HIDROCARBONETOS”

Campo da Invenção

[001] A presente invenção trata de um arranjo ou sistema submarino no qual as linhas que interligam os poços produtores a uma determinada UEP (unidade estacionária de produção) sejam dispostas de modo a permitir que um determinado grupo de poços produtores esteja interligado, ao mesmo tempo, a mais de uma UEP, por meio de configurações distintas. A solução proposta pode ser aplicada em campos marítimos de produção de óleo e gás compostos por (ou com previsão de) mais de uma UEP, com previsão de injeção de água e/ou gás, em reservatórios carbonáticos ou não. Com isso, são previstas vantagens no caso de paradas programas ou imprevistas (" shutdowns ") de uma das UEPs, além uma melhor distribuição da produção total dos poços, e ainda a aplicação de estratégias mais abrangentes de combate a hidratos e outras intercorrências de garantia de escoamento.

Descrição do Estado da Técnica

[002] Nos grandes campos offshore de produção de óleo e gás cada UEP é dotada de capacidades limitadas de tratamento de óleo, de líquidos e de gás produzidos do reservatório. Uma vez que a injeção de água é praticada em grande parte dos sistemas de produção como método de recuperação secundária de óleo, em um dado momento a capacidade total de tratamento dos líquidos produzidos (óleo e água) para a UEP pode ser atingida ("topada"). Essa limitação de uma UEP em relação à capacidade de tratamento de líquidos pode resultar na restrição ou mesmo no fechamento de alguns poços interligados a ela, com a consequente redução da produção, conforme cresça a fração de água produzida. O mesmo problema pode ocorrer caso a capacidade máxima de tratamento de gás seja atingida em sistemas com reinjeção desse fluido como método de recuperação e/ou descarte, provocando semelhante limitação, ou redução na produção efetiva de óleo daqueles sistemas. [003] De um modo geral, cada sistema de produção offshore de hidrocarbonetos consiste em um conjunto de poços produtores e injetores interligados através de linhas e equipamentos submarinos a um sistema de produção, capaz de processar e exportar o óleo e o gás por meio de oleodutos, gasodutos ou navios aliviadores, conforme mostrado na Figura 1. Em sistemas mais complexos o suprimento de energia elétrica e/ou a injeção de gás ou água pode eventualmente vir de unidades vizinhas. A produção de um dado poço, no entanto, é tipicamente destinada a uma única UEP por meio de suas linhas submarinas.

[004] Já se encontram instalados em campos de produção no Brasil e no exterior sistemas de coleta do tipo circuito de produção (anel de coleta, production loop, ou production ring ), interligados, no entanto, a uma única UEP, conforme ilustrado na Figura 2. Como exemplos, citam-se os sistemas de produção de Na Kika, no Golfo do México, operado pela empresa Shell, e de Kaombo, em Angola, operado pela empresa Total.

[005] Também são numerosos os casos de sistemas submarinos de separação e bombeio, os quais destinam os fluidos novamente a uma única UEP. Como exemplos, têm-se o Sistema de Separação Água-Óleo (SSAO) em Marlim, operado pela Petrobras e o Sistema de Separação Vertical Gás/Líquido (Gas/Liquid Vertical Separation System) do campo de PazFlor, operado pela empresa Total.

[006] O documento “SPE-131621-MS - Application of Integrated Production and Reservoir Modeling to Optimize Deepwater Development” revela um estudo em que uma Força Tarefa de Execução de Inovação (EBTF), examinou numerosas arquiteturas de desenvolvimento, na qual a análise dessas arquiteturas concluiu que um desenvolvimento totalmente submarino de "tie-bacK' proporciona uma maior economia e flexibilidade em resposta à variação de recursos do que os conceitos que incluíam outra FPSO. Aponta igualmente o conceito desenvolvido pelo EBTF, que consiste em um sistema de fluxo contínuo em circuito fechado conectado a ambas as FPSOs existentes, fornecendo o melhor escoamento e flexibilidade operacional.

