BR0108926B1

BR0108926B1 - método para determinar uma propriedade de escoamento de um fluido que passa através de um conduto, e, método para proporcionar capacitáncias corrigidas usando um sensor de capacitáncia anular para determinar uma propriedade dielétrica de um fluido em um conduto.

Info

Publication number: BR0108926B1
Application number: BRPI0108926-9A
Authority: BR
Inventors: Mark Christopher Hease; Der Spek Alexander Michael Van
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2012-12-11
Also published as: EP1259781B1; BR0108926A; NO20024144L; WO2001065212A1; EP1259781A1; US20030020493A1; CA2401849A1; MXPA02008639A; US6915703B2; NO20024144D0; AU4067601A; CA2401849C; RU2258921C2; OA12143A; AU2001240676B2

Description

"MÉTODO PARA DETERMINAR UMA PROPRIEDADE DE ESCOAMENTO DE UM FLUIDO QUE PASSA ATRAVÉS DE UM CONDUTO, E, MÉTODO PARA PROPORCIONAR CAPACITÂNCIAS CORRIGIDAS USANDO UM SENSOR DE CAPACITÂNCIA ANULAR PARA DETERMINAR UMA PROPRIEDADE DIELÉTRICA DE UM

FLUIDO EM UM CONDUTO"

A presente invenção refere-se à determinação de uma

propriedade de um fluido em um conduto usando um medidor de capacitância.

Os medidores de capacitância são usados na técnica para medir uma propriedade dielétrica de um fluido. Muitas vezes, baseado sobre uma ou mais medições de uma propriedade dielétrica, outra propriedade do

fluido pode ser determinada.

Uma aplicação específica de medidos de capacitância reside

na obtenção de uma representação pictórica de uma propriedade de um fluido

através de uma seção transversal do conduto, por exemplo a constante

dielétrica ou a distribuição espacial de um componente específico de um

fluido com múltiplos componentes. No relatório descritivo a palavra

"imagem" é usada para se referir a uma representação pictórica deste tipo.

UM fluido com múltiplos componentes é um fluido compreendendo mais de

um componente, por exemplo um fluido de poço produzido de uma formação

subterrânea, cujo fluido de poço pode compreender óleo de hidrocarboneto,

água, e/ou gás natural.

Método que proporcionam uma imagem do fluido baseado

sobre medições de capacitância usando um medidor de capacitância são

freqüentemente designadas de uma tomografia de capacitância. Bem

conhecidos da técnica são os métodos para calcular uma imagem a partir das

capacitâncias medidas pelo medidor de capacitância, por exemplo retro-

projeção linear na qual a imagem é calculada por uma série de operações lineares sobre as capacitâncias.

Um medidor de capacitância para tomografia de capacitância é apresentado no relatório de patente EP com a publicação n° 0 326 266 BI. O medidor de capacitância conhecido compreende um sensor de capacitância anular disposto em torno de um conduto. O sensor de capacitância compreende oito eletrodos sensores, que são distribuídos em torno da circunferência do conduto. As capacitâncias entre quaisquer dois únicos eletrodos sensores são medidas, em que cada medição de capacitância amostra constante dielétrica média no espaço s sondado pelos respectivos eletrodos. A partir das medições uma imagem consistindo de K pixéis pode ser construída, na qual um pixel representa um valor médio da constante dielétrica em um elemento espacial discreto na seção transversal, os dados de pixel. Uma imagem deste tipo pode ser transformada em uma imagem de concentração ou uma imagem de densidade. Se o fluido está fluindo através do conduto, é com freqüência

altamente desejável obter medições de uma propriedade de fluência além de uma imagem. Em uma publicação por R. Thorn & outros, em Flow Means. Instrum., vol. 1, de outubro de 1990, pp 259-268, foi exposto, como um perfil de velocidade de fluxo do fluido pode ser obtido. Para este fim, o medidor de capacitância compreende dois sensores de capacitância anulares localizados a montante e a jusante ao longo do conduto. Usando cada sensor de capacitância anular, as imagens Pa e Pd são determinadas repetidamente durante um intervalo de tempo. O perfil de velocidade de fluência é determinado a partir de correlações cruzadas de dados de pixel PU)k de imagens determinadas durante o intervalo de tempo no sensor a montante com dados de pixel Pd,i determinados durante o intervalo de tempo no sensor a jusante. A correlação cruzada de dados de pixel, na forma de números representando por exemplo densidade, pode ser descrita por ιΓ

(pu,k*pd,m=- IPdj(S)PuMt - s^ds

o

na qual:

k, 1 são números inteiros, nos quais 1 < k, 1 < K e K é o número de pixéis em uma imagem;

(Pu, k* Pd,.) (t) é a correlação cruzada de dados de pixel em um tempo selecionado t;

PU)k (t-s) é o número associado com o pixel k de uma imagem provida pelo sensor a montante no tempo (t-s);

Pd,i(s) é o numero associado com o pixel 1 de uma imagem provida pelo sensor a jusante no tempo s; e T é a duração de uma janela de tempo de correlação durante o

intervalo de tempo.

