Campo da invenção

[ 001 ] A presente invenção se insere no campo técnico de geração e distribuição submarina de energia elétrica a partir do aproveitamento da energia cinética e de pressão do fluido produzido de reservatórios produtores .

Fundamentos da invenção

[ 002 ] O advento de grandes reservas de óleo e gás natural na região conhecida como pré-sal vem trans formando o setor de petróleo e gás no Brasil , posicionando esse pais em uma posição relevante em termos de reservas mundiais de hidrocarbonetos .

[ 003 ] Entretanto , o desenvolvimento dessas reservas de óleo e gás implica a superação de diversos desafios tecnológicos , econômicos , logísticos e ambientais . Alguns dos maiores desafios estão relacionados à redução da emissão de CO2 equivalente por barril de óleo produzido , redução dos custos de capital ( CAPEX, Capi tal Expendi ture) e do custo operacional ( OPEX, Opera ti onal Expendi ture) , e maximi zação da produção de óleo , principalmente nos campos e blocos exploratórios que possuem elevada razão gás-óleo (RGO) e elevados teores de CO2 .

[ 004 ] No caso dos campos com elevados RGOs e teores de CO2 , o emprego de processos convencionais para a separação do CO2 e para o processamento do gás natural tornou-se menos eficaz e mais oneroso , surgindo a necessidade de arranj os e processos de maior complexidade e consequentemente de custos elevados , notadamente no que se refere ao tamanho das plantas de processamento de gás natural . Nesses arranj os , a capacidade de processamento de gás natural da unidade estacionaria de produção (UEP) é, frequentemente, a depender da concentração de CO2 e da RGO, o fator limitante para o aumento da capacidade de processamento do óleo.

[005] Nesse contexto, a utilização de sistemas de processamento submarino e repressurização (gás e/ou água) tem grande potencial para remover o gargalo e/ou aumentar a produção de óleo.

[006] A tecnologia de separação gravitacional à alta pressão (HISEP®) , descrita na patente BR 102014002291-0 Bl, por exemplo, permite reduzir significativamente a RGO da corrente de óleo que chega à UEP, o que implica não apenas a redução de tamanho e de complexidade da planta de processamento de gás, mas também permite prolongar o platô de produção de óleo por um tempo maior e aumentar o fator de recuperação de hidrocarbonetos .

[007] No entanto, no cenário atual, a implementação de sistemas submarinos de separação e repressurização requer o aumento da capacidade de geração de energia elétrica das Unidades Estacionárias de Produção (UEP) , com consequente impacto negativo sobre o IGEE (Inventário de Gases de Efeito Estufa) e aumento adicional de peso e de área para geração de energia elétrica.

[008] Adicionalmente, vale ressaltar que os projetos das UEPs atuais têm flexibilidade insuficiente para acomodar as modificações necessárias para ampliar a geração de energia elétrica .

[009] Dessa forma, têm-se buscado soluções para geração e distribuição de energia submarina com alta intensidade energética, preferencialmente de fontes não intermitentes e que permitam a redução da emissão de CO2 equivalente por barril de óleo produzido, que sejam capazes de alimentar com segurança, atratividade econômica e baixo impacto ambiental os futuros projetos de estações/sistemas submarinos de processamento e repressurização (boosting) .

Estado da técnica

[010] No Estado da Técnica existem sistemas, métodos e equipamentos para geração de energia elétrica com base na conversão da energia do movimento das ondas, das correntes marítimas, e do movimento hidráulico em energia elétrica. Porém, essas soluções para geração de energia elétrica estão normalmente sujeitas a intermitência e/ou efeitos sazonais.

[011] O documento da patente US 8779614 B2 aborda a utilização de energia cinética de fluidos associados à produção de petróleo para geração de energia elétrica, apresentando um sistema e método para conversão do fluxo de um fluido (por exemplo: injeção quimica) proveniente da UEP em energia elétrica ou hidráulica para utilização em condição submarina .

[012] Por sua vez, o documento US 20090151954 Al descreve um sistema e método para fornecer energia a equipamentos de apoio submarinos. Especificamente, a energia pode ser fornecida através do desvio de pelo menos uma porção de um fluido de um sistema de produção de poços para unidades de equipamento de apoio submarino, que podem ser descartadas nas proximidades do fundo do mar, leito do mar, ou linha de lama de perfuração. O sistema de produção de poços pode incluir um sistema de injeção de água, um sistema de gaslift ou combinações destes, mas não está limitado a eles.

[013] Já o documento US 7224080 B2 define um sistema de energia submarino para uso na captura de energia livre ou residual (por exemplo, gases ou líquidos térmicos, geotérmicos, pressurizados de subsuperf ície, vento, ondas, solar ou outros livres, resíduos ou fontes de energia de baixo custo) que pode então ser convertida e/ou armazenada para alimentar um serviço ou dispositivo submarino durante períodos em que o suprimento de energia livre ou residual não é tão abundante, não está disponível, ou as demandas exigem uma saída maior do que a fornecida no estado estacionário. 0 sistema de energia submarino pode incluir: um ou mais dispositivos de captura de energia (como uma turbina e/ou um gerador termoelétrico ) para a coleta de energia livre ou residual e uma célula de combustível, eletrolisador de oxigênio e hidrogênio, vasos de armazenamento, entre outros.

