BR112015016803B1

BR112015016803B1 - dispositivo sensor de temperatura, método de fazer o mesmo e método de detectar temperatura

Info

Publication number: BR112015016803B1
Application number: BR112015016803-5A
Authority: BR
Inventors: Brooks A. Childers; Roger Glen Duncan; Paul F. Wysocki
Original assignee: Baker Hughes Incorporated
Priority date: 2013-01-17
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2021-03-02
Also published as: CA2897788C; US20140198823A1; GB2524452B; US9683902B2; GB201513531D0; GB2524452A; WO2014113157A1; CA2897788A1; AU2013374238A1; NO20150935A1; BR112015016803A2

Abstract

DISPOSITIVO SENSOR DE TEMPERATURA, MÉTODO DE FAZER O MESMO E MÉTODO DE DETECTAR TEMPERATURA. A presente invenção refere-se a um dispositivo sensor de temperatura que inclui um elemento tendo um primeiro coeficiente de expansão térmica, e uma fibra ótica tendo um segundo coeficiente de expansão térmica. A fibra ótica é montada de modo transmissivo de tensão no elemento. E o segundo coeficiente de expansão térmica é maior que o primeiro coeficiente de expansão térmica, de modo que a tensão mensurável na fibra ótica é correlacionada com as mudanças de temperatura no elemento.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001]Este pedido reivindica o benefício do Pedido U.S. N°. 13/744044, depositado em 17 de janeiro de 2013, que é incorporado aqui por referência em sua totalidade.

ANTECEDENTES

[002]Sistemas que empregam fibras óticas são comumente usados para medir temperatura ao longo do comprimento da fibra. Estes sistemas contam com luz sendo refletidas ou refratadas em resposta à temperatura em pontos ao longo da mesma retornando para uma extremidade da fibra ótica para determinar a temperatura nos pontos. Tais sistemas incluem aqueles que empregam redes de Bragg; detecção de temperatura distribuída baseada em Brillouin e detecção de temperatura distribuída usando o Efeito Raman, por exemplo. Tensão ao longo da fibra ótica, no entanto, também faz com que alguma da luz a ser refletida ou refratada e retornada para a extremidade. Esta alteração de luz se deslocando através da fibra devido à tensão pode ter um efeito prejudicial em precisão das medições de temperatura feita com a fibra. Métodos e sistemas que minimizam estes efeitos prejudiciais em precisão de medição serão bem recebidos por aqueles que praticam a técnica.

BREVE DESCRIÇÃO

[003]Um dispositivo sensor de temperatura é descrito aqui. O dispositivo inclui um elemento tendo um primeiro coeficiente de expansão térmica, e uma fibra ótica tendo um segundo coeficiente de expansão térmica. A fibra ótica é montada de modo transmissivo de tensão no elemento. E o segundo coeficiente de expansão térmica é maior que o primeiro coeficiente de expansão térmica de modo que a tensão mensurável na fibra ótica é correlacionada com as mudanças em temperatura no elemento.

[004]Ainda é descrito aqui um método de determinar a temperatura ao longo de um elemento. O método inclui correlacionar a tensão medida em uma fibra ótica com as mudanças de temperatura em um elemento. A fibra ótica é fixada em modo transmissivo de tensão no elemento e o elemento tem um primeiro coeficiente de expansão térmica que é maior que um segundo coeficiente de expansão térmica da fibra ótica. O método ainda inclui medir tensão na fibra ótica e atribuir valores de temperatura no elemento que correlacionam com a tensão medida na fibra ótica.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[005]As descrições seguintes não devem ser consideradas limitantes de qualquer maneira. Com referência aos desenhos anexos, elementos iguais são numerados da mesma forma:

[006]a figura 1 representa uma vista em seção transversal de um dispositivo sensor de temperatura descrito aqui; e

[007]a figura 2 representa uma vista em seção transversal alternada do dispositivo sensor de temperatura da figura 1.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[008]Uma descrição detalhada de uma ou mais modalidades do aparelho e método descritos é apresentada aqui por meio de exemplificação e não limitação com referência às figuras.

