BR112013023778B1 - dispositivo e método para determinar uma propriedade de um fluido - Google Patents
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Abstract
APARELHO E MÉTODO PARA DETERMINAR UMA PROPRIEDADE DE UM FLUIDO. A presente invenção refere-se a um ressonador (12) no fluido para deslocar o fluido tem uma seção de sensor (14) e uma seção sem sensor (16). Um membro de contato de compressão (32) acoplado ao corpo de montagem (36) prende comprimindo a seção sem sensor (16) do ressonador (12) em um corpo de montagem (36). O aparelho pode incluir adicionalmente uma alimentação de pressão através de um módulo recebido no corpo de montagem (36) que está em comunicação por sinais com o ressonador (12).
Description
[0001] Em certos aspectos, esta descrição refere-se ao campo daanálise de fluidos em poços de produção de hidrocarbonetos. Em certos aspectos, a descrição também se refere a um método e aparelho para determinar a densidade do fluido, viscosidade, e outros parâmetros usando um ressonador mecânico flexural poço abaixo em um poço.
[0002] O desenvolvimento comercial de campos dehidrocarbonetos requer quantidades de capital significativas. Antes que o desenvolvimento do campo comece, os operadores desejam ter tantos dados quanto possível a fim de avaliar o reservatório para viabilidade comercial. Embora a coleta de dados durante a perfuração proveja informações úteis, é frequentemente também desejável conduzir teste adicional dos reservatórios de hidrocarbonetos a fim de obter dados adicionais. As amostras de fluidos extraídas poço abaixo podem levar semanas ou mais para analisar em um laboratório de superfície. Desse modo, existe uma necessidade para um método de fundo de poço em tempo real e aparelho para detecção, distinção e quantificação dos gases na formação. Contudo, o ambiente do poço pode ser severo e impor esforços consideráveis no equipamento de teste.
[0003] Em um aspecto, a presente descrição trata da necessidadepara equipamento de teste que possa suportar a operação em um poço.
[0004] Em aspectos, a presente descrição provê um aparelho para determinar uma propriedade de um fluido. O aparelho pode incluir um ressonador no fluido para deslocar o fluido. O ressonador pode ter uma seção de detecção e uma seção sem detecção. Pelo menos uma porção da seção sem detecção do ressonador é disposta em um corpo de montagem. Um membro de contato de compressão acoplado ao corpo de montagem prende comprimindo a seção sem detecção do ressonador no corpo de montagem. Preferi-a seção sem detecção do ressonador no corpo de montagem. Preferivelmente, esse membro de contato de compressão faz seu contato ao longo de uma linha nodal ou ponto nodal do ressonador de modo a minimizar qualquer amortecimento do ressonador. O aparelho pode incluir adicionalmente uma alimentação de pressão através de um módulo recebido no corpo de montagem que está em comunicação por sinais com o ressonador.
[0005] Exemplos de certas características da descrição foramresumidos de maneira um tanto ampla a fim de que sua descrição detalhada a seguir pode ser melhor entendida e a fim de que as contribuições que elas representam para a técnica possam ser avaliadas.
[0006] Para uma compreensão detalhada da presente descrição,deve ser feita referência à descrição detalhada das modalidades a seguir, tomada em conjunto com os desenhos anexados, nos quais elementos similares receberam numerais idênticos, em que:
[0007] A FIG. 1 ilustra em seção um aparelho para umacaracterização de fluidos de acordo com uma modalidade da presente descrição;
[0008] A FIG. 2 ilustra isometricamente um corpo de montagem deacordo com uma modalidade da presente descrição;
[0009] A FIG. 3 ilustra isometricamente um membro de contato decompressão de acordo com uma modalidade da presente descrição;
[00010] A FIG. 4 ilustra em seção um contato entre um membro de contato de compressão e um ressonador de acordo com uma modalidade da presente descrição; e
[00011] A FIG. 5 mostra um esquema de um aparelho para implementar uma modalidade do método de acordo com a presente descrição.