[014] A patente US 6998724 B2 revela um sistema para gerar energia elétrica a partir de uma instalação submarina, que inclui pelo menos uma linha de fluxo, em que o sistema contempla uma turbina que está operativamente conectada à linha de fluxo (linha de injeção ou produção) , sendo que o fluxo através da turbina gera a energia elétrica.

[015] A patente US 5839508 B2 apresenta um aparelho de geração de energia elétrica conectado à coluna de produção. O aparelho é alojado lateralmente à coluna de produção e desvia parte do fluxo para geração de energia elétrica utilizando uma turbina.

[016] O documento WO 2007055594 Al revela um arranjo para partida externa de um sistema de energia submarino. O sistema de energia submarino compreende um quadro de distribuição de energia principal submarino alimentado a partir de uma fonte de alimentação de topside, pelo menos um módulo de controle de quadro de distribuição de energia principal controlando o quadro de distribuição de energia principal submarino , pelo menos um quadro de distribuição de energia auxiliar submarino , e módulo de controle do quadro de distribuição que controla o referido quadro de distribuição de energia auxiliar . 0 sistema de energia submarino inclui ainda pelo menos um módulo de controle de comutador critico conectado a uma fonte de energia externa, o referido módulo de controle de comutador critico sendo operável para controlar o comutador de energia principal e/ou comutador de energia auxiliar para reali zar uma partida .

[ 017 ] Por sua vez , o documento US 20130286549 Al revela um sistema e método para acoplar energia elétrica submarina . O sistema compreende um sistema de distribuição elétrica submarino com pelo menos um conj unto de disj untor submarino modular . O disj untor modular compreende um invólucro de barramento que abriga um barramento . Em uma modalidade , o invólucro do barramento é pressuri zado com gás hexafluoreto de enxofre ( SF6 ) . Pelo menos um invólucro de disj untor que abriga um disj untor submarino é fixado ao invólucro de barramento . O interior do invólucro do barramento pode ser vedado do interior do invólucro do disj untor . O invólucro do disj untor pode ser pressuri zado com gás SF6 .

[ 018 ] O documento US 20140130498 Al revela um sistema que faz uso da energia geotérmica e da energia de combustão para geração de energia . O sistema compreende um poço de inj eção em comunicação com um reservatório subterrâneo contendo uma solução nativa contendo metano a uma primeira temperatura, um poço de produção em comunicação com o reservatório , um sistema de abastecimento que fornece um fluido de trabalho não à base de água para o poço de inj eção em uma segunda temperatura inferior à primeira temperatura, em que a exposição do fluido de trabalho ao fluido nativo faz com que uma porção de metano saia da solução para formar um fluido de produção de pelo menos uma porção do f luido de trabalho e a porção de metano , e a exposição às primeiras temperaturas aquece o fluido de produção a uma terceira temperatura superior à segunda temperatura, em que o fluido de produção aquecido entra no poço de produção e um aparelho de recuperação de energia em comunicação com o poço de produção para converter energia no fluido de produção em eletricidade , calor, ou uma combinação deles .

[ 019 ] O documento WO 2019012266 Al descreve uma válvula de controle de fluxo de fluido configurada para fornecer um contrafluxo de um fluido secundário para um fluxo de fluido primário , de modo a estabili zar ou regular a turbulência e as mudanças de pressão com uma rede de conduite . A válvula pode encontrar aplicação particular em sistemas de produção de petróleo e gás e para reduzir ou eliminar gol fadas em linhas de fluxo que usam risers para transporte vertical de fluido .

[ 020 ] De uma forma geral , os trabalhos relatados no Estado da Técnica envolvem a geração de energia submarina utili zando , geralmente , turbinas especialmente desenhadas para o aproveitamento de correntes marítimas , ondas , marés etc . O potencial de geração de energia elétrica por meio de ondas e marés é dependente de condições como , por exemplo , o comprimento da onda, a velocidade da onda, fase , direção etc . , e são normalmente intermitentes e/ou sazonais devido à di ficuldade em manter um fornecimento regular de energia por questões climáticas, ciclo de marés etc.

[021] Por outro lado, os sistemas submarinos de processamento e repressurização precisam de um fornecimento constante e regular de energia elétrica.

[022] Adicionalmente, uma parcela da energia de pressão e cinética proveniente dos fluidos de reservatórios com alta pressão, alto indice de produtividade, elevadas RGOs e concentrações de CO2 variadas, como os encontrados no Pré- sal, é desperdiçada.

[023] O pedido de patente BR 102021020136-3 propõe um sistema para geração de energia elétrica submarina através do aproveitamento da energia de pressão e cinética de correntes de hidrocarbonetos provenientes de reservatórios, nos quais o fluido produzido do reservatório pode se encontrar em condições multifásicas com pelo menos uma fase em condições supercriticas ou criticas, com uma corrente de gás em fase densa e pelo menos um liquido imiscivel.

[024] O sistema é concretizado por meio de um arranjo que inclui um homogeneizador de fluxo, uma turbina do tipo rotodinâmica multiestágios de alta pressão diferencial, conversor e/ou transformador de potência.

[025] No entanto, o pedido BR102021020136-3 não apresenta uma solução que permita gerir, centralizar e/ou criar redes de geração e distribuição para maximizar a produção de energia elétrica submarina (aumento da potência elétrica instalada) de forma não intermitente por meio do aproveitamento do próprio arranjo submarino do sistema de produção do campo e/ou da região produtora conectada a UEP.

