BR112017008760B1

BR112017008760B1 - método de determinação de uma fração de uma ou mais fases em um fluido e sistema para determinar uma fração de uma ou mais fases de um fluido

Info

Publication number: BR112017008760B1
Application number: BR112017008760-0A
Authority: BR
Inventors: Prafull Sharma; Aparna Chakrapani Sheila-vadde; Suma Memana Narayana Bhat; Vikram MELAPUDI
Original assignee: General Electric Company
Priority date: 2014-11-10
Filing date: 2015-10-14
Publication date: 2021-03-02
Also published as: SA517381480B1; EP3218700A1; US10690532B2; BR112017008760A2; CA2966869A1; US20170322064A1; MX2017006077A; EP3218700B1; WO2016077011A1

Abstract

Trata-se de um método de determinação de uma fração de uma ou mais fases em um fluido de múltiplas fases em um conduto. O método inclui excitar (602) um dispositivo de captação para causar a emissão de ondas eletromagnéticas de uma faixa de frequências em um fluido de múltiplas fases. O dispositivo de captação compreende uma antena e uma camada dielétrica, selecionadas para causar a ressonância em pelo menos um dentre um primeiro conjunto de frequências ou um segundo conjunto de frequências com base em um estado de fluxo do fluido de múltiplas fases, quando colocadas em proximidade com o fluido de múltiplas fases. O método também inclui receber (604) ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas do fluido de múltiplas fases. O estado de fluxo do fluido de múltiplas fases é selecionado (606) com base em um parâmetro de classificação. Frações são determinadas (608) com a utilização de pelo menos um modelo de determinação de fração que é selecionado com base no estado de fluxo do fluido de múltiplas fases.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] Realizações da presente invenção referem-se, em geral, à medição de fluxo de múltiplas fases e, mais especificamente, ao uso de antenas na medição de frações de fluido de múltiplas fases.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Um fluido de múltiplas fases se refere a uma composição que inclui pelo menos duas fases de material. Por exemplo, fluidos de múltiplas fases podem incluir alguma combinação de óleo, água e gás. Em processos industriais, indústrias de óleo e gás e outras tais áreas, é frequentemente necessário medir precisamente frações e taxa de fluxo de fases do fluido de múltiplas fases que fluem dentro de uma tubulação. Com poços de óleo/gás menores e mais profundos com maior teor de água que se torna mais comum ao redor do globo, há uma necessidade melhorada para técnicas de medição de fluxo de múltiplas fases.

[003] Sensores comercialmente disponíveis para medir frações em fluidos na indústria petrolífera são baseadas em uma variedade de princípios (tanto em uma técnica única como uma combinação de diversas técnicas). Por exemplo, sensores de impedância, sensores capacitivos e/ou indutivos, sensores de gama de dupla energia, medidores de Venturi, e sensores de microondas (atenuação/fase/ressonância) foram todos usados. Atualmente, há inúmeros sensores de medição de fluxo baseados em micro-ondas disponível que oferece graus variados de sensibilidade, complexidade e custos.

[004] Em sistemas de captação com base em micro-ondas atuais, um ou mais sensores são excitados através de uma faixa de frequências para emitir ondas eletromagnéticas e a potência de ondas eletromagnéticas refletidas e/ou transmitidas é medidas através dessa faixa de frequência. A frequência ressonante do sistema depende da permissividade (constante dielétrica) do meio dentro do tubo. Um modo ressonante pode ser distinguido pela frequência ressonante, fator Q e a amplitude do pico nas ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas. A transferência da frequência ressonante, ou fator Q, ou amplitude das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas correspondente a uma mudança na composição é usada para estimar a fração de fase do fluido. A frequência ressonante e o fator Q mantêm uma relação proporcional com a constante dielétrica. Por exemplo, à medida que o teor de água aumenta no fluido de múltiplas fases, a constante dielétrica eficaz aumenta e uma mudança da frequência ressonante, causada pela constante dielétrica da água, diminui. De modo similar, se a água estiver em perda, por exemplo, devido à salinidade, isso resultará em uma diminuição de fator Q das ondas eletromagnéticas refletidas. A estimativa de frações de fase que usam o método de frequência ressonante torna-se difícil à medida que o teor de água aumenta visto que a identificação dos picos nas ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas torna-se um desafio.

[005] Ademais, alguns dos sensores de medição baseados em micro-ondas são intrusivos ao fluxo dentro do tubo. Consequentemente, esses sensores podem ser expostos ao fluxo do material dentro do tubo, aumentando assim a possibilidade de danos aos sensores e necessitando de substituição frequente. Em outras situações, o fluxo do material pode ser medido desviando- se o fluxo real de material dentro do tubo através de um circuito de fluxo externo. Em outras determinadas situações, um separador de fluxo ou um misturador de fluxo pode ser usado.

[006] Consequentemente, há uma necessidade progressiva de aprimorar o desempenho de medição de fluxo de múltiplas fases em meios passíveis de perdas.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[007] De acordo com uma realização, é fornecido um método de determinação de uma fração de uma ou mais fases em um fluido de múltiplas fases em um conduto. O método inclui excitar um dispositivo de captação para fazer com que o dispositivo de captação emita ondas eletromagnéticas de uma faixa de frequências que compreende um primeiro conjunto de frequências e um segundo conjunto de frequências em um fluido de múltiplas fases. O dispositivo de captação compreende uma antena e uma camada dielétrica que é colocada em proximidade com o fluido de múltiplas fases. A antena e a camada dielétrica são selecionadas de modo que, com base em um estado de fluxo do fluido de múltiplas fases, a ressonância seja observada em pelo menos um dentre o primeiro conjunto de frequências e o segundo conjunto de frequências. Além disso, o método inclui receber ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas do fluido de múltiplas fases. Ademais, o método inclui selecionar o estado de fluxo do fluido de múltiplas fases com base em um parâmetro de classificação. O parâmetro de classificação é determinado com base em uma análise das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas. O método também inclui determinar a fração da uma ou mais fases no fluido de múltiplas fases com a utilização de pelo menos um modelo de determinação de fração. O modelo de determinação de fração é selecionado com base no estado de fluxo do fluido de múltiplas fases.

[008] De acordo com outra realização, é fornecido um sistema para determinar uma fração de uma ou mais fases de um fluido de múltiplas fases que flui em um conduto. O sistema inclui um ou mais dispositivos de captação colocados no conduto ou ao redor do mesmo. Cada dispositivo de captação inclui uma antena configurada para emitir ondas eletromagnéticas através de uma faixa de frequências. A pelo menos uma antena é selecionada de modo que a ressonância seja exibida em um primeiro conjunto de frequências com base em um estado de fluxo do fluido de múltiplas fases. Além disso, cada dispositivo de captação também inclui uma camada dielétrica colocada em proximidade à antena de modo que um lado da camada dielétrica esteja em contato direto com o fluido de múltiplas fases. A antena e a camada dielétrica são selecionadas de modo que a ressonância seja exibida em pelo menos um dentre o primeiro conjunto de frequências e um segundo conjunto de frequências com base em um estado de fluxo do fluido de múltiplas fases. Ademais, o sistema também inclui um controlador configurado para excitar a antena pelo menos no primeiro conjunto e no segundo conjunto de frequências da faixa de frequências. O controlador é também configurado para adquirir ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas do fluido de múltiplas fases. Ademais, o controlador é configurado para selecionar o estado de fluxo do fluido de múltiplas fases com base em um parâmetro de classificação. O parâmetro de classificação é determinado com base em uma análise das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas em pelo menos um dentre o primeiro conjunto de frequências e o segundo conjunto de frequências. O controlador é também configurado para estimar as frações da uma ou mais fases do fluido de múltiplas fases com o uso de um modelo de determinação de fração e um ou mais parâmetros determinados a partir das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas. O modelo de determinação de fração é selecionado com base no estado de fluxo selecionado do fluido de múltiplas fases.