[00012] Em aspectos, a presente descrição refere-se a dispositivos e métodos para prover conexões mecânicas e de sinal robustas para ressonadores configurados para caracterizar fluidos. Os ensinamentos podem ser aplicados de modo vantajoso a uma variedade de sistemas na indústria de petróleo e gás, poços d'água, poços geotérmicos, aplicações de superfície e em outras partes.
[00013] Com referência à Fig. 1, é mostrada uma montagem de sensor 10 que usa um ressonador 12 para estimar um ou mais parâmetros de interesse relativos ao fluido de fundo de poço. Um ressonador 12 é um dispositivo usado para também gerar ondas de frequências específicas, que podem ser uma frequência de ressonância. O ressonador 12 pode ser um ressonador mecânico flexural. Ressonadores ilustrativos incluem, mas não se limitam a ressonadores acústicos, torneamento de perfil e outros corpos que vibram em resposta a um sinal de excitação aplicado. O ressonador 12 pode incluir uma seção de detecção 14 que é envolvida por um fluido de teste e uma seção sem detecção 16 na qual podem ser feitas conexões mecânicas e elétricas. Em modalidades em que é usado um ressonador em forma de diapasão, os dentes podem ser considerados a seção de detecção 14 e a haste podem ser consideradas a seção sem detecção 16.
[00014] Modalidades da presente descrição provêem o suporte mecânico primário do ressonador, que se soma a qualquer suporte mecânico que é provido pela conexão elétrica. Por 'primário,'entende- se uma maioria ou a maior parte do suporte. Aliviando-se a conexão elétrica de carregar a maior parte do suporte mecânico, reduzimos significativamente a possibilidade de desprendimento do ressonador e também reduzimos a possibilidade de degradação da conexão elétrica dos esforços prejudiciais que surgem durante a fabricação, manuseio, ou uso. Em uma modalidade, o ressonador 12 pode estar em comunicação por sinais com um controlador (não mostrado) através de uma alimentação de pressão através de um módulo 20. A alimentação de pressão através de um módulo 20 que conduz 22 que se liga com o ressonador 12 e fios condutores 24 que se ligam com o controlador (não mostrado) através de um portador de sinal adequado (não mostrado). Assim, a alimentação de pressão através de um módulo 20 é geralmente um dispositivo que estabelece comunicação por sinais entre o ressonador 12 e um ou mais dispositivos externos através de um membro de conexão elétrica. A alimentação de pressão através de um módulo 20 pode incluir um ou mais elementos de vedação que formam uma barreira fluida apertada (por exemplo, líquido e/ou gás) entre duas regiões especificadas e que possa suportar um diferencial de pressão predeterminado. Em algumas disposições, o membro de conexão elétrica pode incluir condutores 22 que estão eletricamente conectados às taças 18 formadas na seção sem detecção 16 do ressonador 12 com um epóxi condutor (não mostrada). Desse modo, geralmente, um membro de conexão elétrica é um membro configurado especificamente para transportar sinais através de um meio físico (por exemplo, incluindo um material que conduz sinais eletromagnéticos). Esse meio físico pode ser submetido a esforços prejudiciais durante a operação. Contudo, o membro de conexão elétrica está protegido de tais esforços prejudiciais prendendo mecanicamente o ressonador 12 em um conjunto de montagem 30, que está descrito em maiores detalhes abaixo.
