BRPI0318085B1 - determinação da proporção de agente de sustentação adicionada a fluido de fratura por meio de medidor de fluxo coriolis - Google Patents
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Abstract
"determinação da proporção de agente de sustentação adicionada a fluido de fratura por meio de medidor de fluxo coriolis". trata-se de um sistema de medição (200) que compreende um medidor de fluxo coriolis (222) e um sistema de controle (224) . um fluido base (250) é primeiro levado a fluir através do medidor de fluxo coriolis. o medidor de fluxo coriolis mede a densidade do fluido base e transmite a medição de densidade do fluido base e ao sistema de controle. um agente de sustentação (252) é em seguida adicionado ao fluido base de modo a se produzir um fluido de fratura (202). o fluido de fratura é então levado a fluir através do medidor de fluxo coriolis. o medidor de fluxo coriolis mede a densidade do fluido de fratura e transmite a medição de densidade do fluido de fratura ao sistema de controle. o sistema de controle determina a proporção de agente de sustentação no fluido de fratura com base na medição de densidade do fluido base, na medição de densidade do fluido de fratura e na densidade do agente de sustentação.
Description
"DETERMINAÇÃO DA PROPORÇÃO DE AGENTE DE SUSTENTAÇÃO ADICIONADA A FLUIDO DE FRATURA POR MEIO DE MEDIDOR DE FLUXO CORIOLIS" Antecedentes da Invenção 1. Campo da Invenção A invenção refere-se ao campo dos sistemas de medição e, em particular, a um sistema e um método que utilizam medições de um medidor de fluxo Coriolis para determinar a proporção de agente de sustentação em um fluido de fratura. 2. Colocação do Problema Óleo, gás e outros recursos sob o solo são obtidos pela. perfuração de um poço. 0 poço é perfurado até uma determinada profundidade e revestido com cimento. 0 poço estende-se através de várias zonas no solo que a tripulação de perfuração pode querer perfurar. Para perfurar em determinada zona, a tripulação de perfuração fratura uma parte do revestimento na zona desejada. O processo de fratura utilizado pode ser fratura hidráulica, fratura pneumática ou outro tipo de fratura. Com o revestimento fraturado, a tripulação de perfuração em seguida bombeia o fluido de fratura na fratura de modo a manter a fratura aberta. 0 fluido de fratura mantém a fratura aberta enquanto ainda está permeável. Isto permite que o óleo e o gás fluam mais facilmente através da fratura para dentro do furo do poço. 0 fluido de fratura é constituído por um fluido base e um agente de sustentação. Para se fabricar o fluido base, uma goma Guar é adicionada â água em um tanque grande. Um misturador dentro do tanque mistura continuamente a goma Guar e a água uma com a outra de modo a se fabricar o fluido base Quando misturado, o fluido base tem uma consistência um pouco parecida com a de melaço.
Um agente de sustentação, como a areia, é em seguida adicionado ao fluido base no tanque de modo a se produzir o fluido de fratura. A proporção de areia adicionada depende do tipo de solo, das condições do solo e de outros fatores. 0 misturador no tanque mistura o fluido base e a areia um com a outra de modo a se fabricar o fluido de fratura. 0 fluido de fratura é então bombeado para dentro do furo do poço de modo a ajudar a manter a fratura aberta. A proporção de areia no fluido de fratura determina a excelência com que o fluido de fratura é capaz de manter a fratura aberta.
Uma vez que a proporção de areia no fluido de fratura é importante, a tripulação de perfuração pode querer medir a proporção de areia adicionada. Isto pode ser um processo difícil porque o fluido de fratura não é usualmente fabricado em uma batelada, mas é misturado de maneira contínua. Para se determinar a proporção de areia no fluido de fratura, a tripulação de perfuração utiliza um densitômetro para medir a densidade do fluido de fratura que é bombeado para dentro do furo do poço. Um controlador recebe a medição de densidade do densitômetro nuclear e calcula a proporção de areia adicionada ao fluido de fratura. A tripulação de perfuração pode em seguida ajustar a proporção de areia ao nível desejado. Um exemplo de sistema para proporcionar o fluido de fratura é descrito a seguir e mostrado na figura 1.
Infelizmente, hã problemas relacionados com a utilização de densitômetros nucleares. Por exemplo, o transporte interestadual e internacional de densitômetros nucleares pode ser um processo difícil considerando-se as leis e os regulamentos referentes a tecnologia nuclear. Hã também questões referentes ao manejo e transporte seguros dos densitômetros nucleares. Os operadores dos densitômetros nucleares têm que ser certificados ou licenciados pela agência reguladora apropriada. Tais fatores tornam a utilização dos densitômetros nucleares indesej ãvel.
Os medidores de fluxo Coriolis são utilizados para medir a vazão de fluxo de massa, a densidade e outras informações para fluidos. Medidores de fluxo Coriolis exemplares são revelados na patente norte-americana No. 4 109 524, de 29 de agosto de 1978, na patente norte-americana No. 4 491 025, de 1- de janeiro de 1985, e Re. 31 450, de 11 de fevereiro de 1982, todas de J.E. Smith et alíí. Os medidores de fluxo Coriolis são constituídos por um ou mais tubos de fluxo de conformação reta ou curva Cada configuração de tubo de fluxo em um medidor de fluxo Coriolis tem um conjunto de modos naturais de vibração, que podem ser de um dobramento, torção simples ou do tipo de acoplamento. Cada tubo de fluxo é acionado de modo a oscilar em ressonância em um destes modos naturais de vibração. O fluido escoa para dentro do medidor de fluxo a partir de uma tubulação conectada no lado de entrada do medidor de fluxo. O fluido é direcionado através do(s) tubo(s) de fluxo e sai do medidor de fluxo através do lado de saída do medidor de fluxo. Os modos naturais de vibração do sistema vibratório, enchido com fluido são definidos em parte pela massa cunibinada dos tubos de fluxo e pela massa do fluido que escoa através dos tubos de fluxo. À medida que o fluido começa a fluir através dos tubos de fluxo, as forças Coriolis fazem que os pontos ao longo dos tubos de fluxo tenham uma fase diferente. A fase no lado de entrada do tubo de fluxo está normalmente atrasada com relação ao acionador, enquanto a fase no lado de saída do tubo de fluxo está adiantada com relação ao acionador. Captadores são presos ao(s) tubo(s) de fluxo para medir o movimento do(s) tubo(s) de fluxo e gerar sinais de captação que representam o movimento do(s) tubo(s) de fluxo. A eletrônica de medidor, ou quaisquer outros componentes ou circuitos eletrônicos auxiliares conectados ao medidor de fluxo, recebem os sinais de captação, A eletrônica de medidor processa os sinais de captação de modo a determinarem a diferença de fase entre os sinais de captação. A diferença de fase entre dois sinais de captação é proporcional à vazão de fluxo de massa do fluido através do(s) tubo (s) de fluxo. A eletrônica de medição pode processar também um ou ambos os sinais de captação de modo a determinar a densidade do fluido.
