BRPI0405639B1

BRPI0405639B1 - espectrômetro de fluorescência de fundo de poço e método para medir o espectro de fluorescência de um fundo de poço de fluido

Info

Publication number: BRPI0405639B1
Application number: BRPI0405639A
Authority: BR
Inventors: Arnold Walkow; Louis Perez; Paul Bergren; Rocco Difoggio
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 2003-08-14
Filing date: 2004-08-12
Publication date: 2016-04-26
Also published as: RU2323457C2; WO2005017316A1; RU2004139036A; BRPI0405639A; US7084392B2; US20040104355A1

Abstract

"método e aparelho para um espectrômetro de fluorescência de fundo de poço". a presente invenção refere-se a um aparelho e método para espectrometria de fluorescência simples em um ambiente de fundo de poço utilizando uma fonte de luz uv e fluorescência de uv para determinar um parâmetro de interesse para uma amostra de fundo de poço. a fonte de luz uv ilumina o fluido, o qual por sua vez fluoresce a luz. a luz fluorescida é transmitida de volta na direção da fonte de luz uv e através do percurso na direção de um analisador de espectro ótico. a gravidade api é determinada pela correlação do comprimento de onda de fluorescência de pico e do brilho de emissão fluorescente da amostra. a pressão de precipitação de asfalteno é determinada pelo monitoramento da razão de conteúdo de azul/verde para uma amostra que sofre despressurização.

Description

Relatório Descritivo da Patente de invenção para "ESPEC-TRÔMETRO DE FLUORESCÊNCIA DE FUNDO DE POÇO E MÉTODO PARA MEDIR O ESPECTRO DE FLUORESCÊNCIA DE UM FUNDO DE POÇO DE FLUIDO".

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um aparelho e método para executar espectrometria de fluorescência simples utilizando uma fonte de luz de LED UV em um ambiente de fundo de poço para estimar a limpeza de amostras e a gravidade API com base na resposta espectral ao longo do tempo, Traçantes são adicionados para aperfeiçoar a detecção de lama baseada em petróleo e água. ANTECEDENTES DA TÉCNICA RELATADA

[002] A análise de fluorescência tem sido executada em cortes ou núcleos obtidos durante a perfuração de poços para determinar a presença de hidrocarbonetos no fluido de poro. Um exemplo de tal técnica pode ser encontrado na Patente U.S. Número 4.690.821. Em técnicas, tais como estas, os cortes ou núcleos são limpos para remover quaisquer produtos de fluido de perfuração, que poderíam de outro modo interferir com a análise. As amostras são esmagadas e extraídas com um solvente as quais são então analisadas. Alternativamente a amostra é irradiada diretamente e a fluorescência analisada.

[003] Apesar desta técnica poder prover uma análise razoavelmente precisa dos fluidos de poro, existem certas desvantagens. Os núcleos são relativamente dispendiosos de obter e devem ser retornados para a superfície para análise. Também, como os núcleos são somente retirados de locais específicos, é possível que informações que contenham hidrocarbonetos possam ser desprezadas. Os cortes são obtidos continuamente na perfuração, mas tem a desvantagem que não é possível determinar na superfície exatamente onde os cor- tes originaram no fundo de poço, tornando a identificação de formações que contém hidrocarbonetos difícil. Também os cortes não fornecem uma indicação precisa da extensão de quaisquer formações que contêm hidrocarbonetos. Inovações recentes concentraram-se na execução de experiências de fluorescência em um ambiente de fundo de poço.

[004] A Patente U.S. Número 5.912.459 por Mullins et al. intitulada Method and Apparatus For Fluorescence Logging descreve um método que compreende iluminar um poço com luz de uma fonte dentro de uma ferramenta e detectar qualquer radiação fluorescente com um detector na ferramenta e analisar a radiação fluorescente para determinar a presença de hidrocarbonetos na formação. De preferência, a parede de poço é iluminada e a fluorescência determinada através de uma janela na ferramenta a qual é pressionada contra a parede de poço. A janela é tipicamente pressionada contra a parede de poço com força suficiente para deslocar qualquer bolo de lama por um tempo suficiente, conforme a ferramenta é movida através de poço. O pressio-namento da janela contra a parede de poço minimiza os efeitos de ru-gosidade, assumindo uma baixa rugosidade.

[005] A Patente U.S. Número 6.140.637 descreve um método de localização in situ de hidrocarbonetos em formações subterrâneas que compreende a iluminação da parede de poço com luz tal como luz visível, infravermelha ou ultravioleta, a detecção de qualquer radiação fluorescente com um detector e a análise da radiação fluorescente para determinar a presença de hidrocarbonetos.

