MX2015002059A - Sistemas y metodos para monitorear una via de flujo. - Google Patents

Sistemas y metodos para monitorear una via de flujo.

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Abstract

Se divulgan sistemas y métodos para analizar un flujo de un fluido en dos o más ubicaciones discretas para determinar la concentración de una sustancia en las mismas. Un método para determinar una característica de un fluido puede incluir contener un fluido dentro de una vía de flujo que proporciona al menos una primera ubicación de monitoreo y una segunda ubicación de monitoreo, generar una primera señal de salida que corresponde a la característica del fluido en la primera ubicación de monitoreo con un primer dispositivo óptico de computación, generar una segunda señal de salida que corresponde a la característica del fluido en la segunda ubicación de monitoreo con un segundo dispositivo óptico de computación, recibir la primera y segunda señales de salida de dichos primero y segundo dispositivos ópticos de computación, respectivamente, con un procesador de señal, y determinar una diferencia entre la primera y segunda señales de salida con el procesador de señal.

Description

SISTEMAS Y MÉTODOS PARA MONITOREAR UNA VÍA DE FLUJO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a sistemas y métodos ópticos de análisis para analizar fluidos y, en particular, sistemas y métodos para analizar un flujo de un fluido en dos o más ubicaciones discretas para determinar una característica de una sustancia en el fluido.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En la industria del petróleo y gas, se emplean varias téenicas de aseguramiento de flujo para monitorear la formación de depósitos orgánicos e inorgánicos en líneas de flujo y línea de tubería. Estos depósitos pueden impedir seriamente la productividad de los pozos al reducir la permeabilidad cerca del pozo de las formaciones de producción y restringir progresivamente el diámetro de los conductos de flujo, líneas de flujo y líneas de tubería conectadas. Los problemas relacionados con los aseguramientos de flujo cuestan a la industria del petróleo billones de dólares a nivel mundial para la prevención y remediación.
Los problemas de aseguramiento de flujo se relacionan más frecuentemente con las ceras de parafina y los asfáltenos, los cuales son provocados generalmente por cambios en la presión y temperatura de los fluidos producidos en o cerca del pozo o en conductos de flujo en la superficie. Conforme las ceras y los asfáltenos se precipitan fuera del fluido, los precipitados pueden acumularse y tender a restringir u obstruir las líneas de flujo y líneas de tubería. La remoción de los precipitados se puede hacer utilizando lavados con solvente, aunque, en algunos casos, la eliminación de ciertos solventes después de la limpieza presenta cada vez más preocupaciones ambientales. En otras aplicaciones, los precipitados se remueven por operaciones de rectificación, raspado o rascado que se llevan a cabo por medio de una herramienta/dispositivo/robot dentro de la línea. En casos extremos, esto puede requerir que la línea de flujo o la línea de tubería se cierre por un periodo de tiempo y, en el caso de un bloqueo total, puede incluso requerir la remoción de toda la línea de tubería en conjunto.
Las escamas de carbonato de calcio se forman generalmente por los cambios en la presión y temperatura del agua producida en o cerca del pozo y dentro de la tubería de producción/conductos de flujo. Las escamas de sulfato de bario, estroncio y calcio se forman generalmente por la mezcla de agua diferente de la formación y también la mezcla de agua de la formación y agua de mar que se inyecta en los pozos de producción. La formación de escamas se puede prevenir parcialmente por tratamientos de corte de agua y el uso de inhibidores de escamas. Una vez formadas, las escamas se pueden remover solamente con cierta dificultad, tal como al disolver las escamas, donde aplique, utilizando ácidos minerales y disolventes diseñados especialmente. En casos extremos, las escamas deben ser removidas por cualquiera de operaciones de fresado en linea o remoción y reemplazo de la linea de flujo o linea de tubería afectada en conjunto.
