BR112017010862B1 - Sistema e método para calcular uma velocidade de uma vazão de fluido através de um conduto - Google Patents

Sistema e método para calcular uma velocidade de uma vazão de fluido através de um conduto Download PDF

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Abstract

trata-se de um sistema e um método para o cálculo de taxa de vazão. o sistema mencionado contém pelo menos dois sensores ultrassônicos, um dispositivo de transmissão e recebimento ultrassônico e um dispositivo de processamento de sinal. pelo menos dois sensores ultrassônicos estão instalados no tubo onde o fluido flui, e pelo menos dois sensores ultrassônicos contêm diferentes passagens de feixe ultrassônico, adicionalmente, as passagens de feixe ultrassônico de pelo menos dois sensores ultrassônicos contêm a área de sobreposição. o dispositivo de transmissão e recebimento ultrassônico é utilizado para atuar em pelo menos dois sensores ultrassônicos, e é utilizado para transmitir um ou múltiplos sinais ultrassônicos para tubos por meio de um ou múltiplos dentre pelo menos dois sensores ultrassônicos, adicionalmente, para receber um sinal ultrassônico por meio de pelo menos dois sensores ultrassônicos. o dispositivo de processamento de sinal é utilizado para processar o sinal ultrassônico recebido, adicionalmente, para calcular precisamente a taxa de vazão do fluido. o sistema e o método desta invenção poderiam ser aplicados a múltiplos domínios, com alto valor de aplicação.

Description

SISTEMA E MÉTODO PARA CALCULAR UMA VELOCIDADE DE UMA VAZÃO DE FLUIDO ATRAVÉS DE UM CONDUTO CAMPO DA INVENÇÃO
[001] Esta invenção envolve, basicamente, um sistema e um método para calcular a taxa de vazão, envolve, especialmente, um sistema e um método utilizados para calcular a taxa de vazão durante o processo de perfuração.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] Durante o processo de perfuração, a broca de perfuração rotatória é instalada na barra de perfuração, a plataforma ao nível do mar conduz o controle para broca de perfuração por meio da barra de perfuração, e a barra de perfuração aciona a broca de perfuração rotatória, de tal modo, que a haste é perfurada sob o leito marinho. Durante o período mencionado, o fluido de perfuração no tanque de fluido instalado na plataforma ao nível do mar alcança a broca de perfuração por meio da barra de perfuração e, então, retorna ao tanque de fluido por meio do espaço anular formado entre a barra de perfuração e o tubo de ascensão. O fluido de perfuração mantém um certo nível de pressão hidrostática para balancear a pressão do fluido da haste e esfriar a broca de perfuração. Além disso, o fluido de perfuração se mistura com o material gerado durante a formação de haste para retornar e transportar de volta o material mencionado à superfície do mar para tratamento.
[003] Durante o processo de perfuração, quando a pressão de fluido que entra na haste do furo de poço é maior que a pressão de fluido de perfuração, isso pode fazer com que o fluido em camadas entre no espaço anular com o fluido de perfuração, de tal modo que torne o fluido de perfuração devolvido com uma pressão maior e, ainda, um rompimento ocorra, em caso de controle inadequado. Portanto, o monitoramento e a medição em tempo real do fluido de perfuração devolvido são indispensáveis para determinar se causaria o rompimento ou não. Normalmente, a taxa de vazão do fluido de perfuração devolvido é medida para determinar se o fluido muda ou não, de tal modo, para monitorar a ocorrência de rompimento e para assegurar a operação de segurança de perfuração.
[004] O Desenho 1a mostra o desenho esquemático axial de um tubo de ascensão e o Desenho 1b mostra o desenho esquemático horizontal de um tubo de ascensão. Como mostrado nos Desenhos 1a e 1b, é publicamente conhecido que a taxa de vazão vi do fluido de perfuração 130 devolvido (como mostrado no Desenho 3), que flui no tubo de ascensão 11 na direção em paralelo à passagem de feixe ultrassônico, poderia então ser calculada sob a condição sem qualquer consideração com o componente de taxa de vazão horizontal vR do fluido de perfuração 130 devolvido, a taxa de vazão vi do fluido de perfuração 130 devolvido na direção em paralelo à passagem de feixe ultrassônico é diretamente projetada na direção axial (por exemplo, direção de eixo z), para calcular a taxa de vazão axial vz do fluido de perfuração 130 devolvido, por exemplo, o componente de taxa de vazão vz na direção de eixo z. No entanto, na operação real, a broca de perfuração se moveria frequentemente, adicionalmente, quando a broca de perfuração se movesse, seria bastante óbvia a contribuição do componente de taxa de vazão horizontal vR do fluido de perfuração 130 devolvido, nesse momento, o componente de taxa de vazão horizontal vR do fluido de perfuração 130 devolvido não deve ser ignorado. Sob essa condição, a taxa de vazão axial vz e o componente de taxa de vazão horizontal vR do fluido de perfuração 130 devolvido não poderiam ser calculados com a utilização de um sensor ultrassônico, por exemplo a taxa de vazão tridimensional do fluido de perfuração 130 devolvido. Adicionalmente, o componente de taxa de vazão horizontal vR poderia ser dividido como o componente de taxa de vazão vx em direção ao eixo x e vy em direção ao eixo y. Portanto, os componentes de taxa de vazão vx, vy e vz do fluido de perfuração 130 devolvido na direção do eixo x, eixo y e eixo z não poderiam ser calculados com a utilização de um sensor ultrassônico, por exemplo a taxa de vazão tridimensional do fluido de perfuração 130 devolvido.