[006] O Pedido PCT (Número de Publicação Internacional WO 01/20322 A1) descreve um método de espectrometria de fluorescência para predizer a pressão de princípio de precipitação de asfalteno em uma formação de fundo de poço. A invenção desta patente compreende iluminar e medir uma amostra isolada em diversas pressões. Con- forme os asfaltenos precipitam, estes induzem uma significante dispersão ótica. A precipitação de asfalteno é detectada como uma súbita redução de luz transmitida e um grande aumento na intensidade de dispersão de luz da amostra. A WO 01/20322 apresenta a fluorescência como uma determinação de contaminantes somente. Assim, existe uma necessidade de um método e aparelho para determinar as propriedades do petróleo e adicionalmente a pureza de amostra de petróleo utilizando a fluorescência.

[007] A Patente US 6.501.072 revela um método para monitorar uma densidade óptica de uma amostra de óleo em uma pluralidade de comprimentos de onda sobre uma pluralidade de diferentes pressões (tipicamente decrescentes) para encontrar um tamanho de partículas de asfalteno aglomeradas, que são precipitantes a partir da amostra de óleo. A informação da densidade óptica usada para encontrar o tamanho de partícula é a informação da densidade óptica relacionada à dispersão da luz devido apenas às partículas de asfalteno. Assim, a informação da densidade óptica de linha de base da amostra de óleo sob uma alta pressão é subtraída de informações de densidade óptica obtidas em pressões de teste em cada comprimento de onda de interesse.

[008] A Patente US 4.814.614 revela um processo de microes-pectrofotometria de fluorescência a luz ultravioleta (UV) para medir espectros de fluorescência de óleos em inclusões micro dimensionadas individuais. A interpretação de fluorescência UV de inclusões de petróleo em uma amostra desconhecida é feita por comparação com os espectros de fluorescência dos óleos de composição conhecida. Este método permite que a qualidade de óleos na bacia não perfurada seja determinada através da análise de amostras de afloramento contendo inclusões oleaginosas. Ao comparar as propriedades de fluorescência de inclusão de óleos e os óleos de reservatório, a história da migração de óleo em bacias de petróleo pode ser reconstruída.

[009] A publicação do pedido de patente US. 2002/0159101 des* creve um método e aparelho para prover valores corrigidos de ganho e coeficientes de nível de um conjunto de coeficientes de correção para uma matriz de detector de varhmento, tal como uma matriz de detector de IR, que inclui uma pluralidade de canais de detecção. Os primeiros valores de ganho e dos coeficientes de nível podem ser modificados usando pelo menos um quadro de dados de imagem coletados pela série de detectores de varredura a partir da formação de imagens de temperaturas múltiplas fora de foco. Valores atualizados do ganho e coeficientes de nível podem ser determinados utilizando uma rotina de correção de não-uniformidade à base de cena (SBNUC) aplicada aos dados de cena correspondentes à formação de imagens de cena no foco. A rotina SBNUC pode ser aplicada de forma iterativa de modo que valores atualizados de ganho e coeficientes de nível venham a convergir para valores estáveis, [0010] Um ambiente de fundo de poço é um ambiente no qual é difícil operar um sensor. Os instrumentos de medição em um ambiente de fundo de poço precisam trabalhar sob condições de espaço limitado dentro de um alojamento de pressão da ferramenta, a temperaturas elevadas, e estes precisam suportar choques e vibrações. Assim, existe uma necessidade de um espectrômetro de fluorescência simples mas robusto, adequado para operação em um ambiente de fundo de poço.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0011] A presente invenção provê um LED UV ou uma rede de pequenos LEDs para uma fonte de luz UV. A rede de pequenos LEDs é mais eletricamente eficiente do que um único LED maior. A presente invenção permite o monitoramento de limpeza de amostra (mudança na fluorescência) já que um filtrado de Lama Baseada em Óleo (OBM) não tem nenhum aromático de modo que este não fluoresce mas o óleo bruto tem aromáticos os quais fluorescem. Um LED UV exemplar tem uma camada ativa de Nitreto de Gálio (GaN), uma camada de amortecimento de Nitreto de Alumínio (AIN) (também denominada blindagem), e um substrato de safira. Um LED UV de fraco desempenho tem uma camada ativa de Nitreto de Gálio (GaN), uma camada de amortecimento de Nitreto de índio Alumínio (AllnN), e um substrato de carbureto de silício.

[0012] A presente invenção também permite a estimativa de propriedades adicionais de óleo bruto no fundo de poço porque uma fluorescência medida mais brilhante e/ou mais azul indica uma gravidade API mais alta. Quando da despressurização de um óleo bruto ativo, a razão de fluorescência azul para verde muda quando passando abaixo da pressão de precipitação de asfalteno.

[0013] A presente invenção também provê aplicações de traçantes fluorescentes nas quais adicionar um traçante à lama permite medições adicionais aperfeiçoadas para distinguir entre o petróleo e o filtrado de OBM para auxiliar quantificar a contaminação de filtrado de OBM com base na presença ou na ausência de traçantes.

[0014] Para resultados mais quantitativos, estamos corrigindo a resposta de fluorescência bruta utilizando uma fórmula para cada canal a qual consiste em três fatores.

