmente). Num segundo estágio de separação, após separar o gás do líquido, a invenção também se presta a separar o óleo da água se o padrão de escoamento ainda for estratificado. Espera-se que a separação gás-líquido, e a subsequente separação óleo-água, já no fundo do mar diminua a formação de emulsões desde a árvore de natal molhada até a plataforma de produção.[0005] The turbulent multiphase flow (gas + oil + water) from the reservoir to the production platform promotes intense shearing of the phases, creating emulsions of small diameter droplets that tend to significantly increase the viscosity of the multiphase fluid, making oil production and, subsequently, the primary separation of the phases difficult. To mitigate these difficulties, the ideal would be to separate the three phases at the reservoir outlet, recover separately only the two economically interesting phases (gas and oil) and discard/reinject the economically uninteresting phase (water). The present invention promises to separate the gas phase from the liquid phase (oil + water) in any section between the wet Christmas tree and the beginning of the riser, requiring only that the gas-liquid flow that passes through it be in a stratified pattern (either by the action of nature or by the presence of some upstream device that segregates the flow gravitationally). In a second separation stage, after separating the gas from the liquid, the invention also lends itself to separating oil from water if the flow pattern is still stratified. The gas-liquid separation, and subsequent oil-water separation, already at the seabed is expected to reduce the formation of emulsions from the wet Christmas tree to the production platform.

[0006] O documento CN106938152B trata de um dispositivo de separação direta e pré-separação de poços de gás no campo da engenharia oceânica e, em particular, a um dispositivo de separação e desgaseificação por tubos oblíquos num sistema de produção subaquático. A fim de superar os defeitos e deficiências das instalações existentes de pré-tratamento de petróleo bruto para plataformas offshore e melhorar o estado da pesquisa do equipamento de pré-separação subaquática de petróleo e gás na fase inicial e experimental, o objetivo relatado no documento é fornecer um poço de petróleo adequado para sistemas de produção subaquática. O líquido é diretamente pré-desidratado e utilizado para a desgaseificação de separadores de tubos inclinados. O dispositivo de desgaseificação e separação pré-desidratada integra a tecnologia de separação vertical e horizontal de óleo cru em linha para conseguir a instalação e operação em linha de coletores submersos. Neste documento o diâmetro do separador é maior que o diâmetro do tubo que o alimenta com a mistura multifásica, diferentemente da presente invenção que usa exatamente o tubo que conduz a mistura multifásica como um separador, dividindo-o em dois, tornando a presente invenção mais compacta. O documento também apresenta elementos complexos (5 e 6) na saída de líquido, diferente da presente invenção que não apresenta dispositivo além da sua própria geometria que transforma um tubo em dois. Além disso, na presente invenção os diâmetros de saída do líquido são constitutivamente menores, diminuindo, por exemplo, a carga dos risers que chegam à plataforma.[0006] Document CN106938152B deals with a direct separation and pre-separation device for gas wells in the field of ocean engineering, and in particular with an oblique tube separation and degassing device in an underwater production system. In order to overcome the defects and shortcomings of existing crude oil pre-treatment facilities for offshore platforms and improve the research status of underwater oil and gas pre-separation equipment in the initial and experimental stage, the purpose reported in the document is to provide an oil well suitable for underwater production systems. The liquid is directly pre-dehydrated and used for degassing by inclined tube separators. The pre-dehydrated separation and degassing device integrates vertical and horizontal in-line crude oil separation technology to achieve in-line installation and operation of submerged collectors. In this document, the diameter of the separator is larger than the diameter of the pipe that feeds it with the multiphase mixture, unlike the present invention, which uses exactly the pipe that conducts the multiphase mixture as a separator, dividing it in two, making the present invention more compact. The document also presents complex elements (5 and 6) at the liquid outlet, unlike the present invention, which does not present a device other than its own geometry that transforms one pipe into two. Furthermore, in the present invention, the liquid outlet diameters are constitutively smaller, reducing, for example, the load on the risers that reach the platform.