Infelizmente, medidores de fluxo Coriolis não têm sido utilizados para medir a densidade de um fluido de fratura. Em primeiro lugar, o fluido de fratura é usualmente bombeado no sentido para baixo, para dentro do furo do poço, através de um tubo grande, como um tubo de 2 0,32 cm (oito pol) . Os medidores de fluxo Coriolis não têm sido construí- dos num tamanho grande o bastante para medir um fluxo de 20,32 cm (oito pol). Em segundo lugar, os medidores de fluxo Coriolis têm tubos de fluxo curvos. As propriedades de erosão da areia através dos tubos de fluxo curvos impedem que o medidor de fluxo Coriolis de tubo(s) curvo(s) seja uma opção viável. A areia danificaria os tubos de fluxo em questão de horas. Por estas razões, os medidores de fluxo Coriolis não têm sido utilizados para medir o fluido de fratura, e os densitômetros nucleares continuam sendo utilizados.
Sumário da Invenção A invenção ajuda a solucionar os problemas acima com um sistema.de medição que compreende um medidor de fluxo Coriolis e um sistema de controle. Um fluido base é primeiro levado a fluir através.do medidor de fluxo Coriolis. O medidor de fluxo Coriolis mede a densidade do fluido base e transmite a medição de densidade do fluido base ao sistema de controle. Um agente de sustentação é adicionado ao fluido base, produzindo-se um fluido de fratura. O fluido de fratura é em seguida levado a fluir através do medidor de fluxo Coriolis. 0 medidor de fluxo Coriolis mede a densidade do fluido de fratura e transmite a medição de densidade do fluido de fratura ao sistema de controle. O sistema de controle determina a proporção de agente de sustentação no fluido de fratura com base na medição de densidade do fluido base, na medição de densidade do fluido de fratura e na densidade do agente de sustentação. O sistema de medição substitui vantajosamente a tecnologia nuclear pela tecnologia Coriolis. Os medidores de fluxo Coriolis podem proporcionar medições de densidade precisas, ao mesmo tempo evitando os problemas de manejo e transporte de fontes e instrumentos radioativos. Os medidores de fluxo Coriolis também não têm os problemas de segurança intrínsecos do densitômetro nuclear.
Em outro exemplo da invenção, o medidor de fluxo Coriolis é configurado de modo a receber uma entrada de fluido de material. Para fornecer a entrada de fluido, o sistema de medição compreende também um primeiro tubo e um segundo tubo. O primeiro tubo tem uma primeira extremidade configurada para ser conectada à entrada do medidor de fluxo Coriolis e tem uma segunda extremidade configurada para ser conectada â descarga de um tanque. 0 segundo tubo tem uma primeira extremidade configurada para ser conectada à saída do medidor de fluxo Coriolis e tem uma segunda extremidade configurada para ser conectada a um tanque. O primeiro tubo recebe uma entrada de fluido de material da descarga do tanque. A entrada de fluido desloca-se através do primeiro tubo, através do medidor de fluxo Coriolis, através do segundo tubo e de volta ao tanque. A entrada de fluido proporciona vantajosamente um fluxo menor para medição, como um fluxo de 2,54 cm (uma pol).
Outros exemplos da invenção podem ser revelados a seguir. A seguir são apresentados aspectos da invenção. Um aspecto da invenção compreende um sistema de medição que compreende um medidor de fluxo Coriolis e um sistema de controle, o sistema de medição caracterizado pelo fato de que: o medidor de fluxo Coriolis é configurado para medir a densidade de um fluido base (250) que flui através do medidor de fluxo Coriolis para gerar uma medição de densidade do fluido base, transmitir a medição de densidade do fluido base, medir a densidade de um fluido de fratura (202) que flui através do medidor de fluxo Coriolis, de modo a gerar uma medição de densidade do fluido de fratura, em que o fluido de fratura compreende uma mistura do fluido base e de um agente de sustentação (252), e transmitir a medição de densidade do fluido de fratura; e o sistema de controle é configurado para receber a medição de densidade do fluido base e a medição de densidade do fluido de fratura e determinar a proporção do agente de sustentação no fluido de fratura com base na medição de densidade do fluido base, na medição de densidade do fluido de fratura e na densidade do agente de sustentação.
De preferência, o medidor de fluxo Coriolis compreende um medidor de fluxo Coriolis de tubo reto.
De preferência, o medidor de fluxo Coriolis é configurado para receber uma entrada de fluido do fluido de fratura de modo a medir a densidade do fluido de fratura.
De preferência, o sistema de medição compreende também: um primeiro tubo que tem uma primeira extremidade configurada para ser conectada à entrada do medidor de fluxo Coriolis e que tem uma segunda extremidade configurada para ser conectada à descarga de um tanque; e ura segundo tubo que tem uma primeira extremidade configurada para ser conectada à saída do medidor de fluxo Coriolis e que tem uma segunda extremidade configurada para ser conectada ao tanque; em que o primeiro tubo é configurado para receber uma entrada de fluido de material da descarga do tanque, a entrada de fluido se deslocando através do primeiro tubo, através do medidor de fluxo Coriolis, do segundo tubo e de volta ao tanque.