[0015] A presente invenção provê uma correlação de dados de medição como segue: Ch_X_Multiplicative_Correction_Factor_at_T emperature_T= (Fator de Correção Para Obscurecimento de uma Fonte de Luz de LED UV, que está sendo operada em Corrente Constante, conforme a Temperatura Aumenta)* (Fator de Correção para a Redução de Sinal de Fotodiodo com o Aumento de Temperatura para o Mesmo Nível de Iluminação)* (Fator de Correção para Diferenças em Ganhos de Amplifi- cador entre Canais, Diferenças em Sensibilidade de Fotodiodo, e Mudanças de Sensibilidade com a Temperatura) [0016] A presente invenção compreende um aparelho e método para executar uma espectrometria de fluorescência simples em um ambiente de fundo de poço. O aparelho pode estar montado em um módulo de caracterização de fluido de fundo de poço, que já está em uso. O aparelho compreende uma fonte de luz UV que compreende duas lâmpadas de luz UV, um LED UV ou uma rede de LEDs UV menores, um acoplador de UV ou tubo de luz oticamente transparente e um sistema de contenção de fluido para conter uma amostra sob análise. O acoplador de UV oticamente transparente e o sistema de contenção de fluido são feitos de safira. O sistema de contenção de fluido já existe como parte da ferramenta Baker Atlas Sample ViewSM RCI. O aparelho da presente invenção está montado em um modo que permite que a luz transmitida por uma fonte de luz no lado mais distante do sistema de contenção de fluido passe através de um percurso em uma placa que contém a fonte de luz UV. A luz UV ilumina o fluido, o qual por sua vez fluoresce. A luz fluorescida da amostra é transmitida de volta na direção do suporte de lâmpada UV e através do percurso de tubo de luz na direção de um analisador de espectro ótico para análise.

[0017] Em uma modalidade da invenção, um operador monitora a limpeza de amostra de óleo bruto ao longo do tempo pela observação do aumento e nivelamento de uma série de fluorescências de amostras ao longo do tempo. Em outra modalidade da invenção, um operador estima as propriedades de óleo bruto de modelos de razão de fluorescência, os quais não são sensíveis à diluição por um líquido não fluorescente, tal como, o filtrado de lama sintética. Um processador é provido para acomodar uma equação quimiométrica ou uma rede neu-ral para a predição de uma propriedade de fluido com base no espec- tro de fluorescência medido. Em outra modalidade a gravidade API é estimada com base na correlação entre o brilho de fluorescência medida e o conteúdo de azul. Em outra modalidade, a contaminação de filtrado de OBM é estimada pela adição de um traçante ao OBM que fluoresce a uma cor, por exemplo, o vermelho, na qual o óleo bruto não fluoresce para distinguir entre o óleo bruto e o filtrado pela detecção da fluorescência vermelha.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0018] Figura 1 é um diagrama esquemático de uma modalidade exemplar da presente invenção;

[0019] Figura 2 é um diagrama dos componentes para adicionar esta fonte de luz ultravioleta a uma unidade de análise espectral;

[0020] Figura 3 é um diagrama que mostra a instalação dos componentes da Figura 2;

[0021] Figura 4 é um gráfico de propriedades de fluorescência de óleo bruto que mostra que quanto mais alta a gravidade API, mais curto é o comprimento de onda de fluorescência de pico e quanto mais alta a gravidade API mais brilhante é a fluorescência e mais baixa é a razão, Q = intensidade de vermelho/intensidade de verde; e [0022] Figura 5 é um exemplo da presente invenção em um ambiente de fundo de poço.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE UMA MODALIDADE EXEMPLAR

[0023] A Figura 1 ilustra a disposição de espaço existente dentro de um módulo de caracterização de fluido de fundo de poço, como, por exemplo, a ferramenta Baker Atlas Sample ViewSM RCI. Uma fonte de luz branca 101 {por exemplo, uma lâmpada de tungstênio) emite luz na direção de uma amostra, e um dispositivo de lente de colimação 103 está posicionado entre a fonte de luz branca 101 e a amostra colima esta luz. A luz colímada é incidente geralmente perpendicular a uma primeira janela de safira 301. As janelas de safira 301 e 303 ficam ge- ralmente perpendiculares ao feixe de luz colimada 306 e estão separadas por um espaço ou canal 304 que permite que uma amostra de fluido 305 flua entre as mesmas. A luz refletida e fluorescida pode ser utilizada para determinar as propriedades da amostra. As ferramentas de fundo de poço existentes (Figura 1) estão equipadas com uma fonte de luz UV 102, a qual pode ser ligada quando a fonte de luz de tungstênio 101 é desligada. A fonte de luz UV compreende uma ou mais lâmpadas UV, um LED UV ou uma rede de pequenos LEDs UV. Um espectrômetro 104, que compreende filtros de comprimento de onda único sobre os fotodiodos, permite a medição e o coletamento de dados de medição de fluorescência de óleo bruto. Uma eletrôni-ca/processador 308 adquire e processa a saída dos fotodiodos. A profundidade de investigação na amostra é de somente 1-2 mícrons da superfície da janela de safira para dentro da amostra, assim as medições óticas para a amostra não são afetadas por bolhas de gás ou partículas a mais do que 3 mícrons da superfície da janela. A estreita profundidade de investigação é referida como uma técnica de interface porque somente uma profundidade muito rasa (1-2 mícrons) é investigada na amostra. Assim, a técnica de interface provida pela presente invenção substancialmente elimina os aumentos no brilho causados por bolhas de gás e aumentos temporários de escuridão causados por partículas já que a maioria das bolhas e partículas não passam dentro de 1-2 mícrons da superfície da janela de safira. Pela captura de uma amostra de fluido de formação dentro do canal 304 e mudando o volume, fechando a válvula 340 e movendo o pistão 341 para cima ou para baixo para diminuir ou aumentar o volume da amostra dentro do canal 304 aumenta ou diminui a pressão dentro do canal 304 respectivamente.