[007] O documento “How Does Subsea Processing Work? - Rigzone" revela que o processamento submarino pode abranger uma série de processos diferentes para ajudar a reduzir o custo e a complexidade do desenvolvimento de um campo offshore. Os principais tipos de processamento submarino incluem remoção e reinjeção ou descarte de água submarina, reforço monofásico e multifásico de fluidos de poços, separação de areia e sólidos, separação e reforço de gás/líquido e tratamento e compressão de gás. Com a economia de espaço em instalações de produção offshore, a separação de água, areia e gás pode ser realizada em águas submarinas. A separação submarina reduz a quantidade de produção transferida do fundo do mar para a superfície, aumentando a capacidade de processamento. Além disso, ao separar componentes indesejados da produção no fundo do mar, as linhas de fluxo e risers não levam esses componentes para a UEP apenas para direcioná-los de volta ao fundo do mar para reinjeção.

[008] O documento “R-Block Development, North Sea Centraf’ revela que o redirecionamento de fluxo para diferentes unidades de produção forma uma teia complexa, o que é algo incorporado ao Estado da Técnica. Assim, é importante ressaltar que existem dezenas de unidades flutuantes de produção no mundo e os mapas atualizados de seus layouts de produção submarina não são de fácil acesso.

[009] A presente invenção propõe o uso de um ou mais sistemas de separação submarina associados a um ou mais poços e a duas ou mais UEPs, de modo que isso possibilite separar e recombinar as frações de água, gás e óleo em duas correntes, a serem integralmente elevadas por risers até as unidades de superfície, com composições otimizadas conforme a capacidade de processamento de cada UEP, conforme pode ser visto na Figura 3. Dessa forma, o sistema submarino destina a uma UEP "topada" em líquido (isto é, utilizando completamente sua capacidade de processamento) um fluxo com maior proporção de óleo. A segunda UEP, ociosa quanto à capacidade de tratamento de líquidos, recebe uma composição com maior proporção de água. O mesmo raciocínio pode ser aplicado em relação ao gás, caso seja esta a variável determinante das capacidades num dado momento.

[0010] A presente invenção também propõe o uso de uma configuração de um circuito de produção, tal como anel de coleta, production loop, ou production ring, simples ou composto, interligando-se em cada extremidade a uma UEP diferente, para fins de otimização da distribuição da produção e garantia de escoamento. Essa solução pode apresentar três arranjos distintos, conforme mostrado nas Figuras 4, 5 e 6. Os trechos pontilhados indicam diferentes possibilidades de interligação entre os dois circuitos de UEPs distintas

[0011] Esta invenção trata, ainda, de uma combinação do primeiro e do segundo casos na elaboração de uma nova solução, com a interligação de diversos poços a mais de uma UEP e a aplicação do sistema de separação submarina com elevação dos fluidos também a diferentes UEPs, conforme ilustrado na Figura 7.

[0012] Nenhum documento do estado da técnica revela um arranjo integrado, onde cada módulo (composto por UEP, sistema submarino e poços) poderá interagir com os demais vizinhos, tal como este da presente invenção, explorando oportunidades de aumento ou antecipação da produção e reduzindo deficiências ou carências de módulos já implantados e em fase madura de produção. Além disso, a invenção permite uma abordagem de longo prazo para a explotação do campo em sua fase madura, antecipando análises e facilidades para projetos de revitalização ou adensamento de malha.

[0013] No caso de previsão ou existência de mais de uma UEP em um dado campo, propõe-se um arranjo onde as linhas submarinas que interligam os poços a cada UEP sejam dispostas de modo a permitir que um determinado grupo de poços produtores esteja interligado, ao mesmo tempo, a mais de uma UEP, por meio de configurações distintas, conforme as descritas nas Figuras 4, 5, 6, e 7. Essa condição pode oferecer vantagens no caso de paradas programas ou imprevistas (" shutdowns") de uma das UEPs, além de melhorar a distribuição da produção total dos poços, permitindo também a aplicação de estratégias mais abrangentes de combate a hidratos e outras intercorrências relativas à garantia de escoamento.

