MX2007000537A

MX2007000537A - Detector para distinguir las fases en una mezcla de fluidos de fases multiples.

Info

Publication number: MX2007000537A
Application number: MX2007000537A
Authority: MX
Inventors: Paul Guieze; Bruno Pinguet
Original assignee: Schlumberger Technology Bv
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2005-07-11
Publication date: 2007-03-28
Also published as: EP1617202B1; AU2005261858A1; US20080307860A1; WO2006005600A1; CA2573665A1; AU2005261858B2; NO20070783L; EP1617202A1; ATE443855T1; DE602004023283D1

Abstract

Un detector (1) se usa para distinguir una fase a partir de una mezcla de fluidos de fases multiples. El detector comprende: - una sonda (2) optica para distinguir opticamente una de las fases de la mezcla de fluidos de fases multiples, la sonda optica que tiene una punta (20) en contacto con la mezcla de fluidos de fases multiples, y - una celda (3) detectora dispuesta para ser acoplada a una linea (L) de flujo de la mezcla de fluidos de fases multiples y a la sonda (2) optica. La celda (1) detectora ademas comprende: - una linea (4) de flujo interna, dispuesta de modo que las fases de la mezcla del fluido de fases multiples que fluye en la linea de flujo interna, son impulsadas por el efecto capilar, y - una pared interior (5) acoplada a la linea de flujo interna para posicionar la sonda optica en la celda detectora de modo que la mezcla de fluidos de fases multiples fluye sustancialmente alrededor de la punta (20) de la sonda optica.

Description

DETECTOR PARA DISTINGUIR LAS FASES EN UNA MEZCLA DE FLUIDOS DE FASES MÚLTIPLES CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un detector para distinguir una fase de una mezcla de fluidos de fases múltiples. El detector comprende una sonda óptica para distinguir ópticamente una de las fases de la mezcla de fluidos de fases múltiples basado en el índice refractivo de las fases. Una aplicación particular de la invención se refiere a la detección de la diferentes fases de una mezcla de de fluidos de fase múltiples a partir de un pozo de hidrocarburos. Tal mezcla de fluidos de fases múltiples comprende típicamente una fase acuosa, una fase de hidrocarburos líquidos y una fase de hidrocarburos gaseosos . La invención también se refiere a aplicaciones particulares y arreglos del detector para las mediciones en la industria del petróleo. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Después que se ha perforado un pozo de hidrocarburos y se ha asegurado, en general se lleva a cabo una operación de prueba del pozo durante una periodo de tiempo corto. La operación de prueba del pozo sirve para caracterizar los diferentes documentos del efluente que fluye del pozo, y para estimar las capacidades de producción del pozo. Una vez que la operación de prueba se termina, una operación de producción del pozo se lleva a cabo en tanto que el producto que se produce sea satisfactorio en términos de calidad, velocidad de flujo, etc.. Al inicio de la operación de prueba del pozo, la composición del efluente varía considerablemente. El pozo inicialmente lleno con residuos acuosos de la operación de construcción del pozo tal como el fluido de perforación y el fluido de completación. El efluente que se recolecta inicialmente está compuesto esencialmente de agua. Posteriormente, el porcentaje de residuo acuoso disminuye gradualmente, y la composición del efluente se vuelve enriquecida con petróleo y con gas. Así, el efluente es una mezcla de fluido de fases múltiples. Durante la operación de prueba y producción, una preocupación importante es identificar tan exactamente como sea posible las diferentes fases que constituyen la mezcla de fluido de fases múltiples.

Para distinguir una fase de una mezcla de fluido de fases múltiples, se conoce llevar a cabo la observación visual de la mezcla de fluido de fases múltiples que fluye a través de una línea de fluido del pozo. Una observación visual se puede realizar por medio de un detector de fases de fluidos universal .

El detector universal de fases de fluidos comprende principalmente vidrio transparente dispuesto en la línea de flujo del pozo. Se puede realizar una observación visual a través del vidrio directamente por un operador o registrado por una cámara de video para la interpretación subsecuente . La detección de la fase se puede realizar usando una sonda óptica basada en la atenuación de luz. Estas observaciones visuales inducen problemas de seguridad y del sistema mecánico complejo cuando se operan a alta presión y alta temperatura. Además, las observaciones visuales son por naturaleza limitadas a ventanas sucias, problemas de humectación e inexactitud o mala interpretación de los operadores. Alternativamente, se conocen detectores de fluido específicos para detectar un componente particular de una fase usando una propiedad física específica (conductividad, absorción específica de la luz, etc.) . Estos detectores están limitados a una fase entre las otras. La U.S. 5,956.132 describe un aparato que comprende una sonda óptica para discriminar entre las tres fases de un fluido que se mueve que comprende gas, petróleo y agua. La sonda óptica comprende un bloque detector que tiene una zona sensible en contacto con el fluido en movimiento. Un haz de luz incidente inyectado en el bloque detector permite discriminar entre las tres fases usando una técnica de medición basada en la reflexión de luz inducida por los índices refractivos específicos de cada fase. El aparato, en particular el bloque detector se coloca en el fluido de tres fases en movimiento que fluye a lo largo de la línea del pozo de petróleo. La linea del pozo de petróleo tiene un diámetro interno de unos pocos centímetros. Debido a la dimensión de la línea del pozo de petróleo, una pluralidad de detectores se coloca a diferentes distancias desde el eje del pozo y a diferentes azimuts, de modo que se obtenga una imagen tridimensional de las fases en el fluido que fluye. Además, debido al diámetro interno de la línea del pozo de petróleo y la posición de la sonda óptica en la línea, los problemas de humectabilidad y el depósito de basura en la sonda son una fuente de inexactitud. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un objetivo de la invención es proponer un detector para distinguir una fase de una mezcla de fluidos de fases múltiples, basado en una medición óptica que tiene una mejor exactitud que el aparato y sistema de medición del arte previo . De acuerdo con la invención, un detector que comprende una sonda óptica acoplada a una celda detectora se diseña de tal forma que cada fase de la mezcla de fluidos de fases múltiples circula alrededor de una punta de la sonda.

