BR112015003473B1 - sistemas e métodos para monitorar uma trajetória de fluxo - Google Patents

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Abstract

SISTEMAS E MÉTODOS PARA MONITORAR UMA TRAJETÓRIA DE FLUXO. A presente invenção refere-se a sistemas e métodos para analisar um fluxo de um fluido em dois ou mais locais distintos para determinar a concentração de uma substância nesse. Um método de determinar uma característica de um fluido pode incluir conter um fluido dentro de uma trajetória de fluxo que fornece pelo menos um primeiro local de monitoramento e um segundo local de monitoramento, gerar um primeiro sinal de saída correspondente à característica do fluido no primeiro local de monitoramento com um primeiro dispositivo de computação óptica, gerar um segundo sinal de saída correspondente à característica do fluido no segundo local de monitoramento com um segundo dispositivo de computação óptica, receber os primeiro e segundo sinais de saída dos primeiro e segundo dispositivos de computação óptica, respectivamente, com um processador de sinal, e determinar uma diferença entre os primeiro e segundo sinais de saída com o processador de sinal.

Description

ANTECEDENTES
[001] A presente invenção refere-se a sistemas e métodos de análise óptica para analisar fluidos e, em particular, sistemas e métodos para analisar um fluxo de um fluido em dois ou mais locais distintos para determinar uma característica de uma substância no fluido.
[002] Na indústria de petróleo e gás, várias técnicas de garantia de fluxo são empregadas para monitorar a formação de depósitos orgânicos e inorgânicos em linhas de fluxo e tubulações. Esses depósitos podem impedir seriamente a produtividade de poços ao reduzir a permeabilidade próxima ao furo de poço e restringir progressivamente o diâmetro dos condutos de fluxo conectados, linhas de fluxo e tubulações. Problemas referentes a garantias de fluxo custam à indústria de petróleo bilhões de dólares em todo o mundo para prevenção e reparo.
[003] Problemas de garantia de fluxo estão geralmente relacionados a ceras de parafina e asfaltenos, que são tipicamente causados por mudanças na pressão e temperatura dos fluidos produzidos no ou próximo ao furo de poço ou em condutos de fluxo de superfície. À medida que as ceras e asfaltenos se precipitam fora do fluido, os precipitados se acumulam e tendem a restringir ou obstruir as linhas de fluxo e tubulações. A remoção dos precipitados pode ser realizada utilizando lavagens com solvente, embora, em alguns casos, o descarte de determinados solventes após a limpeza apresente preocupações ambientais crescentes. Em outras aplicações, os precipitados são removidos por operações de trituração, raspagem ou pigagem de tubulação realizadas por uma ferramenta/dispositivo/robô em linha. Em casos extremos, isso pode exigir que a linha de fluxo ou tubulação seja fechada durante um período de tempo e, no caso de um bloqueio total, pode ainda exigir a remoção de toda a tubulação.
[004] A incrustação de carbonato de cálcio é geralmente formada por mudanças na pressão e temperatura de água produzida no ou próximo ao furo de poço e dentro da tubagem de produção/condutos de fluxo. Incrustações de bário, estrôncio e sulfato de cálcio são geralmente formadas pela mistura de água de formação diferente e também a mistura de água de formação e água do mar que é injetada em poços de produção. A formação de incrustações pode ser parcialmente impedida por tratamentos com descarga de água e o uso de inibidores de incrustação. Uma vez formada, a incrustação pode ser removida somente com alguma dificuldade, como ao dissolver a incrustação, onde aplicável, utilizando ácidos minerais e dissolvedores especialmente projetados. Em casos extremos, a incrustação deve ser removida por operações de moagem em linha ou ao remover e substituir a linha de fluxo ou tubulação total afetada.
[005] Compostos reticulares de hidratos de metano e água são cristais que, se formados, também podem obstruir ou bloquear as linhas de fluxo e tubulações. Aromáticos e naftanatos quando combinados com água podem causar a formação de espuma e/ou emulsões que também podem causar a restrição de fluxo ou interrupção de tubulação. A erosão de reservatório também pode afetar adversamente a produção ao adicionar particulados à corrente e alterar as características de fluxo abaixo da superfície.
[006] Os elementos versados na técnica irão reconhecer facilmente a importância de determinar precisamente a eficácia de tratamentos desenhados para neutralizar asfaltenos, cera, carepa, corrosão, bem como monitorar a perda de areia/giz, todos esses podem afetar adversamente a produção de hidrocarboneto. Em alguns casos, a produção de um poço a partir de um reservatório particular pode ser permanentemente prejudicada por problemas de fluxo tornando a prevenção essencial para o gerenciamento de reservatório apropriado. Consequentemente, a identificação de problemas de garantia de fluxo antes que esses ocorram irá suavizar a ação corretiva dispendiosa.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[007] A presente invenção refere-se a sistemas e métodos de análise óptica para analisar fluidos e, em particular, sistemas e métodos para analisar um fluxo de um fluido em dois ou mais locais diferentes para determinar uma característica de uma substância no fluido.
[008] Em alguns aspectos da descrição, descreve-se um sistema. O sistema pode incluir uma trajetória de fluxo que contém um fluido e fornece pelo menos um primeiro local de monitoramento e um segundo local de monitoramento, um primeiro dispositivo de computação óptica disposto no primeiro local de monitoramento e que possui um primeiro elemento computacional integrado configurado para interagir opticamente com o fluido e conduzir a luz opticamente interagida para um primeiro detector que gera um primeiro sinal de saída correspondente a uma característica do fluido no primeiro local de monitoramento, um segundo dispositivo de computação óptica disposto no segundo local de monitoramento e que possui um segundo elemento computacional integrado configurado para interagir opticamente com o fluido e conduzir a luz opticamente interagida para um segundo detector que gera um segundo sinal de saída correspondente à característica do fluido no segundo local, e um processador de sinal acoplado de maneira comunicável aos primeiro e segundo detectores e configurado para receber os primeiro e segundo sinais de saída e determinar uma diferença entre os primeiro e segundo sinais de saída.
[009] Em outros aspectos da descrição, descreve-se um método para determinar uma característica de um fluido. O método pode incluir conter um fluido dentro de uma trajetória de fluxo que fornece pelo menos um primeiro local de monitoramento e um segundo local de monitoramento, gerar um primeiro sinal de saída correspondente à característica do fluido no primeiro local de monitoramento com um primeiro dispositivo de computação óptica, sendo que o primeiro dispositivo de computação óptica possui um primeiro elemento computacional integrado configurado para interagir opticamente com o fluido e então conduzir a luz opticamente interagida para um primeiro detector que gera o primeiro sinal de saída, gerar um segundo sinal de saída correspondente à característica do fluido no segundo local de monitoramento com um segundo dispositivo de computação óptica, sendo que o segundo dispositivo de computação óptica possui um segundo elemento computacional integrado configurado para interagir opticamente com o fluido e então conduzir a luz opticamente interagida para um segundo detector que gera o segundo sinal de saída, receber os primeiro e segundo sinais de saída com um processador de sinal acoplado de maneira comunicável aos primeiro e segundo detectores, e determinar uma diferença entre os primeiro e segundo sinais de saída com o processador de sinal.
[010] Ainda em outros aspectos da descrição, descreve- se outro sistema. O sistema pode incluir uma primeira trajetória de fluxo que contém um primeiro fluido e fornece um primeiro local de monitoramento, uma segunda trajetória de fluxo que contém um segundo fluido e fornece um segundo local de monitoramento, sendo que a primeira e segunda trajetórias de fluxo são combinadas à jusante em uma trajetória de fluxo comum que conduz os primeiro e segundo fluidos com um fluido combinado, um primeiro dispositivo de computação óptica disposto no primeiro local de monitoramento e possui um primeiro elemento computacional integrado configurado para interagir opticamente com o primeiro fluido e gerar um primeiro sinal de saída correspondente a uma característica do primeiro fluido, um segundo dispositivo de computação óptica disposto no segundo local de monitoramento e que possui um segundo elemento computacional integrado configurado para interagir opticamente com o fluido e gerar um segundo sinal de saída correspondente à característica do segundo fluido, e um processador de sinal acoplado de maneira comunicável aos primeiro e segundo dispositivos de computação óptica e configurado para receber e determinar uma diferença entre os primeiro e segundo sinais de saída.
[011] Ainda em aspectos adicionais da descrição, descreve-se outro método de determinar uma característica de um fluido. O método pode incluir conter um primeiro fluido dentro de uma primeira trajetória de fluxo que fornece um primeiro local de monitoramento, conter um segundo fluido dentro de uma segunda trajetória de fluxo que fornece um segundo local de monitoramento, sendo que a primeira e segunda trajetórias de fluxo são combinadas à jusante em uma trajetória de fluxo common que conduz os primeiro e segundo fluidos como um fluido combinado, interagir opticamente um primeiro elemento computacional integrado com o primeiro fluido para gerar um primeiro sinal de saída correspondente a uma característica do primeiro fluido, interagir opticamente um segundo elemento computacional integrado com o segundo fluido para gerar um segundo sinal de saída correspondente a uma característica do segundo fluido, receber os primeiro e segundo sinais de saída com um processador de sinal, e determinar uma diferença entre os primeiro e segundo sinais de saída com o processador de sinal.
[012] As características e vantagens da presente invenção serão facilmente evidentes para os elementos versados na técnica mediante uma leitura da descrição das modalidades preferidas que se seguem.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[013] As seguintes figuras pretendem ilustrar determinados aspectos da presente invenção, e não devem ser observadas como modalidades exclusivas. O assunto em questão descrito é capaz de modificações, alterações, combinações e equivalentes consideráveis em forma e função, como irá ocorrer para os elementos versados na técnica e possuem o benefício dessa descrição.
[014] A Figura 1 ilustra um elemento de computação integrado exemplificativo, de acordo com uma ou mais modalidades.
[015] A Figura 2 ilustra um diagrama de bloco que mostram de forma não mecânica como um dispositivo de computação óptica distingue a radiação eletromagnética em relação a uma característica de interesse de outra radiação eletromagnética, de acordo com uma ou mais modalidades.
[016] A Figura 3 ilustra um sistema exemplificativo para monitorar um fluido presente em uma trajetória de fluxo, de acordo com uma ou mais modalidades.
[017] A Figura 4 ilustra um alojamento exemplificativo que pode ser usado para alojar um dispositivo de computação óptica, de acordo com uma ou mais modalidades.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[018] A presente invenção refere-se a sistemas e métodos de análise óptica para analisar fluidos e, em particular, sistemas e métodos para analisar um fluxo de um fluido em dois ou mais locais distintos para determinar uma característica de uma substância no fluido.
[019] Os sistemas e métodos exemplificativos descritos aqui empregam várias configurações de dispositivos de computação óptica, também comumente referidos como "dispositivos óptico-analíticos”, para o monitoramento em tempo real ou quase em tempo real de fluidos. Os sistemas e métodos descritos podem ser adequados para uso na indústria de petróleo e gás visto que os dispositivos de computação óptica descritos fornecem um meio econômico, severo, e preciso para monitorar a qualidade de hidrocarboneto de modo a facilitar a gestão eficiente de produção de petróleo/gás. Será avaliado, entretanto, que os vários sistemas e métodos descritos são igualmente aplicáveis a outros campos de tecnologia que incluem, porém sem caráter limitativo, a indústria alimentícia e farmacêutica, aplicações industriais, indústrias de mineração, ou qualquer campo onde pode ser vantajoso determinar em tempo real ou quase em tempo real a concentração ou uma característica de uma substância específica em um fluido fluente.