De preferência, o sistema de controle é configurado para determinar a densidade do agente de sustentação.
De preferência, o sistema de controle compreende um sistema de exibição configurado para fornecer a proporção do agente de sustentação ao usuário.
De preferência, o sistema de controle compreende uma interface auxiliar configurada para transmitir um sinal que representa a proporção do agente de sustentação a um sistema auxiliar.
De preferência, o sistema de controle compreende uma interface de usuário configurada para receber a densidade do agente de sustentação introduzida pelo usuário.
De preferência, o sistema de controle é configurado para: calcular a velocidade do fluxo do fluido de fratura; determinar se a velocidade do fluido de :fratura ultrapassa um limite; e fornecer uma indicação de se a velocidade do fluido de fratura ultrapassa o limite.
De preferência, o sistema de controle é configurado para: calcular a densidade média do fluido base com base em uma série de medições de densidade do fluido base pelo medidor de fluxo Coriolis; e determinar a proporção do agente de sustentação no fluido de fratura com base na densidade média do fluido base, na medição de densidade do fluido de fratura e na densidade do agente de sustentação.
De preferência, o medidor de fluxo Coriolis é configurado para medir a vazão de fluxo de massa do fluido de fratura e fornecer pelo menos um da vazão de fluxo de massa do fluido de fratura e do ganho de acionamento do medidor de fluxo Coriolis ao sistema de controle; e o sistema de controle é configurado para fornecer pelo menos um da vazão de fluxo de massa do fluido de fratura e do ganho de acionamento do medidor de fluxo Coriolis ao usuário.
Outro aspecto da invenção compreende um método para medir a proporção de agente de sustentação em um fluido de fratura, o método compreendendo a etapa de: determinar a densidade do agente de sustentação; o método caracterizado pelas etapas de: medir a densidade de um fluido base com um medidor de fluxo Coriolis de modo a gerar uma medição de densidade do fluido base; medir a densidade de um fluido de fratura com o medidor de fluxo Coriolis de modo a gerar uma medição de densidade do fluido de fratura, em jue o fluido de fratura compreende uma mistura do fluido base e de um agente de sustentação; e determinar a proporção do agente de sustentação no fluido de fratura com base na medição de densidade do fluido base, na medição de densidade do fluido de fratura e na densidade do agente de sustentação.
De preferência, a etapa de medir a densidade de um fluido de fratura com o medidor de fluxo Coriolis compreende: medir a densidade do fluido de fratura com o medidor de fluxo Coriolis de tubo reto.
De preferência, a etapa de medir a densidade de um fluido de fratura com o medidor de fluxo Coriolis compreende: receber uma entrada de fluido do fluido de fratura no medidor de fluxo Coriolis de modo a medir a densidade do fluido de fratura.
De preferência, o método compreende também as etapas de: conectar uma primeira extremidade de um primeiro tubo à entrada do medidor de fluxo Coriolis; conectar uma segunda extremidade do primeiro tubo â descarga de um tanque; conectar uma primeira extremidade de um segundo tubo à saída do medidor de fluxo Coriolis; e conectar uma segunda extremidade do segundo tubo ao tanque; em que o primeiro tubo recebe uma entrada de fluido de material da descarga do tanque, a entrada de fluido se deslocando através do primeiro tubo, através do medidor de fluxo Coriolis, através do segundo tubo e de volta ao tanque.
De preferência, o método compreende também a etapa de fornecer a proporção do agente de sustentação ao usuário.
De preferência, o método compreende também a etapa de transmitir um sinal que representa a proporção de agente de sustentação a um sistema auxiliar.
De preferência, o método compreende também a etapa de receber a densidade do agente de sustentação do usuário.
De preferência, o método compreende também as etapas de: calcular a velocidade do fluido de fratura; determinar se a velocidade do fluido de fratura ultrapassa, um limite; e fornecer uma indicação de se a velocidade do fluido de fratura ultrapassa o limite.
De preferência, o método compreende também as etapas de: calcular a densidade média do fluido base com base em uma série de medições de densidade do fluido base pelo medidor de fluxo Coriolis; e determinar a proporção de agente de sustentação no fluido de fratura com base na densidade média do fluido base, na medição de densidade do fluido de fratura e na densidade do agente de sustentação.
De preferência, o método compreende também as etapas de: medir a vazão de fluxo de massa do fluido de fra- tura com o medidor de fluxo Coriolis; e fornecer pelo menos um da vazão de fluxo de massa do fluido de fratura e do ganho de acionamento do medidor de fluxo Coriolis ao usuário.
Descrição dos Desenhos O mesmo número de referência representa o mesmo elemento em todos os desenhos. A Figura 1 mostra um sistema para fornecer um fluido de fratura a um furo de poço da técnica anterior. A Figura 2 mostra um sistema de medição em um e-xemplo da invenção. A Figura 3 mostra um exemplo de sistema de controle em um exemplo da invenção. A Figura 4 mostra um exemplo de medidor de fluxo Coriolis em um exemplo da invenção. A Figura 5 ê um gráfico de fluxo que mostra uma operação exemplar de um sistema de medição em um exemplo da invenção.
Descrição Detalhada da Invenção A Figura 1 mostra um sistema para fornecer um fluido de fratura a um furo de poço da técnica anterior para ajudar no entendimento da invenção. As figuras 2-5 e a descrição seguinte mostram exemplos específicos da invenção para ensinar os versados na técnica como fabricar e utilizar o melhor modo da invenção. Para os fins de ensinar os princípios da invenção, alguns aspectos convencionais da invenção foram simplificados ou omitidos. Os versados na técnica a-preciarão variações destes exemplos que se incluem dentro do alcance da invenção. Os versados na técnica entenderão que os aspectos descritos a seguir podem ser combinados de diversas maneiras de modo a se formarem várias variações da invenção. Conseqüentemente, a invenção não está limitada aos exemplos específicos descritos a seguir, mas apenas pelas reivindicações e seus equivalentes.