[0007] O documento CN104801071B trata de um dispositivo de separação para um fluxo gás-líquido em duas fases num sistema de produção subaquático, em particular a um dispositivo de separação de gás em duas fases de fluxo axial de alta eficiência para um gasoduto submarino em linha e um fluxo de processo do mesmo. O dispositivo de separação gás-líquido pode ser organicamente combinado com o gasoduto submarino para realizar a instalação e operação em linha do gasoduto submarino, e de acordo com a estrutura especial em forma de U e o processo de separação óleo-gás em dois estágios de fluxo axial, o processo simplificado de coleta e transporte de óleo e gás é simplificado, e o processo de coleta e transporte é reduzido. O documento possui diversos internos, que a torna grande e de operação complexa, enquanto a proposta da presente invenção não possui interno, que a torna compacta e de operação muito simples.[0007] Document CN104801071B is about a separation device for a two-phase gas-liquid flow in an underwater production system, in particular a high-efficiency axial-flow two-phase gas separation device for an in-line subsea gas pipeline and a process flow thereof. The gas-liquid separation device can be organically combined with the subsea gas pipeline to realize the in-line installation and operation of the subsea gas pipeline, and according to the special U-shaped structure and the axial-flow two-stage oil-gas separation process, the simplified oil and gas collection and transportation process is simplified, and the collection and transportation process is shortened. The document has several internals, which makes it large and complex in operation, while the proposal of the present invention has no internals, which makes it compact and very simple in operation.

[0008] O documento DE10310002B3 trata de um processo de separação de líquido e gás de uma mistura bifásica, na qual um fluxo bifásico é conduzido através de uma ramificação, a ramificação tendo uma entrada, uma primeira saída oposta e uma segunda saída, onde a segunda saída está disposta acima da primeira saída em relação à direção da gravidade e a primeira saída é colocada abaixo da entrada em relação à direção da gravidade. O documento revela um método e aparelho para a recuperação de fluidos a partir de um poço e/ou injeção de fluidos em um poço. O documento se refere, não exclusivamente, a um conjunto desviador conectado a uma ramificação de árvore de natal. Permite o desvio para fora de uma árvore, para um aparelho de processamento submarino seguido pelo retorno de pelo menos alguns destes fluidos para a árvore para recuperação. Algumas modalidades podem ser retroadaptadas às árvores existentes, permitindo uma nova função sem se substituir a árvore. Modalidades de conjunto desviador múltiplo também são descritas. Supondo que tanto o documento DE10310002B3 encontrada quanto a proposta da presente invenção sejam consideradas “tubos em Y”, com uma entrada e duas saídas, concluímos que DE10310002B3, com ângulo de 90° entre os tubos de saída, é um caso particular da presente invenção, cujo ângulo entre os tubos de saída varia de 0° a 90°. Ou seja, qualquer problema advindo do ângulo de 90° observado na referência encontrada pode ser revertido por meio da utilização da presente invenção. Ao optar por utilizar um ângulo de 90° separando as duas pernas do “Y” abre-se mão de utilizar a engenhosidade de fechamento paulatino da interface entre o gás e o líquido, que funciona como um interno, sem o ser, aumentando a eficiência de separação do dispositivo para escoamentos estratificados ondulados. Nota-se que, para um tubo de comprimento L, o comprimento do fechamento suave da interface (interno “virtual” de amortecimento de ondas) na presente invenção vai desde L, para ângulo de abertura igual a zero, até zero, para ângulo de abertura igual a 90°. A presente invenção apresenta ângulo de abertura variável exatamente para ser projetada de acordo com o mapa de padrão de escoamento horizontal do cenário em questão. Na verdade, pode-se analisar que a ineficiência do dispositivo, para escoamentos estratificados ondulados, vai aumentando à medida que o ângulo aumenta, sendo máxima quando o ângulo entre as pernas do “Y” é exatamente 90°, como é o caso do documento DE10310002B3. Para escoamentos estratificados ondulados (com maior velocidade do gás) a presente invenção lida melhor com as ondas (amortecendo-as) que DE10310002B3. O documento DE10310002B3 não considera o amortecimento de ondas, como a presente invenção considera. A vantagem da presente invenção em relação a DE10310002B3 é poder separar as fases mesmo em escoamentos que possuem maior velocidade superficial do gás. Pelo seu desenho construtivo a presente invenção é mais abrangente que DE10310002B3.[0008] Document DE10310002B3 deals with a process for separating liquid and gas from a two-phase mixture, in which a two-phase flow is conducted through a branch, the branch having an inlet, a first opposite outlet and a second outlet, where the second outlet is arranged above the first outlet with respect to the direction of gravity and the first outlet is placed below the inlet with respect to the direction of gravity. The document discloses a method and apparatus for recovering fluids from a well and/or injecting fluids into a well. The document relates, non-exclusively, to a diverter assembly connected to a Christmas tree branch. It allows for the diversion out of a tree, to a subsea processing apparatus followed by the return of at least some of these fluids to the tree for recovery. Some embodiments can be retrofitted to existing trees, allowing for a new function without replacing the tree. Multiple diverter assembly embodiments are also described. Assuming that both the document DE10310002B3 found and the proposal for the present invention are considered “Y-tubes”, with one inlet and two outlets, we conclude that DE10310002B3, with a 90° angle between the outlet tubes, is a particular case of the present invention, whose angle between the outlet tubes varies from 0° to 90°. In other words, any problem arising from the 90° angle observed in the reference found can be reversed through the use of the present invention. By choosing to use a 90° angle separating the two legs of the “Y”, one gives up using the ingenuity of gradually closing the interface between the gas and the liquid, which functions as an internal, without being one, increasing the separation efficiency of the device for wavy stratified flows. It is noted that, for a pipe of length L, the length of the soft closing of the interface (internal “virtual” wave damping) in the present invention goes from L, for an opening angle equal to zero, to zero, for an opening angle equal to 90°. The present invention presents a variable opening angle precisely to be designed according to the horizontal flow pattern map of the scenario in question. In fact, it can be analyzed that the inefficiency of the device, for wavy stratified flows, increases as the angle increases, being maximum when the angle between the legs of the “Y” is exactly 90°, as is the case of document DE10310002B3. For wavy stratified flows (with higher gas speed), the present invention deals better with waves (damping them) than DE10310002B3. Document DE10310002B3 does not consider wave damping, as the present invention does. The advantage of the present invention over DE10310002B3 is that it can separate the phases even in flows with a higher superficial gas velocity. Due to its constructive design, the present invention is more comprehensive than DE10310002B3.

