BR112016013206B1 - Método para distinguir entre as fases gasosa e líquida em um fluido de múltiplas fases - Google Patents

Abstract

método para distinguir entre as fases gasosa e líquida em um fluido de múltiplas fases um método para avaliar uma fase gasosa em um fluido de múltiplas fases escoando compreende escoar o fluido através dos módulos de pré-polarização e de ressonância magnética e aplicar ao fluido a sequência de pulso de radiofrequência pelo menos uma vez com e pelo menos uma vez sem um gradiente de campo magnético. o método inclui adicionalmente medir um sinal de rmn. o método também inclui usar uma calibração entre a razão de declive e interceptação do sinal de rmn e velocidade de fluxo para pelo menos uma fase não gasosa com o gradiente aplicado para determinar aquela velocidade da fase. uma calibração entre a intensidade de sinal das fases líquidas como função de velocidade de fluxo é usada, com e sem o gradiente, para corrigir a atenuação induzida por gradiente dos sinais líquidos e para calcular uma intensidade de sinal corrigido por gradiente das fases líquidas sem um gradiente de campo magnético. adicionalmente, o método inclui subtrair a intensidade de sinal corrigido por gradiente do sinal de rmn para calcular a fração volumétrica da fase líquida.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção se refere em geral a um método e dispositivo para uma medição com base em ressonância magnética e análise de regimes de fluxo de múltiplas fases em um tubo de produção ou transporte. Mais particularmente, a presente invenção se refere à determinação de frações de líquido e gás em escoamento de múltiplas fases.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Muitas técnicas existem na literatura para usar técnicas de ressonância magnética para análise direta, geralmente em tempo real, de várias propriedades de líquidos transportados através da tubulação. Por exemplo, algumas propriedades de fluidos extraídos de um reservatório de subsuperfície podem ser determinadas em tempo real e em pressões e temperaturas de reservatório no local com base na medição dos tempos de relaxamento transversal (T2) e longitudinal (T1) do fluido, e bem como a sua autodifusão (D). Os parâmetros derivados a partir de tais medições incluem, por exemplo, as relativas frações de hidrocarbonetos e água que contribuíram para o sinal de RMN medido, o nível de contaminação da fase fluida de hidrocarboneto por infiltrações de água ou lama de perfuração, e estimativas de viscosidade de hidrocarboneto.

[003] Estas medições podem ser realizadas tanto como experimentos de superfície e de subsuperfície e geralmente reduzem ambiguidades associadas com extração de amostras e transporte de amostra. Alguns métodos analíticos com base em ressonância magnética e seus dispositivos associados são descritos, por exemplo, nas Patentes dos EUA No 6.111.408, "Nuclear Magnetic Ressonance Sensing Apparatus and for Techniques down hole Measurements;" U.S. 6.737.864 B2, " Magnetic Ressonance Fluid Analysis and Method;" U.S. 6.825.657 B2, " Magnetic Ressonance for Method Characterizing Fluid Samples Withdrawn from Subsurface Earth Formations;" U.S. 6.891.369 B2, " Magnetic Ressonance Method and Logging for Apparatus Fluid Analysis;" U.S. 2005/0040822 A1,"Multi- measurements RMN Analysis based on Maximum Entropy;" U.S. 2006/0122779 A1, "Interpretation for Methods RMN Diffussion - T2 Maps; "U.S. 7.872.474, " Magnetic Ressonance Based Apparatus and Method to Analyze and to Measure the Bi-Directional Flow Regime in a Transport or a Production Conduit of Complex Fluids, in real time and Real Flow-Rate," U.S. 7.719.267, "Apparatus and Method for Real Time and Real Flow-Rates Measurements of Oil and water Cuts from Oil Production," e as referências contidas nos mesmos.