Breve descrição da invenção

[026] A presente invenção define, de acordo com uma concreti zação pre ferencial , um sistema submarino de geração de energia elétrica compreendendo um ou mais sistemas rotodinâmicos de geração de energia elétrica, que consistem de um conj unto de equipamentos rotativos , pelo menos uma estação central de distribuição de energia elétrica, pelo menos um dispositivo de homogenei zação/reti f icação de padrão de escoamento do tipo estático ou dinâmico , em que a vazão de um ou mais reservatórios produtores é enviada para pelo menos um tubo coletor, que então alimenta um ou mais sistemas rotodinâmicos de geração de energia elétrica .

[ 027 ] Conforme se tornará evidente a partir da descrição detalhada da presente invenção , esta propõe , de forma inovadora, um si stema submarino de geração/distribuição de energia elétrica submarina que aproveita parte da energia naturalmente disponível no processo produtivo , no reservatório produtor, para gerar a energia elétrica necessária para alimentar as demandas dos sistemas de processamento e repressuri zação de fluidos submarinos que estej am próximos ou distantes dessa central de geração e distribuição .

[ 028 ] Brevemente , a presente invenção obj etiva viabili zar uma solução para a geração de energia elétrica submarina não intermitente , de alta intensidade energética e baixo conteúdo de carbono por meio de uma central de geração/distribuição de energia baseada no aproveitamento da energia de pressão e cinética de correntes de hidrocarbonetos provenientes de reservatórios produtores .

[ 029 ] Os reservatórios produtores com alta pressão , alto indice de produtividade , elevadas RGOs e concentrações de CO2 variadas , como os encontrados no pré-sal , apresentam condições apropriadas para a utili zação nessas centrais de geração de energia, pois normalmente desperdiçam parte da energia do fluido durante o processo produtivo .

[ 030 ] Assim, a proposta da presente invenção procura tirar proveito des sa energia normalmente desperdiçada no processo produtivo para gerar energia elétrica visando à alimentação elétrica de sistemas de processamento e repressuri zação submarinos próximos ou distantes da central de geração de energia elétrica .

[ 031 ] Com relação às vantagens da presente invenção , além de aproveitar uma fonte de energia natural que é hoj e desperdiçada, a central de geração de energia elétrica submarina também contribui para reduzir a dependência de geração de energia via combustíveis fósseis ( com a consequente redução do IGEE ) ; ou sej a, permite uma redução da emissão de CO2 equivalente por barril de óleo produzido . Ademais , a presente invenção também tem potencial para reduzir peso , complexidade e espaço na seção de geração de energia da UEP e pode ser considerada uma fonte não intermitente e de alta intensidade energética . Em função do exposto , a presente invenção tem potencial para contribuir para o atingimento das metas futuras de neutralidade de carbono e aumentar a atratividade econômica de proj etos que utili zem sistemas de separação submarinos .

Breve descrição das figuras

[ 032 ] De forma a complementar a presente descrição e para obter uma melhor compreensão das características da presente invenção são apresentados um conj unto de figuras , onde de maneira exempli ficada, embora não limitativa, se representa sua concreti zação preferencial . [033] A Figura 1 ilustra uma concretização preferencial do sistema submarino de geração de energia elétrica.

[034] A Figura 2 apresenta uma concretização preferencial do sistema submarino de geração de energia elétrica em corrente alternada com transformadores.

[035] A Figura 3 representa uma concretização preferencial do sistema submarino de geração de energia elétrica em corrente alternada sem transformadores.

[036] A Figura 4 ilustra uma concretização adicional preferida do sistema submarino de geração de energia elétrica em corrente continua.

[037] A Figura 5 mostra outra concretização preferencial do sistema submarino de geração de energia elétrica com geração descentralizada e distribuição centralizada.

[038] A Figura 6 apresenta um arranjo adicional preferido do sistema submarino de geração de energia elétrica descentralizada em corrente alternada e com um transformador para cada gerador.

[039] A Figura 7 ilustra outra concretização preferencial do sistema submarino de geração de energia elétrica descentralizada em corrente alternada de média e alta tensão.

[040] A Figura 8 ilustra um exemplo de concretização preferencial do sistema submarino de geração de energia elétrica descentralizada em corrente continua, sem utilização de transformadores.

[041] A Figura 9a apresenta uma concretização de um tubo coletor (manifold) retificador de padrão de escoamento.

[042] A Figura 9b apresenta outra concretização de um tubo coletor e retificador de padrão de escoamento para fluidos com alto RGO e baixo teor de CO2.

[043] A Figura 10 apresenta uma aplicação exemplif icativa do sistema submarino de geração de energia elétrica da presente invenção.

Descrição detalhada da invenção

[044] O sistema submarino de geração de energia elétrica, de acordo com uma concretização preferencial da presente invenção, é detalhadamente descrito com base nas figuras em anexo.

[045] A Figura 1 ilustra uma concretização preferencial do sistema submarino de geração de energia elétrica 15. Especificamente, o sistema submarino de geração de energia elétrica 15, por exemplo, pode enviar a vazão de um ou mais reservatórios produtores 1 ou poços produtores 1 para pelo menos um tubo coletor (manifold) central 2 que irá alimentar um ou mais sistemas rotodinâmicos de geração de energia elétrica 3.