[020] Os dispositivos de computação óptica descritos aqui, que são descritos em mais detalhes abaixo, podem fornecer vantajosamente o monitoramento em tempo real ou quase em tempo real de fluxo de fluido que não pode ser atualmente realizado com análises no local em um local de trabalho ou através de análises mais detalhadas que ocorrem em um laboratório. Uma vantagem significativa e distinta desses dispositivos é que esses podem ser configurados para detectar e/ou medir especificamente um componente ou característica particular de interesse de um fluido, permitindo assim que ocorram análises qualitativas e/ou quantitativas do fluido sem terem que se submeter a um procedimento de processamento de amostra demorado. Com as análises em tempo real ou quase em tempo real disponíveis, os sistemas e métodos exemplificativos descritos aqui podem ser capazes de fornecer alguma medição de controle proativo ou responsivo sobre o fluxo de fluido, permitir a coleta e obtenção de informações de fluido em conjunto com as informações operacionais para otimizar as operações subsequentes e/ou aumentar a capacidade de execução de trabalho remoto.
[021] Os dispositivos de computação óptica adequados para uso nas presentes modalidades podem ser implantados em dois ou mais pontos fluidamente comunicáveis dentro de uma trajetória de fluxo para monitorar o fluido e as várias mudanças que podem ocorrer nessa entre os dois ou mais pontos. Em alguns casos, por exemplo, os dispositivos de computação óptica podem ser usados para monitorar mudanças em um fluido que podem ocorrer ao longo do tempo ou a uma distância predeterminada na trajetória de fluxo. Em alguns casos, os dispositivos de computação óptica podem ser usados para monitorar mudanças no fluido como um resultado de adicionar uma substância de tratamento a esse, remover uma substância de tratamento desse, ou expor o fluido a uma condição que altera potencialmente uma característica do fluido de alguma forma. Em alguns casos, as informações de controle de qualidade referentes a substâncias de tratamento podem ser obtidas, por exemplo, antes e após a introdução na trajetória de fluxo. Assim, os sistemas e métodos descritos aqui podem ser configurados para monitorar um fluxo de fluidos e, mais particularmente, para monitorar quaisquer mudanças nesse como resultado de adicionar uma ou mais substâncias de tratamento ao fluido em pontos diferentes em uma trajetória de fluxo para determinar a concentração ou eficácia da uma ou mais substâncias de tratamento. Em pelo menos um aspecto, isso pode revelar-se vantajoso para verificar uma dosagem correta da uma ou mais substâncias de tratamento as pretendidas.
[022] Em alguns casos, as informações de controle de qualidade referentes à mistura de fluidos produzidos de poços diferentes, campos diferentes, ou operadores diferentes podem ser monitoradas para determinar se a mistura está produzindo um fluido resultante com uma instância superior de formação de depósito na trajetória de fluxo através da qual os fluidos misturados estão fluindo. Em alguns casos, as informações de controle de qualidade referentes à qualidade de fluidos produzidos podem ser monitoradas, com isso se um campo ou produção do operador possuir uma qualidade de hidrocarboneto maior que o outro, modelos financeiros precisos podem ser construídos em relação à partilha, arrendamento e/ou pagamento de licença para uso de transporte compartilhado e instalações de produção.
[023] Como usado aqui, o termo "fluido" se refere a qualquer substância que é capaz de fluir, inclusive sólidos particulados, líquidos, gases, pastas fluidas, emulsões, pós, lodos, vidros, combinações desses, e similares. Em algumas modalidades, o fluido pode ser um fluido aquoso, inclusive água ou similares. Em algumas modalidades, o fluido pode ser um fluido não aquoso, inclusive compostos orgânicos, mais especificamente, hidrocarbonetos, petróleo, um componente refinado de petróleo, produtos petroquímicos, e similares. Em algumas modalidades, o fluido pode ser um fluido de tratamento ou um fluido de formação. Os fluidos podem incluir várias misturas fluxíveis de sólidos, líquidos e/ou gases. Os gases ilustrativos que podem ser considerados fluidos de acordo com as presentes modalidades incluem, por exemplo, ar, nitrogênio, dióxido de carbono, argônio, hélio, metano, etano, butano, e outros gases de hidrocarboneto, combinações desses e/ou similares.
[024] Como usado aqui, o termo "característica" se refere a uma propriedade química, mecânica ou física de uma substância. Uma característica de uma substância pode incluir um valor quantitativo de um ou mais componentes químicos nessa. Esses componentes químicos podem ser referidos aqui como "analitos”. As características ilustrativas de uma substância que podem ser monitoradas com os dispositivos de computação óptica descritos aqui podem incluir, por exemplo, composição química (por exemplo, identidade e concentração no total ou de componentes individuais), teor de impurezas, pH, viscosidade, densidade, resistência iônica, sólidos dissolvidos totais, teor de sal, porosidade, opacidade, teor de bactérias, estado de fase (isto é, sólido, líquido, gás, plasma), combinações desses, e similares. Ademais, a frase "característica de interesse de/em um fluido" pode ser usada aqui para se referir à característica de uma substância contida ou de outro modo fluindo com o fluido.
[025] Como usado aqui, o termo "trajetória de fluxo" se refere a uma rota através da qual um fluido é capaz de ser transportado entre dois pontos. Em alguns casos, a trajetória de fluxo não precisa ser contínua ou de outro modo contígua entre os dois pontos. As trajetórias de fluxo exemplificativas incluem, porém sem caráter limitativo, uma linha de fluxo, uma tubulação, uma mangueira, uma instalação de processo, um recipiente de armazenamento, um recipiente de transporte, um duto, uma corrente, um cano de esgoto, uma formação subterrânea, um conduto de fluxo, um furo de poço, etc., combinações desses, ou similares. Em casos onde a trajetória de fluxo é uma tubulação, ou similares, a tubulação pode ser uma tubulação pré- comissionada ou uma tubulação operacional. Deve ser observado que o termo trajetória de fluxo não implica necessariamente que um fluido está fluindo nessa, e sim que um fluido é capaz de ser transportado ou de outro modo fluxível através desse.
[026] Como usado aqui, o termo "substância," ou variações desse, se refere a pelo menos uma porção de uma matéria ou material de interesse que será avaliada utilizando os dispositivos de computação óptica descritos aqui. Em algumas modalidades, a substância é a característica de interesse, como definido acima, e pode incluir qualquer componente integral do fluido que flui dentro da trajetória de fluxo. Por exemplo, a substância pode incluir compostos que contêm elementos como bário, cálcio, manganês, enxofre, ferro, estrôncio, cloro, etc, e qualquer outra substância química que pode resultar em precipitação dentro de uma trajetória de fluxo. A substância também pode se referir a parafinas, ceras, asfaltenos, espumas aromáticas, saturadas, sais, particulados, areia ou outras partículas sólidas,combinações desses, e similares. Ainda em outras modalidades, em termos de quantificação de resistência iônica, a substância pode incluir vários íons, como, porém sem caráter limitativo, Ba2+, Sr2+, Fe+, Fe2+ (ou Fe total), + 2- 2- + + + + - Mn2 , SO4 , CO3 , Ca2 , Mg2 , Na , K, CI .
[027] Em outros aspectos, a substância pode incluir qualquer substância adicionada à trajetória de fluxo para tratar a trajetória de fluxo por motivos de garantia de fluxo. As substâncias de tratamento exemplificativas podem incluir, porém sem caráter limitativo, ácidos, compostos de geração de ácido, bases, compostos de geração de base, biocidas, tensoativos, inibidores de incrustação, inibidores de corrosão, agentes gelificantes, agentes de reticulação, agentes anti-colmatação, agentes espumantes, agentes antiespumantes, agentes emulsificantes, agentes desemulsificantes, agentes de controle de ferro, propantes ou outros particulados, cascalho, desviadores de particulado, sais, aditivos de controle de perda de fluido, gases, catalisadores, agentes de controle de argila, agentes quelantes, inibidores de corrosão, dispersantes, floculantes, sequestrantes (por exemplo, sequestrantes de H2S, sequestrantes de CO2 ou sequestrantes de O2), lubrificantes, quebradores, quebradores de liberação retardada, redutores de atrito, agentes de ligação, viscosificantes, agentes de ponderação, solubilizantes, agentes de controle de reologia, modificadores de viscosidade, agentes de controle de pH (por exemplo, tampões), inibidores de hidrato, modificadores de permeabilidade relativa, agentes de desvio, agentes de consolidação, materiais fibrosos, bactericidas, traçadores, sondas, nanopartículas, e similares. As combinações dessas substâncias podem ser referidas como uma substância também.
[028] Como usado aqui, o termo "radiação eletromagnética" se refere a ondas de rádio, radiação de micro-ondas, radiação infravermelha e quase infravermelha, luz visível, luz ultravioleta, radiação de raios x e radiação de raios gama.
[029] Como usado aqui, o termo "dispositivo de computação óptica" se refere a um dispositivo óptico que é configurado para receber uma entrada de radiação eletromagnética de uma substância ou amostra da substância, e produzir uma saída de radiação eletromagnética de um elemento de processamento disposto dentro do dispositivo de computação óptica. O elemento de processamento pode ser, por exemplo, um elemento computacional integrado (ICE) usado no dispositivo de computação óptica. Como discutido em mais detalhes abaixo, a radiação eletromagnética que interage opticamente com o elemento de processamento é alterada para ser legível por um detector, de modo que uma saída do detector possa ser correlacionada a, pelo menos, uma característica da substância que é medida ou monitorada. A saída de radiação eletromagnética do elemento de processamento pode ser radiação eletromagnética refletida, radiação eletromagnética transmitida, e/ou radiação eletromagnética dispersa. A possibilidade de a radiação eletromagnética refletida ou transmitida ser analisada pelo detector pode ser ditada pelos parâmetros estruturais do dispositivo de computação óptica bem como outras considerações conhecidas pelos elementos versados na técnica. Ademais, a emissão e/ou dispersão da substância, por exemplo, através de fluorescência, luminescência, espalhamento Raman, e/ou espalhamento Raleigh, também podem ser monitoradas pelos dispositivos de computação óptica.
[030] Como usado aqui, o termo "interage opticamente" ou variações desse se refere à reflexão, transmissão, dispersão, difração, ou absorção de radiação eletromagnética em, através, ou a partir de um ou mais elementos de processamento (isto é, elementos computacionais integrados). Consequentemente, luz opticamente interagida se refere à radiação eletromagnética que foi refletida, transmitida, dispersa, difratada, ou absorvida, emitida, ou rerradiada, por exemplo, utilizando os elementos computacionais integrados, porém também pode ser aplicada para a interação com um fluido ou uma substância no fluido.