[004] Na patente dos EUA 4.785.245, ressonância magnética é usada para determinar as frações relativas de petróleo e água e a velocidade de fluxo em um conduto de fluido. A determinação de frações de petróleo e água em geral é realizada por meio do sinal de ressonância magnética que é ponderado pelos tempos de relaxamento de rede de spin individual (T1) de ambos os componentes de fluido. Esta técnica necessita do tempo de relaxamento transversal individual da fase aquosa nas misturas de hidrocarboneto/água difere daquela da fase óleo. Para a maioria das aplicações, este requisito é satisfeito de maneira suficiente. Em adição, para misturas de hidrocarboneto compreendidas de componentes de viscosidade baixa e alta geralmente também é possível medir a razão de componentes leves e pesados desde que os seus respectivos valores de tempos de relaxamento longitudinal são suficientemente diferentes para isolar os correspondentes sinais de ressonância magnética.

[005] Para a medição de taxas de fluxo dois princípios básicos podem ser identificados.

[006] A determinação da taxa de escoamento do fluido através da medição do "tempo de voo" de fluidos entre dois espectrômetros de ressonância magnética: (ou entre dois sensores de um único espectrômetro). Veja, por exemplo, a patente dos EUA 6.046.587 "Measurements of Flow Fractions, Flow Velocities and Flow Rates of a multiphase fluid using RMN Sensing," ou a patente dos EUA 6.268.727 "Measurements of Flow Fractions, Flow Velocities and Flow Rates of a multiphase fluid using ESR Sensing." Ambas as patentes descrevem um sensor que usa pelo menos dois espectrômetros de ressonância magnética ou um espectrômetro de ressonância magnética e outro de ressonância paramagnética de elétron. O princípio básico desta abordagem no que é conhecido como o "voo ou tempo de passagem" dos núcleos de fluido excitado por ressonância magnética entre ambos os espectrômetros. Outra variante deste método é o pedido de patente dos EUA 2004/001532, "Method and procedure for measuring fluid flow and fluid fraction, and equipment used to that end." Neste caso existe apenas uma parte eletrônica, dividida por duas espirais de sensor. O princípio de operação da abordagem descrita na referência '532 é o mesmo como destacado na referência '727, designadamente, a velocidade de fluxo das moléculas de água e hidrocarboneto é medida separadamente através do respectivo tempo necessário para cada componente percorrer o espaço entre as duas espirais de sensor. Enquanto teoricamente correta, esta abordagem de "tempo de voo" tem pouca aplicabilidade prática para aplicações de campo de óleo, já que está limitada a velocidades de escoamento relativamente pequenas e é cara de implementar.

[007] Outro método para medir o escoamento de fluido por meio de ressonância magnética está baseado na codificação espacial da velocidade de fluxo por meio de um gradiente de campo magnético que é orientada na direção do fluxo. Esta abordagem emprega gradientes de campo magnético (pulsados de maneira estática e/ou eletrônica) para modular a fase de precessão de spins de prótons. Um medidor de fluxo com separação de fase fluida que usa gradientes de campo eletromagnético pulsado é descrito, por exemplo, nas patentes dos EUA 6.452.390, "Magnetic Ressonance Analyzing Flow Meter and Flow Measuring Method." Este método tem a desvantagem de que as velocidades de fluxo máximas detectáveis são proporcionais à intensidade dos pulsos de gradiente de campo aplicados. Portanto, a medição de velocidades de fluxo realistas como encontradas durante transporte e produção de hidrocarbonetos necessita de gradientes de campo magnético de alta intensidade, que também precisam ser ligados e desligados durante períodos de tempo extremamente curtos. Tais pulsos de gradiente são difíceis de alcançar, em particular por volumes detectados que são comparáveis com a seção transversal de condutos típicos usados nas aplicações de campo de óleo. Consequentemente, esta metodologia em geral está restrita às medições de taxas de fluxo relativamente baixas.

