BR112016007272B1 - método para a determinação de fluxos de uma mistura de múltiplos componentes e dispositivo para a determinação de fluxos de uma mistura de múltiplos componentes em uma tubulação - Google Patents

Abstract

MÉTODO PARA A DETERMINAÇÃO DE FLUXOS DE UMA MISTURA DE MÚLTIPLOS COMPONENTES E DISPOSITIVO PARA A DETERMINAÇÃO DE FLUXOS DE UMA MISTURA DE MÚLTIPLOS COMPONENTES EM UMA TUBULAÇÃO Um método para a determinação dos fluxos de uma mistura de múltiplos componentes em uma tubulação incluindo uma fase gasosa e uma fase líquida compreendendo uma emulsão de óleo e água, a emulsão sendo tanto do tipo contínua em água quanto do tipo contínua em óleo, o método compreendendo as etapas a seguir: a) são medidos os fluxos dos componentes individuais da mistura de múltiplos componentes; b) é medido o número de Reynolds da mistura de múltiplos componentes; c) é determinado o tipo de emulsão da fase líquida da mistura de múltiplos componentes; e d) com base nos resultados dos passos b e c, um fluxo mais preciso dos componentes individuais da mistura de múltiplos componentes e uma propriedade do fluido de ao menos um dentre os componentes da mistura de múltiplos componentes é calculada. Também é descrito um dispositivo para realizar o método.

Description

[001] A presente invenção se refere a um método e um medidor de fluxo para a determinação do fluxo dos componentes individuais de um fluido multifásico, tal como definido nos preâmbulos das reivindicações 1 e 8, respectivamente.

[002] Uma mistura de fluxo de óleo, água e gás é uma ocorrência comum na indústria petrolífera, sendo um produto de um fluxo de poço não processado. Tal fluxo de poço é muitas vezes referido como uma mistura multifásica em que óleo, água e gás são referidos como fases ou frações individuais. Quando a quantidade de gás (GVF) é maior do que 90% do volume total na tubulação, o poço é muitas vezes referido como um poço de gás úmido. Para o propósito de clareza, o fluxo multifásico no contexto do presente pedido de patente abrange toda a gama da fração componente e, portanto, inclui tanto as condições de fluxo multifásico quanto de gás úmido.

[003] Os poços de petróleo também podem ser classificados como óleo pesado ou leve. Um condensado é um óleo leve, onde a densidade é tipicamente inferior a 700 kg/m3 e a viscosidade é menor do que 1 cP. Um petróleo leve típico apresenta uma densidade no intervalo de 700 a 900 kg/m3 e uma viscosidade no intervalo de 1 a 100 cP. Um óleo pesado é mais viscoso e apresenta uma densidade mais elevada. O intervalo de viscosidade típico é de 100 a 10.000 cP e a densidade no intervalo de 850 a 1200 kg/m3. A água tipicamente apresenta uma densidade no intervalo de 1000 a 1200 kg/m3 com uma viscosidade no intervalo de 0,5 a 2 cP.

[004] A fim de otimizar a produção e a vida de um campo de petróleo/gás, os operadores precisam ser capazes de monitorar regularmente a saída de cada poço no campo. A maneira convencional de realizar isso é a utilização de um separador de teste. Os separadores de teste são caros, ocupam um espaço valioso em uma plataforma de produção, e requerem um longo tempo para monitorar cada poço devido às necessárias condições de fluxo estabilizado. Em adição, os separadores de teste são apenas moderadamente precisos (normalmente ± 5 a 10% de cada fluxo de fase) e não podem ser utilizados para monitoração contínua do poço. A maioria dos separadores utiliza a diferença de densidade entre o óleo, água e gás para separar as três fases, tanto através do uso da gravidade da terra em um tanque quanto utilizando um princípio de ciclone.

[005] Estas técnicas são bem conhecidas. No entanto, se as densidades do óleo e da água são de magnitudes semelhantes e a viscosidade do óleo for alta, os separadores à base de gravidade ou ciclone não são aptos para proporcionar a separação adequada da fase de óleo e de água, o que pode levar a grandes erros de medição para o separador de teste.

[006] Em primeira instância, um medidor de fluxo de três fases poderia ser utilizado, em vez de um separador de teste e, a longo prazo, como uma instalação permanente em cada poço. Existem várias técnicas e instrumentos conhecidos para a medição do fluxo multifásico, conforme será melhor descrito abaixo. Tais instrumentos precisam ser razoavelmente precisos (normalmente melhor do que ± 5% de taxa para cada fase), não intrusivos, confiáveis, de regime de fluxo independente e fornecer medições precisas ao longo de toda a faixa de fração do componente. Tal disposição iria economizar a perda a na produção normalmente associada com os testes do poço. Tal perda é estimada ser aproximadamente de 2% para uma instalação em mar aberto típica. O compartilhamento da medição é necessário quando uma tubulação comum é usada para transportar a saída de uma série de poços pertencentes a diferentes companhias para uma instalação de processamento. Isto é conseguido atualmente pela passagem da saída de cada poço através de um separador de teste antes de entrar na tubulação comum. No entanto, além das desvantagens do separador de teste descrito acima, também são necessárias tubulações de teste dedicadas para cada poço. Um medidor de fluxo de três fases instalado permanentemente iria oferecer vantagens significativas para a medição do compartilhamento.

[007] Outros dispositivos para a medição dos fluxos de uma mistura multifásica podem ser baseados na medição da pressão diferencial através de uma restrição na tubulação, tais como um tubo de Venturi, placa de orifício, V-Cone, tubo de Dall, misturador de fluxo ou tubo Wedge. Exemplos de tais dispositivos podem ser encontrados nas patentes US 4638672, US 4974452, US 6332111, US 6335959, US 6378380, US 6755086, US 6898986, US 6993979, US 5135684, WO 00/45133 e WO 03/034051.

[008] De fato, qualquer restrição na tubulação irá resultar em uma alteração na velocidade da mistura multifásica e introduzir uma queda de pressão através da restrição. Com base na teoria de dinâmica de fluidos, a raiz quadrada da queda de pressão é proporcional ao fluxo de massa total da tubulação. Um tubo de Venturi, tubo de Dall, placa de orifício e V-cone são exemplos de uma estrutura em que o diâmetro da tubulação é gradualmente reduzido para uma seção do tubo com um diâmetro menor. A seção menor pode ser curta ou pode ser uma seção relativamente longa. Para um Venturi, o diâmetro é gradualmente expandido para o tamanho original da tubulação enquanto que a placa de orifício e o tubo de Dall apresentam uma transição abrupta após a seção estreita. As medições de fluxo de massa com tais estruturas são bem conhecidas e descritas em normas, patentes e outras publicações. Tal norma é a norma ISO 5167 "Medição de fluxo de fluido por meio de dispositivos de pressão diferencial inseridos em dutos forçados de seção transversal circular"/"Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full") parte 1 - princípios gerais e parte 4 - tubos de venturi.

[009] De acordo com a norma ISO 5167-1, a taxa de fluxo de massa pode ser calculada como: Equação 1:

Na qual: Qm = Taxa de fluxo de massa total C = Coeficiente de descarga O = Quociente de diâmetro entre a garganta do venturi e a tubulação d = Diâmetro da garganta do venturi Δp = Queda de pressão medida entre a entrada e a garganta do venturi p = densidade da mistura multifásica

[0010] A adoção de tubos de venturi para condições de fluido multifásico e gás úmido é descrita ainda em "Projeto de um processo de medição de vazão para os fluxos dispersos em duas fases"/"Design of a flow metering process for two-phase dispersed flows"), Int. Fluxo S. multifásico vol 22, n04, pp 713-732, "Um estudo do desempenho de medidores Venturi no fluxo multifásico"/ A study of the performance of Venturi meters in multiphase flow"), Hall, Reader-Harris, e Millington, 2aConferência Norte-Americana sobre Tecnologia de Multifase e "Correção Líquida de Leituras do medidor de Venturi no fluxo de gás úmido" ("Liquid Correction of Venturi Meter Readings in Wet Gas Flow"), de Rick de Leeuw, North Sea Flow Measurement Workshop - 1997.