Más precisamente, la invención se refiere a un detector para distinguir una fase de una mezcla de fluidos de fases múltiples, el detector comprende: - una sonda óptica para distinguir óptimamente una de las fases de la mezcla del fluido de fases múltiples, la sonda óptica que tiene una punta en contacto con la mezcla de fluidos de fases múltiples, y - una celda detectora dispuesta para ser acoplada a una línea en que fluye una mezcla de fluidos de fase múltiples y a la sonda óptica. La celda detectora comprende además : - una línea de flujo interna dispuesta de modo que las fases de la mezcla de fluidos de fases múltiples, que fluye en la línea de flujo interna, se accionan por efecto de capilaridad, un diámetro interno acoplado a la línea de flujo interno para posicionar la sonda óptica en la celda detectora de modo que la mezcla de fluido de fases múltiples fluya sustancialmente alrededor de la punta de la sonda óptica. La línea de flujo interna está dimensionada de modo que las fases de la mezcla del fluido de fases múltiples que fluye en la línea de flujo interno se accionen por el efecto capilar. Debido al efecto capilar, la mezcla del fluido ya sea, fluirá como tapones o anillos o como una emulsión bifásica (en caso que la mezcla del fluido sea una emulsión de agua y aceite, de aceite y gas, etc.) . La línea interna de flujo tiene un diámetro interno que corresponde sustancialmente a un diámetro de tubo capilar. Por ejemplo, el diámetro del tubo capilar puede variar desde 0.5 mm a 20 mm. Sin embargo, esta variación típicamente varía dependiendo de las propiedades de la mezcla del fluido. La sonda óptica se acopla al diámetro interno de la celda detectora a través de un aditamento de compresión y se conecta a un modulo electrónico a través de una fibra óptica. Consecuentemente, con el detector de acuerdo con la invención, la mezcla del fluido de fase múltiples se acciona por efectos capilares y se fuerza a circular alrededor de la sonda óptica (típicamente una velocidad de flujo de alrededor de unos pocos cm/s, por ejemplo 3 cm/s a 15 cm/s) . Estas características permiten una auto-limpieza de la punta de la sonda óptica que limita cualquier depósito de suciedad sobre la sonda óptica y mejora la exactitud del detector completo. El detector de acuerdo con la invención es compacto, seguro y exacto. El detector constituye un equipo portátil compacto que se puede usar en autonomía completa, o conectado a un sistema de adquisición. El detector puede resistir la alta presión (más altas de 700 bar) y altas temperaturas (más altas de 150 °C) que se esperan en la superficie de campos de petróleo y gas, operaciones en el fondo de las perforaciones y submarinas. El detector cumple ventajosamente con la regulación de seguridad para ser operada en área peligrosa. En una primera aplicación, el detector de acuerdo con la invención se usa como un detector de fase en linea que permite detectar el gas, petróleo/condensado y agua durante el muestreo o transferencia a la botella en las operaciones en el fondo de la perforación o en el fondo del mar. En tal aplicación, el detector de acuerdo con la invención permite asegurar que la fase muestreada es la esperada, y permite detectar la interfaz entre la diferentes fases durante las operaciones de trasnferencia del fluido de recipiente a recipiente (un recipiente que es una terminología genérica para, por ejemplo un muestreador, cilindro de embarque, celda de PVC, picnómetro, aparato de evaporación instantánea, etc.) . En esta solicitud, el detector está integrado en un arreglo para transferir una sola fase desde una botella de muestreo que comprende una mezcla del fluido de fases múltiples a una botella de embarque . El arreglo de transferencia comprende una línea de flujo de acoplamiento de la botella de muestreo a la botella de embarque, un arreglo de bombeo para transferir un fluido desde la botella de muestreo a la botella de embarque, y un detector de acuerdo con la invención.