[009] De acordo com ainda outra realização, é fornecido um método para determinar uma fração de uma ou mais fases em um fluido de múltiplas fases que compreende porções substanciais de uma fase passível de perdas. O método inclui excitar um dispositivo de captação que faz com que o dispositivo de captação emita ondas eletromagnéticas de uma faixa de frequências no fluido de múltiplas fases. O dispositivo de captação compreende uma antena e uma camada dielétrica que são selecionadas de modo que a ressonância seja exibida em diferentes frequências da faixa de frequências com base em uma fração da fase passível de perdas no fluido de múltiplas fases. Além disso, o método inclui receber ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas do fluido de múltiplas fases. Ademais, o método inclui determinar a fração da fase passível de perdas no fluido de múltiplas fases com a utilização de pelo menos um modelo de determinação de fração. O modelo de determinação de fração inclui uma relação entre um ou mais parâmetros determinados a partir das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas e frações de fase.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[010] Outros recursos e vantagens da presente revelação serão evidentes a partir da descrição mais detalhada a seguir da realização preferencial, considerada em conjunto com as Figuras anexas que ilustram, por meio de exemplo, os princípios de determinados aspectos da revelação.

[011] A Figura 1 é uma representação diagramática de um sistema de medição de fluxo de múltiplas fases com o uso de pelo menos um dispositivo de captação.

[012] A Figura 2 é uma representação diagramática de um sistema de captação para determinação de frações de fase em um fluido de múltiplas fases colocadas em proximidade a um conduto, de acordo com uma realização da presente invenção.

[013] As Figuras 3 e 4 são representações diagramáticas de várias configurações exemplificadoras do dispositivo de captação do sistema da Figura 2, em conformidade com uma realização da presente invenção.

[014] A Figura 5 é uma representação diagramática da vista em corte transversal da porção do conduto com o uso do dispositivo de captação das Figuras 3 e 4, em conformidade com as realizações da presente revelação.

[015] A Figura 6 é um fluxograma que representa um método para determinar frações de fase em um fluido de múltiplas fases, de acordo com uma realização da presente invenção.

[016] A Figura 7 é um fluxograma que representa um método para determinar frações de fase em um fluido de múltiplas fases, de acordo com outra realização da presente invenção.

[017] A Figura 8 é uma representação gráfica que retrata uma relação entre a frequência das ondas eletromagnéticas e a magnitude das ondas eletromagnéticas refletidas, de acordo com uma realização da presente invenção.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[018] Conforme será descrito em detalhes doravante, várias realizações de um sistema e método para medir frações de fase em um fluido de múltiplas fases são apresentadas.

[019] Para os propósitos deste pedido e invenção, há várias definições que são relevantes. O termo "faixa de frequência de micro-ondas" é usado para se referir a frequências eletromagnéticas entre centenas de MHz a várias centenas de GHz. Ademais, o termo "múltiplas fases", conforme usado no presente documento, é usado para se referir a uma composição que inclui pelo menos duas fases de materiais. O fluido de múltiplas fases pode incluir alguma combinação de óleo, água e gás. Por exemplo, o fluido pode incluir gás e água. Em um exemplo, a água pode ser água salina. Em outro exemplo, o fluido pode incluir gás e óleo. O termo "conduto" conforme usado no presente documento, se refere a qualquer estrutura que permite um fluxo do fluido de múltiplas fases. Além disso, o termo conduto não é limitado a elementos que têm uma seção de corte transversal substancialmente circular, são substancialmente fechados, ou são elementos longitudinais.

[020] De acordo com aspectos da presente revelação, frações de fase de fases em um fluido de múltiplas fases são medidas com o uso de um ou mais dispositivos de captação que operam na faixa de frequência de microondas. Os dispositivos de captação incluem pelo menos uma antena, um ou mais substratos e uma ou mais camadas dielétricas. Além disso, dispositivos de captação pode tanto transmitir dispositivos de captação como pode receber dispositivos de captação ou uma combinação de ambos. O termo "antena", conforme usado no presente documento, pode ser usado para se referir a um elemento de transmissão e/ou recepção que tem capacidade de operar em frequências de micro-ondas. A antena pode incluir uma ou mais porções de metal através de um plano terrestre, em que a uma ou mais porções de metal e o plano terrestre são separados por um ou mais substratos. Em várias realizações, os dispositivos de captação são fixados em uma superfície de um conduto que é configurada para transportar o fluido de múltiplas fases de modo que a camada dielétrica esteja em contato direto com o fluido de múltiplas fases enquanto protege a antena de contato direto com o fluido de múltiplas fases. Os dispositivos de captação podem ser inseridos em um espaço aberto do conduto através de uma das paredes de conduto ou colocadas em uma superfície interna das paredes do conduto para permitir que o fluido de múltiplas fases esteja em contato direto com o dispositivo de captação. Por exemplo, no caso de um conduto metálico, os dispositivos de captação podem ser dispostos na superfície interna do conduto, enquanto no caso de um conduto não metálico, o dispositivo de captação pode ser disposto na superfície externa do conduto com a utilização de um mecanismo de montagem externo, tal como um mecanismo de preensão. Em uma realização, os substratos podem ser flexíveis, permitindo assim que os substratos se conformem a uma superfície de conduto. Ademais, os substratos de antena podem ser projetados de tal maneira a garantir que o fluxo do fluido de múltiplas fases através do conduto não seja perturbado. Em um exemplo, a antena pode incluir uma emenda de microtira. A emenda de microtira é representativa de uma emenda de metal que é impressa, por exemplo, na camada dielétrica. Emendas de microtira têm a vantagem de ser leve em peso, não custosas e fáceis de integrar com outros eletrônicos.

[021] Em uma realização, as antenas nos dispositivos de captação emitem ondas eletromagnéticas de uma faixa de frequências e as ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas são medidas através da faixa de frequência. Para um dado diâmetro de conduto, a frequência ressonante de um sistema que inclui o conduto e o fluido de múltiplas fases, depende da permissividade (constante dielétrica) do fluido de múltiplas fases dentro do conduto. A constante dielétrica é uma propriedade complexa que inclui uma parte real e uma parte imaginária. A constante dielétrica do fluido de múltiplas fases pode fazer com que as ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas exibam propriedades, que podem ser medidas na forma de frequências ressonantes observadas nas ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas, amplitude e ângulo de fase das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas nas frequências ressonantes, e um fator de qualidade (Q) das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas nas frequências ressonantes. O fator Q pode ser uma relação entre uma frequência central da resposta transmitida ou refletida e uma largura de banda de frequência correspondente da resposta transmitida ou refletida. Uma diferença entre as frequências ressonantes com base na permissividade do meio dentro do conduto pode ser usada para estimar a fração de fase do fluido de múltiplas fases. Adicionalmente, o fator de qualidade (Q) das ondas transmitidas ou refletidas e a amplitude das ondas transmitidas ou refletidas nas frequências ressonantes também pode ser usado para estimar a fração de fase do fluido de múltiplas fases. A frequência ressonante é relacionada à permissividade. A acentuação dos picos de ressonância nas ondas transmitidas ou refletidas, que é quantificada pelo fator Q, e amplitude são inversamente proporcionais à parte imaginária da constante dielétrica. Por exemplo, à medida que o teor de água dentro do fluido de múltiplas fases aumenta, a constante dielétrica eficaz aumenta e a frequência ressonante diminui. De modo similar, se a água for passível de perdas, por exemplo, devido à salinidade, essa resultará em uma diminuição da amplitude de pico e um aumento na largura do pico. De acordo com as realizações da presente invenção, o dispositivo de captação descrito no presente documento é configurado para produzir ressonância no fluido de múltiplas fases mesmo quando o fluido for passível de perdas.