[0011] O coeficiente de descarga C é uma constante de calibração para o Venturi, que pode ser encontrada tanto por calibração do Venturi em um fluido tal como água, óleo ou gás, quanto, calculada com base nas dimensões e propriedades mecânicas do Venturi. Estas técnicas são bem conhecidas e não descritas adiante.

[0012] Também é bem sabido que o coeficiente de descarga para todos os dispositivos baseados na medição da pressão diferencial através de uma restrição na tubulação é uma função do número de Reynolds do fluido multifásico (por exemplo, SPE 63118 - Qualificação de um medidor de fluxo multifásico não intrusivo em fluxo viscoso /'Qualification of a Nonintrusive Multiphase Flow Meter in Viscous Flow") por D.I Atkinson, entre outros (2000) - figura 5). Em mecânica dos fluidos, o número de Reynolds (Re) é um número adimensional que resulta em uma medida da taxa das forças de inércia para as forças viscosas e, conseqüentemente, quantifica a importância relativa destes dois tipos de forças para dadas condições de fluxo. Para um fluxo em tubulações, o número de Reynolds (Re) é definido como: Equação 0:

Na qual, V é a velocidade do fluido na tubulação, D é o diâmetro da tubulação, p é a densidade do fluido na tubulação e μ é a viscosidade do fluido na tubulação.

[0013] Na seção seguinte, o Venturi é utilizado como um exemplo. No entanto, os mesmos princípios se aplicam também para outros dispositivos de fluxo baseados no diferencial de pressão, tais como o V-cone, tubo de Dall e placa de orifício.

[0014] Quando o número de Reynolds é alto, o que é típico para a maioria das aplicações multifase com água, gás e óleo leve/condensado, o coeficiente de descarga é típico no intervalo de 0.98 a 1.0. Para estas aplicações, um coeficiente de descarga fixado no intervalo de 0.98 a 1.0 pode ser facilmente usado para o Venturi, sem introduzir quaisquer erros significativos no cálculo dos fluxos.

[0015] No entanto, para aplicações multifásicas em que a viscosidade do óleo é significativamente maior do que a da água /por exemplo, maior do que 10 cP), o número de Reynolds poderia ser reduzido de tal forma que o Venturi opere em uma zona onde o coeficiente de descarga é significativamente menor do que 1,0 e também varie com o número de Reynolds.

[0016] A figura 10 mostra exemplos de como o coeficiente de descarga do Venturi (20/22) altera como uma função do número de Reynolds (21). A partir da figura 10, vê-se que o coeficiente de descarga para estas mudanças, particularmente do Venturi, de 0.6 a 1.0 quando o número de Reynolds altera de 70 a 1.000.000. Para aplicações de óleo pesado o número de Reynolds pode ser inferior a 10 resultando em um coeficiente de descarga do Venturi no intervalo de 0.2 a 0.3.

[0017] Assim, qualquer medidor multifásico que utilize um dispositivo baseado na pressão diferencial para determinar o fluxo da mistura de fluido multifásico precisa determinar o número de Reynolds do fluido multifásico, a fim de fornecer uma medição confiável do fluxo. Isto é particularmente importante para aplicações de óleo pesado uma vez que a variação do número de Reynolds, em seguida, é significativa.

[0018] Existem muitos dispositivos e métodos para a medição de fluxo de três fases. Há muitas maneiras com que estes dispositivos de fluxo podem ser categorizados e, uma maneira, é dividi-los em três categorias, dependendo de com qual tipo de emulsões líquidas o medidor pode lidar. A primeira categoria são os métodos/dispositivos que abrangem apenas as condições de fluxo contínuo em óleo, uma segunda categoria são os métodos/dispositivos que abrangem apenas as condições contínuas em água e uma terceira categoria são os métodos que abrangem ambas as condições de fluxo contínuo, em óleo e água. A condição contínua em óleo significa que a água é dispersa no óleo na forma de gotículas de tal modo que o óleo se torna o meio contínuo na fase líquida. O líquido pode ser disperso como gotículas no gás ou o gás pode ser disperso na forma de bolhas na fase líquida; no entanto, o líquido no exemplo acima ainda é contínuo em óleo. Da mesma forma, o líquido é contínuo em água quando o óleo é disperso na forma de gotículas na fase aquosa. Uma mistura de água/óleo também é comumente referida como uma emulsão e, de forma semelhante, a emulsão pode ser tanto continua em água quanto em óleo. Para cada categoria também pode haver várias sub-categorias, tais como os métodos e dispositivos tomográficos/não-tomográficos, e métodos e dispositivos invasivos/não-invasivos, etc.

[0019] A quantidade relativa de água, ou a taxa de água líquida (WLR), é definida como a quantidade de água (percentagem) na emulsão líquida (por exemplo, óleo + água) de uma mistura multifásica (por exemplo, óleo + água + gás). Para WLRs abaixo de 20%, a emulsão líquida é em geral contínua em óleo e, similarmente, para WLRs acima de 80%, a emulsão líquida é normalmente contínua em água. Em uma determinada região da WLR, a emulsão líquida pode ser contínua em água ou contínua em óleo. Esta região é comumente referida como a região de mudança, uma vez que o líquido pode alterar de contínua em óleo para contínua em água ou vice versa. O óleo cru leve típico apresenta uma região de mudança para WLRs no intervalo de 35% a 70% enquanto que o óleo pesado, ou óleos viscosos típicos, apresentam uma região de mudança no WLR no intervalo de 20% a 80%.

[0020] A fase líquida apresenta características bastante diferentes, dependendo do tipo de emulsão líquida ser óleo ou água. Se a água for salina, uma emulsão contínua em óleo não será condutora, enquanto que uma emulsão contínua em água será condutora. Se a água for doce, não há diferença significativa na condutividade da emulsão; no entanto, a constante dielétrica da emulsão é bastante diferente nos dois casos, independentemente da salinidade da água, conforme mostrado na figura 9. A constante dielétrica de uma emulsão contínua em óleo 18 é representada na figura 9, para uma proporção de água líquida de 0 a 100% no mesmo gráfico, conforme a constante dielétrica de uma emulsão contínua em água 16, usando a lei de mistura de Bruggeman, tal como descrito em "Fórmulas e aplicações de misturas eletromagnéticas - IEE Onda eletromagnética - Série 47"("Electromagnetic mixing formulas and applications - IEE Electromagnetic Wave Series 47"") por Ari Shivola, para calcular a constante dielétrica da emulsão. Neste exemplo, o óleo apresenta uma constante dielétrica de 2.0 e a água apresenta uma constante dielétrica de 80 (água doce). Como pode ser visto a partir do gráfico, a diferença relativa é particularmente grande na região de mudança indicada com uma seta 13.