Sistema para Fornecer um Fluido de Fratura da Técnica Anterior - Figura 1 A Figura 1 mostra o sistema de fluido de fratura 100 para fornecer o fluido de fratura 102 a um furo de poço na técnica anterior. 0 sistema de fluido de fratura 100 é constituído pelo tanque/misturador 110, pelo tubo de recir-culação 111, pelo tubo de fornecimento 112, pelo tubo de descarga 118, pela válvula 113, pela bomba 128, pelo densi-tômetro nuclear 114 e pelo controlador 116. O tubo de descarga 118 é conectado ao tanque/misturador 110 em uma extremidade e à válvula 113 na outra. A bomba 128 e o densitôme-tro nuclear 114 são conectados ao tubo de descarga 118. O tubo de recirculação 111 é conectado à válvula 113 e é configurado para transportar o fluido de fratura 102 até o furo de poço. A válvula 113 ou direciona o fluxo do fluido de fratura 102 através do tubo de recirculação 111 ou através do tubo de fornecimento 112. O tubo de fornecimento 112, o tubo de recirculação 111 e o tubo de descarga 118 têm pelo menos diâmetros de 20,32 cm (oito pol). O controlador 116 é acoplado ao densitômetro nuclear 114.
Em operação, a água 120, a goma 122 e a areia 124 são adicionadas ao tanque/misturador 110. 0 tan- que/misturador 110 mistura a água 120, a goma 122 e a areia 124 umas com as outras para fabricar o fluido de fratura 102. A proporção de areia adicionada à água 120 e à goma 122 no fluido de fratura 102 depende do tipo de solo, das condições do solo e de outros fatores. 0 operador do sistema de fluido de fratura 100 utiliza o densitômetro nuclear 114 e o controlador 116 para medir a proporção de areia no fluido de fratura 102.
Na medida em que o fluxo total do fluido de fratura 102 flui através do tubo de descarga 118, o densitômetro nuclear 114 mede a densidade do fluido de fratura 102. 0 densitômetro nuclear 114 transmite a medição de densidade ao controlador 116, O controlador 116 conhece a densidade da areia 124, a densidade da água 120 e a densidade da goma 122. Estes valores podem ser introduzidos no controlador 116 pelo operador. O controlador 116 calcula a proporção de a-reia no fluido de fratura 102 com base na medição de densidade do fluido de fratura 102 e nas densidades conhecidas da areia 124, da água 120 e da goma 122. O controlador 116 inclui uma tela 136. 0 controlador 116 fornece a proporção de areia no fluido de fratura 102 ao operador usando a tela 136.
Conforme descrito acima, há muito problemas relacionados com a utilização do densitômetro nuclear 114. Por exemplo, o transporte interestadual e internacional de den-sitômetros nucleares pode ser um processo difícil, o manejo e o transporte seguros dos densitômetros nucleares é um problema e as pessoas que operam os densitômetros nucleares têm que estar certificadas ou licenciadas pela agência reguladora apropriada. Tais fatores tornam indesejável a utilização de densitômetros nucleares.
Sistema de Medição e Operação - Figura 2 A Figura 2 mostra o sistema de medição 200 em um exemplo da invenção. 0 sistema de medição 200 é configurado para operar com o sistema de fluido de fratura 201 para fornecer o fluido de fratura 202 a um furo de poço (não mostrado) . 0 sistema de fluido de fratura 201 é constituído pelo tanque/misturador 210, pelo tubo de descarga 218, pela válvula 213, pelo tubo de recirculação 211, pelo tubo de fornecimento 212, pela bomba 228 e pelo sistema de medição 200. 0 tubo de descarga 218 é conectado ao tanque/misturador 210 em uma extremidade e à válvula 213 na outra. A bomba 228 é também conectada ao tubo de descarga 218. O tubo de recirculação 211 é conectado à válvula 213 em uma extremidade e ao tanque/misturador 210 na outra. O tubo de fornecimento 212 é conectado â válvula 213 e é configurado para transportar o fluido de fratura 202 até o furo de poço. A válvula 213 direciona o fluxo de material ou através do tubo de recirculação 211 ou através do tubo de fornecimento 212. 0 sistema de fluido de fratura 201 pode ser constituído por muitos outros componentes que não são mostrados por razões de brevidade. O sistema de medição 200 é constituído pelo medidor de fluxo Corioüs 222 e pelo sistema de controle 224. 0 sistema de medição 200 pode incluir também os tubos 226-227, que formam uma entrada de fluido do tubo de descarga 218. Os tubos 226-227 podem constituir uma tubulação de borracha de 2,54 cm (uma polegada). 0 tubo 226 inclui as extremidades 271 e 272. A extremidade 271 é conectada à extremidade de entrada do medidor de fluxo Coriolis 222. A extremidade 272 é conectada ao tubo de descarga 218. A extremidade 272 pode ser conectada a um cotovelo do tubo de descarga 218 de modo a se obterem os melhores resultados. 0 tubo 227 inclui as extremidades 282 e 282. A extremidade 281 é conectada à extremidade de saída do medidor de fluxo Coriolis 222, e a extremidade 282 ê conectada ao tanque/misturador 210. O tubo 226, o medidor de fluxo Coriolis 222 e o tubo 227 são configurados para receber a entrada de fluido 280 de material. A entrada de fluido 280 entra no tubo 226 e passa através do tubo 226, através do medidor de fluxo Coriolis 222, através do tubo 227 e de volta ao tanque/misturador 210.