[008] Uma versão deste método que inclui aplicar um campo de gradiente longitudinal permanente é descrita no pedido de patente dos EUA US 2006/0020403, "Device and Method for real time direct measurement of flow-Rate of a Multi-Component Complex Fluid." A referência '403 descreve um medidor de fluxo e a medição de frações de fluido em escoamento de múltiplas fases por uma espiral associada com um imã de faces polares planas levemente obliquas. O dispositivo gera um gradiente de campo magnético na direção de escoamento de fluido, em adição ao campo magnético constante necessário para detectar o sinal de ressonância magnética. A codificação espacial da posição temporal dos núcleos ressonantes é realizada por meio de gradiente de campo magnético linear no volume que é sondado pela excitação - e detecção da bobina de ressonância magnética. Para altas velocidades de escoamento, este gradiente deve ser aumentado para alcançar a correspondente codificação dos prótons que compõem o fluido complexo que está circulando. Enquanto maiores gradientes de campo magnético permanentes podem, em princípio, ser realizados usando diferentes formas de imã, esta abordagem de medição alcança os seus limites já que o aumento na intensidade de gradiente de campo magnético é acompanhado por um correspondente aumento no conteúdo de frequência do sinal de ressonância magnética detectado. Para uma dada largura de banda (dos eletrônicos usados para transmitir e receber os sinais de radiofrequência), este alargamento da largura de linha de ressonância magnética - como representado no domínio de frequência após o sinal de domínio de tempo ter sido transformado por transformada de Fourier - fazer com que a razão de sinal para ruído do sinal detectado deteriore. Isto, por sua vez, causa uma redução na precisão de medição e aumenta o tempo necessário para uma medição individual. Adicionalmente, é possível que o sinal de RMN detectado se origine apenas a partir de fluidos localizados dentro de uma fatia fina orientada de maneira perpendicular à direção do gradiente de campo magnético em vez de a partir de todos os fluidos no tubo.

[009] Os princípios anteriores são avançados adicionalmente nas patentes dos EUA 8.143.887 e 8.212.557, as descrições das quais também incluem um sistema e métodos de exemplo para fazer medições de RMN de escoamento de múltiplas fases.

[0010] Exceto no grau em que eles contêm declarações que contradizem declarações feitas no presente pedido, todas as referências mencionadas aqui são incorporadas em sua totalidade.

[0011] As abordagens destacadas acima estão limitadas à medição das taxas de fluxo médias dos componentes de fluido. No entanto, foi descoberto que como estes métodos confiam no contraste de difusão quantificável entre as fases de líquido e de gás, eles nem sempre originam resultados precisos em baixas pressões de gás ou baixas velocidades de gás. Assim permanece desejável prover um método e aparelho que pode avaliar de maneira mais precisa o perfil de velocidade de cada componente individual de um fluido de múltiplas fases sem usar medições de tempo de voo.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0012] De acordo com modalidades preferidas, a invenção inclui um método e aparelho que podem avaliar de maneira mais precisa o perfil de velocidade de cada componente individual de um fluido de múltiplas fases sem usar medições de tempo de voo. Especificamente, uma modalidade do presente método compreende prover um módulo de ressonância magnética de medição e análise através do qual o fluido de múltiplas fases escoa e um módulo de pré-polarização através do qual o fluido de múltiplas fases escoa antes de entrar no módulo de ressonância magnética, escoando o fluido de múltiplas fases através do módulo de pré-polarização e o módulo de ressonância magnética, como o fluido escoa através do módulo de ressonância magnética, aplicando ao fluido uma sequência de pulso de radiofrequência pelo menos uma vez na presença de um gradiente de campo magnético e pelo menos uma vez na ausência de um gradiente de campo magnético e medir a intensidade de um número predeterminado de ecos de spin que são produzidos pela sequência de pulso de RF, usando uma primeira calibração entre a razão de declive e interceptação dos ecos de spin medidos e velocidade de fluxo para pelo menos uma fase não gasosa com o gradiente de campo magnético aplicado para determinar a velocidade de fluxo daquela fase não gasosa, usando uma segunda calibração da intensidade de sinal das fases não gasosas como função de velocidade de fluxo, com e sem gradientes de campo magnético aplicados, para corrigir a atenuação induzida por gradiente do sinal não gasoso e para calcular uma intensidade de sinal corrigido por gradiente da fase não gasosa, subtraindo a intensidade de sinal corrigido por gradiente da fase não gasosa a partir do sinal de RMN do fluido de múltiplas fases medido na velocidade de fluxo de líquido para determinar o sinal que corresponde à fase gasosa, e usando o sinal de gás para determinar a fração volumétrica e velocidade de fluxo da fase gasosa.