[046] Ademais, de acordo com a concretização exemplif icativa do sistema submarino de geração de energia elétrica 15 da Figura 1, a distribuição de energia é realizada em pelo menos uma estação central de distribuição de energia elétrica 4, a qual compreende transformador de potência, inversores, retif icadores, centros de distribuição de cargas, entre outros equipamentos comuns a tal central, de conhecimento comum no campo técnico em questão.

[047] Mais especificamente, a distribuição de energia elétrica a partir da estação central de distribuição de energia elétrica 4 pode ser realizada tanto em corrente alternada como em corrente continua, e a estação central de distribuição de energia elétrica 4 é capaz de alimentar múltiplas cargas, conforme exemplos de concretizações apresentados nas Figuras 2, 3 e 4, detalhadas abaixo.

[048] Em mais detalhes, a corrente de fluido multifásica que deixa os sistemas rotodinâmicos de geração de energia elétrica 3 pode ser enviada diretamente para unidade estacionaria de produção 12 (UEP) por meio de pelo menos uma linha 8. Ou pode ser enviada, por exemplo, para processamento em uma estação de processamento e repressurização de fluidos 11 através de pelo menos uma linha 9; ou pode ser enviada para processamento onshore .

[049] A energia elétrica gerada pelo sistema submarino de geração de energia elétrica 15 é então transmitida por cabos de potência 10 até os pontos de consumo submarino, como por exemplo, estações de processamento e repressurização submarinas 11.

[050] Os sistemas rotodinâmicos de geração de energia elétrica 3, preferencialmente, compreendem um conjunto de equipamentos rotativos 7, em que o conjunto de equipamentos rotativos 7 inclui uma pluralidade de turbinas multiestágio , ou uma pluralidade de conjuntos rotodinâmicos de bombas multiestágios operando em reverso e/ou combinação destes, os quais são projetados para recuperar a energia de pressão e cinética de fluidos provenientes de zonas produtoras de gás natural ou óleo; ou seja, de reservatórios produtores 1, nos quais o fluido produzido pode se encontrar em condições multifásicas, podendo conter pelo menos uma fase em condições supercriticas ou criticas com, por exemplo, uma corrente de gás em fase densa (densidade maior ou igual a 200 kg/m ³ ) e pelo menos um liquido imiscivel.

[051] Ademais, o conjunto de equipamentos rotativos 7, responsável pelo aproveitamento da energia cinética e de pressão, pode ser composto por rotores radiais, semiaxiais, axiais, ou combinações destes.

[052] Adicionalmente, o sistema submarino de geração de energia elétrica da presente invenção pode incluir pelo menos um gerador 5 e pelo menos um dispositivo de homogeneização/retif icação de padrão de escoamento do tipo estático ou dinâmico 6, que pode ser instalado à montante do conjunto de equipamentos rotativos 7 e/ou diretamente ligado ao conjunto de equipamentos rotativos 7, ou via tubo coletor (manifold) central 2, que pode ser projetado também para servir como retificador de padrão de escoamento, minimizando o risco de fluxo intermitente.

[053] A Figura 2 apresenta uma concretização preferencial do sistema submarino de geração de energia elétrica 15 em corrente alternada com transformadores.

[054] Mais especificamente, a Figura 2 mostra uma concretização preferencial adicional do sistema submarino de geração de energia elétrica 15 com transformadores para distribuição de energia elétrica em corrente alternada através de uma estação central de distribuição de energia elétrica 4 para cargas em longas distâncias. Na presente concretização, o sistema submarino de geração de energia elétrica 15 inclui adicionalmente, por exemplo, transformadores elétricos 4.1, dispositivos de manobra 4.2, inversores de frequência variável 4.3 e unidade de acionamento de motores 4.4, e um conjunto de cabos de potência e fibra ótica 10. A energia elétrica em corrente alternada é transmitida por um conjunto de cabos de potência e fibra ótica 10 até os pontos de consumo submarino, como por exemplo, motores elétricos de estações de processamento, reinjeção, e boosting submarino 11.1.

[055] A Figura 3 representa uma outra concretização preferencial do sistema submarino de geração de energia elétrica 15 em corrente alternada sem transformadores.

[056] Em mais detalhes, a Figura 3 ilustra o sistema submarino de geração de energia elétrica 15 compreendendo adicionalmente, por exemplo, dispositivos de manobra 4.2 e inversores de frequência variável 4.3, unidade de acionamento de motores 4.4, conjunto de cabos de potência e fibra ótica 10, no qual a energia elétrica é transmitida pelo conjunto de cabos de potência e fibra ótica 10 até os pontos de consumo submarino como, por exemplo, motores elétricos de estações de processamento, reinjeção, e boosting submarino 11.1.

[057] A Figura 4 ilustra uma concretização adicional preferida do sistema submarino de geração de energia elétrica 15 da presente invenção, no qual se tem uma distribuição de energia elétrica em corrente continua de alta tensão, visando alimentar pontos de consumo muito distantes da geração.