En una segunda aplicación, el detector de acuerdo con la invención se usa como una aplicación de monitoreo de las proporciones de las fase en línea. En tal aplicación, el detector de acuerdo con la invención permite una medición exacta de las fracciones de cada fase en la mezcla de fluidos de fase múltiples. Esto es ventajoso para mejorar la medición hecha por otro aparato de medición de la fracción de petróleo-agua-gas. En este caso, el detector de acuerdo con la invención se usa como un dispositivo de redundancia o como un dispositivo de recalibración. En esta aplicación, el detector se integra en un arreglo o disposición para probar un pozo que produce una mezcla de fluidos en fases múltiples que fluye a través de la línea principal . El arreglo comprende una línea de derivación acoplada a la línea principal, para derivar una parte de la mezcla del fluido de fases múltiples, un detector de acuerdo con la invención y un dispositivo de adquisición conectado al detector. En una tercera aplicación, el detector de acuerdo con la invención se usa como un aparato de medición de velocidad de flujo. El arreglo para medir una velocidad de flujo de una fase de una mezcla de fase múltiples que fluye a través de una línea principal de un pozo de hidrocarburos comprende una línea de derivación acoplada a la línea principal para derivar una parte de la mezcla de, fluidos de fase múltiples, al menos dos detectores de acuerdo con la invención, cada detector está conectado en serie a lo largo de la línea de derivación y un dispositivo de adquisición conectado a los detectores. El dispositivo de adquisición recibe de cada detector una señal cuyo nivel es característico de la fase que fluye alrededor de la punta, realiza una correlación cruzada de las señales recibidas, determina un tiempo de tránsito de cada fase desde un detector al otro, y computa una medida representativa de la velocidad de flujo en la línea principal. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La presente invención se ilustra por manera de ejemplo y no está limitado a las figuras acompañantes, en que las referencias similares indican elementos similares : La figura 1 ilustra esquemáticamente un detector para distinguir una fase de una mezcla de fluidos de fase múltiples de acuerdo con la invención; La figura 2A, 2B y 2C ilustran esquemáticamente varias modalidades de la celda detectora de la invención; La figura 3 ilustra esquemáticamente las modalidades preferidas de la celda detectora de la invención que comprende una sonda óptica; La figura 4 ilustra esquemáticamente el principio de operación conocido de la sonda óptica; La figura 5 ilustra esquemáticamente una primera aplicación de la invención, a saber una aplicación de detección de interfaz de fase única; La figura 6 ilustra esquemáticamente una segunda aplicación de la invención, a saber una aplicación de monitoreo de velocidades de fase en línea; La figura 7 muestra una gráfica de señal a través del tiempo obtenida en la segunda aplicación de la invención mostrada en la figura 6. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La figura 1 muestra un detector 1 para distinguir una fase de una mezcla de fluido de fases múltiples. El detector comprende una celda 3 detectora conectada a un módulo 10 electrónico . La celda 3 detectora comprende una conexión 7 de entrada y una conexión 8 de salida que se pueden conectar a una línea de flujo (no mostrado) en que la mezcla FM del fluido de fases múltiples fluye. Preferiblemente, la entrada 7 y las conexiones 8 de salida son conexiones a alta presión. La celda 3 detectora además comprende una sonda 2 óptica acoplada a una fibra 11 óptica por un conector 12A óptico. La fibra 11 óptica conecta la sonda 2 óptica al módulo 10 electrónico. Ventajosamente, la fibra 11 óptica es una fibra óptica blindada.