Observe-se que esta e outras equações neste relatório descritivo relacionadas com cálculos de correlação cruzada são escritas em forma integral; será todavia, evidente aqueles versados na técnica como calcular correlações cruzadas usando medições discretas.

O método descrito na publicação é designado de tomografia de capacitância de correlação cruzada. Se o fluido é um fluído com múltiplos componentes, outras propriedades de escoamento tais como débito volumétrico ou débito mássico de um componente específico podem ser determinados a partir de uma imagem de concentração ou densidade e um perfil de velocidade de fluxo.

Existe, todavia, um numero de problemas associado com os medidores de fluxo por capacitância, que tem até hoje dificultado sua aplicação prática em um ambiente industrial. Por exemplo requisitos específicos para aplicações na indústria petrolífera, onde o fluxo de um fluido com múltiplos componentes deve ser monitorado, ainda não foi satisfeito. Um requisito relaciona-se com a velocidade de operação. Para tomografia de capacitância com correlação cruzada, o processamento de grandes quantidades de dados é exigido.

Considere-se o caso em que tanto os sensores de capacitância a montante como a jusante contém N eletrodos sensores. Nos sensores conhecidos N é tipicamente da ordem de 8 a 12. Um conjunto de dados completo de capacitâncias medido entre todos os pares de eletrodos sensores individuais, em um único sensor de capacitância anular consistem de da ordem de N2 capacitâncias medidas (mais exatamente N(N-l)/2 capacitâncias). A partir deste conjunto de dados uma imagem é calculada consistindo em da ordem de (N2)2 = N4 pixéis. Para determinar um perfil de velocidade de fluxo completo, um grande número de imagens necessita ser determinado durante um intervalo de tempo em ambos os sensores de capacitância, e todas as possíveis correlações cruzadas entre dados de pixel de cada plano de imagem tem de ser calculadas. Esta tarefa requer então da

o

ordem de N operações de correlação cruzada. Isto apresenta um imerso desafio computacional exigindo dispositivos de processamento de dados de alto desempenho, p.ex.dispositivos para fins especiais tal como um processador paralelo. Assim, na ausência de um método muito mais eficiente para processar os dados, a necessidade por dispositivos de processamento de dados de alto desempenho impedirá a aplicação prática em um ambiente industrial.

O relatório descritivo da patente US n2 5.396.806 apresenta um método e aparelho para determinar o débito mássico de um componente em uma mistura semifluida de dois componentes. O débito mássico é determinado como o produto de fração volumétrica do componente e velocidade de fluxo total. A fração volumétrica é derivada da capacitância da mistura, cuja capacitância é medida usando um único sensor de capacitância anular compreendendo um número de eletrodos. Medições utilizando diferentes pares de eletrodos são mediadas de modo a reduzir os efeitos de não uniformidade dos padrões de fluxo. A velocidade de fluxo é derivada de medições triboelétrica, por correlação cruzada de sinais medidos por uma sonda triboelétrica a montante e a jusante.

Constitui um dos objetivos da presente invenção proporcionar um método eficiente e medidor de capacitância para determinar uma propriedade de vazão de um fluido passando através de um conduto utilizando um fluxímetro de capacitância.

Uma base da presente invenção é a compreensão adquirida pela requerente, de que a eficiência de determinar um perfil de velocidade de vazão é fortemente determinada pelo número de cálculos de correlação cruzada que são necessários na tomografia de capacitância de correlação cruzada.

Verificou-se agora que e como uma considerável redução do número de cálculos de correlação cruzada comparada com os métodos conhecidos pode ser realizada.

De acordo com um aspecto da presente invenção é apresentado um método para determinar uma propriedade de escoamento de um fluido passando através de um conduto munido de um medidor de capacitância compreendendo um sensor de capacitância anular, em que o sensor de capacitância anular compreende pelo menos três eletrodos sensores, cujos eletrodos sensores são distribuídos em torno da circunferência do conduto, o método compreendendo as etapas de:

(a) selecionar, para o sensor de capacitância anular, um conjunto de capacitores de medição, em que um capacitor de medição é formado por dois eletrodos de medição, e em que um eletrodo de medição consiste quer de um único eletrodo sensor quer de pelo menos dois eletrodos sensores interligados;

(b) medir uma capacitância de cada capacitor de medição; de que o sensor de capacitância anular forma um sensor de capacitância anular a montante, e pelo fato do medidor de capacitância compreende ainda um sensor de capacitância anular a jusante provido de pelo menos três eletrodos sensores, cujos eletrodos sensores são dispostos em torno da circunferência do conduto, em que o método compreende ainda as etapas de:

(c) selecionar, ara o sensor de capacitância anular a jusante, um conjunto de capacitores de medição;

(d) medir em vários momentos durante um intervalo de tempo uma capacitância de cada capacitor de medição de cada sensor de

capacitância anular;

(e) determinar correlações cruzadas entre capacitâncias medidas durante o intervalo de tempo no sensor de capacitância anular a montante e capacitâncias medidas durante o intervalo de tempo no sensor de

capacitância anular a jusante; e

(f) determinar a propriedade de escoamento a partir das correlações cruzadas.