[0024] A Figura 2 ilustra os componentes providos pela presente invenção para adicionar uma fonte de luz ultravioleta a uma unidade de análise espectral, tal como, a unidade mostrada na Figura 1. Uma placa de base 200 e parafusos são providos os quais servem um meio para fixação da unidade de análise espectral (por exemplo, Sample ViewSM). Diversos suportes de lâmpada ou de LEDs UV 211 compreendem um material isolante elétrico e parafusos para prender os suportes no lugar. Estes mesmos parafusos são utilizados para prender a placa de base 200 na unidade de análise espectral. Um acoplador de UV oticamente transparente 202 está mostrado neste diagrama para mostrar a sua relação posicionai com duas lâmpadas ou LEDs ultravioleta 204 quando montados no sistema. O acoplador 202 sobrepõe as áreas de emissão de luz das lâmpadas 204, por meio disto confinando o percurso da luz UV na região volumétrica do acoplador ótico 202.

[0025] A presente invenção permite estimar propriedades adicionais de óleo bruto no fundo de poço porque é conhecido que quanto mais brilhante e/ou mais azul a fluorescência mais alta a gravidade API. É também conhecido que pela despressurização de um óleo bruto ativo, a razão de fluorescência azul para verde mudará quando passando abaixo da pressão de precipitação de asfalteno. Assim, a presente invenção descomprime uma amostra enquanto monitorando a razão de azul/verde e determina a pressão de precipitação de asfalteno como aquela pressão na qual a razão de azul/verde muda para maior do que um ou menor do que um. A Figura 4 é um gráfico de propriedades de fluorescência de óleo bruto que mostra que quanto mais alta a gravidade API, mais curto é o comprimento de onda de fluorescência de pico, mais brilhante é a fluorescência e mais baixa é a razão, Q = intensidade de vermelho/intensidade de verde. (De Geolo-gical Survey of Canada, Calgary).

[0026] A janela retangular 205 no centro da placa de base 220 provê um percurso através da placa de base para uma resposta de fluorescência ultravioleta refletida passar. Este percurso permite a aná- lise de outros sinais de luz também (tal como devido à fonte de luz de tungstênio) quando as lâmpadas UV ou LEDs UV 204 são desligados. Uma fonte de alimentação de alta voltagem 207 provê a energia para ligar as lâmpadas UV 204 a 175° C. Os refletores de UV 209 são segmentados em um modo a mirar a luz refletida a um ângulo que eficientemente confinará a luz dentro do acoplados de UV oticamente transparente 202.

[0027] A Figura 3 ilustra uma instalação dos componentes da Figura 2. O acoplador de UV oticamente transparente 202, as lâmpadas UV ou LEDs UV 204, a placa de base 200, o canal de reflexão de UV 205 estão montados como na Figura 2. De um lado do acoplador de UV oticamente transparente 202 ficam as lâmpadas UV ou LEDs UV 204, e no outro lado e apoiando contra este está um sistema de contenção de fluido que compreende duas placas de contenção de pressão oticamente transparentes, 301 e 303, as quais são capazes de suportar a alta pressão do fluido de formação 305 que flui entre as mesmas. Em uma modalidade exemplar estas placas de contenção são feitas de safira. O acoplador de UV 202 e as placas de contenção são de materiais que tem substancialmente o mesmo índice refrativo, por exemplo, de safira, de modo que a luz pode passar de um material para o outro sem deflexão.

