BR112015001582B1 - sistema e método para geração de uma mudança na pressão proporcional à viscosidade do fluido - Google Patents
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Abstract
SISTEMA E MÉTODO PARA GERAÇÃO DE UMA MUDANÇA DE PRESSÃO PROPORCIONAL À VISCOSIDADE DO FLUIDO. Um sistema e método para geração de uma mudança de pressão proporcional à viscosidade do fluido é descrito aqui. O sistema pode compreender uma primeira corrente piloto (103a), uma segunda corrente piloto (103b), e um dispositivo de detecção de pressão (107), que lê uma pressão diferencial através de uma primeira junção (106a) na primeira corrente piloto (103a) e uma segunda junção (106b) na segunda corrente piloto (103b). A primeira junção (103a) está entre uma primeira seção (104a) que tem uma primeira característica de perda de pressão predominante, e uma segunda seção (105a) que tem um a segunda característica de perda de pressão predominante. Da mesma forma, a se gunda junção (106b) pode estar entre uma terceira seção (105b) que tem uma terceira característica de perda de pressão predominante e uma quarta seção (104b) que tem uma quarta característica de perda de pressão.
Description
[0001] A presente divulgação refere-se a um sistema e método para a geração de uma mudança na pressão proporcional à viscosidade do fluido. Esta divulgação diz respeito ainda a como a mudança na pressão pode ser usada para controlar um sistema de acordo com a viscosidade do material que flui no interior de um sistema. Para os fins desta divulgação, as várias modalidades são discutidas, e são exemplos de um sistema e método para a geração de uma mudança na pressão proporcional à viscosidade. No entanto, a discussão dessas modalidades é apenas exemplificativa e não limitativa.
[0002] Os sistemas e métodos de controle de processos e sistemas de fluxo mudaram significativamente ao longo do tempo, tendendo para o controle automatizado em vez do controle manual. Exemplos de evolução em sistemas de controle incluem muitos tipos de comutadores com base em tudo de pressão, temperatura ou níveis de líquidos, para válvulas automatizadas controláveis por controlador lógico programável. Em suma, a tendência atual é que os sistemas de controle sejam capazes de reconhecer os atributos do seu sistema para se adaptar às alterações nas condições de operação.
[0003] Hoje em dia, um problema que a evacuação de hidrocarboneto do fundo do poço de petróleo enfrenta é a regulação da entrada de óleo, água, e das fases de gás nas conclusões dos poços ou a separação de diferentes fases de uma corrente de fluido. Tipicamente, diferentes viscosidades vão estar associadas com diferentes fases em uma corrente de fluido, no entanto, a pressão da corrente não será grandemente afetada por mudanças na viscosidade. Por esta razão, comutadores de pressão conectados com válvulas automatizadas não têm sido diretamente úteis para a separação ou o controle de fluxo com base na fase ou material.
[0004] Como tal, seria útil dispor de um sistema e um método melhorados para a geração de uma mudança na pressão proporcional à viscosidade do fluido.
[0005] A presente divulgação refere-se a um sistema e método para a geração de uma mudança na pressão proporcional à viscosidade do fluido. Em particular, a divulgação descreve um sistema diferencial de pressão dependente da viscosidade. O sistema pode compreender uma primeira corrente piloto, uma segunda corrente piloto, e um dispositivo de detecção de pressão que lê uma pressão diferencial através de uma primeira junção na primeira corrente piloto e uma segunda junção na segunda corrente piloto. A primeira junção está entre uma primeira seção tendo uma primeira característica de perda de pressão predominante, e uma segunda seção tendo uma segunda característica de perda de pressão predominante. Da mesma forma, a segunda junção pode estar entre uma terceira seção tendo uma terceira característica de perda de pressão predominante e uma quarta seção tendo uma quarta característica de perda de pressão.
[0006] Além disso, a divulgação descreve um método para a determinação da viscosidade com o uso da pressão diferencial. O método pode compreender a etapa de medir a pressão diferencial entre uma primeira junção e uma segunda junção. A primeira junção está entre uma primeira seção da primeira corrente piloto tendo uma primeira característica de perda de pressão predominante, e uma segunda seção tendo uma segunda característica de perda de pressão predominante. A segunda junção entre uma primeira seção da segunda corrente piloto tendo uma terceira característica de perda de pressão predominante e uma segunda seção da segunda corrente piloto tendo uma quarta característica de perda de pressão predominante.