La celda detectora se describirá en mayor detalle a continuación. El módulo 10 electrónico tiene la forma de un alojamiento portátil. El módulo 10 electrónico comprende un conector 12B óptico para conectar ópticamente el modulo a la fibra 11 óptica. El módulo 10 electrónico además comprende un tablero 13 de circuitos. El tablero 13 de circuitos comprende elementos electrónicos, en particular un diodo 15A emisor y diodo 15B detector, y otros elementos electrónicos (no mostrados) para asegurar la funcionalidad del detector. Los diodos emisores y detectores están conectados a la fibra 11 óptica vía un acoplamiento 14 óptico. El acoplamiento 14 óptico es un montaje de fibra óptica que tiene una forma Y que conecta la sonda óptica a ambos diodos emisores y detectores. El diodo emisor es ventajosamente un diodo de tipo láser. El diodo detector es ventajosamente un foto-transistor . El módulo 10 electrónico también comprende una pantalla 16, un conmutador 19 de energía, y una conexión 17 de suministro de energía. El módulo 10 electrónico también puede comprender un conector 18 de entrada/salida. Todos estos elementos están conectados al tablero 13 de circuitos. El tablero 13 de circuitos controla la emisión de luz por el diodo 15A emisor, la detección de luz por el diodo 15B detector, la pantalla y eventualmente la entrada/salida de señal vía el conector 18 de entrada/salida. La pantalla 16 puede comprender los LEDs 3, cada LED indica qué fase está actualmente en contacto con la sonda óptica. La pantalla 16 también puede ser de un tipo más sofisticado, por ejemplo, pantalla LCD, que da información adicional acerca del estado del detector, la información relacionada con la medida realizada y/o la evolución gráfica de las mediciones contra el tiempo. Ventajosamente, le módulo 10 electrónico comprende un suministro interno de energía bajo la forma de una batería (no mostrado) que permite un modo completamente autónomo. Ventajosamente, en la operación del área segura, se puede usar la conexión 17 de alimentación como un suministro de energía directa o como una entrada de carga de batería. Ventajosamente, el conector 18 de entrada/salida se puede diseñar para la conexión a varios periféricos (por ejemplo, computadora, impresora, etc.). En particular, el conectador 18 de entrada/salida puede suministrar una señal de salida (por ejemplo una señal de 4 mA a 20 mA) para permitir la adquisición de la respuesta del detector contra el tiempo en una computadora, o cualquier otro dispositivo de adquisición. El módulo electrónico se diseña ventajosamente y construye de acuerdo a estándares de seguridad para ser usado en áreas explosivas . Las figuras 2A, 2B y 2C ilustran esquemáticamente varias modalidades de la celda detectora de la invención. La celda detectora está representada sin una sonda óptica para fines de claridad. La celda detectora tiene sustancialmente la forma de un bloque parelepípedo. Alternativamente, la celda detectora se puede incorporar en un múltiple de válvulas . La celda 3 detectora está arreglada para ser acoplada a la línea (no mostrada) de flujo de la mezcla del fluido de fases múltiples por medio de la conexión 7 de entrada y la conexión 8 de salida. La celda 3 detectora también está dispuesta para ser acoplada a la sonda óptica (no mostrada en las figura 2) . Obviamente, la conexión 7 de entrada y la conexión 8 de salida se pueden invertir, el detector es capaz de realizar medidas en la mezcla de fluido que fluye desde la conexión 7 de entrada hacia la conexión 8 de salida y viceversa. La conexión 7 de entrada y la conexión 8 de salida de la celda detectora están diseñadas para acoplarse a una línea de flujo que tiene un diámetro interno similar al diámetro típico usado en la toma de muestras superficial y/o tubo de laboratorio de PVT (presión Volumen Temperatura) . Tal diámetro es típicamente en el orden de uno a varios milímetros. Ventajosamente, el acoplamiento entre la conexión y la línea de flujo se hace por medio de aditamentos de alta presión. La celda detectora además comprende una línea 4 de flujo interno. La línea de flujo interno está dispuesta de modo que cada fase de la mezcla de fluidos de fases múltiples, que penetra en la celda 3 detectora desde la línea de flujo a través de la conexión 7 de entrada, que fluye a la línea 4 de flujo interna se accionan por efecto de capilaridad. Ventajosamente, la línea de flujo interna tiene un diámetro ID interno que corresponde sustancialmente al diámetro del tubo capilar. Por ejemplo, la línea 4 de flujo interno tiene un ID de diámetro interno que varía desde 0.5 mm a 20 mm. Sin embargo, este rango puede variar debido a las propiedades del fluido. La celda detectora además comprende un diámetro 5 interior acoplado a la línea 4 de flujo interno. El diámetro interno permite el posicionamiento de la sonda óptica en la celda detectora. La línea 4 de flujo interno y el diámetro 5 interno de la celda 3 detectora tiene la forma de una Y. La Y tiene una primera ramificación 4A, una segunda ramificación 4B y una tercera ramificación 4C, cada ramificación está conectada a las otras dos ramificaciones por una extremidad. La primera ramificación 4A y la segunda ramificación 4B están constituidas por la línea 4 de flujo interno. La tercera ramificación 4C está constituida por el diámetro 5 interno. La figura 2A muestra una primera modalidad de la celda detectora de acuerdo con la cual la primera ramificación 4A es perpendicular a la segunda ramificación 4B. La tercera ramificación 3C es perpendicular a la segunda ramificación 4B.

La figura 2B muestra una segunda modalidad de la celda detectora de acuerdo con la cual la primera ramificación 4A y la segunda ramificación 4B están en línea. La tercera ramificación 4C es perpendicular a la segunda ramificación 4B.