[0009] A presente invenção trata de dutos siameses com características diferentes que proporcionam vantagens sobre o que é revelado pelos documentos do estado da técnica.[0009] The present invention deals with Siamese ducts with different characteristics that provide advantages over what is revealed by the prior art documents.

Brief Description of the Invention

[0010] A presente invenção trata de dutos siameses para separar a fase gasosa da fase líquida (óleo + água) em qualquer trecho entre a árvore de natal molhada e o início do riser, requerendo apenas que o escoamento gás- Iíquido que a atravessa esteja no padrão estratificado (ou pela ação da natureza ou pela presença de algum dispositivo a montante que segregue o escoamento gravitacionalmente). Num segundo estágio de separação, após separar o gás do líquido, a invenção também se presta a separar o óleo da água se o padrão de escoamento ainda for estratificado. Espera-se que a separação gás-líquido, e a subsequente separação óleo-água, já no fundo do mar diminua a formação de emulsões desde a árvore de natal molhada até a plataforma de produção. Na drenagem de condensado em escoamentos de gás em gasodutos de longa distância, é mantido sempre um escoamento monofásico de gás, minimizando a perda de carga pela existência do líquido misturado à fase gasosa. Na drenagem de líquido em escoamento estratificado gás-líquido em flowlines as duas fases são separadas já no fundo do mar, diminuindo a formação de espumas nos líquidos que escoarão até a plataforma. Na drenagem de água em escoamento estratificado óleo-água em flowlines, a água é separada já no fundo do mar, minimizando a possibilidade de formação de emulsões no óleo que escoa até a plataforma.[0010] The present invention deals with Siamese pipelines to separate the gas phase from the liquid phase (oil + water) in any section between the wet Christmas tree and the beginning of the riser, requiring only that the gas-liquid flow that passes through it be in a stratified pattern (either by the action of nature or by the presence of some upstream device that segregates the flow gravitationally). In a second separation stage, after separating the gas from the liquid, the invention also lends itself to separating oil from water if the flow pattern is still stratified. It is expected that the gas-liquid separation, and the subsequent oil-water separation, already at the bottom of the sea, will reduce the formation of emulsions from the wet Christmas tree to the production platform. In the drainage of condensate in gas flows in long-distance gas pipelines, a single-phase gas flow is always maintained, minimizing the loss of pressure due to the existence of the liquid mixed with the gas phase. In the drainage of liquid in gas-liquid stratified flow in flowlines, the two phases are separated at the bottom of the sea, reducing the formation of foam in the liquids that will flow to the platform. In the drainage of water in oil-water stratified flow in flowlines, the water is separated at the bottom of the sea, minimizing the possibility of emulsion formation in the oil that flows to the platform.