[0007] A Figura 1 ilustra um sistema para a geração de uma mudança na pressão proporcional à viscosidade do fluido.
[0008] A Figura 2 ilustra um gráfico que mostra a razão do diferencial de pressão entre as junções 106a e 106b sobre a perda de pressão total (eixo y), para a perda de pressão total através do circuito piloto (eixo x) para vários materiais.
[0009] A Figura 3 ilustra um sistema de VDPD compreendendo vários diferenciais de pressão, Vo-i e Vo-2 medidos por um primeiro dispositivo de detecção de pressão e um segundo dispositivo de detecção da pressão.
[0010] Descreve-se no presente documento um sistema e método para a geração de uma mudança na pressão proporcional à viscosidade do fluido. A descrição a seguir é apresentada para permitir a qualquer versado na técnica fazer e usar a invenção como reivindicado, e é fornecida no contexto dos exemplos particulares discutidos abaixo, as variações dos quais serão prontamente evidentes para os versados na técnica. Para maior clareza, nem todos os recursos de uma implementação real estão descritos neste relatório descritivo. Será apreciado que, no desenvolvimento de qualquer implementação real (como em qualquer projeto de desenvolvimento), as decisões do modelo devem ser feitas para alcançar os objetivos específicos dos designers (por exemplo, o cumprimento das restrições relacionadas ao sistema e às empresas), e que estes objetivos irão variar de uma implementação para outra. Será também apreciado que tal esforço de desenvolvimento pode ser complexo e demorado, mas, apesar disso, seria uma tarefa de rotina para os versados no campo da técnica apropriada tendo o beneficio desta descrição. Consequentemente, as reivindicações anexas não se destinam a ser limitadas pelas modalidades descritas, mas devem ser reconhecidas pelo seu escopo mais amplo consistente com os princípios e características aqui descritos.
[0011] A Figura 1 ilustra um sistema de diferencial de pressão dependente da viscosidade exemplificador (VDPD) 100 conectado a uma tubulação com uma corrente principal 101 que flui através dela. Em uma modalidade, o sistema de VDPD 100 pode compreender uma corrente pré-piloto 102 lateral rastreada da corrente principal 101 através de uma corrente pré-piloto. Na referida modalidade, corrente pré- piloto 102 pode se dividir em várias tubulações de corrente piloto, cada uma, com uma corrente piloto 103, como mostrado na Figura 1 como uma corrente piloto 103a e corrente piloto 103b. Em uma outra modalidade, duas ou mais correntes pilotos podem vir diretamente fora da corrente principal 101, com nenhuma corrente pré-piloto 102. Em outra modalidade, o corrente principal 101 pode dividir-se em duas ou mais correntes pilotos 103.
[0012] A corrente piloto 103a pode seguir dois caminhos de fluxo, um caminho de alteração de inércia 104a, e um caminho de atrito 105a, conectados para formar um caminho completo. O caminho de alteração de inércia 104a e o caminho de atrito 105a podem ser conectados a uma junção 106a. A corrente piloto 103a passa primeiro através do caminho de alteração de inércia 104a, e depois através do caminho de atrito 105a. A corrente piloto 103b também segue dois caminhos de fluxo, o caminho de alteração de inércia 104b, e caminho de atrito 105b conectados para formar um caminho completo. O caminho de alteração de inércia 104b e o caminho de atrito 105b são conectados a uma junção 106b. A corrente piloto 103b passa primeiro através do caminho de atrito 105b e, em seguida, através do caminho de alteração de inércia 104b.
[0013] Em geral, na medida em que o fluido flui através de um caminho, ele pode experimentar a perda de pressão por várias razões. Tipos de perda de pressão incluem a perda de pressão hidrostática, a perda de pressão por atrito, e perda de pressão por inércia. A perda de pressão hidrostática e a perda de pressão por inércia dependem principalmente da densidade do fluido e podem variar dependendo da forma geométrica de um caminho de fluxo. Por exemplo, um caminho de fluxo que experimenta uma mudança na elevação vai experimentar perdas de pressão hidrostática. Além disso, as mudanças direcionais ou um estreitamento abrupto do caminho do fluxo, como um orifício causam perdas de pressão por inércia. A perda de pressão por atrito, no entanto, resulta do cisalhamento na parede, e depende fortemente da viscosidade do fluido. Devido a essas diferenças, um sistema e método que podem isolar a perda de pressão por atrito a partir de outros tipos de perda de pressão podem ser usados para relacionar a viscosidade de um material para uma leitura de pressão diferencial.
