BRPI0816824B1 - Installation and process for optimal oil recovery - Google Patents

Description

INSTALAÇÃO E PROCESSO PARA RECUPERAÇÃO OTIMIZADA DE ÓLEO A invenção se refere a uma instalação para a recuperação otimizada de óleo usando polímeros solúveis em água. Refere-se também a um processo de implementação de recuperação otimizada de óleo para a dita instalação. (Co)polímeros de acrilamida e/ou metacrilamida contribuem em grande parte dos polímeros solúveis em água usados na indústria de óleo para várias aplicações. Estes polímeros são altamente vantajosos, em particular para aperfeiçoar a recuperação otimizada de óleo por injeção em solução. Este processo consiste em inundar / varrer o campo de óleo usando uma injeção de água mais ou menos salina, também chamada "salmoura", na qual o polímero é dissolvido para conferir viscosidade a ela, forçando, desse modo, o óleo a deixar os poros da rocha. Nesta aplicação, as quantidades de polímeros usadas podem ser muito grandes, mais de 50.000 toneladas / ano, o que é demasiadamente extraordinário.

Mais precisamente, a eficiência desta técnica é bastante dependente da diferença em viscosidade existente entre o óleo e a salmoura. Para reduzi-la, é necessário espessar a água de injeção por uso de adição de polímeros solúveis em água, muito frequentemente um polímero ou copolímero de peso molecular muito alto de acrilamida e/ou metacrilamida. Este é um dos processos de Recuperação Otimizada de Óleo (EOR).

No entanto, estes polímeros são relativamente sensíveis à degradação. Entre essas formas de degradação, três tipos são distinguidos: reações de hidrólise, degradação mecânica e reações de degradação via radical livre. 0 primeiro provoca variações na composição química do polímero, enquanto que os outros dois tipos provocam uma diminuição no comprimento de cadeia. É, portanto, muito importante impedir que a cadeia polimérica seja degradada, para preservar todas as propriedades de viscosidade do polímero, durante seu uso.

Na presente invenção, "degradação" significa qualquer processo que provoca uma ruptura nas cadeias da macromolécula. Este tipo de degradação implica na formação de radicais livres, que atacam as cadeias macromoleculares, seguidas pelas reações de propagação. Estes radicais livres, que são os iniciadores de degradação, podem ser formados, em particular, por reações de oxirredução entre as partes oxidantes (particularmente, oxigênio) e as partes redutoras (inibidor de oxigênio, sulfeto de hidrogênio, Fe2+) .

Na prática, os (co)polímeros de acrilamida são usualmente comercialmente disponíveis na forma de pós ou emulsões. São geralmente usados em solução aquosa diluída para aplicações industriais. Devido aos seus altos pesos moleculares, a viscosidade da solução resultante é alta. Isto tem a consequência de limitar a concentração do polímero na solução, se for desejado eliminar parcialmente a formação de agregados no dispositivo de dispersão. Esta concentração comumente não excede 5 g/L para polímeros tendo pesos moleculares de cerca de 15 milhões. Antes de mais nada, a formação de "olhos de peixe" é observada, correspondendo à agregação efetiva de pó polimérico. É então necessário aplicar uma filtração grosseira (100 - 200 mícrons) e uma filtração mais fina (10 20 mícrons) para remover os "olhos de peixe" em duas etapas sucessivas. Além do mais, o tempo de residência no dispositivo de dispersão sendo relativamente curto, o polímero não tem tempo para dissolver-se e, portanto, fica sem capacidade de bombeamento e útil como tal, necessitando de uma etapa de maturação ou dissolução subsequente.

Após dissolução, o polímero é diluído pela salmoura usada no campo, para obter as requeridas concentração (tipicamente, 500 a 3.000 ppm) e viscosidade (tipicamente, 5 a 50 centipoises).

