BRPI0714481A2 - dispositivo (55) para quantificar o teor de pelo menos um constituinte gasoso contido em uma amostra gasosa a partir de um fluido do tipo, conjunto (9) para analisar pelo menos um constituinte gasoso contido em um fluido de petràleo do tipo e mÉtodo para quantificar o teor de pelo menos um constituinte gasoso contido em uma amostra gasosa a a partir de um fluido do tipo - Google Patents

dispositivo (55) para quantificar o teor de pelo menos um constituinte gasoso contido em uma amostra gasosa a partir de um fluido do tipo, conjunto (9) para analisar pelo menos um constituinte gasoso contido em um fluido de petràleo do tipo e mÉtodo para quantificar o teor de pelo menos um constituinte gasoso contido em uma amostra gasosa a a partir de um fluido do tipo Download PDF

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Douglas Baer
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Abstract

DISPOSITIVO E MÉTODO PARA QUANTIFICAR O TEOR DE PELO MENOS UM COSNTITUINTE GASOSO CONTIDO EM UMA AMOSTRA GASOSA A PARTIR DE UM FLUIDO E CONJUNTO PARA ANALISAR PELO MENOS UM COSNTITUINTE GASOSO CONTIDO EM UM FLUIDO DE PETRàLEO. A presente invenção refere-se a um dispositivo que compreende um meio (111) para formar um fluxo gasoso a partir da amostra e um meio (121) para separação por meio de retenção seletiva de cada constituinte gasoso. O mesmo compreende um meio (113) para combustão do fluxo gasoso de modo a formar um resíduo gasoso a partir de cada constituinte, e um meio (115) para quantificar o teor de cada constituinte a ser analisado no fluxo gasoso. O meio de quantificação (115) compreende uma célula de medição ótica (127) que é conectada ao meio de combustão (113), e um meio (161) para introduzir o sinal ótico incidente a laser na cédula (127). O meio de quantificação (115) compreende, ainda, meios (133) para medir o sinal ótico transmitido resultante a partir da interação entre o sinal ótico e cada residuo gasoso na cédula (127), e meios (125) para calcular o referido teor com base no sinal ótico transmitido.

Description

"DISPOSITIVO E MÉTODO PARA QUANTIFICAR O TEOR DE PELO MENOS UM CONSTITUINTE GASOSO CONTIDO EM UMA AMOSTRA GASOSA A PARTIR DE UM FLUIDO E CONJUNTO PARA ANALISAR PELO MENOS UM CONSTITUINTE GASOSO CONTIDO EM UM FLUIDO DE
T
PETRÓLEO"
Campo da Invenção
A presente invenção refere-se a um dispositivo para quantificar os teores de pelo menos um constituinte gasoso contido em uma amostra gasosa a partir de um fluido, do tipo que compreende: - meios para formar um fluxo gasoso a partir da amostra,
compreendendo meios para separação, por meio de retenção seletiva, de ou de cada constituinte gasoso a ser analisado;
- meios para a combustão do fluxo gasoso, conectado aos meios de separação de modo a formar sucessivamente um resíduo gasoso a partir de
ou de cada constituinte;
- meios para quantificar os teores relativos de ou de cada constituinte a ser analisado no fluxo gasoso.
Fundamentos da Invenção
O referido dispositivo é usado em particular para analisar os gases extraídos a partir de um fluido de petróleo produzido em um poço de petróleo ou para determinar o teor dos constituintes de hidrocarboneto contidos na lama de perfuração.
Neste último caso, quando um óleo ou outro escoamento de saída de poço é perfurado (em particular gás, vapor, água), é conhecido a realização de uma análise dos compostos gasosos contidos na lama de perfuração que se originou a partir do poço. A referida análise permite que a seqüência geológica das formações que passaram durante a operação de perfuração seja reconstruída e seja usada para determinar as aplicações possíveis dos depósitos de fluido encontrados.
A referida análise, a qual é realizada em modo contínuo, compreende duas fases principais. A primeira fase consiste na extração dos gases portados pela lama (por exemplo, compostos de hidrocarboneto, dióxido de carbono, sulfeto de hidrogênio). A segunda fase consiste em qualificar e
quantificar os gases extraídos.
De modo a extrair os gases a partir da lama, um meio de desgaseificação com agitação mecânica do tipo descrito em FR 2 799 790 é com freqüência usado. Os gases extraídos a partir da lama, misturados com um gás veículo que é introduzido no meio de desgaseificação, são transportados por meio de sucção através de um tubo de extração de gás a um dispositivo de análise o qual permite que os gases extraídos sejam quantificados.
O dispositivo de análise compreende um cromatógrafo de fase de gás (GPC) o qual permite que os diversos gases coletados no meio de desgaseificação sejam separados de modo a permitir a quantificação dos mesmos.
Em alguns casos, entretanto, é necessário realizar uma análise mais precisa do teor gasoso dos gases extraídos, usando um dispositivo para medir a relação entre os conteúdos dos isótopos 13C e 12C nos compostos gasosos de hidrocarboneto extraídos a partir da lama.
Um dispositivo desse tipo compreende, em conjunto com a cromatografia de fase de gás, um forno de combustão e um espectrômetro de massa de radio isótopo (IRMS), os quais são destinados para análise do fluxo de escoamento de saída do forno de combustão.