Neste método de acordo com a presente invenção primeiras correlações cruzadas entre capacitâncias medidas em um sensor a montante e capacitâncias medidas em um sensor a jusante durante um intervalo de tempo são calculadas e a propriedade de escoamento (p.ex., um perfil de velocidade de escoamento) é subseqüentemente determinado a partir destas correlações cruzadas. Se para a determinação de propriedade de escoamento correlações cruzadas entre dados de pixel são necessárias, estas correlações cruzadas podem ser determinadas por operação linear sobre as correlações cruzadas entre capacitâncias, na qual uso é feito de um método de cálculo de imagem linear. Conseqüentemente, para determinar o perfil de velocidade de escoamento completo, somente da ordem de (N2)2 = N4 correlações cruzadas necessitam ser determinadas, mais exatamente do que N8 correlações cruzadas como no método conhecido por Thorn & outro. Uma vez que o cálculo de correlações cruzadas constitui de longe a etapa de processamento mais consumidora de tempo, este aspecto da presente invenção resulta em um enorme aperfeiçoamento de eficiência de processamento e uma velocidade de operação muito aumentada.

Para completar, referência é feita ao livro Imaging Industrial Flows: Applications of Electric Process Tomography por A. Plaskowski, M.S. Beck, R. Thorn & T. Dyakowski, IOP Publishing, 1995. Com referência a futuros desenvolvimentos na formação de imagens de velocidade de fluência, na página 197 do livro a seguinte declaração imprecisa é feita: Ά pesquisa básica será focalizada sobre: Considerar os méritos relativos de correlação cruzada de dados de vista tomográfica às vezes sucedida por reconstrução, comparada com correlação cruzada de dados de pixel de imagem reconstruídos.'. Todavia, o livro não revela como isto pode ser realizado na prática.

Outrossim é observado, que existem muitos outros métodos conhecidos para determinar uma propriedade de escoamento, e em relação à presente invenção um método deste tipo é exposto em detalhe. Referência é feita ao relatório descritivo da patente US ne 4. 228.353, cuja publicação refere-se a métodos para determinar um débito mássico de um fluido. Todavia, estes métodos confiam sobre tomografia de raio-X de correlação cruzada, em contraste com a presente invenção na qual um medidor de capacitância é usado Os métodos conforme descritos na publicação de patente USA compreende a determinação de imagens de densidade e perfis de velocidade de escoamento.

Na tomografia a raios X, uma intensidade de raios-X transmitida é medida ao longo de vários trajetos de raio bem definidos. A primeira etapa de processamento dos métodos de acordo com a publicação de patente USAA é calcular uma densidade média ao longo de um trajeto de raios a partir da intensidade de raios X transmitida medida. Para a subseqüente determinação de um perfil de velocidade de escoamento, dois métodos são considerados:

(i) primeiro calcular imagens de densidade a partir das densidades médias, sucedida por correlação cruzada de dados de pixel; e

(ii) primeiro calcular correlações cruzadas de densidades médias, que são usadas no cálculo de correlações cruzadas de dados de pixel;

Por conseguinte ambos os métodos diferem do método da presente invenção.

A presente invenção refere-se ainda a calibrar um medidor de capacitância. Um método de calibração útil aperfeiçoará a robustez de operar um medidor de capacitância na prática. Sob condições operacionais, influências ambientais atuam sobre o sensor de capacitância anular e podem influenciar as medições; exemplos de tais influências ambientais são variações de temperatura, variações de pressão, forças externas, variações na disposição de eletrodos, deposição de materiais sobre os eletrodos ou no espaço sondado pelo sensor de capacitância anular. Medições de capacitância, em particular para tomografia de capacitância de correlação cruzada, tem de ser efetuada com precisão suficiente para proporcionar dados úteis. Por conseguinte, um método é necessário que permita corrigir influencias ambientais por uma calibração eficiente do medidor de capacitância. Verificou-se agora que e como uma relação entre capacitâncias medidas por um sensor de capacitância anular pode ser utilizada em um novo método para corrigir capacitâncias medidas.

Se o conduto dentro de um sensor de capacitância anular é enchido com um fluido de calibração tendo uma propriedade dielétrica conhecida, p.ex. tendo a constante dielétrica ε, então as capacitâncias de calibração podem ser medidas entre pares de eletrodos sensores do sensor de capacitância anular. Se as medições de calibração são repetidas após algum tempo utilizando um fluido de calibração dotado da mesma propriedade dielétrica, em geral uma alteração nas capacitâncias de calibração medidas será observada, devido às influências ambientais.