[0028] Uma voltagem é aplicada às lâmpadas ou LEDs UV 204 pela fonte de alimentação de UV de alta voltagem mostrada na Figura 2. Tanto a luz direta das lâmpadas UV ou LEDs UV 204 quanto a luz UV refletida dos refletores de UV 209 são muito eficazmente transportadas para a porção mais próxima do fluido de formação 305. Para concentrar luz UV suficiente sobre a interface de janela de safira/óleo bruto, a invenção compreende um projeto de espelho refletor facetado 209 ao longo das paredes da cavidade de cada lâmpada UV miniatura ou LED UV e de um tubo de luz (o acoplador de UV oticamente trans- parente) feito de um material de alto índice refrativo (safira) que captura um grande ângulo sólido de luz de fonte UV e projeta-o adiante). O espelho refletor melhora a intensidade de luz em 25% e o tubo de luz melhora a intensidade de luz em 235%. Este tubo de luz também coleta um grande ângulo sólido da fraca luz fluorescente, a qual é direcionada para os detectores.

[0029] A amostra de fluido de formação 305 fluoresce quando exposta à fonte de luz ultravioleta. A radiação fluorescente resultante da amostra de fluido é transportada de volta para baixo através do furo retangular 205 na placa de base e para dentro da unidade de análise espectral 308. A luz fluorescente refletida provê informações úteis na análise de fundo de poço do fluido de formação. A unidade de análise espectral 308 também hospeda equações quimiométricas e uma rede neural para estimar a pureza do fluido de formação de medições de espectros fluorescentes.

[0030] Alternativamente um traçante fluorescente é adicionado ao filtrado que fluoresce a uma cor ou comprimento de onda, por exemplo, o vermelho ou infravermelho na qual o óleo bruto não fluoresce. Assim, a contaminação presente pode ser determinada pela razão de fluorescência vermelha do traçante de OBM para a fluorescência de óleo bruto.

[0031] Em uma modalidade exemplar, a invenção monitora a limpeza de amostra de óleo bruto ao longo do tempo pelo exame do aumento e nivelamento de fluorescência ao longo do tempo. Para os poços perfurados com lama de perfuração à base de hidrocarboneto sintética, a invenção monitora a limpeza de amostra ao longo do tempo pelo monitoramento da fluorescência. A razão é que os fluidos básicos para a lama sintética foram projetados para serem ambientalmente amigáveis. Portanto, ao contrário dos óleos brutos, estes não contêm os compostos de hidrocarboneto fluorescente mais comuns, os quais são os aromáticos ou os aromáticos polinucleares. O filtrado sintético tem pouca ou nenhuma fluorescência. Assim, conforme a amostra de óleo bruto fica limpa (menos filtrado mais óleo bruto), a fluorescência aumenta.

[0032] Em outra modalidade, a invenção estima as propriedades de óleo bruto de modelos de razão de fluorescência, os quais não são sensíveis à diluição por um líquido geralmente não fluorescente, tal como, o filtrado de lama sintética. Para a lama sintética, cujos filtrados tem pouca, se alguma, fluorescência, a adição de filtrados a um óleo bruto atua como diluentes de fluorescência. A presente invenção provê modelos que correlacionam várias propriedades de óleo bruto (por exemplo, API, tempos de Ressonância Magnética Nuclear T1 e T2, etc.) a razões da fluorescência do óleo bruto em dois ou mais comprimentos de onda. Estes modelos de razão são independentes da quantidade de diluição de filtrado de lama sintética livre de fluorescência provido que a auto-absorvência dos comprimentos de onda de excitação e emissão seja mantida relativamente pequena.

[0033] Um processador 308 é provido para a implementação de equações quimiométricas e de uma rede treinada neural para estimar propriedades de amostra de medições de espectros ultravioleta.

[0034] A presente invenção provê medições de espectros de fluorescência que podem estar correlacionadas com as percentagens de metano (gás natural), aromáticos e outras propriedades de óleo bruto através de quimiometria ou de uma rede neural. Estas equações de correlação são independentes do óleo bruto ou do filtrado envolvidos.

[0035] Em uma modalidade exemplar, a presente invenção utiliza equações derivadas quimiométricas ou uma rede neural para determinar a quantidade de aromáticos em uma amostra analisada pela presente invenção com base em espectros de fluorescência. Nas técnicas de amostragem conhecidas não existe uma medição direta de um per- centual ou nível de contaminação em uma amostra. A presente invenção provê um conjunto de treinamento de amostras conhecidas e utilizando a quimiometria permite que um computador determine uma expressão matemática para uma percentagem de aromáticos com base no espectro medido para uma amostra. A utilização da quimiometria elimina uma etapa no processo de determinação do percentual de aromáticos. A quimiometria também elimina a necessidade de saber o que cada pico espectral representa e quanto um pico específico sobrepõe outro pico. Por exemplo, a presente invenção foi utilizada para determinar um percentual de contaminantes com base em uma fórmula quimiométrica derivada de uma amostra conhecida que tem percentagens conhecidas de aromáticos, por exemplo, amostras contendo 20, 30 e 50 porcento de aromáticos. Tipicamente o filtrado não contém aromáticos, assim, a presente invenção permite uma determinação direta da percentagem de contaminação ou de filtrado em uma amostra quando a percentagem de aromáticos no óleo bruto puro é conhecida ou pode ser estimada. O conjunto de treinamento pode também ser utilizado para treinar uma rede neural para predizer o determinar o percentual de aromáticos presente em uma amostra. Em uma modalidade exemplar o resultado do cálculo quimiométrico e a rede neural são comparados e um número de valor de mérito atribuído ao resultado. Quando ambos os resultados da equação quimiométrica e da rede neural concordam, um alto número de mérito de 1,0 é atribuído. Quando os resultados discordam é feita a média dos resultados e um número de mérito igual à diferença entre os valores dividido pela soma dos valores subtraídos de 1,0 é atribuído como um número de mérito.