[0021] A viscosidade da emulsão líquida também apresenta um comportamento semelhante, tal como o mostrado na figura 8. A viscosidade de uma emulsão contínua em óleo 15 é traçada como uma função da WLR no mesmo gráfico, como a viscosidade de uma emulsão líquida contínua em água 13. A viscosidade de uma emulsão de óleo/água é calculada conforme descrito em "Um estudo do desempenho de medidores de Venturi em fluxo multifásico" / M study of the performance of Venturi meters in multiphase flow"), por Hall, Reader-Harris, e Millington, 2oConferência Norte Americana de Tecnologia Multifásica. Neste exemplo são usados uma viscosidade de óleo de 20 cP /óleo leve típico) e uma viscosidade de água de 1,5 cP /água salina). Como pode ser visto a partir do gráfico, a diferença relativa na viscosidade do líquido é particularmente grande na região de mudança indicada com uma seta 14. Uma vez que a viscosidade do óleo também é dependente da temperatura, a viscosidade do óleo também precisa ser corrigida para o efeito da temperatura. A figura 2 na publicação "Viscosidade de misturas de óleo e água", por A. E Corlett entre outros, BHR group Multiphase workshop 1999, mostra um exemplo do efeito da temperatura da viscosidade do óleo. Esta figura é, para simplificação, incluída como figura 11. Para condições de fluxo contínuo em água /24), a viscosidade é normalmente inferior a 0.02 Pa*s /por exemplo, 2 cP). A região de mudança entre contínua em óleo e em água aparece na fração de água no intervalo de 40 a 60% para este óleo particular. Para uma temperatura de 40o C, a viscosidade da emulsão líquida é compreendida no intervalo de 0.01 a 0.025 Pa*s /10 a 25 cP) quando a fração de água muda de 0 a 40%. No entanto, para uma temperatura de 15o C, a viscosidade do líquido é no intervalo de 0.04 a 0.07 Pa*s /40 a 70 cP) quando a fração de água se encontra no intervalo de 0 a 40 %. Assim, neste caso, uma alteração na temperatura de 25o C altera a viscosidade do líquido em 180%.

[0022] Portanto, a fim de ser capaz de calcular a viscosidade do líquido de uma emulsão de óleo/água, é importante saber a viscosidade do óleo e a viscosidade da água, em adição ao tipo de emulsão /contínua em óleo ou em água). Uma vez que a viscosidade do óleo é também uma função da temperatura, também é importante saber de que forma ocorrem as mudanças de viscosidade do óleo como uma função de temperatura. Em adição, também é necessário saber a quantidade de água que modifica a viscosidade de uma emulsão contínua em óleo. A diferença de viscosidade entre uma emulsão contínua em óleo e água é particularmente grande para as condições de óleo pesado, onde a viscosidade para uma emulsão contínua em óleo pode ser no intervalo de 3.000 a 10.000 cP, ao passo que a viscosidade de uma emulsão contínua em água pode ser inferior a 2 cP.

[0023] Em aplicações em campo, onde a viscosidade do óleo é alta /tipicamente acima de 100 cP), a viscosidade do óleo pode mudar ao longo do tempo e também é difícil de prever como uma função da temperatura. Para aplicações em multifase onde a viscosidade do óleo é significativamente maior do que a viscosidade da água e um dispositivo de pressão diferencial, tal como um tubo de Venturi, é usado para determinar a massa /e volume) do fluxo da mistura de fluido é, portanto, importante saber se o tipo de a emulsão é contínua em óleo ou em água, a WLR e a viscosidade do óleo de modo que o coeficiente de descarga correta do Venturi possa ser aplicado. Sem tal conhecimento, o fluxo de líquido e de gás pode facilmente conter erros de medição que se encontram no intervalo de 10 a 300%, dependendo da viscosidade do óleo.

[0024] Uma maneira de identificar se a emulsão é contínua em óleo ou água é a realização de experiências em laboratório, com particular óleo e água para o campo, a fim de determinar quando as alterações de mistura de óleo/água a partir de contínuo em óleo para em água, e vice-versa, como uma função da média de WLR medida. O problema com este método é que o limite da WLR para a mudança contínua em óleo e em água, e vice- versa, será altamente dependente da temperatura e do fluxo, e a experiência de campo com medidores de fluxo multifásico demonstraram que não é prático utilizar tal método, uma vez que a faixa de WLR para alternar entre contínua em óleo e em água irá conter grandes variações mesmo se a média da WLR for conhecida.

[0025] A presente invenção supera esta deficiência com medidores de fluxo multifásico existentes que se baseiam em um Venturi ou outro dispositivo de pressão diferencial /tal como um V-cone ou tubo de Dall) para a determinação do fluxo de massa e volume. A presente invenção realiza uma medição específica a fim de determinar o número de Reynolds da mistura multifásica. O número de Reynolds medido é então utilizado para calcular o coeficiente de descarga correto para um medidor de fluxo baseado na pressão diferencial tal como um Venturi, V-cone, medidor Wedge ou tubo de Dall.

[0026] A invenção pode ser utilizada em combinação com qualquer medidor de fluxo multifásico baseado de diferencial de pressão de tal modo que o medidor multifásico pode obter um coeficiente de descarga correto, apesar de grande variação no número de Reynolds causada pelas alterações na viscosidade do óleo, tipo de emulsão ou WLR.

[0027] Em uma forma de realização preferida da invenção, uma medição de classificação de emulsão também pode ser utilizada a fim de determinar a viscosidade do óleo. Quando o número de Reynolds é conhecido, em conjunto com o WLR, a viscosidade do óleo pode ser calculada, desde que o tipo de emulsão seja contínua em óleo. Isto é possível uma vez que o número de Reynolds é altamente dependente da viscosidade do óleo para uma emulsão líquida contínua em óleo enquanto que a viscosidade do óleo praticamente não apresenta nenhum impacto sobre o número de Reynolds quando a emulsão é contínua em água. Assim, para uma emulsão contínua em óleo, a viscosidade do óleo pode ser determinada. Campos de petróleo que são produtoras de óleo pesado freqüentemente utilizam um óleo leve /chamado diluente) para reduzir a viscosidade do óleo. O diluente é misturado com o óleo pesado no reservatório para tornar mais fácil produzir o óleo /um óleo leve com baixa viscosidade é mais fácil de produzir em comparação a um óleo pesado). O diluente típico apresenta uma viscosidade muito baixa /menor do que 10 cP), enquanto que o óleo pesado tipicamente apresenta uma viscosidade elevada /maior do que 1000 cP). Assim, quando a viscosidade do óleo do fluido multifásico pode ser determinada pelo medidor multifase, esta informação pode então ser utilizada para determinar a relação entre o óleo de reservatório e o óleo de diluente, que é um parâmetro de controle importante, a fim de otimizar a produção e recuperação para campos de óleo pesado.

[0028] Os medidores de fluxo multifásico que utiliza um dispositivo de pressão diferencial para determinar o fluxo são bem conhecidos no estado da arte. Exemplos de tais dispositivos podem ser encontrados nas patentes US 4638672, US 4974452, US 6332111, US 6335959, US 6378380, US 6755086, US 6898986, US 6993979, US 5135684, US6935189, US7624652, WO 00/45133, WO 03/034051, WO 02/44664.

[0029] Comum a todos estes dispositivos, é que eles não são capazes de determinar o número de Reynolds da mistura multifásica. Como conseqüência, os dispositivos não são capazes de realizar a medição confiável do fluido multifásico caso a viscosidade do óleo seja alta, em particular para aplicações em que o tipo de emulsão altera de contínua em água para contínua em óleo. Do mesmo modo, esses dispositivos não são capazes de realizar medições confiáveis para aplicações com óleo pesado em que a viscosidade do óleo pode variar dentro de uma ampla gama, devido à variação no conteúdo do óleo diluente, devido às variações naturais na viscosidade do óleo no reservatório ou devido à mistura dos poços com diferentes viscosidades de óleo.