Durante a operação normal de um sensor de capacitância anular, todavia, será enchido com um fluido de teste dotado de uma propriedade dielétrica desconhecida, e a finalidade do sensor de capacitância é determinar a propriedade dielétrica desconhecida medindo as capacitâncias de teste. Por conseguinte, será evidente que um método para corrigir as capacitâncias de teste medidas é necessário de maneira a compensar o efeito de influências ambientais.

Assim, outrossim é proporcionado um novo método para proporcionar capacitâncias corrigidas usando um sensor de capacitância anular para determinar uma propriedade dielétrica de um fluido de teste em um conduto, cujo sensor de capacitância compreende pelo menos quatro eletrodos sensores distribuídos em torno da circunferência do conduto, o método compreendendo as etapas de:

- encher o conduto com o fluido de teste;

- selecionar um conjunto de capacitores de medição, em que um capacitor de medição é formado por dois eletrodos de medição, e em que

um eletrodo de medição consiste quer de um único eletrodos sensor quer de pelo menos dois eletrodos sensores interligados;

- medir uma capacitância de teste de cada capacitor de

medição;

em que o método compreende ainda as etapas de: - interromper a medição em determinados momentos no

tempo;

- encher o conduto com um fluido de calibração tendo uma propriedade dielétrica conhecida;

- selecionar um conjunto de capacitores de calibração, em que um capacitor de calibração é formado por dois eletrodos de calibração, e em que um eletrodo de calibração consiste quer de um único eletrodo sensor quer de pelo menos dois eletrodos sensores interligados;

- medir uma capacitância de calibração de cada capacitor de

calibração; e

- determinar capacitâncias corrigidas a partir das capacitâncias de teste e as capacitâncias de calibração utilizando uma relação entre as capacitâncias de calibração e a propriedade elétrica conhecida do fluido de calibração.

Referência é feita ao artigo por D.G. Lampard & R.D. Cutkosky em Proc. Instr. of Electrical Engineeers part C vol. 196C. The Institute of Electrical Engineers, Monograph n2 351 M, Jan. 1960. Neste artigo, um teorema em eletrostática é exposto, que a seguir será designado de teorema de Thompson-Lampard.

O teorema de Thompson-Lampard refere-se a um casco cilíndrico condutivo, que é subdividido em quatro eletrodos mutuamente isolados por estreitos entreferros paralelos ao eixo geométrico do casco cilíndrico. Se o casco cilíndrico é enchido com um material dotado de uma constante dielétrica conhecida ε. a seguinte relação se mantém:

e-uC\ls + e-nC2ls = 1

na qual

Ci é a capacitância por comprimento unitário de um capacitor formado por dois eletrodos não vizinhos;

C2 é a capacitância por comprimento unitário de um capacitor formado pelos dois eletrodos remanescentes; e

ε é a constante dielétrica, que para um material homogêneo é o produto da constante dielétrica do vácuo ε0, e uma constante dielétrica relativa εΓ que é uma propriedade do material. O teorema Thompson-Lampard proporciona uma relação entre a propriedade dielétrica conhecida de um material, p.ex. um fluido de calibração, e as capacitâncias de calibração medidas. O teorema de Thompson-Lampard desse modo proporciona a base para o método da presente invenção para proporcionar capacitâncias corrigidas para um fluido de teste. Na prática, uma modificação do teorema de Thompson-Lampard pode ser necessária, para compensar fatores específicos da situação prática, p.ex. dimensões de entreferros de eletrodos, a presença de outros materiais dielétricos além do fluido de calibração, tal como a parede de um conduite, na vizinhança dos eletrodos sensores.

Por exemplo, uma forma genérica do teorema de Thompson-

Lampard é

-TiCiIs + -nC2lε ^0f

na qual a constante c é igual a 1 sob circunstâncias ideais porém pode se desviar de 1 em uma situação prática. O desvio da condição ideal pode em parte ser causado pela disposição de eletrodos em um sensor de capacitância anular prático (p.ex. dimensão dos intervalos entre eletrodos, comprimento dos eletrodos, a presença de eletrodos guarda, blindagens elétrica ou materiais dielétricos na vizinhança dos eletrodos, e em parte por influências ambientais. Se necessário, desvios devido à disposição de eletrodos podem ser estimados, ou justificados pela comparação com medições nas quais outras influências ambientais foram excluídas, p.ex. medições de calibração de fábrica.

A presente invenção passa a ser descrita a seguir a título de exemplo em maior detalhe em conjunção com os desenhos, nos quais: A figura 1 mostra esquematicamente uma vista lateral de um

conduto munido de um medidor de capacitância compreendendo dois sensores de capacitância anulares de acordo com a presente invenção; e A figura 2 mostra, em uma escala diferente daquela da figura 1, de forma esquemática uma seção transversal do conduto da figura 1 tomada ao longo da linha 1-1.

