BRPI0210416B1 - método para recuperação de petróleo de um reservatório natural de petróleo, método de modificação de um processo de recuperação aumentada de petróleo, método de modificação de uma instalação de recuperação melhorada de petróleo, instalação para a recuperação melhorada de petróleo, instalação modificada para a recuperação melhorada de petróleo - Google Patents
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Abstract
"método para recuperação de petróleo de um reservatório natural de petróleo". método para recuperação de petróleo de um reservatório natural de petróleo que inclui as etapas de separar ar para produzir uma corrente rica em oxigênio e uma corrente rica em nitrogênio, proporcionar uma corrente de gás natural e alimentar pelo menos parte da corrente rica em oxigênio e da corrente de gás natural a uma instalação de liquefação química ou gtl ("gas-to-liquid") para produzir produtos hidrocarbonetos e calor. o calor produzido na instalação de liquefação química é utilizado para produzir energia para pressurizar o nitrogênio na corrente rica em nitrogênio para produzir uma corrente rica em nitrogênio pressurizada. a corrente rica em nitrogênio pressurizada é feita passar para um reservatório natural de petróleo para melhorar a recuperação de petróleo do reservatório.
Description
MÉTODO PARA RECUPERAÇÃO DE PETRÓLEO DE UM RESERVATÓRIO NATURAL DE PETRÓLEO, MÉTODO DE MODIFICAÇÃO DE UM PROCESSO DE RECUPERAÇÃO AUMENTADA DE PETRÓLEO, MÉTODO DE MODIFICAÇÃO DE UMA INSTALAÇÃO DE RECUPERAÇÃO MELHORADA DE PETRÓLEO, INSTALAÇÃO PARA A RECUPERAÇÃO MELHORADA DE PETRÓLEO, INSTALAÇÃO MODIFICADA PARA A RECUPERAÇÃO MELHORADA DE PETRÓLEO CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção refere-se à recuperação de petróleo de um reservatório natural de petróleo ou poço de petróleo. FUNDAMENTOS. DA. INVENÇÃO
Para fins da presente descrição, uma instalação de liquefação química ou GTL ("gas-to-líquid"} é uma instalação que converte uma corrente de oxigênio e uma corrente de gás natural em, princípalmente, produtos hidrocarbonetos e água e produz calor como subproduto. 0 petróleo bruto é recuperado de reservatórios de petróleo subterrâneos permitindo que a pressão no fundo do furo., que está naturalmente presente no reservatório, force o líquido para a superfície através de poços furados até ao reservatório. Contudo, quando esta pressão é insuficiente para forçar o petróleo para a superfície, utilizam-se técnicas de recuperação de petróleo melhorada para melhorar ou manter a produção de petróleo. A mais simples destas técnicas consiste em bombear água para o reservatório através de um sistema de injeção de modo a manter ou aumentar a pressão no campo de petróleo. Em alguns casos a injeção de água não é a técnica de melhoramento mais eficaz e a pressão é preferivelmente mantida utilizando um gás sob pressão. 0 gás natural é extensamente utilizado para a recuperação melhorada de petróleo. São exemplos de grandes campos de petróleo que utilizam injeção de gás natural o Fateh no Dubai, o Fahud em Oman, o Ekofisk da Noruega, o Hassi Messoud na Algéria e o Hawkins e o Yate nos EUA. Nestes campos de petróleo, o gás natural que é utilizado ou é o retirado do gás associado produzido com o petróleo ou é gas natural que e conduzido por condutas de um campo de gas natural que esteja a uma distância razoável do campo de petróleo. Na maioria dos casos, é necessária energia para a compressão do gás natural antes de este ser injetado no campo de petróleo subterrâneo para aumentar a recuperação de petróleo.
Outros gases que têm sido utilizados para a recuperação melhorada de petróleo são o nitrogênio e o dióxido de carbono. A maior injeção de nitrogênio é utilizada no campo de petróleo Cantarell do México. A patente US 5.388.645 descreve um processo para a produção de um gás contendo metano e uso de uma corrente enriquecida com oxigênio derivado do processo. 0 processo inclui separação fisica de uma mistura gasosa contendo ao menos cerca de 10% em volume de oxigênio em uma corrente pobre em oxigênio e uma corrente enriquecida de oxigênio, injeção da corrente pobre em oxigênio através de um poço de injeção em comunicação de fluido com a formação subterrânea, recuperando uma composição gasosa compreendendo metano a partir de um poço de produção em comunicação fluida com a formação subterrânea, e reação de ao menos uma porção da corrente enriquecida com oxigênio com uma corrente contendo ao menos um reagente oxidável. A patente US 5.566.755 descreve um método para recuperar metano a partir de uma formação subterrânea possuindo um poço de produção em comunicação de fluido com a formação e um poço de injeção em comunicação de fluido com a formação. 0 método inclui processar um fluido gasoso contendo nitrogênio e oxigênio através de um separador criogênico para obter um efluente pobre em oxigênio, injetar o efluente pobre em oxigênio na formação, suspender a injeção de efluente pobre em oxigênio na formação, e recuperar uma mistura gasosa contendo metano a partir da formação. A patente US 4.344.488 descreve um método e um aparelho para recuperação aumentada de um hidrocarboneto liquido a partir de formações subterrâneas. 