[0036] Em um espectrofotômetro de fluorescência exemplar um LED UV de comprimento de onda central de aproximadamente 400 nm é utilizado para a excitação e o espectrofotômetro mede quanto o óleo bruto fluoresce na luz visível e nas cores Azul, Verde, Amarelo, Ver- melho Alaranjado e Vermelho Profundo. Não reportamos a intensidade no canal 1 (Violeta = 425 nm) porque este canal sobrepõe excessivamente a banda de luz protegida pela nossa fonte de excitação de LED UV. (É um LED não um laser). Portanto, uma luz considerável em 425 nm é refletida da janela de safira e produz um sinal no canal 1 mesmo quando existe somente ar na célula.

[0037] A presente invenção provê uma leitura de fluorescência para medir a fluorescência da amostra independente de quaisquer mudanças na resposta do nosso instrumento de medição com a temperatura ou o comprimento de onda. Para este fim, uma calibração é provida como segue: [0038] Cada fórmula de correção de calibração pode ser imaginada como consistindo em três fatores, Ch_X_Multiplicative_Correction_Factor_ at_Temperature_T= (Fator de Correção Para Obscurecimento de uma Fonte de Luz de LED UV, que está sendo operada em Corrente Constante, conforme a Temperatura Aumenta) * (Fator de Correção para a Redução na Intensidade de Sinal de Fotodiodo com o Aumento de Temperatura) * (Fator de Correção para Diferenças em Ganhos de Amplificador entre Canais, Diferenças em Sensibilidade de Fotodiodo, e Mudanças de Sensibilidade com a Temperatura) [0039] O primeiro fator de correção leva em conta o obscurecimento do LED UV com a temperatura em corrente de operação constante. Empiricamente, descobrimos que, para uma corrente de operação constante, perdemos aproximadamente 0,47% da intensidade de LED inicial (25C) para cada grau acima de 25C. Portanto, multiplicamos cada sinal de canal pela recíproca da fração de intensidade de LED UV inicial que permanece em temperatura elevada.

[0040] O segundo fator de correção corrige a perda de sensibilidade dos fotodiodos em temperatura elevada. Operamos a ferramenta em um forno no laboratório com ar dentro da célula e a lâmpada de tungstênio em brilho constante. Registramos uma tabela de valores de intensidade de sinal líquida de cada canal como uma função de temperatura. Temos um sensor de temperatura próximo dos fotodiodos de modo que, quando operando em um poço, utilizamos esta tabela para procurar um valor de desclassificação com base na temperatura e no número de canal.

[0041] O modo mais simples para corrigir o terceiro fator é utilizar o fato de que a curva de corpo negro ("black body curbe") de nossa lâmpada de tungstênio (que é utilizada no nosso espectrômetro de absorção) produz uma dependência de intensidade quase linear com o comprimento de onda ao longo da faixa de luz visível de 400-700 nm com o vermelho (700 nm) sendo o mais brilhante. Colocamos nossas lâmpadas dentro de uma esfera de integração, as operamos na nossa corrente padrão, e medimos sua irradiância relativa como uma função de comprimento de onda ao longo da luz visível e quase infravermelha. Utilizamos mais de uma lâmpada e utilizamos correntes ligeiramente acima e abaixo de nossa corrente padrão e desenvolvemos um melhor ajuste empírico.

[0042] Empiricamente, descobrimos a intensidade relativa do corpo negro ("black body") em unidades arbitrárias a serem dadas pela linha reta, [0043] BBRI = 3,1364 * (Wavelength_in_nm_/1000) - 1,1766 [0044] Como o vermelho profundo (694 nm) é o canal de lâmpada de tungstênio mais brilhante na luz visível, redimensionamos os números de modo a definir o BBRI para o vermelho profundo como unitário como abaixo mostrado na tabela.

[0045] Necessitamos somente da inclinação porque não estamos tentando fazer uma medição de irradiância absoluta mas somente uma medição de irradiância relativa que seja consistente através da tempe- ratura. O filamento de tungstênio está operando próximo de 3000 K de modo que existe uma mudança insignificante na irradiância relativa associada com o aumento de temperatura do envelope de vidro da lâmpada a meros 200 C.