[0014] Relacionando essa informação com o exemplo na Figura 1, na medida em que a corrente piloto 103a segue o caminho de alteração de inércia 104a, a corrente piloto 103a vai experimentar um alto nível de perda de pressão por inércia entre o ponto de divisão do piloto e a junção 106a.
[0015] Em seguida, na medida em que a corrente piloto 103a segue o caminho de de atrito 105a, a corrente piloto 103a experimenta perda de pressão predominantemente por atrito. Da mesma forma, mas em ordem inversa, na medida em que a corrente piloto 103b segue o caminho de atrito 105b, a corrente piloto 103b vai experimentar a perda de pressão predominantemente por atrito entre o ponto de divisão do piloto e a junção 106b. Em seguida, na medida em que a corrente piloto 103b segue o caminho de alteração de inércia 104b, a corrente piloto 103b experimenta um alto nível de perda de pressão por inércia. A perda de pressão total, na corrente piloto 103b será substancialmente igual à perda de pressão total pela corrente piloto 103a enquanto o caminho de alteração de inércia 104a e o caminho de alteração de inércia 104b são os mesmos, e o caminho de atrito 105a e o caminho de atrito 105b são os mesmos. No entanto, entre a junção 106a e a junção 106b, haverá um diferencial de pressão. O diferencial de pressão irá variar dependendo da viscosidade do material. Em uma modalidade, o diferencial de pressão entre os pontos 106a e 106b no interior do caminho de fluxo pode ser medido diretamente por um sensor de pressão diferencial, que pode estar no interior da corrente piloto 103. Em outra modalidade, o diferencial de pressão pode ser medido através da parede da corrente piloto 103. No entanto, a maneira na qual a pressão é medida não é limitativa da presente divulgação.
[0016] Para o sistema de VDPD 100, uma viscosidade de fluido particular pode produzir uma pressão diferencial, medida por um dispositivo de detecção de pressão 107, que é igual a zero. Por conveniência, tal viscosidade, será designada como Vo. Em outro sistema de VDPD 100, Vo pode ser uma pressão diferencial positiva ou negativa. Os materiais com uma viscosidade maior do que Vo irão produzir pressão diferencial maior que Vo. Essa diferença de pressão pode ser referida como V-. Os materiais com uma viscosidade inferior a Vo irão produzir pressão diferencial menor que Vo. Tal pressão diferencial pode ser referida como V-. Ao mudar as características do sistema, por exemplo, o tamanho de um orifício ou o comprimento do tubo reto, um designer do sistema de VDPD 100 pode ajustar o Vo.
[0017] Em um cenário, a corrente principal 101 poderia ter em uma ocasião de dois produtos químicos conhecidos, o produto químico A ou o produto químico B, passando por ela a qualquer momento. No entanto, em qualquer ponto no tempo, qual produto químico está passando através ou não é facilmente ou imediatamente reconhecível por um operador do sistema. Tal diferencial de pressão pode determinar em tempo real o que está passando através da corrente principal 101. Como ambos os produtos químicos são conhecidos, um operador pode saber a viscosidade do produto químico A e a viscosidade do produto químico B, designadas por VA e VB, respectivamente. Assumindo VA > VB, o operador pode ajustar o sistema de VDPD 100 de tal forma que VB < Vo < VA. Em tal sistema, VA será um V+, e VB será um V-. Isto quer dizer que um produto químico pode produzir a pressão diferencial 107 maior que Vo no sistema de VDPD 100 na medida que flui através da corrente principal 101, e o produto químico B pode produzir a pressão diferencial 107 menor do que V0 no sistema de VDPD 100 na medida em que flui através da corrente principal 101.
