MX2014009212A - Unidad de medicion para determinar la composicion de la fase liquida en una mezcla de varias fases. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de medición (1); (15) para determinar la composición de la fase líquida de una mezcla líquido-gas, que comprende un conducto (2) que define una dirección de flujo (X) de la mezcla paralela al eje (Y) de desarrollo longitudinal del conducto (2) y un elemento de medición (4) colocado en el conducto (2) y apropiado para determinar la composición de una capa líquida que fluye en contacto con la superficie interna (3) del conducto (2). La superficie interna (3) del conducto (2) comprende una superficie de interceptación (5), (5') apropiada para transportar parte de la capa líquida hacia el elemento de medición (4), colocado de forma que sea incidente en la dirección de flujo (X) y desarrollado de acuerdo a una trayectoria de transportación que tienen una sección helicoidal y del cual la tangente al extremo de salida (7), (7') interseca el elemento de medición (4).
Description
UNIDAD DE MEDICIÓN PARA DETERMINAR LA COMPOSICIÓN
DE LA FASE LÍQUIDA EN UNA MEZCLA DE VARIAS FASES.
DESCRIPCIÓN
La presente invención se refiere a un dispositivo para la medición de la composición de un liquido contenido en una mezcla de varias fases, especialmente apropiado para ser utilizado en el sector de extracción de petróleo.
Como es sabido, en el campo del petróleo existe la necesidad para determinar la composición de las mezclas de varias fases extraídas de los pozos, las cuales son comúnmente constituidas por una fase líquida, que comprende petróleo, agua y otros componentes, si hay alguno, y por una fase gaseosa.
Una de las operaciones que se realizan habitualmente para determinar las características de la mezcla consiste en la medición de la composición de la fase líquida y, en particular, la concentración del volumen de agua con respecto a la cantidad total del líquido comúnmente conocido como "corte de agua" y la concentración de otros tipos de líquido, con la ayuda de sondas adecuadas que incluyen, por ejemplo, las muy conocidas sondas NIR (Infrarrojo Cercano), las cuales explotan el principio de
la atenuación de un haz de luz infrarroja que pasa a través del liquido.
Estas sondas se insertan en el conducto en el cual la mezcla fluye, por lo que son golpeados por el flujo de la mezcla misma.
En los sistemas conocidos, la fiabilidad y la precisión de la medida de concentración que puede obtenerse disminuido con el incremento del porcentaje de volumen de la pase gaseosa, comúnmente conocida como "Fracción de volumen de gas" (GVF por sus siglas en inglés), que significa que la medida se vuelve menos confiable y precisa como el porcentaje de volumen del liquido contenido en la mezcla, disminuye.
De hecho, a medida que la GVF aumenta, el liquido tiende a ser progresivamente más disperso en gotas que son más o menos aisladas dentro del flujo de gas.
Consecuentemente, dichas gotas golpean la sonda de forma discontinua y esto hace que sea difícil llevar a cabo una medición confiable y precisa de la composición.
Por lo tanto, la invención tiene por objeto proporcionar un dispositivo para la medición de la composición de la fase líquida contenida en una mezcla líquido-gas que hace posible obtener resultados que son más confiables y precisos en comparación con los obtenidos con
los dispositivos de tipo conocido, especialmente para porcentajes de volumen bajos de liquido en la mezcla.
El objeto descrito anteriormente es alcanzado mediante un dispositivo de medición de acuerdo con la reivindicación principal .
Modalidades adicionales de la invención son descritas en las reivindicaciones dependientes correspondientes.
Ventajosamente, la alta conflabilidad de la medición es posible mediante el dispositivo de medición de la invención que permite que el petróleo sea extraído del pozo para ser cuantificado lo más preciso posible.
