BRPI0817287B1

BRPI0817287B1 - ramificação morta essencialmente cilíndrica, método para fabricar uma ramificação morta, processo para a prevenção ou redução da formação de hidrato em uma ramificação morta, e, uso de uma ramificação morta

Info

Publication number: BRPI0817287B1
Application number: BRPI0817287A
Authority: BR
Inventors: Labes-Carrier Catherine; Kinnari Keijo; Lunde Knud
Original assignee: Statoil Asa; Statoil Petroleum As; Statoilhydro Asa
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2008-09-23
Publication date: 2019-08-27
Also published as: BRPI0817287A2; CA2700698C; GB0718749D0; US20120090686A1; NO20100582L; US9297237B2; WO2009040511A3; GB2453125B; WO2009040511A2; CA2700698A1; MX2010003311A; EA018316B1; AU2008303354B2; GB2453125A; AU2008303354A1; EA201070393A1; NO344221B1

Abstract

"ramificação morta essencialmente cilíndrica, método para fabricar ljma ramificação morta, processo para a prevenção ou redução da formação de hidrato em uma ramificação morta, e, uso de uma ramificação morta" uma ramificação morta essencialmente cilíndrica tendo uma primeira área em seção transversal em uma extremidade da mencionada ramificação morta e uma segunda área em seção transversal, a mencionada primeira área em seção transversal sendo menor do que a mencionada segunda área em seção transversal.

Description

“RAMIFICAÇÃO MORTA ESSENCIALMENTE CILÍNDRICA, MÉTODO PARA FABRICAR UMA RAMIFICAÇÃO MORTA, PROCESSO PARA A PREVENÇÃO OU REDUÇÃO DA FORMAÇÃO DE HIDRATO EM UMA RAMIFICAÇÃO MORTA, E, USO DE UMA RAMIFICAÇÃO MORTA” [0001] Esta invenção refere-se a um projeto novo de ramificação morta para impedir a formação ou para reduzir a incidência de tampões de hidratos em ramificações mortas em sistemas de produção de óleo e gás. Em particular, a invenção se refere ao uso de uma ramificação morta cujo diâmetro é maior do que o necessário, do ponto de vista do projeto tradicional. A ramificação morta compreende, além disso, uma entrada que restringe a quantidade de água que pode entrar na mesma.

[0002] Hidratos de gás, ou simplesmente hidratos, são compostos de clatrato, ou seja, complexos de inclusão formados pela reação de moléculas de água e outra substância, como pequenas moléculas de hidrocarbonetos, nitrogênio, dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio. Essas moléculas são chamadas de moléculas hóspedes. Estas estabililizam a estrutura de hidrato provendo temperaturas de fusão mais elevadas do que para o gelo a pressões elevadas.

[0003] A temperatura de fusão de hidratos aumenta relativamente rápido com a pressão. Desse modo, como uma indicação, a temperatura de fusão é normalmente cerca de 10°C a uma pressão de 2MPa, 15°C a uma pressão de 5MPa, 20°C a uma pressão de 10MPa e 22°C a uma pressão de 20MPa. Entretanto podem existir grandes variações destes valores como resultado de variações na composição dos fluidos.

[0004] Como as temperaturas do mar, em lugares como o mar do Norte, Golfo do México, África Ocidental e Ásia estão normalmente em tomo de 4°C e a pressão que existe nos poços ou tubos, muitas vezes se situa entre os 5 MPa e 30 MPa, a formação de hidrato é um problema importante durante a produção de óleo e gás em todo o mundo, uma vez que o fluido inicialmente quente, saturado com água, do poço de óleo é resfriado nas tubulações de produção em suas imediações provocando condensação, o que pode provocar a formação de hidratos. A produção

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2/19 em regiões árticas, ou áreas de águas profundas do Norte, aumenta ainda mais as possibilidades de formação de hidratas devido à temperatura ambiente ainda mais baixa. A temperatura ambiente pode estar, nestes casos, na região abaixo de zero.

[0005] Hidratas podem se formar em todos os tipos de tubulações diferentes usadas na produção de óleo e gás e, para impedir sua formação, é uma prática geral inserir líquidos anticongelantes, em particular, metanol e MEG (monoetilenoglicol), em poços ou tubos com a finalidade de abaixar o ponto de fusão da mistura muito significativamente.

[0006] Os compostos anticongelantes precisam ser injetados na tubulação principal através de linhas de injeção de produto químico. Por razões operacionais, estas linhas são equipadas com uma válvula que estará fechada quando não estiver ocorrendo a injeção. Desse modo, o tubo que conecta a válvula à tubulação principal forma uma seção sem fluxo, ou seja, uma ramificação morta. Caso, até mesmo estas ramificações mortas sejam tamponadas pela formação de hidratas, então, o material anticongelante não pode ser injetado na tubulação principal e os problemas de formação de hidratas no tubo principal podem levar ao fechamento e, talvez, ao uso de um raspa-tubo propulsor para destamponar a tubulação (por exemplo, ver US 2005/0.284. 504). O problema da formação de hidratas em ramificações mortas também é sério porque, diferentemente de uma tubulação principal, não há um fluxo constante em uma ramificação morta. O fluxo constante de material através de uma tubulação principal serve, pelo menos parcialmente, para prevenir a formação de hidratas à medida que estes podem ser forçados através do tubo pelo óleo e gases quentes escoando. Em uma ramificação morta onde não há fluxo, os hidratas podem, por conseguinte, se formar mais prontamente, uma vez que as condições, na mesma, são mais propensas a estar dentro da região termodinâmica de formação de hidrato.