[005] Portanto, é indispensável fornecer um sistema e um método melhorados para solucionar pelo menos um dos problemas mencionados acima.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
[006] Esta invenção, por um lado fornece um sistema que é utilizado para calcular a taxa de vazão que contém pelo menos dois sensores ultrassônicos, um dispositivo de transmissão e recebimento ultrassônico e um dispositivo de processamento de sinal. Em que, os dois sensores ultrassônicos mencionados são instalados no tubo através de onde o fluido flui, os pelo menos dois sensores ultrassônicos mencionados contêm passagens de feixe ultrassônico diferentes, adicionalmente, as passagens de feixe ultrassônico dos pelo menos dois sensores ultrassônicos mencionados contêm a área de sobreposição. O dispositivo de transmissão e recebimento ultrassônico é utilizado para atuar com os pelo menos dois sensores ultrassônicos mencionados, e é utilizado para transmitir um ou múltiplos sinais ao tubo mencionado por meio de um ou múltiplos dos pelo menos dois sensores ultrassônicos mencionados, adicionalmente, para receber o sinal ultrassônico por meio dos pelo menos dois sensores ultrassônicos mencionados. O dispositivo de processamento de sinal é utilizado para processar o recebido sinal ultrassônico mencionado e para calcular a taxa de vazão do fluido mencionado.
[007] Por outro lado, esta invenção fornece um método para calcular a taxa de vazão, que contém: transmitir um ou múltiplos sinais ultrassônicos ao tubo por meio de um ou múltiplos de pelo menos dois sensores ultrassônicos, as passagens de feixe ultrassônico dos pelo menos dois sensores ultrassônicos mencionados que se atravessam umas às outras com a área de sobreposição; receber o sinal ultrassônico por meio dos pelo menos dois sensores ultrassônicos mencionados; processar o recebido sinal ultrassônico mencionado para calcular a taxa de vazão de fluido que flui através do tubo mencionado.
[008] O sistema e o método que são utilizados para calcular a taxa de vazão desta invenção poderiam ser aplicados em domínios múltiplos, com alto(a) valor e confiabilidade.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[009] Ao ler a descrição detalhada a seguir com referência aos Desenhos anexos, essas e outras características, aspectos e vantagens técnicos desta invenção se tornariam melhor compreendidos, adicionalmente nos Desenhos anexos, em que as mesmas marcações de componente na totalidade dos Desenhos anexos seriam utilizadas para representar o mesmo componente, em que:
  • ○ Desenho 1a é o desenho esquemático axial de tubo de ascensão; o Desenho 1b é o desenho esquemático horizontal de tubo de ascensão;
  • ○ Desenho 2 é o desenho esquemático de uma realização específica do sistema utilizado para calcular a taxa de vazão;
  • ○ Desenho 3 é a vista em corte de tubo de ascensão no Desenho 2;
  • ○ Desenho 4 é o desenho esquemático de passagem de feixe ultrassônico de três sensores ultrassônicos no Desenho 2;
  • ○ Desenho 5 é o desenho esquemático de sistema coordenado tridimensional construído em três sensores ultrassônicos;
  • ○ Desenho 6 é o fluxograma de uma realização específica do método nesta invenção que é utilizado para calcular a taxa de vazão tridimensional.
DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO
[010] A fim de auxiliar os técnicos no assunto para entender precisamente o tema solicitado a ser protegido por esta invenção, a realização específica desta invenção seria claramente descrita abaixo conjuntamente com desenho anexo. Na descrição detalhada para as realizações específicas mencionadas, como mostrado abaixo, esta especificação não descreveria em detalhes a função ou a estrutura publicamente conhecidas para evitar os detalhes desnecessários que influenciariam a invenção.
[011] A menos que definidos de outra forma, os termos técnicos e os termos científicos utilizados nestas reivindicações e nesta especificação devem conter o significado comum que poderia ser compreendido pelos técnicos no assunto a que esta invenção pertence. Palavras como "primeiro", "segundo" e outras palavras semelhantes utilizadas nessa especificação e nessas reivindicações não representam qualquer ordem, quantidade ou importância, mas são utilizados simplesmente para distinguir composições diferentes. Palavras como "um (1)”, “uma/um” ou outras palavras semelhantes não representam o limite de quantidade, mas apenas representam pelo menos uma existência. Palavras como “incluir”, “conter” ou outras palavras semelhantes representam os componentes ou o item antes de as palavras como "incluir" ou "conter" cobrirem os componentes e itens e seus componentes equivalentes listados por trás das palavras como "incluir" ou "conter", e não devem ser exclusivas de outros componentes e itens. Palavras como “conectar” ou “ligar” ou outras palavras semelhantes não são limitadas dentro das conexões mecânica ou física, mas também podem conter a conexão elétrica, não importa se for direta ou indireta.