[058] De acordo com a Figura 4, o sistema submarino de geração de energia elétrica 15 compreende ainda transformadores elétricos 4.1, dispositivos de manobra 4.2, sistemas retif icadores 4.5, inversores de frequência variável 4.3, unidade de acionamento de motores 4.4, um conjunto contendo cabos de potência e fibra ótica 10, em que a energia elétrica é transmitida pelo conjunto contendo cabos de potência e fibra ótica 10 até os pontos de consumo submarino como, por exemplo, motores elétricos de estações de processamento, reinjeção e boosting submarino 11.1. [059] Particularmente, a conversão da energia cinética e da energia de pressão em energia elétrica, através do conjunto de equipamentos rotativos 7, pode ser realizada de forma centralizada e/ou descentralizada, de modo a melhor atender o arranjo produtivo do campo e/ou a demanda dos consumidores principais, utilizando, por exemplo, geradores síncronos, geradores assíncronos e/ou, no caso de bombas multiestágios operando em reverso 7, motores operando como geradores .

[060] A Figura 5 mostra uma outra concretização preferencial do sistema submarino de geração de energia elétrica 15, em que a geração acontece de forma decentralizada e a distribuição é centralizada.

[061] Ainda, de acordo com a Figura 5, o sistema submarino de geração de energia elétrica 15 compreende adicionalmente, por exemplo, um ou mais sistemas rotodinâmicos de geração de energia elétrica 3, que compreende um conjunto de equipamentos rotativos 7 (turbinas multiestágios, conjunto rotodinâmicos de bombas multiestágios operando em reverso, e/ou a combinação destes) ; geradores e dispositivos de homogeneização/retif icação de fluxo 6, por exemplo, posicionados em diferentes pontos do esquema de produção submarino como, por exemplo, na coluna de produção dos poços 13, ou na proximidade da árvore de natal dos poços 14.

[062] Alternativamente, o sistema submarino de geração de energia elétrica 15, ou o sistema rotodinâmico de geração de energia elétrica 3, ou o dispositivo de homogeneização/retif icação de padrão de escoamento do tipo estático ou dinâmico 6, também podem ser arranjados a alguns metros da entrada de um separador submarino 27 e/ou posicionados à montante do primeiro separador de produção no topside da UEP 16 em que, em ambos os casos, o sistema de geração de energia elétrica foi projetado para recuperar a energia de pressão e energia cinética de fluidos provenientes de zonas produtoras de gás natural ou óleo, nos quais o fluido produzido pode se encontrar, preferencialmente, em condições multif ásicas .

[063] Adicionalmente, a distribuição/ transmissão da energia gerada também pode ocorrer de forma direta por meio de cabos de potência 17 de pontos nas proximidades do sistema submarino de geração de energia elétrica 15; e/ou centralizada, por meio da transmissão da energia proveniente do sistema submarino de geração de energia elétrica 15, via cabos de potência 17, por exemplo, para uma central de distribuição submarina 18 situada próxima aos pontos de consumo .

[064] A Figura 6 apresenta um arranjo adicional preferido do sistema submarino de geração de energia elétrica 15 descentralizada em corrente alternada e com um transformador para cada gerador.

[065] Mais especificamente, a Figura 6 ilustra uma concretização preferencial e exemplif icativa de um arranjo do sistema submarino de geração de energia elétrica 15 descentralizada, no qual se tem uma distribuição de energia elétrica centralizada por uma central de distribuição submarina 18 em corrente em corrente alternada. Na presente concretização da Figura 6, o sistema submarino de geração de energia elétrica 15 compreende, por exemplo, um transformador elétrico 18.1 para cada gerador, dispositivos de manobra 18.2, inversores de frequência variável 18.3, unidade de acionamento de motores 18.4, conjunto de cabos de potência e fibra ótica 10. A energia elétrica é transmitida pelo conjunto de cabos de potência e fibra ótica 10 até os pontos de consumo submarino como, por exemplo, motores elétricos de estações de processamento, reinjeção, e boosting submarino 11.1.

[066] A Figura 7 ilustra uma outra concretização preferencial do sistema submarino de geração de energia elétrica 15 descentralizada em corrente alternada, no qual se tem uma distribuição de energia elétrica centralizada por uma central de distribuição submarina 18 em corrente alternada, com dispositivo de manobra (switchgear) 18.2 incluindo dois barramentos: um de média tensão para alimentação de cargas próximas e um de alta tensão para alimentação de cargas distantes. Ademais, a presente concretização do sistema submarino de geração de energia elétrica da Figura 7 compreende, por exemplo, transformadores elétricos 18.1, inversores de frequência variável 18.3, unidade de acionamento de motores 18.4, e um conjunto de cabos de potência e fibra ótica 10. A energia elétrica é transmitida pelo conjunto de cabos de potência e fibra ótica 10 até os pontos de consumo submarino como, por exemplo, motores elétricos de estações de processamento, reinjeção, e boosting submarino 11.1.

[067] A Figura 8 ilustra um exemplo de concretização preferencial do sistema submarino de geração de energia elétrica 15 descentralizada, no qual se tem uma distribuição de energia elétrica centralizada em corrente continua por uma central de distribuição submarina 18, sem a utilização de transformadores. 0 sistema submarino de geração de energia elétrica 15 da presente concretização compreende, por exemplo, sistemas retif icadores 18.5, inversores de frequência variável 18.3, unidade de acionamento de motores 18.4, e um conjunto de cabos de potência e fibra ótica 10. A energia elétrica é transmitida pelo conjunto de cabos de potência e fibra ótica 10 até os pontos de consumo submarino como, por exemplo, motores elétricos de estações de processamento, reinjeção, e boosting submarino 11.1.