[0007] A presente invenção se refere à prevenção de tamponementos em ramificações mortas. Uma ramificação morta é um tubo fechado, sem fluxo, que é conectado a um tubo principal que contém um fluido escoando.

[0008] Por conseguinte, é crítico que a própria ramificação morta permaneça

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3/19 sem tampão. Entretanto, o problema com as ramificações mortas é que elas são usadas apenas intermitentemente e são, por conseguinte, particularmente propensas a tamponamento.

[0009] Apesar dos problemas da formação de hidratas serem bem documentados em tubulações principais, o problema da formação de hidratas em ramificações mortas parece não estar documentado na técnica anterior e ninguém parece ter abordado, anteriormente, a questão dos hidratas tamponando ramificações mortas, pelo menos no contexto da presente invenção. Como observado acima, o problema está ligado ao crescimento de hidrato na parede da ramificação morta devido à condensação de água na parede fria da ramificação morta quando gás quente, saturado com água, entra na ramificação morta, a partir do tubo principal. Esses gases quentes podem ser transportados facilmente por distâncias de vários diâmetros de tubos, como resultado da mistura de células dentro do tubo principal. Estas misturas de células são geradas pelo desvio do fluido escoando no tubo principal. O tamanho e o número dessas misturas de células dependem do projeto geométrico da região ao redor da ramificação morta, das velocidades do fluido e do teor de gás e líquido. Entretanto, gás úmido pode ser transportado por vários diâmetros de tubo para uma ramificação morta. Provendo-se tempo suficiente, o crescimento da camada de hidrato pode tamponar gradualmente uma seção transversal de toda a ramificação morta ou, pelo menos, criar grandes depósitos dentro da ramificação morta. Isto pode ter efeitos dramáticos na produção de óleo, tanto no ponto de vista da regularidade, quanto no da segurança.

[0010] Tampões de hidrato em uma ramificação morta podem representar um elevado risco de segurança operacional. Por exemplo, quando a válvula em uma ramificação morta é aberta, pode haver um gradiente de pressão através da válvula ou um gradiente de pressão grande pode ser formado sobre um possível tampão como resultado das operações subsequentes. O gradiente de pressão pode afrouxar o tampão de hidrato criando um projétil em alta velocidade. As consequências de um grande bloco de material como gelo se movendo através de um tubo são potencialmente enormes, com o risco de morte do operador ou de, pelo menos,

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4/19 grandes danos materiais. Mesmo a presença de grandes depósitos na parede da ramificação morta pode provocar um risco de segurança grave. Por exemplo, no caso da ramificação morta fazer parte do sistema de despressurização, depósitos de hidratas podem ser afrouxados durante a operação de despressurização e podem tamponar uma válvula a jusante do local do depósito.. Como resultado disto, é provocada uma diferença de pressão elevada que pode criar um projétil em alta velocidade e com consequências muito graves.

[0011] Existem várias soluções para evitar a formação de hidratas em tubos em geral. Para tubos em instalações em terra firme ou à superfície, frequentemente é usado rastreamento de calor. Desse modo, calor pode ser aplicado ao tubo pela colocação de uma linha de vapor ou de um elemento de aquecimento elétrico adjacente à linha, na área de formação do tampão. Na prática, entretanto, essa técnica pode falhar devido ao mau funcionamento do sistema de aquecimento ou devido a erro humano.

[0012] Uma opção adicional para prevenir a formação de hidrato é o uso de isolamento. O isolamento termal, por si só, pode prover proteção suficiente contra a formação de hidratas caso o comprimento da ramificação morta seja suficientemente curto. Entretanto, não existe nenhuma metodologia geral para determinar o comprimento aceitável de uma ramificação morta. Frequentemente, o projeto é feito sem considerar a possibilidade de tamponamento por hidrato. São conhecidos incidentes onde estes tampões de hidrato ocorreram, mesmo em seções isoladas da ramificação morta.Outras soluções incluem a aplicação de produtos químicos. Isso requer pontos de injeção de produtos químicos e aumenta o custo de capital e as despesas operacionais. Além disso, devido a preocupações de ordem ambiental e considerações sobre o valor de produção há, atualmente, um grande incentivo para não se usar produtos químicos.

[0013] No caso de ramificação morta, o uso da injeção de produtos químicos também exigiría ação regular do operador. Existe sempre um risco destas operações não frequentes poderem ser esquecidas, aumentando, desse modo, o risco de criar um problema de hidrato.

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5/19 [0014] Os desafios da remoção de tampões de hidrato são agravados nos sistemas submarinos uma vez que, as baixas temperaturas geralmente incentivam a formação de hidratos. Foi constatado que, em alguns casos, ramificações mortas tamponadas podem ser evitadas mediante o encurtamento do comprimento da ramificação morta instalando-se uma válvula mais perto da tubulação principal quente. A distância aceitável é determinada por cálculos complexos e pode variar de caso para caso, mas esta técnica é limitada, já que nem sempre será possível instalar uma válvula perto o suficiente do tubo principal de modo a reduzir o comprimento da ramificação morta.

[0015] O uso de isolamento pode aumentar consideravelmente o comprimento operacional de uma ramificação morta, mas não eliminaria o problema de tamponamento por hidrato para ramificações mortas longas.