[012] O sistema 100 e o método que costumavam calcular a taxa de vazão nesta invenção são fornecidos para solucionar o problema técnico mencionado na atual tecnologia. O sistema 100 e o método que costumavam calcular a taxa de vazão nesta invenção seriam descritos em detalhe abaixo.
[013] O desenho esquemático de uma realização específica do sistema 100 e do método que costumavam calcular a taxa de vazão nesta invenção são mostrados no Desenho 2. No presente documento, em referência ao Desenho 2, uma realização específica para o sistema 100 e o método que costumavam calcular a taxa de vazão nesta invenção poderiam ser aplicados na perfuração da haste no mar ou em terra, que contém um tubo 11, pelo menos dois sensores ultrassônicos (sensores ultrassônicos 20, 21 e 22 como mostrado no desenho), um dispositivo de transmissão e recebimento ultrassônico 3 que se conecta eletricamente com pelo menos dois sensores ultrassônicos (como sensores ultrassônicos 20, 21 e 22) e um dispositivo de processamento de sinal 4 que se conecta eletricamente com um dispositivo de transmissão e recebimento ultrassônico 3. Dentro de um exemplo desta invenção, o tubo 11 é mostrado como tubo de ascensão, adicionalmente, o tubo 11 seria descrito com tubo de ascensão, por exemplo. No entanto, isso seria apenas um exemplo ilustrativo de tubo 11 desta invenção, e o tubo 11 desta invenção não seria limitado dentro do escopo do exemplo ilustrativo mencionado acima. Em outro exemplo desta invenção, o tubo 11 poderia também ser um tubo de revestimento. Dentro de uma realização específica não definida, cada um de pelo menos dois sensores ultrassônicos (como sensores ultrassônicos 20, 21 e 22) são sensores ultrassônicos Doppler, com alta precisão de indução. Decerto, o tipo de sensor ultrassônico não é limitado dentro do mencionado acima, e outros sensores apropriados poderiam também ser utilizados.
[014] A vista em corte do tubo de ascensão 11 do Desenho 2 é mostrada no Desenho 3, adicionalmente, como mostrado no Desenho 2 conjuntamente com o Desenho 3, o tubo de ascensão 11 contém uma seção cilíndrica (como mostrada no Desenho 1b), e poderia aceitar uma barra de perfuração 12, o espaço anular 13 utilizado para o fluido de perfuração 130 que flui através é formado entre o tubo de ascensão 11 e a barra de perfuração 12, a barra de perfuração 12 é formada por múltiplos tubos com um comprimento exato que se conectam uns aos outros extremidade à extremidade, e a barra de perfuração 12 é instalada no tubo de ascensão 11 e se estende no tubo de ascensão 11 ao longo da direção axial do tubo de ascensão 11. A broca de perfuração rotativa poderia ser instalada na parte inferior da broca de perfuração 12 (não mostrada em desenho), para perfurar a haste ao utilizar o tubo de ascensão 11, a barra de perfuração 12 e a broca de perfuração no mesmo. O fluido de perfuração 120 (não mostrado em desenho) (geralmente também chamado de lama de perfuração) é liberado à haste por meio da barra de perfuração 12. Durante o processo de perfuração, o fluido de perfuração 130 devolvido, da haste, poderia ser devolvido à plataforma por meio do espaço anular 13 entre o tubo de ascensão 11 e a barra de perfuração 12. O fluido de perfuração 120 mantém um certo nível de pressão hidrostática para balancear a pressão do fluido de perfuração 130 devolvido da haste e para esfriar a broca de perfuração, adicionalmente, nesse meio tempo, o fluido de perfuração 120 transporta o material gerado durante o processo de perfuração, como pedras fragmentadas, etc. à superfície do mar. Dentro de uma realização específica, o fluido de perfuração 120 da plataforma poderia conter água ou óleo e múltiplas substâncias aditivas. O fluido de perfuração 130 devolvido poderia pelo menos conter a mistura de fluido de perfuração 120 com os materiais gerados durante o processo de perfuração. Na plataforma, o fluido de perfuração 130 devolvido poderia ser processado como filtrado, para remover o material sólido no mesmo e ser reciclado para utilização.
[015] Em um dos métodos de implantação específicos da presente invenção, pelo menos dois ou três sensores ultrassônicos são utilizados. Em consideração ao diagrama da presente invenção como um exemplo, pelo menos três sensores ultrassônicos 20, 21 e 22 são selecionados no método de implantação específico, e 20, 21 e 22 podem ser iguais. Em um dos métodos de implantação específicos da presente invenção, não menos do que três sensores ultrassônicos 20, 21 e 22 são ajustados em tornos do tubo vertical 11, enquanto na implantação, três sensores ultrassônicos 20, 21 e 22 são instalados na superfície do tubo vertical 11, no entanto, a posição de ajuste dos três sensores ultrassônicos 20, 21 e 22 não são limitados a essas localidades, em outros modos de implantação específicos, pelo menos três sensores ultrassônicos 20, 21 e 22 podem também ser ajustados na superfície interna do ou dentro do tubo vertical 11, que pode entrar em contato com o fluido de perfuração 130 como um sensor sem contato para monitoramento. Fora isso, como mostrado em referência no Desenho 4, os ajustes de três sensores ultrassônicos 20, 21 e 22 permitem os ditos três sensores ultrassônicos 20, 21 e 22 a terem passagens de feixe ultrassônico diferentes P0, P1 e P2, e as passagens de feixe ultrassônico P0, P1 e P2 dos três sensores ultrassônicos 20, 21 e 22 atravessam umas às outras para criar a área de sobreposição A, além disso, as passagens de feixe ultrassônico P0, P1 e P2 dos sensores ultrassônicos 20, 21 e 22 estão localizadas respectivamente em superfície diferente.