As definições seguintes podem ser úteis ao entendimento da invenção. Um medidor de fluxo Coriolis compreende qualquer medidor configurado para medir a densidade de um material com base no princípio Coriolis. Um exemplo de medidor de fluxo Coriolis é um medidor de tubo reto Modelo T-100 fabricado pela Micro Motion Inc. de Boulder, Colorado. Um fluido de fratura compreende qualquer fluido, material ou misturada usada para resistir ao esmagamento de uma fratura em um furo de poço e proporcionar uma trajetória permeável. Um agente de sustentação compreende qualquer material ou a-gente usado em um fluido de fratura para a ajudar a manter as fraturas abertas. Um exemplo de agente de sustentação é a areia. Um fluido base compreende qualquer material ou agente misturado com um agente de sustentação para formar um fluido de fratura. Um tanque ou tanque/misturador compreende qualquer cuba ou recipiente que armazena um material. Um tubo compreende qualquer mangueira, tubulação, linha, tubo, etc.
Em funcionamento, o tanque/misturador 210 recebe e mistura o fluido base 250. Com base no ajuste da válvula 213, a bomba 228 faz circular o fluido base 250 através do tubo de descarga 218 e do tubo de recirculação 211. 0 tubo 226 recebe a entrada de fluido 280 do fluido base 250. A entrada de fluido 280 do fluido base 250 desloca-se através do tubo 226, através do medidor de fluxo Coriolis 222, através do tubo 227 e de volta ao tanque/misturador 210. Com o fluido base 250 fluindo através do medidor de fluxo Coriolis 222, o medidor de fluxo Coriolis 222 mede a densidade do fluido base 250. O medidor de fluxo Coriolis 222 transmite a medição de densidade do fluido base ao sistema de controle 224. 0 tanque/misturador 210 em seguida recebe e mistura o agente de sustentação 2 52 com o fluido 250 de modo a obter o fluido de fratura 202. Com base no ajuste da válvula 213, a bomba 228 faz circular o fluido de fratura 202 através do tubo de descarga 218 e do tubo de recirculação 211. O tubo 226 recebe a entrada de fluido 280 do fluido de fratura 202. A entrada de fluido 280 do fluido de fratura 202 desloca-se através do tubo 226, através do medidor de fluxo Coriolis 222, através do tubo 227 e de volta ao tanque/misturador 210. Com o fluido de fratura 202 fluindo a-través do medidor de fluxo Coriolis 222, o medidor de fluxo Coriolis 222 mede a densidade do fluido de fratura 202. 0 medidor de fluxo Coriolis 222 transmite a medição de densi- dade do fluido de fratura ao sistema de controle 224. O sistema de controle 224 recebe a medição de densidade do fluido base e a medição de densidade do fluido de fratura. 0 sistema de controle 224 recebe também a densidade do agente de sustentação 252. 0 sistema de controle 224 pode receber a densidade do agente de sustentação 252 do operador, de uma memória ou de outra fonte. O sistema de controle 224 determina a proporção do agente de sustentação 252 no fluido de fratura 202 com base na medição de densidade do fluido base, na medição de densidade do fluido de fratura e na densidade do agente de sustentação 252. O operador do sistema de fluido de fratura 201 pode olhar a proporção de agente de sustentação 252 no fluido de fratura 202, determinada pelo sistema de controle 224, de modo a ajustar a proporção de agente de sustentação 252 adicionada ao fluido de fratura 202. Com base nesta revelação, os versados na técnica entenderão como modificar os sistemas de medição existentes para fabricar o sistema de medição 200.
Quando o fluido de fratura 202 tiver a proporção apropriada de agente de sustentação 252, a válvula 213 é comutada de modo que o fluido de fratura 202 seja bombeado para baixo ao longo do orifício através do tubo de fornecimento 212. Pode haver outros dispositivos ou sistemas conectados ao tubo de fornecimento 212 para bombear o fluido de fratura 202 para dentro do orifício, como uma bomba de grande porte.
Sistema de Controle - Figura 3 A Figura 3 mostra um exemplo de sistema de contro- le 224 era um exemplo da invenção. 0 sistema de controle 224 compreende a tela 302, a interface com usuário 3 04 e a interface auxiliar 306. Um exemplo de sistema de controle 224 é o Daniel® FloBoss™ 407. A tela 302 é configurada para e-xibir qualquer dado relevante para o operador. Um exemplo de tela 3 02 é uma Tela de Cristal Líquido (LCD) . A interface com usuário 304 é configurada para permitir ao operador introduzir informações no sistema de controle 224. Um exemplo de interface com usuário 304 é um teclado. A interface auxiliar 306 é configurada para transmitir informações a, e receber informações de, um sistema auxiliar {não mostrado). Um exemplo de interface auxiliar 306 é um porto de dados serial. O sistema de controle 224 pode compreender também um processador e um meio de armazenamento. O funcionamento do sistema de controle 224 pode ser controlado por instruções que são armazenadas no meio de armazenamento. As instruções podem ser recuperadas e executadas pelo processador. Alguns exemplos de instruções são um software, um código de programa e um firmware. Alguns exemplos de meio de armazenamento são dispositivos de memória, fita, discos, circuitos integrados e servidores. As instruções são operacionais quando executadas pelo processador para orientar o processador a operar de acordo com a invenção. O termo "processador" refere-se a um único dispositivo de processamento ou a um grupo de dispositivos de processamento interoperacionais. Alguns exemplos de processador são computadores, circuitos integrados e conjunto de circuitos lógicos. Os versados na técnica estão familiarizados com instruções, processadores e meios de armazenamento.