[0016] Técnicas mais complexas para evitar a formação de hidratos incluem dispositivos para aumentar as características de transferência de calor do tubo. Estas incluem o uso de um recipiente construído ao redor da ramificação morta o qual contém água. A água é aquecida pelo tubo principal quente, e as diferenças de temperatura geram fluxo de convecção dentro do recipiente, aquecendo, desse modo, a ramificação morta por uma maior distância do tubo principal do que sem este recipiente.

[0017] Outra solução é a utilização de uma massa grande de material com boa condução de calor sobre o lado de fora do tubo para aumentar a condução de calor e, desse modo, aumentar a temperatura dentro do tubo.

[0018] A princípio, estas soluções também podem ser usadas em aplicações de superfície, embora o custo do seu uso possa ser desnecessário em tubos de superfície mais acessíveis.

[0019] Entretanto, permanece a necessidade de se criar novas soluções para a formação de tampões de hidratos em ramificações mortas, em particular, soluções que sejam baratas e facilmente aplicadas a qualquer ramificação morta, seja debaixo d’água ou na superfície.

[0020] A presente invenção provê uma solução nova para evitar a formação de

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6/19 tampões de hidratos ou para aumentar o intervalo de tempo entre a formação de tampões de hidratos em ramificações mortas. Bem como os benefícios óbvios em termos de evitar interrupções operacionais, impedindo a formação de tampão de hidrato, um profissional experiente é capaz, então, de usar ramificações mortas mais longas e, consequentemente, estender a distância entre a válvula e a conexão da ramificação morta à tubulação principal. Isso pode ter grandes implicações práticas em relação ao projeto de operação por veículos operados remotamente (ROV). Devido às limitações de local, o ROV só pode operar em certas localizações. Portanto, é importante que as válvulas sejam localizadas em determinados níveis. Esta necessidade pode, em certos casos, resultar em ramificações mortas longas. [0021] A invenção se refere a um novo projeto de ramificação morta, sem elementos mecânicos complicados ou partes móveis, e que provê uma solução robusta para o problema de tamponamento por hidrato sem o recurso às soluções mais complexas explicadas acima.

[0022] Foi percebido que, quanto maior o diâmetro da ramificação morta, menor a probabilidade dela tamponar. Atualmente, ramificações mortas são projetadas para serem tão estreita quanto possível para a utilização a que se destinam. Desse modo, quando uma ramificação morta deve ser utilizada para a injeção de produtos químicos no tubo principal, a ramificação morta é projetada para ter um diâmetro que seja grande o suficiente para acomodar a taxa de injeção de produto químico necessária. Tipicamente, o diâmetro destes tubos varia de 0,5 cm a 15 cm, tipicamente, até 5 cm. Entretanto, mesmo diâmetros maiores do que 15 cm também são possíveis.

[0023] Foi percebido que, usando ramificações mortas tão estreitas quanto possível, o perito está, inconscientemente, encorajando a formação de hidratos. Não há, de fato, nenhuma obrigação de se usar uma ramificação morta que seja particularmente estreita, à exceção de limitar as taxas de fluxo máximo através dessas seções de tubos e de minimizar custos, mas os inventores perceberam que o custo adicional da utilização de uma ramificação morta maior é menor em comparação com as economias que são feitas se a formação de hidrato for evitada.

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Além disso, as taxas de fluxo podem ser limitadas se parte da ramificação morta tiver um orifício estreitado, não havendo necessidade de toda a ramificação morta ser do mesmo diâmetro.

[0024] Por conseguinte, como uma primeira etapa, foi percebido que o uso de uma ramificação morta mais larga é vantajoso. Desse modo, em um modo de realização da invenção, o diâmetro da ramificação morta é aumentado de modo a acomodar uma quantidade maior de hidrato e adiar ou prevenir o início do tamponamento (em relação a uma ramificação morta mais estreita operando, de outra maneira, em condições idênticas). Entretanto, o uso de uma ramificação morta maior poderia não eliminar totalmente o crescimento de hidrato. Portanto, o simples alargamento da ramificação morta somente seria uma solução, por si mesmo, quando hidratas pudessem ser prevenidos em sua totalidade ou quando, mesmo que hidratas se formassem até certo ponta, o afrouxamento dos depósitos de hidrata não provocasse quaisquer problemas de segurança.

[0025] O aumenta no diâmetro da ramificação morta também tem um impacto positivo na distância que a mistura de células pode cobrir. Uma vez que uma mistura maior de células significa uma uniformização na flutuação da temperatura por uma distância maior, as temperaturas sobre a mínima formação de hidratas podem se espalhar por uma porção maior da ramificação morta.

[0026] Verificou-se por meio de cálculos rigorosos e experiência operacional que comprimentos de ramificação morta aceitáveis devem ser, tipicamente da ordem de 5-10 vezes o diâmetro do tubo isolado e de 3 a 5 vezes o diâmetro do tubo sem isolamento. Estes comprimentos podem ser estendidos em casos com direção e geometria de escoamento mais favoráveis. Um aumenta no diâmetro do tubo pode estender o comprimento máximo viável da ramificação morta. Entretanto, aumentar o diâmetro do tubo tem o inconveniente adicional da conexão ao tubo principal também ser maior significando que mais gás saturado de água do tubo principal pode entrar na ramificação morta e, consequentemente, havendo um potencial adicional para a formação de hidratas e deposição sobre a parede, além da região onde a temperatura é alta o suficiente para evitar a formação de hidratas.