La figura 2C muestra una tercera modalidad de la celda detectora de acuerdo con la cual la primera ramificación 4A forma un ángulo a respectivamente a la segunda ramificación 4B. El ángulo a puede tomar un valor entre 90° (que corresponde a la primera modalidad) a 180° (que corresponde a la segunda modalidad) . La tercera ramificación 4C forma un ángulo ß respectivamente a la segunda ramificación 4B. El ángulo ß puede tomar un valor entre 0° a 360 °-o¡, con algunas restricciones debido al espacio ocupado por la línea de flujo interno . La figura 3 ilustra esquemáticamente las modalidades preferidas de la celda detectora de la invención, que comprende una sonda óptica. La modalidad preferida corresponde a la primera modalidad ilustrada en la figura 2A. La primera ramificación 4A es perpendicular a la segunda ramificación 4B. La tercera ramificación 4C es perpendicular a la segunda ramificación 4B o en línea con la primera ramificación 4A. La sonda 2 óptica comprende una varilla. Ventajosamente, la varilla hecha de zafiro tiene una punta 20 en forma de bi-cono . La varilla de zafiro está insertada en un manguito 2A. El manguito 2A se hace ventajosamente de acero inoxidable. La sonda óptica se conecta a la fibra 11 óptica a través de un conector 12B óptico para manejar la luz que vienen hacia la varilla y la luz que regresa desde la varilla después de la reflexión en la punta. La sonda 2 óptica se acopla en la diámetro 5 interno de la celda detectora a través a un adaptador 6 de compresión. El diámetro 5 interno y el adaptador 6 de compresión permite el posicionamiento de la sonda óptica en la celda detectora de modo que la mezcla de fluido de fases múltiples que fluye en la línea 4 de flujo interno, fluye sustancialmente alrededor de la punta 20 de la sonda óptica. El adaptador de compresión también asegura una buena hermeticidad entre los fluidos de alta presión que fluyen hacia la línea de flujo interno de la celda detectora y la presión externa (por ejemplo la presión atmosférica) . La modalidad preferida permite una auto-limpieza eficiente de la punta 20 de la varilla de la sonda óptica. En particular, el riesgo de la punta 20 a ser sujeta a depósito de basura (po ejemplo, debido a la fase pesada del petróleo) durante un largo tiempo es muy limitada. Ventajosamente, todos los elementos de contacto con el fluido (celda detectora, sonda óptica y adaptadores) se hacen de materiales como acero inoxidable y zafiro que se conoce cumplen con la presión (más alta que 700 bar) y temperaturas (más alta que 150°C) involucradas, y compatibles químicamente con los diversos componentes esperados en la mezcla de fluidos de fases múltiples . La figura 4 es una vista en sección transversal en una parte de la sonda óptica que ilustra de manera esquemática el principio de medición de la sonda óptica. La sonda óptica se describe en la US 5,956,132, que se incorpora aquí como referencia. La varilla de zafiro está insertada en un manguito 2A y se mantienen juntos por medio de un material 2B de enlace. La varilla está hecha ventajosamente de zafiro y el manguito 2A de acero inoxidable . El principio de medición de la sonda se basa en las diferencias en el índice de refracción entre las fases del agua, petróleo y gas. Típicamente, el índice refractivo óptico del fluido de fases múltiples que fluye fuera de un pozo de hidrocarburos es como sigue : - para una fase de gas (en la presión atmosférica) , el índice varía entre 1.0003 y 1.0020, - para una fase de aceite o petróleo, el índice varía entre 1.40 y 1.50, - para una fase acuosa, el índice varía entre 1.33 y 1.35.

El índice de refracción de zafiro es 1.77, que asegura un contraste suficiente con los índices de refracción de las diversas fases . La varilla tiene una punta 20 en forma de bi-como. La punta 20 en forma de bi-cono comprende una zona 20a sensible y una zona 20B de reflexión total. La zona 20A sensible y la zona 20B de reflexión total son adyacentes y relativamente coaxiales con el eje longitudinal de la varilla. La zona 20A sensible forma un primer ángulo ?l (por ejemplo 100) con relación al eje longitudinal de la varilla, de modo que un haz IR de luz incidente se refleja cuando la punta 20 de la sonda está rodeada con gas y se refracta cuando la punta de la sonda está rodeada con líquido. La zona 20B de reflexión total forma un segundo ángulo T2 (por ejemplo 10°) con relación al eje longitudinal de la varilla, para discriminar entre el petróleo o aceite y el agua. La fracción RR reflectada del haz de luz incidente varía como una función del índice refractivo de la fase de la mezcla de fluido de fases múltiples en que la punta está rodeada.

La sonda 2 óptica está conectada por medio de la fibra 11 óptica al módulo 10 electrónico que comprende los circuitos de emisión y detección de luz. El detector proporciona una señal cuyo nivel es específico a la fase fluida en contacto con la punta de la sonda óptica. Cuando la sonda está rodeada por el gas, típicamente 36% del haz de luz incidente se refleja en la punta del zafiro. El haz de luz reflejada se detecta como una señal de alto nivel por el módulo 10 electrónico. Cuando la sonda está rodeada por petróleo o gasolina, típicamente más del 99% del haz de luz incidente se refracta en el líquido circundante. El haz de luz reflectada se detecta como una señal de bajo nivel (menos que 1%) . Cuando la sonda está rodeada por agua, típicamente 14% del haz de luz incidente se refleja. Entonces una discriminación del agua con relación al petróleo o gas es posible (como se muestra en la figura 7 que representa una evolución de señal típica contra el tiempo) . La figura 5 ilustra esquemáticamente una primera aplicación de la invención. Que identifica las fases durante la operación de muestreo es una preocupación constante durante las operaciones del campo de petróleo. En efecto, por razones económicas, es necesario tomar una muestra de la fase de fluido deseado antes que se realice cualquier análisis de laboratorio comprensivo de fluido futuro. Además, es deseable que cada fase muestreada no se contamine con otro. La polución puede ocurrir fácilmente : - debido a la transferencia de masa corriente debajo de una válvula de muestreo debido a la presión y al cambio de presión y temperatura, o - cuando se realiza el muestreo en un medidor de fase múltiples que no permite recolectar una fase pura, o - durante la transferencia del fluido desde un recipiente a otro recipiente (muestreador, cilindro de embarque, celda de PVT, picnómetro, aparato de evaporador instantáneo, etc . ) . Por ejemplo, cuando se usa una herramienta que toma de muestra del fondo de la perforación, es necesario tomar una fase específica de la mezcla de fluidos a monitorear qué fases están fluyendo hacia una botella de muestreo o de embarque. En la primera aplicación el detector de la invención se usa como un detector para detectar la interfaz de fase única. Así, es posible detectar las interfaces entre el gas, el petróleo y el agua para evitar la polución de la muestra transferida con otro no deseado. Típicamente, en esta aplicación, el detector se opera en autonomía completa (operación de batería) y el operador usa la señal visual para diferenciarse entre la fase.