[0013] A sequência de pulso de radiofrequência pode ser uma sequência de pulso de CPMG e o gradiente de campo magnético pode ser pulsado ou constante durante a sequência de RF. A determinação de velocidade de fluxo de gás pode incluir usando uma calibração de taxa de fluxo para gás puro em conjunto com o declive e interceptação do sinal de gás calculado. Os cálculos de volume de gás e de velocidade de gás podem ser realizados para uma pluralidade de horizontal ou segmentos não horizontais da área de seção transversal do fluxo. O cálculo da taxa de fluxo volumétrica da fase gasosa pode incluir multiplicar a fração de volume do gás pela velocidade de fluxo de gás. O presente método vantajosamente pode ser usado para avaliar um fluido de múltiplas fases que inclui um gás escoando em uma pressão menor do que 15 MPa.

[0014] Será entendido que enquanto a seguinte descrição pode incluir referências ao escoamento de fluido em uma única direção, a invenção possui aplicabilidade igual ao escoamento bidirecional.

[0015] De maneira similar, onde o artigo "um" é usado em uma declaração de ou em uma descrição da presença de um componente no aparelho desta invenção, deve ser entendido, a menos que esta declaração ou descrição expresse de maneira explícita o contrário, que o uso do artigo indefinido não limita a presença do componente no aparelho para um no número.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0016] Para facilitar o entendimento da seguinte descrição, referência é feita aos desenhos anexos, em que: a figura 1 é uma ilustração esquemática de um sistema capaz de operar de acordo com a presente invenção; a figura 2 é uma ilustração esquemática de um gráfico gerado e usado de acordo com a presente invenção; a figura 3 é uma ilustração dos presentes métodos aplicados às medições de líquido - gás para um fluxo de água/metano em que água estava escoando em 3,97 m3/hr, gás em 1 m3/hr; as figuras 4 e 5 são gráficos mostrando a correlação entre valores calculados e conhecidos para taxas de escoamento de água e gás, respectivamente, em três frações de volume de gás diferentes.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE UMA MODALIDADE PREFERIDA

[0017] Em referência inicialmente à Figura 1, um sistema capaz de operar de acordo com a presente invenção preferivelmente compreende uma linha de escoamento de fluido 10, um módulo de pré-polarização 12, um módulo de ressonância magnética 14, e um controlador 16. A linha de fluxo 10 pode ser qualquer linha capaz de portar um fluido, e preferivelmente capaz de portar um fluido de múltiplas fases. A linha de fluxo 10 preferivelmente é horizontal e em alguns casos pode ser um tubo tal como são usados para transportar óleo cru ou outros produtos de hidrocarboneto, que por sua vez podem incluir hidrocarbonetos gasosos e/ou líquidos e água líquida ou outros contaminantes que portam hidrogênio, tais como H2S. A linha de fluxo 10 passa através do módulo de pré-polarização 12 e do módulo de ressonância magnética 14, preferivelmente de maneira concêntrica, de forma que fluido escoando através da linha 10 é exposto aos campos magnéticos aplicados pelo módulo de pré-polarização 12 e pelo módulo de ressonância magnética 14.

[0018] O módulo de pré-polarização 12 compreende um meio para prover um campo magnético e preferivelmente, mas não necessariamente compreende um meio para prover um campo magnético de comprimento efetivo variável. Em algumas modalidades, módulo de pré-polarização 12 pode compreender um ou mais arranjos de Halbach de imãs.

[0019] O módulo de ressonância magnética 14 preferivelmente inclui pelo menos uma bobina capaz de aplicar uma sequência de pulso de radiofrequência (RF). A bobina pode ser enrolada em uma configuração solenoide, uma configuração de sela ou em qualquer outra configuração adequada que resulta na aplicação de um campo magnético previsível orientado de maneira perpendicular ao campo magnético de fundo, e cobrindo todo o volume de fluido dentro do módulo 14.

[0020] A linha de fluxo 10 preferivelmente é construída a partir de materiais não magnéticos para a seção localizada dentro dos módulos de pré- polarização, e é construída a partir de materiais não condutores para a seção localizada dentro do módulo de ressonância magnética. Se as bobinas de RF e de gradiente são montadas no interior do tubo, no entanto, a linha de fluxo 10 pode ser construída a partir de um material de tubo eletricamente condutor, mas não magnético, tal como aço inoxidável.