Um dispositivo desse tipo não é satisfatório, em particular quando a análise deve ser realizada em um campo de perfuração ou em um campo de produção. O IRMS deve ser mantido sob condições de pressão e temperatura que são substancialmente constantes de modo a obter medições precisas e repetitivas. Conseqüentemente, é necessário realizar uma análise "desconectada" das amostras em um laboratório com clima controlado. Caso seja desejável realizar a análise "em linha", entretanto, é necessária a implementação de um controle climático bastante amplo, frágil e complexo e um conjunto de controle de IRMS próximo ao poço em um ambiente que pode
ser hostil e inacessível.
Descrição Resumida da Invenção Um objetivo da presente invenção é, portanto, proporcionar um dispositivo para quantificar o teor de pelo menos um constituinte gasoso a partir de um fluido, cujo dispositivo pode prontamente ser disposto nas vizinhanças de um poço de petróleo ou um campo de perfuração de modo a obter medições "em linha" e, ainda, manter um nível adequado de precisão de medição para a análise.
Para este fim, a invenção refere-se a um dispositivo do tipo acima
mencionado, caracterizado pelo fato de que o meio de quantificação compreende:
- uma célula de medição ótica que é conectada ao meio de combustão de modo a receber o fluxo gasoso a partir do meio de combustão;
- meios para introdução de um sinal ótico incidente de laser na
célula;
- meios para medir o sinal ótico transmitido que resulta de uma interação entre o sinal ótico e de ou cada resíduo gasoso na célula; e
- meios para calcular os referidos teores relativos com base no
sinal ótico transmitido.
O dispositivo de acordo com a invenção pode compreender uma
ou mais das características a seguir, tomadas isoladamente ou de acordo com
todas as combinações tecnicamente possíveis: - meios de quantificação que compreendem meios para emitir um sinal ótico, e meios para oticamente transmitir o referido sinal ao meio de introdução, e o meio de emissão compreende meios para ajustar o comprimento de onda do sinal emitido, cujos meios são capazes de ler uma faixa de comprimento de ondas específica para um período de tempo
predeterminado;
- a célula de medição compreende:
- pelo menos dois espelhos que delimitam uma cavidade de
medição;
- meios para transportar o fluxo gasoso para a cavidade de
medição;
e meios de introdução que compreendem meios para injetar o
sinal ótico incidente na cavidade de medição;
- pelo menos o primeiro espelho é dotado de uma refletividade inferior a 100%, o meio de medição sendo disposto na parte posterior do
primeiro espelho da cavidade de medição;
- os espelhos são dispostos um em oposição ao outro ao longo do
eixo de cavidade;
- os espelhos são dotados de superfícies refletivas as quais são dispostas coaxialmente ao longo do mesmo eixo da cavidade; o dispositivo compreendendo meios para gerar uma pluralidade de reflexões do sinal ótico em pelo menos dois pontos separados em cada espelho durante o seu percurso na cavidade de modo a criar pelo menos dois segmentos de sinal
ótico separados na cavidade de medição;
- o meio para gerar a pluralidade de reflexões compreende meios para inclinar o meio de injeção de modo a inclinar o sinal ótico incidente a ser introduzido na cavidade de medição com relação ao eixo da cavidade; e
- o meio de separação compreende um cromatógrafo de fase de gás. A invenção adicionalmente refere-se a um conjunto para analisar pelo menos um constituinte gasoso contido em um fluido de petróleo, do tipo
que compreende:
- meios para amostragem no fluido de petróleo;
- meios para extrair uma amostra gasosa a partir do fluido, cujos
meios são conectados aos meios de amostragem; e
- um dispositivo como acima definido, o meio de extração sendo
conectado ao meio de formação.
A invenção também refere-se a um método para quantificar o teor
de pelo menos um constituinte gasoso contido em uma amostra a partir de um
fluido de petróleo compreendendo as etapas a seguir:
- a formação de um fluxo gasoso a partir da amostra, compreendendo uma fase de separação por meio de retenção seletiva de ou de cada constituinte gasoso a ser analisado;
- a combustão do fluxo gasoso a partir da fase de separação de
modo a formar sucessivamente um resíduo gasoso a partir de ou de cada constituinte;
- a quantificação do teor de ou de cada constituinte a ser
analisado no fluxo gasoso; caracterizado pelo fato de que a etapa de quantificação
compreende as fases a seguir:
- a introdução do fluxo gasoso a partir da etapa de combustão dentro de uma célula de medição ótica, e para ou cada resíduo sucessivamente introduzido na célula de medição;
- a introdução de um sinal ótico de incidência dentro da célula;
- a medição de um sinal ótico transmitido resultante a partir da interação entre o sinal ótico e o ou cada resíduo gasoso na célula; e
- o cálculo do referido teor com base no sinal ótico transmitido. O método de acordo com a invenção pode compreender uma ou mais das características a seguir, tomadas isoladamente ou de acordo com todas as combinações tecnicamente possíveis:
- a etapa de quantificação compreende uma fase para emitir um sinal ótico substancialmente monocromático, e uma fase para oticamente
transmitir o referido sinal à célula de medição de modo a introduzir o mesmo na célula, e a fase de emissão compreendo o ajuste do comprimento de onda do sinal gerado, e a leitura de uma faixa de comprimento de onda específica para um período de tempo predeterminado; - o mesmo compreende a etapa para transportar o fluxo gasoso a
uma cavidade de medição que é delimitada por pelo menos dois espelhos e a etapa de introdução compreende uma fase para injetar o sinal ótico incidente
na cavidade de medição;
- os espelhos são dispostos um em oposição ao outro;
. pelo menos um primeiro espelho é dotado de uma refletividade
de menos de 100%, a etapa de medição sendo realizada em um ponto na parte posterior do primeiro espelho, fora da cavidade;
- os espelhos são dotados de superfícies refletivas, as quais são coaxialmente dispostas em um eixo de cavidade, o método compreendendo
uma etapa para gerar uma pluralidade de reflexões do sinal ótico em pelo menos dois pontos separados em cada espelho durante o seu percurso na cavidade de modo a criar pelo menos dois segmentos de sinal ótico separados
na cavidade de medição; e
- a etapa de gerar uma pluralidade de reflexões compreende a inclinação do sinal ótico incidente dentro da cavidade de medição com relação
eixo da cavidade.