0 método inclui a recuperação de uma mistura contendo dióxido de carbono e outros contaminantes compreendendo hidrocarboneto, sulfeto de hidrogênio ou misturas dos mesmos a partir de uma formação subterrânea, combustão da mistura para formar uma corrente concentrada de dióxido de carbono com menos de 10% de nitrogênio, oxigênio e óxidos de nitrogênio, hidrocarboneto, sulfeto de hidrogênio, monóxido de carbono ou misturas dos mesmos, e injeção de ao menos uma porção da corrente concentrada de dióxido de carbono em uma formação subterrânea para aumentar a recuperação de hidrocarboneto liquido. A patente GB 2117053 descreve um método de compensar uma redução abaixo da especificação em valor calorífico de combustível fornecido à câmara de combustão do gerador de gás de um gerador de gás de turbina ou à câmara de combustão de um motor a pistão. 0 método inclui fornecer ar da atmosfera ou oxigênio suficiente ou ar enriquecido com oxigênio para manter a saída de energia da turbina ou motor em níveis especificados. A patente US 4.434.613 descreve um aparelho para produzir um ou mais produtos quimicamente úteis. 0 aparelho inclui uma turbina a gás possuindo um compressor de gás e uma turbina de carga acionada por combustão de gases introduzidos em um combustor, o combustor recebendo gases, pelo menos parcialmente a partir do compressor, meios para fornecer combustível de hidrocarboneto ao combustor, meios para fornecer um excesso estequiométrico de oxidante ao combustor para efetuar completa combustão, meios para alimentar de volta ao menos algum gás de exaustão incluindo dióxido de carbono ao compressor a partir da turbina de carga, meios para desviar parcialmente a partir do compressor, o fluxo de retorno, e meios para remover dióxido de carbono do fluxo de retorno desviado. A patente ÜS 5.133.406 descreve um método para gerar ar pobre em oxigênio para injeção em uma camada subterrânea de carvão para aumentar a produção de metano. O método inclui a produção de fluidos compreendendo metano a partir da camada subterrânea de carvão através de um poço de produção, a entrada de ar e uma porção dos fluidos compreendendo metano em um sistema de energia de célula de combustível para geração de exaustão do sistema de energia de célula de combustível compreendendo ar pobre em oxigênio e a injeção da exaustão do sistema de energia de célula de combustível compreendendo ar pobre em oxigênio na camada subterrânea de carvão através de um poço de injeção. 0 principal problema associado à recuperação melhorada de petróleo utilizando gás natural, nitrogênio ou dióxido de carbono, é encontrar uma fonte economicamente viável de gás em volume suficiente. As correntes fontes de gás incluem gás de escape de centrais elétricas, gás de escape de fábricas de cimento e de fábricas de calcário, o gás subproduto de fábricas de produtos químicos e fertilizantes, por exemplo, fábricas de amoníaco, depósitos de gás de ocorrência natural, e semelhantes.
As fábricas de liquefação química (GTL) utilizam grandes quantidades de gás natural e grandes quantidades de oxigênio. 0 oxigênio é produzido em fábricas de separação de ar que produzem tanto oxigênio como nitrogênio. 0 nitrogênio não é necessário para o processo de liquefação química e é geralmente desperdiçado. Assim, uma fábrica GTL gera geralmente grandes quantidades de nitrogênio residual. As fábricas de liquefação química geram também grandes quantidades de excesso de calor ou energia que, em locais remotos, não tem mercado e, portanto não tem valor comercial. Por outro lado, quando se utiliza nitrogênio para recuperação melhorada de petróleo, o nitrogênio é normalmente produzido em grandes fábricas criogênicas de separação de ar que também produzem oxigênio. Estas fábricas consomem também grandes quantidades de energia. A invenção proporciona um método através do qual a tecnologia GTL utilizada para a liquefação química de combustíveis é estendida para suplementar a utilização de gás natural na recuperação melhorada de petróleo bruto. Proporciona um método através do qual pelo menos algum do gás natural utilizado na recuperação melhorada de petróleo é desviado para a produção de combustíveis GTL e o subproduto nitrogênio é utilizado para substituir o gás natural desviado. A invenção vai mais longe, utilizando a energia em excesso (acima e superior à necessária para a operação de uma fábrica de separação de ar) que é produzida no processo de liquefação química dos combustíveis, e que de outro modo seria desperdiçada num local remoto, para a compressão do nitrogênio para a recuperação melhorada de petróleo. 0 gás natural pode ser proveniente de uma fonte separada ou do reservatório natural de petróleo que está a ser melhorado. Se o gás natural tem como fonte o reservatório natural de petróleo que está a ser melhorado, pode ser necessário separar nitrogênio do gás natural antes da sua alimentação à instalação de conversão GTL. Este nitrogênio pode ser utilizado ou ventilado para a atmosfera.