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8/19 [0027] A segunda etapa na invenção é modificar a entrada para a ramificação morta a partir da tubulação principal, de modo a estreitar a abertura de entrada. Foi percebido que, usando uma entrada mais estreita do que o resto da ramificação morta, a entrada dificultará ou restringirá a penetração de gás do tubo principal na ramificação morta, reduzindo, desse modo, o fluxo de massa de água para o volume de ramificação morta. As dimensões específicas da entrada podem ser determinadas pelas taxas necessárias para o transporte de fluido esperado através da ramificação morta quando em operação. Desse modo, quando previamente, o perito determinou que uma ramificação morta deveria ter 2 cm de diâmetro de modo a acomodar o material que deveria transportar, a entrada podería ter 2 cm, ou menos, de diâmetro, com o corpo principal da ramificação morta sendo mais amplo, para reduzir ou impedir a formação de hidrato.

[0028] Foi percebido, desse modo, que para minimizar a formação de hidrato, a ramificação morta deveria ter uma entrada de diâmetro estreita, a partir do tubo principal, se alargando para um tubo de ramificação morta de maior diâmetro.

[0029] Desse modo, vista de um aspecto, a invenção provê um método para a fabricação de uma ramificação morta compreendendo:

determinar o diâmetro mínimo de uma ramificação morta baseado na quantidade de material que é exigido que ela porte;

fabricar um tubo tendo um diâmetro pelo menos 1,25 vezes maior do que o mencionado diâmetro mínimo.

[0030] Visto de outro aspecto, a invenção provê um método para a fabricação de uma ramificação morta compreendendo:

quando o mencionado diâmetro mínimo for menor do que 5 cm, fabricar um tubo tendo um diâmetro de pelo menos 10 cm, de preferência, pelo menos 15 cm, mais preferencialmente, pelo menos 20 cm, ou quando o mencionado diâmetro mínimo for maior do que 5 cm, fabricar um tubo com um diâmetro pelo menos 1,25 vezes maior do que o mencionado

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9/19 diâmetro mínimo.

[0031] Vista de outro aspecto, a invenção provê uma ramificação morta essencialmente cilíndrica tendo uma entrada em uma extremidade da mesma e uma válvula na outra, a entrada sendo arranjada para permitir que material entre na ramificação morta, a partir de um tubo principal ao qual a ramificação morta é acoplada ou que deixe a ramificação morta para o tubo principal, a válvula sendo capaz de permitir a liberação de material da ramificação morta ou a entrada de material para a ramificação morta, caracterizada pelo fato da entrada ter um diâmetro de não mais de 80% do diâmetro mais amplo da ramificação morta.

[0032] Vista de outro aspecto, a invenção provê um método para fabricar uma ramificação morta compreendendo:

[0033] Determinar o diâmetro mínimo de uma ramificação morta com base na quantidade de material necessária a ser conduzida;

quando o mencionado diâmetro mínimo for menor do que 5 cm, fabricar um tubo tendo um diâmetro de pelo menos 10 cm, de preferência pelo menos 15 cm, mais preferencialmente, pelo menos 20 cm, ou quando o mencionado diâmetro mínimo for superior a 5 cm, fabricar um tubo com um diâmetro pelo menos 1,25 vezes maior do que o mencionado diâmetro mínimo;

prover o mencionado tubo com uma entrada em uma extremidade do mesmo e uma válvula na outra, a entrada sendo arranjada para permitir que material entre na ramificação morta a partir de um tubo principal ao qual a ramificação morta é anexada no uso, ou deixe a ramificação morta para o tubo principal, a válvula sendo capaz de permitir a liberação de material da ramificação morta ou a entrada de material para a ramificação morta, onde a entrada ter um diâmetro de não mais de 80% do diâmetro mais amplo da ramificação morta.

[0034] Vista de outro aspecto, a invenção provê um processo para a prevenção ou redução da formação de hidrato em uma ramificação morta compreendendo usar uma ramificação morta como definida neste documento.

[0035] Vista de outro aspecto, a invenção provê a utilização de uma ramificação

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10/19 morta como definida neste documento, na prevenção ou redução da formação de hidratas.

[0036] Vista alternativamente, a invenção provê uma ramificação morta cilíndrica tendo uma primeira área em seção transversal em uma extremidade da mencionada ramificação morta uma segunda área em seção transversal, a mencionada primeira área em seção transversal sendo menor do que a mencionada segunda área em seção transversal.

[0037] Em um modo de realização adicional, a invenção provê uma ramificação morta essencialmente cilíndrica tendo uma entrada em uma extremidade da mesma, na qual pelo menos uma porção da ramificação morta é expandida para prevenir a formação de hidrata na ramificação morta.

[0038] Por ramificação morta, queremos significar um tubo que, no uso, não tem um fluxo constante de material passando através dele. No uso, a ramificação morta é anexada a um tubo principal no qual há um fluxo constante, por exemplo, em um processo de produção de óleo. Por conseguinte, a ramificação morta é utilizada de forma intermitente e tem períodos de ociosidade, durante os quais nenhum material escoa através dela. Uma ramificação morta permite que material seja removido, ou adicionado à tubulação principal. Portanto, explicitamente, uma ramificação morta é um tubo ao lado de uma tubulação principal em um processo de produção de óleo e não outro tipo de tubo. O termo ramificação morta é usado aqui para ser aplicado à ramificação morta no uso e antes de seu acoplamento ao tubo principal, apreciandose que a ramificação morta é fornecida separadamente de qualquer tubo principal.