Una mezcla de fluidos de fases múltiples se transfiere desde una botella 30 de muestreo o un tomador de muestras o muestreador en el fondo de la perforación hacia una botella 32 de embarque. La botella de embarque se embarca subsecuentemente a un laboratorio para un análisis detallado de las propiedades del fluido. Durante tal proceso, es importante asegurar que el fluido, en general el que contiene hidrocarburo, transferido hacia la botella de embarque esté en una sola fase (gas o líquido) y evitar la transferencia de agua . Una vez que la mezcla del fluido de fases múltiples se ha sedimentado por la gravedad hacia un gas G, la capa O de petróleo/condensado y la capa de agua, la botella 30 de muestreo se acopla a la botella 32 de embarque por medio de una línea L de flujo. Las botellas 30 de muestreo y de embarque 32 comprenden pistones 31 y 33 respectivos. La botella de embarque se llena inicialmente con un medio HM hidráulico (por ejemplo agua con glicol) . Durante el proceso de transferencia, una bomba 34 de transferencia extrae el medio HM hidráulico desde un tanque 35 de medio hidráulico a la botella 30 de muestreo, por loe se empuja el pistón 31 y se transfiere una fase (por ejemplo gas G) a la botella de embarque. La fase (por ejemplo gas G) que fluye hacia la botella de embarque empuja el pistón 33, provocando que el medio HM hidráulico fluya hacia un tubo 36 de prueba. Ventajosamente, el tubo de prueba está graduado para la medición del volumen. El detector 1, en particular la celda 3 detectora se inserta en una línea L de flujo usando las conexiones 7 y 8 de alta presión. El detector se usa para detectar la interfaz entre el gas G y el líquido (condensado/petróleo 0 o agua ) o entre el petróleo/condensado 0 y agua , para detener la transferencia antes de que entre una segunda fase a la botella 32 de embarque. La primera aplicación se describe detallando una transferencia particular entre una botella de muestreo y una de embarque. Sin embargo, el detector se puede usar para cualquier transferencia entre cualquier recipiente (por ejemplo, laboratorios PVT, picnómetro, aparato de evaporación instantánea, etc.) . La figura 6 ilustra esquemáticamente una segunda aplicación de la invención. La medición de las proporciones de las fases durante las operaciones del campo petrolero es una preocupación importante. En particular, la medición exacta de las proporciones de las fases en la tubería principal es difícil de realizar cuando está presente una fase principal en la tubería (por ejemplo, alta fracción de volumen de gas, flujo de gas húmedo o el opuesto) .