[009]Referindo-se às figuras 1 e 2, uma modalidade de um dispositivo sensor de temperatura é ilustrada em 10. O dispositivo sensor de temperatura 10 inclui um elemento 14 mostrado aqui como um tubular e uma fibra ótica 18 que é fixada de modo transmissivo de tensão no elemento 14. "Fixada de modo transmissivo" de tensão como empregada aqui significa fixar rigidamente ou travar por tensão os itens um no outro de modo que a tensão experimentada por um é experimentada pelo outro. O elemento 14 tem um primeiro coeficiente de expansão térmica e a fibra ótica 18 tem um segundo coeficiente de expansão térmica e o primeiro coeficiente de expansão térmica é maior que o segundo coeficiente de expansão térmica. O dispositivo 10 desse modo tem uma forte correlação entre a tensão medida na fibra ótica 18 e as mudanças de temperatura no elemento 14.

[0010]A sensibilidade aperfeiçoada do dispositivo sensor de temperatura 10 é devida, em parte, à fibra ótica 18 sendo mais sensível à tensão que às mudanças de temperatura e à seleção de um material para o elemento 14 que tem um coeficiente de expansão térmica significantemente maior que aquele da fibra ótica 18. O uso de um metal, tal como níquel ou uma liga de níquel, por exemplo, para o elemento 14 pode produzir uma configuração que tem o elemento 14 com um fator de três ou mais vezes o coeficiente de expansão térmica da fibra ótica 18.

[0011]Fixar de modo transmissivo de tensão a fibra ótica 18 no elemento 14 pode ser realizada em maneiras diferentes. Por exemplo, a fibra ótica 18 pode ser aderida ao elemento 14 por meio de um adesivo tal como epóxi, ou através de um encaixe de interferência entre os dois componentes. Ambos estes métodos de fixação podem ser facilitados posicionando a fibra ótica 18 em um centro do elemento tubular 14, como ilustrado aqui, desse modo aumentando as áreas de superfície de cada um, que está em contato com a outra. Tal configuração minimiza a tensão transmitida na fibra ótica 18 por qualquer meio diferente daquele transmitido à fibra ótica 18 pelo elemento 14.

[0012]A sensibilidade do dispositivo sensor de temperatura 10 é ainda melhorada minimizando a tensão transmitida no elemento 14 por outra coisa senão mudanças de temperatura experimentadas pelo elemento 14. Um alojamento 22, ilustrado aqui como um tubular circundando o elemento 14, protege o elemento 14 de contatar estruturas que poderiam transmitir tensão não relacionada com temperatura para o elemento 14. Posicionar um fluido 26 em um espaço anular 30, definido entre o elemento 14 e o alojamento 22, ainda isola o elemento 14 de entradas indesejáveis de tensão. Um espaço longitudinal 34 fornecido entre uma extremidade 38 do elemento 14 e uma extremidade 42 do alojamento 22 pode assegurar que o elemento 14 tenha espaço suficiente para crescer longitudinalmente com mudanças em temperatura sem as extremidades 38 do elemento 14 fazer contato com a extremidade 42 do alojamento 22.

[0013]Quando usado em um furo de sondagem 46 em uma formação terrestre 50, tal como é empregado em indústrias de recuperação de hidrocarboneto e apreensão de dióxido de carbono, o alojamento 22 pode ser uma linha de controle fixado a uma ferramenta 54, tal como uma coluna de perfuração, por exemplo, se deslocando dentro do furo de sondagem 46, desse modo permitindo a determinação de temperatura precisa ao longo do comprimento da ferramenta 54. Alternativamente, o elemento 14 pode ser uma linha de controle e implantado ao longo da ferramenta 54 sem o alojamento 22, na medida em que é tomado cuidado em fixar o elemento 14 na ferramenta 54 de modo a minimizar a tensão transmitida para o elemento 14 pela ferramenta 54.

[0014]A precisão do dispositivo sensor de temperatura 10, descrito aqui, pode ainda ser melhorada variando intencionalmente a temperatura da fibra ótica 18 e o elemento 14 montados juntos e mapeando a tensão detectada pela fibra ótica 18 em resposta às variações de temperatura. Este mapeamento permite que mudanças de temperatura no elemento 14 estejam correlacionadas com medições de tensão feitas com a fibra ótica 18. Subsequentemente, um operador pode atribuir valores de temperatura ao elemento 14 para a tensão medida na fibra ótica 18.