[0039] Quando no lugar, uma ramificação morta é fechada pela presença de uma válvula em uma extremidade e pelo tubo principal na outra extremidade da mesma. Desse modo, ramificação morta pode ser qualquer seção de tubo fechada na qual não haja fluxo, anexada a um sistema de escoamento. O sistema de escoamento pode compreender tubulações de produção de óleo e gás, derivações de poço conectando vários poços a um distribuidor, linhas de injeção de gás e água, linhas de distribuição de produtos químicos ou qualquer outra linha de serviço utilizada para transportar água contendo hidrocarbonetos. As ramificações mortas são

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11/19 formadas, tipicamente, como um resultado de uma válvula fechada a uma determinada distância do tubo principal com fluido escoando. Quando estas seções de tubo tiverem que ser usadas, a válvula é aberta para, inter alia, a remoção ou a introdução de hidrocarbonetos da/na tubulação principal, injetar produtos químicos no tubo principal, ou para outros serviços, como despressurização, deslocamento ou circulação do conteúdo do tubo.

[0040] A distância da válvula na ramificação morta para o tubo principal depende da solução específica do projeto e dos requisitos de operacionalidade. Tipicamente, as ramificações mortas têm menos de 50m, mais tipicamente, menos de 20m, em muitos casos, menos de 10m ou até menos de 1m de comprimento. Linhas de instrumento também podem formar uma ramificação morta quando o sensor está localizado a alguma distância do tubo principal com fluido escoando através dele. Os comprimentos das linhas de instrumento são, normalmente, menores do que 5m, mais tipicamente, menores do que 1m. As ramificações mortas também podem ser formadas em uma rede submarina de tubos complexa, quando um ou mais dos tubos anexados a um tubo de coleta estão temporariamente fora de produção. Neste caso particular, o comprimento da ramificação morta pode ser de até vários quilômetros. O estado da arte das aplicações submarinas também envolve a utilização de unidades de tratamento submarinas. A operação destas unidades requer uma rede de tubulação e de válvulas complexa. Isto resultará, necessariamente, em várias ramificações mortas.

[0041] Por tubo principal queremos significar um tubo portando uma corrente de óleo ou gás (por exemplo, uma corrente de poço a partir de um reservatório) de um local para outro (por exemplo, do reservatório para a superfície) durante a produção de óleo. O tubo principal, no contexto da invenção, também pode ser qualquer outro tubo onde hidrocarbonetos e água estejam escoando em conjunto no tubo e onde haja pressão suficiente e temperatura baixa o bastante para ocorrer a formação de hidratas em quaisquer ramificações mortas acopladas.

[0042] Por essencialmente cilíndrica, queremos significar que a ramificação morta é cilíndrica, ou quase cilíndrica. A ramificação morta não precisa ser reta, ela

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12/19 pode conter uma ou mais curvas, entretanto, a seção transversal da ramificação morta permanecerá essencialmente circular e os lados do cilindro, em qualquer ponto, são paralelos.

[0043] Por entrada queremos significar o orifício mais estreito entre o tubo principal e a ramificação morta.

[0044] Por porção de entrada, queremos significar a seção da ramificação morta adjacente à tubulação principal, cujo diâmetro é mais estreito do que o diâmetro mais amplo da ramificação morta.

[0045] Por porção de tubo queremos significar a parte da ramificação morta, a partir da porção de entrada até a porção de válvula, cujo diâmetro é constante e representa o diâmetro mais amplo da ramificação morta.

[0046] Por porção de válvula, queremos significar a porção da ramificação morta que incorpora a válvula e inclui qualquer parte da ramificação morta adjacente à válvula, cujo diâmetro é reduzido para acomodar a válvula.

[0047] Salvo disposição em contrário, os diâmetros são medidos internamente dentro de qualquer porção da ramificação morta, ou seja, o diâmetro é o diâmetro do furo no tubo e não o diâmetro do próprio tubo, incluindo as paredes.

[0048] Por diâmetro mínimo de uma ramificação morta baseado na quantidade de material que é exigido que ela porte, queremos significar o menor diâmetro que uma ramificação morta pode ter para poder executar sua função. O perito é capaz de determinar este diâmetro baseado em seu conhecimento sobre a quantidade de material que a ramificação morta precisa portar. Por exemplo, para transportar 1001 de material por segundo a uma pressão particular, um tubo precisará ter um determinado diâmetro mínimo para ser capaz de transportar esta quantidade de material. O perito é capaz de determinar este diâmetro mínimo usando conhecimentos de matemática.

[0049] O comprimento da ramificação morta é a distância a partir da conexão ao tubo principal até a extremidade da porção de válvula (se presente) ou até a extremidade da porção de tubo se a válvula não estiver presente.

[0050] Por, pelo menos uma porção da ramificação morta é expandida,

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13/19 queremos significar que parte ou a totalidade da ramificação morta (exceto a porção de entrada) tem um diâmetro que é aumentado de modo a prevenir ou reduzir a incidência de tamponamento por hidrato.

[0051] A ramificação morta da invenção pode ser derivada de um tubo em qualquer lugar no sistema de produção de óleo ou gás. A ramificação morta pode, desse modo, ser submarina, em mar aberto, ou em terra firme.