Los compuestos de retícula de hidratos de metano y agua son cristales que, si se forman, pueden también obstruir o bloquear las líneas de flujo o línea de tubería. Los aromáticos y naftanatos cuando se combinan con agua deben provocar la formación de espuma y/o emulsiones que también pueden provocar la restricción del flujo o interrupción de la línea de tubería. La erosión del depósito puede también afectar de manera adversa la producción al agregar partículas a la corriente y alterar las características de flujo de subsuperficie.
Aquellos experimentados en la materia reconocerán fácilmente la importancia en determinar con precisión la efectividad de los tratamientos diseñados para contrarrestar los asfáltenos, ceras, escamas, corrosión, así como monitorear la pérdida de arena/tiza, todos de lo cual puede afectar de manera adversa la producción de hidrocarburos. En algunos casos, la producción de un pozo desde un depósito particular se puede dañar permanentemente por problemas de flujo haciendo esencial la prevención para la administración apropiado del depósito. En consecuencia, identificar los problemas de aseguramiento de flujo antes de que ocurran mitigará la acción correctiva costosa.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a sistemas y métodos ópticos de análisis para analizar fluidos y, en particular, sistemas y métodos para analizar un flujo de un fluido en dos o más ubicaciones discretas para determinar una característica de una sustancia en el fluido.
En algunos aspectos de la divulgación, se divulga un sistema. El sistema puede incluir una vía de flujo que contiene un fluido y que proporciona al menos una primera ubicación de monitoreo y una segunda ubicación de monitoreo, un primer dispositivo óptico de computación dispuesto en la primera ubicación de monitoreo y que tiene un primer elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido y transmitir la luz interactuada ópticamente a un primer detector que genera una primera señal de salida que corresponde a una característica del fluido en la primera ubicación de monitoreo, un segundo dispositivo óptico de computación dispuesto en la segunda ubicación de monitoreo y que tiene un segundo elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido y transmitir la luz interactuada ópticamente a un segundo detector que genera una segunda señal de salida que corresponde a la característica del fluido en la segunda ubicación, y un procesador de señal acoplado comunicativamente al primer y segundo detectores y configurado para recibir la primera y segunda señales de salida y determinar una diferencia entre la primera y segunda señales de salida.
En otros aspectos de la divulgación, se divulga un método para determinar una característica de un fluido. El método puede incluir contener un fluido dentro de una vía de flujo que proporciona al menos una primera ubicación de monitoreo y una segunda ubicación de monitoreo, generar una primera señal de salida que corresponde a la característica del fluido en la primera ubicación de monitoreo con un primer dispositivo óptico de computación, el primer dispositivo óptico de computación tiene un primer elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido y de esta manera transmitir la luz interactuada ópticamente a un primer detector que genera la primera señal de salida, generar una segunda señal de salida que corresponde a la característica del fluido en la segunda ubicación de monitoreo con un segundo dispositivo óptico de computación, el segundo dispositivo óptico de computación tiene un segundo elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido y de esta manera transmitir la luz interactuada ópticamente a un segundo detector que genera la segunda señal de salida, recibir la primera y segunda señales de salida con un procesador de señal acoplado comunicativamente al primer y segundo detectores, y determinar una diferencia entre la primera y segunda señales con el procesador de señal.
En todavía otros aspectos de la divulgación, se divulga otro sistema. El sistema puede incluir una primera vía de flujo que contiene un primer fluido y que proporciona una primera ubicación de monitoreo, una segunda vía de flujo que contiene un segundo fluido y que proporciona una segunda ubicación de monitoreo, la primera y segunda vías de flujo se combinan aguas abajo en una vía de flujo común que lleva el primer y segundo fluidos como un fluido combinado, un primer dispositivo óptico de computación dispuesto en la primera ubicación de monitoreo y que tiene un primer elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el primer fluido y generar una primera señal de salida que corresponde a una característica del fluido, un segundo dispositivo óptico de computación dispuesto en la segunda ubicación de monitoreo y que tiene un segundo elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido y generar una segunda señal de salida que corresponde a la característica del segundo fluido, y un procesador de señal acoplado comunicativamente al primero y segundo dispositivos ópticos de computación y configurado para recibir y determinar una diferencia entre la primera y segunda señales de salida.