Referência passa a ser feita a seguir às figuras 1 e 2. O conduto 1 é provido de sensores de capacitância anular a montante e a jusante, 2a e 2b, separados pela distância L. Cada sensor de capacitância anular neste exemplo compreende oito eletrodos, lia,...., 18a e 1 lb,....,18b„ que são uniformemente distribuídos em torno da circunferência do conduto 1.

A operação normal do medidor de capacitância de correlação cruzada conforme esquematicamente representada nas figs. 1 e 2, passa a ser descrita a seguir, na qual um fluido com múltiplos componentes está passando através do conduto 1 na direção da seta 20.

Inicialmente, um conjunto de capacitores de medição é selecionado. Neste exemplo, um capacitor de medição é formado por um par de eletrodos sensores individuais, e todos 8*(8-l)/2—28 possíveis pares de eletrodos sensores individuais no sensor a montante são selecionados, isto é, os pares (11a, 12a); (11a, 13a);...: (11a, 18a); (12a, 13a);...; (12a, 18a);...; (17a, 18a), assim como todos 28 pares de eletrodos sensores individuais no sensor a jusante, isto é, os pares (11b, 12b); (11b, 13b);....,; (11b, 18b); (12b, 13b);...; (12b, 18b);...; 17b, 18b). Desta maneira, um eletrodo sensor individual forma parte de um número de capacitores de medição.

A seguir, um intervalo de tempo é selecionado, e a capacitância de cada um dos capacitores de medição selecionados é medida em diferentes momentos durante o intervalo de temo. Cada medição de capacitância está sondando as propriedades dielétricas do fluido que está fluindo naquele momento no espaço sondado pelo respectivo par de eletrodos. P.ex., a capacitância do par (11a, 12a) é medida em vários momentos no tempo durante o intervalo. Pode ser desejável medir mais de uma capacitância no mesmo momento no tempo, por exemplo a capacitância de todos os capacitores de medição que inclui um eletrodo sensor específico tal como (11a, 12a); (11a, 13a); (11a, 14a);....; (1 la, 18a),

As capacitâncias medidas no sensor a montante em um determinado tempo são designadas por Cu>i (t'), e as capacitâncias medidas no sensor a jusante são designadas por Cdj(t'); (ij = 1,—> 28; e t' é um tempo no intervalo de tempo), em que i e j se referem ao respectivo par de eletrodos nos sensores a montante e a jusante.

A seguir, correlações cruzadas entre capacitâncias medidas durante o intervalo de tempo no sensor a montante, e as capacitâncias medidas durante o intervalo de tempo no sensor a jusante são determinadas. Para este fim uma janela de tempo da duração T no intervalo de tempo é selecionada, e a seguir a correlação cruzada entre as capacitâncias é calculada usando;

ir

(Cu,i*Cdj)(0 = - \CdJ{s)Cuj{t - s)ds

0

na qual

(Cu,i*Cdj)(t) é a correlação cruzada entre capacitâncias em um

tempo selecionado t;

s e (t - s) designam tempos no intervalo de tempo, e os outros símbolos tem o mesmo significado conforme dado previamente.

As correlações cruzadas de capacitância formam a base para determinar uma propriedade de fluência do fluido. Além disso, as capacitâncias medidas podem ser usadas para calcular uma imagem. Para este fim um método linear para calcular a imagem tal como um retro projeção linear é usada. Em conseqüência, dados de pixel Pu>k e Pd,i (k,l= 1,...., K) para imagens providas pelo sensor a montante e a jusante são calculadas a partir das capacitâncias CUji e Cdj (ij=l,..., 28), respectivamente, por operações lineares que podem ser expressas pelas seguintes equações:

I=I 28

Pdjin=^bijCdJin

J=1

na qual

k,l = l.....Κ;

aki são elementos de uma matriz de coeficiente independente de tempo para calcular dados pixel a partir de capacitâncias no sensor a montante; e

bij são elementos de uma matriz de coeficiente independente de tempo para calcular dados de pixel a partir de capacitâncias no sensor a jusante.

Ainda de acordo com a presente invenção, as correlações cruzadas de dados de pixel são calculadas a partir de correlações cruzadas de capacitâncias medidas, nas quais a linearidade dos cálculos de dados de pixel é utilizada;

T

(Pu9k*PdjX0 = ^ ΪPdJ(S)Pu,k(t - S)ds

o

2^28 28 = ~ í TbljCdj(S) YuCLkiCli^t -s)ds

1 Oj=I I=1

2 28 28 T

= - Σ Tbljaki \Cdj{s)Cuj(t-s)ds 1 j=Ii=I 0

então 28 28

(pu,k*pd,ixo= Σ Σν*ί (c«,/*c</j>«

y=i/=i

Assim, após calcular 28*28=784 correlações cruzadas de todos os pares de capacitâncias medidos nos sensores a montante e a jusante, todas correlações cruzadas de dados de pixel podem ser calculadas a partir das mesmas por operações lineares.