[022] A Figura 1 retrata uma representação diagramática de um sistema de medição de fluxo de fase 100 que inclui um ou mais dispositivos de captação 102. Cada dispositivo de captação 102 inclui uma antena que é configurada para emitir ondas eletromagnéticas na faixa de frequência de microondas. Os dispositivos de captação 102 podem ser dispostos em um conduto 104. Em particular, os dispositivos de captação 102 podem ser colocados em grande proximidade com um fluido de múltiplas fases 106 que flui através do conduto 104. O fluido de múltiplas fases pode incluir frações de diferentes fases tal como óleo, água e gás. Com base na fase que tem uma contribuição maior no fluido de múltiplas fases, o estado de fluxo de fluido de múltiplas fases pode ser categorizado como um estado de fluxo contínuo em óleo ou como um estado de fluxo contínuo em água. No estado de fluxo contínuo em óleo, o fluido de múltiplas fases 106 inclui porções substanciais de óleo em comparação com água e/ou gás. Enquanto isso, no estado contínuo em água, o fluido de múltiplas fases 106 inclui porções substanciais de água em comparação com óleo e/ou gás.

[023] Os dispositivos de captação 102 podem ser excitados para fazer com que as antenas emitam ondas eletromagnéticas a partir de uma faixa de frequências. A faixa de frequências pode incluir uma faixa de frequências de micro-ondas. A Título de exemplo, a faixa de frequências pode variar de cerca de 300 MHz à cerca de 300 GHz.

[024] O sistema 100 também pode incluir uma unidade de geração e recepção (EMFGR) de frequência eletromagnética 108. A unidade de EMFGR 108 pode ser configurada para fazer com que o um ou mais dispositivos de captação 102 emita ondas eletromagnéticas da faixa desejada de frequências. A unidade de EMFGR 108 pode incluir um dispositivo eletrônico. Em um exemplo, o dispositivo eletrônico pode incluir um analisador de rede de vetor (VNA). Ademais, a unidade de EMFGR 108 pode ser acoplada de modo operativo a um controlador 110. O controlador 110 pode ser controlador de lógica programável (PLC) ou o controlador de automação programável (PAC). O controlador 110 pode incluir uma interface gráfica de usuário 114 e uma unidade de processamento 112 que pode ser configurada para controlar as operações da unidade de EMFGR 108. Em um exemplo, a interface gráfica de usuário 114 pode incluir uma unidade de exibição. Em um exemplo, a interface gráfica de usuário 114 pode ser configurada para exibir os dados processados pela unidade de processamento 112.

[025] As antenas dos dispositivos de captação 102 e do fluido de múltiplas fases 106 no conduto 104 podem ser representadas como uma rede elétrica que tem uma pluralidade de portas que interagem entre si. A rede elétrica pode ser representada como uma rede de duas portas e pode ser analisada com o uso de parâmetros S. As portas são pontos nos quais sinais elétricos tanto entram quanto/como saem da rede elétrica. No sistema 100, as portas são a uma ou mais antenas através da qual as ondas eletromagnéticas entram no fluido de múltiplas fases 106 e também através das quais as ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas são coletadas. O parâmetro S pode ser representado por um número complexo sem unidade que representa uma magnitude e um ângulo, tal como amplitude e um ângulo de fase das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas. Uma rede elétrica de duas portas pode ser representada pelos parâmetros S S11,S12,S21 e S22. Por exemplo, parâmetros S11 representam amplitude e ângulo de fase em uma dada frequência associada a cada onda eletromagnética refletida recebida em uma primeira porta em resposta às ondas eletromagnéticas incidentais emitidas pela primeira porta. De modo similar, parâmetros S12 representam a amplitude e o ângulo de fase em uma frequência particular associada a cada onda eletromagnética refletida recebida na primeira porta em resposta às ondas eletromagnéticas incidentais emitidas por uma segunda porta. Ademais, parâmetros S21 são associados a ondas eletromagnéticas recebidos na segunda porta em resposta às ondas eletromagnéticas incidentais emitidas pela primeira porta, enquanto S22 representa parâmetros associados às ondas eletromagnéticas recebidos na segunda porta em resposta às ondas eletromagnéticas incidentais emitidas pela segunda porta.

[026] No sistema 100, as duas portas da rede elétrica podem corresponder às portas dos dispositivos de captação 102 que são acoplados à unidade de EMFGR 108. Os dispositivos de captação 102 podem ser excitados para emitir ondas eletromagnéticas da faixa de frequências através do uso de um sinal incidente gerado pela unidade de EMFGR 108. O sinal incidente é representativo de um sinal que é fornecido como uma entrada a uma porta associada a um dos dispositivos de captação 102 pela unidade de EMFGR 108. As ondas eletromagnéticas emitidas por um dos dispositivos de captação 102 tanto podem ser transmitidas a uma extremidade oposta do conduto 104 e recebidas por outro dos dispositivos de captação 102 como podem ser refletidas e recebidas pelo dispositivo de captação de transmissão 102. Consequentemente, ondas eletromagnéticas transmitidas e/ou refletidas podem ser adquiridas em uma das portas. O termo ondas eletromagnéticas "transmitidas" e "refletidas", conforme usado no presente documento podem ser usados para se referir a sinais elétricos transmitidos/refletidos. Tais sinais elétricos podem ser medidos com o uso de pelo menos um dentre um valor de tensão, um valor de corrente e um valor de potência. O dispositivo eletrônico da unidade de EMFGR 108 pode ser configurado para medir parâmetros S correspondentes às ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas recebidas nas portas. O controlador 110 pode ser configurado para determinar a amplitude e o ângulo de fase correspondente às ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas com base nos parâmetros S.

[027] Além disso, para um estado de fluxo contínuo em óleo, o controlador 110 pode ser empregado para determinar a fração de fase das fases (a saber. óleo, gás e água) no fluido de múltiplas fases com base na amplitude, e o ângulo de fase das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas. Em um exemplo, determinar a fração DE cada fase do fluido de múltiplas fases pode conferir determinar uma fração de água, fração de gás e uma fração de óleo do fluido de múltiplas fases. O termo "corte de água" é usado para se referir a uma água volume taxa de fluxo relativo à taxa de fluxo de volume de líquido total (óleo e água) em pressão e temperatura padrão. Além disso, o termo "fração de volume de gás" (GVF) é usado para se referir a um parâmetro que fornece uma medida de uma quantidade de gás presente em um fluido de múltiplas fases. Em particular, a GVF se refere a uma taxa de fluxo de volume e gás relativo à taxa de fluxo de volume de fluido de múltiplas fases em uma pressão e temperatura que prevalece em um ambiente de medição. Tanto o corte de água quanto a GVF são geralmente expressos como porcentagens.

[028] Embora o sistema de medição de fluxo de múltiplas fases 100 possa ter capacidade de determinar frações de fase para um fluido de múltiplas fases em um estado de fluxo contínuo em óleo, o mesmo pode ter capacidade de determinar frações de fase para um fluido de múltiplas fases no estado de fluxo contínuo em água. As ondas eletromagnéticas emitidas pelos dispositivos de captação 102 podem ser atenuadas enquanto se deslocam através do fluido de múltiplas fases contínuo em água. A atenuação pode induzir a uma redução do fator Q em frequências ressonantes nas ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas. De acordo com as realizações da invenção, o sistema ilustrado na Figura 2 é configurado para fornecer ressonância mesmo em meios passíveis de perdas, tais como fluido de múltiplas fases contínuo em água.

[029] A Figura 2 é a representação diagramática de um sistema de medição de múltiplas fases 200 que inclui um dispositivo de captação 202 para determinação de frações de fase em um fluido de múltiplas fases contínuo em água, de acordo com uma realização da presente invenção. O dispositivo de captação 202 é colocado em proximidade com o conduto 216 que transporta um fluido de múltiplas fases 218. O dispositivo de captação 202 inclui uma antena 204, uma camada dielétrica 206, um elemento de alimentação 208, um conector 210, um substrato 212, e um encerramento metálico 214.

[030] A antena 204 é configurada para emitir ondas eletromagnéticas de uma faixa de frequências no fluido de múltiplas fases que flui através do conduto 216. Exemplos de antena 204 incluem, porém, sem limitação, uma antena amplificadora, uma antena monopolo, uma antena dipolo, e uma antena de múltiplos polos. No dispositivo de captação 202, a antena 204 é colocada em um substrato 212. Em determinados exemplos, o substrato pode ser fabricado a partir de material flexível tal como silicone, plástico, fibras naturais tecidas, e outros polímeros adequados, copolímeros, e combinações dos mesmos. O material para o substrato 212 pode ser selecionado de modo que o dispositivo de captação 202 tenha natureza flexível enquanto tem capacidade de prolongar alta pressão e temperatura. A antena 204 pode ser acoplada ao substrato 212 com meios adesivos. Em outras realizações, a antena 204 pode ser impressa no substrato 212 como uma tira metálica fina. Além disso, a antena 204 é selecionada de modo que a ressonância seja observada nas ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas em um primeiro conjunto de frequências com base no estado de fluxo do fluido de múltiplas fases.

