BRPI1006172B1 - dispositivo, sistema e método para amostrar e analisar fluidos de formação de fundo de poço - Google Patents
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Abstract
sistema e método para amostrar e analisar fluidos de formação de fundo de poço a presente invenção refere-se a um dispositivo para a amostragem de fluido de uma formação de terra. o dispositivo inclui: uma abertura de entrada que pode ser disposta em comunicação de fluidos com o fluido em um fundo de perfuração; um injetor incluindo uma câmara de injeção em comunicação de fluidos com a abertura de entrada, o injetor configurado para receber uma porção do fluido e direcionar o fluido na direção de uma unidade de análise para analisar materiais constituintes no fluido; e a válvula de alta pressão configurada para admitir a porção do fluido em uma pressão de fundo de perfuração e liberar a porção do fluido para dentro do injetor, a porção tendo um volume que é menor ou igual a cerca de um microlitro. um sistema e método para analisar constituintes de fluido em um fundo de perfuração em uma formação de terra também são descritos.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para DISPOSITIVO, SISTEMA E MÉTODO PARA AMOSTRAR E ANALISAR FLUIDOS DE FORMAÇÃO DE FUNDO DE POÇO.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [001] A presente invenção refere-se a operações de perfuração e recuperação de hidrocarbonetos, durante as quais, muitas vezes fluido é extraído de um furo de poço perfurado para identificar gases presentes no fluido para analisar a formação e/ou características do reservatório. O fluido é geralmente removido e mandado a um local na superfície para análise. Porém, tal análise na superfície pode atrasar a avaliação de um projeto de reservatório ao requerer que as amostras de fluido sejam removidas e enviadas a um laboratório na superfície para análise, o que pode levar meses. Unidades de análise do furo de poço permitem uma análise de fluido em tempo real e reduzem este atraso.
[002] Introduzir amostras representativas em um sistema de análise do furo de poço é importante em fornecer dados de análise composicional precisos. Se o sistema de entrada passa seletivamente alguns constituintes sobre outros, então qualquer medição da distribuição relativa de constituintes será errônea a não ser que esta seletividade possa ser quantificada e uma correção seja feita. Portanto, um sistema de entrada que transmita a mesma distribuição de constituintes que esteve originalmente presente é preferido. Em um sistema do furo de poço, introduzir amostras representativas pode ser muito difícil, assim tornando a análise precisa de fluidos de furo de poço em tempo real difícil de executar devido às condições geralmente inóspitas e restrições de especo e projeto inerentes a um ambiente de furo de poço.
BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO [003] Um dispositivo para a amostragem de fluidos de uma formação de terra inclui: uma abertura de entrada que pode ser disposta
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2/17 em comunicação de fluidos com o fluido em um fundo de perfuração; um injetor incluindo uma câmara de injeção em comunicação de fluidos com a abertura de entrada, o injetor configurado para receber uma porção do fluido e dire cionar o fluido na direção de uma unidade de análise para analisar materiais constituintes no fluido; e uma válvula de alta pressão configurada para admitir a porção do fluido a uma pressão de fundo de perfuração e liberar a porção do fluido para dentro do injetor, a porção tendo um volume que é menor ou igual à cerca de um microlitro.
[004] Um sistema para analisar constituintes de fluido em um fundo de perfuração em uma formação de terra inclui: uma abertura de entrada em comunicação de fluidos com o fluido no fundo de perfuração; um injetor incluindo uma câmara de injeção em comunicação de fluidos com a abertura de entrada, o injetor configurado para receber uma porção selecionada do fluido; a válvula de alta pressão em comunicação de fluidos com a câmara de injeção, a válvula de alta pressão configurada para suportar uma pressão de pelo menos 7.030.700 kgf/m2 (10.000 psi) e liberar a porção selecionada do fluido para dentro do injetor, a porção selecionada tendo um volume que é menor ou igual à cerca de um microlitro; a câmara de vácuo em comunicação de fluidos com o bocal, a câmara de vácuo sendo pelo menos parcialmente evacuada de gases; e uma unidade de análise disposta na câmara de vácuo, a unidade de análise configurada para receber o fluido e detectar materiais constituintes no fluido.