FATORES DE IRRADIÂNCIA RELATIVA DE CORPO NEGRO

Azul (Ch_2 = 475 nm) 0,31319 Verde (Ch_3 = 525 nm) 0,47001 Amarelo (Ch_4 = 575 nm) 0,62683 Vermelho Alaranjado (Ch_5 = 632 nm) 0,80560 Vermelho Profundo (Ch_6 = 694 nm) 1,00000 [0046] Assim, calculamos um fator de correção para cada sinal de canal de modo que, quando operando a lâmpada de tungstênio com ar dentro da célula, o fator de correção multiplicado pelo sinal bruto produz um sinal corrigido o qual tem as razões de 1 para 0,8 para 0,62 para 0,47 para 0,31 para os canais 6, 5, 4, 3, e 2, respectiva mente.

[0047] Note que para as leituras de absorvência, as quais estão baseadas em uma razão, todo este esforço extra é desnecessário porque as diferenças em ganho, resposta, etc. são canceladas quando proporcionalizando a leitura do mesmo canal com ar com a sua leitura com óleo bruto.

[0048] Para clareza na comparação, a fórmula para o fator de correção do Ch_6 está escrita no mesmo formato que é mostrado para os outros canais. No entanto, para Ch_6 somente o primeiro dos três fatores, não é igual a um.

[0049] Cada fórmula pode ser imaginada como consistindo em três fatores, Ch_2_M ultiplicative_Correction_Factor_at_T = [1 / ( 1 - 0.0047 * ( T - 25 )) ] * (Ch_2_Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_25C / Ch_2_T ungsten_Calibration_Net_Signal_at_T ) * ( 0.31319 * Ch_6_Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_T ) / Ch_2_ T ungsten_Calibration_Net_Signal_at_T Ch_3_Multiplicative_Correction_Factor_at_T = [1 / ( 1 - 0.0047 * ( T - 25 )) ] * (Ch_3_Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_25C / Ch_3_T ungsten_Calibration_Net_Signal_at_T ) * ( 0.47001 * Ch_6_ Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_T ) / Ch_3_ Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_T Ch_4_M ultiplicative_Correction_Factor_at_T = [1 / ( 1 - 0.0047 * ( T - 25 )) ] * (Ch_4_Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_25C / Ch_4_T ungsten_Calibration_Net_Signal_at_T ) * ( 0.62683 * Ch_6_ Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_T ) / Ch_4_ Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_T Ch_5_Multiplicative_Correction_Factor_at_T = [1 / ( 1 - 0.0047 * ( T - 25 )) ] * (Ch_5_Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_25C / Ch_5_T ungsten_Calibration_Net_Signal_at_T ) * ( 0.8056048 * Ch_6_ Tung- sten_Calibration_Net_Signal_at_T ) / Ch_5_ Tung- sten_Calibration_Net_Signal_at_T Ch_6_Multiplicative_Correction_Factor_at_T = [1 / ( 1 - 0.0047 * ( T - 25 )) ] * (Ch_6_Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_25C / Ch_6_T ungsten_Calibration_Net_Signal_at_T ) * ( 1.0000 * Ch_6_ Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_T ) / Ch_6_ T ungsten_Calibration_Net_Signal_at_T

[0050] Em uma modalidade os inventores descobriram que alguns LEDs UV funcionam melhor do que outros. O SiC tem aproximadamente 4 vezes melhor transferência de calor (condutividade térmica) do que a safira. O AIN tem aproximadamente 10 vezes a condutivida-de térmica da safira. O AIN tem aproximadamente 2 vezes a condutivi-dade térmica do GaN.

[0051] A diferença em expansão térmica entre o AIN e o GaN entre 1000°C e a temperatura ambiente é quase insignificante.

[0052] A Figura 5 ilustra uma modalidade exemplar da presente invenção desenvolvida em um poço. A presente invenção é adequada para desenvolvimento ou em um cabo, um cabo de alisador ou em um ambiente de monitorando enquanto perfurando. A Figura 5 ilustra uma modalidade exemplar da presente invenção desenvolvida em uma operação de monitorando enquanto perfurando. Observando agora a Figura 5, a Figura 5 é um aparelho de perfuração de acordo com uma modalidade da presente invenção. Uma sonda de perfuração 201 típica com um poço 203 estendendo-se da mesma está ilustrada, como é bem compreendido por aqueles versados na técnica. A sonda de perfuração 201 tem uma coluna de trabalho 206, a qual na modalidade mostrada é uma coluna de perfuração. A coluna de perfuração 206 tem presa a esta uma broca de perfuração 208 para perfurar o furo de poço 203. A presente invenção é também útil em outros tipos de colunas de trabalho, e é útil com um cabo, tubulação unida, tubulação es-piralada, ou outra coluna de trabalho de pequeno diâmetro tal como um tubo de retenção. A sonda de perfuração 201 está mostrada posicionada sobre um navio de perfuração 222 com uma coluna ascendente 224 estendendo-se do navio de perfuração 222 para o leito do mar 220. No entanto, qualquer configuração de sonda de perfuração, tal como, uma sonda baseada em terra pode ser adaptada para implementar a presente invenção.