[031] Além disso, a camada dielétrica 206 do dispositivo de captação 202 é colocada através de uma superfície da antena 204 de modo que a camada dielétrica atue como uma barreira entre a antena e o fluido de múltiplas fases 218. A camada dielétrica 206 pode ser colocada na antena 204 ou sobre a mesma ou a antena 204 pode ser impressa na camada dielétrica 206 ou incorporada à camada dielétrica 206 de modo que a antena possa ser coberta pela camada dielétrica 206. A camada dielétrica 206, de acordo com determinadas realizações, é feita de material que induz à mínima atenuação das ondas eletromagnéticas emitidas pela antena 204. Além disso, a camada dielétrica 206 pode ser feita de material que tem natureza flexível para permitir que a camada 206 se conforme à superfície interna do conduto 216 quando o dispositivo de captação 202 é encaixado no conduto 216. Em determinados exemplos, a camada dielétrica 206 pode ser fabricada com o uso de materiais rígidos para se conformar à superfície interna do conduto 216. Exemplos de materiais que podem ser usados para produzir a camada dielétrica 206 incluem, porém, sem limitação, polieteretercetona (PEEK), silicone, tecido revestido com PTFE, resina epóxi, fibra de vidro etc. A camada dielétrica 206 pode ser modelada de acordo com o formato da antena 204. Por exemplo, quando a antena 204 tem formato retangular, a camada dielétrica 206 também pode ter formato retangular. A camada dielétrica 206 é projetada de modo que as ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas do fluido de múltiplas fases no conduto 216 exibam ressonâncias em pelo menos um dentre o primeiro conjunto de frequências e um segundo conjunto de frequências com base em um estado de fluxo do fluido de múltiplas fases. De modo a ajustar a ressonância no primeiro e no segundo conjunto de frequências para diferentes estados de fluxo, considerações de projeto da camada dielétrica 206 incluem um tipo de material da camada dielétrica, uma circunferência da superfície da camada que está em contato direto com o fluido de múltiplas fases, e uma espessura da camada dielétrica 206.

[032] O dispositivo de captação 202 também inclui um elemento de alimentação 208 que é acoplado à antena 204. O elemento de alimentação 208 pode ser um cabo coaxial que é acoplado ao conector de RF 210. O conector de RF 210, por sua vez, pode ser acoplado à unidade de EMFGR 220. O elemento de alimentação 208, com base nos sinais do controlador 222, fornece energia de excitação para excitar a antena 204 e fazer com que ondas eletromagnéticas de uma faixa de frequências sejam emitidas no fluido de múltiplas fases. Em determinadas realizações, o elemento de alimentação 208 pode incluir um cabo coaxial e um elemento de metal (não mostrado). O elemento de metal pode ser colocado em um substrato adicional (não mostrado) que é acoplado ao substrato 212. O cabo coaxial do elemento de alimentação 208 pode ser acoplado ao elemento de metal em uma extremidade e o conector de RF 210 na outra extremidade. Em tal caso, o elemento de alimentação 208 pode ser acoplado à antena 204 através de uma abertura definida no substrato 212 e no substrato adicional.

[033] Além disso, a antena 204, a camada dielétrica 206, o elemento de alimentação 208 e o substrato 212 são inseridos no encerramento metálico 214. O encerramento metálico 214 é colocado de modo que pelo menos uma superfície da camada dielétrica 206 seja descoberto. A superfície descoberta da camada dielétrica 206 é colocada no conduto 216 de modo que a mesma esteja em contato direto com o fluido de múltiplas fases 218 no conduto 216.

[034] Em operação, uma pluralidade de dispositivos de captação 202 é colocada ao longo da circunferência do conduto 216 para medir vários parâmetros do fluido de múltiplas fases 218 que flui no conduto 216. A unidade de EMFGR 220 recebe uma entrada do controlador 222 para excitar os dispositivos de captação 202 com quantidade apropriada de potência de modo que pelo menos uma das antenas 204 acoplada à unidade de EMFGR 220 emita ondas eletromagnéticas de uma faixa de frequências que incluem o primeiro conjunto de frequências e o segundo conjunto de frequências. As antenas 204 emitem ondas eletromagnéticas que são direcionadas ao fluido 218 através da camada dielétrica 206. Além disso, os dispositivos de captação 202 são configurados para receber ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas do fluido de múltiplas fases no conduto 216.

[035] As ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas que são recebidas pelos dispositivos de captação 202 são comunicadas ao controlador 222 através da unidade de EMFGR 220. Uma unidade de processamento 224, que é parte do controlador 222, é configurada para determinar uma pluralidade de parâmetros relacionados às ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas. A unidade de processamento 224 é também configurada para determinar um parâmetro de classificação para o fluido de múltiplas fases 218. O parâmetro de classificação é determinado com base na análise das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas em pelo menos um dentre o primeiro conjunto de frequências e o segundo conjunto de frequências. Em uma realização, a presença de ressonância no segundo conjunto de frequências é utilizada para determinar o estado de fluxo do fluido de múltiplas fases 218. Além disso, a amplitude das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas no primeiro conjunto de frequências também pode ser utilizadas para determinar o estado de fluxo do fluido de múltiplas fases 218. Além disso, a unidade de processamento 224 é configurada para selecionar um modelo de determinação de fração com base no estado de fluxo do fluido de múltiplas fases 218. O modelo de determinação de fração pode ser usado para determinar as frações de fase do fluido de múltiplas fases 218 no conduto 216.

[036] A unidade de processamento 224, em certas realizações, pode compreender uma ou mais unidade de processamento central (CPU) tais como um microprocessador, ou pode compreender qualquer número adequado de circuitos integrados de aplicação específica funcionando em cooperação para alcançar as funções de uma CPU. A unidade de processamento 224 pode incluir uma memória. A memória pode ser um sistema, aparelho ou dispositivo eletrônico, magnético, óptico, eletromagnético ou infravermelho. As formas comuns de memória incluem discos rígidos, fita magnética, memória de acesso aleatório (RAM), uma memória somente de leitura programável (PROM), e EEPROM, ou um dispositivo de armazenamento óptico tal como um CDROM ou DVD regravável, por exemplo. A unidade de processamento 224 tem capacidade de executar instruções de programa, relacionadas à determinação de frações de fase no fluido de múltiplas fases, e funcionar em resposta a essas instruções ou outras atividades que podem ocorrer no curso ou depois de determinar frações de fase. Tais instruções de programa irão compreender uma listagem de instruções executáveis para implantar funções lógicas. A listagem pode ser incorporada em qualquer meio legível por computador para uso por ou em conexão com um sistema com base em computador que pode recuperar, processar e executar as instruções. Alternativamente, alguns ou todos os processamentos podem ser realizados de modo remoto por unidades de processamento adicionais 224. O controlador 222, especificamente a unidade de processamento 224 no controlador 222, pode realizar operações implantadas na forma de modelos tais como aqueles que são exigidos para determinar frações de fase, ou aqueles exigidos para determinar os valores de permissividade conforme descrito no presente documento.

[037] De acordo com uma realização, os parâmetros determinados pela unidade de processamento 224 incluem, porém, sem limitação, uma ou mais frequências ressonantes das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas, amplitude das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas na uma ou mais frequências ressonantes, o ângulo de fase das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas e um atraso de grupo das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas. O atraso de grupo das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas pode ser determinado por métodos conhecidos. Um tal método foi descrito no comumente designado Pedido de Patente no U.S. 14/294215 intitulado “MULTIPHASE FLOW MEASUREMENT USING ELECTROMAGNETIC SENSORS”.