[068] A Figura 9a ilustra um exemplo, sem esgotar outras soluções de retificação de padrão de escoamento, da configuração de um tubo coletor (manifold) central 2 projetado para servir como retif icador de padrão de escoamento; ou seja, um coletor central projetado para minimizar o risco de um padrão de fluxo de escoamento intermitente à montante do conjunto de equipamentos rotativos 7 (conjuntos rotodinâmicos das turbinas multiestágios , bombas multiestágio operando em reverso 7, e/ou combinação destes) e, dessa forma, reduzir o potencial de esforços mecânicos desbalanceados nos conjuntos rotodinâmicos dos dispositivos de geração de energia elétrica .

[069] Especificamente, o tubo coletor 2 recebe o óleo dos poços produtores 1. Adicionalmente, tubos ou válvulas Venturi 19 podem ser instalados imediatamente à montante do tubo coletor 2 para aumentar a velocidade do fluido que entra no tubo coletor 2 e, assim, favorecer o turbilhonamento/mistura do fluido dento do tubo coletor 2. O tubo coletor 2 também pode conter dispositivos internos convencionais para favorecer o turbilhonamento/mistura do fluido . 0 fluxo com padrão de escoamento reti ficado é enviado para os sistemas rotodinâmicos de geração de energia elétrica 3 da estação central de distribuição de energia elétrica 4 .

[ 070 ] A Figura 9b ilustra uma outra concreti zação preferencial adicional de uma configuração de tubo coletor (manifold) central 2 proj etado para servir como reti ficador de padrão de escoamento ; ou sej a, um coletor central proj etado para minimi zar o risco de um padrão de fluxo intermitente à montante do conj unto de equipamentos rotativos 7 ( conj untos rotodinâmicos das turbinas multiestágios , bombas multiestágios operando em reverso , e/ou combinação destes 7 ) . Nesse exemplo , o tubo coletor 2 recebe o óleo dos poços produtores 1 e uma parte da fração volumétrica do gás presente no fluido segue pela seção 20 do coletor e passa também por tubos ou válvulas Venturi 19 , que são instalados imediatamente à montante do tubo coletor 2 , de modo a aumentar a velocidade do fluido que entra no tubo coletor 2 e , assim, favorecer o turbilhonamento/mistura do fluido dento do tubo coletor 2 . O fluido com menor fração volumétrica de gás ( Gas Vol ume Fracti on, GVF) entra pelo tubo 21 e é disperso pelo tubo coletor 2 ; por exemplo , através de um tubo distribuidor/dispersor de liquido para favorecer a homogenei zação/mistura gás - liquido , principalmente nos cenários onde o fluido produzido tem baixo teor de CO2 (menor ou igual a 20% , aproximadamente ) . O tubo coletor 2 também pode conter outros dispositivos internos convencionais para favorecer o turbilhonamento/mistura do fluido . O fluxo com padrão de escoamento reti ficado é enviado para os sistemas rotodinâmicos de geração de energia elétrica 3 da estação central de distribuição de energia elétrica 4 . [071] A Figura 10 apresenta, de forma ilustrativa, sem esgotar outras aplicações ou arranjos, um esquemático de como pode ser concretizado o aproveitamento de parte da energia de pressão e energia cinética de fluidos de reservatórios produtores 25 ou poços produtores 25 com alta pressão e alto CO2 (85% a 100%) e que tenham baixo ou muito baixo percentual de aproveitamento de hidrocarbonetos , através do sistema submarino de geração de energia elétrica da presente invenção.

[072] Particularmente, o sistema submarino de geração de energia elétrica 15 regula total ou parcialmente a pressão e a vazão de hidrocarboneto a montante deste.

[073] No caso exemplificative da Figura 10, o aproveitamento de parte da energia de pressão e energia cinética se concretiza pelo envio, por exemplo, da vazão de um ou mais poços produtores 26 com teores de CO2 acima de 85% para um tubo coletor (manifold) central 2, que irá alimentar um ou mais sistemas rotodinâmicos de geração de energia elétrica 3, em que o sistema rotodinâmico de geração de energia elétrica 3 compreende um conjunto de equipamentos rotativos 7, que inclui turbinas multiestágios , conjuntos rotodinâmicos de bombas multiestágios operando em reverso 7 e/ou combinação destes, que tenham sido projetados para recuperar a energia de pressão e cinética de fluidos provenientes de zonas produtoras de gás natural ou óleo, nos quais o fluido produzido pode se encontrar em condições, preferencialmente, multif ásicas ; e a distribuição de energia é feita em uma estação central de distribuição 4 que inclui transformador de potência, retif icadores, entre outros equipamentos . [074] Mais especificamente, a corrente de fluido, preferencialmente, multifásica deixa os sistemas rotodinâmicos de geração de energia elétrica 3 com pressão autógena suficiente para reinjeção natural desse fluido sem sistema de elevação de pressão; por exemplo, em reservatórios de petróleo depletados 24, visando ao aumento da recuperação avançada de petróleo, ou simplesmente para armazenamento geológico do fluido rico em CO2, e /ou podendo este ser reinjetado em aquíferos salinos 23, outros reservatórios mais rasos, e cavernas de sal 22 de mais baixa pressão.