Dicho objeto y ventaja, junto con otros los cuales serán resaltados más adelante, llegan a ser claros en la siguiente descripción de algunas modalidades preferidas de la invención las cuales son ilustradas a modo de ejemplos no limitantes con referencia a los dibujos adjuntos, en donde:
La Figura 1 muestra una vista en sección parcial y axonométrica del dispositivo de medición de la invención, de tal manera que es posible ver el interior de este último .
La Figura 2 muestra una vista en sección lateral del dispositivo de medición de la Figura 1;
La Figura 3 muestra una vista en sección frontal del dispositivo de medición de la Figura 1;
La Figura 4 muestra una vista en sección parcial y axonométrica de una variante de construcción del dispositivo de medición de la invención, de tal manera que es posible ver el interior del mismo.
La Figura 5 muestra una vista en sección lateral del dispositivo de medición de la Figura 4.
El dispositivo de medición que es el tema de la invención, indicado como un entero por el (1) en la Figura 1, es particularmente apropiado para ser utilizado para medir la composición de la fase liquida en una mezcla líquido-gas de varias fases extraída de un pozo petrolero.
Sin embargo, es evidente que la invención puede ser aplicada en una forma análoga para medir la composición de un líquido contenido en cualquier mezcla líquido-gas.
El dispositivo de medición (1) de la invención comprende un conducto (2) que define un eje Y de desarrollo longitudinal y, en la Figura 1, se muestra parcialmente seccionado, de modo que es posible ver su interior.
La mezcla fluye en el conducto (2) de acuerdo a una dirección de flujo predefinida X que es paralela a dicho eje Y de desarrollo longitudinal.
Hay que señalar desde ahora que el término "dirección de flujo" indica, además de la dirección de flujo como se pretende correctamente, también el sentido de dicho flujo.
El dispositivo de medición (1) también comprende un elemento de medición (4) adecuado para medir la composición del liquido, por ejemplo, su composición de volumen.
El elemento de medición (4) está colocado dentro de dicho conducto (2) en la proximidad de la superficie interna (3) del conducto (2), posicionado de tal manera que es golpeado por la capa liquida que fluye en contacto con la superficie interna (3) .
Ventajosamente, tal posición es particularmente adecuada para medir con un alto grado de conflabilidad y precisión, la composición de la fase liquida cuando el último está presente en la mezcla en un porcentaje de volumen reducido, que significa con altos valores de GVF.
La mejora en la conflabilidad y precisión de la medición se vuelve significativa con los valores de GVF significativamente superiores al 70% y particularmente importantes con los valores de GVF superiores al 90 %.
Se sabe que, de hecho, en dichas condiciones el liquido tiende a juntarse y fluir en una capa de liquido delgada (película) en contacto con la superficie interna (3) del conducto (2), el cual es arrastrado en el sentido del flujo de la mezcla, mientras la fase gaseosa principalmente fluye en el centro del área del conducto (2) .
Por lo tanto, dicha posición del elemento de medición (4) lo hace posible para interceptar dicha capa liquida en la proximidad de la superficie interna (3) .
Si el dispositivo de medición (1) se utiliza en el sector petrolero, el elemento de medición (4) puede ser, por ejemplo, una sonda NIR (Infrarrojo Cercano) del tipo mencionado anteriormente, la cual es particularmente adecuada para medir la composición del volumen de la fase liquida de la mezcla.
Sin embargo, es evidente que en las variantes de construcción de la invención, el elemento de medición (4) pueden ser de cualquier tipo, siempre y cuando sea adecuado para medir la composición del liquido que lo golpea .
Con respecto a la superficie interna (3) que delimita el conducto (2), comprende una superficie de interceptación (5) colocada de manera que sea incidente en la dirección de flujo (X) de la mezcla.
Dicha superficie de interceptación (5) desarrolla de acuerdo a una trayectoria de transportación predefinida entre un extremo de entrada (6), colocado ascendente del elemento de medición (4) de acuerdo a la dirección de flujo (X) de la mezcla, y un extremo de salida (7), colocado descendente de dicho extremo de entrada (6) y mirando hacia el elemento de medición (4) .