Na prática, a dispersão é conduzida usando tom dos seguintes meios: - um ejetor de água alimentado por um cone, molhado por ele mesmo para impedir aderência; - um transporte de ar do pó, seguido por molhamento por bocais de água acima do tanque de dissolução; e - qualquer outro processo no qual o pó é posto em contato com a água e sob agitação.

Com relação à dissolução, esta ocorre a céu aberto em tanques de dissolução, com uma saturação de oxigênio de 4 a 7 ppm, o que degrada quimicamente o polímero de injeção, mesmo na presença de um redutor de oxigênio (bissulfeto de amônio) por formação de radicais livres. Obviamente, o objetivo é que seja possível injetar uma solução tendo a concentração precisa, acarretando a viscosidade requerida. Por exemplo, em concentrações de injeção de 1.000 a 2.000 ppm e vazões horárias de 500 m3 a 2.000 m3, é necessário dissolver de 500 a 4.000 kg/hora de polímero, que é muito maior do que as quantidades usadas convencionalmente, por exemplo, em floculação, durante as operações de tratamento de lama. O problema que a invenção propõe resolver é desenvolver uma instalação para injetar diretamente a mistura água/polímero no poço, sem passar por uma etapa de dissolução anterior em tanques e sem requerer filtração subsequente.

Para este fim, o requerente desenvolveu um dispositivo de moagem molhada para dispersar polímeros de alto peso molecular a uma concentração de 0,5 a 3 % em peso, com a dissolução de fato sendo obtida graças ao tempo de residência do polímero dispersado na tubulação de injeção.

De fato, em EOR, a suspensão ou dispersão é transportada por tubulações a uma distância relativamente longa (100 a 10000 metros) e então injetada a profundidades de pelo menos 400 metros, com uma taxa de bombeamento de 2 m/s. Para 1000 metros de tubulação ou tubo de injeção, o tempo de viagem é oito minutos, que é suficiente para a dissolução total do polímero.

Mais precisamente, o objeto da invenção é uma instalação para a recuperação otimizada de óleo, compreendendo sucessivamente: - uma tremonha de armazenamento para o polímero solúvel em água tendo uma distribuição de tamanhos de grãos padrão; - um dispositivo de moagem para dispersar o polímero compreendendo: - um cone de molhamento no qual o polímero é dosado, usando usualmente uma rosca de dosagem, o dito cone sendo conectado a um circuito de entrada de água primária; - na extremidade de fundo do cone: • vima câmara para moagem e drenagem do polímero disperso, compreendendo: ♦ um rotor acionado por um motor e equipado com lâminas inclinadas opcionalmente com relação ao raio do rotor; ♦ um estator fixo consistindo de lâminas inclinadas opcionalmente com relação ao raio do rotor e espaçadas uniformemente; e ♦ o conjunto rotor / estator permitindo uma moagem a úmido do polímero; • em toda ou parte da periferia da câmara, um anel alimentado por um circuito de água secundária, o anel comunicando-se com a câmara para a aspersão de água pressurizada nas lâminas do estator e, desse modo, liberando o polímero moído e expandido na superfície das ditas lâminas; e • o conjunto servindo para diminuir a velocidade de rotação e aumentar a concentração da dispersão na saída da câmara de moagem. opcionalmente, uma bomba de baixa pressão para alimentar a bomba de injeção de alta pressão sem cavitação se a pressão do dispositivo for insuficiente, uma bomba para injeção da suspensão polimérica sob pressão na tubulação que transporta a água de injeção, introduzindo a mistura (polímero + água de injeção) para dentro do poço, a dita instalação sendo isenta de tanques de dissolução adicionais.

No resto da descrição e nas reivindicações, "polímero tendo distribuição de tamanhos de grãos padrão" significa um polímero com uma distribuição de tamanhos de grãos entre 0,15 e 1 mm, particularmente, um copolímero de acrilamida e/ou metacrilamida de peso molecular muito alto (15 a 25 milhões).