[0052] A ramificação morta pode ser fabricada de qualquer material conveniente, como metal, liga, um material de compósito, ou plástico. Convenientemente, a ramificação morta será feita de aço. A ramificação morta será rígida e pode ser reforçada como é conhecido na técnica. Mais convenientemente, a ramificação morta será um tubo de aço rígido. Embora seja preferível que a ramificação morta seja linear, está dentro do escopo da invenção que a ramificação morta tenha curvas, por exemplo, curvas de 90°. Uma ramificação morta desse tipo ainda é considerada aqui como cilíndrica, uma vez que, em qualquer ponto da ramificação morta, os lados da ramificação morta estarão afastados pela mesma distância, paralelos, e a seção transversal da ramificação morta será circular.

[0053] O comprimento da ramificação morta pode variar por limites amplos, mas, tipicamente, é da ordem de 10 cm a 50m de comprimento, de preferência, 30 cm a 10m, especialmente, 50 cm a 2m.

[0054] O diâmetro mais amplo da ramificação morta será, preferencialmente, o mesmo por toda a porção de tubo. De preferência, o comprimento da ramificação morta é, pelo menos 3 vezes, de preferência pelo menos 5 vezes, mais preferencialmente pelo menos 10 vezes, especialmente, pelo menos 20 vezes o diâmetro da ramificação morta. Diâmetros apropriados incluem 0,5 cm a 1m, de preferência 1 a 50 cm, por exemplo, 2 a 30 cm.

[0055] A ramificação morta tem, tipicamente, uma válvula posicionada na extremidade mais afastada da conexão para o tubo principal. A válvula pode ser de qualquer projeto apropriado e permite que o perito controle o material que entra e que sai da ramificação morta. O diâmetro da válvula seria, normalmente, do tamanho necessário para o uso específico para o qual a válvula deve ser empregada,

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14/19 ignorando-se quaisquer problemas com hidratas. Normalmente, isso significaria um tamanho nominal menor do que o da ramificação morta, de acordo com a presente invenção. A válvula poderia, por conseguinte, ser conectada à ramificação morta através de uma seção de expansão, com diâmetro maior, ou seja, a porção de válvula.

[0056] Preferencialmente, a válvula terá o mesmo diâmetro que teria se empregada anteriormente na técnica. Desse modo, quando o diâmetro mínimo da ramificação morta foi calculado previamente para ser 5 cm, uma válvula com 5 cm de diâmetro, também deveria ter sido empregada. Na ramificação morta da invenção, seria novamente apropriada a utilização de uma válvula de 5 cm, mas a porção de tubo da ramificação morta seria mais larga do que este diâmetro mínimo. É importante que o diâmetro da válvula não seja aumentado uma vez que isto poderia aumentar os custos de várias maneiras. Portanto, idealmente, o diâmetro da válvula será o diâmetro mínimo calculado para a ramificação morta.

[0057] Convenientemente, a porção de válvula pode ser conectada ao resto da ramificação morta usando-se flanges apropriados. Por conseguinte, na construção, a ramificação morta da invenção pode compreender apenas a porção de entrada mais estreita e a porção de tubo.

[0058] Vista de outro aspecto, por conseguinte, a invenção provê uma ramificação morta essencialmente cilíndrica tendo uma entrada em uma extremidade da mesma, a entrada sendo arranjada para permitir que o material entre na ramificação morta, a partir de um tubo principal ao qual a ramificação morta é acoplada no uso, ou deixe a ramificação morta para o tubo principal, onde a entrada tem um diâmetro de não mais de 80% do diâmetro mais amplo da ramificação morta. [0059] Em um modo de realização preferido, o diâmetro da ramificação morta se reduz para acomodar a válvula. De preferência, por conseguinte, o diâmetro da ramificação morta se reduz para o mesmo diâmetro nominal que o da válvula. A entrada é arranjada para permitir que o material entre na ramificação morta, a partir de um tubo principal, ou deixe a ramificação morta para o tubo principal e é mais estreita do que o diâmetro mais amplo da ramificação morta. Em particular, o

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15/19 diâmetro da entrada é de preferência não mais de 80%, por exemplo, não mais de 75% do diâmetro mais amplo da ramificação morta, mais preferencialmente, não mais de 50%, especialmente, não mais de 25 % do diâmetro mais amplo da ramificação morta. Em geral, quanto menor for o tubo, maior a percentagem de redução, que deve ser empregada. Onde, por exemplo, a ramificação morta tiver até 20 cm de diâmetro, a entrada pode ser 15 cm, ou menos, por exemplo, 10 cm, ou menos, especialmente 5 cm, ou menos.

[0060] Este diâmetro de entrada deveria ser medido baseado no diâmetro mais estreito da porção de entrada conectando o tubo principal e a ramificação morta. Embora seja contemplado que a entrada, em sua porção mais estreita, estará diretamente adjacente ao tubo principal, está dentro do escopo da invenção, por exemplo, que a parte mais estreita da porção de entrada esteja em qualquer ponto da porção de entrada.

[0061] Entretanto, o que é exigido, é que a porção de entrada, após a própria entrada eventualmente se ampliar de qualquer forma conveniente, tenha um diâmetro que seja o mesmo que o do resto do diâmetro da ramificação morta. Isto pode ser conseguido de maneira uniforme em uma forma cônica, por etapas ou através de superfícies côncavas ou convexas. O ponto mais estreito da entrada pode ser mantido para uns poucos centímetros ou pode ocorrer apenas como um ponto. Em um modo de realização preferido, a entrada estreita persiste através de toda a porção de entrada. O perito é capaz de elaborar todos os tipos de diferentes projetos de entrada de modo a atender os requisitos da invenção.