Dicha superficie de interceptación (5) hace posible que al menos desvie parcialmente la capa liquida que fluye en contacto con la superficie interna (3) del conducto (2), de tal manera que para transportarla hacia el elemento de medición (4) a lo larqo de la trayectoria de transportación mencionada anteriormente.
Por lo tanto, ventajosamente, la superficie de interceptación (5) es capaz de dirigir constantemente hacia el elemento de medición (4) una cantidad de liquido que es mayor que la cantidad que de forma espontánea alcanzaría el elemento de medición (4) si dicha superficie de interceptación (5) no fue proporcionada.
Por lo tanto, la superficie de interceptación (5) asegura que el elemento de medición (4) es constantemente golpeado por una velocidad de flujo mínima del líquido a través del tiempo, en cualquier condición de flujo, en particular cuando la mezcla líquido-gas tiene altos valores de GVF, que significa que contiene un porcentaje de volumen de líquido reducido.
Dicha velocidad de flujo del líquido hacia el elemento de medición (4) hace posible el evitar las descontinuidades de medición que son normales de los dispositivos de medición conocidos, especialmente en la presencia de altos valores GVF, por lo tanto alcanzando el propósito de incrementar la precisión y conflabilidad de la medición.
Aún ventajosamente, la transportación de los líquidos producidos por la superficie de interceptación (5) causa que la mezcla de los diferentes componentes del líquido en sí, haciendo que el liquido que alcanza el elemento de medición (4) sea más homogénea, a un beneficio adicional de la estabilidad de medición.
Por otra parte, ventajosamente, la acción de transportar producida por la superficie de interceptación (5) hace posible usar un sólo elemento de medición (4) sin necesidad de usar una pluralidad de elementos de medición en diferentes puntos de la sección transversal del conducto (2) .
Preferiblemente, la trayectoria de transportación está configurada de tal manera que define en cada punto una dirección que comprende un componente que es paralelo al eje longitudinal Y del conducto (2) .
Dicho componente ventajosamente hace que sea posible explotar el flujo de la mezcla para arrastrar el líquido a lo largo de la trayectoria de transportación hacia el elemento de medición (4) independientemente de la orientación del conducto (2) .
Evidentemente, en las modalidades en las cuales el conducto (2) es colocado de manera que la mezcla fluya hacia abajo, el peso del líquido se añade a dicho efecto de arrastre .
Por otra parte, preferentemente, la trayectoria de transportación es configurada de manera que la linea recta que es tangencial en el nivel de dicho extremo de salida (7) que interseca el elemento de medición (4) .
De esta manera ventajosamente, el flujo de liquido interceptado es dirigido precisamente hacia el elemento de medición (4) .
Aún más preferiblemente, la trayectoria de transportación comprende una sección que es configurada como una hélice cilindrica preferiblemente desarrollada alrededor del eje longitudinal Y del conducto (2) .
Ventajosamente, dicha configuración helicoidal asegura un flujo regular del liquido a lo largo de la superficie de interceptación (5) .
Todavía ventajosamente, la superficie de interceptación helicoidal (5) hace posible el juntar el liquido en una extensión angular predefinida de la superficie interna (3) del conducto (2) sin proyectar excesivamente hacia el interior del conducto en si, asi como para limitar cualquier interferencia en el flujo de la mezcla .
Consecuentemente, para sacar ventaja, se evitan las pérdidas de carga a lo largo del conducto.
Todavía ventajosamente, el exceso reducido de la superficie de interceptación (5) facilita el paso de
cuerpos extraños que están presentes muy sequido en las mezclas de petróleo, como por ejemplo piedras, previniendo que se queden atoradas y obstruyan el conducto (2) .
Preferiblemente, la superficie de interceptación (5) pertenece a un perfil de proyección (8) mirando hacia el interior del conducto (2), el cual asequra una interceptación efectiva especialmente de la capa liquida, ya que define una pared que interseca el flujo del liquido.