[031] Os sistemas e métodos exemplificativos descritos aqui irão incluir pelo menos dois dispositivos de computação óptica, estrategicamente dispostos ao longo de uma trajetória de fluxo para monitorar um fluido que flui nessa e calcular diferenças de concentração entre os locais de medição ou monitoramento. Cada dispositivo de computação óptica pode incluir uma fonte de radiação eletromagnética, pelo menos um elemento de processamento (por exemplo, elementos computacionais integrados), e pelo menos um detector disposto para receber a luz opticamente interagida do pelo menos um elemento de processamento. Como descrito abaixo, entretanto, em pelo menos uma modalidade, a fonte de radiação eletromagnética pode ser omitida e em vez de a radiação eletromagnética poder ser derivada do fluido ou da própria substância. Em algumas modalidades, os dispositivos de computação óptica exemplificativos podem ser especificamente configurados para detectar, analisar, e medir quantitativamente uma característica ou analito particular de interesse do fluido na trajetória de fluxo. Em outras modalidades, os dispositivos de computação óptica podem ser dispositivos ópticos de uso geral, com processamento pós-aquisição (por exemplo, através de meios de computador) que são usados para detectar especificamente a característica da amostra.
[032] Em algumas modalidades, os componentes estruturais adequados para os dispositivos de computação óptica exemplificativos são descritos na Patente Nos. U.S. de propriedade comum 6.198.531; 6.529.276; 7.123.844; 7.834.999; 7.911.60, 7.920.258, e 8.049.881, e Pedido de Patente Nos. de Série U.S. 12/094.460; 12/094.465; e 13/456.467. Como será avaliado, variações dos componentes estruturais dos dispositivos de computação óptica descritos nas patentes e pedidos de patente mencionados acima podem ser adequadas, sem que se abandone o escopo da descrição, e, portanto, não devem ser consideradas limitativas às várias modalidades descritas aqui.
[033] Os dispositivos de computação óptica descritos nas patentes e pedidos de patente anteriores combinam a vantagem de potência, precisão e exatidão associadas a espectrômetros de laboratório, enquanto são extremamente resistentes e adequados para uso em campo. Ademais, os dispositivos de computação óptica podem realizar cálculos (análises) em tempo real ou quase em tempo real sem a necessidade de processamento de amostra demorado. Nesse aspecto, os dispositivos de computação óptica podem ser especificamente configurados para detectar e analisar características e/ou analitos particulares de interesse de um fluido ou uma substância no fluido. Como resultado, os sinais interferentes são discriminados daqueles de interesse na substância pela configuração apropriada dos dispositivos de computação óptica, de tal modo que os dispositivos de computação óptica forneçam uma resposta rápida referente às características do fluido ou substância com base na saída detectada. Em algumas modalidades, a saída detectada pode ser convertida em uma tensão que é distintiva da magnitude da característica que está sendo monitorada no fluido. Essas e outras vantagens tornam os dispositivos de computação óptica particularmente bem adequados para uso em campo e fundo do poço.
[034] Os dispositivos de computação óptica podem ser configurados para detectar não só a composição e concentrações de uma substância em um fluido, como também podem ser configurados para determinar as propriedades físicas e outras características da substância, com base em sua análise da radiação eletromagnética recebida da substância. Por exemplo, os dispositivos de computação óptica podem ser configurados para determinar a concentração de um analito e correlacionar à concentração determinada a uma característica de uma substância utilizando meios de processamento adequados. Conforme será avaliado, os dispositivos de computação óptica podem ser configurados para detectar o máximo de características ou analitos desejadas para uma determinada substância ou fluido. Tudo o que se exige para realizar o monitoramento de múltiplas características ou analitos é a incorporação de meios de processamento e detecção adequados dentro do dispositivo de computação óptica para cada característica ou analito. Em algumas modalidades, as propriedades da substância podem ser uma combinação das propriedades dos analitos nessa (por exemplo, uma combinação linear, não linear, logarítmica e/ou exponencial). Consequentemente, quanto mais características e analitos forem detectadas e analisadas utilizando os dispositivos de computação óptica, mais precisamente as propriedades da dada substância serão determinadas.
[035] Os dispositivos de computação óptica descritos aqui usam radiação eletromagnética para realizar cálculos, ao contrário dos circuitos fisicamente conectados de processadores eletrônicos convencionais. Quando a radiação eletromagnética interage com uma substância, as informações físicas e químicas exclusivas sobre a substância podem ser codificadas na radiação eletromagnética que é refletida, transmitida, ou radiada a partir da substância. Essas informações são geralmente referidas como a "impressão digital" espectral da substância. Os dispositivos de computação óptica descritos aqui são capazes de extrair as informações de impressão digital espectral de múltiplas características ou analitos dentro de uma substância e converter essas informações em uma saída detectável referentes às propriedades gerais da substância. Isto é, através de configurações adequadas dos dispositivos de computação óptica, a radiação eletromagnética associada a características ou analitos de interesse em uma substância pode ser separada da radiação eletromagnética associada a todos os outros componentes da substância para estimar as propriedades da substância em tempo real ou quase em tempo real.
[036] Os elementos de processamento usados nos dispositivos de computação óptica exemplificativos descritos aqui podem ser caracterizados como elementos computacionais integrados (ICE). Cada ICE é capaz de distinguir a radiação eletromagnética relacionada à característica ou analito de interesse da radiação eletromagnética relacionada a outros componentes de uma substância. Com referência à Figura 1, ilustra-se um ICE exemplificativo 100 adequado para uso nos dispositivos de computação óptica usados nos sistemas e métodos descritos aqui. Como ilustrado, o ICE 100 pode incluir uma pluralidade de camadas alternadas 102 e 104, como silício (Si) e SiO2 (quartzo), respectivamente. Em geral, essas camadas 102, 104 consistem em materiais cujo índice de refração é alto e baixo, respectivamente. Outros exemplos podem incluir nióbia e nióbio, germânio e germânia, MgF, SiO, e outros materiais de alto e baixo índice conhecidos na técnica. As camadas 102, 104 podem ser estrategicamente depositadas em um substrato óptico 106. Em algumas modalidades, o substrato óptico 106 é vidro óptico BK-7. Em outras modalidades, o substrato óptico 106 pode ser outro tipo de substrato óptico, como quartzo, safira, silício, germânio, seleneto de zinco, sulfeto de zinco, ou vários plásticos como policarbonato, polimetilmetacrilato (PMMA), cloreto de polivinila (PVC), diamante, cerâmica, combinações desses, e similares.
[037] Na extremidade oposta (por exemplo, oposta ao substrato óptico 106 na Figura 1), o ICE 100 pode incluir uma camada 108 que é geralmente exposta ao ambiente do dispositivo ou instalação. O número de camadas 102, 104 e a espessura de cada camada 102, 104 são determinados a partir dos atributos espectrais adquiridos a partir de uma análise espectroscópica de uma característica da substância utilizando um instrumento espectroscópico convencional. O espectro de interesse de uma determinada característica de uma substância inclui tipicamente qualquer número de comprimentos de onda diferentes. Deve ser entendido que o ICE exemplificativo 100 na Figura 1 não representa de fato qualquer característica particular de uma determinada substância, porém é fornecido somente para propósitos de ilustração. Consequentemente, o número de camadas 102, 104 e sua espessura relativa, como mostrado na Figura 1, não possuem correlação com qualquer característica particular de uma determinada substância. As camadas 102, 104 e suas espessuras relativas não são necessariamente representadas em escala, e, portanto, não devem ser consideradas limitativas da presente descrição. Ademais, os elementos versados na técnica irão reconhecer facilmente que os materiais que constituem cada camada 102, 104 (isto é, Si e SiO2) podem variar, dependendo da aplicação, custo de materiais e/ou aplicabilidade do material à substância.
[038] Em algumas modalidades, o material de cada camada 102, 104 pode ser dopado ou dois ou mais materiais podem ser combinados de uma maneira para obter a característica óptica desejada. Além de sólidos, o ICE exemplificativo 100 também pode conter líquidos e/ou gases, opcionalmente em combinação com sólidos, para produzir uma característica óptica desejada. No caso de gases e líquidos, o ICE 100 pode conter um recipiente correspondente (não mostrado), que aloja os gases ou líquidos. Variações exemplificativas do ICE 100 também podem incluir elementos ópticos holográficos, redes de difração, piezoelétricos, haste luminosa, haste luminosa digital (DLP), e/ou elementos acústico-ópticos, por exemplo, que podem criar propriedades de transmissão, reflexão e/ou absorção de interesse.
[039] As múltiplas camadas 102, 104 exibem índices de refração diferentes. Ao selecionar apropriadamente os materiais das camadas 102, 104 e sua espessura e espaçamento relativos, o ICE 100 pode ser configurado para passar/refletir/refratar seletivamente as frações predeterminadas de radiação eletromagnética em comprimentos de onda diferentes. Cada comprimento de onda é fornecido com um fator de ponderação ou carregamento predeterminado. A espessura e espaçamento das camadas 102, 104 podem ser determinados utilizando uma variedade de métodos de aproximação do espectrógrafo da característica ou analito de interesse. Esses métodos podem incluir a transformada inversa de Fourier (IFT) do espectro de transmissão óptica e estruturação do ICE 100 como a representação física da IFT. As aproximações convertem a IFT em uma estrutura com base em materiais conhecidos com índices de refração constantes. Informações adicionais referentes às estruturas e desenho de elementos computacionais integrados exemplificativos (também referidos como elementos ópticos multivariados) são fornecidas em Applied Optics, Vol. 35, pp. 5484-5492 (1996) e Vol. 129, pp. 2876-2893.
[040] As ponderações que as camadas 102, 104 do ICE 100 aplicam em cada comprimento de onda são ajustadas às ponderações de regressão descritas em relação a uma equação conhecida, ou dados, ou assinatura espectral. Brevemente, o ICE 100 pode ser configurado para realizar o produto escalar do feixe de luz de entrada no ICE 100 e um vetor de regressão carregado desejado representado por cada camada 102, 104 para cada comprimento de onda. Como resultado, a intensidade de luz de saída do ICE 100 está relacionada à característica ou analito de interesse. Detalhes adicionais referentes a como o ICE exemplificativo 100 é capaz de distinguir e processar a radiação eletromagnética relacionada à característica ou analito de interesse são descritos na Patente Nos. U.S. 6.198.531; 6.529.276; e 7.920.258.
[041] Agora com referência à Figura 2, ilustra-se um diagrama de bloco que ilustra de forma não mecânica como um dispositivo de computação óptica 200 é capaz de distinguir a radiação eletromagnética relacionada a uma característica de uma substância da outra radiação eletromagnética. Como mostrado na Figura 2, após ser iluminada com radiação eletromagnética incidente, uma substância 202 contendo um analito de interesse (por exemplo, uma característica da substância) produz uma saída de radiação eletromagnética (por exemplo, luz interagida com amostra), alguma dessas é a radiação eletromagnética 204 correspondente à característica ou analito de interesse e alguma dessas é a radiação eletromagnética de fundo 206 correspondente a outros componentes ou características da substância 202.