[0015]Enquanto a invenção foi descrita com referência a uma modalidade exemplar ou modalidades, será entendido por aqueles versados na técnica que várias mudanças podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos por elementos da mesma sem se afastar do escopo da invenção. Em adição, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou material particular aos ensinamentos da invenção sem se afastar do escopo essencial da mesma. Portanto, é pretendido que a invenção não seja limitada à modalidade particular descrita como o melhor modo considerado para realizar esta invenção, mas que a invenção incluirá todas as modalidades que se encontrem dentro do escopo das reivindicações. Também, nos desenhos e na descrição, foram descritas modalidades exemplares da invenção e, embora termos específicos possam ter sido empregados, a menos que indicado de outra forma, são usados em um sentido genérico e descritivo somente e não para propósitos de limitação, o escopo da invenção, portanto não sendo assim limitado. Além disso, o uso de termos primeiro, segundo, etc., não indica qualquer ordem de importância, mas em vez disto os termos primeiro, segundo, etc. são usados para distinguir um elemento de outro. Além do mais, o uso dos termos um, uma, etc. não indicam uma limitação de quantidade, mas em vez disto indica a presença de pelo menos um do item referido.

Claims

1.Disposição de detecção de temperatura, caracterizada pelo fato de que compreende: um elemento de metal tendo um primeiro coeficiente de expansão térmica; uma fibra óptica tendo um segundo coeficiente de expansão térmica sendo montada de modo transmissivo de tensão no elemento, o primeiro coeficiente de expansão térmica sendo maior que o segundo coeficiente de expansão térmica de modo que a tensão mensurável na fibra óptica é correlacionável com as mudanças em temperatura no elemento, a montagem da fibra óptica ao elemento sendo configurada para minimizar a tensão conferida à fibra óptica por meio diferente daquele conferido à fibra óptica pelo elemento; e um alojamento em comunicação de proteção com o elemento e a fibra óptica e configurado para isolar a tensão exibida no alojamento de atingir o elemento e a fibra óptica.

2.Disposição de detecção de temperatura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a fibra ótica é mais sensível às mudanças em tensão que às mudanças em temperatura.

3.Disposição de detecção de temperatura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o elemento circunda a fibra ótica.

4.Disposição de detecção de temperatura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o elemento é tubular.

5.Disposição de detecção de temperatura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o elemento é uma linha de controle.

6.Disposição de detecção de temperatura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o alojamento é tubular.

7.Disposição de detecção de temperatura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o alojamento é uma linha de controle.

8.Disposição de detecção de temperatura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o alojamento circunda o elemento.

9.Disposição de detecção de temperatura, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que um fluido é posicionado em um espaço entre o elemento e o alojamento.

10.Método de determinar a temperatura ao longo de um, caracterizado pelo fato de que compreende: correlacionar a tensão medida em uma fibra ótica com as mudanças de temperatura em um elemento, a fibra ótica sendo tensão fixada em modo transmissivo no elemento, o elemento tendo um primeiro coeficiente de expansão térmica maior que um segundo coeficiente de expansão térmica da fibra ótica, a fibra óptica e o elemento sendo isolados da tensão em um alojamento que protege a fibra óptica e o elemento;medir tensão na fibra óptica; eAtribuir valores de temperatura no elemento que correlacionam com a tensão medida na fibra óptica.

11.Método de fazer uma disposição de detecção de temperatura, caracterizada pelo fato de que compreende: montar de modo transmissivo de tensão uma fibra ótica em um elemento tendo um coeficiente de temperatura de expansão maior que aquele da fibra ótica; proteger a fibra óptica e o elemento com um alojamento; isolar a tensão no alojamento de ser conferida na fibra óptica e no elemento; variar a temperatura da fibra óptica e do elemento; e mapear a tensão detectada pela fibra óptica em resposta a variações de temperatura no elemento.