Preferiblemente, y como se muestra en la Figura 3, la altura del perfil (8) que se proyecta hacia el interior del conducto (2) es tal como para dejar la zona central (16) del conducto (2) libre, dicha zona siendo coaxial con el eje longitudinal Y, de tal manera como para minimizar la obstrucción del flujo de la mezcla.
Más precisamente, el perfil de proyección (8) es preferiblemente de manera que define una superficie de interceptación (5) de la cual la altura es suficiente para interceptar la capa de liquido que fluye en contacto con la pared interna (3) del conducto (2) con altos valores de
GVF, en particular excediendo el 70 %.
Además, el perfil de proyección (8) es preferiblemente delimitado por un borde de contención (9) que sobresale, con respecto a la superficie de interceptación (5), en la dirección opuesta a la dirección del flujo (X) de la mezcla .
Se puede entender que el borde de contención (9) , junto con la superficie de interceptación (5) y con la parte de la superficie interna (3) adyacente al borde de contención y mirando el borde de contención (9), delimita un canal de flujo (10) que, ventajosamente, hace posible el transportar el liquido de una manera particularmente efectiva.
Ventajosamente, el borde de contención (9) guia el liquido reunido mediante la superficie de interceptación (5) y la transporta más efectivamente hacia el elemento de medición ( 4 ) .
Ventajosamente, cuando la superficie de interceptación
(5) se extiende sobre un área de la superficie interna (3) que mira hacia abajo, el borde de contención (9) previene que el liquido caiga de dicha área.
Por lo tanto, se puede entender que el borde de contención (9) hace posible el interceptar y transportar el liquido que fluye en un área de la superficie interna (3) con una extensión angular larga alrededor del eje longitudinal Y, excediendo los 90° y, a lo máximo, hasta 180 °, con cualquier orientación de la instalación.
De acuerdo a una variante de construcción de la invención no ilustrada en el presente documento, la superficie de interceptación pertenece a una ranura obtenida en la superficie interna (3) del conducto (2) .
En este caso, el liquido que fluye en contacto con la superficie interna (3) pasa a dicha ranura y después es transportado hacia el elemento de medición (4) .
Preferiblemente, el dispositivo de medición (1) comprende una segunda superficie de interceptación (51), desarrollado alrededor del eje longitudinal Y del conducto (2) de acuerdo a una dirección angular opuesta de la dirección correspondiente a la superficie de interceptación (5) descrita anteriormente.
Esto ventajosamente, hace posible el interceptar el liquido en ambos lados del elemento de medición (4), incrementando la cantidad de liquido recolectado y la efectividad de la operación de transportación.
Preferiblemente, los extremos de salida (7), (7') de las superficies de interceptación (5), (5') están colocadas simétricamente con respecto a un plano que pasa a través del elemento de medición (4) y paralelo al eje longitudinal Y del conducto (2) .
Ventajosamente, dicha simetría hace posible el transportar los dos flujos de liquido que vienen de las dos superficies de interceptación (5), (5') en un único flujo que hace corriente en contacto con el elemento de medición (4) .
Preferiblemente, y como se muestra en la Figura 3, las dos superficies de interceptación (5), (51) se conectan en
el nivel de los extremos de entrada correspondientes (6), (6')/ de manera que se pueda interceptar el liquido que fluye en contacto con toda la superficie interna (3) del conducto (2) .
Preferiblemente, el dispositivo de medición (1) también comprende una pared de separación que se proyecta (11), interpuesta entre dichos extremos de salida (7), (7'), preferiblemente en una posición central con respecto a ellos y preferiblemente orientada longitudinalmente de acuerdo al eje (Y) .
Dicha pared de separación (11) ventajosamente hace posible evitar el impacto de los dos flujos, previniendo posibles desviaciones del flujo de salida y su dispersión parcial .