[0021] Ainda em referência com a Figura 1, o módulo de pré- polarização 12 e o módulo de ressonância magnética 14 preferivelmente são controlados pelo controlador 16, que preferivelmente é um microprocessador/computador tal como são conhecidos na técnica. Se for desejado, o controlador 16 pode estar localizado remotamente dos módulos 12 e 14 de forma a simplificar a conformidade com regulações de campo de óleo.

[0022] Nas modalidades preferidas, de maneira a garantir que o fluxo laminar seja estabelecido antes do fluido entrar no módulo, o sistema também inclui um comprimento suficiente de tubo reto a montante do módulo de pré- polarização 12. O comprimento do tubo reto necessário para garantir o fluxo laminar depende da faixa de velocidades de fluido esperadas no tubo e pode ser de alguns até vários metros.

[0023] Também é preferido, mas não necessário que o diâmetro interno do medidor seja correspondido com e alinhado de maneira tão precisa quanto for possível com o diâmetro interno do tubo a montante do medidor, de forma a minimizar o fluxo turbulento para o medidor.

[0024] Também preferivelmente é provido um campo magnético "apanhador" que funciona para remover qualquer detrito metálico a partir do fluido antes dele entrar no medidor. É muito comum na produção de hidrocarbonetos que o fluido produzido contenha detritos metálicos a partir de várias fontes, incluindo partículas de metal que foram raspadas ou lascadas e outras ferramentas de furo descendente, e outros fragmentos de metal aleatórios que podem estar presentes no furo de sondagem. O apanhador de campo magnético preferivelmente está posicionado próximo do medidor e a montante do mesmo na linha de fluxo, mas afastado o suficiente para garantir que o seu campo magnético não interfira com a operação do medidor e que a polarização magnética dos fluidos aumentada pelo apanhador tenha desaparecido antes dos fluidos entrarem no módulo de pré-polarização 12.

[0025] Finalmente, é preferível posicionar e montar o medidor de forma que ele seja isolado mecanicamente a partir das fontes de vibração tais como bombas e outros equipamentos.

[0026] Ainda em referência à Figura 1, como será entendido, o módulo de pré-polarização 12 serve para orientar certos núcleos atômicos em uma orientação uniforme enquanto eles passam através do mesmo. Dentre os tipos de núcleos que podem ser orientados estão aqueles tendo um número ímpar de prótons (1H) ou nêutrons (13C) ou ambos os prótons e nêutrons (2H). Como o hidrogênio é abundante em ambos os hidrocarbonetos gasosos e líquidos e na água, é útil ser capaz de avaliar a presença de hidrogênio em fluidos de campo de óleo típicos. O módulo de ressonância magnética 14 serve tanto como um transmissor quanto como um sensor, apesar de não simultaneamente. O campo magnético causado pelos núcleos orientados é detectável pelo módulo de ressonância magnética 14.

[0027] Para um fluido escoando através do sistema, o módulo de ressonância magnética 14 vai detectar um campo diminuindo em que a redução na amplitude de sinal com o tempo é um resultado tanto do fluxo de núcleos orientados fora do módulo de ressonância magnética 14 bem como o decaimento natural do estado orientado e a perda de coerência de fase de spins anteriores.

[0028] De acordo com modalidades preferidas da invenção, o módulo de pré-polarização 12 é operado para um intervalo desejado e então muda o comprimento efetivo, enquanto o módulo de ressonância magnética 14 aplica um campo magnético pulsado ao fluido. Durante os seus ciclos "desligados", o módulo de ressonância magnética 14 atua como um sensor.

[0029] A figura 2 ilustra a saída do módulo de ressonância magnética 14 e o sinal detectado por ele durante uma sequência de pulso típica. A amplitude do campo detectado diminui com o tempo. Novamente, a redução na amplitude com o tempo é um resultado tanto do fluxo de núcleos orientados do módulo de ressonância magnética 14 quanto do decaimento natural do estado orientado. Coletado durante a duração de cada sequência de pulso, estas medições são indicativas das frações de volume de pelo menos duas fases em um fluido de múltiplas fases. Como definido nas Patentes dos EUA 7.719.267 e 7.872.474, para aproximações de tempo curto e taxas de escoamento razoáveis, o decaimento medido geralmente é dominado pelo fluxo de núcleos orientados e pode ser usado como uma medição de fluxo.