[0018] Uma vez que a informação de viscosidade é determinada em um nível de sistema, os controles de fluxo e outros processos do sistema podem ser feitos com base na informação de viscosidade usando atuadores controlados por pressão comumente conhecidos na técnica. Na Figura 1, o sistema de VDPD 100 pode se conectar a uma válvula de fluxo de pressão controlada que controla o fluxo da corrente principal 101.
[0019] A Figura 2 ilustra um gráfico que mostra a razão do diferencial de pressão entre as junções 106a e 106b sobre a perda de pressão total (eixo x), para a perda de pressão total através do circuito piloto (eixo x), V- 201, Vo 202, e V+ 203. Esta razão também pode ser uma função forte da viscosidade, e uma função fraca da perda total de pressão, como visto na Figura 2. Assim, a razão do diferencial de pressão entre as junções para diferenciais de pressão total através das correntes pode ser usada como uma medida da viscosidade sobre uma faixa de diferenciais de pressão total através das correntes. Ao conhecer as características do sistema de VDPD 100 juntamente com os diferenciais de pressão, um operador e/ou sistema inteligente pode saber a viscosidade e, portanto, o material que flui através da tubulação.
[0020] A Figura 3 ilustra um sistema de VDPD 100 compreendendo vários diferenciais de pressão, Vo-1 e Vo-2 medidos pelo primeiro dispositivo de detecção de pressão 107a e o segundo dispositivo de detecção de pressão 107b. Em um cenário, a corrente principal 101 poderia ter em uma ocasião muitos produtos químicos conhecidos passando por ela a qualquer momento (neste exemplo, produto químico A, produto químico B ou produto químico C). No entanto, em qualquer ponto no tempo, o produto químico que está passando através não é facilmente ou imediatamente reconhecível por um operador do sistema. Tal diferencial de pressão pode determinar em tempo real o que está passando através da corrente principal 101. Como todos os produtos químicos são conhecidos, um operador pode saber a viscosidade do produto químico A, a viscosidade do produto químico B, e a viscosidade do produto químico C, referidas como VA, VB, e VC, respectivamente. Assumindo VA > VB > VC, o operador pode criar o sistema de VDPD 100 com três correntes pilotos, a primeira corrente piloto 103a, segunda corrente piloto 103b, e uma terceira corrente piloto 103c. Em uma modalidade, o operador pode ajustar o sistema de VDPD 100 de modo que Vc < V0-2 VB < V0-1 < VA, em que V0-2 é a viscosidade de diferencial pressão zero entre a primeira corrente 103a e a segunda corrente 103b, e V0-1 é a viscosidade de diferencial pressão zero entre a primeira corrente 103a e a terceira corrente 103c. Em tal sistema, o produto químico A irá produzir um diferencial de pressão positivo, em relação a V0-1 e V0-2. O produto químico B irá produzir um diferencial de pressão positivo para V0-2, mas irá produzir um diferencial de pressão negativo para V0-1. O produto químico C irá produzir uma pressão negativa para ambos V0-1 e V 0-2. O sistema de VDPD 100 que flui através da corrente principal 101, e produto químico B irá produzir uma pressão diferencial negativa no sistema de VDPD 100 na medida em que flui através da corrente principal 101.
[0021] Além disso, a corrente piloto 103 pode ser dividida em duas ou mais correntes pilotos. Uma ou mais correntes pilotos divididas 106 podem ser invertidas dependendo da disposição da viscosidade e os caminhos de fluxo independentes, assim, podem fazer com que a pressão tenha uma reação oposta à viscosidade. Além disso, o diferencial de pressão na junção 104 pode ser relativo à viscosidade do fluido que flui através de um caminho de fluxo. Em uma modalidade, um ou mais sensores de diferencial de pressão podem ser usados na corrente piloto dividida 106. Como tal, o sensor de diferencial de pressão pode ser colocado em diferentes áreas da corrente piloto para calibração mais longa e para alcançar maior precisão na leitura da pressão.
[0022] O sistema de VDPD 100 pode ainda compreender um atuador. O diferencial de pressão e/ou a razão do diferencial de pressão para a perda de pressão total pode ser usado quer mecanicamente ou através de um controlador eletrônico para mover com efeito um controle, tal como movendo um atuador para o sistema de VDPD 100. Como tal o sistema de VDPD 100 pode ser usado para controlar a corrente de fluido na corrente principal 101. Além disso, a corrente principal 101 pode ser aberta ou fechada, dependendo da viscosidade do fluido, e da fase de fluido.