De acordo com um primeiro aspecto, o polímero é molhado no cone por transbordamento, o cone sendo equipado, neste caso, com uma camisa dupla, em cuja base o circuito de entrada de água primária é conectado. Alternativamente, o molhamento pode também ocorrer por qualquer outro meio, por exemplo, bocas de aspersão ou um jato plano.

Na prática, o rotor é equipado com 2 a 20 lâminas, vantajosamente entre 4 e 12. No entanto, dependendo do diâmetro do rotor, o número de lâminas pode variar. De modo similar, o número de lâminas do estator é variável, de acordo com o diâmetro dele. Na prática, é entre 50 e 300, vantajosamente, entre 90 e 200 para um diâmetro de rotor de 200 mm. Além do mais, e de acordo com outro aspecto, as lâminas são, opcionalmente, mais ou menos inclinadas com relação ao raio do rotor. Vantajosamente, esta inclinação é entre 0 e 15a, de preferência, entre 2 e 10a.

De acordo com outro aspecto, a distância entre as lâminas do estator é entre 50 e 800 mícrons. Para moagem efetiva, a distância entre as lâminas do rotor e as lâminas do estator é entre 50 e 3 00 mícrons, vantajosamente, entre 100 e 200 mícrons, na prática, cerca de 100 mícrons. Vantajosamente, as lâminas do estator são inclinadas a um ângulo menor do que 10a com relação ao raio do rotor. Estas lâminas são montadas em um invólucro ou cortadas na massa de um metal ou de um composto de alta resistência mecânica.

Em uma concretização vantajosa, as lâminas do rotor não são inclinadas, enquanto que as lâminas do estator são inclinadas.

Além do mais, em relação ao anel periférico, ele se comunica com a câmara de moagem e drenagem por meio de perfurações na forma de furos, fendas ou equivalentes, em que o tamanho e distribuição no anel são tais que a água secundária pode ser impelida nas lâminas do estator, a uma pressão servindo para impedir o entupimento pelo polímero gelificado, dos espaços entre as lâminas. Conseqüentemente, a pressão aplicada pelo efeito de bomba do rotor pode ser diminuída drasticamente sem um risco de entupimento. Quanto menor o espaçamento das lâminas, mais alta a pressão requerida para operação contínua.

Obviamente, a tremonha de armazenamento permite a alimentação contínua e recebe o polímero a granel (caminhões) ou em sacos de várias capacidades.

De acordo com uma característica essencial, a instalação não possui tanques de dissolução, a dissolução de fato ocorrendo diretamente na tubulação na qual o polímero disperso é injetado e na qual a água de injeção flui. Um equalizador de pressão do tipo diafragma pode ser adicionado para evitar pulsações do sistema devido aos ajustes da vazão.

Em uma concretização particular, quando o tanque de dissolução / maturação está distante do dispositivo de moagem, uma bomba de deslocamento positivo (tipo Moyno) é inserida com um variador de velocidade para manter uma pressão predefinida (1 a 3 bar), na entrada das bombas de injeção de alta pressão. A pressão permite o suprimento da bomba sem cavitação.

As bombas de injeção são, por exemplo, rosca triplex ou outras bombas.

Um outro objeto da invenção é um processo para a recuperação otimizada de óleo para implementar a instalação descrita acima.

De acordo com este processo, no modo contínuo e sob uma atmosfera inerte, vantajosamente nitrogênio: - o dispositivo de moagem é alimentado com polímero tendo uma distribuição de tamanhos de grãos padrão; - no dispositivo de moagem: ♦ o polímero é pré-molhado no cone de molhamento por uma quantidade de água primária adequada para obtenção de uma suspensão polimérica, tendo uma concentração de 15 a 100 g/L, vantajosamente, 20 a 80 g/L; ♦ depois, instantaneamente, na câmara de moagem e drenagem, o tamanho do polímero pré-molhado é reduzido, na prática a um tamanho de 50 a 200 mícrons, por corte do polímero entre as lâminas do rotor e as lâminas do estator, sem degradação do peso molecular do polímero; e ♦ depois, a água secundária pressurizada do anel periférico é usada para desobstruir os orifícios entre as lâminas do estator, nos quais o polímero expandido é propenso a fixar-se; - o polímero disperso praticamente a uma concentração entre 3 e 30 g/L, vantajosamente, 10 a 25 g/L, é então transferido para a bomba de injeção pressurizada, opcionalmente usando uma bomba de retirada a uma pressão entre 1 e 3 bar, - a bomba é usada para injetar o polímero disperso para a tubulação na qual a água de injeção escoa para a injeção da mistura (polímero + água de injeção) no poço.