[016] Transceptor ultrassônico 3 é utilizado para ativar pelo menos três sensores ultrassônicos 20, 21 e 22, e enviar um ou múltiplos sinais através do espaço anular 13 entre um ou mais tubos verticais 11 que cortam em transversal menos que três sensores ultrassônicos 20, 21 e 22 com o tubo de perfuração 12, no método de implantação específico da presente invenção, o transceptor ultrassônico 3 envia sinal ao espaço anular 13 entre o tubo vertical 11 e o tubo de perfuração 12 através de um dos pelo menos três sensores ultrassônicos 20, 20 e 22 (tal como sensor ultrassônico 20), e também recebe sinal através do sensor ultrassônico 20, 21 e 22
[017] Dispositivo de processamento de sinal 4 recebe sinais ultrassônicos e os processa para calcular a velocidade tridimensional devolvida v(vx, vy, vz) de fluido de perfuração 130.
[018] O Desenho 5 mostra o diagrama esquemático de um sistema coordenado tridimensional estabelecido por pelo menos três sensores ultrassônicos 20, 21 e 22, o sistema coordenado tridimensional mostrado no Desenho 5 é construído com base na origem de sistema coordenado de sensor ultrassônico 20, todas as origens das outras coordenadas também tomam tal sistema como base. Os sistemas coordenados tridimensionais do sensor ultrassônico 20, 21 e 22 são 20 (x0, y0, z0), 21 (x1, y1, z1) e 22 (x2, y2, z2) respectivamente; M é um ponto de amostragem na área de sobreposição A, sua coordenada tridimensional é M (xr, yr zr); i0 i-1 i-2 são variáveis de direção ao longo das passagens de feixe ultrassônico dos três sensores ultrassônicos 21, 21 e 22 respectivamente. Com a referência aos e como mostrados no Desenho 4 e no Desenho 5, é concluído que o dispositivo de processamento de sinal 4 calcula pelo menos três velocidades v0 , v1 e v2 de ponto de amostragem aleatório M (xr, yr ,zr) em direções diferentes na área de sobreposição A com base no sinal ultrassônico recebido, por exemplo, cada uma das três velocidades v0 ' V1 v2 em direções diferentes pode ser calculada pelo método de processamento de sinal Doppler. Na implantação específica, pelo menos três sensores ultrassônicos 20, 21 e 22 são considerados iguais.
[019] Depois, o dispositivo de processamento de sinal 4 computa a velocidade tridimensional v(vx, vy, vz) de ponto de amostragem aleatório M de fluido de perfuração 130 devolvido, de acordo com a fórmula a seguir com base nas pelo menos três velocidades v0, v1 e v2 de ponto de amostragem aleatório M (xr, yr , zr) em direções diferentes na área de sobreposição.
Figure img0001
[020] Em que Em que f0,f1,f2 são os desvios de frequência de sinais ultrassônicos recebidos por três sensores ultrassônicos 20, 21 e 22 respectivamente, fcé a frequência central de sinal ultrassônico lançado por sensor ultrassônico 20, c é velocidade sonora, v é a velocidade variável do fluido de perfuração 130 devolvido (que são três velocidades de vazão dimensional no método de implantação específico), ii. (i = [0,2]) é a variável de direção de qualquer passagem de feixe ao longo de três sensores ultrassônicos 20, 21 e 22 respectivamente.
[021] Com base nas fórmulas (1) a (5), a seguinte fórmula pode ser derivada:
Figure img0002
[022] De acordo com o método acima, todas as velocidades tridimensionais de pontos de amostragem aleatórios na área de sobreposição A podem ser calculadas com base nas coordenadas de ponto de amostragem aleatório M (xr, yr , zr)da área de sobreposição A.
[023] Sistema coordenado como mostrado no Desenho 5 é apenas demonstrado como um exemplo da presente invenção, e não pode ser considerado como uma limitação à presente invenção. Na verdade, com base na fórmula acima, podemos considerar que as coordenadas utilizadas no cálculo de velocidade tridimensional v(vx, vy, vz) de ponto de amostragem aleatório M de fluido de perfuração 130 devolvido são valores coordenados relativos de três sensores ultrassônicos 20 (x0, y0, z0),21 (x1, y1, z1) e 22 (x2, y2, z2), portanto, o cálculo de velocidade tridimensional v(vx, vy, vz) de ponto de amostragem aleatório M(xr, yr, zr) de fluido de perfuração 130 devolvido não está relacionada ao estabelecimento de um sistema coordenado e à seleção de sua origem.
[024] Dispositivo de processamento de sinal 4 utilizado na presente invenção não é limitado a qualquer dispositivo de processamento em particular. Na implantação específica da presente invenção, o dispositivo de processamento de sinal 4 pode tanto ser substituído por qualquer dispositivo indispensável que pode operar ou fazer cálculo quanto preencher as exigências das tarefas da invenção. Os técnicos no assunto compreendem que o dispositivo de processamento de sinal 4 pode receber contribuição e processar a mesma de acordo às regras programadas, a fim de gerar o resultado.