[0014] Além disso, a solução proposta prevê a existência de sistemas submarinos de separação óleo-água-gás interligados a esses circuitos de produção. Tais sistemas de separação podem fazer a reinjeção da água, caso existam condições favoráveis no âmbito de reservatório, ou então elevar integralmente através de risers as correntes resultantes da separação submarina em combinações mais adequadas às capacidades livres de cada UEP. Cabe ressaltar que em reservatórios carbonáticos como os tipicamente encontrados no polo do Pré-Sal da Bacia de Santos (mas não limitados a esta região petrolífera), a reinjeção de água produzida é um fator crítico, pois pode provocar perda de injetividade nos poços destinados a receber esse fluido. No caso da separação do gás produzido, sua reinjeção no reservatório por meio de sistemas submarinos nem sempre é viável tecnicamente (dadas as pressões e vazões requeridas) ou atrativa economicamente, demandando a necessidade de elevação desta corrente separada para as UEPs associadas ao sistema de produção.

Descrição Resumida da Invenção

[0015] A presente invenção trata de um arranjo submarino no qual as linhas que interligam os poços produtores a uma determinada UEP (unidade estacionária de produção) sejam dispostas de modo a permitir que um determinado grupo de poços produtores esteja interligado, ao mesmo tempo, a mais de uma UEP, por meio de configurações distintas. Uma delas consiste na aplicação de um ou mais sistemas de separação submarina associados a um ou mais poços e a duas ou mais UEPs, de modo que isso possibilite separar e recombinar as frações de água, gás e óleo em duas correntes, a serem integralmente elevadas por risers até as unidades de superfície, com composições otimizadas conforme a capacidade de processamento de cada UEP. A segunda configuração consiste em utilizar um ou mais circuitos de produção, tal como anel de coleta, production loop, ou production ring, simples ou compostos, interligando-se cada extremidade a uma UEP diferente, para fins de otimização da produção de óleo e gás, destinando-se os fluidos produzidos a esta ou aquela UEP, conforme gerenciamento ativo e resposta a paradas, shutdowns e demais intercorrências.

[0016] A terceira configuração proposta consiste na combinação dos arranjos citados acima na elaboração de uma nova solução, mediante a interligação de diversos poços a mais de uma UEP e a aplicação do sistema de separação submarina com elevação dos fluidos também a diferentes UEPs.

Breve Descrição dos Desenhos

[0017] A presente invenção será descrita com mais detalhes a seguir, com referência às figuras em anexo que, de uma forma esquemática e não limitativa do escopo inventivo, representam exemplos de realização desta. Por motivo de simplificação, os poços injetores, linhas de injeção, linhas de exportação, umbilicais de controle e outros detalhes não foram representados nas figuras a seguir. Nos desenhos, têm-se:

- A Figura 1 ilustrando um sistema submarino convencional de produção composto pela Unidade Estacionária de Produção (1), com as linhas submarinas (3) interligadas a poços satélites (4);

- A Figura 2 ilustrando um sistema submarino com circuito de produção composto pela Unidade Estacionária de Produção (1), com poços (4) interligados às linhas submarinas (3) dispostas na forma de anéis de coleta;

- A Figura 3 ilustrando um sistema de separação submarina com recombinação e elevação total dos fluidos de produção, composto por uma primeira UEP (1) interligada a uma segunda UEP (2), através do sistema separador (6), por meio das linhas submarinas (3), que adicionalmente também interligam os poços (4) e (5); - A Figura 4 ilustrando uma interligação entre circuitos de produção de unidades diferentes (Possibilidade 1);

- A Figura 5 ilustrando uma interligação entre circuitos de produção de unidades diferentes (Possibilidade 2);