[005] Um método de analisar constituintes de fluido em um fundo de perfuração em uma formação de terra inclui: receber o fluido via uma abertura de entrada do fundo de perfuração; ativando uma válvula para injetar uma porção selecionada do fluido para dentro de um injetor, a porção selecionada tendo um volume que é menor ou igual à cerca de um microlitro, o injetor incluindo uma câmara de injeção e um bocal em
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3/17 comunicação de fluidos com a abertura de entrada; avançar a porção selecionada através do injetor; e receber o fluido em uma câmara de análise e detectando materiais constituintes no fluido via uma unidade de análise disposta na câmara de análise e materiais no fluido atomizado via uma unidade de análise disposta na câmara de análise. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [006] As descrições a seguir não deverão ser consideradas limitantes de qualquer maneira. Com referência às figuras em anexo, elementos semelhantes são numerados de forma semelhante:
[007] a figura 1 representa uma modalidade de um sistema de perfilagem de poço e/ou sistema de perfuração;
[008] a figura 2 é uma ilustração de uma ferramenta de medição de fluido de formação do sistema da figura 1;
[009] a figura 3 é uma ilustração de uma modalidade de um injetor da ferramenta de medição da figura 2;
[0010] a figura 4 é uma ilustração de outra modalidade do injetor da ferramenta de medição da figura 2;
[0011] a figura 5 é um fluxograma fornecendo um método exemplar de se analisar constituintes de fluido em um fundo de perfuração em uma formação de terra; e [0012] a figura 6 é uma ilustração de um sistema para analisar constituintes de fluido em um fundo de perfuração em uma formação de terra.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0013] Referindo à figura 1, uma modalidade exemplificativa de uma perfilagem de poço e/ou sistema de perfuração 10 inclui uma coluna de perfuração 11 que é mostrada disposta em um fundo de perfuração 12 que penetra pelo menos uma formação de terra 14 durante uma perfuração, perfilagem de poço e/ou operação de produção de hidrocarbonetos. A coluna de perfuração 11 inclui um tubo de
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4/17 perfuração, que pode ser uma ou mais seções de tubo ou tubulação serpenteada, por exemplo. Um fundo de perfuração de fluido 16, como fluido de perfuração ou lama de perfuração, pode ser bombeado através da coluna de perfuração 11 e/ou o fundo de perfuração 12. O sistema de perfuração de poço 10 também inclui uma composição de fundo (BHA) 18.
[0014] Como descrito aqui, “fundo de perfuração ” ou “furo de poço” refere-se a um único buraco que compõe a totalidade ou parte de um poço perfurado. Como descrito aqui, “formações” refere-se às diversas características e materiais que podem ser encontrados em um ambiente subsuperficial. Portanto, deverá ser considerado que enquanto o termo “formação” geralmente se refere a formações geológicas de interesse, que o termo “formações”, como usado aqui, pode, em alguns casos, incluir quaisquer volumes ou pontos geológicos de interesse (como uma área de levantamento). Além disso, deverá ser notado que “coluna de perfuração”, como usado aqui, refere-se a qualquer estrutura adequada para baixar uma ferramenta através de um fundo de perfuração ou conectando uma broca à superfície, e não é limitado à estrutura e configuração descrita aqui. Por exemplo, a coluna de perfuração 11 pode ser configurada como um cabo de aço conectado a uma ferramenta de fundo de poço. Além do mais, “fluido de fundo de perfuração” ou “fluido de formação”, como descrito aqui, refere-se a um fluido introduzido no fundo de perfuração via uma fonte de superfície e/ou a fonte dentro da formação 14.
[0015] Em uma modalidade, o BHA 18 inclui uma montagem de broca de perfuração 20 e motores associados adaptados para perfurarem através de formações de terra. Em uma modalidade, a montagem de broca de perfuração 20 inclui uma montagem de direção incluindo um motor de direção 22 configurado para controlar rotacionalmente um eixo 24 conectado a uma broca de perfuração 26.
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O eixo é utilizado nas operações de geodireção para direcionar a broca de perfuração 26 e a coluna de perfuração 11 através da formação 14. [0016] O BHA 18, em uma modalidade, inclui a ferramenta de medição de fundo de poço 28 configurada como um microamostrador de alta pressão e alta temperatura para detecção, classificação e análise em tempo real de gases presos em uma amostra de fluido de formação. A ferramenta de medição inclui uma ou mais unidades de análise como um espectrômetro de massa, um cromatógrafo de gás, e um cromatógrafo de líquido de alta pressão. Apesar da ferramenta de fundo de poço 28 ser descrita em conjunto com um sistema de perfuração, a ferramenta de fundo de poço 28 pode ser utilizada com qualquer sistema disposto em um fundo de perfuração, como um sistema de produção de hidrocarbonetos e um sistema de perfilagem incluindo um sistema medindo-enquanto-perfura (MWD) ou perfilaenquanto-perfura (LWD). Em uma modalidade, a ferramenta de fundo de poço 28 é incorporada em um sistema de avaliação de fluido de fundo de perfuração como o sistema Reservoir Characterization InstrumentSM (RCISM) produzido pela Baker Hughes Incorporated.