[0030] Por meio de exemplo, uma primeira medição é feita usando uma sequência de pulso adaptada para medir o tempo de relaxamento de RMN transversal, T-2. Um exemplo de uma sequência adequada é uma sequência de Carr Purcell Meiboom Gill (CPMG). Como é conhecido na técnica, uma sequência de CPMG é uma sequência de ecopulso de spin consistindo de um pulso de radiofrequência de 90° seguindo por um trem de sucessivos pulsos de 180°, como ilustrado com referência ao transmissor na Figura 2. Tipicamente, várias centenas até alguns milhares destes pulsos de RF são aplicados em uma única sequência. O decaimento de indução livre resultante (FID) e ecos de spin são detectáveis pelo receptor do medidor de fluxo após o pulso de radiofrequência de 90° inicial e entre os pulsos de radiofrequência de 180°, como ilustrado com referência ao receptor na Figura 2. Como pode ser observado, o envelope dos máximos de eco de spin decai exponencialmente com a constante de tempo T2. A extrapolação do envelope de eco de spin para tempo zero, ou a amplitude inicial do sinal de FID, produz a magnetização de rede. Após a calibração, a magnetização de rede é uma medição direta do número de núcleos em ressonância e, assim, de volume de fluido. Assim, nas modalidades preferidas, a determinação do declive/interceptação é usada em conjunto com uma calibração estabelecida anteriormente para determinar velocidade de fluxo. Estes conceitos são descritos por extenso em M. Appel e J.J. Freeman,and D. Pusiol, 2011. Robust Multiphase Flow Measurement Using Magnetic Ressonance Technology. Publicação SPE 141465 apresentada na Conferência e Show de Gás e Óleo do Oriente Médio de SPE sediada em Manama, Bahrain, de 6 a 9 de março de 2011.

[0031] Foi determinado que a técnica anterior é insuficiente para medir o fluxo de gás - líquido. Para se endereçar a esta deficiência um novo método foi descoberto, que não confia em um contraste de difusão quantificável entre a fase líquida e a fase gasosa. A nova técnica confia no contraste nos índices de hidrogênio entre a fase gasosa, tipicamente metano, e as fases líquidas.

[0032] A derivação de índices de hidrogênio para fluidos de reservatório foi extensivamente discutida na técnica. Para propósitos de RMN de próton (1H), o índice de hidrogênio (HI) é definido como a razão de quantidade de hidrogênio na amostra e a quantidade de hidrogênio na água pura em condições padrão (STP): Quantidade de hidrogênio na amostra

onde Pm é a densidade de massa do fluido em glcm3, NH é o número de átomos de hidrogênio na molécula, e M é o peso molecular do fluido. O denominador da última expressão, 0,111, representa os moles de hidrogênio em um centímetro cúbico de água em condições padrão. Consequentemente, o numerador é o número de moles de hidrogênio no mesmo volume da amostra volumétrica nas condições da medição.

[0033] A amplitude inicial de uma medição de CPMG como discutida acima, sem qualquer gradiente de campo, representa as frações dos fluidos na seção detectada do tubo, ponderada pelo efeito do fluxo de saída e índices de hidrogênio. Na cabeça da tubulação de escoamento pressões de até 6,89 (1000) a 13,78 KPa (2000 psi), o sinal de metano contribui apenas para 10% a 15% do sinal de RMN medido por causa do baixo índice de hidrogênio gasoso.

[0034] Se um gradiente de campo magnético constante é aplicado durante toda a sequência de pulso de CPMG, todo o sinal de RMN será adicionalmente atenuado de maneira proporcional com a intensidade do gradiente de campo magnético, a duração entre subsequentes pulsos de 180°, e a difusividade dos fluidos. É entendido que este gradiente de magnético constante reduz a espessura da fatia testada; no entanto, devido à larga largura de banda do receptor de RF e a baixa intensidade de gradiente de fluxo, a fatia medida tipicamente ainda é maior do que a seção transversal do tubo.