[042] Embora não especificamente mostrado, um ou mais elementos espectrais podem ser empregados no dispositivo 200 para limitar os comprimentos de onda ópticos e/ou larguras de banda do sistema e então eliminar a radiação eletromagnética indesejada existente em regiões de comprimento de onda que não têm importância. Esses elementos espectrais podem ficar localizados em qualquer lugar ao longo do trem óptico, porém são tipicamente empregados diretamente após a fonte de luz, que fornece a radiação eletromagnética inicial. Várias configurações e aplicações de elementos espectrais em dispositivos de computação óptica podem ser encontradas na Patente Nos. U.S. de propriedade comum 6.198.531; 6.529.276; 7.123.844; 7.834.999; 7.911.605, 7.920.258, 8.049.881, e Pedido de Patente Nos. de Série U.S. 12/094.460 (Publicação de Pedido de Patente No. U.S. 2009/0219538); 12/094.465 (Publicação de Pedido de Patente No. U.S. 2009/0219539); e 13/456.467.
[043] Os feixes de radiação eletromagnética 204, 206 incidem sobre o dispositivo de computação óptica 200, que contém um ICE exemplificativo 208 nesse. Na modalidade ilustrada, o ICE 208 pode ser configurado para produzir a luz opticamente interagida, por exemplo, luz opticamente interagida transmitida 210 e luz opticamente interagida refletida 214. Em operação, o ICE 208 pode ser configurado para distinguir a radiação eletromagnética 204 da radiação eletromagnética de fundo 206.
[044] A luz opticamente interagida transmitida 210, que pode estar relacionada à característica ou analito de interesse da substância 202, pode ser conduzida para um detector 212 para análise e quantificação. Em algumas modalidades, o detector 212 é configurado para produzir um sinal de saída sob a forma de uma tensão que corresponde à característica particular da substância 202. Em pelo menos uma modalidade, o sinal produzido pelo detector 212 e a concentração da característica da substância 202 pode ser diretamente proporcional. Em outras modalidades, a relação pode ser uma função polinomial, uma função exponencial e/ou uma função logarítmica. A luz opticamente interagida refletida 214, que pode estar relacionada à característica e outros componentes da substância 202, podem ser direcionados para fora do detector 212. Em configurações alternativas, o ICE 208 pode ser configurado de tal modo que a luz opticamente interagida refletida 214 pode ser relacionada ao analito de interesse, e a luz opticamente interagida transmitida 210 pode ser relacionada a outros componentes da substância 202.
[045] Em algumas modalidades, um segundo detector 216 pode estar presente e disposto para detectar a luz opticamente interagida refletida 214. Em outras modalidades, o segundo detector 216 pode ficar disposto para detectar a radiação eletromagnética 204, 206 derivada da substância 202 ou radiação eletromagnética direcionada para, ou antes, da substância 202. Sem limitação, o segundo detector 216 pode ser usado para detectar desvios radiantes derivados de uma fonte de radiação eletromagnética (não mostrada), que fornece a radiação eletromagnética (isto é, luz) ao dispositivo 200. Por exemplo, os desvios radiantes podem incluir coisas como, porém sem caráter limitativo, flutuações de intensidade na radiação eletromagnética, flutuações interferentes (por exemplo, poeira ou outros interferentes que passam na frente da fonte de radiação eletromagnética), revestimentos em janelas incluídos com o dispositivo de computação óptica 200, combinações desses, ou similares. Em algumas modalidades, um divisor de feixe (não mostrado) pode ser empregado para dividir a radiação eletromagnética 204, 206, e a radiação eletromagnética transmitida ou refletida pode ser então direcionada para um ou mais ICE 208. Isto é, em tais modalidades, o ICE 208 não funciona como um tipo de divisor de feixe, como mostrado na Figura 2, e a radiação eletromagnética transmitida ou refletida simplesmente passa através do ICE 208, que é computacionalmente processado nesse, antes de se deslocar para o detector 212.
[046] A(s) característica(s) da substância 202 que é/são analisada(s) utilizando o dispositivo de computação óptica 200 pode(m) ser processada(s) de maneira computacional para fornecer informações de caracterização adicionais sobre a substância 202. Em algumas modalidades, a identificação e concentração de cada analito na substância 202 podem ser usadas para prever determinadas características físicas da substância 202. Por exemplo, as características de volume de uma substância 202 podem ser estimadas utilizando uma combinação das propriedades conferidas à substância 202 por cada analito.
[047] Em algumas modalidades, a concentração de cada analito ou a magnitude de cada característica determinada utilizando o dispositivo de computação óptica 200 pode ser alimentada em um algoritmo que opera sob o controle de computador. O algoritmo pode ser configurado para fazer previsões sobre como as características da substância 202 mudam se as concentrações dos analitos mudarem uma em relação à outra. Em algumas modalidades, o algoritmo pode produzir uma saída que é legível por um operador que pode tomar medidas apropriadas manualmente, se necessário, com base na saída. Em algumas some modalidades, o algoritmo pode assumir o controle de processo proativo ao ajustar automaticamente o fluxo de uma substância de tratamento que é introduzida em uma trajetória de fluxo ou ao deter a introdução da substância de tratamento em resposta a uma condição fora de alcance.
[048] O algoritmo pode ser parte de uma rede neural artificial configurada para usar a concentração de cada analito detectado para avaliar a(s) característica(s) da substância 202 e prever como modificar a substância 202 para alterar suas propriedades de maneira desejada. Redes neurais artificiais ilustrativas, porém não limitativas são descritas no Pedido de Patente No. U.S. de propriedade comum 11/986.763 (Publicação de Pedido de Patente U.S. 2009/0182693). Será identificado que uma rede neural artificial pode ser preparada utilizando amostras de substâncias que possuem concentrações, composições e/ou propriedades conhecidas, e assim gerar uma biblioteca virtual. Visto que a biblioteca virtual disponível para a rede neural artificial se torna maior, a rede neural pode se tornar mais capaz de prever precisamente as características de uma substância que possui qualquer número de analitos presentes nessa. Ademais, com formação suficiente, a rede neural artificial pode prever mais precisamente as características da substância, mesmo na presença de analitos desconhecidos.
[049] É identificado que as várias modalidades aqui voltadas para o controle de computador e redes neurais artificiais, inclusive vários blocos, módulos, elementos, componentes, métodos, e algoritmos, podem ser implementadas utilizando hardware, software de computador, combinações desses, e similares. Para ilustrar essa intercambialidade de hardware e software, vários blocos, módulos, elementos, componentes, métodos e algoritmos ilustrativos foram descritos de forma geral em termos de sua funcionalidade. A possibilidade de tal funcionalidade ser implementada como hardware ou software irá depender da aplicação particular e quaisquer restrições de desenho impostas. Pelo menos por esse motivo, será reconhecido que um elemento versado na técnica pode implementar a funcionalidade descrita em uma variedade de formas para uma aplicação particular. Ademais, vários componentes e blocos podem ficar dispostos em uma ordem diferente ou divididos de forma diferente, por exemplo, sem que se abandone o escopo das modalidades expressamente descritas.
[050] O hardware de computador usado para implementar os vários blocos, módulos, elementos, componentes, métodos, e algoritmos ilustrativos descritos aqui pode incluir um processador configurado para executar uma ou mais sequências de instruções, locais de programação, ou código armazenado em um meio não temporário, legível por computador. O processador pode ser, por exemplo, um microprocessador de uso geral, um microcontrolador, um processador de sinal digital, um circuito integrado específico, uma matriz de portas programável em campo, um dispositivo de lógica programável, um controlador, uma máquina de estado, uma porta lógica, componentes de hardware distintos, uma rede neural artificial, ou qualquer entidade adequada similar que pode realizar cálculos ou outras manipulações de dados. Em algumas modalidades, o hardware de computador pode incluir ainda elementos como, por exemplo, uma memória (por exemplo, memória de acesso aleatório (RAM), memória flash, memória de leitura (ROM), memória de leitura programável (PROM), memória de leitura apagável (EPROM)), registros, discos rígidos, discos removíveis, CD-ROMS, DVDs, ou qualquer outro dispositivo ou meio de armazenamento adequado similar.
[051] As sequências executáveis descritas aqui podem ser implementadas com uma ou mais sequências de códigos contidas em uma memória. Em algumas modalidades, tal código pode ser lido na memória de outro meio legível por máquina. A execução das sequências de instruções contidas na memória pode fazer com que um processador realize as etapas de processo descritas aqui. Um ou mais processadores em uma disposição de multiprocessamento também podem ser empregados para executar sequências de instrução na memória. Ademais, um conjunto de circuitos fisicamente conectados pode ser usado em vez de ou em combinação com instruções de software para implementar várias modalidades descritas aqui. Assim, as presentes modalidades não são limitadas a nenhuma combinação específica de hardware e/ou software.
[052] Como usado aqui, um meio legível por máquina irá se referir a qualquer meio que fornece instruções direta ou indiretamente a um processador para execução. Um meio legível por máquina pode assumir muitas formas inclusive, por exemplo, meios não voláteis, meios voláteis, e meios de transmissão. Os meios não voláteis podem incluir, por exemplo, discos ópticos e magnéticos. Os meios voláteis podem incluir, por exemplo, memória dinâmica. Os meios de transmissão podem incluir, por exemplo, cabos coaxiais, fio, fibra óptica, e fios que formam um barramento. As formas comuns de meios legíveis por máquina podem incluir, por exemplo, disquetes, discos flexíveis, discos rígidos, fitas magnéticas, outros meios magnéticos similares, CD- ROMs, DVDs, outros meios ópticos similares, cartões perfurados, fitas de papel e meios físicos similares com furos estampados, RAM, ROM, PROM, EPROM e EPROM flash.
[053] Em algumas modalidades, os dados coletados utilizando os dispositivos de computação óptica podem ser arquivados juntamente com dados associados a parâmetros operacionais que são registrados em um local de trabalho. A avaliação de desempenho de trabalho pode ser então realizada e aprimorada para futuras operações ou tais informações podem ser usadas para projetar operações subsequentes. Ademais, os dados e informações podem ser comunicados (com fio ou sem fio) a um local remoto por um sistema de comunicação (por exemplo, comunicação por satélite ou comunicação por rede de área ampla) para análise adicional. O sistema de comunicação também pode permitir que o monitoramento remoto e operação de processo ocorram. O controle automático com um sistema de comunicação de longo alcance pode facilitar adicionalmente o desempenho de operações de trabalho remotas. Em particular, uma rede neural artificial pode ser usada em algumas modalidades para facilitar o desempenho de operações de trabalho remotas. Isto é, as operações de trabalho remotas podem ser conduzidas automaticamente em algumas modalidades. Em outras modalidades, entretanto, as operações de trabalho remotas podem ocorrer sob o controle de operador direto, onde o operador não está no local de trabalho.