Vantajosamente, a água primária representa entre 20 e 40% em peso da água total (água primária + água secundária) , enquanto que a água secundária representa entre 60 e 80% em peso da água total (água primária + água secundária.

Na prática, de acordo com um aspecto do processo, a velocidade de rotação do rotor é entre 2.000 e 5.000 rpm, em média cerca de 3.000 rpm para um diâmetro de corte de 200 mm. É entre 3.000 e 6.000 rpm para um diâmetro de corte de 100 mm e entre 1.500 e 3.000 rpm para um diâmetro de corte de 400 mm. Mais geralmente, de acordo com o diâmetro do rotor, também referido como um diâmetro de corte, a velocidade do rotor periférico é entre 20 e 40 m/s, em vez de 90 a 120 m/s para um aparelho Comitrol® 1500.

Além do mais, para evitar o entupimento do espaço entre as lâminas do estator pelo polímero moído, a água secundária é impelida pelas perfurações do anel, a uma pressão de pelo menos 1 bar, usualmente, na pressão da água principal, ou 3 a 6 bar ou mais, para intervalos muito finos, em geral entre 1 e 10 bar.

Na prática, a água de injeção é uma salmoura oriunda da água, água do mar ou água de aquífero de produção de óleo. De modo similar, o polímero é um (co)polímero de acrilamida e/ou metacrilamida.

Vantajosamente, a temperatura da água de injeção está entre 2 0°C e 80°C. No entanto, se água do mar for usada, pode ser retirada das profundidades médias (50 a 200 m) e sua temperatura pode ser muito menor (4 a 10°C). A invenção e as suas vantagens aparecem mais claramente nos exemplos apresentados a seguir, em conjunto com as figuras anexadas a eles. A Figura 1 é uma representação esquemática de uma instalação da invenção. A Figura 2 é uma vista lateral esquemática do dispositivo de moagem. A Figura 3 é uma seção transversal ao longo de AA1 da Figura 2.

Exemplo 1: Instalação A Figura 1 mostra a instalação para implementação do processo da invenção. A instalação compreende um silo de armazenamento (1) para o polímero em forma de pó, que tem, na sua base, uma rosca de dosagem (2) para transferir o polímero para o dispositivo de moagem (3), sob nitrogênio (4). 0 dispositivo de moagem é mostrado mais particularmente nas Figuras 2 e 3. 0 dispositivo de moagem compreende: - um cone de molhamento (11), conectado no seu vértice a uma coluna (12) , para dosar a distribuição de tamanhos de grãos padrão do polímero, usualmente por meio de uma rosca de dosagem, o cone (11) sendo conectado, no seu fundo, a um circuito de entrada de água primária (13), que alimenta um transbordo (14, 14'); - na extremidade de fundo do cone, um conjunto (15) compreendendo: • uma câmara (16) para moagem e drenagem do polímero disperso (Figura 2), compreendendo: ♦ um rotor (17) acionado por um motor (18) e equipado com lâminas (19); e ♦ um estator fixo (20) compreendendo lâminas (21) espaçadas uniformemente e ligeiramente inclinadas com relação ao raio do rotor; • em toda ou parte da periferia da câmara, um anel (22) alimentado por um circuito de água secundária (23), o anel (22) comunicando-se com a câmara (16) por fendas (24), para aspersão de água pressurizada nas lâminas (21) do estator (20) .