[038] Além disso, o controlador 222, com base nos parâmetros determinados, é configurado para determinar se a uma ou mais frequências ressonantes observadas nas ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas incluem frequências do primeiro conjunto de frequências e do segundo conjunto de frequências. O controlador 222, de acordo com uma realização, é configurado para selecionar um estado de fluxo contínuo em água como o estado de fluxo do fluido de múltiplas fases no conduto 216 quando a uma ou mais frequências dentre as ondas eletromagnéticas ressonantes transmitidas ou refletidas incluem frequências, entre outras, do primeiro conjunto de frequências por si só. O controlador 222, de acordo com outra realização, é configurado para selecionar um estado de fluxo contínuo em óleo como o estado de fluxo do fluido de múltiplas fases no conduto 216 quando a uma ou mais frequências dentre as ondas eletromagnéticas ressonantes transmitidas ou refletidas incluem frequências, entre outros, do primeiro conjunto assim como o segundo conjunto de frequências.

[039] Além disso, o controlador 222 é configurado para determinar permissividade (em) do fluido de múltiplas fases do conduto 216 com base no um ou mais parâmetros determinados a partir das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas recebidas pelos dispositivos de captação 202. Em uma realização, um ou mais dos parâmetros, tais como amplitude, o ângulo de fase, e as frequências ressonantes correspondentes às ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas podem ser processadas com o uso de análise de regressão para obter uma função de transferência que relaciona esses parâmetros à permissividade do fluido de múltiplas fases. Consequentemente, a permissividade do fluido de múltiplas fases dentro do conduto 216 pode ser determinada com base em um ou mais dentre a amplitude, ângulo de fase, atraso de grupo e frequências dentre as ondas eletromagnéticas ressonantes transmitidas ou refletidas. A permissividade do fluido de múltiplas fases 218 também pode ser determinada com o uso de uma transferência observada nas frequências ressonantes. Uma transferência nas frequências ressonantes é proporcional à permissividade do fluido de múltiplas fases, em pode compreender dois componentes principais: a permissividade da fase d'água no fluido de múltiplas fases (εw) e a permissividade dos componentes de óleo no fluido de múltiplas fases (εo).

[040] A permissividade da fase d'água pode ser determinada pelo controlador 222 com o uso de modelos conhecidos tais como o modelo Stogryn. O modelo Stogryn gera a permissividade da fase d'água do fluido como uma função da temperatura do fluido e salinidade do fluido. A temperatura e a salinidade podem ser determinadas com o uso de outros mecanismos de captação tais como sondas de campo próximo, medidores de temperatura e similares.

[041] De acordo com uma realização, a permissividade do óleo pode ser dependente de uma densidade do óleo presente no fluido de múltiplas fases. A densidade do óleo e a permissividade (εm) do fluido de múltiplas fases podem ser transladadas à permissividade (εo) da fase de óleo com o uso de modelos tais como o Modelo de Claussius-Mossott.

[042] Ademais, o controlador 222 é configurado para determinar as frações de fase no fluido com o uso de pelo menos um modelo de determinação de fração utilizando a permissividade do fluido de múltiplas fases, permissividade de fase d'água, e a permissividade de fase de óleo. Exemplos de um modelo de determinação de fração são representados como Equações 1 e 2. As Equações 1 e 2 são conhecidas como Equações Bruggeman que são usadas para determinar frações de fase com base na permissividade.

[043] WC é a fração de fase da fase d'água no fluido de múltiplas fases, εm é a permissividade do fluido de múltiplas fases, εw é a permissividade da fase d'água do fluido de múltiplas fases, e ε0 é a permissividade da fase de óleo do fluido de múltiplas fases.

[044] Para a fase contínua em água, a permissividade da fase de óleo e a permissividade do fluido de múltiplas fases podem ser usadas em um modelo de determinação de fração, tal como o modelo de determinação de fração representado pela equação 2, para determinar frações de fase no fluido de múltiplas fases.

[045] WC é a fração de fase da fase d'água no fluido de múltiplas fases, εm é a permissividade do fluido de múltiplas fases, ε w é a permissividade da fase d'água do fluido de múltiplas fases, e ε0 é a permissividade da fase de óleo do fluido de múltiplas fases.

[046] De acordo com outra realização, as frações de fase também podem ser calculadas aplicando-se funções de transferência, tais como Maxwell Garnet, e similares.

[047] De acordo com ainda outra realização, os modelos de determinação de fração para fluido de múltiplas fases do tipo contínuo em óleo no conduto podem ser uma função de transferência que relaciona a permissividade do fluido de múltiplas fases e a da fase de óleo e fase d'água com a fração de óleo de fase no fluido de múltiplas fases. Além disso, os modelos de determinação de fração também podem ser dependentes de outros parâmetros do fluido de múltiplas fases tais como salinidade, temperatura etc. De modo similar, para fluido de múltiplas fases do tipo contínuo em água 218 no conduto 216, o modelo de determinação de fração pode ser uma função de transferência relacionado à determinada permissividade do fluido com a fração de água de fase no fluido de múltiplas fases.

[048] Para transmitir ondas eletromagnéticas no o fluido de múltiplas fases e para agrupar ondas eletromagnéticas refletidas do fluido de múltiplas fases, o dispositivo de captação 202 pode ser colocado em proximidade com o conduto 216 de várias maneiras. Algumas configurações das técnicas de colocação do dispositivo de captação foram representadas de modo diagramático nas Figuras 3 e 4.

[049] A Figura 3 é uma representação diagramática 300 de uma realização de uma configuração dos dispositivos de captação 202. Essa representação da configuração dos dispositivos de captação 202 inclui um conduto 302 e um dispositivo de preensão 304. O dispositivo de preensão 304 pode incluir uma pluralidade de dispositivos de captação 202 dispostos no mesmo. Ademais, o dispositivo de preensão 304 pode ser configurado para ser instalado ao redor de uma superfície externa do conduto 302. Em um exemplo, o dispositivo de preensão 304 pode ser enrolado ao redor do conduto 302. O dispositivo de preensão 304 pode ser feito de qualquer material adequado que permite que o dispositivo de preensão 304 flexione adequadamente ao redor da circunferência do conduto 302. Tipicamente, o dispositivo de preensão 304 pode ser empregado em situações em que o conduto 302 é não metálico (por exemplo, plástico, vidro, cerâmica e similares) ou tem seções que são não metálicas. A criação de aberturas em condutos não metálicos e fixação do dispositivo de captação 202 com adesivos comerciais nas aberturas podem não acoplar de modo hermético ao dispositivo de captação 202 e às paredes do conduto 302. O dispositivo de preensão 304 pode ser instalado com condutos não metálicos visto que o mesmo elimina a necessidade de perfuração, solda, com o uso de adesivos. A eliminação dessas atividades no caso de condutos não metálicos reduz o risco de ruptura de tais condutos. O dispositivo de preensão 304 que tem a pluralidade de dispositivos de captação 202 dispostos no mesmo pode ser instalado ao longo de uma porção do conduto 302. A pluralidade de dispositivos de captação 202 pode ser configurada em uma disposição substancialmente linear de modo que a pluralidade de dispositivos de captação 202 circunde substancialmente o conduto 302 quando o dispositivo de preensão 304 é anexado ao conduto 302. O dispositivo de preensão 304 também pode ser instalado ao redor de um novo conduto 302 antes do uso ou instalado ao redor de um conduto existente 302 (por exemplo, durante fechamento temporário), oferecendo assim uma solução de retroencaixe.