[0030] Os dispositivos para medir a viscosidade do fluido e/ou o número de Reynolds também são comumente conhecidos. Exemplos de tais dispositivos encontram-se nas patentes US 8353220 e US 5661232, com base em um medidor de fluxo de tipo Coriolis. Outros dispositivos comumente utilizados para a realização de medições de viscosidade são os dispositivos baseados em um elemento vibratório, que é inserido no fluxo. Exemplos de tais dispositivos podem ser encontrados nas patentes US 8316722 e US 7325461, que são baseados em transdutores para medição de vibração acionados por meios eletrônicos. Ainda outro tipo se baseia em sensores de vórtice tal como a US 8161801.

[0031] Os sensores da viscosidade baseados de medidor de fluxo de tipo Coriolis e os elementos de vibração mecânicos não são adequados para a medição da viscosidade do líquido de fluidos multifásicos contendo gás uma vez que o gás apresentará um grande impacto sobre a freqüência de ressonância mecânica, e pode até mesmo impedir que o dispositivo mecânico opere. Os medidores de fluxo de tipo Coriolis e os elementos vibratórios também são conhecidos por serem dispositivos frágeis que não são adequados para o ambiente severo em um fluxo não processado de poço de óleo, água e gás. O fluxo do poço não processado também pode conter areia que pode causar danos aos dispositivos invasivos, tais como um elemento mecânico de vibração ou sensor de vórtice.

[0032] Um elemento vibratório pode ser usado em conexão com um medidor multifásico se estiver instalado de tal forma que o conteúdo de gás em torno do elemento vibratório estiver próximo a zero. Através da instalação do elemento vibratório em uma derivação fechada horizontal ou vertical da tubulação, o conteúdo de gás pode ser suficientemente baixo para a realização de medições confiáveis. No entanto, a seguir, o fluido na derivação fechada pode não ser representativo para o líquido na tubulação e, portanto, a medição da viscosidade irá conter uma grande incerteza caso haja uma variação na fase líquida (por exemplo, variação do WLR ou tipo óleo).

[0033] O objetivo da presente invenção é o de superar as limitações mencionadas acima das soluções existentes.

[0034] O propósito da presente invenção é o de realizar medições precisas do número de Reynolds do gás que contém uma mistura multifásica.

[0035] O propósito da presente invenção é o de determinar o coeficiente de descarga do dispositivo de fluxo baseada no diferencial como uma função do número de Reynolds medido da mistura multifásica.

[0036] O propósito da presente invenção é o de determinar a viscosidade do óleo de uma mistura multifásica que contém óleo, água e gás.

[0037] O propósito da presente invenção é o de determinar o diluente (óleo leve) e o componente de óleo pesado de um fluxo multifásico contendo óleo pesado, diluente, gás e água.

[0038] O propósito da presente invenção é o de fornecer um dispositivo não invasivo para realizar as medições.

[0039] O propósito da presente invenção é o de fornecer uma estrutura mecânica compacta para realizar as medições.

[0040] Estes objetivos são alcançados, de acordo com a invenção, por um método que compreende os seguintes passos: a. a medição dos fluxos dos componentes individuais da mistura de múltiplos componentes, b. a medição do número de Reynolds da mistura de múltiplos componentes, e c. com base no resultado do passo a e b, é calculado um fluxo mais preciso dos componentes individuais da mistura de múltiplos componentes.

[0041] O dispositivo de acordo com a presente invenção é caracterizado ainda pelas características tal como definidas na reivindicação independente 8.

[0042] As reivindicações dependentes 2 a 7 e 9 a 14 definem as formas de realização preferidas da invenção.

[0043] A presente invenção baseia-se na medição do número de Reynolds com base na medição da queda de pressão através da parte longitudinal de uma seção de tubulação com rugosidade de parede conhecida, tipicamente maior do que a rugosidade da tubulação circundante, incluindo o medidor de múltifases. A rugosidade da parede deve ser suficientemente grande de modo que o fluxo seja turbulento, mesmo para baixos números de Reynolds. A rugosidade da parede maior que 0.05 é suficiente para a maioria das aplicações. A rugosidade da parede é aqui definida como a rugosidade da parede da tubulação em relação ao diâmetro da tubulação. Através da medição da queda de pressão através da seção da tubulação com a grande rugosidade da parede, o número de Reynolds do fluido que flui na seção da tubulação pode ser determinado, desde que a velocidade e a densidade do fluido multifásico sejam conhecidas.

[0044] A velocidade e a densidade do fluido multifásico são determinadas por um medidor de fluxo multifásico. Um medidor de fluxo multifásico baseado em um dispositivo de fluxo de pressão diferencial é particularmente adequado para a presente invenção uma vez que o número de Reynolds é necessário para esses dispositivos, a fim de determinar o coeficiente de descarga do medidor de fluxo. Exemplo de medidores de fluxo multifásico baseados em diferencial de pressão são o Venturi, tubo de Dall, V-Cone, Wegde e Orifício. Um medidor multifásico, também é adequado para medir as frações da mistura multifásica. O medidor multifásico pode basear-se em um princípio de medição tomográfica em que a distribuição do líquido na seção transversal da tubulação também pode ser determinada, ou pode ser baseado no princípio de medição não tomográfica assumindo que a mistura multifásica é distribuído uniformemente na seção transversal da tubulação. Exemplo de um princípio de medição tomográfica que pode ser usado para determinar a velocidade e a densidade é descrito na patente US 7.624.652.

[0045] Os medidores multifásicos mais comuns assumem uma mistura homogênea de óleo, água e gás na seção transversal da tubulação. A fim de determinar as frações individuais de uma mistura de múltiplos componentes de três componentes, tais como gás, água e óleo bruto, é então suficiente efetuar a medição de duas propriedades físicas independentes relacionadas com os componentes da mistura uma vez a soma das frações ocupa 100% da seção transversal da tubulação, e pode ser utilizada conforme a terceira equação.

[0046] Os exemplos de combinações adequadas para a medição de frações de uma mistura multifásica são a medição de permissividade em combinação com a medição de densidade, medição de condutividade em combinação com as medições de densidade ou duas medições de absorção de massa em dois níveis de energia diferentes. A medição de permissividade pode ser baseada em qualquer princípio conhecido. A mais comum é baseado nos princípios de sensores de microondas ou nos princípios de sensores de capacitância. A fim de calcular as frações dos componentes, as propriedades físicas correspondentes para cada um dos componentes precisam ser conhecidas. Por exemplo, quando a medição de permissividade e de densidade é usada para medir a permissividade e a densidade de uma mistura multifásica contendo gás, água e óleo, a permissividade e densidade do gás, da água e do óleo necessitam ser conhecidas de modo a calcular as percentagens em volume de gás, água e óleo na tubulação. Estes princípios de medição para a medição multifásica são bem conhecidos e descritos em muitas das referências já citadas no presente documento. Os princípios também são bem conhecidos na indústria e descritos no Manual de medição de fluxo multifásico (2005) publicado pela Sociedade Norueguesa para medição de óleo e gás.