En todavía aspectos adicionales de la divulgación, se divulga otro método para determinar una característica de un fluido. El método puede incluir contener un primer fluido dentro de una primera vía de flujo que proporciona una primera ubicación de monitoreo, contener un segundo fluido dentro de una segunda vía de flujo que proporciona una segunda ubicación de monitoreo, la primera y segunda vías de flujo se combinan aguas abajo en una vía de flujo común que lleva el primer y segundo fluidos como un fluido combinado, interactuar ópticamente un primer elemento computacional integrado con el primer fluido para generar una primera señal de salida que corresponde a una característica del primer fluido, interactuar ópticamente un segundo elemento computacional integrado con el segundo fluido para generar una segunda señal de salida que corresponde a una característica del segundo fluido, recibir la primera y segunda señales de salida con un procesador de señal, y determinar una diferencia entre la primera y segunda señales de salida con el procesador de señal.
Las características y ventajas de la presente invención serán fácilmente aparentes para aquellos experimentados en la materia con una lectura de la descripción de las modalidades preferidas que siguen.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las siguientes figuras se incluyen para ilustrar ciertos aspectos de la presente invención, y no se deben ver como modalidades exclusivas. El tema que se divulga es capaz de modificaciones, alteraciones, combinaciones, y equivalentes considerables en forma y función, como ocurrirá para aquellos experimentados en la materia y que tengan el beneficio de esta divulgación.
La Figura 1 ilustra un elemento computacional integrado ejemplar, de acuerdo con una o más modalidades.
La Figura 2 ilustra un diagrama de bloques que ilustra no mecánicamente cómo un dispositivo óptico de computación distingue la radiación electromagnética relacionada con una característica de interés de otra radiación electromagnética, de acuerdo con una o más modalidades.
La Figura 3 ilustra un sistema ejemplar para monitorear un fluido presente en una vía de flujo, de acuerdo con una o más modalidades.
La Figura 4 ilustra un alojamiento ejemplar que se puede utilizar para alojar un dispositivo óptico de computación, de acuerdo con una o más modalidades.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a sistemas y métodos ópticos de análisis para analizar fluidos y, en particular, sistemas y métodos para analizar un flujo de un fluido en dos o más ubicaciones discretas para determinar una característica de una sustancia en el fluido.
Los sistemas y métodos ejemplares descritos en este documento emplean diferentes configuraciones de dispositivos ópticos de computación, también comúnmente denominados como "dispositivos óptico-analíticos", para el monitoreo en tiempo real o casi en tiempo real de fluidos. Los sistemas y métodos que se divulgan pueden ser adecuados para su uso en la industria del petróleo y gas ya que los dispositivos ópticos de computación descritos proporcionan medios rentables, robustos, y precisos para monitorear la calidad de los hidrocarburos con el fin de facilitar la administración eficiente de la producción de petróleo/gas. Se apreciará, sin embargo, que los diferentes sistemas y métodos que se divulgan son igualmente aplicables a otros campos de teenología incluyendo, pero no limitado a, la industria de los alimentos y medicamentos, aplicaciones industriales, industrias de minería, o cualquier campo donde pueda ser conveniente determinar en tiempo real o casi en tiempo real la concentración de una característica de una sustancia específica en un fluido que fluye.
Los dispositivos ópticos de computación que se divulgan en este documento, los cuales se describen a mayor detalle más adelante, pueden proporcionar convenientemente monitoreo en tiempo real o casi en tiempo real de flujo de fluido que no se puede lograr actualmente con cualquiera de análisis en el sitio de trabajo o por medio de análisis más detallados que se llevan a cabo en un laboratorio. Una ventaja significativa y distinta de estos dispositivos es que se pueden configurar para detectar y/o medir específicamente un componente o característica particular de interés de un fluido, permitiendo de esta manera que ocurran análisis cualitativos y/o cuantitativos del fluido sin tener que emprender un procedimiento de procesamiento de muestra tardado. Con los análisis en tiempo real o casi en tiempo real a la mano, los sistemas y métodos ejemplares descritos en este documento pueden ser capaces de proporcionar alguna medida de control proactivo y sensible sobre el flujo de fluido, habilitar la recopilación y archivo de la información del fluido en conjunción con la información operacional para optimizar operaciones subsecuentes y/o mejorar la capacidad para ejecución de trabajo remoto.