[00015] Ainda com referência à Fig. 1, o conjunto de montagem 30 pode ser configurado para prover uma conexão mecânica com o ressonador 12 usando uma força de compressão aplicada. Em uma modalidade, o conjunto de montagem 30 pode incluir um membro de contato de compressão 32, elementos de fixação 34, e um corpo de montagem 36. A Fig. 2 ilustra uma modalidade do corpo de montagem 36 de acordo com a presente descrição. O corpo de montagem 36 pode ser um membro geralmente tubular que inclui um vão aberto 38 para receber o ressonador 12 (Fig. 1) e uma extremidade em forma de anel ou anular 40 para receber a alimentação de pressão através do módulo condutor 20 (Fig. 1). As paredes 42 definindo o vão 38 pode incluir orifícios 44 para receber os elementos de fixação 34 (Fig. 1). O vão 38 é moldado de modo complementar ao ressonador 12 (Fig. 1) e inclui um pedestal 48. O pedestal 48 é uma porção elevada de uma superfície definindo o vão 38. Em algumas modalidades, o pedestal 48 tem uma largura que é menor que a largura da seção sem detecção do ressonador 16 (Fig. 1) a fim de reduzir efeitos indesejáveis no movimento do ressonador 12 (Fig. 1). Por exemplo, o pedestal 48 pode ter um terço da largura da seção sem detecção 16 (Fig. 1) e estar preferivelmente só em contato com o ressonador ao longo de uma linha nodal ou pontos nodais do ressonador de modo a minimizar qualquer amortecimento do ressonador. O simples toque o ressonador com um dedo ou cotonete pode amortecer sua ressonância ao ponto que ele não pode ser usado como um sensor de propriedade de fluido, que é porque qualquer método de montagem mecânico para o ressonador deve ser cuidadosamente projetado e implementado.
[00016] A Fig. 3 ilustra uma modalidade do membro de contato de compressão 32 que é configurado para comprimir a seção sem detecção do ressonador 16 (Fig. 1) contra o pedestal 48 (Fig. 2). O membro de contato de compressão 32 pode ser um membro do tipo mola que tem um módulo de elasticidade suficiente para gerar uma força de mola ou pode ser um ímã ou par de ímãs que pressionam e prendem o ressonador no lugar em seu conjunto de montagem. Materiais adequados incluem, mas não se limitam a aço para molas e ímãs comuns. O membro de contato de compressão 32 pode incluir orifícios 50 para receber os elementos de fixação 34 (Fig. 1) que o prendem ao conjunto de montagem. Conforme é melhor exibido na Fig. 3, o membro de contato de compressão 32 é um membro em geral plano que inclui uma curva mediana 52. A curva 52 pode incluir um ápice 54 que apresenta uma área de contato reduzida entre o membro de contato de compressão 32 e a seção sem detecção do ressonador 16 (Fig. 1). Embora seja mostrada uma curva em forma aproximada de V, outros perfis também podem ser adequados (por exemplo, arqueados, quadrados, etc.).
[00017] Com referência agora à Fig. 4, é mostrada uma vista em seção do membro de contato de compressão 32 em acoplamento compressivo com o ressonador 12. O ápice 54 pode entrar em contato com a seção sem detecção do ressonador 16 de uma maneira quem minimize o efeito de amortecimento da força de compressão aplicada na resposta operacional do ressonador 12. O ápice 54 pode entrar em contato com a seção sem detecção do ressonador 16 do ressonador 12 em uma linha nodal (que não se move) 56. Em aspectos, a linha nodal 56 é geralmente definida como uma linha ou ponto que permanece em repouso, embora outras partes do corpo estejam em um estado de vibração. A linha nodal 56 pode ser um eixo bilateral de simetria. Deve ficar entendido, contudo, que o local e orientação da linha nodal 56 pode variar, dependendo da forma e comportamento do ressonador 12. A força de compressão aplicada pelo membro de contato de compressão 32 (Fig. 1) é o mecanismo primário para fixar o ressonador 12. A força de compressão deve ser suficiente para segurar o ressonador no lugar assim como para aliviar esforços prejudiciais nos condutores elétricos que se conectam entre o ressonador 12 e a alimentação de pressão através do módulo condutor 20. Contudo, a força de compressão não deve ser tão grande a ponto de iniciar quaisquer rachaduras em um ressonador quebradiço. Os esforços prejudiciais nos condutores elétricos podem surgir a partir duma passagem de fluidos e fragmentos e a partir de choques e vibrações todos os quais tendem a soltar a conexão de condutores elétricos, que é feita usando-se um epóxi condutor. Esse efeito de soltura de condutores elétricos se torna mais pronunciado em altas temperaturas, as quais frequentemente amolecem o epóxi condutor.