[0047] Com base no número de Reynolds medido com a presente invenção, um coeficiente de descarga mais correto pode ser calculado pelo medidor multifásico. Com base neste novo valor de coeficiente de descarga, uma velocidade mais correta do fluido multifásico pode ser determinada, que novamente pode ser usada para calcular um número de Reynolds mais correto através da presente invenção. Através da continuação desta interação iterativa entre os cálculos da presente invenção e o medidor multifásico até que o número de Reynolds medido convirja para um valor estável (não altere mais), o número de Reynolds e o fluxo da mistura multifásica serão então determinados. O cálculo também pode ser executado sem iteração, mas, posteriormente, a precisão pode ser reduzida.

[0048] Através da realização de uma segunda medição que é adequada para classificar o tipo emulsão líquida contínua tanto em óleo quanto em água, também é possível determinar a viscosidade da fração de óleo. A WLR (proporção de água líquida) da fração líquida é medida pelo medidor multifásico. Quando a WLR da fração líquida é conhecida e a emulsão é contínua em óleo, a viscosidade do óleo pode ser facilmente calculada utilizando a equação que relaciona a viscosidade do líquido para a viscosidade do óleo, a viscosidade da água e a WLR, tal como descrito em "Um estudo do desempenho de medidores Venturi no fluxo multifásico", de Hall, Reader-Harris, e Millington, 2a Conferência Norte americana sobre Tecnologia multifásica. O efeito do gás na mistura multifásica pode ser facilmente contabilizado pela utilização da bem conhecida equação de Nissan-Grundberg, que relaciona a viscosidade de uma mistura líquido/gás para a fração de massa do líquido e do gás e a viscosidade das frações de gás e do líquido individual. Quando a viscosidade da fração de óleo é conhecida, pode ser utilizada para calcular a quantidade de diluente injetado em um fluxo do poço de óleo pesado, desde que a viscosidade do óleo pesado e diluente seja conhecida.

[0049] A exclusividade da presente invenção é a capacidade de fornecer uma medição do número de Reynolds de uma mistura multifásica, que em seguida pode ser usada para corrigir as medições de fluxo de um medidor de fluxo multifásico de tal maneira que o medidor de fluxo multifásico é capaz de lidar com uma grande variação na taxa de viscosidade do líquido que são comuns para as condições de fluxo de óleo pesado. A medição do número de Reynolds é realizada sob condições de fluxo estável (ou seja, a medição é realizada com a mesma densidade e velocidade como no medidor multifásico) e não depende de nenhum dispositivo de vibração mecânica. É sabido que a pressão de recuperação de um Venturi é relacionada com a viscosidade e densidade do fluido na tubulação e, portanto, também com o número de Reynolds do fluxo (por exemplo, US 7469188). No entanto, experiências de campo, onde a pressão de recuperação de um Venturi em conjunto com densidade medida da mistura multifásica tem sido usada para determinar a viscosidade e o número de Reynolds, tem se provado não ser bem sucedidas. A principal razão para isso é que existem muitos parâmetros que são relacionados com a pressão diferencial de recuperação, de tal forma que é difícil encontrar uma solução inequívoca para a viscosidade do fluido multifásico e número de Reynolds. Como um exemplo, tanto a velocidade quanto a densidade do fluido mudam na seção de recuperação do Venturi, e a mudança na densidade e velocidade podem continuar além da saída do Venturi. Este efeito não pode ser estimado ou modelado facilmente e faz com que seja difícil fornecer cálculos confiáveis do número de Reynolds. A presente invenção supera este problema, uma vez que a densidade do fluido e a velocidade do fluido não mudam entre o sensor de Reynolds e o medidor multifásico, devido a eles apresentarem o mesmo diâmetro e não apresentarem um elemento obstrutivo entre eles. Uma solução bem definida para o número de Reynolds é assegurada pelo fato de que as relações entre o número de Reynolds, a pressão diferencial, e o fluxo (velocidade e densidade) são altamente diferentes. No sensor de Reynolds, o atrito gera apenas a pressão diferencial, enquanto que no Venturi é uma combinação de impulso e de atrito.

[0050] Outra exclusividade da presente invenção é a capacidade de determinar a quantidade de diluentes misturados em um fluxo do poço de óleo pesado.

[0051] Ainda outra exclusividade da presente invenção é que ele opera em um fluxo de gás de poço não processado que contenha, água e outros produtos químicos corrosivos, além de areia.

[0052] A invenção será descrita em detalhe a seguir com referência às figuras, nas quais: - a figura 1 mostra uma vista esquemática em corte longitudinal de uma primeira forma de realização de exemplo de um dispositivo para medir o número de Reynolds e a correção dos fluxos de um medidor multifásico baseado na pressão diferencial de acordo com a invenção, - a figura 2 mostra uma vista esquemática em corte longitudinal de uma segunda forma de realização de exemplo de um dispositivo para medir o número de Reynolds e a correção dos fluxos de um medidor multifásico baseado na pressão diferencial de acordo com a invenção, - a figura 3 mostra uma vista esquemática em corte longitudinal de uma terceira forma de realização de exemplo de um dispositivo para medir o número de Reynolds e a correção das taxas de fluxo de um medidor multifásico baseado na pressão diferencial de acordo com a invenção, - a figura 4 mostra uma vista esquemática em corte longitudinal de uma forma de realização de exemplo de um dispositivo para medir o número de Reynolds de acordo com a invenção, - a figura 5 mostra uma vista esquemática em corte longitudinal de uma primeira forma de realização de exemplo de um dispositivo para a classificação do tipo de emulsão líquida de acordo com a invenção, - a figura 6 mostra uma vista esquemática em corte longitudinal de uma segunda forma de realização de exemplo de um dispositivo para a classificação do tipo de emulsão líquida de acordo com a invenção, - a figura 7 mostra uma vista esquemática em corte longitudinal de uma terceira forma de realização de exemplo de um dispositivo para a classificação do tipo de emulsão líquida de acordo com a invenção, - a figura 8 mostra um gráfico da viscosidade do líquido de uma emulsão líquida contínua em óleo e contínua em água, - a figura 9 mostra um gráfico da constante dielétrica (permissividade) para uma emulsão líquida contínua em óleo e contínua em água, - a figura 10 mostra um gráfico do coeficiente de descarga de um Venturi versus o número de Reynolds, - a figura 11 mostra um gráfico da viscosidade do líquido como uma função da fração de água (WLR) para emulsão líquida contínua em óleo e contínua em água e a variação na temperatura, - a figura 12 mostra um gráfico da perda medida versus a freqüência na emulsão líquida contínua em óleo do dispositivo da figura 5, - a figura 13 mostra um gráfico da perda medida versus a freqüência em emulsão líquida contínua em água do dispositivo da figura 5, - a figura 14 mostra um gráfico de uma característica da classificação da emulsão, derivada da perda medida versus a freqüência em emulsões líquidas contínuas em água e óleo do dispositivo da figura 5, contra a WLR para diferentes regimes de fluxo multifásico.

[0053] Abaixo se encontra uma síntese dos principais elementos envolvidos na determinação do número de Reynolds da mistura multifásica e como ela é usada para corrigir as leituras dos fluxos de um medidor de fluxo multifásico. Os principais elementos envolvidos na classificação da emulsão líquida também são descritos.

[0054] A presente invenção contém uma seção tubular 1 que contém uma seção com uma elevada rugosidade de parede 3. Para simplificar, esta seção, na descrição mais detalhada da presente invenção, é referida como o "sensor de Reynolds". A parede do sensor de Reynolds pode apresentar um padrão "serrilhado", ou em forma de dentes de serra, conforme mostrado na figura 1, mas qualquer outra concepção mecânica que forneça uma superfície rugosa, tal como grandes sulcos ou anéis retangulares 3, conforme mostrado na figura 2, pode ser utilizada. A presente invenção também inclui um medidor multifásico 2. O medidor multifásico pode ser de qualquer tipo, tais como os descritos nas seções anteriores, que contém um medidor de fluxo baseado em pressão diferencial. O medidor de fluxo multifásico descrito na patente US 7624652 é particularmente adequado para este propósito, e para simplificar, este medidor de fluxo é utilizado para exemplificar a invenção na descrição abaixo.