[025] Como mostrado no Desenho 2, o sistema 100 utilizado para calcular velocidade de vazão é compreendido de dispositivo de controle 5, e o transceptor ultrassônico 3 que está sob a restrição do dispositivo de controle 5, lança sinal ultrassônico pelo sensor ultrassônico 20 e recebe sinais ultrassônicos pelo sensor ultrassônico 20, 21 e 22.
[026] Quando o transceptor ultrassônico 3 envia um ou múltiplos sinais através do espaço anular 13 entre o tubo vertical 11 e o tubo de perfuração 12 de pelo menos três sensores ultrassônicos 20, 21 e 22, ou quando os sensores ultrassônicos 20, 21 e 22 são sensores diferentes, a velocidade de vazão tridimensional v(vx, vy, vz) em ponto de amostragem M aleatório de fluido de perfuração 130 devolvido pode ser calculado com base no método mencionado acima, e não necessita ser aqui repetido.
[027] Em outro método de implantação específico da presente invenção, pelo menos dois sensores ultrassônicos são necessários (por exemplo, selecionar quaisquer dois sensores ultrassônicos dos sensores ultrassônicos 20, 21 e 22) no cálculo de velocidade bidimensional v(vR, vz) do fluido de perfuração 130 devolvido. No cálculo de velocidade tridimensional v(vx, vy, vz) de fluido de perfuração 130 devolvido, visto que há três variáveis vx,vy,vz, é necessário resolver três equações, enquanto, no cálculo de velocidade bidimensional v(vR, vz) de fluido de perfuração 130 devolvido, por ter apenas duas variáveis, então apenas duas equações devem ser resolvidas, portanto, apenas dois sensores ultrassônicos são necessários. De modo semelhante, os sensores ultrassônicos têm, respectivamente, passagens de feixe ultrassônico diferentes, e suas passagens de feixe se cruzam umas às outras. Transceptor ultrassônico 3 envia um ou dois sinais através do espaço anular 13 entre um ou mais tubos verticais 11 e tubos de perfuração 12, e recebe sinal ultrassônico através de dois sensores ultrassônicos. Dispositivo de processamento de sinal 4 recebe sinal ultrassônico, e o cálculo de velocidade bidimensional de fluido de perfuração 130 devolvido pode tomar referência o método de cálculo de velocidade tridimensional mencionado acima, e será mais simples comparado ao cálculo de velocidade bidimensional de fluido de perfuração 130 devolvido, portanto não haverá descrição adicional.
[028] No modo opcional de implantação da presente invenção, o sistema 100 para cálculo de vazão de velocidade pode tomar pelo menos dois dos sensores ultrassônicos 20, 21 e 22 mencionados acima como um grupo de sensores, e o sistema 100 da presente invenção também inclui pelo menos um grupo desses sensores. Quando o sistema 100 para o cálculo de velocidade de vazão inclui grupos múltiplos desses sensores ultrassônicos, esses grupos múltiplos desses sensores ultrassônicos podem operar alternativamente no modo de implantação. Por exemplo, quando as passagens de feixe ultrassônico desses sensores formam a área de sobreposição, esses grupos múltiplos de sensores ultrassônicos podem operar alternativamente para evitar a interferência de sinal. Em outro modo de implantação, os grupos múltiplos de sensores ultrassônicos podem operar ao mesmo tempo. E as passagens de feixe ultrassônico dos sensores em grupos operacionais diferentes não irão formar a área de sobreposição, que pode evitar a interferência de sinal. Os grupos múltiplos de sensores ultrassônicos estão localizados em pontos diferentes do tubo vertical 11, que pode gravar e calcular a velocidade de vazão do fluido de perfuração 130 devolvido em área diferente do tubo vertical 11. Em um modo de implantação, esses grupos múltiplos de sensores ultrassônicos podem ser posicionados na direção circunferencial do tubo vertical 11, que pode calcular a velocidade de vazão do fluido de perfuração 130 devolvido nos pontos diferentes da direção circunferencial do tubo vertical 11. Em outro modo de implantação, esses grupos múltiplos de sensores ultrassônicos podem ser ajustados na direção axial do tubo vertical 11, que pode calcular a velocidade de vazão do fluido de perfuração 130 devolvido em pontos diferentes da direção axial do tubo vertical 11.
[029] Na aplicação prática no campo de perfuração, o sistema 100 da presente invenção para cálculo de velocidade de vazão pode calcular precisamente a velocidade de vazão do fluido de perfuração 130 devolvido, mesmo quando o tubo de perfuração 12 está em movimento, ou seja a velocidade de vazão bidimensional v(vR,vz) ou a velocidade de vazão tridimensional v(vx,vy,vz). Depois, o mesmo pode calcular mais precisamente a fluência do fluido de perfuração 130 devolvido, que pode melhorar a precisão da medida de fluência do fluido de perfuração 130 devolvido e pode auxiliar no cálculo da condição de posição e movimento do tubo de perfuração 12. A presente invenção é de alto valor de aplicação e confiabilidade dentro do campo de perfuração.