No dispositivo de moagem: - o polímero é pré-molhado no cone de molhamento por uma quantidade de água primária (20 a 40% em peso da água total) adequada para obtenção de uma suspensão polimérica, tendo uma concentração de 20 a 80 g/L; depois, instantaneamente, na câmara de moagem e drenagem, o tamanho do polímero pré-molhado é reduzido, na prática a um tamanho de 50 a 200 mícrons, por corte do polímero entre as lâminas do rotor e as lâminas do estator; e - depois, a água secundária pressurizada (60 a 80% em peso da água total) do anel periférico é usada para desobstruir os orifícios entre as lâminas do estator, nos quais o polímero expandido é propenso a fixar-se. 0 polímero é então retirado da unidade de moagem e dissolução utilizando-se uma bomba Moyno (5) para ser transferido via uma linha (6) a um T (7) onde o polímero é misturado com a salmoura (8), antes de ser injetado na tubulação (10) extendendo-se até o poço P, utilizando-se uma bomba de injeção (9).

Exemplo 2: Aplicação Condições de aplicação: um campo de óleo possui 6 poços de injeção e 12 poços de produção. A pressão de cada posso está entre 70 e 100 bar. A distância entre o ponto da suspenção polimérica e a cabeça de injeção destes poços varia de 400 a 3600 m. A profundidade média dos poços é 700 m. A pressão de cada poço é mantida por uma obstrução colocada na água de diluição antes da mistura com o polímero para evitar a degradação mecânica do polímero. A vazão de água de injeção por poço é um máximo de 40 m3/h com um total de menos que 240 m3/h para os 6 poços. Esta quantidade é ajustada de forma a manter a pressão em cada cabeça de poço para evitar a fratura do reservatório. A temperatura da água de produção tratada e reinjetada é 55°C com um TDS("Sólidos Totais Dissolvidos" ou salinidade) de 18000 ppm. A permeabilidade dos poços é 2000 milidarcys. 0 polímero: 0 polímero é uma poliacrilamida 30% aniônica, peso molecular 17 milhões. É injetada a uma concentração de 1200 ppm a uma viscosidade de 14 cP. A quantidade de polímero usada por hora é 288 quilogramas. A instalação: O equipamento usado compreende: 1) Um silo de 60 m3 contendo o polímero e alimentado por caminhão tanque. 2) Um dispositivo de moagem de acordo com a inveção localizado sob manto de nitrogênio (<100 ppm de O2) para evitar a degradação química do polímero na injeção e com as características técnicas e condições de dissolução que são dadas na tabela abaixo. 3) Uma bomba de alimentação do tipo Moyno (bomba de cavidade progressiva) com variador de velocidade, 40m3/h - 3 bar. 4) Seis bombas Triplex: 12 0 bar - fornecem 0,7 a 5 m3/h. 5) Um ponto de introdução na linha da água de injeção seguido por um misturador estático.

Uma série de controles permite manter a pressão de 1 bar na sucção das bombas Triplex ajustando-se a bomba de retirada e ajustando-se a vazão de água secundária e o fluxo de pó da unidade de moagem.

Este processo de injeção conduzido desta forma por vários meses não mostrou nenhum problema de entupimento de poço ou aumento de pressão.

Observação suplementar: A instalação de acordo com a invenção é particularmente apropriada para injetar polímeros associativos, "polímeros pente" ou "polímeros estrela" os quais possuem uma tendência significativa para formar espuma, o problema sendo resolvido pela eliminação de tanques de dissolução. No entanto, deve-se lembrar que este tipo de polímero possui um tempo de dissolução mais longo que polímeros padrão (geralmente 4 a 5 horas a 2 0°C) . 0 uso da instalação da invenção e da água de produção a uma alta temperatura (40 a 60°C) permite a injeção direta na maioria dos casos.