Los dispositivos ópticos de computación adecuados para su uso en las presentes modalidades se pueden desplegar en dos o más puntos comunicarles fluidamente dentro de una vía de flujo para monitorear el fluido y los diferentes cambios que pueden ocurrir en el mismo entre los dos o más puntos. En algunos casos, por ejemplo, los dispositivos ópticos de computación se pueden utilizar para monitorear cambios en un fluido que ocurren con a través del tiempo o una distancia predeterminada en la vía de flujo. En algunos casos, los dispositivos ópticos de computación se pueden utilizar para monitorear los cambios en el fluido como resultado de agregar una sustancia de tratamiento al mismo, remover una sustancia de tratamiento del mismo, o exponer el fluido a una condición que potencialmente cambia una característica del fluido de alguna forma. En algunos casos, se puede obtener la información de control de calidad con respecto a las sustancias de tratamiento, por ejemplo, antes y después de la introducción en la vía de flujo. Por lo tanto, los sistemas y métodos descritos en este documento se pueden configurar para monitorear un flujo de fluidos y, más particularmente, para monitorear cualquier cambio en los mismos como resultado de agregar una o más sustancias de tratamiento al fluido en diferentes puntos en una vía de flujo con el fin de determinar la concentración o efectividad de dichas una o más sustancias de tratamiento. En al menos un aspecto, esto puede resultar conveniente para verificar una dosis correcta de dichas una o más sustancias de tratamiento como se pretende.
En algunos casos, se puede monitorear la información de control de calidad con respecto a la mezcla de fluidos producidos desde diferentes pozos, diferentes campos, o diferentes operadores para determinar si la mezcla está produciendo un fluido resultante con un caso más alto de formación de depósitos en la vía de flujo a través de la cual están fluyendo los fluidos mezclados. En algunos casos, se puede monitorear la información de control de calidad con respecto a la calidad de los fluidos producidos, por lo cual si la producción de un campo u operador tiene una calidad más alta de los hidrocarburos que otra, se pueden construir modelos financieros precisos con respecto al pago de intercambio, arrendamiento, y/o licencia para uso de transporte compartido e instalaciones de producción.
Como se utiliza en este documento, el término "fluido" se refiere a cualquier sustancia que sea capaz de fluir, incluyendo partículas de sólidos, líquidos, gases, lechadas, emulsiones, polvos, lodos, cristales, combinaciones de los mismos, y similares. En algunas modalidades, el fluido puede ser un fluido acuoso, incluyendo agua o similares. En algunas modalidades, el fluido puede ser un fluido no acuoso, incluyendo compuestos orgánicos, más específicamente, hidrocarburos, petróleo, un componente refinado del petróleo, productos petroquímicos, y similares. En algunas modalidades, el fluido puede ser un fluido de tratamiento o un fluido de la formación. Los fluidos pueden incluir diferentes mezclas de sólidos, líquidos y/o gases que pueden fluir. Los gases ilustrativos que se pueden considerar fluidos de acuerdo con las presentes modalidades incluyen, por ejemplo, el aire, nitrógeno, dióxido de carbono, argón, helio, metano, etano, butano, y otros gases de hidrocarburos, combinaciones de los mismos y/o similares.
Como se utiliza en este documento, el término "característica" se refiere una propiedad química, mecánica, o física de una sustancia. Una característica de una sustancia puede incluir un valor cuantitativo de uno o más componentes químicos en la misma. Tales componentes químicos se pueden denominar en este documento como "analitos". Las características ilustrativas de una sustancia que se pueden monitorear con los dispositivos ópticos de computación que se divulgan en este documento pueden incluir, por ejemplo, la composición química (p.ej., identidad y concentración en total o de componentes individuales), contenido de impurezas, pH, viscosidad, densidad, resistencia iónica, sólidos disueltos totales, contenido de sales, porosidad, opacidad, contenido de bacterias, estado de fase (esto es, sólido, líquido, gas, plasma), combinaciones de los mismos, y similares. Por otra parte, la frase "característica de interés de/en un fluido" se puede utilizar en este documento para hacer referencia a la característica de una sustancia contenida en o que fluye con el fluido.