Por lo tanto, la pared de separación (11) hace posible obtener una dirección hacia fuera del flujo de salida que es más estable y más consistente con lo requerido por el elemento de medición (4) .
Una variante de construcción de la invención, que se muestra en la Figura 4, se refiere a un dispositivo de medición (15) que difiere del que se ha descrito hasta ahora en que comprende también una pluralidad de paredes guia (12) incidente en la dirección del flujo (X), colocado ascendente de las superficies de interceptación (5), (5') de acuerdo a la dirección del flujo (X) .
Dichas paredes guía (12) induce en el movimiento de la mezcla un componente rotatorio que, debido al efecto centrífugo, empuja el líquido que está localizado en el área central del conducto (2) hacia su superficie interna (3), con la ventaja de que dicho líquido es interceptado por las superficies de interceptación (5), (5') colocadas más adelante descendentes.
Dicha ventaja es particularmente útil, por ejemplo, descendente de una curva del conducto (2), donde hay fenómenos turbulentos y desviaciones que causan el desprendimiento de una parte del líquido adherido a la superficie interna (3), con una mezcla repetida consecuentemente de la misma mezcla.
Preferiblemente, y como se muestra en la Figura 5, cada pared guía (12) está delimitada en un primer borde por la superficie interna (3) y, en un segundo borde, por un cuerpo central (13) que es coaxial con el conducto (2), de tal manera que se define los canales de guía (14) correspondientes separados uno de otro.
Preferiblemente, la forma de las paredes guía (12) es tal como para definir dichos canales de guía (14) un patrón de desarrollo helicoidal.
Obviamente, en las variantes de construcción de la invención, el número de dichas paredes guías (12) pueden
ser diferentes de la representada en las figuras y dicho número puede ser sólo una.
Las flechas (17), (18) y (19) en la figura 5 muestra esquemáticamente el flujo del líquido a lo largo del dispositivo de medición (15) de la invención.
En particular, las flechas (17) indican el flujo del líquido hacia la superficie interna (3) del conducto, causado por la rotación inducida en la mezcla mediante las paredes guía (12) .
El flujo del líquido (18) en contacto con la superficie interna (3) es interceptado mediante las superficies de interceptación (5), (51) y transportado como un sólo flujo (19) hacia el elemento de medición (4) .
La explicación proporcionada anteriormente muestra que el dispositivo de medición para medir la composición de los líquidos de acuerdo con la invención ofrece una conflabilidad y precisión de medición más alta que otros dispositivos de medición del tipo conocido, especialmente en la presencia de altos valores de GVF , que significa con porcentajes de volumen reducidos de la fase líquida en la mezcl .
De hecho, las superficies de interceptación hacen posible el interceptar el líquido que fluye en un área ancha de la superficie interna del conducto y para transportarlo hacia el elemento de medición.
Las variantes de construcción adicionales de la invención, aún si no están descritas en el presente documento ni ilustradas en los dibujos, deben todas ser consideradas protegidas por la presente patente, siempre que caigan dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones .
Donde las características técnicas mencionadas en cualquier reivindicación son seguidas por signos de referencia, esos signos de referencia se han incluido con el único propósito de aumentar la inteligibilidad de las reivindicaciones y en consecuencia dichos signos de referencia no tienen algún efecto limitante sobre la protección de cada uno de los elementos identificados a modo de ejemplo de dichos signos de referencia.