[0023] Diversas alterações nos detalhes dos métodos operacionais ilustrados são possíveis sem distanciamento do escopo das reivindicações seguintes. Algumas modalidades podem combinar as atividades descritas aqui como sendo etapas separadas. Do mesmo modo, uma ou mais das etapas descritas podem ser omitidas, dependendo do ambiente operacional específico que o método está sendo aplicado. Deve ser entendido que a descrição acima destina-se a ser ilustrativa, e não restritiva. Por exemplo, as modalidades acima descritas podem ser usadas em combinação umas com as outras. Muitas outras modalidades serão evidentes para os versados na técnica mediante a revisão da descrição anterior. O escopo da invenção deverá, portanto, ser determinado com referência às reivindicações anexas, juntamente com o escopo completo de equivalentes aos quais tais reivindicações são dirigidas. Nas reivindicações anexas, os termos "incluindo" e "no qual"são usados como os equivalentes simples em Inglês dos respectivos termos "compreendendo" e "em que".
Claims (6)
1. Sistema de diferencial de pressão dependente da viscosidade, caracterizadopelo fato de que compreende: uma primeira corrente piloto (103a) conectável a uma corrente principal (101), a referida primeira corrente piloto (103a) compreendendo uma primeira entrada conectável à referida corrente principal (101); uma primeira seção (104a) que compreende uma primeira característica de perda de pressão predominante, conectada à referida primeira entrada; uma primeira junção (106a) conectada à referida primeira seção (104a); uma segunda seção (105a) compreendendo uma segunda característica de perda de pressão predominante, conectada à referida primeira junção (106a); e uma primeira saída que conecta a referida segunda seção (105b) e a referida corrente principal (101); uma segunda corrente piloto (103b) conectável a uma corrente principal (101), a referida segunda corrente piloto (103b) compreendendo uma segunda entrada conectável à referida corrente principal (101); uma terceira seção (104b) que compreende uma terceira característica de perda de pressão predominante, conectada à referida segunda entrada; uma segunda junção (106b) conectada à referida terceira seção (104b); uma quarta seção (105b) compreendendo uma quarta característica de perda de pressão predominante, conectada à referida segunda junção (106b); e uma segunda saída capaz de ser conectada à referida quarta seção (105b) e à referida corrente principal (101); e um dispositivo de detecção de pressão (107) que lê uma pressão diferencial entre a referida primeira junção (106a) e a referida segunda junção (106b); em que a referida primeira característica de perda de pressão predominante e a referida quarta característica de perda de pressão predominante são perdas por atrito; e em que a referida segunda característica de perda de pressão predominante e a referida terceira característica de perda de pressão predominante são perdas inerciais.
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida segunda entrada é a referida primeira entrada.
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: uma terceira corrente piloto conectável à referida corrente principal (101), a referida terceira corrente piloto compreendendo uma terceira entrada conectável à referida corrente principal (101); e uma terceira saída conectável à referida corrente principal.
4. Método para a determinação de viscosidade usando pressão diferencial usando o sistema definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende: medir uma pressão diferencial entre uma primeira junção (106a) e uma segunda junção (106b), a referida primeira junção (106a) entre uma primeira seção da primeira corrente piloto (104a) tendo uma primeira característica de perda de pressão predominante, e uma segunda seção(105a) da primeira corrente piloto tendo uma segunda característica de perda de pressão predominante, a referida segunda junção (106b) entre uma primeira seção da segunda corrente piloto (104b) tendo uma terceira característica de perda de pressão predominante e uma segunda seção (105b) da segunda corrente piloto tendo uma quarta característica de perda de pressão predominante, em que a referida primeira característica de perda de pressão predominante e a referida quarta característica de perda de pressão predominante são perdas por atrito; e em que a referida segunda característica de perda de pressão predominante e a referida terceira característica de perda de pressão predominante são perdas inerciais.
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa adicional de controlar um processo dependendo do valor da referida pressão diferencial.
6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o controle do referido processo compreende a atuação de uma válvula.
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