- A Figura 6 ilustrando uma interligação entre circuitos de produção de unidades diferentes, através de uma “linha-tronco” de coleta, visando ao direcionamento otimizado dos fluxos de produção sob a ótica económica (Possibilidade 3). Essa mesma possibilidade foi apresentada no trabalho técnico “SPE-131621-MS - Application of Integrated Production and Resen/oir Modeling to Optimize Deepwater Development” (2010), porém visando à aplicação em processos de prevenção e mitigação de hidratos e outras intercorrências na garantia de escoamento de longos tie-backs;

- A Figura 7 ilustrando uma aplicação conjunta das configurações mencionadas na presente invenção, com a interligação de diversos poços a mais de uma UEP e a aplicação do sistema de separação submarina (6) com elevação dos fluidos também a diferentes UEPs;

- A Figura 8 ilustrando um comparativo entre curvas de produção no caso da simulação de uma das inovações propostas pela presente invenção, conforme será detalhado mais adiante.

Descrição Detalhada da Invenção

[0018] A presente invenção trata de um arranjo para aplicar um ou mais sistemas de separação submarina associados a um ou mais poços (4) (5) e a duas UEPs (1) (2) ou mais, de modo a separar e recombinar as frações de água, gás e óleo em duas correntes, a serem integralmente elevadas por risers até as unidades de superfície, com composições otimizadas de acordo com a capacidade de processamento de cada UEP, conforme ilustrado na Figura 3. Assim, o sistema submarino destina a uma UEP (1) "topada” em líquido um fluido com maior proporção de óleo. A segunda UEP (2), ociosa quanto à capacidade de tratamento de líquidos, recebe uma composição com maior proporção de água. O mesmo raciocínio pode ser aplicado em relação ao gás, caso seja esta a variável determinante das capacidades num dado momento. [0019] A presente invenção também propõe utilizar a configuração de um circuito de produção, tal como anel de coleta, production loop, ou production ring, simples ou composto, interligando cada extremidade a uma UEP diferente. Essa solução pode apresentar três arranjos distintos, conforme ilustrado nas Figuras 4, 5 e 6. Os trechos pontilhados indicam diferentes possibilidades de interligação entre os dois circuitos de UEPs distintas.

[0020] Esta invenção consiste, ainda, na combinação dos arranjos citados acima na elaboração de uma nova solução, mediante a interligação de diversos poços a mais de uma UEP e a aplicação do sistema de separação submarina com elevação dos fluidos também a diferentes UEPs, conforme ilustrado na Figura 7.

[0021] A Figura 4 apresenta um arranjo no qual há uma interligação entre dois circuitos de produção de UEPs diferentes, compreendendo uma primeira UEP (1) com suas linhas submarinas (3) interligadas aos seus poços produtores (4) e uma segunda UEP (2) com suas linhas submarinas (3) interligadas aos seus poços produtores (4). As UEPs (1) e (2) se intercomunicam por meio das linhas de interligação (7), caracterizando um sistema composto de anéis de coleta ou loop de produção.

[0022] A Figura 5 mostra uma interligação entre dois circuitos de produção de UEPs diferentes, compreendendo uma primeira UEP (1) com suas linhas submarinas (3) interligadas aos seus poços produtores (4) e uma segunda UEP (2) com suas linhas submarinas (3) interligadas aos seus poços produtores (4). As UEPs (1) e (2) se intercomunicam por meio de uma linha de interligação (7), [0023] Na Figura 6 _T é mostrado mais um arranjo possível, no qual ocorre a interligação de dois circuitos de produção de UEPs diferentes compreendendo uma primeira UEP (1) com suas linhas submarinas (3) interligadas aos seus poços produtores (4) e uma segunda UEP (2) com suas linhas submarinas (3) interligadas aos seus poços produtores (4). As UEPs (1) e (2) se intercomunicam por meio de uma linha de interligação (7), caracterizando um sistema simples de anéis de coleta ou loop de produção.