[030] A aplicação do sistema 100 para o cálculo de velocidade de vazão da presente invenção não é limitada ao já mencionado campo de perfuração, mas inclui outros campos múltiplos. O sistema 100 da presente invenção pode calcular a velocidade de vazão de qualquer vazão em quaisquer tubos, que mostram alto valor de aplicação e confiabilidade.
[031] A presente invenção também fornece um método para calcular a velocidade de vazão com o já mencionado sistema 100. De modo semelhante, os outros métodos da presente invenção para cálculo de velocidade de vazão podem ser utilizados para calcular a velocidade de vazão de qualquer fluido em quaisquer tubos. O método de cálculo de velocidade de vazão baseado em um modo de implantação da presente invenção inclui as seguintes etapas:
[032] Posicionar pelo menos dois sensores ultrassônicos em torno do tubo, e um ou mais de um desses sensores pode enviar um ou mais sinais ultrassônicos ao tubo. Então, cruzar pelo menos duas passagens de feixe ultrassônico desses sensores umas às outras para formar a área de sobreposição. Dentre os mesmos, por exemplo, cada sensor é operado no modo Doppler.
[033] Então, pode-se receber os sinais ultrassônicos por meio de pelo menos dois sensores ultrassônicos; e
  • - Processar os sinais ultrassônicos recebidos e calcular a velocidade de vazão do fluido no tubo. Por exemplo, quando for aplicado ao campo de perfuração, o método de cálculo de velocidade de vazão da presente invenção pode calcular a velocidade de vazão do fluido de perfuração 130 devolvido dentro do espaço anular 13.
[034] O método da presente invenção também pode calcular as velocidades de vazão bidimensional ou tridimensional do fluido no tubo como exigido pela aplicação prática. Quando a velocidade de vazão bidimensional é exigida na aplicação prática, um ou dois dos sensores ultrassônicos (tais como quaisquer dois dos sensores 20, 21 e 22) pode emitir um ou dois sinais ultrassônicos ao tubo, e as passagens de feixe ultrassônico desses dois sensores irão se cruzar umas às outras e formar a área de sobreposição. Depois, esses dois sensores ultrassônicos irão receber e processar os sinais, e então calcular a velocidade de vazão bidimensional do fluido no tubo.
[035] Na aplicação prática, se for exigido calcular a velocidade tridimensional de fluido, sob tais circunstâncias, dois sensores ultrassônicos devem incluir pelo menos três sensores ultrassônicos, por exemplo, três sensores ultrassônicos 20, 21 e 22. Explicações detalhadas devem ser feitas ao utilizar o seguinte exemplo: como calcular a velocidade tridimensional de fluido.
[036] Foi mostrado no Desenho 6 um fluxograma para um método que é inventado e projetado pelo presente para calcular a velocidade tridimensional com base em um modo de implantação detalhado. Como mostrado no Desenho 6, as etapas a seguir são incluídas em um método que é projetado para calcular a velocidade tridimensional com base em um modo de implantação detalhado da dita invenção.
[037] Na etapa S1, pelo menos três sensores ultrassônicos 20, 21 e 22 devem ser dispostos desde que pelo menos três sensores ultrassônicos 20, 21 e 22 tenham passagens de feixe ultrassônico diferentes P0, P1 e P2. Enquanto isso, as passagens de feixe ultrassônico P0, P1 e P2 de pelo menos três sensores ultrassônicos 20, 21 e 22 estão cruzadas umas às outras e são sobrepostas na área A. Um ou mais sinais ultrassônicos devem ser transmitidos a canais através de pelo menos um ou mais sensores dentre os três sensores ultrassônicos 20, 21 e 22. As passagens de feixe ultrassônico de pelo menos três sensores ultrassônicos são localizadas em planos variados.
[038] Na etapa S2, sinais ultrassônicos devem ser recebidos de pelo menos três sensores ultrassônicos 20, 21 e 22.
[039] Na etapa S3, o processamento dos sinais ultrassônicos recebidos devem se referir especificamente ao método apresentado acima em que o sistema 100 é descrito e a velocidade tridimensional v(vx,vy,vz)de fluido pode ser calculada quando o fluido flui nos canais.
[040] Como mostrado na Figura 6, a etapa S3 inclui adicionalmente as seguintes etapas:
[041] Na etapa S31, pelo menos três velocidades atuais v0 v1 V2 de três direções diferentes devem ser calculadas de acordo com os sinais ultrassônicos assim recebidos após os pontos de amostragem M aleatórios (xr ,yr ,zr), localizados na área sobreposta A pelos algorítimos de processamento de sinal Doppler.
[042] Na etapa S32, com base nas três velocidades atuais v0 v1 V2 calculadas nas direções diferentes onde os pontos de amostragem M aleatórios (xr ,yr ,zr) estão localizados, a velocidade tridimensional v(vx,vy,vz) dos pontos de amostragem M aleatórios (xr ,yr ,zr) do fluido deve ser calculada. Especificamente, com base nas pelo menos três velocidades atuais v0 v1 V2 que foram calculadas nas direções diferentes onde os pontos de amostragem M aleatórios (xr, yr, zr) estão localizados, pelo menos três sensores ultrassônicos 20 (x0, y0, z0) 21 (x1, y1, z1) 22 (x2, y2, Z2) e as posições relativas entre e dentre os pontos de amostragem M aleatórios (xr, yr, zr), velocidade tridimensional v(vx,Vy,vz) dos pontos de amostragem M aleatórios (xr, yr, zr) do fluido deve ser calculada com a utilização das fórmulas (6) a (12) acima.