Objectives

[0011] A presente invenção tem como objetivo separar a fase gasosa da fase líquida (óleo+água) em qualquer trecho entre a árvore de natal molhada e o início do riser.[0011] The present invention aims to separate the gaseous phase from the liquid phase (oil+water) in any section between the wet Christmas tree and the beginning of the riser.

[0012] A presente invenção tem como objetivo separar a água do óleo em um segundo estágio da separação.[0012] The present invention aims to separate water from oil in a second stage of separation.

[0013] É também um objetivo da presente invenção diminuir a formação de emulsões desde a árvore de natal molhada até a plataforma de produção.[0013] It is also an objective of the present invention to reduce the formation of emulsions from the wet Christmas tree to the production platform.

[0014] Outro objetivo da presente invenção é reduzir a perda de carga pela existência de líquido misturado à fase gasosa.[0014] Another objective of the present invention is to reduce the pressure drop due to the existence of liquid mixed with the gaseous phase.

[0015] A presente invenção tem como objetivo reinjetar o gás já do fundo do mar, gerando economia da logística de ir à plataforma e voltar.[0015] The present invention aims to reinject gas from the seabed, generating savings in the logistics of going to the platform and returning.

[0016] Esses e outros objetivos serão alcançados pelo objeto da presente invenção.[0016] These and other objectives will be achieved by the object of the present invention.

Brief Description of the Drawings

[0017] A presente invenção será descrita com mais detalhes a seguir, com referência às figuras em anexo que, de uma forma esquemática e não limitativa do escopo inventivo, representam exemplos da mesma. Nos desenhos, têm-se:- A Figura 1 ilustrando a flowline com duto único (fases misturadas no riser);- A Figura 2 ilustrando a flowline com dutos siameses;- A Figura 3 ilustrando a vista lateral dos dutos siameses;- A Figura 4 ilustrando a vista de topo dos dutos siameses;- A Figura 5 ilustrando vistas frontais de algumas seções dos dutos siameses;- A Figura 6 ilustrando dutos siameses no leito submarino;- A Figura 7 ilustrando perspectivas dos dutos siameses;- A Figura 8 ilustrando a fração de gás e de líquido (água + óleo) desejada nas etapas;- A Figura 9 ilustrando a relação (ótima) entre a fração de gás inicial e a razão entre os diâmetros final e inicial (Ds/De);- A Figura 10 ilustrando internos com meio poroso horizontal;- A Figura 11 ilustrando internos com eliminador de névoa vertical;- A Figura 12 ilustrando internos com meio poroso e eliminador de névoa;- A Figura 13 ilustrando outra configuração (flowline com dutos comunicantes desde a árvore de natal molhada);- A Figura 14 ilustrando dutos siameses com separação em dois estágios.[0017] The present invention will be described in more detail below, with reference to the attached figures which, in a schematic and non-limiting manner of the inventive scope, represent examples thereof. In the drawings, we have:- Figure 1 illustrating the flowline with a single duct (mixed phases in the riser);- Figure 2 illustrating the flowline with Siamese ducts;- Figure 3 illustrating the side view of the Siamese ducts;- Figure 4 illustrating the top view of the Siamese ducts;- Figure 5 illustrating frontal views of some sections of the Siamese ducts;- Figure 6 illustrating Siamese ducts on the seabed;- Figure 7 illustrating perspectives of the Siamese ducts;- Figure 8 illustrating the desired gas and liquid (water + oil) fraction in the stages;- Figure 9 illustrating the (optimal) relationship between the initial gas fraction and the ratio between the final and initial diameters (Ds/De);- Figure 10 illustrating internals with horizontal porous media;- Figure 11 illustrating internals with vertical mist eliminator;- Figure 12 illustrating internal with porous medium and mist eliminator;- Figure 13 illustrating another configuration (flowline with communicating ducts from the wet Christmas tree);- Figure 14 illustrating Siamese ducts with two-stage separation.