Medidor de Fluxo Coriolis - Figura 4 A Figura 4 mostra Um exemplo do medidor de fluxo Coriolis 400 em um exemplo da invenção. O medidor de fluxo Coriolis 400 pode ser o medidor de fluxo Coriolis 222 mostrado na figura 2. 0 medidor de fluxo Coriolis 400 compreende o sensor Coriolis 402 e a eletrônica de medidor 404. A eletrônica de medidor 404 é conectada ao sensor Coriolis 402 por meio das trajetórias 406. A eletrônica de medidor 404 é configurada para fornecer densidade, vazão de fluxo de massa, vazão de fluxo volumétrica, fluxo de massa totalizado e outras informações através da trajetória 408. 0 sensor Coriolis 402 compreende o tubo de fluxo 410, a barra de equilíbrio 412, as conexões de processo 414-415, o acionador 422, os captadores 424-425 e o sensor de temperatura 426. O tubo de fluxo 410 inclui uma parte de extremidade esquerda designada 410L e uma parte de extremidade direita designada 410R. 0 tubo de fluxo 410 e suas partes de extremidade 410L e 410R estendem-se ao longo de todo o comprimento do sensor Coriolis 402, da extremidade de entrada do tubo de fluxo 410 até a extremidade de saída do tubo de fluxo 410. A barra de equilíbrio 412 é conectada em suas extremidades ao tubo de fluxo 410 pela barra de apoio 416. A parte de extremidade esquerda 410L é presa â conexão de processo de entrada 414. A parte de extremidade direita 410R é presa â conexão de processo de saída 415. A conexão de processo de entrada 414 e a conexão de processo de saída 415 são configuradas para conectar o sensor Coriolis 402 a uma tubulação (não mostrada).
De maneira convencional, o acionador 422, o capta-dor esquerdo 424 e o captador direito 425 são acoplados ao tubo de fluxo 410 e à barra de equilíbrio 412. A eletrônica de medidor 404 transmite um sinal de acionamento ao acionador 422 através da trajetória 432. Em resposta ao sinal de acionamento, o acionador 422 faz vibrar o tubo de fluxo 410 e a barra de equilíbrio em oposição de fase â freqüência de ressonância do tubo de fluxo 410 enchido com fluido. A oscilação do tubo de fluxo 410 em vibração induz deflexões Cori-olis no tubo de fluxo 410 de maneira notoriamente conhecida. Os captadores 424 e 425 detectam as deflexões Coriolis e transmitem sinais de captação que representam as deflexões Coriolis através das trajetórias 434 e 435, respectivamente. O sensor de temperatura 426 é conectado ao tubo de fluxo 410. 0 sensor de temperatura 426 detecta a temperatura do fluido que flui através do tubo de fluxo 410. O sensor de temperatura 426 gera um sinal de temperatura e transmite o sinal de temperatura à eletrônica de medidor 404 através da trajetória 436.
Operação Exemplar do Sistema de Medição - Figura 5 A Figura 5 é um gráfico de fluxo que mostra o método exemplar 500 de operação do sistema de medição 200 em um exemplo da invenção. O operador liga o sistema de controle 224 e o medidor de fluxo Coriolis 222. O sistema de controle 224 recebe uma instrução para liberar a memória no sistema de controle 224. O operador libera a memória introduzindo uma instrução de "Liberar" através da interface com usuário 304. Na etapa 504, o sistema de controle 224 induz o operador a introduzir a densidade do agente de sustentação 252. O sistema de controle 224 induz o operador exibindo "Introduzir Densidade do Agente de Sustentação" através da tela 302. O operador introduz a densidade do agente de sustentação 252, em quilogramas por litro, através da interface com usuário 304. Presuma-se, para este exemplo, que o agente de sustentação seja uma areia com densidade de 2,64 kg/1 {22,1 lbs/gal). Na etapa 506, o sistema de controle 224 recebe a densidade do agente de sustentação 252 introduzida pelo operador. A densidade do agente de sustentação pode ser também recuperada da memória ou recebida de outro sistema. O tanque/misturador 210 mistura o fluido base 250 sem o agente de sustentação 252. Com base no ajuste da válvula 213, a bomba 228 faz circular o fluido base 250 através do tubo de descarga 218 e do tubo de recirculação 211. O tubo 226 recebe a entrada de fluido 280 do fluido base 250. A entrada de fluido 280 do fluido base 250 desloca-se através do tubo 226, através do medidor de fluxo Coriolis 222, através do tubo 227 e. de volta ao tanque/misturador 210. Com o fluido base 250 fluindo através do medidor de fluxo Coriolis 222, o medidor de fluxo Coriolis 222 mede a densidade do fluido base 250 na etapa 508. 0 medidor de fluxo Coriolis 222 transmite a medição de densidade do fluido base ao sistema de controle 224. O sistema de controle 224 exibe a medição de densidade do fluido base ao operador na etapa 510. O medidor de fluxo Coriolis 222 pode também medir a vazão de fluxo de massa do fluido base 250, a temperatura do fluido base 250 e outros parâmetros na etapa 508. O sistema de controle 224 pode também exibir a vazão de fluxo de massa, a temperatura e os demais parâmetros para o operador na etapa 510 O operador pode rolar através dos diferentes parâmetros para ver o parâmetro desejado.
Na etapa 512, o sistema de controle 224 calcula a densidade média do fluido base 250. O sistema de controle 224 calcula a densidade média tirando a média de dez medições de densidade do fluido base 250. O sistema de controle 224 pode calcular também a densidade média tirando a média das medições de densidade através de um intervalo de cinco segundos. Enquanto calcula a densidade média, o sistema de controle 224 pode exibir "Estabilizar Fluido Base" para o operador. 0 sistema de controle 224 pode calcular a densidade média em resposta a uma instrução do operador. Por exemplo, o operador observa a medição de densidade e a medição de temperatura exibidas pelo sistema de controle para ver se as medições se estabilizam. Se as medições se estabilizarem, então o operador instruir o sistema de controle 224 para calcular a densidade média.
Na etapa 514, o sistema de controle 224 determina se a densidade média que acaba de ser calculada é estável. Por exemplo, se a densidade média tiver variado em mais de 1% dentro de um intervalo de cinco segundos, então a densidade média não é estável. Nesse caso, o sistema de controle 224 exibe "Densidade Instável" ao operador e volta â etapa 512. Se a densidade média não tiver variado em mais de 1%, então a densidade média é estável e pode ser usada. O siste- ma de controle 224 exibe a densidade média estável do fluido base 259 para o operador na etapa 516.