[054] Agora com referência à Figura 3, ilustra-se um sistema exemplificativo 300 para monitorar um fluido 302, de acordo com uma ou mais modalidades. Na modalidade ilustrada, o fluido 302 pode ser contido ou de outro modo fluir dentro de uma trajetória de fluxo exemplificativa 304. A trajetória de fluxo 304 pode ser uma linha de fluxo ou uma tubulação e o fluido 302 presente nessa pode estar fluindo na direção geral indicada pelas setas A (isto é, a partir de a montante para a jusante). Como será avaliado, entretanto, a trajetória de fluxo 304 pode ser qualquer outro tipo de trajetória de fluxo, como geralmente descrito ou de outro modo definido aqui. Em pelo menos uma modalidade, entretanto, a trajetória de fluxo 304 pode formar parte de uma tubulação de petróleo/gás e pode ser parte de uma cabeça de poço ou uma pluralidade de linhas de fluxo ou tubos de interconexão submarinas e/ou superficiais que interconectam vários reservatórios de hidrocarboneto subterrâneos com uma ou mais plataformas de recepção/coleta ou instalações de processo. Em algumas modalidades, porções da trajetória de fluxo 304 podem ser empregadas no fundo do poço e conectam fluidamente, por exemplo, uma formação e uma cabeça de poço. Com isso, as porções da trajetória de fluxo 304 podem ficar dispostas substancialmente na vertical, substancialmente na horizontal, ou qualquer configuração direcional entre essas, sem que se abandone o escopo da descrição.
[055] O sistema 300 pode incluir pelo menos um primeiro dispositivo de computação óptica 306a e um segundo dispositivo de computação óptica 306b. Os dispositivos de computação óptica 306a, b podem ser similares em alguns aspectos ao dispositivo de computação óptica 200 da Figura 2, e, portanto, podem ser mais bem entendidos com referência a esse. Como ilustrado, os primeiro e segundo dispositivos de computação óptica 306a, b podem ser associados à trajetória de fluxo 304 em locais de monitoramento independentes e distintos ao longo do comprimento da trajetória de fluxo 304. Especificamente, o primeiro dispositivo de computação óptica 306a pode ficar localizado em um primeiro local de monitoramento ao longo da trajetória de fluxo 304 e o segundo dispositivo de computação óptica 306b pode ficar localizado em um segundo local de monitoramento ao longo da trajetória de fluxo 304, onde o primeiro local de monitoramento se comunica fluidamente com o segundo local de monitoramento através de porções contíguas da trajetória de fluxo 304. Como descrito em mais detalhes abaixo, cada dispositivo de computação óptica 306a, b pode ser útil para determinar uma característica particular do fluido 302 dentro da trajetória de fluxo 304, como determinar uma concentração de uma substância que pode estar presente dentro do fluido 302 no local correspondente ao longo da trajetória de fluxo 304.
[056] Em algumas modalidades, o segundo dispositivo de computação óptica 306b fica disposto em uma distância predeterminada do primeiro dispositivo de computação óptica 306a ao longo do comprimento da trajetória de fluxo 304. Em outras modalidades, entretanto, o primeiro dispositivo de computação óptica 306a pode ser aleatoriamente separado do segundo dispositivo de computação óptica 306b, sem que se abandone o escopo da descrição. Ademais, enquanto somente dois dispositivos de computação óptica 306a, b são mostrados na Figura 3, será avaliado que o sistema 300 pode empregar mais de dois dispositivos de computação óptica dentro da trajetória de fluxo 304. Nessas modalidades, cada dispositivo de computação óptica adicional pode ser separado dos primeiro e segundo dispositivos de computação óptica 306a, b em distâncias predeterminadas e aleatórias, dependendo da aplicação.
[057] Cada dispositivo 306a, b pode ficar alojado dentro de um invólucro ou alojamento individual acoplado ou de outro modo fixado à trajetória de fluxo 304 em seu respectivo local. Como ilustrado, por exemplo, o primeiro dispositivo 306a pode ficar alojado dentro de um primeiro alojamento 308a e o segundo dispositivo 306b pode ficar alojado dentro de um segundo alojamento 308b. Em algumas modalidades, os primeiro e segundo alojamentos 308a, b podem ser mecanicamente acoplados à trajetória de fluxo 304 utilizando, por exemplo, prendedores mecânicos, técnicas de brasagem ou soldagem, adesivos, ímãs, combinações desses ou similares. Cada alojamento 308a, b pode ser configurado para proteger substancialmente os componentes internos dos respectivos dispositivos 306a, b contra danos ou contaminação do ambiente externo. Ademais, cada alojamento 308a, b pode ser desenhado para suportar as pressões que podem ser experimentadas dentro da trajetória de fluxo 304 e então fornecer uma vedação estanque a fluido entre a trajetória de fluxo 304 e o respectivo alojamento 308a, b.
[058] Cada dispositivo 306a, b pode incluir uma fonte de radiação eletromagnética 310 configurada para emitir ou de outro modo gerar radiação eletromagnética 312. A fonte de fonte de radiação eletromagnética 310 pode ser qualquer dispositivo capaz de emitir ou gerar radiação eletromagnética, com definido aqui. Por exemplo, a fonte de radiação eletromagnética 310 pode ser uma lâmpada elétrica, um dispositivo emissor de luz (LED), um laser, um corpo negro, um cristal fotônico, uma fonte de raios x, combinações desses, ou similares. Em algumas modalidades, uma lente (não mostrada), ou qualquer outro tipo de dispositivo óptico configurado para transmitir ou de outro modo conduzir a radiação eletromagnética, pode ser disposto para coletar ou de outro modo receber a radiação eletromagnética 312 e direcionar um feixe para o fluido 302.
[059] Em uma ou mais modalidades, os dispositivos 306a, b também podem incluir uma janela de amostragem 314 disposta adjacente ao fluido 302 para propósitos de detecção. A janela de amostragem 314 pode ser feita a partir de uma variedade de materiais transparentes, rígidos ou semirrígidos que são configurados para permitir a transmissão da radiação eletromagnética 312 através dessa. Por exemplo, a janela de amostragem 314 pode ser feita, porém sem caráter limitativo, de vidros, plásticos, semicondutores, materiais cristalinos, materiais policristalinos, pós comprimidos a quente ou a frio, combinações desses, ou similares. Para remover o efeito fantasma ou outros problemas de formação de imagens resultantes de refletância sobre a janela de amostragem 314, o sistema 300 pode empregar um ou mais elementos de refletância interna (IRE), como aqueles descritos na Patente No. U.S. de propriedade comum 7.697.141, e/ou um ou mais sistemas de formação de imagens, como aqueles descritos no Pedido de Patente No. de Série U.S. 13/456.467.
[060] Após passar através da janela de amostragem 314, a radiação eletromagnética 312 incide e interage opticamente com o fluido 302, ou uma substância que flui dentro do fluido 302. Como resultado, a radiação opticamente interagida 316 é gerada e refletida a partir do fluido 302. Os elementos versados na técnica, entretanto, irão reconhecer facilmente que variações alternativas dos dispositivos 306a, b podem permitir que a radiação opticamente interagida 316 seja gerada ao ser transmitida, dispersa, difratada, absorvida, emitida, ou re-radiada por e/ou a partir do fluido 302, ou a substância particular que flui dentro do fluido 302, sem que se abandone o escopo da descrição.
[061] A radiação opticamente interagida 316 em cada dispositivo 306a, b pode ser direcionada ou de outro modo recebida por um ICE 318 disposto dentro do dispositivo correspondente 306a, b. cada ICE 318 pode ser um componente espectral substancialmente similar ao ICE 100 descrito acima com referência à Figura 1. Consequentemente, em operação, cada ICE 318 pode ser configurado para receber a radiação opticamente interagida 316 e produzir a radiação eletromagnética modificada 320 correspondente a uma característica ou analito particular de interesse do fluido 302. Em particular, a radiação eletromagnética modificada 320 é a radiação eletromagnética que foi opticamente interagida com o ICE 318, com isso uma simulação aproximada do vetor de regressão correspondente à característica de interesse do fluido 302 é obtida.
[062] Deve ser observado que, enquanto a Figura 3 mostra o ICE 318 recebendo a radiação eletromagnética refletida da janela de amostragem 314 e do fluido 302, o ICE 318 pode ser disposto em qualquer ponto ao longo do trem óptico do dispositivo 306a, b, sem que se abandone o escopo da descrição. Por exemplo, em uma ou mais modalidades, o ICE 318 pode ficar disposto dentro do trem óptico antes da janela de amostragem 314 e igualmente obter substancialmente os mesmos resultados. Em outras modalidades, a janela de amostragem 314 pode servir para um propósito duplo como uma janela de transmissão e o ICE 318 (isto é, um componente espectral). Ainda em outras modalidades, o ICE 318 pode gerar a radiação eletromagnética modificada 320 através da reflexão, em vez de transmissão através desse.
[063] Ademais, enquanto somente um ICE 318 é mostrado em cada dispositivo correspondente 306a, b, as modalidades são contempladas aqui para incluir o uso de pelo menos dois ICE em cada dispositivo 306a, b configurado para determinar cooperativamente a característica de interesse no fluido 302. Por exemplo, dois ou mais ICE podem ficar dispostos em série ou em paralelo dentro do dispositivo 306a, b e configurados para receber a radiação opticamente interagida 316 e assim aumentar as sensibilidades e limites de detector do dispositivo 306a, b. Em outras modalidades, dois ou mais ICE podem ficar dispostos em uma montagem móvel, como um disco rotativo ou uma matriz linear oscilante, que se move de tal modo que os componentes ICE individuais são capazes de ser expostos ou de outro modo interagir opticamente com a radiação eletromagnética durante um breve período de tempo distinto. Em uma ou mais modalidades, os dois ou mais ICE em qualquer uma dessas modalidades podem ser configurados para serem associados ou dissociados com a característica de interesse no fluido 302. Em outras modalidades, os dois ou mais ICE podem ser configurados para serem positiva ou negativamente correlacionados à característica de interesse no fluido 302. Essas modalidades opcionais que empregam dois ou mais ICE 318 são adicionalmente descritas no Pedido de Patente Nos. de Série U.S. copendente 13/456.264 e 13/456.405.
[064] Em algumas modalidades, pode ser desejado monitorar mais de um analito ou característica de interesse de uma vez em cada local ao longo da trajetória de fluxo 304. Em tais modalidades, várias configurações para múltiplos componentes ICE podem ser usadas, onde cada componente ICE é configurado para detectar uma característica ou analito particular e/ou distinto de interesse. Em algumas modalidades, a característica ou analito pode ser analisada sequencialmente utilizando múltiplos componentes ICE que são fornecidos com um único feixe de radiação eletromagnética que é refletido ou transmitido através do fluido 302. Em algumas modalidades, como brevemente mencionado acima, múltiplos componentes ICE podem ser dispostos em um disco rotativo, onde os componentes ICE individuais são expostos apenas ao feixe de radiação eletromagnética durante um curto período de tempo. As vantagens dessa abordagem podem incluir a capacidade de analisar múltiplos analitos utilizando um único dispositivo de computação óptica e a oportunidade de analisar analitos adicionais ao adicionar componentes ICE adicionais ao disco rotativo. Em várias modalidades, o disco rotativo pode ser girado em uma frequência de cerca de 10 RPM a cerca de 30.000 RPM de tal modo que cada analito no fluido 302 seja medido rapidamente. Em algumas modalidades, esses valores podem ser calculados em um domínio de tempo apropriado (por exemplo, cerca de 1 milissegundo a cerca de 1 hora) para determinar mais precisamente as características do fluido 302.