Utilizando correlações cruzadas de dados de pixel, várias

propriedades de fluência de um fluido podem ser determinadas. Por exemplo, um perfil de velocidade de fluxo pode ser determinado. Para determinar um perfil de velocidade de fluxo, tempos de trânsito de fluido Tkl (T) entre pixéis de imagem Puk no sensor a montante e Pdjl no sensor a jusante são determinados encontrando a máxima da correlação cruzada entre os respectivos dados de pixel em função do tempo.

τΜ(Τ)= Max (Pu,k* Pd,D(^T) OZtZTvasx

na qual

Tmax é a duração de janela de tempo máxima para correlação de tempo e os outros símbolos tem o mesmo significado como previamente dado.

A partir dos tempos de trânsito de fluido, uma velocidade de fluxo de fluido vkl entre pixéis PUik e Pdjl pode ser determinada por

VkJ(T)= 1 kÍ TkI(T)

na qual L é a distância entre os sensores a montante e a jusante,

eventualmente corrigidos de maneira a levar em conta uma distância efetiva

entre pixéis, e os outros símbolos tem o mesmo significado como dado

previamente.

O conjunto de dados formado por todos valores de vki (k,l, = 1,..., Κ) é designado de um perfil de velocidade de fluxo. Um subconjunto deste perfil de velocidade de fluxo é o perfil de velocidade de fluxo especial que é formado por todos os valores de v^, em que k = 1 e k = 1,..., K, cujo perfil de fluxo especial representa o componente de fluxo que é paralelo com o eixo geométrico do conduto.

Caso o fluido seja um fluido com múltiplos componentes, outras propriedades de fluxo de interesse podem ser determinadas, se além de um perfil de velocidade de fluxo também uma imagem do fluido tiver sido calculada. Na imagem, os pixéis podem ser atribuídos a um único dos componentes baseado sobre o valor dos dados de pixel. Selecionando todos os pixéis que foram atribuídos a um único componente, conjuntamente com um perfil de velocidade de fluxo o débito volumétrico daquele componente pode ser determinado. Se a densidade do componente é conhecida, também um débito mássico daquele componente pode ser diretamente determinado. Será evidente, que um débito volumétrico e/ou um débito mássico também podem ser determinados no caso do fluido consistir em somente um único componente.

De preferência as capacitâncias Cu,, e Cdj são medidas de acordo com o método para proporcionar capacitâncias corrigidas da presente invenção.

Os eletrodos no exemplo da figura 1 são dispostos sobre a superfície externa 22 do conduto, todavia, eles também podem ser distribuídos na parede do conduto 24, ou na superfície interna 26, e eles podem ser cobertos por um material protetor (não mostrado). De preferência, todos os eletrodos de um sensor de capacitância anular tem o mesmo comprimento na direção axial do conduto. Um medidor de capacitância pode compreende componentes adicionais aqueles mostrados nas figuras 1 e 2, por exemplo sensores de capacitância anulares para selecionar uma distância diferente entre sensores de capacitância anulares a montante e a jusante, uma blindagem elétrica, eletrodos guarda, material de enchimento dielétrico, dispositivos processadores de dados, meios de comunicação de dados, dispositivos fonte de alimentação,, ou um alojamento.

A seguir o método de4 calibração de acordo com a presente invenção é exposto, e referência é feita ao sensor de capacitância anular 2a das figs. 1 e 2.

Durante a operação normal do sensor de capacitância anular, o conduto 1 é enchido com um fluido, em que uma propriedade dielétrica do fluido está sendo determinada baseada sobre capacitâncias medidas pelo sensor de capacitância anular 2a, A seguir, este fluido será designado de fluido de teste. Normalmente, o fluido de teste passará através do conduto. Um conjunto de capacitores de medição é selecionado, normalmente selecionando todos 28 possíveis pares de eletrodos sensores individuais. A capacitância de um capacitor de medição formado por um par de eletrodos sensores é influenciada pelas propriedades dielétricas de um fluido no espaço que é sondado pelo par de eletrodos sensores. Outrossim, ao capacitância de teste medida é influenciada por um influencias ambientais.

Para corrigir as influências ambientais um método de usar um sensor de capacitância anular vantajosamente compreende uma etapa de calibração de maneira a proporcionar capacitâncias de teste corrigidas. Para este fim, de acordo com a presente invenção o fluxo do fluido de teste através do medidor de capacitância é interrompido, e o fluido é removido da área que é sondada pelo sensor de capacitância anular. Esta área é então preenchida com um fluido de calibração com uma propriedade dielétrica conhecida, de preferência com um fluido homogêneo dotado de uma constante dielétrica ε homogênea. O fluido de calibração pode ser um líquido ou um gás, p.ex. ar, um gás inerte, ou gás à pressão negativa ("vácuo").