Descrição Resumida das Figuras
A invenção será melhor entendida a partir da leitura da descrição 10
a seguir, oferecida puramente como exemplo e com referência aos desenhos
anexos, nos quais:
- A Figura 1 é uma vista esquemática seccionada de um conjunto
de análise de acordo com a presente invenção, disposto em uma instalação
para perfuração de um poço de petróleo;
- A Figura 2 é uma vista detalhada de um primeiro dispositivo de
quantificação de acordo com a presente invenção em um conjunto de análise da Figura 1;
- A Figura 3 é uma vista esquemática parcialmente seccionada do meio de medição ótico do dispositivo da Figura 2 compreendendo, em
particular, um laser e um sensor;
- A Figura 4 é uma vista que ilustra a linha de emissão do laser da
Figura 3 como uma função do tempo, e a linha de recepção medida pelo sensor da Figura 3 como uma função do tempo quando um método de acordo com a presente invenção é usado; e
- A Figura 5 é uma vista similar à Figura 3, do meio de medição ótico de um segundo dispositivo de quantificação de acordo com a preente invenção.
Descrição Detalhada das Figuras
Um dispositivo de quantificação de acordo com a presente
invenção é, por exemplo, usado em um conjunto de análise 9 utilizado para a análise em linha do teor gasoso da lama de perfuração em uma instalação 11 para perfurar um poço de produção de petróleo.
Como ilustrado na Figura 1, a referida instalação 11 compreende um tubo de perfuração 13 na cavidade 14 através da qual uma ferramenta de perfuração giratória 15 se estende, e uma superfície de instalação 17.
O tubo de perfuração compreende, na região da superfície 22, uma cabeça de poço 23 que é formada por um tubo 25 para descarregar um fluido de perfuração, denominado como lama de perfuração.
A ferramenta de perfuração 15 compreende uma cabeça de perfuração 27, um conjunto de perfuração 29 e uma cabeça de injeção de -líquido 31.
A cabeça de perfuração 27 compreende meios 33 para perfurar
através das rochas do substrato 21. A mesma é montada na porção inferior do conjunto de perfuração 29 e é posicionada no fundo do tubo de perfuração 13.
O conjunto 29 compreende um conjunto de tubos de perfuração ocos. Os referidos tubos delimitam um espaço interno 35 o qual permite que um líquido seja transportado a partir da superfície 22 para a cabeça de perfuração 27. Para esta finalidade, a cabeça de injeção de líquido 31 é aparafusada sobre a porção superior do conjunto 29.
A instalação de superfície 17 compreende meios 41 para suportar e direcionar a ferramenta de perfuração 15 em rotação, meios 43 para injetar líquido de perfuração e uma peneira vibratória 45.
Os meios de injeção 43 são hidraulicamente conectados à cabeça de injeção 31 de modo a introduzir e circular um líquido no espaço interno 35
do conjunto de perfuração 29.
A peneira vibratória 45 coleta o líquido carregado com resíduos de perfuração que é descarregado a partir do tubo de descarga 25 e separa os líquidos e sólidos dos resíduos de perfuração.
Como ilustrado na Figura 1, o conjunto de análise 9 compreende meios 51 para amostragem da lama, cujos meios são dispostos dentro do tubo de descarga 25, um dispositivo de extração de gás 53, e um dispositivo 55 para
analisar e quantificar os gases extraídos.
Os meios de amostragem 51 compreendem uma cabeça de amostragem de líquido 57 que é disposta no interior do tubo de descarga 25, um tubo de conexão 59 e uma bomba peristáltica 61 cujo coeficiente de fluxo pode ser ajustado.
O dispositivo de extração 53 compreende um recipiente 63, um
tubo 65 para transportar lama para dentro do recipiente 63, um tubo 67 para
descarregar a lama a partir do recipiente 63, uma entrada 69 para introduzir um
gás veículo para dentro do recipiente 63, e um tubo 71 para extrair os gases
extraídos a partir do recipiente 63.
O recipiente 63 é formado por um receptáculo selado cujo volume
interno é, por exemplo, entre 0,4 e 3 litros. O referido recipiente 63 compreende
uma porção inferior 73 na qual a lama circula e uma porção superior 75 a qual
é dotada de uma tampa gasosa. O recipiente 63 é adicionalmente formado por
um agitador 77 que é imerso na lama.