[0017] A ferramenta de fundo de poço 28 é capaz de detectar a presença e concentração de um ou mais de diversos gases e outros materiais constituintes. Exemplos de tais constituintes incluem metano, etano, propano, butano, sulfeto de hidrogênio, dióxido de carbono e um filtrado de lama baseado em óleo no fluido de formação. A ferramenta de fundo poço 28 é capaz de vaporizar ou atomizar e transferir uma quantidade muito pequena, por exemplo, submicrolitro, quantidade de um fluido de formação de altíssima pressão para uma câmara de análise de pressão muito baixa (ou seja, atmosférica, vácuo ou quase vácuo). Em uma modalidade, a alíquota de amostra que é injetada na câmara é mantida extremamente pequena para não sobrecarregar o sistema de vácuo e tornar difícil purgar uma amostra anterior antes de introduzir a
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6/17 próxima amostra.
[0018] A ferramenta de fundo de poço 28 inclui uma sonda de entrada 30 que pode ser estendida de uma coluna de perfuração 11 para receber uma amostra de fluido de formação, uma câmara de coleta 32 em comunicação de fluidos com a sonda de entrada 30, e uma montagem de medição 34 configurada para pressurizar e vaporizar ou atomizar uma amostra do fluido de formação, e analisar os gases constituintes presentes dentro da amostra. A sonda de entrada 30 é estendível para coletar fluido localizado no anel entre a coluna de perfuração 11 e o fundo de perfuração 12 e/ou fluido localizado na formação 14 ou um reservatório na formação 14.
[0019] A ferramenta de fundo de poço 28 inclui um chip de processador ou outra unidade eletrônica para receber, analisar, armazenar e ou comunicar informações com relação à constituição do fluido. Em uma modalidade, a unidade de eletrônica é configurada para comunicar-se com um processador remoto como uma unidade de processamento de superfície 36. Em uma modalidade, a unidade de processamento de superfície 36 é configurada como uma unidade de controle de perfuração de superfície que controla diversos parâmetros de produção e/ou perfuração como velocidade de rotação, peso na broca, parâmetros de fluxo de fluido, parâmetros de bombeamento e outros e grava e apresenta em dados de avaliação de formação em tempo real. Além disso, a unidade de processamento de superfície 36 pode ser configurada como uma unidade de controle de montagem de medição para controlar as operações da montagem de medição 34 remotamente. O BHA 18 e/ou a ferramenta de fundo de poço 28 é configurada para comunicar-se com a unidade de processamento de superfície 36 via qualquer conexão adequada, como uma conexão por fio incluindo um cabo de aço ou tubo com fio, uma conexão de fibra ótica, uma conexão sem fio e telemetria de pulso de lama.
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7/17 [0020] Em uma modalidade, a unidade de processamento de superfície 36 inclui componentes conforme necessário para fornecer o armazenamento e/ou processamento de dados coletados de uma ferramenta de fundo de poço 28. Componentes exemplares incluem, sem limitações, pelo menos um processador, dispositivos de armazenamento, memória, entrada e saída e similares.
[0021] Com referência à figura 2, a ferramenta de medição de fundo de poço 28 inclui a abertura de entrada 30 conectada à câmara de coleta 32 para receber o fluido de formação, que por sua vez é conectado via um eletroduto de entrada 38 a uma unidade de amostragem de alta pressão ou injetor 40. O injetor 40 é configurado para vaporizar ou atomizar a amostra do fluido de formação. O injetor 40 recebe uma porção do fluido de formação, que pode ter uma pressão em um faixa de cerca de 5.624.560 kgf/m2 (8.000 psi) a cerca de 8.436.840 kgf/m2 (12.000 psi). O fluido de alta pressão entra no eletroduto de entrada 38 e força a amostra do fluido de formação para dentro do injetor 40. Em uma modalidade, a pressão do fluido no injetor 40 é de pelo menos cerca de 7.030.700 kgf/m2 (10.000 psi). Em uma modalidade, um injetor exemplar 40 é configurado de forma semelhante a um injetor de combustível de alta pressão de um motor a diesel.
[0022] Em uma modalidade, o injetor 40 é conectado em comunicação de fluidos com uma câmara de análise, ou seja, a câmara de vácuo 44, que recebe a amostra de fluido atomizado. A câmara de vácuo 44 é mantida a uma pressão selecionada, como uma pressão atmosférica ou pressão mais baixa. A câmara de vácuo 44 é pelo menos parcialmente evacuada de ar e outros gases por uma bomba de vácuo 42 para formar pelo menos um vácuo parcial antes da introdução da amostra de fluido. Uma unidade de análise 46 como um espectrômetro de massa (MS) ou unidade de cromatógrafo de gás (GC) é disposta na câmara de análise 44. A unidade de análise 46 é exposta à amostra
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8/17 atomizada de fluido e detecta a existência e/ou concentração de vários materiais constituintes.