[065] Em outra modalidade, múltiplos dispositivos de computação óptica podem ser colocados em paralelo em cada local ao longo do comprimento da trajetória de fluxo 304, onde cada dispositivo de computação óptica contém um único ICE que é configurado para detectar uma característica ou analito particular de interesse do fluido 302. Nessas modalidades, um divisor de feixe pode desviar uma porção da radiação eletromagnética que é refletida, emitida, ou transmitida através do fluido 302 e em cada dispositivo de computação óptica. Cada dispositivo de computação óptica, por sua vez, pode ser acoplado a um detector ou matriz de detector correspondente que é configurado para detectar e analisar uma saída de radiação eletromagnética a partir do dispositivo de computação óptica. As configurações paralelas de dispositivos de computação óptica podem ser particularmente benéficas para aplicações que exigem entradas de baixa potência e/ou partes não móveis.
[066] Os elementos versados na técnica irão avaliar que qualquer uma das configurações anteriores pode ser adicionalmente usada em combinação com uma configuração em série em qualquer uma das presentes modalidades. Por exemplo, dois dispositivos de computação óptica que possuem um disco rotativo com uma pluralidade de componentes ICE dispostos nesse podem ser colocados em série para realizar uma análise em um único local ao longo do comprimento da trajetória de fluxo 304. Também, múltiplas estações de detecção, cada uma contendo dispositivos de computação óptica em paralelo, podem ser colocadas em série para realizar uma análise similar.
[067] A radiação eletromagnética modificada 320 gerada por cada ICE 318 pode ser subsequentemente conduzida para um detector 322 para a quantificação do sinal. O detector 322 pode ser qualquer dispositivo capaz de detectar a radiação eletromagnética, e pode ser geralmente caracterizado como um transdutor óptico. Em algumas modalidades, o detector 322 pode ser, porém não é limitado a, um detector térmico como um detector termopilha ou fotoacústico, um detector semicondutor, um detector piezoelétrico, um detector de dispositivo acoplado à carga (CCD), um detector vídeo ou matriz, um detector de divisão, um detector de fótons (como um tubo fotomultiplicador), fotodiodos, combinações desses, ou similares, ou outros detectores conhecidos pelos elementos versados na técnica.
[068] Em algumas modalidades, o detector 322 em cada dispositivo 306a, b pode ser configurado para produzir um sinal de saída em tempo real ou quase em tempo real sob a forma de uma tensão (ou corrente) que corresponde à característica particular de interesse no fluido 302. Por exemplo, o detector 322 disposto dentro do primeiro dispositivo 306a pode gerar um primeiro sinal de saída 324a, e o detector 322 disposto dentro do segundo dispositivo 306b pode gerar um segundo sinal de saída 324b. A tensão retornada por cada detector 322 é essencialmente o produto escalar da interação óptica da radiação opticamente interagida 316 com o respectivo ICE 318 como uma função da concentração da característica de interesse do fluido 302. Com isso, cada sinal de saída 324a, b produzido por seu detector correspondente 322 e a concentração da característica de interesse no fluido 302 pode ser relacionado.
[069] O sinal de saída 324a, b de cada dispositivo 306a, b pode ser conduzido ou de outro modo recebido por um processador de sinal 326 acoplado de forma comunicável aos detectores 322. O processador de sinal 326 pode ser um computador que inclui um meio legível por máquina não temporário, e pode empregar um algoritmo configurado para calcular ou de outro modo determinar as diferenças entre os sinais de saída 324a, b. Por exemplo, o primeiro sinal de saída 324a pode ser indicativo da concentração de uma substância e/ou da magnitude da característica de interesse no fluido 302 no local do primeiro dispositivo 306a ao longo da trajetória de fluxo 304, e o segundo sinal de saída 324b pode ser indicativo da concentração da substância e/ou da magnitude da característica de interesse no fluido 302 no local do segundo dispositivo 306b ao longo da trajetória de fluxo 304. Consequentemente, o processador de sinal 326 pode ser configurado para determinar como a concentração da substância e/ou da magnitude da característica de interesse no fluido 302 mudou entre os primeiro e segundo locais de monitoramento ao longo da trajetória de fluxo 304. Em algumas modalidades, o algoritmo empregado pelo processador de sinal 326 pode levar em consideração a distância entre os dois dispositivos 306a, b. Dependendo da aplicação, as distâncias de monitoramento podem ser curtas (por exemplo, metros ou ainda centímetros), ou longas (por exemplo, milhares de milha), principalmente dependendo da aplicação de interesse. Para aqueles versados na técnica, esses também irão avaliar que múltiplos monitores podem ser empregados em uma variedade de pontos ao longo da trajetória de fluxo 304.
[070] Em tempo real ou quase em tempo real, o processador de sinal 326 pode ser configurado para fornecer um sinal de saída resultante 328 correspondente à diferença medida na substância e/ou magnitude da característica de interesse no fluido 302 entre os primeiro e segundo locais de monitoramento ao longo da trajetória de fluxo 304. Em algumas modalidades, o sinal de saída resultante 328 pode ser conduzido, com fio ou sem fio, para um usuário para consideração. Em outras modalidades, o sinal de saída resultante 328 pode ser reconhecido pelo processador de sinal 326 como estando dentro ou fora de uma faixa predeterminada ou pré-programada de operação adequada. Se o sinal de saída resultante 328 exceder a faixa de operação predeterminada ou pré-programada, o processador de sinal 326 pode ser configurado para alertar o usuário que uma medida corretiva apropriada pode ser tomada, ou, de outro modo, assumir autonomamente a medida corretiva apropriada de modo que o sinal de saída resultante 328 retorne para um valor dentro da faixa de operação predeterminada ou pré- programada.
[071] Os elementos versados na técnica irão avaliar facilmente as várias e inúmeras aplicações com as quais o sistema 300, e configurações alternativas desses, podem ser adequadamente usados. Por exemplo, em uma ou mais modalidades, os primeiro e segundo sinais de saída 324a, b podem ser indicativos de uma concentração de uma substância que flui com o fluido 302 nos primeiro e segundo locais de monitoramento, respectivamente. Em algumas modalidades, a substância, que pode ser um inibidor de corrosão ou incrustação, pode ser adicionada ao fluido 302 no ou próximo ao primeiro local de monitoramento onde o primeiro dispositivo de computação óptica 306a fica disposto. O primeiro dispositivo de computação óptica 306a pode ser configurado para determinar e relatar a concentração da substância no primeiro local de monitoramento. Também, o segundo dispositivo de computação óptica 306b pode ser configurado para determinar a relatar a concentração da substância no segundo local de monitoramento, a jusante do primeiro local de monitoramento. Ao calcular a diferença entre os primeiro e segundo sinais de saída 324a, b, o processador de sinal 326 pode ser capaz de determinar se a substância adicionada está operando como pretendido dentro da trajetória de fluxo 304 ou de outro modo se a dosagem adicionada foi suficiente.
[072] Em outras modalidades, os primeiro e segundo sinais de saída 324a, b podem ser indicativos de uma característica de interesse do próprio fluido 302 nos primeiro e segundo locais de monitoramento, respectivamente. Por exemplo, o fluido 302 pode incluir uma ou mais substâncias ou composições químicas, como parafina ou carbonato de cálcio, que se precipitam sob determinadas condições e formam incrustações nas paredes internas da trajetória de fluxo 304. O primeiro dispositivo de computação óptica 306a podem ser configurados para determinar e relatar a concentração da uma ou mais substâncias ou composições químicas no primeiro local de monitoramento. Também, o segundo dispositivo de computação óptica 306b pode ser configurado para determinar e relatar a concentração da uma ou mais substâncias ou composições químicas no segundo local de monitoramento, a jusante do primeiro local de monitoramento. Ao calcular a diferença entre os primeiro e segundo sinais de saída 324a, b, o processador de sinal 326 pode ser capaz de determinar quanta incrustação fica depositada nas paredes da trajetória de fluxo e, de forma mais importante, geralmente onde essa está ocorrendo.
[073] Em outras modalidades, os primeiro e segundo sinais de saída 324a, b podem ser indicativos de outras características, como, porém sem caráter limitativo, pH, viscosidade, densidade ou gravidade específica, e resistência iônica, como medido nos primeiro e segundo locais de monitoramento, respectivamente.
[074] Ainda em modalidades adicionais, o sistema 300 pode ser usado para monitorar a produção de dois ou mais campos de produção de hidrocarboneto. Por exemplo, geralmente é comum que trajetórias de fluxo correspondentes que se estendem a partir de dois ou mais campos de produção de hidrocarboneto eventualmente se unam a jusante e por fim compartilhem uma tubulação comum que conduz os fluidos produzidos combinados para uma coleta ou instalação de produção. Como resultado, os fluidos produzidos a partir de cada campo de produção de hidrocarboneto são misturados dentro da tubulação comum, e essa mistura dos fluidos produzidos pode fazer com que depósitos se formem na tubulação comum devido à incompatibilidade dos diferentes fluidos produzidos. Em algumas aplicações, os primeiro e segundo dispositivos de computação óptica 306a, b podem ser dispostos nas primeira e segunda trajetórias de fluxo correspondentes 304 (isto é, tubulações ou linhas de fluxo), onde as primeira e segunda trajetórias de fluxo 304 eventualmente se unem a jusante em uma tubulação comum (não mostrada). Os primeiro e segundo sinais de saída 324a, b podem ser indicativos de uma característica de interesse do fluido 302 em cada uma das primeira e segunda trajetórias de fluxo 304. Ao analisar os primeiro e segundo sinais de saída 324a, b, um operador da tubulação comum pode ser capaz de determinar a origem de depósitos ou outras substâncias prejudiciais encontradas dentro da tubulação comum. Se a origem dos depósitos ou outras substâncias prejudiciais se revelar correspondente à primeira trajetória de fluxo 304, por exemplo, o custo de inibição ou limpeza química pode ser cobrado do proprietário da primeira trajetória de fluxo 304.
[075] Agora com referência à Figura 4, ilustra-se um alojamento exemplificativo 400 que pode ser usado para alojar um dispositivo de computação óptica, de acordo com uma ou mais modalidades. O alojamento 400 pode servir para o mesmo propósito que os primeiro e segundo alojamentos 308a e 308b discutidos acima com referência à Figura 3 e, em pelo menos uma modalidade, pode ser uma modalidade alternativa de cada alojamento 308a, b. Os elementos versados na técnica, entretanto, irá reconhecer facilmente que vários desenhos e configurações alternativas de alojamentos usados para alojar os dispositivos de computação óptica são adequados para os sistemas e métodos atualmente descritos. Na verdade, as modalidades de alojamento descritas e reveladas aqui são somente a título de e exemplo, e não devem ser consideradas limitativas aos sistemas e métodos exemplificativos descritos aqui.
[076] Conforme ilustrado, o alojamento 400 pode estar sob a forma de um parafuso 402 que encerra os vários componentes de um dispositivo de computação óptica, como os primeiro e segundo dispositivos de computação óptica 306a, b da Figura 3. Em uma modalidade, os componentes do dispositivo de computação óptica alojados dentro do alojamento 400 podem ser alojados dentro de uma haste 404 do parafuso 402, e o parafuso 402 pode ter uma cabeça sextavada 406 para a manipulação manual do alojamento 400 utilizando, por exemplo, uma chave inglesa ou outra ferramenta manual de geração de torque.