Detailed Description of the Invention

[0018] Preliminarmente, ressalta-se que a descrição que se segue partirá de concretizações preferenciais da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essas concretizações particulares.[0018] Preliminarily, it is emphasized that the description that follows will start from preferred embodiments of the invention. As will be evident to any person skilled in the art, however, the invention is not limited to these particular embodiments.

[0019] A presente invenção trata de dutos siameses para separar a fase gasosa da fase líquida (óleo + água) em qualquer trecho entre a árvore de natal molhada (ANM) (Z) e o início do riser, requerendo apenas que o escoamento gás (A1)-Iíquido (A2) que a atravessa esteja no padrão estratificado (ou pela ação da natureza ou pela presença de algum dispositivo a montante que segregue o escoamento gravitacionalmente).[0019] The present invention deals with Siamese ducts to separate the gas phase from the liquid phase (oil + water) in any section between the wet Christmas tree (ANM) (Z) and the beginning of the riser, requiring only that the gas (A1)-Liquid (A2) flow that passes through it be in a stratified pattern (either by the action of nature or by the presence of some device upstream that segregates the flow gravitationally).

[0020] A Figura 1 mostra uma flowline com um duto único (uma entrada e uma saída). Neste caso, a mistura gás (A1)-Iíquido (A2) que sobe pela coluna de produção, ainda que segregue gravitacionalmente na flowline, volta a misturar quando sobe pelo riser. Já a Figura 2 mostra uma flowline com um duto bifurcado (3) (peça única, porém com uma entrada e duas saídas). Neste caso, a mistura gás (A1)-Iíquido (A2) que chega na flowline de duto único num escoamento estratificado tem suas fases segregadas gravitacionalmente, o gás (A1) e o líquido (A2) separados em dois dutos, que nascem da "metamorfose” de um duto único num duto duplo. Pela semelhança em forma com os “gêmeos siameses” a presente invenção foi apelidada de dutos siameses. As vistas frontais (1) de algumas seções (início, meio e fim) dos dutos siameses (3) sugerem como se dá esta metamorfose: uma transmutação contínua de um círculo em uma “figura em oito” que definitivamente se transforma em dois dutos. Preferencialmente pelo duto bifurcado (3) estar 25% bifurcado em % do comprimento (L), estar 50% bifurcado em L/2 e estar totalmente bifurcado no comprimento final do duto (L), opcionalmente podendo haver outra relação conforme a quantidade de gás-óleo-água. O ideal é que o duto que segregou o gás (A1) contenha pouco líquido (A2), da mesma forma que o duto que segregou o líquido (A2) contenha pouco gás (A1). Ainda é possível ver na figura, além da vista superior dos dutos (2), as etapas onde o escoamento se encontra misturado (A), segregado (B), o ponto de descolamento (C) e o escoamento separado (D). A Figura 3 mostra a vista lateral dos dutos siameses (3), contendo seus parâmetros de projeto: comprimento (L), diâmetro de entrada (De) e diâmetro de saída (Ds). Mais abaixo mostra a mesma vista em CAD. Apesar de os diâmetros de saída serem iguais na figura, isto não precisa ser verdade, ou seja, o diâmetro de cima pode ser menor que o de baixo ou vice-versa; tudo depende do projeto em razão da finalidade. A Figura 4 mostra a vista de topo (F) dos dutos siameses (3). Logo abaixo (G) mostra o equivalente em CAD e mais abaixo ainda mostra o plano de corte que divide os hemisférios superior e inferior da entrada nos dois dutos da saída dos dutos siameses (3). A Figura 5 mostra as vistas frontais (H) de algumas seções dos dutos siameses (3), detalhando em cinco partes a transmutação do círculo inicial nos dois círculos finais. A Figura 6 mostra os dutos siameses (3) no leito submarino. A parte hachurada representa proteção mecânica contra a pressão externa e interna que tenderia a colapsar facilmente os ângulos agudos das seções retas. Esta parte pode ser composta por um material compósito onde a parte hachurada seria preenchida por alguma espécie de cimento ou material com resistência mecânica apropriada que ficaria contido entre duas paredes metálicas: a parede externa do envelope metálico e a parede metálica do duto siamês. A Figura 7 mostra algumas perspectivas dos dutos siameses (3). A Figura 8 sugere que as frações de gás (A1) e líquido (A2) iniciais serão integralmente separadas nos dutos superior e inferior, respectivamente. A Figura 9 mostra a relação (ótima) entre fração de gás inicial e Ds/De. Como a separação nunca será perfeita esta curva serve apenas como referência. A Figura 10 sugere, como interno, a utilização de um meio poroso (J) que dificulte a migração do líquido (A2), na câmara inferior, de migrar para a câmara de gás (1) por sloshing. É possível ver na figura as vistas frontais de algumas seções (4) dos dutos siameses (3) e a vista superior (5) dos dutos siameses (3) com meio poroso (J). A Figura 11 sugere, como interno, a utilização de eliminadores de névoa (8) na câmara de gás (A1) que dificultem a migração de gotas de líquido para o duto de gás (A1) e podemos ver as vistas frontais (6) de algumas seções, sem eliminador de névoa (9) e com eliminador de névoa (10). A Figura 12 mostra a vista frontal (11) e superior (12) e sugere, como internos, a utilização de um meio poroso com eliminadores de névoa (13), onde é possível ver na vista frontal (11) dos dutos siameses (3) o duto sem meio poroso (J) ou eliminador de névoa (9) e com meio poroso e eliminador de névoa (14). A Figura 13 mostra uma configuração diferente de flowline: dutos comunicantes, com a mesma função de realizar a separação bifásica, mostrando a vista superior (16) e as vistas frontais (15) de algumas seções dos dutos comunicantes desde a ANM (Z), além de mostrar a vista lateral (17). Finalmente, a Figura 14 mostra dutos siameses para separação óleo (A3)-água (A4).