En esta aplicación, el detector 1 se usa para determinar las diferentes combinaciones de proporciones de gas, agua petróleo/condesado en las condiciones de la línea en la línea L de flujo, que se deriva de una línea de flujo principal (no mostrada) . El detector de fase en línea se usa para el monitoreo continuo de las fases diluidas que fluyen a través de la línea, mediante la realización del perfil de la señal contra el tiempo. El detector 1, en particular la celda 3 detectora se inserta en una linea L de flujo, usando las conexiones 7 y 8 de alta presión. El detector 1, en particular el módulo 10 electrónico, está conectado a un dispositivo 41 de adquisición (por ejemplo una computadora) para registrar la señal durante el periodo de flujo. Debido al diámetro de la línea de flujo interna de la celda detectora, la humectabilidad y el efecto capilar, las fases de la mezcla de fluidos de fases múltiples fluyen como tapone y anillos, y el fluido está moviéndose a una velocidad relativamente constante (típicamente unos pocos cm/s) . Además, el material de sonda óptica limita cualquier efecto de humectabilidad. Estas condiciones y propiedades resultan en una señal casi cuadrada que tienen tres niveles que corresponden respectivamente al gas G, agua y petróleo/condensado O. La figura 7 muestra una gráfica típica de la señal S (V) a través del tiempo t (s) , obtenida en la segunda aplicación de la invención ilustrada en la figura 6. Además, la proporción de amplitud de la señal permite calcular la fracción volumétrica relevante de cada fase . En el caso de una emulsión muy fuerte (típicamente aceite y agua) , la señal S (V) tiene un nivel intermedio entre los dos valores posibles. Un estimado basado en la proporción de amplitud de señal podría dar la fracción volumétrica relevante de cada fase. En el caso de una emulsión estable donde el tamaño de las partículas (gotitas) es mucho más pequeño que la dimensión de la punta de la sonda, la señal S (V) es proporcional a la proporción de agua-aceite. El detector se podría usar para medir la proporción de agua-aceite. El detector de fase en línea se podría usar para calibrar, recalibrar o compensar cualquier instrumento al medir en línea las fracciones de aceite/condensado, gas, agua o cualquier combinación que pudiera afectarse por alguna de las propiedades del fluido ( por ejemplo, un aparato de medición de rayos gamma dual es afectado por los cambios en la salinidad del agua) o por el envejecimiento de los electrónicos que proporcionan una respuesta diferente contra el tiempo para cualquier medición o dispositivo de adquisición principal. Además, se podría usar también para compensar automáticamente cualquier depósito en cualquier sonda o ventana instalada permanentemente en línea. En una tercera aplicación (no ilustrada) , el detector de acuerdo con la invención, se usa para realizar las mediciones de la velocidad del flujo. El detector se puede acoplar con un dispositivo de muestreo isocinético para dar en tiempo real la velocidad de flujo de cada fase que fluye en la tubería de muestreo . Además se pueden montar dos o más detectores en serie para medir una velocidad de flujo volumétrico, con la condición que no haya más de una fase presente en la línea de flujo. Los detectores están conectados a una computadora o cualquier otro dispositivo de adquisición que pueda realizar una correlación cruzada de las señales de detectores y determinar el tiempo de tránsito de cada fase desde un detector al motor. Estos datos se computan de manera subsecuente para dar una medición de la velocidad de flujo volumétrico en la línea de muestreo. En la descripción hecha aquí arriba, se ha descrito la mezcla de fluido de fases múltiples particular relacionado con un efluente que fluye desde un pozo de hidrocarburo comprende típicamente tres fases. Sin embargo, será evidente para alguien con habilidades ordinarias en la técnica que la invención también es aplicable a otra clase de mezclas de fluidos de fases múltiples, por ejemplo en la industria química o en la industria de los alimentos. Además, los ejemplos de la dimensión de líneas de fluido internas se dieron en el campo de la industria del petróleo. Sin embargo, será evidente para alguien de habilidades ordinarias en la técnica que esta dimensión varía dependiendo de las propiedades de la mezcla del fluido y que esta dimensión se tiene que adaptar para mantener el efecto de capilaridad en la línea de flujo interna. Finalmente, el término de línea principal usado en la presente descripción tiene un significado amplio, y cubre la línea que tiene una dimensión de unos pocos centímetros, por ejemplo en tuberías, líneas submarinas, líneas en el fondo de las perforaciones, líneas de muestreo, etc. Los dibujos y su descripción anteriores ilustran en lugar de limitar la invención. Cualquier signo de referencia en una reivindicación no deberá considerarse como limitante de las reivindicaciones. La palabra "comprende" no excluye la presencia de otros elementos que aquellos listados en una reivindicación. La palabra "un" o "uno" que preceden a un elemento no excluye la presencia de una pluralidad de tales elementos .