[0023] Em uma modalidade, a unidade de processamento 48 incluindo eletrônicos adequados é configurada como unidade de controle para controlar a operação do injetor 40 e/ou a unidade de análise 46. A unidade de processamento 48 é configurada para receber dados de medição, armazenar estes dados e/ou transmitir os dados a um local remoto como a unidade de processamento de superfície 36.
[0024] Com referência à figura 3, o injetor 40 inclui a válvula de alta pressão 50 em comunicação de fluidos com uma câmara de injeção 52, que está por sua vez em comunicação de fluidos com um bocal 54. Em uma modalidade, o bocal 54 tem um diâmetro pequeno o suficiente para atomizar a amostra de fluido introduzida na câmara de injeção 52.
[0025] O bocal 54 tem um diâmetro muito pequeno suficiente para atomizar a amostra de fluido conforme ela é forçada através do bocal 54 para a câmara de vácuo 44. Em uma modalidade, a câmara de injeção 52 é projetada para coletar amostras de fluido tendo um volume de cerca de um microlitro, ou seja, um milímetro cúbico, ou menos. Em outra modalidade, a câmara de injeção 52 é projetada para coletar uma amostra de fluidos tendo um volume entre 0,2 e um microlitro.
[0026] A válvula 50 pode ter qualquer configuração adequada para permitir a entrega de um volume selecionado do fluido de formação. Em uma modalidade, a válvula 50 é configurada para suportar pressões maiores que 7.030.700 kgf/m2 (10.000 psi). Em uma modalidade, a válvula 50 é ativada via qualquer mecanismo adequado, como um mecanismo eletromagnético (via um motor ou solenoide), piezoelétrico, termal, mecânico, pneumático e hidráulico. Um exemplo da válvula 50 é uma válvula de pressão configurada para abrir automaticamente em resposta à pressão do fluido exceder um limite determinado.
[0027] Em uma modalidade, a válvula 50 é ativável para permitir a
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9/17 passagem de uma amostra de fluido para na câmara de injeção 52 tendo um volume de cerca de um microlitro, ou seja, um milímetro cúbico ou menos. Em outra modalidade, a válvula 50 é ativável para permitir a passagem de uma amostra de fluido tendo um volume entre 0,2 e um microlitro.
[0028] Em uma modalidade, o injetor 40 inclui uma válvula de desvio de bocal 53 para permitir a rápida descarga de qualquer amostra antiga que seja retida no corpo do injetor em uma câmara de resíduos ou outro local e, portanto, permitir que o corpo do injetor encha-se rapidamente com uma amostra inteiramente nova.
[0029] Com referência à figura 4, em uma modalidade, o injetor 40 inclui uma válvula de volume morto ultrabaixo, que permite a entrega do volume selecionado, como uma única gotícula (por exemplo, 10 nanolitros), sem a necessidade de uma câmara para admitir um volume maior de fluido que o volume selecionado. Tal injetor reduz ou elimina o volume morto da amostra (ou seja, uma porção não usada da amostra) e, portanto, reduz ou elimina a necessidade de se descarregar as câmaras entre amostras.
[0030] O injetor 40 inclui uma válvula 60 tendo uma ou mais ranhuras ou passagens 62 que são gravadas ou de outra forma localizadas na superfície da válvula 60. Cada passagem 62 tem um volume selecionado correspondente ao volume desejado da amostra. Por exemplo, cada passagem tem um volume de aproximadamente 10 nanolitros. Com esta configuração, uma única gotícula pode ser injetada na câmara de vácuo 44 sem o excesso de volume de fluido que de outra forma teria de ser decarregado antes de uma outra amostra ser coletada.
[0031] A válvula inclui dois eletrodutos que permitem que a amostra do fluido seja coletada e transferida para uma unidade de análise. Em uma modalidade, a válvula 60 inclui um primeiro eletroduto em
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10/17 comunicação de fluidos com a câmara de coleta 32 e/ou o eletroduto de entrada 38 para receber o fluido de formação, e um segundo eletroduto em comunicação de fluidos com a câmara de vácuo 44.
[0032] Pelo menos uma porção da válvula 60 é rotacionável para remover a amostra do fluido do eletroduto de entrada 38 e transferir a amostra para a câmara de vácuo 44. Em uma primeira posição (posição A), a passagem 62 é posicionada em comunicação de fluidos com o eletroduto de entrada 38. Quando a válvula 60 é rotacionada para uma segunda posição (posição B), a passagem 62 retém a amostra tendo somente o volume desejado do fluido (por exemplo, uma única gotícula), e transfere a amostra para um local que está em comunicação de fluidos com a câmara de vácuo 44. Opcionalmente, pelo menos uma segunda passagem 62 é posicionada na válvula 60, para que quando a válvula 60 esteja na segunda posição, a segunda passagem 62 é posicionada em comunicação de fluidos com o eletroduto de entrada 38 para que fluido possa continuar a fluir através da válvula 60 sem interrupções substanciais.