O tubo de suprimento de lama 65 se estende entre a saída da
bomba peristáltica 61 e uma abertura de entrada que é disposta na porção
inferior 73 do recipiente 63. O referido tubo de suprimento 65 pode ser constituído de meios
para aquecer a lama (não ilustrado) de modo que a temperatura da referida lama fique em valores entre 25 e 120°C, preferivelmente entre 60 e 90°C.
O tubo de descarga 67 estende-se entre uma passagem de extravasamento 87 que é disposta na porção superior 75 do recipiente 63 e um recipiente de retenção 89 que tem como objetivo receber a lama que é descarregada a partir do dispositivo 53. O mesmo compreende um sifão de modo a evitar que o gás seja introduzido na porção superior 75 do recipiente 63 por meio do tubo de descarga 67. O gás é, portanto, introduzido no recipiente 63 apenas por meio da entrada de introdução de gás veículo 69. A lama que é coletada no recipiente de retenção 89 é reciclada
em direção aos meios de injeção 43 por meio de um tubo de recirculação de lama 98.
O tubo de extração de gás 71 se estende entre uma abertura de extração 101, que é disposta na porção superior 75 do recipiente 63, e o dispositivo de análise 55. O mesmo compreende uma linha de transporte 107 que é constituída de meios de controle de volume de fluxo e meios de sucção 109.
A linha de transporte 107 conecta o recipiente 63 que é disposto nas vizinhanças da cabeça de poço 23, na zona explosiva, ao dispositivo de análise 55 que é disposto com espaçamento a partir da cabeça de poço 23 em uma zona não explosiva, por exemplo, em uma cabine pressurizada.
A referida linha de transporte 107 pode ser produzida com base em um material de polímero, conhecido por ser inerte com relação aos hidrocarbonetos, tais como PTFE ou THV, e é dotado de, por exemplo, um comprimento a partir de cerca de 10 m a 500 m.
Os meios de sucção 109 compreendem uma bomba a vácuo que permite que os gases extraídos a partir do recipiente 63 sejam transportados, por meio de sucção, ao dispositivo de análise 55. Como ilustrado na Figura 2, o dispositivo de análise 55, de acordo
com a presente invenção, compreende um estágio 111 para formar um fluxo gasoso a ser analisado, e um estágio 115 para quantificar o teor dos constituintes gasosos a serem analisados na lama de perfuração.
O estágio de formação 111 compreende um tubo de amostragem 117 que é disposto no interior do tubo de extração 71 na vizinhança da bomba 109, a montante à referida bomba, e um cromatógrafo de fase de gás 119 que é formado por uma coluna 121 para separação por meio de retenção seletiva dos constituintes gasosos a serem analisados.
O cromatógrafo 119 é, por exemplo, um dispositivo do tipo como é conhecido daqueles do estado da técnica, com um sistema de injeção de gás e uma coluna de separação cromatográfica 127 para separar os compostos a serem analisados antes da combustão dos mesmos no forno 113.
A coluna de separação 121 é dotada de um comprimento que se encontra entre 2 m e 25 m de modo a garantir um tempo de passagem médio para os gases entre 30s e 600s. A mesma é conectada ao tubo de amostragem 117 de modo a obter uma amostra gasosa a partir do tubo de extração 71 e formar um fluxo gasoso na saída da coluna 121, em cujo fluxo os constituintes
da amostra a ser analisada são separados com o tempo.
O forno 113 compreende meios de combustão para o fluxo gasoso descarregado a partir da coluna 121 a uma temperatura
substancialmente entre 900°C e 1100°C.
No meio da combustão, cada constituinte contido no fluxo gasoso
sofre uma oxidação na qual o constituinte reage com oxigênio para formar
dióxido de carbono.
O estágio de quantificação 115 compreende uma unidade ótica de
medição 123 que é conectada a uma saída do forno de combustão 113, e uma
unidade de controle e cálculo 125 que é conectada eletricamente à unidade de
medição 123.
Como ilustrado nas Figuras 2 e 3, a unidade ótica de medição 123 compreende uma célula de medição ótica 127, um laser 129 para emitir um sinal ótico incidente, um mecanismo 131 para introduzir o sinal ótico na célula 127, e um sensor 133 para medir o sinal ótico transmitido a partir da célula 127. A célula 127 compreende uma câmara de confinamento 135, dois
espelhos côncavos 137A, 137B os quais são fixos na câmara 135, e meios 139 para transportar o fluxo gasoso a partir do forno de combustão para dentro da câmara 135.
Com referência à Figura 3, a câmara 135 compreende uma parede cilíndrica 141 que se estende substancialmente ao longo de um eixo central longitudinal X-X', e duas paredes de extremidade planas 143A, 143B as quais fecham longitudinalmente a parede cilíndrica 141.
As paredes de extremidade 143A, 143B são transparentes com relação aos comprimentos de onda nas faixas próximas do infravermelho, tais como as faixas de 1100nm, 1600nm ou 2100nm.
Cada espelho 137A, 137B é fixado na câmara 135 a uma parede de extremidade correspondente 143A, 143B. Os espelhos 137A, 137B são fixados coaxialmente ao longo do eixo X-X'. Cada espelho 137A, 137B é dotado de uma superfície de reflexão côncava, substancialmente esférica 145A, 145B que é orientada em direção ao lado de dentro da câmara 135.