Como se utiliza en este documento, el término "vía de flujo" se refiere a una ruta a través de la cual un fluido es capaz de ser transportado entre dos puntos. En algunos casos, la vía de flujo no necesita ser continua o contigua entre los dos puntos. Vías de flujo ejemplares incluyen, pero no están limitadas a, una línea de flujo, una línea de tubería, una manguera, una instalación de proceso, un recipiente de almacenamiento, un recipiente de transporte, un canal, una corriente, una alcantarilla, una formación subterránea, un conducto de flujo, un pozo, etc., combinaciones de los mismos, o similares. En casos donde la vía de flujo es una línea de tubería, o similar, la línea de tubería puede ser una línea de tubería pre-puesta en marcha o una línea de tubería operacional. Se debe observar que el término "vía de flujo" no implica necesariamente que un fluido esté fluyendo en ella, más bien que un fluido es capaz de ser transportado o que puede fluir a través de la misma.
Como se utiliza en este documento, el término "sustancia", o variaciones del mismo, se refiere a por lo menos una porción de una materia o material de interés a ser evaluado utilizando los dispositivos ópticos de computación descritos en este documento. En algunas modalidades, la sustancia es una característica de interés, como se definió anteriormente, y puede incluir cualquier componente integral del fluido que fluye dentro de la vía de flujo. Por ejemplo, la sustancia puede incluir compuestos que contienen elementos tales como el bario, calcio, manganeso, azufre, hierro, estroncio, cloro, etc., y cualquier otra sustancia química que pueda llevar a la precipitación dentro de una vía de flujo. La sustancia también se puede referir a parafinas, ceras, asfáltenos, aromáticos, saturados, espumas, sales, partículas, arena y otras partículas sólidas, combinaciones de los mismos, y similares. En todavía otras modalidades, en términos de cuantificar la resistencia iónica, la sustancia puede incluir diferentes iones, tales como, pero no limitado a, Ba2+, Sr2+, Fe+, Fe2+ (o Fe total), Mn2+, SO42, CO32, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Cl.
En otros aspectos, la sustancia puede incluir cualquier sustancia agregada a la vía de flujo con el fin de tratar la via de flujo por razones de aseguramiento de flujo. Sustancias de tratamiento ejemplares pueden incluir, pero no están limitados a, ácidos, compuestos de generación de ácidos, bases, compuestos de generación de bases, biocidas, surfactantes, inhibidores de escamas, inhibidores de corrosión, agentes gelificantes, agentes reticulantes, agentes anti-lodo, agentes espumantes, agentes des espumantes, agentes antiespumantes, agentes emulsionantes, agentes demulsionantes, agentes de control de hierro, apuntalantes u otras partículas, grava, desviadores de partículas, sales, aditivos de control de pérdida de fluido, gases, catalizadores, agentes de control de arcillas, agentes quelantes, inhibidores de corrosión, dispersantes, floculantes, eliminadores (p.ej., eliminadores de H2S, eliminadores de CO2 o eliminadores de 02), lubricantes, trituradores, trituradores de liberación retardada, reductores de fricción, agentes de puenteo, viscosificantes, agentes densificantes, solubilizantes, agentes de control de reología, modificadores de viscosidad, agentes de control de pH (p.ej., reguladores), inhibidores de hidratos, modificadores de permeabilidad relativa, agentes desviadores, agentes de consolidación, materiales fibrosos, bactericidas, trazadores, sondas, nanopartículas, y similares. Combinaciones de estas sustancias también se pueden denominar como una sustancia.