[00018] Deve ser estimado que o membro de contato de compressão 32 está substancialmente separado do membro de conexão elétrica (por exemplo, os condutores 22 (Fig. 1) e a epóxi (não mostrados)) ou uma porção do membro de conexão elétrica (por exemplo, a epóxi (não mostrada)). Em um aspecto, 'separado' geralmente significa que cada membro tem componentes estruturais separados que podem realizar suas funções independentes uns dos outros (por exemplo, prender o ressonador 12 independentemente de transportar sinais ao/a partir do ressonador 12).
[00019] Referindo-se agora à Fig. 1, a montagem de sensor 10pode incluir um alojamento 60 para abrigar o ressonador 12, o conjunto de montagem 30, e a alimentação de pressão através do módulo condutor 20. O alojamento 60 pode incluir uma cavidade 62 para receber a alimentação de pressão através de um módulo 20 e do conjunto de montagem 30. O alojamento 60 também pode incluir uma passagem 64 através da qual os fios condutores 24 podem se estender. Para proteger a seção de detecção do ressonador 14 dos fragmentos que passam, um par de pinos 66 alinhados com a seção de detecção do ressonador 14 podem se estender do alojamento 60 e proteger os dentes do ressonador de tais fragmentos. Porque a Fig. 1 é um desenho em corte, somente é mostrada a porção mais exterior de um pino 66, que está atrás da seção de detecção do ressonador 14. Durante operação, a seção de detecção do ressonador 14 pode ser imersa e um líquido que flui. Os pinos 66 agem como protetores ou bloqueios que impedem que fragmentos ou outros materiais no líquido que flui atinjam a seção de detecção do ressonador 14.
[00020] Pode ser usadas vedações de fluidos para impedir o contato indesejado entre a montagem de sensor 10 e os líquidos encontrados durante a operação. As vedações 68 podem ser posicionadas nas superfícies externas do alojamento 60 para prover uma vedação fluida estanque com uma estrutura envolvente, por exemplo, uma ferramenta de amostragem de formação. As vedações interiores 70 podem prover uma vedação fluida estanque entre a alimentação de pressão através de um módulo 20 e o alojamento 60. Também pode ser aplicado um vedante à cavidade 62 para proteger o ressonador 12 e a alimentação de pressão através de um módulo 20. Esse vedante pode "colmatado" ao longo dos espaços intersticiais na cavidade 62 para evitar que fluidos condutivos afetem a calibração do ressonador 12 ou afetem, de outra forma, a operação do ressonador 12. Em algumas modalidades, o vedante pode ser um gel elastomérico repelente a líquidos.
[00021] As conexões mecânicas da presente descrição podem ser usadas em uma variedade de aplicações de superfície e sub- superfície. Para fins de ilustração, a Fig. 5 mostra uma montagem de sensor de caracterização de fluidos 10 de acordo com uma modalidade da presente descrição em um ambiente de fundo de poço. A montagem de sensor 10 pode ser estendida através de um portador adequado 80 em um poço 81 preenchido com o fluido de poço 82. Uma sonda 84 pode entrar em contato com uma parede de poço para extrair fluido de formação da formação 86. A montagem de sensor 10 pode ser disposta em uma linha de escoamento 88. Uma bomba 90 pode puxar o fluido de formação da formação 86 até a linha de escoamento 88. Referindo-se agora às Figs. 1 e 5, o ressonador 12, quando excitado, exibe uma resposta em presença de uma amostra de fluido de formação que pode ser utilizada para determinar a densidade do fluido, viscosidade, coeficiente dielétrico, e/ou outras propriedades, quando o fluido é bombeado pela bomba 90 ou quando o fluido está estático, isto é, quando a bomba 90 é desligada.
[00022] Deve ser estimado que se usando uma conexão mecânica que está isolada funcionalmente da conexão elétrica pode aumentar a confiabilidade e a vida de serviço da montagem de sensor 10. Por exemplo, os esforços associados com fabricação, manuseio, e transporte podem ser suportados primariamente pela conexão mecânica formada agarrando a seção sem detecção em forma de diapasão 16 entre o conjunto de montagem 30 e o membro de contato de compressão 32. Assim, a integridade das conexões elétricas é preservada durante tais atividades. Além disso, esforços consideráveis podem ser impostos na montagem de sensor 10 durante a extensão no poço e a operação. De novo, as conexões elétricas são protegidas desses esforços pelo conjunto de montagem 20.