Neste ponto, o tanque/misturador 210 mistura o a-gente de sustentação 252 no fluido base de modo a se obter o fluido de fratura 202. Com base no ajuste da válvula 213, a bomba 228 faz circular o fluido de fratura 202 através do tubo de descarga 128 e do tubo de recirculação 211. A bomba 228 faz recircular o fluido de fratura de modo a se misturar continuamente o fluido de fratura 202 de acordo com as especificações apropriadas. 0 tubo 226 recebe a entrada de fluido 280 do fluido de fratura 202. A entrada de fluido 280 do fluido de fratura 202 desloca-se através do tubo 226, através do medidor de fluxo Coriolis 222, através do tubo 227 e de volta ao tanque/misturador 210. Com o fluido de fratura 202 fluindo através do medidor de fluxo Coriolis 222, o medidor de fluxo Coriolis mede a densidade do fluido de fratura 202 na etapa 518. 0 medidor de fluxo Coriolis 222 transmite a medição de densidade do fluido de fratura ao sistema de controle 224. 0 sistema de controle 224 em seguida calcula os quilogramas de areia, adicionada ao fluido de fratura 202. Para calcular os quilogramas de areia adicionada, o sistema de controle 224 usa as equações seguintes, Na etapa 520, o sistema de controle 224 calcula a porcentagem de sólidos (%S) no fluido de fratura 202 usando a equação 1.
[1] onde p fluid0 de fratura é a densidade do fluido de fratura 202, p fluido base 6 a densidade do fluido base 250 e P agente de sustentação é a densidade do agente de sustentação 252.
Na etapa 522, o sistema de controle 224 calcula o deslocamento do agente de sustentação (P.D.) usando a equação 2.
[2] onde p agente de sustentação é a densidade do agente de sustentação 252.
Na etapa 524, o sistema de controle 224 calcula os quilogramas de areia adicionada (Kg.S.A.) ao fluido de fratura 202 usando a equação 3.
[3] Os quilogramas de areia adicionados (Kg.S.A.) podem ser também referidos como quilogramas de agente de sustentação adicionados (Kg.P.A.). O sistema de controle 224 pode calcular os quilogramas de areia adicionada usando a equação 4 em lugar das equações 1-3. onde p fiuido ae fratura é a densidade do fluido de fratura 202, p fluido base ·© a densidade do fluido base 250 e P agente de sustentação é a densidade do agente de sustentação 252.
Na etapa 526, o sistema de controle exibe os quilogramas de areia adicionada ao fluido de fratura 202. O sistema de controle 224 exibe os quilogramas de areia adicionada em unidades de quilogramas de areia adicionada por 3,78 litros de água. O sistema de controle 224 também gera um sinal que representa os quilogramas de areia adicionada. 0 sinal pode ser um sinal de 4-20 mA para um sistema auxiliar (não mostrado). O medidor de fluxo Coriolis 222 pode também medir a vazão de fluxo de massa do fluido de fratura 202, a temperatura do fluido de fratura 202 e outros parâmetros na etapa 518. 0 sistema de controle 224 pode exibir a vazão de fluxo de massa, a temperatura e os demais parâmetros para o operador na etapa 526. O operador pode rolar a-través dos diferentes parâmetros de modo a ver o parâmetro desejado. O sistema de controle 224 volta à etapa 518. O método 500 pode incluir também as etapas 528 e 530. Na etapa 528, o sistema de controle 224 compara a velocidade do fluido de fratura 202 com um valor de limite. O sistema de controle 224 calcula a velocidade (velocidade material) do fluido de fratura 202 usando a equação 5. velocidade [5] onde A.P. é um fator de área a vazão de fluxo material ê a vazão de fluxo do material. O fator de ãrea (A.F.) pode ser recebido do operador ou recuperado de uma memória ou outro sistema. Se a velocidade do fluido de fratura 202 ultrapassar o valor de limite, então o sistema de controle 224 fornece uma indicação de que a velocidade ultrapassa o valor de limite na etapa 530. Por exemplo, se a velocidade do fluido de fratura 202 ultrapassar 3,65 m/seg (12 pe/seg), então o sistema de controle 224 faz disparar um alarme. Se a velocidade do fluido de fratura 202 não ultrapassar o valor de limite, então o sistema de controle 224 volta à etapa 518. O sistema de controle 224 continua a calcular os quilogramas de areia adicionada ao fluido de fratura 202. 0 tanque/misturador 210 é um sistema de imisção contínua, não um sistema por bateladas, Portanto, o operador tem o sistema de controle 224 medindo os quilogramas de areia adicionada desde que o tanque/misturador 210 esteja fornecendo o fluido de fratura 202 ao furo de poço.
REIVINDICAÇÕES
Claims (21)
1. Sistema de medição (200) que compreende um medidor de fluxo Coriolis (222) e um sistema de controle (224), o sistema de medição sendo CARACTERIZADO pelo fato de que: o medidor de fluxo Coriolis é configurado para medir a densidade de um fluido base (250) que flui através do medidor de fluxo Coriolis para gerar uma medição de densidade do fluido base, transmitir a medição de densidade do fluido base, medir a densidade de um fluido de fratura (202) que flui através do medidor de fluxo Coriolis, de modo a gerar uma medição de densidade do fluido de fratura, em que o fluido de fratura compreende uma mistura do fluido base e de um agente de sustentação (252), e transmitir a medição de densidade do fluido de fratura; e o sistema de controle é configurado para receber a medição de densidade do fluido base e a medição de densidade do fluido de fratura e determinar a proporção do agente de sustentação no fluido de fratura com base na medição de densidade do fluido base, na medição de densidade do fluido de fratura e na densidade do agente de sustentação.
2. Sistema de medição (200), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o medidor de fluxo Coriolis (222) compreende um medidor de fluxo Coriolis de tubo reto (400) .