De acordo com um primeiro aspecto da invenção, proporciona-se um método para recuperação de petróleo de um reservatório natural de petróleo, incluindo o método os passos de: - separar ar para produzir uma corrente rica em oxigênio e uma corrente rica em nitrogênio; - proporcionar uma corrente de gás natural e alimentar pelo menos parte da corrente rica em oxigênio e da corrente de gás natural a uma instalação de liquefação química ou GTL para produzir produtos hidrocarbonetos e calor; - utilizar o calor produzido na instalação de liquefação química para produzir energia para pressurizar o nitrogênio na corrente rica em nitrogênio para produzir uma corrente rica em nitrogênio pressurizada; e - fazer passar a corrente rica em nitrogênio pressurizada para um reservatório natural de petróleo para melhorar a recuperação de petróleo do reservatório. A energia será tipicamente energia elétrica. Em vez disso, pode ser na forma de vapor a alta pressão. 0 ar pode ser separado para produzir uma corrente rica em oxigênio contendo cerca de 0-25% de nitrogênio e uma corrente rica em nitrogênio contendo cerca de 0-5% de oxigênio. Preferivelmente, o ar será separado para produzir uma corrente rica em oxigênio contendo cerca de 0,5% de nitrogênio e uma corrente rica em nitrogênio contendo menos de cerca de 10 ppm de oxigênio para pressurização do reservatório de petróleo. O gás natural pode ser obtido de uma fonte separada tal como um campo de gás natural ou uma conduta de gás. Em vez disso, ou em adição, o gás natural pode ser obtido do reservatório natural de petróleo no qual se está a melhorar a recuperação de petróleo. Se o gás natural tiver como fonte o reservatório natural de petróleo, o nitrogênio pode ser separado do gás natural antes da alimentação do gás natural à instalação de liquefação química. 0 nitrogênio separado pode ser utilizado ou ventilado para a atmosfera.
De acordo com outro aspecto da invenção, proporciona-se um método de modificação de um processo de recuperação melhorada de petróleo do tipo em que um gás natural é alimentado a um reservatório natural de petróleo para melhorar a recuperação de petróleo, incluindo o método: - desviar pelo menos parte do gás natural para uma instalação de liquefação química (GTL) que está ligada a uma fábrica de separação de ar que produz uma corrente rica em oxigênio e uma corrente rica em nitrogênio; - alimentar a corrente rica em oxigênio à instalação de liquefaçao quxmxca; e - fazer passar ou injetar pelo menos parte da corrente rica em nitrogênio para o reservatório de petróleo para substituir o gás natural que foi desviado. 0 método pode incluir a utilização de pelo menos algum do calor produzido na instalação de liquefação química para gerar energia para aumentar a pressão da corrente rica em nitrogênio. 0 método tem a vantagem de que, embora parte da corrente de gás natural seja desviada, o volume do nitrogênio produzido pelo separador de ar é superior ao volume do gás natural desviado, de modo que fica disponível um maior volume de gás para a recuperação melhorada de petróleo. Isto resulta numa manutenção ou aumento da recuperação de petróleo do reservatório.
De acordo com outro aspecto da invenção, proporciona-se um método de modificação de uma instalação de recuperação melhorada de petróleo do tipo em que um gás natural é alimentado a um reservatório natural de petróleo, e que inclui pelo menos uma linha de alimentação de gás natural para a alimentação do gás natural ao reservatório, incluindo o método: - proporcionar uma instalação de liquefação química (GTL) e uma fábrica de separação de ar capaz de produzir uma corrente rica em oxigênio e uma corrente rica em nitrogênio, possuindo a fábrica de separação de ar uma saída de oxigênio e uma saída de nitrogênio, e ligar a saída de oxigênio à instalação de liquefação química de modo a que o oxigênio possa ser alimentado à instalação de liquefação química; - ligar a linha de alimentação de gás natural à instalação de liquefação química através de uma linha de escoamento de gás de modo a que pelo menos parte do gás natural possa ser desviado para a instalação de liquefação química; - proporcionar uma instalação de pressurização de nitrogênio e ligá-la à saída de nitrogênio da fábrica de separação de ar de modo a que o nitrogênio possa fluir para a instalação de pressurização para ser pressurizado; e - proporcionar uma linha de escoamento estendendo-se da instalação de pressurização para o reservatório natural de petróleo de modo a que o nitrogênio pressurizado possa fluir para o reservatório de petróleo. 0 método pode incluir proporcionar um conversor de energia e ligá-lo à instalação de pressurização de nitrogênio e à instalação de liquefação química de modo a que o calor gerado na instalação de liquefação química possa ser convertido em energia para a instalação de pressurização. 0 conversor de energia pode ser uma caldeira de calor residual. A caldeira gerará vapor a alta pressão que pode ser utilizado para acionar uma tgrbina de vapor acoplada a um gerador de potência elétrica ou a compressores de ar na fábrica de separação de ar. A instalação de recuperação melhorada de petróleo pode incluir uma instalação de pressurização de gás natural, e o método pode incluir a utilização da instalação de pressurização de gás natural para pressurizar o nitrogênio. 0 método pode assim incluir a modificação anterior da instalação de pressurização de gás natural.
De acordo com outro aspecto da invenção, proporciona-se um método de modificação de uma instalação de recuperação melhorada de petróleo do tipo em que um gás natural é alimentado a um reservatório natural de petróleo, e que inclui pelo menos uma linha de alimentação de gás natural e uma instalação de pressurização de gás natural para alimentação do gás natural ao reservatório, incluindo o método: - proporcionar uma instalação de liquefação química (GTL) e uma fábrica de separação de ar capaz de produzir uma corrente rica em oxigênio e uma corrente rica em nitrogênio, possuindo a fábrica de separação de ar uma saída de oxigênio e uma saída de nitrogênio, e ligar a saída de oxigênio à instalação de liquefação química de modo a que o oxigênio possa ser alimentado à instalação de liquefação química; - ligar a linha de alimentação de gás natural à instalação de liquefação química através de uma linha de escoamento de gás de modo a que pelo menos parte do gás natural possa ser desviado para a instalação de liquefação química; - ligar a instalação de pressurização de gás natural à saída de nitrogênio da fábrica de separação de ar de modo a que o nitrogênio possa escoar para a instalação de pressurização para ser pressurizado; e - proporcionar uma linha de escoamento estendendo-se da instalação de pressurização de nitrogênio ao reservatório natural de petróleo de modo a que o nitrogênio pressurizado possa escoar para o reservatório de petróleo. A instalação de pressurização de gás natural pode compreender compressores de gás natural e o método pode incluir a modificação dos de gás natural compressores para serviço com nitrogênio. 0 método pode incluir proporcionar um conversor de energia e ligá-lo à instalação de pressurização de nitrogênio e à instalação de liquefação química de modo a que o calor gerado na instalação de liquefação química possa ser convertido em energia para a instalação de pressurização. 0 conversor de energia pode ser uma caldeira de calor residual. A caldeira gerará vapor a alta pressão que pode ser utilizado para acionar uma turbina de vapor acoplada a um gerador de potência elétrica ou a compressores de ar na fábrica de separação de ar.