[0035] Devido ao alto coeficiente de difusão de um gás, em um dado número de repetições de aquisição, a atenuação induzida por gradiente de todo o sinal medido resulta em uma supressão do sinal de gás abaixo dos níveis de detecção. Ao mesmo tempo, quanto menos difusivo o sinal de líquido ainda será mensurável por causa do seu alto sinal inicial maior (não gradiente) e da sua força. Como uma consequência, o sinal de RMN que é detectado quando um gradiente de campo magnético constante é aplicado será dominado pelas respostas de água e óleo.

[0036] Usando uma calibração entre a razão de declive e interceptação e velocidade de fluxo para as fases líquidas individuais com o gradiente de campo magnético ligado durante a sequência de pulso de RF de CPMG, a velocidade de fluxo da fase líquida pode ser determinada. O gradiente de campo magnético pode ser constante ou pode ser pulsado durante a sequência de pulso de RF de CPMG.

[0037] Uma segunda calibração entre a intensidade de sinal das fases líquidas puras como uma função de velocidade de fluxo, com e sem pulsos de gradiente de campo magnético aplicados, pode ser usada para corrigir a atenuação induzida por gradiente do sinal de líquido e para calcular a intensidade de sinal corrigido por gradiente da fase líquida na ausência de um gradiente constante.

[0038] A razão de intensidade corrigida por gradiente da fase líquida para a intensidade do sinal de RMN de líquidos puros medidos na velocidade de fluxo determinada anteriormente pode ser usada para calcular a fração volumétrica da fase líquida.

[0039] Adicionalmente, subtraindo o sinal de líquido corrigido por gradiente do sinal obtido na ausência de gradientes constantes aplicados produz o sinal de gás. O declive e interceptação deste sinal de gás diferencial podem ser calibrados para a velocidade de fluxo de gás usando uma calibração de taxa de fluxo para gás puro. A fração volumétrica da fase líquida pode ser usada para determinar a fração de volume de gás. Multiplicando esta fração de volume de gás pela velocidade de fluxo de gás determinada anteriormente e a área de seção transversal do tubo fornece a taxa de fluxo volumétrica da fase gasosa.

[0040] O método de interpretação anterior foi aplicado com sucesso às várias medições de água/gás. Por meio de exemplo, a Figura 3 ilustra este procedimento para água escoando em aproximadamente 4 m3/hr, e gás escoando em 1 m3/hr. Na Figura 3, a linha 32 representa uma medição de CPMG como discutida acima, sem qualquer gradiente de campo aplicado, a linha 34 representa o sinal recebido na presença de um gradiente, a linha 36 representa a intensidade de sinal corrigido por gradiente da fase líquida na ausência de um gradiente constante, e a linha 38 representa o sinal de gás obtido subtraindo o sinal de líquido corrigido por gradiente 36 do sinal livre de gradiente original 32.

[0041] As Figuras 4 e 5 mostram a correlação entre taxas de fluxo conhecidas e os resultados obtidos usando o método descrito acima para frações de água e gás, respectivamente. As medições cobertas em três frações de gás - volume diferentes e uma variedade de taxas de fluxo. Como pode ser observado, a correlação entre valores conhecidos e calculados é alta, especialmente para a fase líquida usando visores horizontais, foi notado que em uma fração de volume de gás constante, a área de seção transversal ocupada por este gás diminui com a taxa de fluxo crescente. Isto ilustra o aumento na velocidade de fuga da fase gasosa, e também implica que a velocidade de fluxo de água aumenta menos do que de maneira proporcional com o aumento da taxa de fluxo por causa de uma maior área de seção transversal disponível para o fluxo. Em adição, as áreas de seção transversal que mudam demonstram que a medição da densidade de fluido combinada não provê informação sobre as frações de fluxo volumétricas.

[0042] Nas modalidades preferidas, o sistema é configurado para detectar os sinais recebidos a partir de cada um de uma série de segmentos horizontais do volume de fluxo. Como fluidos menos densos, tais como o gás, vão migrar para o topo em um sistema de múltiplas fases, "fatiar" o fluxo de maneira horizontal permite a aplicação do método mencionado acima para seções individuais de fluxo estratificado. Composição de fluido e velocidades de fluido, portanto, podem ser determinados para cada "fatia" e se torna possível obter caracterização mais precisa do fluxo total.