[0055] O dispositivo, ou o medidor multifásico, também contém uma medição de temperatura e de pressão para os propósitos de compensação, mas, para simplificar, estes dispositivos são omitidos nas descrições a seguir.

[0056] O diâmetro da tubulação do sensor de Reynolds deve apresentar aproximadamente o mesmo diâmetro da tubulação, conforme o medidor multifásico tal como indicado pela seta 4'. Em seguida, a velocidade do fluido multifásico no sensor de Reynolds será a mesma velocidade no medidor multifásico, desde que o sensor de Reynolds seja colocado imediatamente a montante ou a jusante do medidor multifásico.

[0057] As derivações (5/6) para medição da pressão diferencial são localizadas em ambas as extremidades do sensor de Reynolds. Um transmissor de pressão diferencial convencional 4 pode ser utilizado para medir a queda de pressão através do sensor de Reynolds.

[0058] Alterações em um fluxo não viscoso movendo-se do ponto A para o ponto B ao longo de uma tubulação são descritos pela equação de Bernoulli. Equação 2:

Na qual p é a pressão, V é a velocidade média do fluído, p é a densidade do fluído, z é a distância vertical entre as derivações dP (5/6), e g é a constante de aceleração da gravidade.

[0059] A equação de Bernoulli afirma que o cabeçal (head)total h ao longo de uma linha de fluxo da tubulação (parametrizada por x) permanece constante. Isto significa que o cabeçal de velocidade pode ser convertido em cabeçal de gravidade e/ou o cabeçal de pressão (ou vice-versa), de tal modo que o cabeçal total H permanece constante. Nenhuma energia é perdida em tal fluxo.

[0060] Para líquidos viscosos reais, a energia mecânica é convertida em calor (na camada limite viscosa ao longo das paredes da tubulação) e perde-se a partir do fluxo. Portanto, não se pode usar o princípio de Bernoulli do cabeçal conservado (ou energia) para calcular os parâmetros de fluxo. Ainda assim, pode-se manter a par deste cabeçal perdido através da introdução de um novo termo (chamada cabeçal viscoso) na equação de Bernoulli para obter, Equação 3:

[0061] Na qual D é o diâmetro da tubulação. Conforme o fluxo se move para baixo na tubulação, acumula lentamente o cabeçal viscoso tomando o cabeçal disponível além dos cabeçais de pressão, gravidade e velocidade. Ainda assim, o cabeçal total h (ou energia) permanece constante.

[0062] Uma vez que o diâmetro da tubulação do sensor de Reynolds é o mesmo conforme o diâmetro da tubulação do medidor multifásico, que, em seguida, sabe-se que a velocidade do fluido V é a mesma nos dois casos (mantém-se constante). Com D e V constantes, podemos integrar a equação do cabeçal viscoso e solucionar para a pressão no ponto B (6), Equação 4:

Na qual L é o comprimento do sensor de Reynolds, o ponto A é o local da primeira derivação dP (5) e o ponto B é o local da segunda derivação dP (6) e Δz é a mudança na elevação da tubulação entre 5 e 6.

[0063] O termo cabeçal viscoso é escalado pelo fator de atrito da tubulação f. Em geral, f depende do número de Reynolds R do fluxo na tubulação, e a rugosidade relativa e/D da parede da tubulação. Equação 5:

[0064] A medição da rugosidade "e"é o tamanho médio das saliências na parede da tubulação. A rugosidade relativa e/D é, portanto, o tamanho das saliências em relação ao diâmetro da tubulação. Para tubulações comerciais, este é geralmente um número muito pequeno. Um tubo perfeitamente liso apresentaria uma rugosidade igual a zero.

[0065] Para um fluxo laminar sem qualquer gás /R <2.000 nas tubulações), f pode ser deduzido analiticamente, e o resultado é mostrado na equação 6 abaixo: Equação 6:

[0066] No entanto, quando a rugosidade da parede é grande /por exemplo, maior do que 0.05), a rugosidade da parede irá introduzir turbulência no fluxo e o fluxo será, portanto, turbulento para números os de Reynolds bem abaixo de 2000. Quando o gás é apresentado no fluxo multifásico, a fluxo também irá se comportar como turbulento para os números de Reynolds muito baixos, desde que a rugosidade da parede seja suficientemente grande.

[0067] Em outras palavras, a rugosidade relativa e/D do sensor de Reynolds deve ser concebida de tal modo que seja obtido o fluxo turbulento para as condições de fluido multifásico para as quais o sensor se destina.

[0068] Para um fluxo turbulento, f pode facilmente ser determinado a partir de ajustes experimentais da curva. Tal ajuste é fornecido por Colebrook /1938) - "Fluxo turbulento em tubulações"/"Turbulent Flow in Pipes"), Journal of Inst. Civil Eng. /11), página 133 e mostrado na equação 7 abaixo. Equação 7:

[0069] Através da medição da pressão no ponto A/5) e no ponto B/6), obtém-se a velocidade da mistura multifásica V e densidade mistura multifásica p a partir do medidor de fluxo multifásico 2, o número de Reynolds da mistura multifásica pode facilmente ser calculado em uma forma iterativa com base na equação 7 e na equação 4.

[0070] Como alternativa, uma equação ou curva derivada experimental que relaciona o número de Reynolds com o fator de atrito pode ser obtida através da realização de experiências de fluxo em loop com os sensores de Reynolds para as condições de fluxo com números de Reynolds conhecidos.

[0071] O número de Reynolds do fluido multifásico pode então ser facilmente determinado através da medição da pressão no ponto A/5) e no ponto B/6) e usando a equação 4 para calcular o fator de atrito. Quando o fator de atrito é conhecido, a relação derivada experimentalmente entre o fator de atrito e o número de Reynolds pode ser utilizada para calcular o número de Reynolds da mistura multifásica. Na descrição mais detalhada da presente invenção, este número de Reynolds é referido como o "número de Reynolds medido".

[0072] Com base no número de Reynolds medido, pode ser calculado um coeficiente de descarga melhorado para o Venturi /ou qualquer outro medidor de fluxo baseado em pressão diferencial). A figura 10 mostra um gráfico do coeficiente de descarga do venturi 22 vs. O número de Reynolds 21 de um venturi típico. Os pontos de dados 20 foram obtidos experimentalmente em um ciclo de fluxo. Ao fazer um ajuste na curva para os pontos experimentais derivados dos dados 20, uma equação que relaciona o coeficiente de descarga do Venturi para o número de Reynolds medido pode ser derivado. Esta equação é a seguir usada para calcular um coeficiente de descarga melhorado com base no número de Reynolds medido. Com base no coeficiente de descarga melhorado, uma velocidade melhorada da mistura multifásica pode ser calculada, que é novamente usado para calcular um fator de atrito melhorado e um número de Reynolds medido melhorado, que novamente é usado para calcular um coeficiente de descarga melhorado do Venturi. Este processo de cálculo é repetido até que o número de Reynolds medido convirja para um valor estável.