De acordo com outro aspecto da invenção, num método de recuperação de petróleo de um reservatório natural de petróleo em que nitrogênio pressurizado é bombeado para o reservatório natural de petróleo para melhorar a recuperação de petróleo do reservatório, sendo o nitrogênio produzido numa fábrica de separação de ar que produz uma corrente de oxigênio residual possuindo uma pureza de 70100% e uma corrente de nitrogênio de elevada pureza, é proporcionado o melhoramento de: - proporcionar uma corrente de gás natural e alimentar a corrente de gás natural juntamente com a corrente de oxigênio residual a uma instalação de liquefação química para produzir produtos hidrocarbonetos e calor; e - utilizar pelo menos algum do calor produzido na instalação de liquefação química para gerar energia para pressurizar a corrente de nitrogênio. A corrente de gás natural pode ser obtida do reservatório. A corrente de oxigênio pode ter uma pureza de 90-100%.
De acordo com outro aspecto da invenção, proporciona-se uma instalação para a produção de produtos de liquefação química (GTL) e recuperação melhorada de petróleo de um reservatório natural de petróleo, incluindo a instalação: - uma instalação de pressurização para aumentar a pressão de nitrogênio para a recuperação melhorada de petróleo; - uma fábrica de separação de ar capaz de produzir nitrogênio possuindo um teor de oxigênio inferior a 10 ppm; - uma fábrica de liquefação química; - linhas de escoamento dispostas para alimentar gás natural à fábrica de liquefação química e nitrogênio da fábrica de separação de ar à instalação de pressurização; e - um conversor de calor residual disposto para converter calor residual produzido na fábrica de liquefação química em energia e que está operativamente ligado à instalação de pressurização para proporcionar energia para alimentar a instalação de pressurização. 0 meio de conversão de calor residual incluirá tipicamente uma caldeira de calor residual que gera vapor a alta pressão que aciona uma turbina de vapor acoplada a um gerador de potência elétrica ou aos compressores de ar na fábrica de separação de ar.
De acordo com outro aspecto da invenção, proporciona-se uma instalação modificada para a produção de produtos de liquefação química (GTL) e recuperação melhorada de petróleo de um reservatório natural de petróleo, incluindo a instalação: - uma instalação de pressurização; - uma fábrica de separação de ar capaz de produzir nitrogênio possuindo um teor de oxigênio inferior a 10 ppm; - uma fábrica de liquefação química; - linhas de escoamento e válvulas de controlo dispostas para desviar pelo menos algum gás natural de um serviço de recuperação melhorada de petróleo com gás natural, para a fábrica de liquefação química e nitrogênio da fábrica de separação de ar para a instalação de pressurização; e - um conversor de calor residual disposto para converter calor residual produzido na fábrica de liquefação química em energia e que está operativamente ligado à instalação de pressurização, para proporcionar energia para alimentar a instalação de pressurização. 0 meio de conversão de calor residual incluirá tipicamente uma caldeira de calor residual que gera vapor a alta pressão que aciona uma turbina de vapor acoplada a um gerador de potência elétrica ou aos compressores de ar na fábrica de separação de ar.
Uma tal instalação seria assim uma modificação de uma instalação preexistente em que é utilizado gás natural para recuperação melhorada de petróleo. Pelo menos parte do gás natural seria desviado para a instalação GTL e o nitrogênio resultante seria utilizado para recuperação melhorada de petróleo.
De acordo com outro aspecto da invenção, num processo em que gás natural pressurizado é utilizado para a recuperação melhorada de petróleo, é proporcionado um método de substituição de pelo menos algum do gás natural por nitrogênio de modo a que o volume do nitrogênio seja de 1,5 a 2,5 vezes maior do que o de gás natural que substitui, incluindo o método: - desviar pelo menos parte do gás natural para uma instalação de liquefação química (GTL) que está ligada a uma fábrica de separação de ar que produz uma corrente rica em oxigênio e uma corrente rica em nitrogênio; - alimentar a corrente rica em oxigênio a uma instalação de liquefação química; e - fazer passar pelo menos parte da corrente rica em nitrogênio para o reservatório de petróleo para substituir o gás natural que foi desviado.