O raio de curvatura das superfícies côncavas 145A, 145B é, por exemplo, entre 4m e 8m. A refletividade dos espelhos 135A, 137B é maior do que 50%, e preferencialmente maior do que 99% para comprimentos de onda nas faixas próximas do infravermelho como especificado acima.
As superfícies 145A, 145B se estendem uma em oposição à outra simetricamente com relação ao plano central vertical da câmara 135. Juntas as mesmas delimitam, na câmara 135, uma cavidade de medição absorção 147 para a interação entre um sinal ótico e os constituintes que são introduzidos na cavidade 147 pelos meios de transporte 139. A distância que separa as superfícies 145A, 145B é em geral entre 50cm e 90cm.
O meio de transporte 139 compreende um tubo 149 para introduzir o fluxo gasoso na câmara e um tubo de descarga 151. Cada tubo 149, 151 é constituído com uma válvula de controle de coeficiente de fluxo 149A, 151 A.
O tubo de introdução 149 é conectado na saída do forno de combustão 133. O mesmo se abre no interior da câmara 135 através da parede 141, na vizinhança do espelho a montante 137A. O tubo de descarga 151 ainda se abre no interior da câmara 135
na vizinhança do espelho a jusante 137.
A câmara 135 é formada com respectivos meios de controle de
temperatura e pressão 152A, 152B. O laser 129 compreende uma cavidade 153 para emitir um raio de luz que forma um sinal ótico substancialmente monocromático, meios 155 para ajustar o comprimento de onda médio do sinal, e meios 157 para controlar a intensidade do sinal.
Entende-se por sinal substancialmente monocromático um sinal
que dotado de uma largura na faixa média de, por exemplo, entre 0,05nm e 1nm.
Os meios 157 para controlar a intensidade podem gerar um sinal dotado de intensidade substancialmente constante por um período de tempo variável.
O mecanismo de transmissão e introdução 131 compreende um espelho de deflexão 159 que é disposto substancialmente em oposição à cavidade de emissão 153 e um espelho 161 para ajustar o ângulo de injeção para dentro da cavidade de medição 147, cujo espelho é disposto em oposição ao espelho a jusante 143B no lado externo da câmara 135, e é disposto em oposição ao espelho de deflexão 159.
O ajuste do espelho 161 é constituído por meios para ajustar o ângulo de injeção α formado pelo eixo longitudinal X-X' e o eixo do segmento 162 do sinal ótico incidente introduzido na cavidade 147, obtido entre o ponto de reflexão 162B do mesmo no espelho 161 e um ponto de introdução 162A do mesmo na câmara 135.
O espelho 161 é adicionalmente constituído por meios para o deslocamento transversal em relação ao eixo X-X' de modo a posicionar um ponto de introdução 162A com espaçamento a partir do eixo X-X'. O sensor 133 para medir o sinal ótico transmitido compreende
uma lente de foco 163 a qual se estende perpendicularmente com relação ao eixo X-X' na parte posterior do espelho a montante 137A no lado de fora da câmara 135, e um detector de intensidade 165 que é disposto no ponto focai da lente 163 localizado no eixo X-X' em oposição à câmara 135 com relação à lente 163. O detector 165 é eletricamente conectado à unidade de controle e cálculo 125.
Um primeiro método para quantificar um constituinte que é contido em uma amostra gasosa obtida a partir da lama de perfuração e que é realizado em linha quando um poço é perfurado será agora descrito com
referência à Figura 1.
De modo a realizar a operação de perfuração, a ferramenta de perfuração 15 é acionada em rotação pela instalação de superfície 41. Um líquido de perfuração é introduzido no espaço interno 35 do conjunto de perfuração 29 pelos meios de injeção 43. O referido líquido se move para baixo até a cabeça de perfuração 27 e passa para dentro do tubo de perfuração 13 através da cabeça de perfuração 27. O referido líquido se resfria e Iubrifica os meios de perfuração 33. Então o líquido coleta os resíduos sólidos resultantes a partir da operação de perfuração e move-se para cima mais uma vez através do espaço anular que é definido entre o conjunto de perfuração 29 e as paredes do tubo de perfuração 13, então é descarregado por meio do tubo de descarga 25.
A bomba peristáltica 61 é então ativada de modo a remover, em
modo contínuo, uma fração específica da lama de perfuração que está
circulando no tubo 25.
A referida fração de lama é transportada até a câmara 63 por
meio do tubo de suprimento 65.
O agitador 77 é orientado em rotação na porção inferior 73 da recipiente 63 de modo a implementar a extração dos gases contidos na lama e a mistura dos gases extraídos com o gás veículo conduzidos através da
entrada de injeção 69.
A mistura gasosa é extraída por meio do tubo de extração 71, sob a ação de sucção produzida pela bomba a vácuo 109. A referida mistura é então transportada até o dispositivo de análise 55.
A mistura gasosa contendo uma pluralidade de constituintes a serem analisados é então injetada no cromatógrafo 119 através do tubo de amostragem 117. Um fluxo gasoso, no qual os diversos constituintes a serem analisados na mistura gasosa são separados com o tempo, é então obtido na saída da coluna 121. O referido fluxo gasoso sucessivamente compreende, por exemplo, Ci hidrocarbonetos, então C2 hidrocarbonetos, e outros compostos mais pesados. O fluxo gasoso então penetra no forno 113 onde a combustão
do referido fluxo é realizada.