[0033] Em uma modalidade, a ferramenta de fundo de poço 28 inclui adicionalmente um filtro 56 para prevenir a entrada de matéria particulada ou outros sólidos no injetor 40. Em outra modalidade, um segundo filtro 57 é disposto entre o bocal 54 e a câmara de análise 44. Um exemplo de tal filtro inclui um filtro de metal poroso. Outro exemplo inclui um filtro de carvão ativado, que pode ser usado entre o bocal 54 e a câmara de análise 44 para prender componentes pesados de petróleo bruto como asfaltenos para que eles não entrem na unidade de análise de cromatógrafo de gás ou espectrômetro de massa 46.
[0034] O injetor 40 opcionalmente inclui uma válvula de contrapressão 58 ou outra válvula de sentido único para prevenir que fluido flua para na câmara de injeção 52 na direção do eletroduto 38. A válvula de contrapressão 58 pode ser qualquer válvula de sentido único
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11/17 capaz de aguentar as pressões da câmara de injetor 52. Um exemplo de tal válvula de sentido único e uma válvula de contrapressão HPLC produzida pela Analytical Scientific Instruments, Inc. (ASI). Tais válvulas de contrapressão são capazes de suportar pressões de até 8.436.840 kgf/m2 (12.000 psi).
[0035] Uma modalidade da válvula 50 é uma válvula ativada pizoeletricamente, como uma válvula de agulha ativada pizoeletricamente, que é fornecida para aplicar ativação de válvula rápida e precisa. A válvula 50 inclui um material piezoelétrico como uma pluralidade de plaquetas de cerâmica que expandem em resposta à aplicação de uma voltagem selecionada para abrir a válvula. Tais ativadores piezoelétricos permitem que a válvula seja aberta dentro de milissegundos e permitem tamanhos muito pequenos de amostra, como tamanhos de amostra de menos de um microlitro, a ser introduzido para dentro do injetor 40 e subsequentemente na câmara de vácuo 44.
[0036] Uma modalidade da válvula 50 inclui um piezoativador em um mecanismo servomecânico opcional como uma servo-válvula de três vias, que é capaz de permitir pequenas quantidades na câmara de injeção 52, como quantidades de menos de um microlitro, enquanto mantendo uma quantidade de injeção repetível sob altas pressões como 16.170.610 kgf/m2 (23.000 psi).
[0037] Um exemplo da válvula de alta pressão é descrito em Rajesh Duggirala et al., “A Pyroelectric - Piezoelectric Valve for Integrated Microfluidoics”, Son/cMEMS Laboratory, School of Electrical and Computer Engineering, The 12th International Conference on Solid State Sensors, Actuators and Microsystems, Boston, 8-12 de Junho, 2003, a descrição da qual é incorporada aqui por referência na sua totalidade. Esta válvula de alta pressão é uma microválvula de baixa voltagem e potência que é ativável ou eletricamente ou por um efeito piezoelétrico inverso ou termalmente por um efeito piroelétrico.
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12/17 [0038] Um exemplo da válvula de alta pressão é uma válvula de cromatografia de líquido de alta pressão (HPLC). Outro exemplo da válvula de alta pressão é aquela utilizada no sistema de injeção de líquido pressurizado (PLIS) da Transcendent Enterprises Incorporated de Alberta, Canadá. Sistemas PLIS são descritos em Luong et al., “Innovations in High-Pressure Liquid Injection Technique for Gas Chromotography: Pressurized Liquid Injection System”, Journal of Chromatographic Science, vol. 41, novembro/dezembro de 2003, cuja descrição é incorporada aqui por referência na sua totalidade.
[0039] Outros exemplos de válvulas de alta pressão incluem aquelas utilizadas em Cromatografia de líquida de ultradesempenho (UPLC) UPLC é uma técnica de cromatografialíquida que usa pressões de até 10.546.050 kgf/m2 (15.000 psi). Portanto, válvulas de injeção usadas nestes sistemas são construídas para pressões de até 10.546.050 kgf/m2 (15.000 psi). Tais válvulas são produzidas por, por exemplo, CTC Analytics AG e JASCO Benelux BV.
[0040] Um outro exemplo de uma válvula de injeção de alta pressão é descrita em Xiang et al., “Pseudolinear Gradient Ultrahigh-Pressure Liquid Chromatography Using an Injection Valve Assembly,” Analytical Chemistry, 78 (3), 858 -864, 2006, a descrição da qual é incorporada aqui por referência na sua totalidade. Esta válvula de injeção é útil em cromatografia de líquido de pressão ultra-alta (UHPLC), e pode operar em pressões de até 21.092.100 kgf/m2 (30.000 psi). Esta válvula inclui seis válvulas de agulha eletronicamente controladas em miniatura para fornecer volumes tão pequenos quanto vários décimos de nanolitro.