De acordo com outro aspecto da invenção, num processo em que gás natural pressurizado é passado para um reservatório natural de petróleo para a recuperação melhorada de petróleo, é proporcionado um método de redução do volume de gás natural necessário para a recuperação melhorada de petróleo em entre cerca de 20% e 60%, incluindo o método: - desviar pelo menos parte do gás natural para uma instalação de liquefação química (GTL) que está ligada a uma fábrica de separação de ar que produz uma corrente rica em oxigênio e uma corrente rica em nitrogênio; e - 1rFl7f*V HRFiSílriT Dpi Ο ΤΤΊΡΠΠ^ nartp Ha ΡΟΤ'Τ'ΡΤΊ+'Ρ ri Γ3 ΡΤΤΊ -L- d V-* JL. d KJ V*l. jL. V—» JL. V*/ XLL V*» Λ X d KJ d Li _L. w V-·" VA Li V-<* Vw/ JL. -L. X X V— V** JL- *1» V-* v-A V-*.X L L nitrogênio para o reservatório de petróleo para substituir o gás natural que foi desviado. A invenção proporciona assim um método para a recuperação melhorada de petróleo bruto de reservatórios subterrâneos de petróleo e mais particularmente, à utilização de tecnologia para a conversão de combustíveis por liquefação química (GTL) para melhorar a utilização de gás natural para a recuperação melhorada de petróleo bruto. A invenção descreve um método no qual gás natural, que se destina a recuperação melhorada de petróleo, é desviado para a produção de combustível líquido e uma fábrica de liquefação química é operada para produzir nitrogênio relativamente puro a alta pressão para utilização em recuperação melhorada de petróleo. A invenção proporciona também um método de utilização da energia em excesso que é produzida no processo de liquefação química de combustíveis, e que de outro modo seria desperdiçado num local remoto, para a compressão de nitrogênio para recuperação melhorada de petróleo e para operação numa fábrica de separação de ar. A invenção liga assim um processo de liquefação química e um processo de recuperação melhorada de petróleo de uma maneira sinergética.
As necessidades de oxigênio de uma fábrica de produção de combustíveis liquefeitos utilizando gás natural, são bem conhecidas dos familiarizados na arte. 0 oxigênio é utilizado como um oxidante num processo de reformação de metano para aumentar a temperatura do gás natural e mistura de vapor para a produção de gás de síntese. 0 gás de síntese e utilizado para o fabrico de hidrocarbonetos líquidos sintéticos e ceras num processo de reação de Fischer-Tropsch do tipo descrito em US5.520.890. Os produtos sintéticos são convertidos em combustíveis líquidos para veículos motorizados num processo de hidrocraqueamento subseqüente. A separação do oxigênio necessário para o processo de liquefação química a partir de ar, produz nitrogênio como subproduto. 0 volume de nitrogênio produzido é cerca de 2,34 vezes o volume de gás natural utilizado. Portanto, desviando gás natural para uma fábrica de liquefação química e utilizando o nitrogênio produzido no processo de separação, aumenta-se efetivamente o volume de gás disponível para a recuperação melhorada de petróleo e, ao mesmo tempo, gera-se energia em excesso para a compressão do nitrogênio.
Assim, através do fornecimento de gás natural a uma fábrica de liquefação química e da utilização de nitrogênio residual para a recuperação melhorada de petróleo, as necessidades globais de gás natural para a recuperação melhorada de petróleo serão reduzidas para aproximadamente 43% das que existiam antes, ou o gás disponível para a recuperação melhorada de petróleo será aumentado em aproximadamente 234%. Trocando o volume de nitrogênio e gás natural, o efeito será de que a fábrica de liquefação química terá um custo de matéria prima de gás natural negativo. A viabilidade econômica de uma fábrica de liquefação química convencional por si só tem impedido geralmente a sua aplicação a acrescentar valor ao gás natural, mesmo quando as localizações remotas reduzem os custos de matéria prima de gás natural a custos de produção de $0,50 por Gigajoule (ou milhão de BTU). Um custo de matérias primas negativo para uma fábrica de liquefação química irá melhorar significativamente a viabilidade econômica da tecnologia de liquefação química ao mesmo tempo que suportando a recuperação melhorada de petróleo.
A invenção é agora descrita, a título de exemplo, com referência aos desenhos diagramáticos anexos, nos quais: BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS A Figura 1 é um diagrama esquemático de um processo para a recuperação melhorada de petróleo utilizando gás natural; A Figura 2 é um diagrama esquemático de um processo para a recuperação melhorada de petróleo utilizando nitrogênio; A Figura 3 é um diagrama esquemático de um processo de liquefação quimica; A Figura 4 é um diagrama esquemático do processo da invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Com referência aos desenhos, a Figura 1 representa um processo para a recuperação melhorada de petróleo utilizando gás natural comprimido. 0 diagrama mostra esquematicamente uma linha de escoamento de gás natural 12, uma central elétrica 14, um compressor 16 e um campo de petróleo 18. A central elétrica 14 proporciona energia ao compressor 16, como representado esquematicamente pela seta 20, e o gás natural é alimentado ao compressor 16 através da linha de escoamento 12. O gás natural comprimido é então conduzido por conduta através da linha de escoamento 22 do compressor 16 para o campo de petróleo 18 onde é utilizado para melhorar a produção de petróleo bruto no campo de petróleo 18, como representado esquematicamente pela seta 24. O gás natural é comprimido para 105 bar abs. (1525 psia) no compressor 16 antes de ser conduzido por conduta para o campo de petróleo 18. A central elétrica 14 é uma central a gás que utiliza 37,8 milhões de metros cúbicos padrão por dia (1336 MMscfd) de gás natural e consome 394 megawatt (528 000 hp) de potência elétrica para acionar o compressor 16.