3. Sistema de medição, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o medidor de fluxo Co- riolis (222) é configurado para receber uma entrada de fluido (280) do fluido de fratura (202) de modo a medir a densidade do fluido de fratura.
4. Sistema de medição, de acordo com a reivindicação 1, que compreende também: um primeiro tubo (226) que tem uma primeira extremidade (271) configurada para ser conectada à entrada do medidor de fluxo Coriolis (222) e que tem uma segunda extremidade (272) configurada para ser conectada à descarga (218) de um tanque (210) ; e um segundo tubo (227) que tem uma primeira extremidade (281) configurada para ser conectada à saída do medidor de fluxo Coriolis e que tem uma segunda extremidade (282) configurada para ser conectada ao tanque; CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro tubo é configurado para receber uma entrada de fluido (280) de material da descarga do tanque, a entrada de fluido se deslocando através do primeiro tubo, através do medidor de fluxo Coriolis, do segundo tubo e de volta ao tanque.
5. Sistema de medição (200), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de controle (224) é configurado para determinar a densidade do agente de sustentação (252).
6. Sistema de medição (200), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de controle (224) compreende: um sistema de exibição (302) configurado para fornecer a proporção do agente de sustentação (252) ao usuário.
7. Sistema de medição (200), de acordo com a vindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de controle compreende: uma interface auxiliar (306) configurada para transmitir um sinal que representa a proporção do agente de sustentação (252) a um sistema auxiliar.
8. Sistema de medição (200), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de controle (224) compreende: uma interface de usuário (304) configurada para receber a densidade do agente de sustentação (224) introduzida pelo usuário.
9. Sistema de medição (200), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de controle (224) é configurado para: calcular a velocidade do fluxo do fluido de fratura (2 02); determinar se a velocidade do fluido de fratura ultrapassa um limite; e fornecer uma indicação se a velocidade do fluido de fratura ultrapassa o limite.
10. Sistema de medição (200), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de controle (224) é configurado para: calcular a densidade média do fluido base (250) com base em uma série de medições de densidade do fluido base pelo medidor de fluxo Coriolis (222); e determinar a proporção do agente de sustentação (252) no fluido de fratura (202) cora base na densidade média do fluido base, na medição de densidade do fluido de fratura e na densidade do agente de sustentação.
11. Sistema de medição (200), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que: o medidor de fluxo Coriolis (222) é configurado para medir a vazão de fluxo de massa do fluido de fratura (202) e fornecer pelo menos um da vazão de fluxo de massa do fluido de fratura e do ganho de acionamento do medidor de fluxo Coriolis ao sistema de controle (224); e o sistema de controle é configurado para fornecer pelo menos um da vazão de fluxo de massa do fluido de fratura e do ganho de acionamento do medidor de fluxo Coriolis ao usuário.
12. Método para medir a proporção de agente de sustentação em um fluido de fratura, o método compreendendo a etapa de: determinar a densidade do agente de sustentação; o método sendo CARACTERIZADO pelas etapas de: medir a densidade de um fluido base (250) com um medidor de fluxo Coriolis (222) de modo a gerar uma medição de densidade do fluido base; medir a densidade de um fluido de fratura (202) com o medidor de fluxo Coriolis de modo a gerar uma medição de densidade do fluido de fratura, em que o fluido de fratura compreende uma mistura do fluido base e de um agente de sustentação (252); e determinar a proporção do agente de sustentação no fluido de fratura com base na medição de densidade do fluido base, na medição de densidade do fluido de fratura e na densidade do agente de sustentação.
13. Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de medir a densidade de um fluido de fratura com o medidor de fluxo Coriolis (222) compreende: medir a densidade do fluido de fratura com um medidor de fluxo Coriolis de tubo reto.
14. Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de medir a densidade de um fluido de fratura (202) com o medidor de fluxo Coriolis compreende: receber uma entrada de fluido (280) do fluido de fratura no medidor de fluxo Coriolis de modo a medir a densidade do fluido de fratura.
15. Método, de acordo com a reivindicação 12, que compreende também as etapas de: conectar uma primeira extremidade (271) de um primeiro tubo (226) à entrada do medidor de fluxo Coriolis (222) / conectar uma segunda extremidade (272) do primeiro tubo (226) â descarga (218) de um tanque (210); conectar uma primeira extremidade (281) de um segundo tubo (227) à saída do medidor de fluxo Coriolis; e conectar uma segunda extremidade (282) do segundo tubo (227) ao tanque; CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro tubo recebe uma entrada de fluido (280) de material da descarga do tanque, a entrada de fluido se deslocando através do primeiro tubo, através do medidor de fluxo Coriolis, através do segundo tubo e de volta ao tanque.
16. Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO por compreender também a etapa de: fornecer a proporção do agente de sustentação (252) ao usuário.
17. Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO por compreender também a etapa de: transmitir um sinal que representa a proporção de agente de sustentação (252) a um sistema auxiliar.
18. Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO por compreender também a etapa de receber a densidade do agente de sustentação (252) do usuário.
19. Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO por compreender também as etapas de: calcular a velocidade do fluido de fratura (202); determinar se a velocidade do fluido de fratura ultrapassa um limite; e fornecer uma indicação de se a velocidade do fluido de fratura ultrapassa o limite.
20. Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO por compreender também as etapas de: calcular a densidade média do fluido base (250) com base em uma série de medições de densidade do fluido base pelo medidor de fluxo Coriolis (222); e determinar a proporção de agente de sustentação (252) no fluído de fratura com base na densidade média do fluido base, na medição de densidade do fluido de fratura e na densidade do agente de sustentação.
21. Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO por compreender também as etapas de: medir a vazão de fluxo de massa do fluido de fratura (202) com o medidor de fluxo Coriolis (222); e fornecer pelo menos um da vazão de fluxo de massa do fluido de fratura e do ganho de acionamento do medidor de fluxo Coriolis ao usuário.
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