[00023] A partir do que está acima, deve ser estimado que a presente descrição inclua, em parte, um aparelho para determinar uma propriedade de um fluido. O aparelho pode incluir um ressonador no fluido, o ressonador tendo uma seção de detecção e uma seção sem detecção; um corpo de montagem no qual pelo menos uma porção da seção sem detecção do ressonador é disposta; uma alimentação de pressão através de um módulo recebido no corpo de montagem; um membro de conexão elétrica configurado para transmitir sinais entre a alimentação de pressão através de um módulo e o ressonador; e um membro de contato de compressão acoplado ao corpo de montagem, o membro de contato de compressão prendendo por compressão a seção sem detecção do ressonador no corpo de montagem, o membro de contato de compressão estando substancialmente separado do membro de conexão elétrica.
[00024] A partir do que está acima, deve ser estimado que as modalidades da presente descrição incluam um método para determinar uma propriedade de um fluido. O método pode incluir o posicionamento da montagem de sensor em um poço, excitar um ressonador associado com a montagem de sensor com um sinal de excitação; e estimar uma resposta do ressonador ao sinal de excitação. A montagem de sensor pode incluir um ressonador tendo uma seção de detecção e uma seção sem detecção; um corpo de montagem no qual é disposta pelo menos uma porção da seção sem detecção do ressonador; uma alimentação de pressão através de um módulo recebido no corpo de montagem; um membro de conexão elétrica configurado para transmitir sinais entre a alimentação de pressão através de um módulo e o ressonador; e um membro de contato de compressão acoplado ao corpo de montagem, o membro de contato de compressão prendendo por compressão a seção sem detecção do ressonador no corpo de montagem, o membro de contato de compressão estando substancialmente separado do membro de conexão elétrica.
[00025] O termo "portador" conforme usado nesta descrição significa qualquer dispositivo, componente de dispositivo, combinação de dispositivos, meio e/ou membro que pode ser usado para transportar, alojar, suportar ou facilitar de outra forma o uso de outro dispositivo, componente de dispositivo, combinação de dispositivos, meio e/ou membro. Conforme aqui empregado, o termo "fluido" e "fluidos" se refere a um ou mais gases, um ou mais líquidos, e suas misturas.
[00026] Embora a descrição precedente esteja dirigida a um único modo das modalidades da descrição, várias modificações ficarão evidentes para aqueles versados na técnica. Pretende-se que todas as variações estejam englobadas pela descrição precedente.
Claims (14)
1. Dispositivo para determinar uma propriedade de um fluido, caracterizado por compreender: um ressonador (12) no fluido, o ressonador (12) que tem uma seção de detecção (14) e uma seção sem detecção (16); um corpo de montagem (38) no qual pelo menos uma parte da seção sem detecção (16) do ressonador (12) está localizada; uma alimentação de pressão através de um módulo (20) recebido no corpo de montagem (38); um membro de conexão elétrica configurado para transmitir sinais entre a alimentação de pressão através de um módulo (20) e o ressonador (12); e um membro de contato compressivo (32) acoplado ao corpo de montagem (38), o membro de contato compressivo (32) fixando, de forma compressiva, a seção sem detecção (16) do ressonador (12) no corpo de montagem (38), o membro de contato compressivo (32) estando substancialmente separado do membro de conexão elétrica, em que o membro de contato compressivo (32) contata a seção sem detecção (16) do ressonador (12) em uma linha nodal (56) da seção sem detecção (16) do ressonador (12).
2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a área de contato reduzida está em uma porção curvada que contata a seção sem detecção (16) do ressonador (12).
3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o corpo de montagem (38) inclui um compartimento que tem um pedestal (48), a seção sem detecção (16) do ressonador (12) estando presa apenas entre o membro de contato compressivo (32) e o pedestal (48), em que a seção sem detecção (16) do ressonador (12) tem uma primeira e uma segunda superfícies opostas, o membro de contato compressivo (32) estando em contato com a primeira superfície oposta e o pedestal estando em contato com a segunda superfície oposta.