[0041] Outro exemplo de uma válvula adequada é uma válvula “congela-derrete”, que é utilizada para controlar o fluxo de fluido ao congelar ou derreter o fluido em uma porção selecionada de um eletroduto. A válvula “congela-derrete” permite o controle de fluido em pequenos eletrodutos, e é operável em sistemas de alta pressão. Por exemplo,
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13/17 tais válvulas podem suportar gradientes de pressão maiores que 7.030.700 kgf/m2 (10.000 psi) por milímetro. Em uma modalidade, a válvula “congela-derrete” inclui um metal ou outro material tendo um ponto de derretimento maior que a temperatura do fundo de perfuração. [0042] A figura 5 ilustra um método 70 de analisar constituintes de fluido em um fundo de perfuração em uma formação de terra. O método 70 é usado em conjunto com a ferramenta de fundo de poço 28 e a unidade de controle 48 e/ou a unidade de processamento de superfície 36, apesar do método 70 poder ser utilizado em conjunto com qualquer combinação adequada de processadores e dispositivos de atomização de fluido. O método 70 inclui uma ou mais etapas 71, 72, 73 e 74. Em uma modalidade, o método 70 inclui a execução de todas as etapas 7174 na ordem descrita. Porém, certas etapas podem ser omitidas, etapas podem ser adicionadas, ou a ordem das etapas mudada.
[0043] Na primeira etapa 71, fluido de formação é puxado para dentro da sonda de entrada 30 e para na câmara de coleta 32. Em uma modalidade, o fluido de formação tem uma pressão de pelo menos cerca de 5.624.560 kgf/m2 5.624.560 kgf/m2 (8.000 psi).
[0044] Na segunda etapa 72, a amostra do fluido de formação é puxada para dentro do injetor ao ativar a válvula 50 e/ou a válvula 60. Em uma modalidade, a válvula 50 é ativada para puxar um volume de cerca de um microlitro ou menos para dentro do injetor.
[0045] Na terceira etapa 73, o fluido é atomizado ou vaporizado enquanto passa através do bocal 54 e entra na câmara de vácuo 44, e o vapor resultante é exposto à unidade de análise 46 que analisa o vapor para detectar os componentes e concentrações relativas dos mesmos. Em uma modalidade, o fluido é recebido pela válvula 60 e uma única gotícula é transferida para a câmara de vácuo 44. Isto pode ser executado via uma unidade de controle 48. Em uma modalidade, uma bomba a vácuo adequada é utilizada para reduzir a pressão na câmara
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14/17 de análise 44 após cada amostra ser injetada e antes da próxima amostra ser injetada para reduzir ou minimizar a contaminação cruzada das amostras.
[0046] Na quarta etapa 74, dados representados constituintes do vapor são transmitidos para a unidade de processamento de superfície 36, outro processador adequado e/ou a um usuário.
[0047] Referindo a figura 6, está fornecido um sistema 80 para analisar constituintes de fluido em um fundo de perfuração em uma formação de terra. O sistema 80 pode ser incorporado em um computador 82 ou outra unidade de processamento capaz de receber dados de uma ferramenta de fundo de poço 28. Componentes exemplares do sistema 80 incluem, sem limitação, pelo menos um processador, armazenamento, memória, dispositivos de insumo, dispositivos de produto, e similares. Como estes componentes são conhecidos para aqueles versados na técnica, estes não são mostrados em qualquer detalhe aqui.
[0048] Geralmente, alguns dos ensinamentos aqui são reduzidos a instruções que são armazenadas em mídias que podem ser lidos por máquinas. As instruções são implementadas pelo computador 82 e fornecem aos operadores o produto desejado.