Claims (13)
1) Dispositivo de medición (1); (15) para determinar la composición de la fase liquida de una mezcla liquido-gas, que comprende: -un conducto (2) en el cual dicha mezcla puede fluir de acuerdo a una dirección de flujo predeterminada (X) paralela al eje (Y) de desarrollo longitudinal de dicho conducto ( 2 ) ; -un elemento de medición (4) colocado dentro de dicho conducto (2), posicionado de tal manera que sea capaz de determinar la composición de una capa del liquido que fluye en contacto con la superficie interna (3) de dicho conducto (2) ; dicha superficie interna (3) de dicho conducto (2) que comprende una superficie de interceptación (5), (5') colocada de modo que es incidente en dicha dirección de flujo (X) y desarrollada de acuerdo a una trayectoria de transportación predefinida entre el extremo de entrada (6), (ß'), colocada ascendente de dicho elemento de medición (4) de acuerdo a dicha dirección de flujo (X) , y un extremo de salida (7), (7'), colocado descendente de dicho extremo de entrada (6), (6') y mirando hacia dicho elemento de medición (4), dicha superficie de interceptación (5), (5') siendo apropiado para desviar al menos una parte de dicha capa liquida de tal manera como para transportarlo hacia dicho elemento de medición (4); caracterizado en que dicha trayectoria de transportación comprende al menos una sección helicoidal.
2) Dispositivo de medición (1); (15) de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque dicha trayectoria de transportación es configurada de modo que la tangente a dicha trayectoria de transportación en el nivel de dicho extremo de salida (7), (7') interseca dicho elemento de medición (4) .
3) Dispositivo de medición (1); (15) de conformidad con cualquiera de las reivindicacionesl ó 2, caracterizado porque dicha trayectoria de transportación define, en cada punto, una dirección la cual se proporciona con un componente que es paralelo a dicho eje longitudinal (Y) .
4) Dispositivo de medición (1); (15) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 3, caracterizado porque dicha superficie de interceptación pertenece a una ranura obtenida en dicha superficie interna (3) de dicho conducto (2) .
5) Dispositivo de medición (1) ; (15) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dicha superficie de interceptación (5), (5') pertenece a un perfil (8), (8') que se proyecta hacia el interior de dicho conducto (2) .
6) Dispositivo de medición (1); (15) de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque dicho perfil de proyección (8), (8') es delimitado por un borde de contención (9) que proyecta de dicha superficie de interceptación (5), (51) en la dirección opuesta con respecto a dicha dirección de flujo (X), cooperando con dicha superficie de interceptación (5), (5') con el fin de delimitar un canal de flujo (10) para dicha fase liquida.
7) Dispositivo de medición (1); (15) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 5 ó 6, caracterizado porque comprende al menos dos de las superficies de interceptación (5), (5') desarrolladas alrededor de dicho eje longitudinal (Y) de acuerdo con las direcciones angulares opuestas mutuamente.
8) Dispositivo de medición (1); (15) de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque dichos extremos de salida (7), (7') de dichas superficies de interceptación (5), (5') están colocadas simétricamente con respecto a un plano el cual es paralelo a dicho eje longitudinal (Y) y la cual pasa a través de dicho elemento de medición ( 4 ) .
9) Dispositivo de medición (1); (15) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque comprende una pared de división que se proyecta (11) interpuesta entre dichos extremos de salida (7), (7 ' ) , apropiado para separar el liquido que fluye transportado por dichas superficies de interceptación (5), (5') .
10) Dispositivo de medición (15) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una o más paredes guia (12) incidentes en dicha dirección de flujo (X) y colocada en dicho conducto (2) ascendente de dicha superficie de interceptación (5), (51) de acuerdo a dicha dirección de flujo (X), adecuado para inducir una rotación en el flujo de dicha mezcla.
11) Dispositivo de medición (15) de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque cada una de las paredes guia (12) es delimitada en un primer borde de dicha superficie interna (3) de dicho conducto (2) y en un segundo borde mediante un cuerpo central (13) coaxial con dicho conducto (2), de tal manera para definir los canales de guia correspondientes (14) .
12) Dispositivo de medición (15) de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque en esos dichos canales de guia (14) se desarrollan de acuerdo a un patrón helicoidal .
13) Dispositivo de medición (1); (15) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada una de dichas superficies interceptación (5), (51) se extiende alrededor de dicho longitudinal (Y) para un ángulo de al menos 90°.
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