Ao longo de uma vida de projeto de quinze anos, estima-se que esta operação produz gás natural comprimido a aproximadamente $70 por 1000 metros cúbicos ($2 por Mscf) e custa aproximadamente $13 milhões no total. Pode ser possivel obter gás natural do campo de petróleo 18 uma vez completa a produção melhorada. Este beneficio podería ser utilizado para reduzir os custos globais. A Figura 2 representa um processo para a recuperação melhorada de petróleo utilizando nitrogênio comprimido, e utilizaram-se os mesmos números para indicar as mesmas características ou características semelhantes dos processos das Figuras 2 e 1. 0 processo da Figura 2 difere do processo da Figura 1 por se utilizar nitrogênio comprimido em vez de gás natural comprimido no processo de recuperação melhorada de petróleo. 0 processo da Figura 2 difere também do processo da Figura 1 por a linha de escoamento 12 de gás natural alimentar gás natural à central elétrica 14 para produzir potência para o compressor 16 e uma linha de alimentação de ar 30 alimentar ar a uma fábrica de separação de ar 32 que produz nitrogênio que é alimentado através de uma linha de alimentação 34 ao compressor 16. 0 nitrogênio é comprimido até uma pressão de 105 bar abs. (1525 psia) . Uma corrente de oxigênio residual 40 é ventilada para a atmosfera. A energia para a fábrica de separação de ar 32 é também proporcionada pela central elétrica 14, tal como representado esquematicamente pela seta 26. O volume de nitrogênio necessário é de 34 milhões de metros cúbicos padrão por dia (1200 MMscfd) e são necessários 343 megawatt (500 500 hp) de potência elétrica para acionar o compressor 16 e a fábrica de separação de ar 32.
Ao longo de uma vida de projeto de quinze anos, estima-se que esta operação produz nitrogênio comprimido a aproximadamente $18 por 1000 metros cúbicos ($0,5 por Mscf) e custa aproximadamente $3 milhões no total. A Figura 3 representa uma instalação convencional de liquefação química. Novamente, utilizaram-se os mesmo números para indicar características iguais ou semelhantes dos processos representados nas Figuras 1, 2 e 3.
No processo de liquefação química representado na Figura 3, oxigênio é alimentado a partir da fábrica de separação de ar 32 através da linha de alimentação 40, a uma fábrica de liquefação química 42. 0 gás natural é agora alimentado à fábrica de liquefação química 42 através da linha de escoamento 12 com um caudal de 14,8 milhões de metros cúbicos padrão por dia (523 MMscfd). O oxigênio e o gás natural são convertidos numa corrente de combustível líquido de 9500 metros cúbicos por dia (60 000 bpd) como representado esquematicamente pela seta 44. A fábrica de separação de ar 32 produz uma corrente de nitrogênio gasoso residual 46 de 35 milhões de metros cúbicos padrão por dia (1234 MMscfd) e a fábrica de liquefação química 42 produz um excesso de energia como representado esquematicamente pela seta 48. A corrente de nitrogênio 46 é ventilada para a atmosfera. As necessidades energéticas de aproximadamente 200 megawatt (268 000 hp) para acionar o separador de ar 32 são proporcionadas na forma de vapor pela fábrica de liquefação química 42 como representado esquematicamente pela seta 26. A potência de vapor em excesso 48 de aproximadamente 270 megawatt (362 000 hp) não tem valor comercial em localizações remotas.
Ao longo de uma vida de projeto de quinze anos, estima-se que esta operação produz produtos de diesel e nafta que recuperar o investimento, ou ligeiramente melhor, a preços do petróleo de $15-$20 por barril. A Figura 4 representa o processo da invenção e novamente se utilizaram os mesmo números para indicar características iguais ou semelhantes dos processos apresentados nas Figuras 1, 2, 3 e 4.
No processo representado na Figura 4, a corrente de nitrogênio 34 que, nesta concretização é de 34 milhões de metros cúbicos padrão por dia (1 200 Mmscfd), é alimentada ao compressor 16 e é proporcionada energia (como representado esquematicamente pela seta 20) pela fábrica de liquefação química 42 para acionar o compressor 16 para produzir nitrogênio comprimido que é conduzido por conduta através da linha de escoamento 22 para o campo de petróleo 18 para recuperação melhorada de petróleo. É novamente proporcionada energia à fábrica de separação de ar através da instalação de liquefação química tal como representado pela seta 26. A fábrica de separação de ar 32 fornece as necessidades de 34 milhões de metros cúbicos padrão por dia (1200 MMscfd) de nitrogênio para recuperação melhorada de petróleo e a fábrica de liquefação química fornece os aproximadamente 200 megawatt (268 000 hp) necessários para alimentar a fábrica de separação de ar 32.
Em resultado, as necessidades energéticas totais normais de 373 megawatt (500 500 hp) que são necessárias para comprimir nitrogênio para 105 bar abs. (1515 psia) são reduzidas para 17 5 megawatt (234 500 hp) devido à energia utilizada para operar a fábrica de separação de ar 32 ser proporcionada pela fábrica de liquefação química 42. A energia produzida em excesso na fábrica de liquefação química fornece 270 megawatt (362 000 hp) ao compressor 16. O processo da invenção requer, portanto apenas 14,8 milhões de metros cúbicos padrão por dia (523 MMscfd) de gás natural, que é 39% da quantidade de gás natural utilizado no processo apresentado na Figura 1.