[0049] Os sistemas e métodos descritos aqui fornecem várias vantagens sobre técnicas da técnica anterior. A ferramenta de medição descrita aqui é capaz de atomizar ou vaporizar uma quantidade muito pequena de fluido de formação para analisar de forma precisa os componentes constitutivos do fluido de fundo de poço e em tempo real. A configuração da ferramenta permite seu uso em um ambiente de fundo de poço sem comprometer a precisão. Além disto, em contraste com técnicas que usam membranas como a entrada, a entrada de amostra descrita aqui fornece uma amostra útil para MS ou GC tendo as mesmas quantidades relativas de cada componente como o fluido de
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15/17 formação. Isto é particularmente útil pata identificar facilmente as quantidades relativas de múltiplos gases ou vapores. Além disto, a ferramenta de medição permite uma maneira repetível de coletar um tamanho conhecido da amostra para avaliar as concentrações absolutas a também relativas de cada componente. Também, ao contrário da membrana, a ferramenta de medição utilizando um sistema de injeção direta de amostra não preferencialmente transmite alguns componentes da amostra em relação a outros componentes, então ela não introduz uma distorção nas concentrações relativas que tem de ser calibradas. [0050] Em apoio aos ensinamentos aqui, neste documento, diversas análises e/ou componentes analíticos podem ser usados, incluindo sistemas digitais e/ou analógicos. O sistema pode ter componentes como um processador, mídia de armazenamento, memória, insumo, produto, link de comunicações (com fio, sem fio, lama pulsada, óticos ou outros), interfaces de usuário, programas de software, processadores de sinais (digital ou analógico) e outros tais componentes (como resistores, capacitores, indutores e outros) para fornecer para a operação e análise dos aparelhos e métodos descritos aqui em qualquer das diversas maneiras bem apreciadas na técnica. É considerado que estes ensinamentos podem ser, mas não precisam ser, implementados em conjunto com um conjunto de instruções executáveis por computador armazenadas em um meio legível por computador, incluindo memória (ROMs, RAMs), ótico (CD-ROMs), ou magnético (discos, discos rígidos), ou qualquer outro tipo que quando executado causa o computador a implementar o método da presente invenção. Estas instruções podem fornecer para operação de equipamentos, controle, coleta de dados e análise e outras funções que são consideradas relevantes por um projetista de sistema, proprietário, usuário ou outro pessoal, somadas às funções descritas nesta descrição.
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16/17 [0051] Ademais, vários outros componentes podem ser incluídos e solicitados para fornecer aspectos dos ensinamentos contidos aqui. Por exemplo, uma linha de amostra, armazenamento de amostra, câmara de amostra, exaustor de amostra, bomba, pistão, suprimento de energia (por exemplo, pelo menos um de um gerador, uma fonte remota e uma bateria), suprimento de vácuo, suprimento de pressão, unidade ou suprimento de refrigeração (ou seja, resfriamento), componente de aquecimento, força motriz (como uma força de translado, força de propulsão ou uma força de rotação), imã, eletroímã, sensor, eletrodo, transmissor, receptor, transceptor, controlador, unidade ótica, unidade elétrica ou unidade eletromecânica podem ser incluídos em apoio dos diversos aspectos discutidos aqui ou em apoio a outras funções além desta descrição.
[0052] Aquele versado na técnica irá reconhecer que os diversos componentes ou tecnologias podem fornecer certas funcionalidades ou características necessárias ou benéficas. Nesse sentido, estas funções e características como podem ser necessárias em apoio às reivindicações anexas e variações das mesmas, são reconhecidas como sendo inerentemente incluídas como parte dos ensinamentos aqui e uma parte da invenção descrita.
[0053] Enquanto a invenção tem sido descrita com referência às modalidades exemplares, deverá ser entendido por aqueles versados na técnica que diversas mudanças podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos por elementos do mesmo sem abandonar o escopo da invenção. Além disto, muitas modificações serão apreciadas por aqueles versados na técnica para adaptar um instrumento em particular, situação ou material aos ensinamentos da invenção sem abandonar o escopo essencial dos mesmos. Portanto, é pretendido que a invenção não seja limitada à modalidade em particular descrita como o melhor modo contemplado para executar esta invenção, mas que a
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17/17 invenção irá incluir todas as modalidades que estão dentro do escopo das reivindicações anexas.
Claims (20)
1. Dispositivo (28) para amostrar fluido de uma formação de terra, o dispositivo (28) compreendendo:
(a) uma abertura de entrada (30) que pode ser disposta em comunicação de fluidos com o fluido em um fundo de perfuração, o dispositivo (28) caracterizado por:
(b) um injetor (40) incluindo uma câmara de injeção (52) em comunicação de fluidos com a abertura de entrada (30), o injetor (40) configurado para receber uma porção do fluido na câmara de injeção (52) e direcionar o fluido na direção de uma unidade de análise (46) para análise de materiais constituintes no fluido, a câmara de injeção (52) possuindo um volume que é pelo menos substancialmente igual a um volume da porção do fluido; e (c) uma válvula de alta pressão (50, 60) configurada para admitir a porção do fluido em uma pressão de fundo de perfuração e liberar a porção do fluido para o injetor (40), a porção possuindo um volume que é menor ou igual a cerca de um microlitro.
2. Dispositivo (28), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pressão é de pelo menos 5.624.560 kgf/m2 (8.000 psi).
3. Dispositivo (28), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a válvula de alta pressão (50, 60) inclui uma ativador selecionado de pelo menos um dentre: um ativador piezoelétrico, um ativador eletromagnético e um ativador de pressão.