4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato de que o pedestal (48) tem uma largura menordo que a largura da seção sem detecção (16) do ressonador (12).
5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o membro de contato compressivo (32)inclui uma região de ápice (54) que contata apenas a seção sem detecção (16) do ressonador (12).
6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ressonador (12) é configurado para estimar pelo menos um dentre: (i) uma propriedade do fluido, (ii) densidade do fluido e (iii) viscosidade do fluido.
7. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda: uma ferramenta de amostragem de fluido que tem uma sonda (84), uma linha de escoamento (88) e uma bomba (90); um alojamento (60) para receber o ressonador (12), o corpo de montagem (38) e a alimentação de pressão através de um módulo (20), o alojamento (60) estando posicionado na ferramenta de amostragem de fluido, em que pelo menos uma parte da seção de detecção (14) do ressonador (12) está em comunicação fluídica com um fluido na linha de escoamento (88); e um portador (80) configurado para conduzir a ferramenta de amostragem de fluido em um poço (81).
8. Método para determinar uma propriedade de um fluido caracterizado por compreender: posicionar uma montagem de sensor (10) em um poço (81), a montagem de sensor (10) incluindo: - um ressonador (12) que tem uma seção de detecção (14) e uma seção sem detecção (16); - um corpo de montagem (38) no qual é localizada pelo menos uma parte da seção sem detecção (16) do ressonador (12); - uma alimentação de pressão através de um módulo (20) recebido no corpo de montagem (38); - um membro de conexão elétrica configurado para transmitir sinais entre a alimentação de pressão através de um módulo (20) e o ressonador (12); e - um membro de contato compressivo (32) acoplado ao corpo de montagem (38), o membro de contato compressivo (32) prendendo, de forma compressiva, a seção sem detecção (16) do ressonador (12) no corpo de montagem (38), o membro de contato compressivo (32) estando substancialmente separado do membro de conexão elétrica; posicionar uma área de contato reduzida do membro de contato compressivo (32) para contatar a seção sem detecção (16) do ressonador (12) em uma linha nodal (56) da seção sem detecção (16) do ressonador (12); excitar o ressonador (12) com um sinal de excitação; eestimar uma resposta do ressonador (12) ao sinal de excitação.
9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por compreender ainda estimar uma propriedade do fluido usando a resposta estimada do ressonador (12).
10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a propriedade do fluido é uma dentre: (i) densidade do fluido e (ii) viscosidade do fluido.
11. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por compreender ainda: recuperar o fluido de uma formação usando uma sonda (84), uma linha de escoamento (88) e uma bomba (90).
12. Método de acordo com reivindicação 8, caracterizado por compreender ainda: posicionar pelo menos uma parte da seção de detecção (14) do ressonador (12) em comunicação fluídica com um fluido na linha de escoamento (88).
13. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por compreender ainda: conduzir a montagem de sensor (10) no poço (81) usando um portador (80).
14. Dispositivo para determinar uma propriedade de um fluido, caracterizado por compreender: um ressonador (12) no fluido, o ressonador (12) tendo uma seção de detecção (14) e uma seção sem detecção (16), o ressonador (12) tendo uma linha nodal (56) que permanece em repouso enquanto outras partes do ressonador (12) estão em estado de vibração; um corpo de montagem (38) no qual pelo menos uma parte da seção sem detecção (16) do ressonador (12) está posicionada; uma alimentação de pressão através do módulo (20) recebido no corpo de montagem (38); um membro de conexão elétrica configurado para transmitir sinais entre a alimentação de pressão através do módulo (20) e o ressonador (12); e um membro de contato compressivo (32) acoplado ao corpo de montagem (38) e tendo uma área de contato reduzida, o membro de contato compressiva (32) prendendo, de forma compressiva, a seção sem detecção (16) do ressonador (12) no corpo de montagem (38), em que a área de contato reduzida entra em contato com a linha nodal (56) da seção sem detecção (16) do ressonador (12).
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