[0020] Figure 1 shows a flowline with a single duct (one inlet and one outlet). In this case, the gas (A1)-liquid (A2) mixture that rises through the production column, although gravitationally segregated in the flowline, mixes again when it rises through the riser. Figure 2 shows a flowline with a bifurcated duct (3) (a single piece, but with one inlet and two outlets). In this case, the gas (A1)-liquid (A2) mixture that arrives in the single-duct flowline in a stratified flow has its phases gravitationally segregated, the gas (A1) and the liquid (A2) separated into two ducts, which arise from the "metamorphosis" of a single duct into a double duct. Due to the similarity in shape to the "Siamese twins", the present invention was nicknamed Siamese ducts. The front views (1) of some sections (beginning, middle and end) of the Siamese ducts (3) suggest how this metamorphosis occurs: a continuous transmutation of a circle into a “figure eight” that definitively transforms into two ducts. Preferably, the bifurcated duct (3) should be 25% bifurcated in % of the length (L), 50% bifurcated in L/2 and fully bifurcated in the final length of the duct (L), optionally with another relationship depending on the amount of gas-oil-water. Ideally, the duct that segregated the gas (A1) should contain little liquid (A2), in the same way that the duct that segregated the liquid (A2) should contain little gas (A1). It is also possible to see in the figure, in addition to the top view of the ducts (2), the stages where the flow is mixed (A), segregated (B), the point of detachment (C) and the separated flow (D). Figure 3 shows the side view of the Siamese pipes (3), containing their design parameters: length (L), inlet diameter (De) and outlet diameter (Ds). Further down, the same view is shown in CAD. Although the outlet diameters are the same in the figure, this does not have to be true, i.e., the top diameter may be smaller than the bottom diameter or vice versa; it all depends on the design and purpose. Figure 4 shows the top view (F) of the Siamese pipes (3). Just below (G) shows the equivalent in CAD and further down still shows the cutting plane that divides the upper and lower hemispheres of the inlet into the two ducts from the outlet of the Siamese pipes (3). Figure 5 shows the front views (H) of some sections of the Siamese pipes (3), detailing in five parts the transmutation of the initial circle into the two final circles. Figure 6 shows the Siamese pipes (3) on the seabed. The hatched part represents mechanical protection against external and internal pressure that would tend to easily collapse the acute angles of the straight sections. This part can be composed of a composite material where the hatched part would be filled with some kind of cement or material with appropriate mechanical resistance that would be contained between two metal walls: the external wall of the metal envelope and the metal wall of the Siamese duct. Figure 7 shows some perspectives of the Siamese ducts (3). Figure 8 suggests that the initial gas (A1) and liquid (A2) fractions will be completely separated in the upper and lower ducts, respectively. Figure 9 shows the (optimal) relationship between the initial gas fraction and Ds/De. Since the separation will never be perfect, this curve serves only as a reference. Figure 10 suggests, as an internal, the use of a porous medium (J) that makes it difficult for the liquid (A2) in the lower chamber to migrate to the gas chamber (1) by sloshing. The figure shows the front views of some sections (4) of the Siamese ducts (3) and the top view (5) of the Siamese ducts (3) with porous medium (J). Figure 11 suggests, as an internal, the use of mist eliminators (8) in the gas chamber (A1) that hinder the migration of liquid droplets to the gas duct (A1) and we can see the front views (6) of some sections, without mist eliminator (9) and with mist eliminator (10). Figure 12 shows the front view (11) and top view (12) and suggests, as internal, the use of a porous medium with mist eliminators (13), where it is possible to see in the front view (11) of the Siamese ducts (3) the duct without porous medium (J) or mist eliminator (9) and with porous medium and mist eliminator (14). Figure 13 shows a different flowline configuration: communicating ducts, with the same function of performing two-phase separation, showing the top view (16) and the front views (15) of some sections of the communicating ducts from the ANM (Z), in addition to showing the side view (17). Finally, Figure 14 shows Siamese ducts for oil (A3)-water (A4) separation.