Os diversos constituintes que são separados na coluna 121 e contido no fluxo gasoso são sucessivamente convertidos em resíduos de combustão, por oxidação no meio de combustão 113.
Se os referidos constituintes forem hidrocarbonetos, os mesmo formam resíduos que são constituídos principalmente por dióxido de carbono. Os referidos resíduos são então transportados para dentro da unidade ótica de medição 123.
Na unidade 123, os resíduos de combustão dos diversos constituintes são sucessivamente introduzidos na câmara 135 e circulam na cavidade ótica 147 entre o tubo de introdução 149 e o tubo de descarga 151.
No método de acordo com a presente invenção, imediatamente após o primeiro componente a ser analisado ter entrado na cavidade 147, a cavidade 147 é isolada a partir do fluxo gasoso com válvulas 149A e 151A para realizar a quantificação. Então os meios 155 para ajustar o comprimento de onda são controlados para ler uma faixa de comprimento de onda nas faixas próximas do infravermelho tais como 1100nm, 1600nm ou 21 OOnm (linha 172 na Figura 4) por um período de tempo predeterminado.
Uma operação de leitura desse tipo é repetida para cada passagem dos diversos constituintes que devem ser analisados e os quais circulam sucessivamente na cavidade de medição 147, após a abertura das
válvulas 149Ae 151 A.
A operação de leitura deste tipo é repetida para cada passagem dos resíduos de combustão correspondendo aos diversos constituintes que devem ser analisados e os quais circulam sucessivamente na cavidade de medição 147.
Durante a referida operação de leitura, a cavidade de emissão 153 do laser emite um sinal ótico cuja intensidade em função do tempo é ilustrada na linha 171 como uma linha sólida na Figura 4(a) e cuja linha 172 de comprimento de onda em função do tempo é ilustrada como uma linha
pontilhada na referida figura.
O sinal de laser incidente 169 é transportado até a cavidade ótica 147 por meio da reflexão no espelho de deflexão 159 e do espelho de ajuste 161 então pela transmissão através da parede 143B e do espelho 137B.
O sinal de laser incidente é introduzido na cavidade 147 no ponto 162A que é localizado com espaçamento a partir do eixo X-X'. O ângulo de injeção α é ajustado diferente de zero.
O sinal ótico então trafega ao longo de um trajeto ótico para frente e para trás na cavidade de medição 147, formado por sucessivos segmentos separados 173 os quais são delimitados por uma pluralidade de pontos de reflexão distintos 174B em cada superfície côncava 145A, 145B. A referida pluralidade de reflexões é gerada pelo controle da inclinação do espelho 161.
O sinal ótico, portanto, cobre um trajeto ótico que compreende pelo menos 100 segmentos na cavidade de medição 147, e preferivelmente
pelo menos 1000 segmentos.
Considerando as interações fracas entre os diversos segmentos 173 do sinal ótico formado entre os sucessivos pontos de reflexão 174A, 174B do sinal nos espelhos 137A, 137B, a cavidade de medição 147 não é dotada de seletividade com relação à transmissão de comprimento de onda e não é necessário modificar o comprimento y da cavidade 147 de modo a adaptar ao comprimento de onda. A unidade ótica de medição 123, portanto, não é dotada de componentes eletrônicos que são antieconômicos e difíceis de usar em um
campo de petróleo.
A interação dos diversos segmentos 173 e dos resíduos de
combustão contidos na cavidade de medição 147 gera um sinal ótico que porta um item de informação característico do teor dos referidos isótopos na
cavidade de medição 147.
O sinal ótico interage com os constituintes moleculares da célula
de medição por meio de excitação vibratória. As moléculas absorvem uma porção do sinal ótico resultando em uma perda de intensidade ótica. Isto ocorre em cada segmento 173 que é transmitido através do espelho a montante 137A
e que não é refletido na superfície 145A.
O sinal ótico transmitido é focalizado através da lente 163 e detectado pelo sensor 165 de modo a obter a intensidade 175 como função do tempo ilustrada na Figura 4(b). O teor dos resíduos de combustão que resulta do constituinte a ser analisado, por exemplo, é calculado pela unidade de cálculo 125 com base na redução de tempo de intensidade 175 do sinal transmitido.
Adicionalmente, quando a faixa de comprimento de onda do sinal ótico é ajustada de modo a ler uma faixa na qual duas absorções características de dois isótopos respectivos do mesmo elemento são produzidas, por exemplo, carbono 12C e carbono 13C, a intensidade 175 do sinal transmitido como função do comprimento de onda mostra duas regiões de absorção de característica respectiva 176 e 177 dos referidos dois isótopos. A relação dos teores de dois isótopos do mesmo constituinte, por exemplo, os Ci hidrocarbonetos, na lama de perfuração é então calculada com base na relação
entre as profundidades das regiões 176 e 177.
O método é então repetido durante a passagem sucessiva dos resíduos que correspondem respectivamente a cada constituinte a ser
analisado na cavidade 147.
O segundo dispositivo de acordo com a invenção ilustrada na
Figura 5 difere do primeiro dispositivo em função da estrutura da unidade ótica de medição 123.
Diferente da unidade 123 ilustrada na Figura 3, as superfícies de reflexão 145A, 145B dos espelhos 137A, 137B são planas. Ademais, o espelho de injeção 161 é parcialmente refletivo de modo que o mesmo injeta apenas uma porção do sinal ótico incidente na cavidade 147.