[0062] Em um modo de realização altamente preferido, uma porção de entrada estreitada é provida ao se inserir na ramificação morta outro tubo, cujo diâmetro externo se casa com o diâmetro interno da ramificação morta. Desta forma, o diâmetro de entrada se torna, então, o diâmetro interno do tubo menor inserido na ramificação morta. Desta forma, uma porção de entrada estreita pode ser conseguida muito mais barato e facilmente. O tubo mais estreito pode ser fixado na ramificação morta por qualquer forma conveniente.

[0063] Está também dentro do escopo da invenção que a ramificação morta seja

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16/19 formada de dois ou mais tubos, por exemplo, um de diâmetro amplo e um de diâmetro estreito, que podem ser conectados para formar uma estrutura de ramificação morta na qual o tubo mais estreito forma a porção de entrada e o tubo mais amplo forma a porção de tubo da ramificação morta. Um tubo adicional podería ser usado para formar a porção de válvula da ramificação morta.

[0064] O comprimento da porção de entrada (ou seja, a quantidade de tubo exibindo um diâmetro mais estreito do que a porção de tubo da ramificação morta) pode ser até 10 vezes o diâmetro da entrada da ramificação morta, de preferência até 5 vezes. Quanto mais longa a porção de entrada, menos material será transportado até a porção de entrada, reduzindo, desse modo, o risco de vapor de água entrar na seção mais ampla da ramificação morta.

[0065] A ramificação morta pode ser posicionada em qualquer ângulo no tubo principal. Convenientemente, pode ser perpendicular ao tubo, mas isso não é essencial. Em algumas situações, pode ser benéfico ser capaz de injetar material no tubo principal, a partir da ramificação morta, contra o fluxo principal de material no tubo, ou com o fluxo de material no tubo. Neste cenário, pode ser vantajoso se a ramificação morta for posicionada em um ângulo agudo com a tubulação.

[0066] A ramificação morta pode ser posicionada horizontal ou verticalmente, dependendo da orientação do tubo do qual ela se deriva. Convenientemente a ramificação morta estará na posição vertical, ou posicionada de modo que o material adicionado na tubulação se desloque, para baixo, por gravidade, para o tubo principal.

[0067] A entrada pode ser fabricada do mesmo material que a própria ramificação morta, ou de qualquer outro material conveniente. Em um modo de realização altamente preferido, a entrada é formada de um material com excelente condutividade termal, por exemplo, aço. Desta forma, a temperatura na porção de entrada estreita da ramificação morta é mantida elevada uma vez que calor do tubo principal é transportado através dele para a seção de entrada. A temperatura mais alta impede a formação de hidratos nesta parte da ramificação morta. Além disso, uma vez que a ramificação morta é posicionada preferencialmente de modo que o

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17/19 material entrando nela escoe para baixo, caso alguma água se condense na ramificação morta, esta terá uma tendência a escoar para baixo em direção à seção de entrada e, por conseguinte, para as superfícies mais quentes da seção de entrada. As superfícies quentes da secção de entrada são, então, capazes de impedir a formação de hidratos por toda a ramificação morta, evaporando qualquer material condensado que escoe para a secção de entrada.

[0068] Como é conhecido na técnica, toda a ramificação morta pode ser isolada. Entretanto, pode ser preferível não isolar a ramificação morta. Onde não houver isolamento presente, a temperatura na seção adjacente à porção de entrada é mais fria. Isso encoraja a condensação de água próximo à porção de entrada, que pode, então, escoar por gravidade de volta para o tubo principal.

[0069] A porção de tubo acima da porção de entrada pode ser estendida para o comprimento desejado em relação aos requisitos de projeto, como anteriormente descrito.

[0070] As ramificações mortas nas quais o material escoa regularmente sofrem menos da formação de hidratos, uma vez que seu uso constante não provê muito tempo para que a formação de hidratos ocorra. Desse modo, a invenção é mais útil em ramificações mortas onde o material escoa de forma intermitente, por exemplo, é injetado de forma não frequente. Uma ramificação morta como esta podería ser utilizada para a injeção de produtos químicos que só são usados periodicamente ou para transferir material de um tubo para outro. O projeto de ramificação morta da invenção também pode ser usado para sistemas de segurança, por exemplo, linhas de despressurização para paradas de emergência. Estes sistemas compreendem uma válvula de segurança de pressão (PSV), que é anexada ao sistema de produção através de uma ramificação morta.

[0071] A invenção também seria útil quando um rastreador de calor é usado. Ela podería prover uma função de segurança embutida adicional, de maneira passiva, e o projeto da PSV (incluindo a ramificação morta) não dependería exclusivamente do uso ativo do rastreador de calor, que podería não estar funcionando bem, sem que o operador estivesse ciente disto.

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18/19 [0072] Como vimos acima, em alguns modos de realização da invenção, é preferível assegurar que o diâmetro da ramificação morta seja mais amplo do que aquele realmente necessário para seu uso. De modo a assegurar que este seja o caso, é necessário determinar o diâmetro mínimo necessário para a ramificação morta. Calcular o diâmetro necessário de uma ramificação morta depende da natureza da ramificação morta em questão, mas pode ser executado pelo perito na técnica. Por exemplo, caso a ramificação morta seja para ser usada para injetar produtos químicos no tubo principal, então, o diâmetro mais estreito da ramificação morta pode ser calculado baseado na quantidade de produto químico que precisa ser injetada no tubo principal e na taxa na qual a injeção é necessária.