Como se utiliza en este documento, el término "radiación electromagnética" se refiere a las ondas de radio, radiación de microondas, radiación de infrarrojos e infrarrojos cercanos, luz visible, los ultravioleta, radiación de rayos X y radiación de rayos gamma.
Como se utiliza en este documento, el término "dispositivo óptico de computación" se refiere a un dispositivo óptico que está configurado para recibir una entrada de radiación electromagnética desde una sustancia o muestra de la sustancia, y producir una salida de radiación electromagnética desde un elemento de procesamiento dispuesto dentro del dispositivo óptico de computación. El elemento de procesamiento puede ser, por ejemplo, un elemento computacional integrado (ICE, Integrated Computational Element) que se utiliza en el dispositivo óptico de computación. Como se discute a mayor detalle más adelante, la radiación electromagnética que interactúa ópticamente con el elemento de procesamiento se cambia para ser legible por un detector, de tal forma que una salida del detector se puede correlacionar con al menos una característica de la sustancia que está siendo medida o monitoreada. La salida de radiación electromagnética desde el elemento de procesamiento puede ser radiación electromagnética reflejada, radiación electromagnética transmitida, y/o radiación electromagnética dispersada. Los parámetros estructurales del dispositivo óptico de computación, asi como otras consideraciones conocidas por aquellos experimentados en la materia, pueden dictar si la radiación electromagnética reflejada, transmitida, o dispersada es analizada por el detector. Además, también se puede monitorear la emisión y/o dispersión de la sustancia, por ejemplo por medio de fluorescencia, luminiscencia, dispersión de Raman, y/o dispersión de Rayleigh, por medio de los dispositivos ópticos de computación.
Como se utiliza en este documento, el término "interactuar ópticamente" o variaciones del mismo se refieren a la reflexión, transmisión, dispersión, difracción, o absorción de radiación electromagnética ya sea en, a través, o desde uno o más elementos de procesamiento (esto es, elementos computacionales integrados). En consecuencia, la luz interactuada ópticamente se refiere a la radiación electromagnética que ha sido reflejada, transmitida, dispersada, difractada, o absorbida por, emitida, o re irradiada, por ejemplo, utilizando los elementos computacionales integrados, pero también puede aplicar a la interacción con un fluido o una sustancia en el fluido.
Los sistemas y métodos ejemplares descritos en este documento incluirán al menos dos dispositivos ópticos de computación dispuestos estratégicamente a lo largo de una via de flujo con el fin de monitorear un fluido que fluye en la misma y calcular la concentración de diferencias entre ubicaciones de medición o monitoreo. Cada dispositivo óptico de computación puede incluir una fuente de radiación electromagnética, al menos un elemento de procesamiento (p.ej., elementos computacionales integrados), y al menos un detector dispuesto para recibir la luz interactuada ópticamente de dicho al menos un elemento de procesamiento. Como se divulga más adelante, sin embargo, en al menos una modalidad, se puede omitir la fuente de radiación electromagnética y en su lugar la radiación electromagnética se puede derivar del fluido o sustancia en si. En algunas modalidades, los dispositivos ópticos de computación ejemplares pueden estar configurados específicamente para detectar, analizar, y medir cuantitativamente una característica o analito particular de interés del fluido en la vía de flujo. En otras modalidades, los dispositivos ópticos de computación pueden ser dispositivos ópticos de propósito general, con procesamiento post-adquisición (p.ej., a través de medios de computadora) que se utiliza para detectar específicamente la característica de la muestra.
En algunas modalidades, los componentes estructurales adecuados para los dispositivos ópticos de computación ejemplares se describen en los documentos de propiedad común de Patente de los Estados Unidos Nos.6,198,531; 6,529,276; 7,123,844; 7,834,999; 7,911,605; 7,920,258; y 8,049,881, y los documentos de Solicitud de Patente de los Estados Unidos Nos. de Serie 12/094,460; 12/094,465; y 13/456,467. Como se apreciará, pueden ser adecuadas variaciones de los componentes estructurales de los dispositivos ópticos de computación descritos en las patentes y solicitudes de patente mencionadas anteriormente, sin apartarse del alcance de la divulgación, y por lo tanto, no se deben considerar limitando las diferentes modalidades que se divulgan en este documento.