[075] Complementarmente, o conjunto de equipamentos rotativos 7, responsável pelo aproveitamento da energia cinética e pressão, pode ser composto por rotores radiais, semiaxiais, axiais ou combinações destes. O conjunto de equipamentos rotativos 7 pode conter também dispositivo de homogeneização/retif icação de padrão de escoamento do tipo estático ou dinâmico 6 instalado à montante do conjunto rotodinâmico e/ou diretamente ligado a esse conjunto, ou via tubo coletor (manifold) central 2, que pode ser projetado também para servir como retificador de padrão de escoamento para minimizar o risco de fluxo intermitente.

[076] Particularmente, o sistema submarino de geração de energia elétrica 15 é aplicado em reservatórios produtores de petróleo 1 ou poços produtores 1 com alta pressão, em que o fluido de reservatório produzido se encontra, preferencialmente, em condições multifásicas, alto indice de produtividade, razão gás-óleo (RGO) de 50 Sm ³ /Sm ³ a 10.000 Sm ³ /Sm ³ ; mais particularmente, RGO entre 100 Sm ³ /Sm ³ e 3500 Sm ³ /Sm ³ , e concentrações de CO2 no fluido de reservatório que podem variar de 0,1% a 85%; mais particularmente, entre 2% e 80%.

[077] Adicionalmente, o sistema submarino de geração de energia elétrica 15 é aplicado em reservatórios produtores de petróleo 1 ou poços produtores 1 de alta pressão e alta temperatura (<250°C) , visando a geração de energia e consequente redução, controle ou ajuste da temperatura de chegada na unidade de produção.

[078] Ainda, o sistema submarino de geração de energia elétrica 15 é aplicado em reservatórios produtores 1, especificamente zonas produtoras de gás natural (com ou sem presença de hidrocarbonetos condensáveis) com alta pressão (até 1500 bar) , alto indice de produtividade e concentrações de CO2 que podem variar de 0,1% a 85%; mais particularmente, entre 2% e 80%.

[079] Complementarmente, o sistema submarino de geração de energia elétrica 15 é aplicado em reservatórios de petróleo com alta pressão e alto CO2; particularmente, de 85% a 100% e que tenham baixo ou muito baixo percentual de aproveitamento de hidrocarbonetos. Nesse caso, o aproveitamento de parte da energia de pressão e cinética do fluido se concretiza pela passagem do fluido pelo sistema submarino de geração de energia elétrica 15 com a manutenção de uma pressão autógena à jusante desse sistema 15, que seja suficiente para reinjeção natural desse fluido (sem sistema de levantamento de pressão) ; por exemplo, em reservatórios de petróleo depletados 24, visando ao aumento da recuperação avançada de petróleo, ou simplesmente para armazenamento geológico do fluido rico em CO2, e/ou podendo ser reinjetado em aquíferos salinos 23 e cavernas de sal 22.

[080] Adicionalmente, os reservatórios produtores 1 apresentam uma pressão entre 100 bar a 1500 bar; mais preferencialmente, entre 200 bar e 700 bar.

[081] Em especial, o sistema submarino de geração de energia elétrica 15 recebe e distribui para os consumidores submarinos a energia elétrica gerada no topside de unidades estacionárias de produção 12 proveniente de geração convencional e/ou proveniente do aproveitamento da energia de pressão e cinética recuperada pelo uso conjunto de equipamentos rotativos 7 formado por turbinas ou conjuntos rotodinâmicos multiestágios de bombas operando em reverso 7, e/ou combinação destes, que tenham sido instalados à montante do primeiro separador do topside da UEP 16 para gerar energia elétrica .

[082] Em particular, o sistema submarino de geração de energia elétrica 15 recebe e distribui aos consumidores submarinos a energia elétrica gerada por outras fontes renováveis de geração elétrica, como por exemplo, eólica, solar e maremotriz.

Exemplo 1

[083] O exemplo 1 detalhado aqui se baseia em dados reais de uma aplicação prática do potencial de utilização da presente invenção.

[084] Particularmente, o exemplo 1 considerou o aproveitamento de parte da energia cinética e de pressão de 8 poços produtores, empregando um arranjo submarino de geração de energia elétrica descentralizada, conforme previamente descrito na concretização preferencial da Figura 5.

[085] Nesse exemplo 1, a geração de energia descentralizada pode ser concretizada, por exemplo, pelo uso de um conjunto de equipamentos rotativos (turbinas multiestágios , conjunto rotodinâmico de bombas multiestágios operando em reverso, ou combinação destes) , geradores, dispositivos de homogeneização/retif icação de fluxo ligados ao sistema de produção de cada poço produtor.

[086] Especialmente no exemplo 1, os sistemas submarinos de geração de energia elétrica 15 de cada poço produtor estão posicionados imediatamente após a árvore de natal, e o fluido que deixa a descarga do sistema submarino de geração de energia elétrica 15 é enviado diretamente para o topside da UEP. O fluido produzido pode conter entre 15% e 50% de CO2 e RGO (razão gás-óleo) de aproximadamente 300 Sm ³ /Sm ³ a 500 Sm ³ /Sm ³ . Adicionalmente, a distância média entre a árvore de natal de cada poço e o topside da UEP é de aproximadamente 3 km.

[087] A distribuição/ transmissão da energia elétrica gerada também pode ocorrer de forma direta por meio de cabos de potência 17 de pontos nas proximidades do sistema submarino de geração de energia elétrica 15, e/ou de forma centralizada, por meio da transmissão da energia proveniente do sistema submarino de geração de energia elétrica 15 via cabos de potência 17, por exemplo, para uma central de distribuição submarina 18.