[077] Em pelo menos uma modalidade, o alojamento 400 possui roscas externas 408 que são rosqueáveis com as roscas para tubo compatíveis correspondentes (não mostradas) fornecidas, por exemplo, em uma abertura definida na trajetória de fluxo 304 (Figura 3) que é configurada para receber o alojamento 400. As roscas 408 podem ser vedadas nas roscas para tubo compatíveis com um selante de rosca para ajudar a suportar as pressões elevadas que podem ser experimentadas na trajetória de fluxo 304. A janela de amostragem 314 é configurada para estar em comunicação óptica com o fluido 302 (Figura 3) e permitir a interação óptica entre o fluido 302 e os outros componentes internos do dispositivo de computação óptica internamente alojado.
[078] Novamente com referência à Figura 3, os elementos versados na técnica irão reconhecer facilmente que, em uma ou mais modalidades, a radiação eletromagnética pode ser derivada do próprio fluido 302, e de outro modo derivada independente da fonte de radiação eletromagnética 310. Por exemplo, várias substâncias radiam naturalmente radiação eletromagnética que é capaz de interagir opticamente com o ICE 318. Em algumas modalidades, por exemplo, o fluido 302 ou a substância dentro do fluido 302 pode ser uma substância de radiação de corpo negro configurada para radiar calor que pode interagir opticamente com o ICE 318. Em outras modalidades, o fluido 302 ou a substância dentro do fluido 302 pode ser radioativa ou quimiluminescente e, portanto, radia radiação eletromagnética que é capaz de interagir opticamente com o ICE 318. Ainda em outras modalidades, a radiação eletromagnética pode ser induzida a partir do fluido 302 ou da substância dentro do fluido 302 ao ser atuada de forma mecânica, magnética, elétrica, combinações dessas, ou similares. Por exemplo, em pelo menos uma modalidade, uma tensão pode ser colocada sobre o fluido 302 ou a substância dentro do fluido 302 para induzir a radiação eletromagnética. Como resultado, as modalidades são contempladas aqui onde a fonte de radiação eletromagnética 310 é omitida do dispositivo de computação óptica particular.
[079] Algumas modalidades descritas aqui incluem:A. Um sistema, que compreende: uma trajetória de fluxo que contém um fluido e fornece pelo menos um primeiro local de monitoramento e um segundo local de monitoramento; um primeiro dispositivo de computação óptica disposto no primeiro local de monitoramento e que possui um primeiro elemento computacional integrado configurado para interagir opticamente com o fluido e conduzir a luz opticamente interagida para um primeiro detector que gera um primeiro sinal de saída correspondente a uma característica do fluido no primeiro local de monitoramento; um segundo dispositivo de computação óptica disposto no segundo local de monitoramento e que possui um segundo elemento computacional integrado configurado para interagir opticamente com o fluido e conduzir a luz opticamente interagida para um segundo detector que gera um segundo sinal de saída correspondente à característica do fluido no segundo local; e um processador de sinal acoplado de maneira comunicável aos primeiro e segundo detectores e configurado para receber os primeiro e segundo sinais de saída e determinar uma diferença entre os primeiro e segundo sinais de saída.
[080] A Modalidade A pode ter um ou mais dos seguintes elementos adicionais em qualquer combinação:
[081] Elemento 1: A modalidade em que o primeiro local de monitoramento se comunica fluidamente com o segundo local de monitoramento através de porções contíguas da trajetória de fluxo.
[082] Elemento 2: A modalidade em que os primeiro e segundo dispositivos de computação óptica são alojados dentro dos primeiro e segundo alojamentos correspondentes, sendo que os primeiro e segundo alojamentos são acoplados à trajetória de fluxo nos primeiro e segundo locais de monitoramento, respectivamente.
[083] Elemento 3: A modalidade em que os primeiro e segundo dispositivos de computação óptica incluem adicionalmente as primeira e segunda fontes de radiação eletromagnética correspondentes configuradas para emitir a radiação eletromagnética para interagir opticamente com o fluido.
[084] Elemento 4: A modalidade em que a diferença entre os primeiro e segundo sinais de saída é indicativa de como a característica do fluido mudou entre os primeiro e segundo locais de monitoramento.
[085] Elemento 5: A modalidade em que a característica do fluido é uma ou mais substâncias ou composições químicas presentes no fluido.
[086] Elemento 6: A modalidade em que a uma ou mais substâncias ou composições químicas incluem pelo menos um entre parafinas, ceras, asfaltenos, espumas aromáticas, saturadas, sais, particulados, e areia.
[087] Elemento 7: A modalidade em que uma ou mais substâncias ou composições químicas incluem pelo menos um entre bário, cálcio, manganês, enxofre, ferro, estrôncio, e cloro.
[088] Elemento 8: A modalidade em que a característica do fluido corresponde a uma substância de tratamento adicionada ao fluido e contida dentro da trajetória de fluxo.
[089] Elemento 9: A modalidade em que a substância de tratamento é selecionada a partir do grupo que consiste em ácidos, compostos de geração de ácido, bases, compostos de geração de base, biocidas, tensoativos, inibidores de incrustação, inibidores de corrosão, agentes gelificantes, agentes de reticulação, agentes anti-colmatação, agentes espumantes, agentes antiespumantes, agentes emulsificantes, agentes desemulsificantes, agentes de controle de ferro, propantes, cascalho, desviadores de particulado, sais, aditivos de controle de perda de fluido, gases, catalisadores, agentes de controle de argila, agentes quelantes, inibidores de corrosão, dispersantes, floculantes, sequestrantes, lubrificantes, quebradores, quebradores de liberação retardada, redutores de atrito, agentes de ligação, viscosificantes, agentes de ponderação, solubilizantes, agentes de controle de reologia, modificadores de viscosidade, agentes de controle de pH, inibidores de hidrato, modificadores de permeabilidade relativa, agentes de desvio, agentes de consolidação, materiais fibrosos, bactericidas, traçadores, sondas, nanopartículas, derivados desses, e similares.
[090] Elemento 10: A modalidade em que a diferença entre os primeiro e segundo sinais de saída é indicativa de como uma concentração da substância de tratamento mudou entre os primeiro e segundo locais de monitoramento.
[091] Outras modalidades descritas aqui incluem:B. Um método de determinar uma característica de um fluido, que compreende: conter um fluido dentro de uma trajetória de fluxo que fornece pelo menos um primeiro local de monitoramento e um segundo local de monitoramento; gerar um primeiro sinal de saída correspondente à característica do fluido no primeiro local de monitoramento com um primeiro dispositivo de computação óptica, sendo que o primeiro dispositivo de computação óptica possui um primeiro elemento computacional integrado configurado para interagir opticamente com o fluido e então conduzir a luz opticamente interagida para um primeiro detector que gera o primeiro sinal de saída; gerar um segundo sinal de saída correspondente à característica do fluido no segundo local de monitoramento com um segundo dispositivo de computação óptica, sendo que o segundo dispositivo de computação óptica possui um segundo elemento computacional integrado configurado para interagir opticamente com o fluido e então conduzir a luz opticamente interagida para um segundo detector que gera o segundo sinal de saída; receber os primeiro e segundo sinais de saída com um processador de sinal acoplado de maneira comunicável aos primeiro e segundo detectores; e determinar uma diferença entre os primeiro e segundo sinais de saída com o processador de sinal.
[092] A Modalidade B pode ter um ou mais dos seguintes elementos adicionais em qualquer combinação:
[093] Elemento 1: A modalidade em que determinar a diferença entre os primeiro e segundo sinais de saída compreende adicionalmente determinar como a característica do fluido mudou entre os primeiro e segundo locais de monitoramento.
[094] Elemento 2: A modalidade compreende ainda adicionar uma substância de tratamento à trajetória de fluxo, em que a característica do fluido corresponde a uma concentração da substância de tratamento.
[095] Elemento 3: A modalidade em que determinar a diferença entre os primeiro e segundo sinais de saída compreende ainda determinar como a concentração da substância de tratamento mudou entre os primeiro e segundo locais de monitoramento.
[096] Elemento 4: A modalidade compreende adicionalmente: gerar um sinal de saída resultante indicativo de uma diferença entre os primeiro e segundo sinais de saída com o processador de sinal; e conduzir o sinal de saída resultante para um usuário para consideração.
[097] Elemento 5: A modalidade em que gerar o primeiro sinal de saída compreende adicionalmente: emitir a radiação eletromagnética a partir de uma primeira fonte de radiação eletromagnética; interagir opticamente a radiação eletromagnética da primeira fonte de radiação eletromagnética com o fluido; e gerar a radiação eletromagnética opticamente interagida que será detectada pelo primeiro detector.
[098] Elemento 6: A modalidade em que gerar o segundo sinal de saída compreende adicionalmente: emitir a radiação eletromagnética a partir de uma segunda fonte de radiação eletromagnética; interagir opticamente a radiação eletromagnética da segunda fonte de radiação eletromagnética com o fluido; e gerar a radiação eletromagnética opticamente interagida que será detectada pelo segundo detector.
[099] Portanto, a presente invenção é bem adaptada para alcançar os fins e vantagens mencionados bem como aqueles que são inerentes nessa. As modalidades particulares descritas acima são somente ilustrativas, visto que a presente invenção pode ser modificada e praticada de maneiras diferentes, porém equivalentes evidentes para os elementos versados na técnica que possuem o benefício das instruções aqui. Ademais, não há limitações destinadas aos detalhes de construção ou desenho mostrados aqui, diferente de como descrito nas reivindicações abaixo. Portanto, é evidente que as modalidades particulares ilustrativas descritas acima podem ser alteradas, combinadas, ou modificadas e todas essas variações são consideradas dentro do escopo e espírito da presente invenção. A invenção ilustrativamente descrita aqui pode ser adequadamente praticada na ausência de qualquer elemento que não é especificamente descrito aqui e/ou qualquer elemento opcional descrito aqui. Embora as composições e métodos sejam descritos em termos de "compreendendo”, "contendo”, ou "incluindo" vários componentes ou etapas, as composições e métodos também podem "consistir essencialmente em" ou "consistir em" vários componentes e etapas. Todos os números e faixas descritos acima podem variar em alguma quantidade. Sempre que uma faixa numérica com um limite inferior e u m limite superior for descrita, qualquer número e qualquer faixa incluída dentro da faixa é especificamente descrito. Em particular, cada faixa de valores (da forma, "de cerca de a a cerca de b”, ou, equivalentemente, "de aproximadamente a a b”, ou, equivalentemente, "de aproximadamente a-b") descrita aqui será entendida para apresentar cada número e faixa abrangida dentro da faixa mais ampla de valores. Também, os termos nas reivindicações possuem seu significado comum, normal exceto onde explícita e claramente definido em contrário pelo titular da patente. Ademais, os artigos indefinidos "um" ou "uma”, como usado nas reivindicações, são definidos aqui para significar um ou mais de um elemento que é introduzido.