[0073] O método para medir o número de Reynolds e corrigir o fluxo do medidor multifásico para variações no número de Reynolds pode ser resumido nas etapas a seguir: 1) Usar o coeficiente de descarga do venturi do cálculo anterior como valor inicial e calcular a velocidade da mistura multifásica. 2) Calcular a fator de atrito medidos medido do sensor de Reynolds com base na velocidade do passo 1 em conjunto com a densidade da mistura multifásica medida a partir do medidor multifásico, a queda de pressão medida através do sensor de Reynolds e a equação 4. 3) Usar a relação derivada experimentalmente (curva) entre o fator de atrito e o número de Reynolds e do sensor de Reynolds para calcular o número de Reynolds medido. 4) Usar uma relação derivada experimentalmente (curva) entre o número de Reynolds e curva de descarga do venturi para calcular um valor novo e melhorado do coeficiente de descarga do Venturi. 5) Repetir o passo 1 a 5 até que o número Reynolds medido (e, portanto, também o coeficiente de descarga) convirja para um valor estável.

[0074] Os passos 2 e 3 acima também podem ser substituídos por um cálculo iterativo baseado na equação 4 e 7, no entanto, na prática, uma relação derivada experimental entre o fator de atrito e o número de Reynolds calculado como descrito no passo 2 e 3 resultará o resultado mais preciso.

[0075] A figura 2 mostra outra forma de realização preferida da presente invenção, em que a rugosidade do sensor de Reynolds é feita de anéis retangulares ou sulcos 3 na superfície de parede. O diâmetro interno 4' dos anéis retangulares 3 é o mesmo do diâmetro da tubulação de modo que a velocidade no sensor de Reynolds é a mesma da velocidade na tubulação.

[0076] Uma realização mais prática da rugosidade da parede é mostrada na figura 4, em que a rugosidade é feita com base em uma combinação de um padrão serrilhado e anéis retangulares 3. Este padrão é de custo eficiente para fabricar em uma bancada de usinagem operada por CNC.

[0077] Outra forma de aumentar a queda de pressão através do sensor de Reynolds é deixar o formato de sua seção transversal variar entre as suas extremidades, por exemplo, de circular para rômbica e voltar a circular, enquanto se mantém uma área de seção transversal constante em todos os pontos.

[0078] A figura 3 mostra outra forma de realização preferida da presente invenção, em que um segundo transmissor de pressão diferencial 5' é usado para medir a queda de pressão através de uma seção da tubulação (7/8) de mesmo comprimento que o sensor de Reynolds (5/6). A rugosidade da parede da seção da tubulação seria baixa, e de preferência, o mesmo valor que a do medidor multifásico. Uma vez que a rugosidade da parede desta seção é baixa, o atrito também será baixo. Através da comparação da queda de pressão medida pelo sensor de Reynolds 4 com a queda de pressão através de uma seção da tubulação normal do mesmo comprimento que o do sensor de Reynolds, é possível obter uma medição diferencial do fator de atrito. Em outras palavras, com base nesta disposição, é possível obter uma medição de atrito que é relativa ao atrito da tubulação normal (ou seja, a tubulação do medidor multifásico). Os algoritmos para calcular o número de Reynolds medido e correção do coeficiente de descarga do Venturi serão os mesmos que os descritos anteriormente, onde a única modificação é que a curva experimental relacionada com o fator de atrito para a queda da pressão medida do sensor de Reynolds irá ser substituída por uma curva experimental que relaciona o fator de atrito à diferença relativa entre a medição em 4 e 5'. Os exemplos de expressões matemáticas adequadas para a diferença relativa entre 4 e 5' são a razão entre 4 e 5' ou a diferença entre 4 e 5'.

[0079] A presente invenção também pode ser estendida com uma medição de classificação da emulsão para determinar a viscosidade da fração de óleo. Uma medição de classificação da emulsão é uma medição que é adequada para determinar se a fase líquida é contínua em óleo ou em água. Exemplos de dispositivos adequados para efetuar a medição de classificação da emulsão são mostrados nas figuras 5, 6 e 7. Uma antena de transmissão 10 e uma antena receptora 11 se encontra localizado em uma tubulação 1. A distância entre as antenas 10 e 11 podem ser de 1 a uns poucos diâmetros da tubulação. As antenas podem ser de qualquer tipo adequado para a transmissão de energia eletromagnética no interior da tubulação. Uma antena coaxial é a forma comum de alcançar este objetivo. Uma vez que o projeto de antenas é bem conhecido no estado da arte, não será descrito mais adiante.

[0080] Através da transmissão de um sinal de banda larga na antena 10 e a medição da energia recebida na antena 11, a resposta em freqüência será bem diferente quando a fase líquida for contínua em óleo vs. contínua em água. A figura 12 mostra a energia recebida 27/28 como uma função da freqüência 26, quando a fase líquida é contínua em óleo e a figura 13 mostra a energia recebida 27/28 como uma função da freqüência 26, quando a fase líquida é contínua em água.

[0081] Para a fase líquida contínua em óleo, a energia recebida 27/28 é grande na freqüência mais alta e baixa nas freqüências mais baixas. Para a emulsão líquida contínua em água, a energia nas freqüências mais altas é comparável com a energia nas freqüências mais baixas. Através do calculo da média de energia de uma banda de baixa freqüência e a média de energia de uma banda de freqüência elevada e o cálculo da razão entre a média de energia nestas duas bandas, pode ser obtida uma proporção relativa da energia de alta freqüência em relação à energia de baixa freqüência. Esta proporção neste documento é referida como a "proporção de perda em banda larga".

[0082] A figura 14 mostra a proporção de perda em banda larga medida para as emulsões contínuas em óleo 33 e as emulsões contínuas em água 32 para a faixa de WLR de 0 a 100%. Os dados foram obtidos com base em medições no loop de fluxo de teste multifásico MPM para uma fração de gás (GVF) no intervalo de 0 a 99,9% e salinidade da água no intervalo de 0 a 1% de NaCl. Uma vez que todos estes pontos de teste foram coletados com a relativa baixa salinidade da água em que a diferença entre a contínua em óleo e a contínua em água é menor em comparação com salinidades mais elevadas, é considerado como sendo um cenário pior para um medidor multifásico prático. Através da comparação da taxa de perda de banda larga medida versus um valor de limiar derivado empírico 31, a emulsão é classificada como contínua em óleo, caso a taxa de perda de banda larga seja inferior ao valor de limiar e contínua em água, caso a taxa de perda de banda larga medida seja acima do valor de limiar.

[0083] A figura 6 e a figura 7 mostram outras disposições preferidas para as antenas de transmissão e de recepção, mas, em princípio, as antenas podem ser localizadas em qualquer plano em torno da circunferência da tubulação, desde que a distância entre as antenas esteja no intervalo de um a uns poucos diâmetros da tubulação.

[0084] A medição para a realização das medições de classificação da emulsão pode ser obtida a partir de um dispositivo/sensor separado. Para simplificar, isto não é mostrado qualquer das figuras; no entanto, isto é considerado óbvio para um especialista na arte. Alternativamente, pode ser possível realizar a medição de classificação da emulsão como uma parte do medidor multifásico 2. O medidor multifásico descrito na patente US 7624652 é um exemplo de um dispositivo adequado para este propósito, uma vez que contém, ao menos, duas antenas na tubulação de uma maneira semelhante com as figura 5 - 7.