Num exemplo não limitante do processo da invenção, gás natural (cerca de 490 toneladas por hora) é alimentado a uma fábrica de liquefação química de 9 500 metros cúbicos por dia (60 000 barris por dia). Ar (cerca de 2540 toneladas por hora) é alimentado a uma fábrica de separação de ar que produz 558 toneladas de oxigênio por hora e 1978 toneladas de nitrogênio por hora. O oxigênio (cerca de 558 toneladas por hora) é alimentado à fábrica de liquefação química para produzir um gás de síntese. 0 gás de síntese é alimentado a uma unidade de Fischer-Tropsch e a um hidro-cracker a jusante para produzir cerca de 9 500 metros cúbicos por dia (60 000 barris) de diesel e nafta por dia (cerca de 237 e cerca de 66 toneladas por hora, respectivamente). O nitrogênio (cerca de 1978 toneladas por hora) é comprimido no compressor e bombeado para o campo de petróleo para recuperação melhorada de petróleo.
Como será evidente para um perito na arte da recuperação melhorada de petróleo com nitrogênio, o fornecimento de nitrogênio no volume descrito acima, pode aumentar reversos recuperáveis em 2-3- bilhões de barris. A uma taxa nominal de $15 por barril, isto se eleva a um valor de produção de petróleo bruto aumentada total de aproximadamente $40 bilhões. Uma fábrica de liquefação química de 9 500 metros cúbicos por dia (60 000 barris por dia) custará cerca de $2 bilhões. Os custos de capital adicionais associados à injeção de nitrogênio dependerão largamente da distância entre a fábrica de liquefação química e o campo de petróleo, mas poderão tipicamente adicionar mais $0,5 bilhões - $1,0 bilhão ao custo de capital total. A $15 por barril para o preço do petróleo, a fábrica GTL poderá recuperar o investimento, deixando os custos das condutas fora da produção aumentada de petróleo bruto de $40 bilhões.
Quando a produção melhorada de petróleo é já deficiente utilizando gás natural, a fábrica de liquefação química distribuirá cerca de 1978 toneladas por hora de nitrogênio ao campo de petróleo e permitirá obter cerca de 490 toneladas por hora de gás natural. Em termos de volumes, a fábrica de liquefação química distribuirá cerca de 1 456 000 metros cúbicos normais por hora de nitrogênio ao campo de petróleo e permitirá obter cerca de 618 000 metros cúbicos normais por hora de gás natural. Assumindo que o operador do campo de petróleo e o operador da liquefação química pagam ambos o mesmo preço de gás natural (em termos de volumes) para o nitrogênio e o gás natural, o operador da liquefação química atingirá um custo de matéria prima negativo: (1.456.000 - 618.000) x preço do gás = 1,36 x preço do gás 618.000 Com preços típicos de gás natural remoto de cerca de $0,5 por Gigajoule, os custos de matérias-primas e uma fábrica de liquefação química são de cerca de $5 por barril do produto final. Vendendo o nitrogênio ao mesmo preço do gás natural remoto em termos de volume, a fábrica de liquefação química resultará num crédito de cerca de $7 por barril de produto de liquefação química. Portanto, um projeto de GTL que normalmente atingiría uma posição de recuperação de investimento a $15 por barril aumentaria os seus lucros em aproximadamente $2 bilhões ao longo de uma vida de projeto de 15 anos.
Em resumo, a invenção revela um processo que explora uma sinergia até agora não explorada onde o gás natural pode ser, ou é, utilizado para melhorar a recuperação de petróleo de reservatórios subterrâneos de petróleo. Em vez de utilizar o gás natural para a recuperação melhorada de petróleo, o gás natural é processado numa fábrica de liquefação química (GTL) para produzir combustíveis de hidrocarbonetos líquidos. Δ fábrica GTL utiliza oxigênio puro na produção dos combustíveis hidrocarbonetos líquidos. O oxigênio puro é produzido numa fábrica de separação de ar que também produz nitrogênio substancialmente puro. A fábrica GTL produz também excesso de energia. O excesso de energia é utilizado para comprimir o nitrogênio, substituindo assim o gás natural, para utilização na recuperação melhorada de petróleo. A invenção tem aplicação onde quer que haja disponível gás natural para a recuperação melhorada de petróleo de um reservatório subterrâneo de petróleo e onde a pressurização do reservatório de petróleo seja necessária através de injeção de gás para a cobertura de gás do reservatório. A invenção mostra como três tecnologias independentes e diferentes podem ser combinadas e mostra a sinergia produzida quando são combinadas.
REIVINDICAÇÕES
Claims (16)
1. Método para recuperação de petróleo de um reservatório natural de petróleo (18), caracterizado por o método incluir as etapas de: - separar ar para produzir uma corrente rica em oxigênio (40) e uma corrente rica em nitrogênio (34); - proporcionar uma corrente de gás natural (12) e alimentar pelo menos parte da corrente rica em oxigênio (40) e da corrente de gás natural (12) a uma instalação de liquefação química ou GTL (42) ("gas-to-liquid") para produzir produtos hidrocarbonetos (44) e calor (20); - utilizar o calor (20) produzido na instalação de liquefação química (42) para produzir energia para pressurizar o nitrogênio na corrente rica em nitrogênio (34) para produzir uma corrente rica em nitrogênio pressurizada (22); e - fazer passar a corrente rica em nitrogênio pressurizada (22) para um reservatório natural de petróleo (18) para melhorar a recuperação de petróleo do reservatório.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a energia (2 6) estar numa forma selecionada entre energia elétrica e vapor a alta pressão.
3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou a reivindicação 2, caracterizado por o ar ser separado para produzir uma corrente rica em oxigênio (40) contendo cerca de 0-25% de nitrogênio e uma corrente rica em nitrogênio (34) contendo cerca de 0-5% de oxigênio.
4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a corrente rica em nitrogênio (34) conter menos de cerca de 10 ppm de oxigênio.