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un detector (1) para distinguir una fase de una mezcla de un fluido de fases múltiples, el detector caracterizado porque comprende : - una sonda (2) óptica para distinguir óptimamente una de las fases de la mezcla del fluido de fases múltiples, la sonda óptica que tiene una punta (20) en contacto con la mezcla de fluidos de fases múltiples, y - una celda (3) detectora arreglada para ser acoplada a una línea (L) de flujo de la mezcla del fluido de fases múltiples y a la sonda (2) óptica, en donde la celda (1) detectora además comprende: - una línea (4) de flujo interna dispuesta para que las fases de la mezcla del fluido de fases múltiples que fluye en la línea de flujo interna se accionan por efecto capilar, y - un diámetro (5) interno acoplado a la línea de flujo interna para posicionar la sonda óptica en la celda detectora de modo que la mezcla de fluido de fases múltiples fluye sustancialmente alrededor de la punta (20) de la sonda óptica.
2. Un detector para distinguir una fase de una mezcla de fluidos de fases múltiples de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la línea (4) de flujo interna tiene un diámetro (ID) interno que corresponde sustancialmente a un diámetro de tubo capilar.
3. Un detector para distinguir una fase de una mezcla de fluidos de fases múltiples de acuerdo con la reivindicación 1 o la 2, caracterizado porque la línea de flujo interna tiene un diámetro interno que varía desde 0.5 mm hasta 20 mm.
4. Un detector para distinguir una fase de una mezcla de fluidos de fases múltiples de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones previas, caracterizado porque la línea de flujo interna y el diámetro interno de la celda detectora forma una Y que tiene una primera (4A) , una segunda (4B) y una tercera (4C) ramificaciones, la primera y segunda ramificaciones (4A, 4B) están formadas por la línea (4) de flujo interna y la tercera ramificación (4C) está formada por el diámetro (5) interno de la celda detectora.
5. Un detector para distinguir una fase de una mezcla de fluidos de fases múltiples de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la primera (4A) y la segunda (4B) ramificaciones son perpendiculares.
6. Un detector para distinguir una fase de una mezcla de fluidos de fases múltiples de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la primera (4A) y la segunda (4B) ramificaciones están en línea.
7. Un detector para distinguir una fase de una mezcla de fluidos de fases múltiples de acuerdo con la reivindicación 4 o la 5, caracterizado porque la tercera ramificación (4C) es perpendicular a la segunda ramificación (4B) .
8. Un detector para distinguir una fase de una mezcla de fluidos de fase múltiples de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la sonda (2) óptica se acopla al diámetro (5) interno de la celda detectora a través de un adaptador (6) de compresión.
9. Un detector para distinguir una fase de una mezcla de fluidos de fase múltiples de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones previas, caracterizado porque la sonda óptica comprende una varilla de zafiro que tiene una punta (2a) en forma de bi-cono, la sonda (2) óptica está conectada a un módulo (10) electrónico a través de una fibra (11) óptica.
10. Un arreglo de transferencia, para transferir una sola fase desde una botella (30) de muestreo que comprende una mezcla de fluido de fases múltiples a una botella (32) de embarque, el arreglo de transferencia caracterizado porque comprende : una línea (L) de flujo que acopla la botella (30) de muestreo a la botella (32) de embarque, y un arreglo (31, 33, 34, 35, HM) de bombeo para transferir un fluido desde la botella (30) de muestreo a la botella (32) de embarque, un detector (1) para distinguir una fase desde una mezcla de fluidos de fase múltiples, el detector que comprende: - una sonda (2) óptica para distinguir óptimamente una de las fases desde la parte de la mezcla de fluidos de fases múltiples, la sonda óptica que tiene una punta (20) en contacto con el fluido transferido desde la botella (30) de muestreo a la botella (32) de embarque, - una celda (3) detectora arreglada para ser acoplada a la línea (L) reflujo y a la sonda (2) óptica y que comprende una línea (4) de flujo interna y un diámetro (5) interno acoplado a la línea de flujo interna, - el diámetro (5) interno que posiciona la sonda óptica en la celda detectora de modo que la parte de la mezcla de fluidos de fases múltiples, fluye sustancialmente alrededor de la punta (20) de la sonda óptica.
11. Un arreglo para probar un pozo de hidrocarburos, para probar un pozo que produce una mezcla de fluidos de fases múltiples que fluye a través de una línea principal, el arreglo caracterizado porque comprende: - una línea (L) de derivación acoplada a la línea principal para derivar una parte de la mezcla de fluidos de fases múltiples, un detector (1) para distinguir una fase desde una mezcla de fluidos de fases múltiples, el detector que comprende: - una sonda (2) óptica para distinguir ópticamente una de las fases desde la parte de la mezcla de fluidos de fases múltiples, la sonda óptica que tiene una punta (20) en contacto con la parte de la mezcla de fluidos de fase múltiples, - una celda (3) detectora arreglada para ser acoplada a la línea de derivación y a la sonda (2) óptica y que comprende una línea (4) de flujo interna y un diámetro (5) interno acoplado a la línea de flujo interna, - la línea (4) de flujo interna está arreglada de modo que las fases de la parte de la mezcla de fluidos de fases múltiples que fluye en la línea de flujo interna se accionan por efecto capilar, - el diámetro (5) interno que posiciona la sonda óptica en la celda detectora, de modo que la parte de la mezcla de fluidos de fases múltiples, fluye sustancialmente alrededor de la punta (20) de la sonda óptica, un dispositivo (41) de adquisición conectado al detector (1) -
12. Un arreglo de medición de la velocidad de flujo para un pozo de hidrocarburos, para medir una velocidad de flujo de una fase de una mezcla de fluidos de fases múltiples que fluye a través de una línea principal de un pozo de hidrocarburos, el arreglo caracterizado porque comprende: una línea de derivación acoplada a la línea principal para derivar una parte de la mezcla de fluidos de fases múltiples, al menos dos detectores para distinguir una fase de una mezcla de fluidos de fases múltiples, cada detector está conectado en serie a lo largo de la línea de derivación, cada detector que comprende : - una sonda óptica para distinguir óptimamente una de las fases desde la parte de la mezcla de fluidos de fases múltiples, la sonda óptica que tiene una punta en contacto con la parte de la mezcla de fluidos de fases múltiples, - una celda detectora arreglada para ser acoplada a la línea de derivación y a la sonda óptica y que comprende una línea de flujo interna y un diámetro interno acoplado a la línea de flujo interna, - la línea de flujo interna está arreglada de modo que las fases de la parte de la mezcla de fluidos de fases múltiples que fluye en la línea de flujo interna, son tapones y anillos accionados por efecto de capilaridad en la línea de flujo interna, - el diámetro interno que posiciona la sonda óptica en la celda detectora, de modo que la parte de la mezcla de fluidos de fases múltiples, fluye sustancialmente alrededor de la punta de la sonda óptica, un dispositivo de adquisición conectado a los detectores, spositivo de adquisición: - que recibe desde cada detector una señal cuyo nivel es característico de la fase que fluye alrededor de la punta, que realiza una correlación cruzada de las señales recibidas, - que determina un tiempo de tránsito de cada fase desde un detector al otro, y - que computa una medida representativa de la velocidad de flujo en la línea principal.