4. Dispositivo (28), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a válvula de alta pressão (50, 60) é uma válvula de cromatografia líquida de alta pressão (HPLC).
5. Dispositivo (28), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a válvula de alta pressão (50, 60) é uma válvula de agulha.
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2/4
6. Dispositivo (28), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a unidade de análise (46) configurada para receber o fluido e detectar os materiais constituintes do fluido.
7. Dispositivo (28), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a unidade de análise (46) é selecionada de pelo menos um dentre um espectrômetro de massa e um cromatógrafo de gás.
8. Dispositivo (28), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende uma válvula de sentido único (58) disposta na câmara de injeção (52) e configurada para impedir fluxo de fluido na direção da abertura de entrada (30).
9. Dispositivo (28), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um filtro (56, 57) disposto entre um bocal (54) e a unidade de análise (46).
10. Dispositivo (28), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o injetor inclui uma câmara de injeção (52) e um bocal (54) em comunicação de fluidos com a abertura de entrada (30), o bocal (54) configurado para atomizar uma porção do fluido e direcionar fluido atomizado na direção de uma unidade de análise (46 )para analisar os materiais constituintes no fluido atomizado.
11. Sistema (80) para analisar os constituintes de fluido em um fundo de perfuração em uma formação de terra, o sistema compreendendo:
(a) uma abertura de entrada (30) em comunicação de fluidos com o fluido no fundo de perfuração, o sistema caracterizado por:
(b) um injetor (40) incluindo uma câmara de injeção (52) em comunicação de fluidos com a abertura de entrada (30), o injetor (40) configurado para receber uma porção selecionada do fluido na câmara de injeção (52), a câmara de injeção (52) possuindo um volume que é
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3/4 pelo menos substancialmente igual a um volume da porção selecionada do fluido;
(c) uma válvula de alta pressão (50, 60) em comunicação de fluidos com a câmara de injeção (52), a válvula de alta pressão (50, 60) configurada para suportar uma pressão de pelo menos 7.030.700 kgf/m2 (10.000 psi) e liberar a porção selecionada do fluido para dentro do injetor (40), a porção selecionada possuindo um volume que é menor ou igual a cerca de um microlitro;
(d) uma câmara de vácuo (44) em comunicação de fluidos com um bocal (54), a câmara de vácuo (44) sendo pelo menos parcialmente evacuada de gases; e (e) uma unidade de análise (46) disposta na câmara de vácuo (44), a unidade de análise (46) configurada para receber o fluido e detectar materiais constituintes no fluido.
12. Sistema (80), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a válvula de alta pressão (50, 60) inclui um ativador selecionado de pelo menos um dentre: um ativador piezoelétrico, um ativador eletromagnético e um ativador de pressão.
13. Sistema (80), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que ainda compreende uma câmara de coleta (32) em comunicação de fluidos com a abertura de entrada (30).
14. Sistema (80), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um processador (36) em comunicação operável com pelo menos um dentre o injetor (40) e a unidade de análise (46), o processador (36) configurado para detectar os materiais constituintes no fluido de formação.
15. Sistema (80), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a unidade de análise (46) é selecionada de pelo menos um dentre um espectrômetro de massa e um cromatógrafo de gás.
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4/4
16. Sistema (80), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que ainda compreende uma válvula de sentido único (58) disposta na câmara de injeção (52) e configurada para impedir um fluxo do fluido em direção da abertura de entrada (30).
17. Método (70) de analisar constituintes de fluido em um fundo de perfuração em uma formação de terra, o método (70) compreendendo:
(a) receber o fluido através de uma abertura de entrada (30) do fundo de perfuração, o método (70) caracterizado por:
(b) ativar uma válvula (50, 60) para injetar uma porção selecionada do fluido em uma câmara de injeção (52) de um injetor (40), a porção selecionada possuindo um volume que é menor ou igual a cerca de um microlitro, o injetor (40) incluindo uma câmara de injeção (52) e um bocal (54) em comunicação de fluidos com a abertura de entrada (30), a câmara de injeção (52) possuindo um volume que é pelo menos substancialmente igual ao volume da porção selecionada do fluido;
(c) avançar a porção selecionada através do injetor (40); e (d) receber o fluido em uma câmara de análise (44) e detectar materiais constituintes no fluido através de uma unidade de análise (46) disposta na câmara de análise (44).
18. Método (70), de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a porção selecionada possui um volume que é menor ou igual a cerca de um microlitro.
19. Método (70), de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a câmara de análise (44) é uma câmara de vácuo (44) que é pelo menos parcialmente evacuada de gases.
20. Método (70), de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que avançar a porção selecionada inclui atomizar a porção selecionada.
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