[0073] Quando uma ramificação morta é projetada para permitir o transporte de material de um tubo principal para outro, então, o diâmetro mínimo do tubo pode ser calculado novamente baseado na quantidade de material a ser transferido e na taxa de transferência desejada baseada em cálculos semelhantes aos acima.

[0074] Uma vez determinado o diâmetro mínimo, a presente invenção exige que a parte principal da ramificação morta tenha um diâmetro que seja pelo menos 1,25 vezes este diâmetro mínimo, por exemplo, pelo menos, 1,5 vezes, em especial, pelo menos, 1,75 vezes, mais especialmente 2 vezes o diâmetro mínimo. Em alguns modo de realização, o diâmetro da ramificação morta deveria ser um diâmetro que fosse pelo menos 3 vezes, por exemplo, 4 vezes, este diâmetro mínimo. Isto é particularmente aplicável para ramificações mortas de diâmetro estreito, por exemplo, aquelas cujo diâmetro mínimo é 5 cm ou menor. Ramificações mortas mais estreitas são mais propensas a tamponamento, de modo que um aumento mais significativo no diâmetro de uma ramificação morta de diâmetro estreito (por exemplo, uma com diâmetro menor do que 5 cm) é preferido.

[0075] A entrada deveria ter um diâmetro que fosse igual ou menor que o diâmetro mais estreito calculado acima.

[0076] A ramificação morta pode ser conectada ao tubo principal por qualquer forma conveniente. Por exemplo, a ramificação morta pode ser provida com um flange que pode ser aparafusado a um flange correspondente apropriado, no tubo

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19/19 principal.

[0077] É feita referência agora à figura 1, que é uma ilustração esquemática de duas ramificações mortas (1,2) acopladas a um tubo principal (3). Cada ramificação morta tem uma válvula (4) presente na porção de válvula (10) através da qual material pode ser removido ou adicionado para a ramificação morta. A ramificação morta preferencialmente se estreita, onde a válvula é instalada.

[0078] As ramificações mortas têm entradas (5,6) que são mais estreitas do que o resto da ramificação morta. Na ramificação morta (1), a porção de entrada (7) se amplia de maneira uniforme em uma forma cônica para a largura da porção de tubo (11). Na ramificação morta (2), a entrada contém uma porção estendida (8) do mesmo diâmetro que a entrada, a porção de entrada (7) se ampliando sobre uma superfície côncava para a largura da porção de tubo (11).

[0079] Vista de outro aspecto, portanto, a invenção provê uma ramificação morta essencialmente cilíndrica tendo uma porção de entrada, uma porção de tubo e uma porção de válvula, a mencionada porção de entrada sendo adaptada para no uso, ficar adjacente a um tubo principal e compreendendo uma entrada;

a mencionada porção de válvula sendo posicionada na extremidade oposta da ramificação morta para a mencionada porção de entrada, e compreendendo uma válvula;

a mencionada porção tubo sendo posicionada entre a mencionada porção de entrada e a mencionada porção de válvula;

onde a entrada tem um diâmetro de não mais de 80% do diâmetro de porção de tubulação.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Ramificação morta cilíndrica, caracterizada pelo fato de que compreende:

um tubo fechado configurado para estar conectado em um ângulo perpendicular ou agudo a uma superfície externa de um tubo principal em um processo de produção de óleo os gás e configurado para permitir que material seja removido do ou adicionado ao tubo principal;

a ramificação morta tendo uma primeira área em seção transversal em uma extremidade da mencionada ramificação morta e uma segunda área em seção transversal, a mencionada primeira área em seção transversal sendo menor que a mencionada segunda área em seção transversal, de modo a reduzir a formação de hidratos;

a ramificação morta tendo uma entrada em uma extremidade compreendendo a mencionada primeira área em seção transversal, a entrada sendo arranjada para permitir que material entre na ramificação morta a partir de um tubo principal ao qual a ramificação morta é anexada no uso, ou deixe a ramificação morta para dentro do tubo principal, onde a entrada tem um diâmetro de não mais de 80% do diâmetro mais amplo da ramificação morta na mencionada segunda área em seção transversal;

em que a ramificação morta compreende ainda uma válvula na extremidade oposta a extremidade compreendendo a primeira área em seção transversal outra, onde a válvula é capaz de permitir a liberação do material a partir da ramificação morta ou a entrada do material para dentro da ramificação morta, e em que a ramificação morta compreende uma porção de válvula compreendendo um diâmetro que é reduzido quando comparado com o diâmetro mais amplo da ramificação morta.
2. Ramificação morta de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de ter uma entrada em uma extremidade da mesma na qual pelo menos uma porção da ramificação morta é expandida para impedir a formação de hidrato na ramificação morta.

Petição 870190044044, de 10/05/2019, pág. 8/11

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3. Ramificação morta de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de ter uma porção de entrada, uma porção de tubo e uma porção de válvula, a mencionada porção de entrada sendo adaptada no uso para ficar adjacente a um tubo principal e compreendendo uma entrada;

a mencionada porção de válvula sendo posicionada na extremidade da ramificação morta oposta à mencionada porção de entrada e compreendendo uma válvula;

a mencionada porção de tubo fica posicionada entre a mencionada porção de entrada e a mencionada porção de válvula;

onde a entrada tem um diâmetro de não mais de 80% do diâmetro da porção de tubo.
4. Uso de uma ramificação morta como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato da ramificação morta ser usada para prevenir ou reduzir a formação de hidrato.