A seguir, um conjunto de capacitores de calibração é selecionado. Para este fim, os oito eletrodos sensores são subdivididos em quatro seções consecutivas (SI; S2; S3; S4), p.ex. [(11a); (12a); (13a,14a,15a); (16a, 17a, 18a)]. Os números entre parênteses se referem aqueles eletrodos sensores na figura 1 que são parte da respectiva seção. Todos eletrodos sensores que pertencem a uma seção específica formam, quando interligados, um eletrodo de calibração. Um primeiro capacitor de calibração é selecionado selecionando dois eletrodos de calibração não- vizinhos. De acordo com o exemplo acima, um eletrodo de calibração é formado pelo eletrodo sensor (11a), e o outro eletrodo de calibração é formado pelos eletrodos sensores interligados (13a, 14a, 15a). Um segundo capacitor de calibração é selecionado para ser formado pelos dois eletrodos de calibração restantes, isto é, (12a) e (16a, 17a, 18a). Será claro, que e como outros pares de um primeiro e de um segundo capacitor de calibração podem ser selecionados utilizando di8ferentes subdivisões dos eletrodos sensores em seções consecutivas, p.ex.,[(l la,12a); (13a,14a); (15a,16a); (17a,18a)] ou [(11a); (12a,13a); (14a,15a); (16a.l8a. 19a)J Se o conjunto consistindo de todos capacitores de calibração possíveis é selecionado correspondentemente, será claro, que este conjunto de capacitores de calibração difere do conjunto de capacitores de medição.

Para um par selecionado de primeiro e segundo capacitores de calibração, uma capacitância de calibração CCii do primeiro capacitor e uma capacitância de calibração CC)2 do segundo capacitor de calibração é medida. Se uma pluralidade de pares de capacitores de calibração é selecionada, uma pluralidade de pares (CC)i, Cc>2) é medida.

As capacitâncias de calibração são então convertidas em capacitâncias de calibração por comprimento unitário tomando em consideração o comprimento dos eletrodos para cada dito par de capacitâncias de calibração por comprimento unitário, uma relação baseada sobre o teorema de Thompson Lampard tem de manter. Se desvios conhecidos de idealidade podem ser justificados, uma modificação do teorema de Thompson-Lampard é usada. Em uma situação prática o teorema de Thompson Lampard (modificado) não será precisamente preenchido, devido a influências ambientais. Por conseguinte, medindo uma pluralidade de pares de capacitâncias de calibração por comprimento unitário é provida que não são precisamente preenchidas. Para este sistema de equações uma solução ideal é determinada. Pode ser vantajoso comparar a solução ideal com soluções ideais que possam ter sido determinadas durante etapas de calibração prévias, p.ex. durante uma etapa de calibração inicial na fábrica. Outrossim, se existir simetria suficiente na dimensão e disposição dos eletrodos de calibração, o teorema pode ser reduzido ao requisito de que ambos os pares de um par de capacitâncias de calibração tem de ser igual a um determinado valor.

Após todas as medições de capacitâncias de calibração terem sido efetuadas, a etapa de calibração pode ser acabada. O fluido de calibração é removido do sensor de capacitância anular e o conduite pode mais uma vez ser preenchido com fluido de teste. A solução ideal que foi determinada é subseqüentemente usada para determinar a correção que é necessária para capacitâncias de teste, que são medidas pelo sensor de capacitância anular quando preenchido com um fluido de teste. Em particular, todas as capacitâncias Cu>i e Cdj que são medidas em método para determinar uma propriedade de fluência do fluido são com vantagem corrigidas desta maneira.

Um requisito pratico que é por exemplo importante para a indústria petrolífera envolve a necessidade por dispositivos de medição que possam ser operados remotamente p.ex. em um poço de sondagem ou em uma instalação submarina. A presente invenção por conseguinte também refere-se a um medidor de capacitância que compreende dispositivos para operação remota, que convenientemente inclui dispositivos para telemetria e/ou fonte de alimentação de energia remota. A telemetria é um aspecto específico de operação remota, que é por exemplo necessária para controle do medidor de capacitância e para a comunicação de dados. A fonte de alimentação da energia requerida para a operação do medidor de capacitância constitui outro aspecto de operação remota.. É muitas vezes inconveniente que um medidor de capacitância seja equipado com um cabo que se estende através do poço de sondagem até a superfície. Todavia, em um furo de sondagem, telemetria e/ou fonte de alimentação de energia remota pode por exemplo ser fornecida através do revestimento e/ou do tubo de produção que é disposto no furo de sondagem. Para este fim, os dispositivos para telemetria e/ou fonte de alimentação de energia remota convenientemente consistem em acoplador indutivo que utiliza um campo eletromagnético alternado para a transferência de dados e/ou corrente elétrica entre o medidor de capacitância e o revestimento ou tubo de produção. O medidor de capacitância pode além disso compreender outros componentes eletrônicos, por exemplo dispositivos para regulação e armazenamento de energia, que podem incluir uma bateria recarregável ou um ultracapacitor, um processador de dados, um controlador ou uma interface de comunicação.