[043] Certamente, na presente invenção, os métodos projetados para calcular a velocidade atual devem também incluir: fornecer pelo menos um grupo de sensores ultrassônicos, em que, cada grupo de sensores ultrassônicos inclui pelo menos os sensores ultrassônicos mencionados acima. Em um modo de implantação detalhado, pelo menos um grupo de sensores ultrassônicos inclui grupos múltiplos de sensores ultrassônicos, enquanto isso, as passagens de feixes ultrassônicos são sobrepostas em algumas áreas, depois, os grupos múltiplos de sensores ultrassônicos em que áreas sobrepostas existem podem estar alternativamente em operação. Em outro modo de implantação detalhado, onde pelo menos um grupo de sensores ultrassônicos incluem subgrupos múltiplos de sensores ultrassônicos, enquanto isso, as passagens de feixe ultrassônico de tais subgrupos múltiplos de sensores ultrassônicos não têm áreas sobrepostas e, então, os subgrupos múltiplos de sensores que não têm áreas sobrepostas devem ser operados simultaneamente.
[044] Na presente invenção, o método projetado para calcular a velocidade atual deve ser aplicado em várias áreas e é, relativamente, de alto valor e confiabilidade de aplicação. Quando o método é aplicado ao campo de perfuração prático, mesmo sob as circunstâncias nas quais o tubo de perfuração 12 se move, deve também ser tanto possível calcular com precisão a velocidade atual de fluido de perfuração 130 devolvido, por exemplo, velocidade bidimensional atual ou velocidade tridimensional atual, quanto, adicionalmente, ser capaz de calcular com mais precisão a taxa de vazão do fluido de perfuração 130 devolvido, aumentar a precisão da medida da velocidade atual de fluido de perfuração 130 recorrente e contribuir para calcular a posição e a situação do movimento de tubo de perfuração 12, o mesmo é, relativamente, de alto valor e confiabilidade de aplicação no campo de perfuração.
[045] Mesmo que explicações detalhadas sejam feitas à presente invenção, penteando a mesma com modos de implantação detalhados específicos, os técnicos no assunto podem compreender que diversas revisões e variantes devem ser feitas à presente invenção. Portanto, é exigido compreender que a reivindicação de Patente seja destinada a cobrir todas as regressões e variantes que estão realmente projetadas na presente invenção ou dentro do escopo da presente invenção.

Claims (18)

  1. SISTEMA (100) PARA CALCULAR UMA VELOCIDADE DE UMA VAZÃO DE FLUIDO ATRAVÉS DE UM CONDUTO (11), o sistema (100) sendo caracterizado por compreender:
    pelo menos dois transdutores ultrassônicos (20, 21, 22) configurados para serem dispostos no conduto (11) para a fluência de um fluido, cada um dentre os pelo menos dois transdutores ultrassônicos (20, 21,22) tendo diferentes passagens de feixe (P0, P1, P2) respectivas, em que os pelo menos dois transdutores ultrassônicos (20, 21,22) estão espaçados e orientados de tal modo que as passagens de feixe (P0, P1,P2) respectivas se cruzem para fornecer uma área sobreposta (A) disposta dentro do conduto (11);
    um transceptor ultrassônico (3) configurado para energizar os pelo menos dois transdutores ultrassônicos (20, 21,22) e configurado para transmitir um ou mais sinais ultrassônicos ao conduto (11) através de um ou mais dos pelo menos dois transdutores ultrassônicos (20, 21,22) e receber sinais ultrassônicos refletidos a partir de um ponto de amostragem (M) dentro da área sobreposta (A) através dos pelo menos dois transdutores ultrassônicos (20, 21, 22), em que o ponto de amostragem (M) é espaçado do conduto (11); e
    um processador de sinal (4) para processar os sinais ultrassônicos refletidos recebidos para calcular a velocidade de vazão do fluido que passa através do conduto (11) no ponto de amostragem (M).
  2. SISTEMA (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por:
    os pelo menos dois transdutores ultrassônicos (20, 21, 22) compreenderem pelo menos três transdutores ultrassônicos (20, 21, 22) e o processador de sinal (4) processar os sinais ultrassônicos recebidos dos pelo menos três transdutores ultrassônicos (20, 21,22) para calcular uma velocidade de vazão tridimensional do fluido (vx, vy, vz).
  3. SISTEMA (100), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelas passagens de feixe (P0, P1, P2) dos pelo menos três transdutores ultrassônicos (20, 21,22) estarem localizadas em planos diferentes.
  4. SISTEMA (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada um dos pelo menos dois transdutores ultrassônicos (20, 21, 22) ser um transdutor ultrassônico Doppler.
  5. SISTEMA (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por:
    os pelo menos dois transdutores ultrassônicos (20, 21, 22) serem iguais.
  6. SISTEMA (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os pelo menos dois transdutores ultrassônicos (20, 21, 22) compreenderem pelo menos um grupo de transdutores ultrassônicos.