Claims (22)

1. Sistema, caracterizado pelo fato de que compreende: uma trajetória de fluxo que contém um fluido e fornece pelo menos um primeiro local de monitoramento e um segundo local de monitoramento; um primeiro dispositivo de computação óptica disposto no primeiro local de monitoramento e que possui um primeiro elemento computacional integrado configurado para interagir opticamente com o fluido e conduzir a luz opticamente interagida para um primeiro detector que gera um primeiro sinal de saída correspondente a uma característica do fluido no primeiro local de monitoramento; um segundo dispositivo de computação óptica disposto no segundo local de monitoramento e que possui um segundo elemento computacional integrado configurado para interagir opticamente com o fluido e conduzir a luz opticamente interagida para um segundo detector que gera um segundo sinal de saída correspondente à característica do fluido no segundo local; e um processador de sinal acoplado de maneira comunicável aos primeiro e segundo detectores e configurados para receber os primeiro e segundo sinais de saída e determinar uma diferença entre os primeiro e segundo sinais de saída, em que pelo menos um dos primeiro e segundo elementos computacionais integrados compreende uma pluralidade de camadas alternadas de materiais diferentes, os dois materiais diferentes são selecionados a partir do grupo consistindo em silício, sílica (SiO2), quartzo, nióbia e nióbio, germânio e germânia e fluoreto de magnésio, uma espessura de cada uma das pluralidades de camadas alternadas é selecionada de acordo com o atributo espectral das características do fluido, e uma porção da luz interagida opticamente é transmitida através de pelo menos um dos primeiro ou segundo dos elementos computacionais integrados.
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro local de monitoramento se comunica fluidamente com o segundo local de monitoramento através de porções contíguos da trajetória de fluxo.
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os primeiro e segundo dispositivos de computação óptica são alojados dentro dos primeiro e segundo alojamentos correspondentes, sendo que os primeiro e segundo alojamentos são acoplados à trajetória de fluxo nos primeiro e segundo locais de monitoramento, respectivamente.
4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os primeiro e segundo dispositivos de computação óptica incluem adicionalmente as primeira e segunda fontes de radiação eletromagnética correspondentes configuradas para emitir a radiação eletromagnética para interagir opticamente com o fluido.
5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a diferença entre os primeiro e segundo sinais de saída é indicativa de como a característica do fluido mudou entre os primeiro e segundo locais de monitoramento.
6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a característica do fluido é uma ou mais substâncias ou composições químicas presentes no fluido.
7. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a uma ou mais substâncias ou composições químicas incluem pelo menos um entre parafinas, ceras, asfaltenos, aromáticas, espumas saturadas, sais, particulados e areia.
8. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a uma ou mais substâncias ou composições químicas incluem pelo menos um entre bário, cálcio, manganês, enxofre, ferro, estrôncio e cloro.
9. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a característica do fluido corresponde a uma substância de tratamento adicionada ao fluido e contida dentro da trajetória de fluxo.
10. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a substância de tratamento é selecionada a partir do grupo que consiste em ácidos, compostos de geração de ácido, bases, compostos de geração de base, biocidas, tensoativos, inibidores de incrustação, inibidores de corrosão, agentes gelificantes, agentes de reticulação, agentes anti-colmatação, agentes espumantes, agentes antiespumantes, agentes emulsificantes, agentes desemulsificantes, agentes de controle de ferro, propantes, cascalho, desviadores de particulado, sais, aditivos de controle de perda de fluido, gases, catalisadores, agentes de controle de argila, agentes quelantes, inibidores de corrosão, dispersantes, floculantes, sequestrantes, lubrificantes, quebradores, quebradores de liberação retardada, redutores de atrito, agentes de ligação, viscosificantes, agentes de ponderação, solubilizantes, agentes de controle de reologia, modificadores de viscosidade, agentes de controle de pH, inibidores de hidrato, modificadores de permeabilidade relativa, agentes de desvio, agentes de consolidação, materiais fibrosos, bactericidas, traçadores, sondas, nanopartículas, derivados desses, e similares.
11. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a diferença entre os primeiro e segundo sinais de saída é indicativa de como uma concentração da substância de tratamento mudou entre os primeiro e segundo locais de monitoramento.
12. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro sinal de saída e o segundo sinal de saída são proporcionais a um produto de vetor de um espectro de uma luz de entrada com o vetor de regressão relacionado às características do fluído.
13. Método de determinar uma característica de um fluido, caracterizado pelo fato de que compreende: conter um fluido dentro de uma trajetória de fluxo que fornece pelo menos um primeiro local de monitoramento e um segundo local de monitoramento; gerar um primeiro sinal de saída correspondente à característica do fluido no primeiro local de monitoramento com um primeiro dispositivo de computação óptica, sendo que o primeiro dispositivo de computação óptica possui um primeiro elemento computacional integrado configurado para interagir opticamente com o fluido e, então, conduzir a luz opticamente interagida para um primeiro detector que gera o primeiro sinal de saída; gerar um segundo sinal de saída correspondente à característica do fluido no segundo local de monitoramento com um segundo a dispositivo de computação óptica, sendo que o segundo dispositivo de computação óptica possui um segundo elemento computacional integrado configurado para interagir opticamente com o fluido e, então, conduzir a luz opticamente interagida para um segundo detector que gera o segundo sinal de saída; receber os primeiro e segundo sinais de saída com um processador de sinal acoplado de maneira comunicável aos primeiro e segundo detectores; e determinar uma diferença entre os primeiro e segundo sinais de saída com o processador de sinal, em que pelo menos um dos primeiro ou segundo elementos computacionais integrados compreende uma pluralidade de camadas alternadas de materiais diferentes, os dois materiais diferentes são selecionados a partir do grupo consistindo em silício, sílica (SiO2), quartzo, nióbia e nióbio, germânio e germânia e fluoreto de magnésio, uma espessura de cada uma das pluralidades de camadas alternadas é selecionada de acordo com o atributo espectral adquirido das características do fluido, e uma porção da luz reagida opticamente é transmitida através de pelo menos um dos primeiro ou segundo dos elementos computacionais integrados.
14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que determinar a diferença entre o primeiro e segundo sinal de saída compreende adicionalmente determinar como a característica do fluido mudou entre o primeiro e segundo local de monitoramento.
15. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende ainda adicionar uma substância de tratamento à trajetória de fluxo, em que a característica do fluido corresponde a uma concentração da substância de tratamento.
16. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que determinar a diferença entre os primeiro e segundo sinais de saída compreende adicionalmente determinar como a concentração da substância de tratamento mudou entre os primeiro e segundo locais de monitoramento.
17. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: gerar um sinal de saída resultante indicativo de uma diferença entre os primeiro e segundo sinais de saída com o processador de sinal; e conduzir o sinal de saída resultante para um usuário para consideração.
18. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que gerar o primeiro sinal de saída compreende adicionalmente: emitir a radiação eletromagnética a partir de uma primeira fonte de radiação eletromagnética; interagir opticamente a radiação eletromagnética da primeira fonte de radiação eletromagnética com o fluido; e gerar a radiação eletromagnética opticamente interagida que será detectada pelo primeiro detector.
19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que gerar o segundo sinal de saída compreende adicionalmente: emitir a radiação eletromagnética a partir de uma segunda fonte de radiação eletromagnética; interagir opticamente a radiação eletromagnética da segunda fonte de radiação eletromagnética com o fluido; e gerar a radiação eletromagnética opticamente interagida que será detectada pelo segundo detector.
20. Sistema, caracterizado pelo fato de que compreende: uma primeira trajetória de fluxo que contém um primeiro fluido e fornece um primeiro local de monitoramento; uma segunda trajetória de fluxo que contém um segundo fluido e fornece um segundo local de monitoramento, sendo que as primeira e segunda trajetórias de fluxo são combinadas a jusante em uma trajetória de fluxo comum que conduz os primeiro e segundo fluidos como um fluido combinado; um primeiro dispositivo de computação óptica disposto no primeiro local de monitoramento e que possui um primeiro elemento computacional integrado configurado para interagir opticamente com o primeiro fluido e gerar um primeiro sinal de saída correspondente a uma característica do primeiro fluido, a partir de uma primeira luz interagida opticamente; um segundo dispositivo de computação óptica disposto no segundo local de monitoramento e que possui um segundo elemento computacional integrado configurado para interagir opticamente com o fluido e gerar um segundo sinal de saída correspondente à característica do segundo fluido a partir de uma primeira luz interagida opticamente; e um processador de sinal acoplado de maneira comunicável aos primeiro e segundo dispositivos de computação óptica e configurado para receber e determinar uma diferença entre os primeiro e segundo sinais de saída, em que pelo menos um dos primeiro ou segundo elementos computacionais integrados compreende uma pluralidade de camadas alternadas de dois materiais diferentes, os dois materiais diferentes são selecionados a partir do grupo consistindo em silício, sílica (SiO2), quartzo, nióbia e nióbio, germânio e germânia e fluoreto de magnésio, uma espessura de cada uma das pluralidades de camadas alternadas é selecionada de acordo com o atributo espectral adquirido das características dos primeiro ou segundo fluidos, e uma porção das primeira e segunda luzes interagidas opticamente é transmitida através de pelo menos um dos primeiro ou segundo dos elementos computacionais integrados, respectivamente.
21. Sistema, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um terceiro dispositivo de computação óptica disposto em um terceiro local de monitoramento na trajetória de fluxo comum, sendo que o terceiro dispositivo de computação óptica possui um terceiro elemento computacional integrado configurado para interagir opticamente com o fluido combinado e gerar um terceiro sinal de saída correspondente a uma característica do fluido combinado que será recebido pelo processador de sinal.
22. Método de determinar uma característica de um fluido, caracterizado pelo fato de que compreende: conter um primeiro fluido dentro de uma primeira trajetória de fluxo que fornece um primeiro local de monitoramento; conter um segundo fluido dentro de uma segunda trajetória de fluxo que fornece um segundo local de monitoramento, sendo que as primeira e segunda trajetórias de fluxo são combinadas a jusante em uma trajetória de fluxo comum que conduz os primeiro e segundo fluidos como um fluido combinado; interagir opticamente um primeiro elemento computacional integrado com o primeiro fluido para gerar um primeiro sinal de saída correspondente a uma característica do primeiro fluido a partir de uma primeira luz interagida opticamente; interagir opticamente um segundo elemento computacional integrado com o segundo fluido para gerar um segundo sinal de saída correspondente a uma característica do segundo fluido a partir de uma primeira luz interagida opticamente; receber os primeiro e segundo sinais de saída com um processador de sinal; e determinar uma diferença entre os primeiro e segundo sinais de saída com o processador de sinal, em que pelo menos um dos primeiro ou segundo elementos computacionais integrados compreende uma pluralidade de camadas alternadas de dois materiais diferentes, os dois materiais diferentes são selecionados a partir do grupo consistindo em silício (Si), sílica (SiO2), quartzo, nióbia e nióbio, germânio e germânia e fluoreto de magnésio, uma espessura de cada uma das pluralidades de camadas alternadas é selecionada de acordo com o atributo espectral adquirido das características dos primeiro ou segundo fluidos, e uma porção das primeira ou segunda luzes interagidas opticamente é transmitida através de pelo menos um dos primeiro ou segundo dos elementos computacionais integrados, respectivamente.
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