[0085] O método para determinar a viscosidade do óleo pode então ser resumido nas etapas a seguir: 1) Usar o coeficiente de descarga do venturi do cálculo anterior como valor inicial e calcular a velocidade da mistura multifásica. 2) Calcular o fator de atrito medido do sensor de Reynolds com base na velocidade do passo 1, em conjunto com a densidade da mistura multifásica medida a partir do medidor multifásico, a queda de pressão medida pelo sensor de Reynolds e a equação 4. 3) Usar a relação derivada experimentalmente /curva) entre o fator de atrito entre o número de Reynolds do sensor de Reynolds para calcular o número de Reynolds medido. 4) Usar uma relação derivada experimentalmente /curva) entre o número de Reynolds e a curva de descarga do venturi para calcular um valor novo e melhorado do coeficiente de descarga do venturi. 5) Repetir o passo 1 a 4 até que o número Reynolds medido /e, portanto, também o coeficiente de descarga) convirja para um valor estável. 6) Calcular a viscosidade multifásica com base no número de Reynolds medido, diâmetro da tubulação, densidade da mistura multifásica medida usando a equação 0. 7) Calcular a viscosidade da fase líquida. Um modelo do tipo Nissan Grundberg em conjunto com a fração da massa medida de líquido e de gás a partir do medidor multifásico pode ser utilizado para este propósito. 8) O tipo de emulsão é classificado por meio de uma medição de classificação separada. A medição de classificação pode ser baseada na medição da taxa de perda de banda larga, tal como descrito acima e comparando-a com um limiar determinado empiricamente. Se a taxa de perda de banda larga estiver acima do limiar, a emulsão é classificada como contínua em água, e se estiver abaixo do limiar, a emulsão líquida é classificada como contínua em óleo. 9) A viscosidade da água, e do gás, é calculada na temperatura e pressão presentes. A temperatura e a pressão são medidas utilizando transmissores convencionais montados na tubulação. A maioria dos medidores de fluxo, tais como um medidor de fluxo multifásico, contém também um transmissor de pressão e de temperatura integrado. A viscosidade é tipicamente calculada a partir de uma pressão e temperatura dependentes da tabela de consulta que é gerada em um simulador PVT off-line, tal como o PVTSim ou Infochem. 10) Se a emulsão líquida for classificada como contínua em água, o valor anterior é usado como a viscosidade do óleo (a viscosidade pode ser calculada apenas para condições de fluxo contínuo em óleo). 11) Se a emulsão líquida for classificada como contínua em óleo, em seguida, a viscosidade do óleo é calculada com base na WLR medida, na viscosidade medida do líquido a partir do passo 7 e na viscosidade para a água. A equação para o cálculo da viscosidade do óleo com base na WLR medida e na viscosidade do líquido pode ser encontrada em "Um estudo do desempenho de medidores Venturi no fluxo multifásico" (M study of the performance of Venturi meters in multiphase flow"), por Hall, Reader- Harris, e Millington, 2a Conferência Norte americana de Tecnologia Multifásica. [0086] Será evidente para o especialista na arte que a invenção não é limitada às formas de realização exemplificativas descritas acima, mas pode ser alterada e modificada dentro do escopo das reivindicações anexas.

Claims (19)

1. Método para a determinação de fluxos de uma mistura de múltiplos componentes em uma tubulação que inclui uma fase gasosa e uma fase líquida compreendendo uma emulsão de óleo e água, a emulsão sendo tanto de tipo contínuo em água quanto de tipo contínuo em óleo, o método compreendendo os passos a seguir: a. são medidos os fluxos dos componentes individuais da mistura de múltiplos componentes, são medidos em um medidor de fluxo de um tipo de pressão diferencial; b. é medido o número de Reynolds da mistura de múltiplos componentes; caracterizado por o número de Reynolds ser determinado em um local separado do medidor de fluxo, mas com a mesma taxa de fluxo da mistura de múltiplos componentes como no medidor de fluxo, c. é determinado o tipo de emulsão da fase líquida da mistura de múltiplos componentes, e d. com base nos resultados dos passos b e c, um fluxo mais preciso dos componentes individuais da mistura de múltiplos componentes e uma propriedade do fluido de ao menos um dentre os componentes da mistura de múltiplos componentes é calculada.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os ditos fluxos dos componentes individuais da mistura de múltiplos componentes são medidos utilizando um medidor de fluxo multifásico.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o dito medidor de fluxo multifásico contém um dentre um Venturi, V-cone e tubo de Dall.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dito número de Reynolds é medido com base em uma medição da queda de pressão através de uma seção da tubulação com uma grande rugosidade da parede, acima de 0,05, quando expresso como uma dimensão relativa em comparação com o diâmetro do tubo.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por a dita seção da tubulação com grande rugosidade da parede apresenta o mesmo diâmetro interno de acordo com o dito medidor de fluxo multifásico.

6. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por uma seção axial através de dita rugosidade da parede apresenta um padrão serrilhado, um padrão de onda quadrada e um padrão senoidal.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dito número de Reynolds é medido com base em uma proporção e/ou diferença entre a medição da queda de pressão através de uma seção da tubulação com uma grande rugosidade de parede e a queda de pressão através de uma seção da tubulação com uma pequena rugosidade da parede.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dito tipo de emulsão é determinado com base em uma medição elétrica.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a dita medição elétrica ser baseada em uma perda ou fase de permissividade, condutividade, resistividade, impedância.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a dita propriedade do fluido é a viscosidade do componente de óleo da mistura de múltiplos componentes.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a dito fluxo preciso dos componentes individuais contém o fluxo de um óleo diluente e/ou pesado.

12. Dispositivo para a determinação de fluxos de uma mistura de múltiplos componentes em uma tubulação (1), o dispositivo sendo caracterizado por compreender os elementos a seguir: a. um medidor de fluxo (2) para medir os componentes individuais da mistura de múltiplos componentes b. meios (4) para medir o número de Reynolds da mistura de múltiplos componentes em um local separado do medidor de fluxo (2) mas onde a taxa de fluxo da mistura de múltiplos componentes será a mesma que no medidor de fluxo (2), c. meios (10, 11) para medir o tipo de emulsão da fase líquida da mistura de múltiplos componentes, e d. um computador e um programa de matemática para calcular o número de Reynolds de dita mistura de componentes e um programa de matemática para calcular os fluxos dos componentes individuais de dita mistura de múltiplos de componentes.

13. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o dito medidor de fluxo (2) é um medidor de fluxo multifásico.

14. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por o dito medidor de fluxo multifásico contém um dentre um Venturi, V-cone e tubo de Dall.

15. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o dito meio (4) para a medição do número de Reynolds contém uma seção da tubulação com uma grande rugosidade da parede (3) acima de 0,05 quando expresso como uma dimensão relativa em comparação com o diâmetro do tubo, e um meio (5,6) para a medição da queda de pressão através da seção da tubulação com a grande rugosidade da parede (3).

16. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por a dita seção da tubulação com grande rugosidade da parede (3) apresenta o mesmo diâmetro interno (4’) de acordo com o dito medidor de fluxo multifásico.

17. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por uma seção axial através de dita rugosidade da parede (3) apresenta um padrão serrilhado, um padrão onda quadrada e um padrão senoidal.

18. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o dito meio (4) para a medição do número de Reynolds contém uma seção da tubulação com uma grande rugosidade da parede (3) e um meio para a medição da queda de pressão através da seção da tubulação com a grande rugosidade da parede (3) e uma seção da tubulação com uma pequena rugosidade da parede e um meio (7,8) para a medição da queda de pressão através da seção da tubulação com a pequena rugosidade da parede.

19. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por os ditos meios (10,11) para a medição do tipo emulsão apresentam ao menos um dispositivo (10) para a transmissão de energia eletromagnética no interior da tubulação (1) e/ou ao menos um dispositivo (11) para receber a energia eletromagnética a partir da tubulação (1).

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