[050] Voltando-se, agora, à Figura 4, uma representação diagramática 400 de outra realização de uma configuração dos dispositivos de captação é apresentada. A configuração do dispositivo de captação 400 na realização da Figura 4 inclui uma configuração helicoidal. A configuração 400 pode incluir um conduto 402 e uma pluralidade de dispositivos de captação 404 dispostos em uma disposição substancialmente helicoidal. A pluralidade de dispositivos de captação 404 pode ser configurada para circundar substancialmente a circunferência do conduto 402. A disposição helicoidal dos dispositivos de captação 404 pode ser usada, por exemplo, em uma superfície interna de um conduto metálico 402. Em outro exemplo, a configuração de emenda helicoidal dos dispositivos de captação 404 pode ser usada em uma superfície externa de um conduto não metálico 402. Em ainda outro exemplo, a configuração de emenda helicoidal dos dispositivos de captação 404 pode ser usada em um conduto que tem seções que são não metálicas. A configuração de emenda helicoidal pode ser instalada dentro de um novo conduto 402 ou no novo conduto 402 antes do uso. Em um exemplo, a configuração de emenda helicoidal pode ser instalada em um conduto existente 402 ou sobre o mesmo (por exemplo, durante fechamento temporário), oferecendo assim uma solução de retroencaixe. Claramente, outras realizações e configurações de dispositivos de captação podem ser usadas sem se afastar do escopo da presente revelação.

[051] A Figura 5 retrata uma vista em corte transversal de um conduto que tem um ou mais dispositivos de captação. O conduto pode ser representativo do conduto 216 da Figura 2, enquanto os dispositivos de captação podem ser representativos do dispositivo de captação 202 da Figura 2. Conforme ilustrado na Figura 5, o dispositivo de captação 202 incluem uma camada dielétrica 206 projetada para se conformar ao formato (por exemplo, curvado) do conduto 504. A camada dielétrica 206 é encaixada ao longo da área 502 do conduto 504 de modo que a superfície da camada dielétrica 206 que ocupa a área 502 esteja alinhada com o resto da superfície interna do conduto 504. Essa realização permite conformidade próxima ou exata entre o formato dos dispositivos de captação e o conduto 504.

[052] Em várias realizações, um formato da antena do dispositivo de captação 202 da Figura 2 pode variar. O formato do dispositivo de captação 202 na Figura 2 pode ser uma função do formato usado para as antenas 204 no dispositivo de captação 202. O formato da antena pode formar virtualmente qualquer formato poligonal ou combinações dos mesmos. Por exemplo, a antena 204 pode ser retangular em formato. Um longo eixo geométrico da antena retangular pode ser orientado em um plano perpendicular a um eixo geométrico de conduto ou ao longo do eixo geométrico de conduto. O longo eixo geométrico é representativo do eixo geométrico da antena ao longo do comprimento da antena retangular. Em outro exemplo, a antena pode ter um formato quadrado, assim como, um formato elíptico.

[053] Em exemplos adicionais, a antena pode ter um formato circular. Além disso, em outro exemplo, uma antena pode ter um formato de anel. De modo similar, adicionalmente ao formato físico das antenas, antenas com diferentes polarizações podem ser usadas. Por exemplo, a polarização das antenas pode ser elíptica, circular, linear e similares. O uso de antenas que têm outros formatos e polarizações é também contemplado.

[054] A Figura 6 ilustra um fluxograma de um método de determinação de frações de fase de um fluido de múltiplas fases. O método ilustrado, de acordo com uma realização, pode ser utilizado para determinar frações de fase da uma ou mais fases no fluido de múltiplas fases 218 que fluem no conduto 216 da Figura 2. Para determinar frações de fase, um dispositivo de captação (por exemplo: dispositivo de captação 202) é colocado em proximidade com o fluido de múltiplas fases. O dispositivo de captação, conforme descrito junto com a Figura 2, inclui uma antena 204 e uma camada dielétrica 206.

[055] O método inclui, na etapa 602, excitar o dispositivo de captação para fazer com que o dispositivo de captação emita ondas eletromagnéticas de uma faixa de frequências no fluido de múltiplas fases. A faixa de frequências inclui um primeiro conjunto de frequências e um segundo conjunto de frequências. As ondas eletromagnéticas podem ser emitidas no fluido de múltiplas fases sequencialmente. Conforme descrito junto com a Figura 2, o dispositivo de captação é selecionado de modo que a ressonância possa ser observada no primeiro conjunto de frequências. Além disso, a camada dielétrica no dispositivo de captação é selecionada de modo que, com base em um estado de fluxo do fluido de múltiplas fases, a ressonância possa ser observada no segundo conjunto de frequências. Além disso, o método inclui receber (604) ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas do fluido de múltiplas fases. As ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas podem ser recebidas por uma das portas associadas ao dispositivo de captação. As ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas são transferidas ao controlador, tal como o controlador 222, para processamento adicional exigido para determinar as frações de fase do fluido.

[056] Na etapa 606, o estado de fluxo do fluido de múltiplas fases é selecionado com base em um parâmetro de classificação. O parâmetro de classificação é determinado com base em uma análise das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas. Em uma realização, a análise pode incluir determinar frequências ressonantes nas ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas. Além disso, determinar o parâmetro de classificação também pode incluir determinar se as frequências ressonantes incluem frequências do primeiro conjunto de frequências e do segundo conjunto de frequências. Em uma realização, o estado de fluxo do fluido de múltiplas fases é determinado para ser contínuo em água se as frequências ressonantes nas ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas incluírem, entre outros, frequências somente do primeiro conjunto de frequências. De modo similar, o estado de fluxo do fluido de múltiplas fases é determinado para ser contínuo em óleo se as frequências ressonantes nas ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas incluírem, entre outros, frequências do primeiro conjunto de frequências assim como do segundo conjunto de frequências.

[057] Em 608, o método inclui determinar as frações de fase da uma ou mais fases no fluido de múltiplas fases com a utilização de pelo menos um modelo de determinação de fração. O modelo de determinação de fração é selecionado com base no estado de fluxo do fluido de múltiplas fases. Conforme descrito em conjunto com a Figura 2, frações de fase para um fluido de múltiplas fases contínuo em óleo pode ser determinado com o uso da Equação 1. De modo similar, as frações de fase para um fluido de múltiplas fases contínuo em água podem ser determinadas com o uso da Equação 2.

[058] Os modelos de determinação de fração utilizam um ou mais parâmetros associados às ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas. Os parâmetros S associados às ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas podem ser medidos em uma das portas do dispositivo de captação. Além disso, o controlador pode determinar o um ou mais parâmetros associados às ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas a partir dos parâmetros S. Exemplos do um ou mais parâmetros incluem, porém, sem limitação, uma ou mais frequências ressonantes observadas nas ondas transmitidas ou refletidas, a amplitude das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas na uma ou mais frequências ressonantes, ângulo de fase das ondas na uma ou mais frequências ressonantes.

[059] Os modelos de determinação de fração utilizam permissividade (εm) do fluido de múltiplas fases, permissividade (εw) da fase d'água no fluido de múltiplas fases, e a permissividade (εo) da fase de óleo no fluido de múltiplas fases. De acordo com uma realização, os valores de permissividade são determinados com a utilização do um ou mais parâmetros determinados a partir das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas.

[060] Os modelos de determinação de fração também podem utilizar uma ou mais características do fluido de múltiplas fases para a determinação de frações de fase. As uma ou mais características incluem, porém, sem limitação, salinidade, temperatura, e pressão do fluido de múltiplas fases no conduto. Essas características podem ser determinadas com o uso de um ou mais mecanismos de captação tais as sondas de campo próximo, medidores de temperatura, sensores de pressão e similares.

[061] A Figura 7 ilustra um fluxograma de um método de determinação de frações de fase de um fluido de múltiplas fases. O método ilustrado, de acordo com uma realização, pode ser utilizado para determinar frações de fase da uma ou mais fases no fluido de múltiplas fases 218 que fluem no conduto 216 da Figura 2. O fluido de múltiplas fases 218 pode incluir porções substanciais de uma fase passível de perdas dentre a uma ou mais fases. Exemplos de fase passível de perdas incluem, porém, sem limitação, água, água que inclui sais e outros minerais e similares. De acordo com uma realização, um estado de fluxo do fluido de múltiplas fases com uma fase com perdas pode ser contínuo em água. Para determinar frações de fase, um dispositivo de captação (por exemplo: dispositivo de captação 202) é colocado em proximidade com o fluido de múltiplas fases. O dispositivo de captação, conforme descrito junto com a Figura 2, inclui uma antena 204 e uma camada dielétrica 206. A antena 204 e a camada dielétrica 206 são selecionadas de modo que a ressonância seja exibida em diferentes frequências com base em uma fração da fase passível de perdas no fluido de múltiplas fases.