[0043] A presente invenção foi descoberta para prover caracterização significativa de escoamentos de fluido através do módulo de ressonância magnética em menos do que 0,3 m/s, e ainda menos do que 0,2 m/s. De maneira similar, a presente invenção foi descoberta para prover caracterização significativa de escoamentos de fluido de múltiplas fases que incluem um gás e o gás escoa através do módulo de ressonância magnética em uma pressão menor do que 15 MPa, ou ainda menor do que 8 MPa.

[0044] Enquanto modalidades preferidas desta descrição foram descritas com relação à caracterização de misturas de hidrocarboneto/água, a invenção não está limitada às aplicações de campo de óleo. A presente invenção preferivelmente, mas não necessariamente é aplicada em uma linha de produção de óleo, ou em outros condutos que transportam fluidos de múltiplas fases, para aplicações em superfície, subsuperfície, em costa ou fora de costa. Por exemplo, a abordagem de medição destacada aqui também pode ser aplicada a qualquer outro campo tecnológico em que seja desejável determinar a composição de um fluido de múltiplas fases.

Claims (8)

1. Método para distinguir entre as fases gasosa e líquida em um fluido de múltiplas fases escoando em um tubo (10) sem usar medições de tempo de voo, compreendendo: a) prover um módulo de ressonância magnética (14) de medição e análise através do qual o fluido de múltiplas fases escoa; b) prover um módulo de pré-polarização (12) através do qual o fluido de múltiplas fases escoa antes de entrar no módulo de ressonância magnética (14); c) escoar o fluido de múltiplas fases através do módulo de pré- polarização (12) e o módulo de ressonância magnética (14); d) quando o fluido de múltiplas fases escoa através do módulo de ressonância magnética (14), aplicar ao fluido de múltiplas fases uma sequência de pulso de radiofrequência pelo menos uma vez na presença de um gradiente de campo magnético e pelo menos uma vez na ausência de um gradiente de campo magnético e medir um sinal de ressonância magnética da intensidade de um número predeterminado de ecos de spin que são produzidos pela sequência de pulso de radiofrequência; e) usar uma primeira calibração entre a razão de declive e interceptação dos ecos de spin medidos e velocidade de fluxo para pelo menos uma fase não gasosa com o gradiente de campo magnético aplicado para determinar a velocidade de fluxo daquela fase não gasosa; caracterizado pelas etapas adicionais de: f) usar uma segunda calibração da intensidade de sinal das fases não gasosas como uma função de velocidade de fluxo, com e sem gradientes de campo magnético aplicados, para corrigir a atenuação induzida por gradiente do sinal não gasoso e para calcular uma intensidade de sinal corrigido por gradiente da fase não gasosa; g) subtrair a intensidade de sinal corrigido por gradiente da fase não gasosa a partir do sinal de ressonância magnética do fluido de múltiplas fases medido na etapa d) para determinar um sinal que corresponde à fase gasosa; e h) determinar a fração volumétrica e a velocidade de fluxo da fase gasosa do sinal de gás determinado na etapa g), em que usa uma calibração de taxa de fluxo para gás puro em conjunto com o declive e a interceptação do sinal de gás calculado da etapa g) para determinar a velocidade de fluxo de gás.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a sequência de pulso de radiofrequência é uma sequência de pulso Carr Purcell Meiboom Gill.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gradiente de campo magnético é constante durante a sequência de radiofrequência.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gradiente de campo magnético é pulsado durante a sequência de radiofrequência.

5. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que pelo menos as etapas e) a h) são realizadas para uma pluralidade de segmentos da área de seção transversal do fluxo.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que os segmentos da área de seção transversal do fluxo são segmentos horizontais.

7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a etapa h) compreende adicionalmente multiplicar a fração de volume do gás pela velocidade de fluxo de gás e a área da seção transversal do tubo para produzir uma taxa de fluxo volumétrica da fase gasosa.

8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que no fluido de múltiplas fases inclui um gás e o gás escoa através do módulo de ressonância magnética (14) em uma pressão menor do que 15 MPa.

Images