A distância entre os espelhos 137A, 137B pode ser ajustada de modo a gerar uma ressonância na cavidade 147 quando um comprimento de
onda específico de sinal ótico é usado.
Ademais, a unidade 123 adicionalmente compreende uma célula de calibragem 201 que é dotada de estrutura similar àquela da célula de medição 127 e que está oticamente conectada ao espelho 161 por meio de um espelho de deflexão secundário 203 localizado na parte posterior do espelho 161. A célula 201 contém um composto cujo teor é conhecido.
Um sensor de detecção secundário 205 é disposto em oposição à cavidade 201, oposta ao espelho de deflexão secundário 203. O referido sensor 205 é também conectado à unidade de controle 125.
A operação do referido segundo dispositivo difere daquele do primeiro dispositivo em que a porção do sinal ótico incidente é refletida no espelho 161 de modo a ser injetado na cavidade de medição 147 ao longo do eixo X-X', e outra porção do referido sinal é transmitida ao espelho de deflexão secundário 203 através do espelho 161. O espelho 161 é disposto de modo que o ângulo de injeção na cavidade de medição 147 é zero. O sinal então realiza uma pluralidade de reflexões entre os dois pontos de interseção entre o eixo X-X' e as superfícies de reflexão respectivas 145A, 145B dos espelhos 137A, 137B na cavidade 147. Ademais, a porção do sinal ótico incidente que não é refletida no
espelho 161 é transmitida ao espelho de reflexão secundário 203, e então injetada na cavidade de calibragem secundária 201 ao longo do eixo Y-Y' da
referida cavidade.
Um sinal de calibragem ótico é coletado pelo detector secundário
205 e é usado como uma referência pelo meio de cálculo para quantificar o teor de cada resíduo de combustão que circula sucessivamente na cavidade de medição 147.
Em uma outra variante (não ilustrada), a câmara é desprovida de espelhos e o sinal ótico incidente interage com os componentes contidos na cavidade apenas ao longo de um único segmento em uma linha reta que conecta o ponto no qual o mesmo entra na cavidade de medição ao ponto no qual o mesmo sai da cavidade de medição.
Em virtude da invenção que foi acima descrita, é possível proporcionar um dispositivo 55 para quantificar o teor de pelo menos um constituinte gasoso em uma amostra a partir de um fluido de petróleo, que pode ser prontamente adaptado na vizinhança de uma instalação de perfuração ou um poço para a exploração de fluidos.
A combinação dos meios 111 para formar um fluxo gasoso compreendendo uma coluna 121 para separação por meio de retenção seletiva, com uma unidade 115 para medição ótica do teor dos resíduos a partir do forno 113 permite analisar, "em linha", os compostos gasosos extraídos a partir do fluido, e ainda retém um nível significativo de seletividade para a análise. A referida seletividade em particular permite realizar medições isotópicas.
Adicionalmente, o uso de uma unidade ótica de medição 115, em particular quando a mesma compreende uma cavidade de absorção refletiva Ϊ47, na qual a incidência do sinal ótico injetado na cavidade 147 não é zero, simplifica de forma considerável os instrumentos necessários, o que permite que o dispositivo de quantificação 55 seja prontamente deslocado e posicionado na vizinhança de uma instalação de perfuração ou um poço de petróleo.
Ademais, com relação ao dispositivo mostrado nas Figuras 2 a 4, um único laser 129 dotado de uma única cavidade 153 é usado na unidade
ótica de medição 123.
A faixa de comprimentos de onda gerada pelo laser 129 quando a
leitura dos constituintes na cavidade 147 é realizada é suficientemente ampla para se obter duas regiões distintas de absorção correspondendo a dois isótopos distintos, por exemplo, para carbono 12C e carbono 13C, sem a necessidade de usar duas fontes de laser diferentes,
Ademais, o sinal de laser incidente 169 produzido na cavidade 153 é completamente transportado em direção da cavidade 147 sem significante absorção em seu trajeto em direção à cavidade 147. O sinal 169 não é dividido ou passado através de uma célula de referência contendo uma
amostra de referência.
O dispositivo 55 é privado da referida célula de referência, que
não é necessária para se obter as proporções isotópicas.

Claims (16)

1. DISPOSITIVO PARA QUANTIFICAR O TEOR DE PELO MENOS UM CONSTITUINTE GASOSO CONTIDO EM UMA AMOSTRA GASOSA A PARTIR DE UM FLUIDO, do tipo que compreende: - meios (111) para formar um fluxo gasoso a partir da amostra, compreendendo meios (121) para separação por meio de retenção seletiva de ou de cada constituinte gasoso a ser analisado; - meios (113) para a combustão do fluxo gasoso, conectado ao meio de separação (121) de modo a formar sucessivamente um resíduo gasoso a partir de ou de cada constituinte; - meios (115) para quantificar o teor de ou de cada constituinte a ser analisado no fluxo gasoso; caracterizado pelo fato do meio de quantificação (115) compreende: - uma célula de medição ótica (127) que é conectada aos meios de combustão (113), de modo a receber o fluxo gasoso a partir do meio de combustão (113); - meios (161) para introduzir um sinal ótico incidente a laser na célula (127); - meios (133) para medir um sinal ótico transmitido que resulta a partir de uma interação entre o sinal ótico e o ou cada resíduo gasoso na célula (127); e - meios (125) para calcular o referido teor com base no sinal ótico transmitido.
2. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o meio de quantificação (115) compreende meios (129) para emitir um sinal ótico, e meios (159) para oticamente transmitir o referido sinal ao meio de introdução (161), e em que o meio de emissão (129) compreende meios (155) para ajustar o comprimento de onda do sinal emitido, cujos meios são capazes de ler uma faixa de comprimento de onda específica por um período de tempo predeterminado.
3. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que a célula (127) compreende: - pelo menos dois espelhos (137A, 137B) que delimitam uma cavidade de medição (147); - meios (139) para transportar o fluxo gasoso para a cavidade de medição (147); e em que o meio de introdução (161) compreende meios para injetar o sinal ótico incidente na cavidade de medição (147).
4. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que pelo menos um primeiro espelho (137A) é dotado de uma refletividade inferior a 100%, o meio de medição (133) sendo disposto na parte posterior do primeiro espelho (137A) fora da cavidade de medição (147).
5. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que os espelhos (137A, 137B) são dispostos um em oposição ao outro ao longo do eixo de cavidade (X-X').
6. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que os espelhos (137A, 137B) são dotados de superfícies reflexivas (145A, 145B) dispostas ao longo do mesmo eixo de cavidade (X-X'), o dispositivo (55) compreendendo meios (161) para gerar uma pluralidade de reflexões do sinal ótico em pelo menos dois pontos separados (174A, 174B) em cada espelho (137A, 137B) durante o seu percurso na cavidade de modo a criar pelo menos dois segmentos de sinal ótico separados (173) na cavidade de medição (147).
7. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o meio para gerar uma pluralidade de reflexões compreende meios para inclinar o meio de injeção (161) de modo a inclinar o sinal ótico incidente a ser introduzido na cavidade de medição (147) com espaçamento a partir do eixo da cavidade (X-X').
8. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o meio de separação compreende um cromatógrafo de fase de gás (121).
9. CONJUNTO PARA ANALISAR PELO MENOS UM CONSTITUINTE GASOSO CONTIDO EM UM FLUIDO DE PETRÓLEO, caracterizado pelo fato de compreender: - meios (51) para amostragem do fluido de petróleo; - meios (53) para extrair uma amostra gasosa a partir do fluido, cujo meio é conectado ao meio de amostragem (51); e - um dispositivo (55) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, sendo os meios de extração (53) conectados ao meio de formação (111).
10. MÉTODO PARA QUANTIFICAR O TEOR DE PELO MENOS UM CONSTITUINTE GASOSO CONTIDO EM UMA AMOSTRA GASOSA A PARTIR DE UM FLUIDO, do tipo que compreende as etapas a seguir: - a formação de um fluxo gasoso a partir da amostra, compreendendo uma fase de separação por meio de retenção seletiva de ou de cada constituinte gasoso a ser analisado; - a combustão do fluxo gasoso a partir da fase de separação de modo a formar sucessivamente um resíduo gasoso a partir de ou de cada constituinte; - a quantificação do teor de ou de cada constituinte a ser analisado no fluxo gasoso; caracterizado pelo fato de que a etapa de quantificação compreende as fases a seguir: - a introdução do fluxo gasoso a partir da etapa de combustão dentro de uma célula de medição ótica (127), e para o ou cada resíduo sucessivamente introduzido na célula de medição (127); - a introdução de um sinal ótico incidente na célula (127); - a medição de um sinal ótico transmitido resultante a partir de uma interação entre o sinal ótico e o ou cada resíduo gasoso na célula; e - o cálculo do referido teor com base no sinal ótico transmitido.
11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a etapa de quantificação compreende uma fase para emitir um sinal ótico substancialmente monocromático, e uma fase para oticamente transmitir o referido sinal de modo a introduzir o mesmo na célula (127), e em que a fase de emissão compreende o ajuste do comprimento de onda do sinal emitido, e a leitura de uma faixa de comprimento de onda específica para um período de tempo predeterminado.
12. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 11, caracterizado pelo fato de que o mesmo compreende a etapa de transportar o fluxo gasoso à cavidade de medição (147) que é delimitada por pelo menos dois espelhos (137A, 137B), e em que a etapa de introdução compreende uma fase para injetar o sinal ótico incidente na cavidade de medição (147).
13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que os espelhos (137A, 137B) são dispostos um em oposição ao outro.
14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que pelo menos o primeiro espelho (137A) apresenta uma refletividade inferior a 100%, a etapa de medição sendo realizada em um ponto na parte de posterior do primeiro espelho (137A) fora da cavidade.
15. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, caracterizado pelo fato de que os espelhos (137A, 137B) são dotados de superfícies de reflexão as quais são dispostas coaxialmente no eixo de cavidade (X-X'), o método compreendendo a etapa de gerar uma pluralidade de reflexões do sinal ótico nos pelo menos dois pontos separados (174A, 174B) em cada espelho (137A, 137B) durante o seu percurso na cavidade de modo a criar pelo menos dois segmentos de sinal ótico separados (173) na cavidade de medição (147).
16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a etapa para gerar uma pluralidade de reflexões compreende a inclinação do sinal ótico incidente introduzido na cavidade de medição (147) com relação ao eixo da cavidade (X-X').
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