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a corrente de gás natural (12) ser fornecida a partir do reservatório natural de petróleo (18).
6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por se separar nitrogênio da corrente de gás natural (12) antes da alimentação da corrente de gás natural (12) à instalação de liquefação química (42) .
7. Método de modificação de um processo de recuperação melhorada de petróleo do tipo em que uma corrente de gás natural (22) é alimentada a um reservatório natural de petróleo para melhorar a recuperação de petróleo, caracterizado por o método incluir: - desviar pelo menos parte da corrente de gás natural (12) para uma instalação de liquefação química (GTL) (42) que está ligada a uma fábrica de separação de ar (32) que produz uma corrente rica em oxigênio (40) e uma corrente rica em nitrogênio (34); - alimentar a corrente rica em oxigênio (40) à instalação de liquefação química (42); e - fazer passar pelo menos parte da corrente rica em nitrogênio (22) para o reservatório de petróleo (18) para substituir o gás natural que foi desviado.
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por incluir a utilização de pelo menos algum do calor produzido na instalação de liquefação química (42) para gerar energia para aumentar a pressão da corrente rica em nitrogênio (22) .
9. Método de modificação de uma instalação de recuperação melhorada de petróleo do tipo em que uma corrente de gás natural (22) é alimentada a um reservatório natural de petróleo (18) , e que inclui pelo menos uma linha de alimentação de gás natural (12) para a alimentação do gás natural ao reservatório (12), caracterizado por o método incluir: - proporcionar uma instalação de liquefação química (GTL) (42) e uma fábrica de separação de ar (32) capaz de produzir uma corrente rica em oxigênio (40) e uma corrente rica em nitrogênio (34), a fábrica de separação de ar (32) possuindo uma saída de oxigênio e uma saída de nitrogênio, e ligar a saída de oxigênio à instalação de liquefação química (42) de modo a que o oxigênio possa ser alimentado à instalação de liquefação química (42); - ligar a linha de alimentação de gás natural (12) à instalação de liquefação química (42) através de uma linha de escoamento de gás de modo a que pelo menos parte do gás natural possa ser desviado para a instalação de liquefação química (42); - proporcionar uma instalação de pressurização de nitrogênio (16) e ligá-la à saída de nitrogênio da fábrica de separação de ar (32) de modo a que o nitrogênio possa fluir para a instalação de pressurização (16) para ser pressurizado; e - proporcionar uma linha de escoamento estendendo-se da instalação de pressurização de nitrogênio (16) para o reservatório natural de petróleo (18) de modo a que o nitrogênio pressurizado (22) possa fluir para o reservatório de petróleo (18).
10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por proporcionar um conversor de energia e ligá-lo à instalação de pressurização de nitrogênio (16) e à instalação de liquefação química (42) de modo a que o calor gerado na instalação de liquefação química possa ser convertido em energia (28) para a instalação de pressurização.
11. Método de acordo com a reivindicação 9 onde a instalação de recuperação melhorada de petróleo inclui uma instalação de pressurização de gás natural, caracterizado por o método incluir: - ligar a instalação de pressurização de gás natural à saída de nitrogênio da fábrica de separação de ar de modo a que o nitrogênio possa escoar para a instalação de pressurização para ser pressurizado.
12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por a instalação de pressurização compreender pelo menos um compressor de gás natural e em que o método inclui a modificação do compressor para serviço com nitrogênio.
13. Método de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado por proporcionar um conversor de energia e ligá-lo à instalação de pressurização de nitrogênio (16) e à instalação de liquefação química (42) de modo a que o calor gerado na instalação de liquefação química (42) possa ser convertido em energia (20) para a instalação de pressurização (16).
14. Instalação para a recuperação melhorada de petróleo a partir de um reservatório natural de petróleo (28) para a produção de produtos de liquefação química (GTL), caracterizado por incluir: - uma instalação de pressurização (16) para aumentar a pressão de nitrogênio para a recuperação melhorada de petróleo; - uma fábrica de separação de ar (32) capaz de produzir nitrogênio possuindo um teor de oxigênio inferior a 10 ppm; - uma fábrica de liquefação química (42); - linhas de escoamento dispostas para alimentar gás natural à fábrica de liquefação química (42) e nitrogênio da fábrica de separação de ar à instalação de pressurização (16) ; e - um conversor de calor residual disposto para converter calor residual produzido na fábrica de liquefação química (42) em energia (20) e que está operativamente ligado à instalação de pressurização (16) para proporcionar energia para alimentar a instalação de pressurização (16).
15. Instalação de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por o conversor de calor residual ser uma caldeira de calor residual que gera vapor a alta pressão.
16. Instalação modificada para a recuperação melhorada de petróleo e produção de produtos de liquefação química (GTL) e recuperação melhorada de petróleo de um reservatório natural de petróleo (18), caracterizado por incluir: - uma instalação de pressurização (16); - uma fábrica de separação de ar (32) capaz de produzir nitrogênio possuindo um teor de oxigênio inferior a 10 ppm; - uma fábrica de liquefação química (42); - linhas de escoamento e válvulas de controlo dispostas para desviar pelo menos algum gás natural de um serviço de recuperação melhorada de petróleo com gás natural, para a fábrica de liquefação química (42) e nitrogênio da fábrica de separação de ar (32) para a instalação de pressurização (16); e- um conversor de calor residual disposto para converter calor residual produzido na fábrica de liquefação química (42) em energia e que está operativamente ligado à instalação de pressurização (36), para proporcionar energia para alimentar a instalação de pressurização.
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