[088] No exemplo 1 foi fixada uma vazão média por poço produtor de 7 milhões kg/dia (gás e liquido) e um diferencial de pressão aproveitável para geração de energia de aproximadamente 100 bar por poço produtor. Assim, considerando a recuperação de energia dos 8 poços produtores, a potência disponível total pode chegar a aproximadamente 10,8 MW. Dessa forma, considerando-se uma eficiência global de geração elétrica submarina na faixa de 90% a 20%, ter-se- ia uma disponibilidade de energia entre 9,7 MW a 2,2 MW de potência elétrica disponível para suprimento aos consumidores elétricos submarinos ou para transmissão.

[089] Adicionalmente, no exemplo 1, para efeito de comparação, também foi avaliada a utilização desse sistema à montante do primeiro separador de produção (topside da UEP) , utilizando um delta de pressão de 80 bar. Nesse caso, considerando-se a recuperação de energia em topside dos 8 poços produtores, a potência disponível total pode chegar a aproximadamente 18,7 MW, admitindo-se uma eficiência global de geração elétrica submarina na faixa de 90% a 20%. Assim, ter-se-ia uma disponibilidade de energia entre 16,8 MW a 3,7 MW de potência elétrica disponível para suprimento dos consumidores elétricos submarinos e/ou de topside.

Exemplo 2

[090] O exemplo 2 se baseia em dados reais de uma aplicação prática exemplif icativa da presente invenção para ilustrar o potencial de uso desta.

[091] Em particular, o exemplo 2 considerou o aproveitamento de parte da energia cinética e de pressão de 10 poços produtores através do emprego de um arranjo submarino do tipo central de geração de energia descentralizada, conforme descrito na Figura 5.

[092] Especificamente, no exemplo 2, a geração de energia descentralizada pode ser concretizada, por exemplo, pelo uso de um conjunto de equipamentos rotativos (turbinas multiestágios , conjunto rotodinâmicos de bombas multiestágios operando em reverso, ou combinação destes) , geradores, dispositivos de homogeneização/retif icação de fluxo ligados ao sistema de produção de cada poço produtor.

[093] Ademais, os sistemas submarinos de geração de energia elétrica 15 de cada poço produtor estão posicionados imediatamente após a árvore de natal, e sendo que o fluido que deixa a descarga do sistema submarino de geração de energia elétrica 15 é enviado diretamente para o topside da UEP. O fluido produzido pode conter entre 60% e 80% de CO2 e RGO (razão gás-óleo) de aproximadamente 2500 Sm ³ /Sm ³ a 3000 Sm ³ /Sm ³ . Adicionalmente, a distância média entre a árvore de natal de cada poço e o topside da UEP é de cerca de 2,5 km.

[094] A distribuição/ transmissão da energia gerada também pode ocorrer de forma direta por meio de cabos de potência 17 de pontos nas proximidades do sistema submarino de geração de energia elétrica 15, e/ou de forma centralizada, por meio da transmissão da energia proveniente do sistema submarino de geração de energia elétrica 15, via cabos de potência 17; por exemplo, para uma central de distribuição submarina 18.

[095] Nesse exemplo foram fixados uma vazão média por poço produtor de 10 milhões kg/dia (gás e liquido) e um diferencial de pressão aproveitável para geração de energia de aproximadamente 100 bar por poço produtor. Assim, considerando-se a recuperação de energia dos 10 poços produtores, a potência disponível total pode chegar a aproximadamente 16,2 MW. Dessa forma, para uma eficiência global de geração elétrica submarina na faixa de 90% a 20%, ter-se-ia uma disponibilidade de energia entre 14, 6 MW e 3,2 MW de potência elétrica disponível para suprimento aos consumidores elétricos submarinos, ou para transmissão.

[096] Complementarmente, para efeito de comparação, também foi avaliada a utilização desse sistema 15 à montante do primeiro separador de produção (topside da UEP 12) , considerando o mesmo delta de pressão de 100 bar por poço produtor. Nesse caso, para a recuperação de energia em topside dos 10 poços produtores, a potência disponível total pode chegar a aproximadamente 26, 6 MW, considerando uma eficiência global de geração elétrica submarina na faixa de 90% a 20%. Assim, ter-se-ia uma disponibilidade de energia entre 23,9 MW a 5,3 MW de potência elétrica disponível para suprimento dos consumidores elétricos submarinos e/ou de topside .

[097] O referido sistema e método da presente invenção, conforme descrito e detalhado a partir das Figuras 1 a 10, é capaz de potencializar a produção de campos de petróleo (zonas produtoras de óleo ou gás) ; por exemplo, com alto indice de produtividade, altas pressões (podendo o fluido produzido se encontrar em condições supercrí ticas , críticas ou subcrí ticas ) , altas RGOs e concentrações de CO2 variáveis.

[098] O sistema submarino para geração de energia elétrica, centralizada e não intermitente, aproveita uma fonte natural de energia. Assim, tem potencial para redução da emissão de CO2 equivalente por barril de óleo produzido.

[099] A invenção foi aqui descrita com referência sendo feita às suas concretizações preferidas. Deve, entretanto, ficar claro que a invenção não está limitada a essas concretizações, e aqueles com habilidades na técnica irão imediatamente perceber que alterações e substituições podem ser feitas dentro do escopo aqui descrito.