[0024] Como se pode ser observado na Figura 7, a combinação das configurações mencionadas acima resulta em um arranjo com duas ou mais UEPs interligadas através de circuitos de linhas submarinas, permitindo o redirecionamento da produção, otimizando assim a produção de óleo e gás. No arranjo apresentado nesta figura, as UEPs (1) e (2) estão interligadas a poços satélites (4), os quais produzem unicamente para a UEP à qual se conectam. Um novo conjunto de poços (10) é, então, interligado de maneira distinta às duas UEPs (1) e (2), sob a forma de uma “linha-tronco” de coleta. Um sistema de separação submarina (6) recebe parte ou a totalidade da produção dos poços ligados a esta “linha-tronco”, direcionando as frações separadas (com diferentes proporções de óleo, gás e água) para as UEPs (1), (2), (8) e (9). As UEPs (8) e (9), por sua vez, também podem contar com poços satélites dedicados; ou seja, interligados somente às suas respectivas UEPs. Novos poços (11) podem ser diretamente interligados ao sistema de separação submarina, de acordo com sua capacidade de processamento de fluidos total. Por motivos de simplificação, somente poços de produção e linhas de produção são apresentados na Figura 7.

[0025] Foram realizadas simulações computacionais representando duas situações distintas. Em uma delas, duas UEPs produziam volumes independentes através de sistemas de produção não conectados. Na segunda situação, interligou-se um poço com alta fração de água produzida a um sistema separador (6), destinando-se uma corrente rica em óleo para a UEP (1) "topada" em água e uma corrente rica em água para a UEP (2) "não-topada" em água, conforme mostrado na Figura 3, mas somente com um poço (4). Esse artifício permitiu a liberação de capacidade produtiva da primeira UEP, o que aumentou a participação de outros poços. O resultado final da simulação apresentou uma antecipação da curva de produção plurianual, com aumento do valor presente da curva de produção de óleo. A Figura 8 mostra esse resultado, destacando o "período 1 ", quando há um aumento na produção de óleo (curva Sep SUB comparada à curva Base), e o "período 2", quando há um decréscimo em comparação com o caso base.

[0026] Essa antecipação representa um aumento no valor económico do projeto, tão mais quantos forem os poços produtores atendidos pela inovação proposta. Além disso, o conjunto de inovações apresentado facilita a implantação de poços complementares futuros, contribuindo neste caso para o real aumento do fator de recuperação de um campo.

[0027] O uso combinado entre os componentes da invenção propicia a obtenção de vantagens económicas e de produtividade. O sistema separador permite a recombinação das frações óleo, água e gás em proporções adequadas para se otimizar o uso das capacidades de cada UEP. A interligação de duas ou mais UEPs através de circuitos de linhas submarinas possibilita o redirecionamento da produção, de maneira a otimizar o resultado do campo, aproveitando ociosidades de algumas plantas de processamento e liberando capacidades em outras. Do mesmo modo, será possível a aplicação de novas estratégias de garantia de escoamento, a serem definidas conforme a configuração adotada.

[0028] A solução proposta na presente invenção apresenta as seguintes vantagens:

- Liberação da capacidade de produção de óleo para UEPs "topadas" em líquidos ou em gás, quando da existência de uma UEP vizinha ociosa no mesmo fluido (gás ou líquidos totais);

- Redirecionamento parcial da produção de poços cuja UEP entre em parada programada, ou mesmo por shutdown não previsto;

- Adoção de novas estratégias no combate à formação de hidratos, circulação de fluidos, e nas demais intercorrências de garantia de escoamento;

- Uniformização dos fluidos produzidos por diversos poços interligados, distribuindo um "blend" mais favorável às UEPs presentes no campo; [0029] Além disso, a aplicação das soluções pode ser feita de forma modular, permitindo ou facilitando a implantação de projetos complementares e do tipo "revitalização".

[0030] Deve ser notado que, apesar de a presente invenção ter sido descrita com relação aos desenhos em anexo, esta poderá sofrer modificações e adaptações pelos técnicos versados no assunto, dependendo da situação específica, mas desde que dentro do escopo inventivo aqui definido.