Ao mesmo tempo e de maneira óbvia para um versado na técnica, esta instalação se aplica a qualquer outro tipo de polímero hidrossolúvel injetável (derivados celulares, goma xantana, polivinilpirrolidona etc.).

REIVINDICAÇÕES

Claims (9)

1. Instalação para recuperação otimizada de óleo, caracterizada pelo fato de que compreende, sucessivamente: uma tremonha de armazenamento (1) para o polímero solúvel em água tendo uma distribuição de tamanhos de grãos padrão de 0,15 a 1 mm; - um dispositivo de moagem (3) para dispersar o polímero compreendendo: • um cone de molhamento (11) no qual o polímero é dosado, o dito cone sendo conectado a um circuito de entrada de água primária (13); • na extremidade de fundo do cone: ♦ uma câmara (16) para moagem e drenagem do polímero disperso, compreendendo: - um rotor (17) acionado por um motor (18) e equipado com lâminas (19) inclinadas opcionalmente com relação ao raio do rotor (17); e - um estator fixo (20) consistindo de lâminas (21) inclinadas opcionalmente com relação ao raio do rotor (17) e espaçadas uniformemente; ♦ em toda ou parte da periferia da câmara, um anel (22) alimentado por um circuito de água secundária (23), o anel comunicando-se com a câmara (16) para a aspersão de água pressurizada nas lâminas do estator e, desse modo, liberando o polímero moído e expandido na superfície das ditas lâminas; - uma bomba (5) para injeção pressurizada da suspensão polimérica na tubulação transportando a água de injeção introduzindo a mistura (polímero + água de injeção) no poço (P) , - a dita instalação sendo isenta de tanques de dissolução adicionais.

2. Instalação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as lâminas (19) são inclinadas por um ângulo entre 0 e 15°, vantajosamente, 2 e 10°, com relação ao raio do rotor (17).

3. Instalação de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a distância entre as lâminas do estator (20) é entre 50 e 800 mícrons, enquanto que a distância entre as lâminas (19) do rotor (17) e as lâminas (21) do estator (20) é entre 50 e 300 mícrons, vantajosamente, entre 100 e 200 mícrons.

4. Processo para recuperação otimizada de óleo caracterizado pelo fato de que é para implementar a instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3.

5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que, no modo contínuo e sob atmosfera inerte: - o dispositivo de moagem é alimentado com polímero tendo uma distribuição de tamanhos de grãos padrão de 0,15 a 1 mm; - no dispositivo de moagem: ♦ o polímero é pré-molhado no cone de molhamento (11) por uma quantidade de água primária adequada para obtenção de uma suspensão polimérica, tendo uma concentração de 15 a 100 g/L, vantajosamente, 20 a 80 g/L; ♦ depois, instantaneamente, na câmara de moagem e drenagem (16), o tamanho do polímero pré-molhado é reduzido, na prática a um tamanho de 50 a 200 mícrons, por corte do polímero entre as lâminas (19) do rotor (17) e as lâminas (21) do estator (20); e ♦ depois, a água secundária pressurizada do anel periférico (22) é usada para desobstruir os orifícios entre as lâminas (21) do estator (20), nos quais o polímero expandido é propenso a fixar-se; - o polímero disperso é então transferido para a bomba de injeção pressurizada (9), - a bomba (9) é usada para injetar o polímero disperso na tubulação (10) na qual a água de injeção escoa para introduzir a mistura (polímero + água de injeção) no poço (P).

6. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a água primária representa entre 20 e 40% em peso da água total (água primária + água secundária), enquanto que a água secundária representa entre 60 e 80% da água total (água primária + água secundária).

7. Processo de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que a velocidade de rotação periférica do rotor (17) está entre 20 e 40 m/s.

8. Processo de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que a água secundária é impelida sob uma pressão entre 1 e 10 bar, de preferência, entre 3 e 6 bar.

9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 4 a 8, caracterizado pelo fato de que o polímero é um (co)polímero de acrilamida e/ou metacrilamida.