  7. SISTEMA (100), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por pelo menos um grupo de transdutores ultrassônicos (20, 21, 22) compreender uma pluralidade de grupos de transdutores ultrassônicos, e em que a pluralidade de grupos de transdutores ultrassônicos (20 ,21, 22) estão dispostos em posições diferentes do conduto (11) para calcular velocidades de vazão do fluido (vx, vy, vz) em regiões diferentes do conduto (11) em pontos de amostragem diferentes.
  8. MÉTODO PARA CALCULAR UMA VELOCIDADE DE VAZÃO DE FLUIDO ATRAVÉS DE UM CONDUTO (11), o método sendo caracterizado por compreender:
    orientar pelo menos dois transdutores ultrassônicos (20, 21,22) em uma relação espaçada e acoplada ao conduto (11) de tal modo que passagens de feixe respectivas (P0, P1, P2) dos pelo menos dois transdutores ultrassônicos (20, 21, 22) se sobreponham para fornecer uma área sobreposta (A), a área sobreposta (A) disposta dentro do conduto (11);
    transmitir um ou mais sinais ultrassônicos através de um ou mais dentre os pelo menos dois transdutores ultrassônicos (20, 21, 22) ao conduto (11);
    receber sinais ultrassônicos refletidos a partir de um ponto de amostragem (M) dentro da área sobreposta (A) através dos pelo menos dois transdutores ultrassônicos (20, 21, 22), em que o ponto de amostragem (M) é espaçado do conduto (11); e
    processar os sinais ultrassônicos refletidos recebidos para calcular uma velocidade de vazão de um fluido (vx, vy, vz) que flui através do conduto (11) no ponto de amostragem (M).
  9. MÉTODO, de acordo com uma reivindicação 8, caracterizado por compreender adicionalmente:
    cada um dos pelo menos dois transdutores ultrassônicos (20, 21, 22) trabalhando em um modo Doppler.
  10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por:
    os pelo menos dois transdutores ultrassônicos (20, 21, 22) compreenderem pelo menos três transdutores ultrassônicos, sendo que o método compreende:
    a1) transmitir um ou mais sinais ultrassônicos através de um ou mais dos pelo menos três transdutores ultrassônicos (20, 21,22);
    a2) receber sinais ultrassônicos refletidos através dos pelo menos três transdutores ultrassônicos (20, 21,22); e
    a3) processar os sinais ultrassônicos refletidos recebidos para calcular uma velocidade de vazão tridimensional do fluido (vx, vy, vz).
  11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por compreender adicionalmente:
    localizar passagens de feixe (P0, P1, P2) dos pelo menos três transdutores ultrassônicos (20, 21,22) em planos diferentes.
  12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo processamento dos sinais ultrassônicos recebidos para calcular a velocidade de vazão tridimensional do fluido a3) ainda compreender:
    a31) calcular pelo menos três velocidades de vazão do fluido (vx, vy, vz) em direções diferentes dentro da área sobreposta com base nos sinais ultrassônicos refletidos recebidos; e
    a32) calcular a velocidade de vazão tridimensional do fluido (vx, vy, vz) com base nas pelo menos três velocidades de vazão calculadas do fluido nas direções diferentes.
  13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por calcular pelo menos três velocidades de vazão do fluido (vx, vy, vz), em direções diferentes dentro da área sobreposta com base nos sinais ultrassônicos refletidos recebidos, compreende calcular pelo menos três velocidades de vazão do fluido em direções diferentes para qualquer ponto de amostragem (M) dentro da área sobreposta (A) com base nos sinais ultrassônicos recebidos, e calcular a velocidade de vazão tridimensional da vazão de fluido, com base nas pelo menos três velocidades de vazão calculadas da vazão de fluido em direções diferentes, compreende calcular uma velocidade de vazão tridimensional para qualquer um ponto de amostragem (M) da vazão de fluido, com base nas pelo menos três velocidades de vazão calculadas nas direções diferentes para qualquer ponto de amostra e posições relativas entre os pelo menos três trandutores ultrassônicos (20, 21,22) e o ponto de amostragem (M) qualquer.
  14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por cada uma das pelo menos três velocidades de vazão do fluido (vx, vy, vz) em direções diferentes ser calculada com base em um processamento de sinal Doppler dos sinais ultrassônicos refletidos recebidos.
  15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por compreender adicionalmente:
    fornecer pelo menos um grupo de transdutores ultrassônicos (20, 21, 22), sendo que cada grupo compreende os pelo menos dois transdutores ultrassônicos.
  16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por pelo menos um grupo de transdutores ultrassônicos (20, 21, 22) compreender uma pluralidade de grupos de transdutores ultrassônicos, que trabalham iterativamente.
  17. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por pelo menos um grupo de transdutores ultrassônicos (20, 21, 22) compreender uma pluralidade de grupos de transdutores ultrassônicos, e passagens de feixe (P0, P1, P2) entre a pluralidade de grupos de transdutores ultrassônicos não têm área sobreposta que trabalham ao mesmo tempo.
  18. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo conduto (11) ser um tubo de ascensão de um sistema de perfuração com uma barra de perfuração (12) que se estende através do tubo de ascensão, e o ponto de amostra está disposto na vazão de fluido que passa entre o tubo de ascensão e a barra de perfuração (12).
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