[062] O método inclui, na etapa 702, excitar o dispositivo de captação para fazer com que o dispositivo de captação emita ondas eletromagnéticas de uma faixa de frequências no fluido de múltiplas fases. As ondas eletromagnéticas podem ser emitidas no fluido de múltiplas fases sequencialmente. Além disso, o método inclui receber (704) ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas do fluido de múltiplas fases. As ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas podem ser recebidas por uma das portas associadas aos dispositivos de captação acoplados ao conduto 216. As ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas são transferidas ao controlador, tal como o controlador 222, para processamento adicional exigido para determinar as frações de fase do fluido.

[063] Na etapa 706, as frações de fase da uma ou mais fases, incluindo a fase passível de perdas, no fluido de múltiplas fases são determinadas com a utilização de pelo menos um modelo de determinação de fração. Conforme descrito em conjunto com a Figura 2, as frações de fase para um fluido de múltiplas fases contínuo em água, que inclui água ou água salina em porções substanciais, podem ser determinadas com o uso da Equação 2.

[064] Os modelos de determinação de fração utilizam um ou mais parâmetros associados às ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas. Os parâmetros S associados às ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas podem ser medidos em uma das portas do dispositivo de captação. Além disso, o controlador pode determinar o um ou mais parâmetros associados às ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas a partir dos parâmetros S. Exemplos do um ou mais parâmetros incluem, porém, sem limitação, uma ou mais frequências ressonantes observadas nas ondas transmitidas ou refletidas, a amplitude das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas na uma ou mais frequências ressonantes, ângulo de fase das ondas na uma ou mais frequências ressonantes.

[065] Os modelos de determinação de fração utilizam permissividade (εm) do fluido de múltiplas fases, permissividade (εw) da fase d'água no fluido de múltiplas fases, e a permissividade (εo) da fase de óleo no fluido de múltiplas fases. De acordo com uma realização, os valores de permissividade são determinados com a utilização do um ou mais parâmetros determinados a partir das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas.

[066] Os modelos de determinação de fração também podem utilizar uma ou mais características do fluido de múltiplas fases para a determinação de frações de fase. As uma ou mais características incluem, porém, sem limitação, salinidade, temperatura, e pressão do fluido de múltiplas fases 218 no conduto 216. Essas características podem ser determinadas com o uso de um ou mais mecanismos de captação tais as sondas de campo próximo, medidores de temperatura, sensores de pressão e similares.

[067] A Figura 8 é uma representação gráfica que retrata uma relação entre frequências de ondas eletromagnéticas emitidas pelo dispositivo de captação 202 e amplitudes dos parâmetros S11 de ondas eletromagnéticas refletidas coletadas pelo dispositivo de captação 202, de acordo com umarealização da presente invenção.

[068] A uma ou mais frequências a partir da faixa de frequências são plotadas no eixo geométrico de frequência 802. Além disso, uma magnitude das ondas refletidas (S11) recebidas pelo dispositivo de captação 202 é plotada no eixo geométrico Y 804. Na representação gráfica, o valor de magnitude está situado entre 0 e 1. Um valor de 0 representa que não houve reflexo e toda a potência incidente foi transmitida no fluido. Por outro lado, um valor de 1 indica que toda a potência incidente foi refletida de volta. Na representação atual, um valor próximo a 0 indica ressonância.

[069] A representação gráfica inclui uma pluralidade de linhas de plotagem, tais como as linhas de plotagem 806, 808, 810, e 812 para diferentes amostras de fluido de múltiplas fases usado na configuração experimental. Diferentes amostras de fluido de múltiplas fases foram selecionadas com base em um valor de fração conhecido de fase d'água no fluido. No exemplo ilustrado, a linha 806 representa uma resposta recebida do fluido de múltiplas fases com teor de água em 25%. De modo similar, a linha 808 representa uma resposta recebida do fluido de múltiplas fases com teor de água em 30%, a linha 810 representa a resposta do fluido de múltiplas fases com teor de água em 60%, e a linha 812 representa a resposta do fluido de múltiplas fases com teor de água em 75%.

[070] Na linha de plotagem 806, a magnitude da potência das ondas refletidas recebidas pelos dispositivos de captação está em um mínimo em uma frequência na faixa de aproximadamente 2,7GHz e 2,8GHz. Além disso, a linha de plotagem mostra que a magnitude decai para um baixo valor novamente em frequências na faixa de ~2,85GHz a 3 GHz. A ressonância é, desse modo, observada em um primeiro conjunto de frequências (estando na faixa de 2,85 a 3GHz) e um segundo conjunto de frequências (2,7GHz a 2,8GHz). De modo similar, na linha de plotagem 808, a ressonância pode ser observada em ~2,77 GHz assim como na faixa de ~2,85 GHz a 3 GHz. No entanto, na linha de plotagem 810, a ressonância é observada no primeiro conjunto de frequências. De modo similar, na linha de plotagem 812, a ressonância observada no segundo conjunto de frequências é fraca enquanto a ressonância no primeiro conjunto de frequências é mais forte.

[071] A partir da observação de ressonâncias fracas e fortes no primeiro conjunto e no segundo conjunto de frequências para diferentes amostras de fluido, pode-se concluir que, com o uso de dispositivos de captação que incluem antenas e camadas dielétricas, fluidos podem ser categorizados com base em seu estado de fluxo. A categorização ajuda em selecionar o modelo de determinação de fração para determinar as frações de fase no fluido de múltiplas fases.

[072] Várias realizações descritas acima fornecem desse modo um sistema e um método para determinar frações de fase em um fluido de múltiplas fases. As realizações descritas acima do sistema e método fornecem um modo não custoso de determinação de frações de fase tanto em fluido contínuo em água quanto em fluido contínuo em óleo. Além disso, o projeto de conformação de conduto da camada dielétrica torna possível medidas não intrusivas nas localizações de conduto reais. O dispositivo de captação, devido a sua faixa operacional de frequência de banda larga, fornece precisão aumentada na determinação de frações de fase.

[073] Deve-se entender que a descrição supracitada é destinada a ser ilustrativa, e não restritiva. Por exemplo, as realizações (e/ou aspectos das mesmas) descritas acima podem ser utilizadas em combinação entre si. Além disso, diversas modificações podem ser realizadas para adaptar uma situação ou material específicos aos ensinamentos da invenção sem que se afaste do seu escopo. Embora as dimensões e tipos de materiais descritos no presente documento sejam destinadas a definir os parâmetros da matéria inventiva, os mesmos não são limitantes de modo algum e são realizações exemplificativas. Muitas outras realizações serão evidentes a um tpecnico no addunto ao revisar a descrição acima. O escopo da invenção deve, portanto, ser determinado com referência às reivindicações anexas, juntamente do escopo completo de equivalentes aos quais tais reivindicações são intituladas. Nas reivindicações anexas, os termos “que inclui” e “no(a) qual” são usados como equivalentes do inglês simples dos termos respectivos “que compreende” e “em que”. Além disso, nas reivindicações seguintes, os termos “primeiro(a)” “segundo(a)” e “terceiro(a)” etc. são usados meramente como rótulos e não se destinam a impor requisitos numéricos em seus objetos.

[074] Essa descrição escrita usa exemplos para revelar a invenção, inclusive o melhor modo, e também capacitar um técnico no assunro a praticar a invenção, inclusive a produzir e usar qualquer aparelho ou sistema e a executar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorram a uma pessoa de habilidade comum na técnica. Tais outros exemplos se destinam a estar dentro do escopo das reivindicações caso possuam elementos estruturais que não diferenciem os mesmos da linguagem literal das reivindicações, ou caso incluam elementos estruturais equivalentes às diferenças não substanciais da linguagem literal das reivindicações.