[0053] O exemplo acima de uma modalidade exemplar está destinado para propósitos exemplares somente e não pretende limitar o escopo da invenção, o qual é definido pelas reivindicações seguintes.

Claims

1. Espectrômetro de fluorescência de fundo de poço para medir a fluorescência de um fundo de poço de fluido (305) que compreende: uma célula para manter o fluido (305), em que a célula ainda compreende uma janela (301) para passagem de luz (306) para o interior do fluido (305); uma fonte de luz ultravioleta (102) para iluminar o fluido (305); caracterizado por um fotodetector que possui pelo menos dois canais (304) em comunicação ótica com o fluido (305) para medir a fluorescência do fluido (305), em que o espectrômetro utiliza uma porção aproximadamente linear de uma curva de corpo negro para corrigir sinais os pelos menos dois canais (304).

2. Espectrômetro de fluorescência de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um comprimento de onda de fluorescência de pico é medido para determinar a gravidade API.

3. Espectrômetro de fluorescência de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte de luz de ultravioleta (102) é uma fonte de luz de diodo emissor de luz (LED) de ultravioleta (UV).

4. Espectrômetro de fluorescência de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a fonte de luz LED UV ainda compreendendo uma rede de LEDs UV.

5. Espectrômetro de fluorescência de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: um traçante adicionado a um filtrado para determinar a limpeza de amostra do filtrado versus óleo bruto pela detecção de um grau do traçante presente no fluido de fundo de poço (305).

6. Espectrômetro de fluorescência de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o traçante ainda compreende pelo menos um dentre fluorescente vermelho ou infravermelho.

7. Espectrômetro de fluorescência de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: um dispositivo de despressurização para despressurizar o fluido (305); e um processador (308) que determina uma pressão de precipitação de asfalteno com base em uma mudança de razão de fluorescência azul/verde ao longo de uma curva de despressurização.

8. Espectrômetro de fluorescência de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: uma fórmula de correção para os canais fotodetectores (304) que compreendem um fator de correção para resposta de fluorescência bruta em relação à temperatura.

9. Espectrômetro de fluorescência de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o espectrômetro utiliza um fator de correção para corrigir o obscurecimento da fonte de luz LED UV à medida que a temperatura aumenta.

10. Espectrômetro de fluorescência de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o espectrômetro corrige pelo menos um dentre: as diferenças em ganhos de amplificador entre os pelo menos dois canais (304); o obscureci mento de uma fonte de luz LED com a temperatura; as diferenças na sensibilidade do fotodetector; e as alterações em sensibilidade do fotodetector devido à temperatura.

11. Espectrômetro de fluorescência de acordo com a reivin- dicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: um processador (308) configurado para monitorar a limpeza do fluido com base em espectros fluorescentes.

12. Método para medir o espectro de fluorescência para um fundo de poço de fluido que compreende: iluminar o fundo de poço de fluido (305) com uma luz ultravioleta; caracterizado por compreender: medir a fluorescência do fluido (305) por um fotodetector que possui pelo menos dois canais (304) para determinar um parâmetro de interesse para o fluido; e corrigir sinais dos pelo menos dois canais (304) pela utilização de uma porção aproximadamente linear de uma curva de corpo negro sobre uma faixa de comprimento de onda.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que cada canal (304) mede a fluorescência sobre uma faixa de comprimento de onda separada.

14. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a luz ultravioleta é produzida por uma fonte de luz de diodo emissor de luz (LED) de ultravioleta (UV) (102).

15. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a faixa de comprimento de onda está em uma faixa visível de cerca de 400 nm a 700 nm.

16. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: adicionar um traçante ao filtrado para determinar a limpeza de fluido do filtrado versus óleo bruto pela detecção de um grau do traçante presente no fluido (305).

17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o traçante é um dentre fluorescente vermelho e infravermelho.

18. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: despressurizar o fluido (305); e determinar a pressão de precipitação de asfalteno com base em uma mudança de razão de fluorescência azul/verde ao longo de uma curva de despressurização.

19. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: aplicar uma fórmula de correção para cada canal fotodetec-tor (304) que compreende um fator de correção para resposta de fluorescência bruta em relação à temperatura.

20. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: aplicar um fator de correção para correção de um obscure-cimento de uma fonte de luz de LED UV à medida que a temperatura aumenta.

21. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a correção de sinais inclui pelo menos uma dentre: as diferenças em ganhos de amplificador entre os canais fotode-tectores (304); as diferenças na foto-sensibilidade; e as alterações em sensibilidade do fotodetector devido à temperatura.

22. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: monitorar a limpeza de fluido com base em um espectro fluorescente.