Claims

1. Método para determinar uma propriedade de escoamento de um fluido que passa através de um conduto (1), cujo conduto (1) é munido de um medidor de capacitância que compreende um sensor de capacitância anular (2a, 2b), em que o sensor de capacitância (2a, 2b) compreende pelo menos três eletrodos sensores (lla-18a,llb-18b), cujos eletrodos sensores (11 a-18a,Ilb-18b) são distribuídos em torno da circunferência do conduto (1), cujo método compreende as etapas de: (a) selecionar, para o sensor de capacitância anular (2a, 2b), um conjunto de capacitores de medição, onde um capacitor de medição é formado por dois eletrodos de medição, e onde um eletrodo de medição consiste quer de um único eletrodo sensor quer de pelo menos dois eletrodos sensores interligados; e, (b) medir uma capacitância de cada capacitor de medição, onde o sensor de capacitância anular (2a, 2b) forma um sensor de capacitância anular a montante (2a), e onde o medidor de capacitância compreende ainda um sensor de capacitância anular a jusante (2b) provido de pelo menos três eletrodos sensores (11b-18b) dispostos em torno da circunferência do conduto (1), caracterizado pelo fato de compreender ainda as etapas de: (c) selecionar, para o sensor de capacitância anular a jusante (2b), um conjunto de capacitores de medição; (d) medir em vários momentos durante um intervalo de tempo uma capacitância de cada capacitor de medição de cada sensor de capacitância anular (2a, 2b); (e) determinar correlações cruzadas entre capacitâncias medidas durante o intervalo de tempo no sensor de capacitância anular a montante (2a) e capacitâncias medidas durante o intervalo de tempo no sensor de capacitância anular a jusante (2b); e, (f) determinar a propriedade de escoamento a partir das correlações cruzadas.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluido compreende pelo menos dois componentes de fluido, sendo que uma propriedade fluida de um componente fluido é determinada.

3. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a propriedade de escoamento é uma dentre um perfil de velocidade de fluência através de uma seção transversal do conduto (1), um débito volumétrico, ou uma velocidade de fluxo de massa.

4. Método para proporcionar capacitâncias corrigidas usando um sensor de capacitância anular para determinar uma propriedade dielétrica de um fluido em um conduto (1), cujo sensor de capacitância compreende pelo menos quatro eletrodos sensores distribuídos em torno da circunferência do conduto (1), cujo método compreende as etapas de: - encher o conduto (1) com o fluido; e, - selecionar um conjunto de capacitores de medição, onde um capacitor de medição é formado por dois eletrodos de medição (1 la-18a, 1 Ib-18b), e onde um eletrodo de medição consiste quer de um único eletrodos sensor quer de pelo menos dois eletrodos sensores interligados; e, - medir uma capacitância de teste de cada capacitor de medição, caracterizado pelo fato de compreender ainda as etapas de: - interromper a medição em determinados momentos no tempo; - encher o conduto (1) com um fluido de calibração tendo uma propriedade dielétrica conhecida; - selecionar um conjunto de capacitores de calibração, em que um capacitor de calibração é formado por dois eletrodos de calibração, e em que um eletrodo de calibração consiste quer de um único eletrodo sensor quer de pelo menos dois eletrodos sensores interligados; - medir uma capacitância de calibração de cada capacitor de calibração; e, - determinar capacitâncias corrigidas a partir das capacitâncias de teste e as capacitâncias de calibração utilizando uma relação entre as capacitâncias de calibração e a propriedade elétrica conhecida do fluido de calibração.

5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a etapa de selecionar um conjunto de capacitores de calibração compreende as seguintes etapas de: - selecionar quatro eletrodos de calibração subdividindo os eletrodos sensores (lla-18a,llb-18b) em torno da circunferência em quatro seções consecutivas, em que cada seção compreende quer um único eletrodo sensor quer pelo menos dois eletrodos sensores interligados e onde cada seção forma um eletrodo de calibração; e, - selecionar um primeiro e um segundo capacitor de calibração, em que o primeiro capacitor de calibração é formado por dois não-vizinhos dos quatro eletrodos de calibração, e onde o segundo capacitor de calibração é formado pelos dois eletrodos de calibração remanescentes.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que na etapa de determinar capacitâncias corrigidas uma relação entre a capacitância de calibração do primeiro capacitor de calibração, a capacitância de calibração do segundo capacitor de calibração, e a propriedade dielétrica conhecida é usada.

7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a relação é o teorema de Thompson-Lampard, ou é baseada sobre uma modificação do teorema de Thompson Lampard.