Claims

1- Siamese duct, characterized by being a bifurcated duct (3) in a single piece with one inlet and two outlets, and its separation into two ducts follows a ratio between diameters that gradually changes with the extension of its length (L), considering the direction of the liquid flow, in which an inlet diameter (De) and an outlet diameter (Ds) are a function of a relationship between the initial gas fraction in the oil and the design flow rate.

2- Siamese duct, according to claim 1, characterized in that they are optionally communicating ducts from a wet Christmas tree (Z).

3- Siamese duct, according to claim 1 or 2, preferably characterized by the bifurcated duct (3) being 25% bifurcated in % of the length (L), being 50% bifurcated in L/2 and being fully bifurcated in the final length of the duct (L), optionally being able to have another relationship according to the quantity of gas-oil-water.

4- Siamese duct, according to any one of claims 1 to 3, characterized by gravitationally segregating a gas (Al)-liquid (A2) mixture that arrives at the flowline in a stratified flow.

5- Siamese duct, according to claim 3, characterized by the bifurcated duct (3) separating the gas fraction (A1) in the upper duct and the liquid (A2) in the lower duct.

6- Siamese duct, according to claim 1, characterized by optionally using a porous medium (J) as an internal part.

7- Siamese duct, according to claim 1, characterized by optionally using mist eliminators (8) as internal elements in the gas chamber (A1) to prevent the migration of liquid droplets to the gas tube.

8- Siamese duct, according to claim 1, characterized by optionally using a porous medium as internal together with mist eliminators (13).