[075] Conforme usado no presente documento, um elemento ou etapa referidos no singular e procedidos da palavra "um(a)" deve ser entendido não como uma exclusão de elementos ou etapas no plural, a menos que tal exclusão seja declarada explicitamente. Além disso, referências a “uma (1) realização” da presente invenção não se destinam a ser incorporadas como exclusão da existência das realizações adicionais que também incorporam as características referidas. Além disso, a menos que explicitamente declarado o contrário, as realizações “que compreendem”, “que incluem”, ou “que têm" um elemento ou uma pluralidade de elementos que têm uma propriedade particular podem incluir adicionais tais como elementos que não tenham essa propriedade.

[076] Visto que certas alterações podem ser feitas no método e sistema mencionados acima para determinar as frações de fase de um fluido de múltiplas fases, sem se afastar do espírito e escopo da matéria inventiva envolvida no presente documento, pretende-se que todas as matérias inventivas da descrição acima ou mostradas nas figuras anexas devem ser interpretadas meramente como exemplos que ilustram o conceito inventivo do presente documento e não devem ser interpretadas como limitadoras da invenção.

Claims

1.MÉTODO DE DETERMINAÇÃO DE UMA FRAÇÃO DE UMA OU MAIS FASES EM UM FLUIDO DE MÚLTIPLAS FASES (218) em um conduto (216), o método compreendendo as etapas de: excitar (602) um dispositivo de captação (102, 202) para fazer com que o dispositivo de captação (102, 202) emita ondas eletromagnéticas tendo frequências de micro-ondas que compreende um primeiro conjunto de frequências de micro-ondas e um segundo conjunto de frequências de microondas no fluido de múltiplas fases (218), em que o dispositivo de captação (102, 202) compreende uma antena (204) e uma camada dielétrica (206) que é colocada em proximidade com o fluido de múltiplas fases (218), e em que a antena (204) e a camada dielétrica (206) são selecionadas de modo que a ressonância seja exibida em pelo menos um dentre o primeiro conjunto de frequências de micro-ondas e o segundo conjunto de frequências de microondas com base em um estado de fluxo do fluido de múltiplas fases (218); receber (604) ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas do fluido de múltiplas fases (218); o método sendo caracterizado por compreender, ainda, as etapas de: selecionar (606) o estado de fluxo do fluido de múltiplas fases (218) com base em um parâmetro de classificação, em que o parâmetro de classificação é determinado a partir de uma análise das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas em pelo menos um dentre o primeiro conjunto de frequências de micro-ondas e o segundo conjunto de frequências de microondas; e determinar (608) a fração da uma ou mais fases no fluido de múltiplas fases (218) utilizando-se pelo menos um modelo de determinação de fração, em que o modelo de determinação de fração é selecionado com base no estado de fluxo do fluido de múltiplas fases (218).

2.MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente determinar um ou mais parâmetros a partir das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas, em que determinar o um ou mais parâmetros compreende determinar pelo menos uma dentre uma ou mais frequências dentre as ondas eletromagnéticas ressonantes transmitidas ou refletidas, uma amplitude das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas na uma ou mais frequências ressonantes, um ângulo de fase das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas na uma ou mais frequências ressonantes, um atraso de grupo das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas, e combinações dos mesmos.

3.MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por determinar o parâmetro de classificação compreende determinar se a uma ou mais frequências ressonantes compreendem pelo menos uma frequência do primeiro conjunto de frequências de micro-ondas e pelo menos uma frequência do segundo conjunto de frequências de micro-ondas.

4.MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por compreender adicionalmente selecionar estado de fluxo contínuo em óleo como o estado de fluxo de fluido de múltiplas fases (218) quando a uma ou mais frequências ressonantes compreendem frequências do primeiro conjunto de frequências de micro-ondas assim como do segundo conjunto de frequências de micro-ondas.

5.MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por compreender adicionalmente selecionar estado de fluxo contínuo em água como o estado de fluxo de fluido de múltiplas fases (218) quando a uma ou mais frequências ressonantes compreendem frequências do primeiro conjunto de frequências de micro-ondas.

6.MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por compreender adicionalmente determinar uma permissividade do fluido de múltiplas fases (218) com base no um ou mais parâmetros.

7.MÉTODO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por compreender adicionalmente utilizar a permissividade do fluido de múltiplas fases (218) e o modelo de determinação de fração para determinar a fração da uma ou mais fases do fluido de múltiplas fases (218).

8.MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela antena (204) compreender uma antena (204) de emenda.

9.MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente colocar o dispositivo de captação (202) de modo que a camada dielétrica (206) se conforme a uma superfície interna do conduto (216).

10.MÉTODO de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por um fluido de múltiplas fases (218) compreender porções substanciais de uma fase passível de perdas, em que a ressonância é exibida em diferentes frequências com base em uma fração da fase passível de perdas no fluido de múltiplas fases (218); em que o modelo de determinação de fração compreende uma relação entre as frações de fase e um ou mais parâmetros determinados a partir das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas.

11.SISTEMA PARA DETERMINAR UMA FRAÇÃO DE UMA OU MAIS FASES DE UM FLUIDO DE MÚLTIPLAS FASES (218) que flui em um conduto (216), sendo que o sistema compreende: um ou mais dispositivos de captação (102, 202) colocado no conduto (216) ou ao redor do mesmo, em que cada dispositivo de captação (102, 202) compreende: uma antena (204) configurada para emitir ondas eletromagnéticas tendo frequências de miro-ondas, em que a pelo menos uma antena (204) é selecionada de modo que a ressonância seja exibida em um primeiro conjunto de frequências de micro-ondas da faixa de frequências de micro-ondas com base em um estado de fluxo do fluido de múltiplas fases (218); e uma camada dielétrica (206) colocada em proximidade à antena (204) de modo que um lado da camada dielétrica (206) esteja em contato direto com o fluido de múltiplas fases (218), em que a antena (204) e a camada dielétrica (206) são selecionadas de modo que a ressonância seja exibida em pelo menos um dentre o primeiro conjunto de frequências de micro-ondas e um segundo conjunto de frequências de micro-ondas com base no estado de fluxo do fluido de múltiplas fases (218); e um controlador (110, 222) configurado para excitar a antena (204) em uma frequência a partir das frequências de micro-ondas, em que a frequência compreendem pelo menos um entre o primeiro conjunto de frequências de micro-ondas e o segundo conjunto de frequências de micro-ondas, adquirir ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas a partir do fluido de múltiplas fases (218), caracterizado pelo controlador (110, 222) ser, ainda, configurado para selecionar o estado de fluxo do fluido de múltiplas fases (218) com base em um parâmetro de classificação, em que o parâmetro de classificação é determinado a partir de uma análise das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas em pelo menos um dentre o primeiro conjunto de frequências de micro-ondas e o segundo conjunto de frequências de micro-ondas; e estimar a fração da uma ou mais fases do fluido de múltiplas fases (218) com o uso de um modelo de determinação de fração e um ou mais parâmetros determinados a partir das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas, em que o modelo de determinação de fração é selecionado com base no estado de fluxo selecionado.

12.SISTEMA, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo controlador (110, 222) ser configurado para determinar o um ou mais parâmetros com base na análise das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas.

13.SISTEMA, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo controlador (110) ser configurado para determinar uma permissividade do fluido de múltiplas fases (218) com base no um ou mais parâmetros das ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas.

14.SISTEMA, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por compreender adicionalmente um encerramento metálico (214) configurado para ser colocado ao longo de uma superfície externa da antena (204) e da camada dielétrica (206).

15.SISTEMA, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo controlador (110, 222) ser adicionalmente configurado para: detectar se ressonância é observada nas ondas eletromagnéticas transmitidas ou refletidas no primeiro conjunto de frequências de micro-ondas assim como no segundo conjunto de frequências de micro-ondas; selecionar contínuo em óleo como o estado de fluxo do fluido de múltiplas fases (218) quando ressonância for observada no primeiro conjunto de frequências de micro-ondas assim como no segundo conjunto de frequências de micro-ondas; e selecionar contínuo em água como o estado de fluxo do fluido de múltiplas fases (218) quando ressonância for observada no primeiro conjunto de frequências de micro-ondas por si só.