Los dispositivos ópticos de computación descritos en las patentes y solicitudes de patente anteriores combinan la ventaja de la potencia, precisión y exactitud asociadas con los espectrómetros de laboratorio, mientras son extremadamente robustos y adecuados para su uso en campo.
Además, los dispositivos ópticos de computación pueden llevar a cabo cálculos (análisis) en tiempo real o casi en tiempo real sin la necesidad de procesamiento tardado de muestras. En este respecto, los dispositivos ópticos de computación pueden estar especificamente configurados para detectar y analizar características y/o analitos particulares de interés de un fluido o una sustancia en el fluido. Como resultado, se discriminan las señales de interferencia de aquellas de interés en la sustancia por la configuración apropiada de los dispositivos ópticos de computación, de tal forma que los dispositivos ópticos de computación proporcionan una respuesta rápida con respecto a las características del fluido o sustancia con base en la salida detectada. En algunas modalidades, la salida detectada se puede convertir en un voltaje que es distintivo de la magnitud de la característica que está siendo monitoreada en el fluido. Las ventajas anteriores y otras hacen a los dispositivos ópticos de computación particularmente bien adecuados para su uso en campo y en el interior de pozos.
Los dispositivos ópticos de computación pueden estar configurados para detectar no solamente la composición y concentraciones de una sustancia en un fluido, sino que también pueden estar configurados para determinar las propiedades físicas y otras características de la sustancia, con base en sus análisis de la radiación electromagnética recibida desde la sustancia. Por ejemplo, los dispositivos ópticos de computación pueden estar configurados para determinar la concentración de un analito y correlacionar la concentración determinada con una característica de una sustancia al utilizar medios de procesamiento adecuados. Como se apreciará, los dispositivos ópticos de computación pueden estar configurados para detectar tantas características o analitos como se desee para una sustancia o fluido dado. Todo lo que se requiere para lograr el monitoreo de múltiples características o analitos es la incorporación de medios de procesamiento y detección adecuados con el dispositivo óptico de computación para cada característica o analito. En algunas modalidades, las propiedades de la sustancia pueden ser una combinación de las propiedades de los analitos en la misma (p.ej., una combinación lineal, no lineal, logarítmica, y/o exponencial). En consecuencia, mientras más características y más analitos se detecten y analicen utilizando los dispositivos ópticos de computación, se determinarán de manera más precisa las propiedades de la sustancia dada.
Los dispositivos ópticos de computación descritos en este documento utilizan radiación electromagnética para llevar a cabo cálculos, contrario a los circuitos cableados de los procesadores electrónicos convencionales. Cuando la radiación electromagnética interactúa con una sustancia, la información física y química única acerca de la sustancia se puede codificar en la radiación electromagnética que se refleja de, se transmite a través, o se irradia desde la sustancia. Esta información a menudo se denomina como la "huella" espectral de la sustancia. Los dispositivos ópticos de computación descritos en este documento son capaces de extraer la información de la huella espectral de múltiples características o analitos dentro de una sustancia y convertir esa información en una salida detectable con respecto a las propiedades generales de la sustancia. Esto es, a través de configuraciones adecuadas de los dispositivos ópticos de computación, se puede separar la radiación electromagnética asociada con características o analitos de interés en una sustancia de la radiación electromagnética asociada con todos los otros componentes de la sustancia con el fin de estimar las propiedades de la sustancia en tiempo real o casi en tiempo real.
Los elementos de procesamiento que se utilizan en los dispositivos ópticos de computación ejemplares descritos en este documento se pueden caracterizar como elementos computacionales integrados (ICE). Cada ICE es capaz de distinguir la radiación electromagnética relacionada con la característica o analito de interés de la radiación electromagnética relacionada con otros componentes de una sustancia. Haciendo referencia a la Figura 1, se ilustra un ICE 100 ejemplar adecuado para su uso en los dispositivos ópticos de computación que se utilizan en los sistemas y métodos descritos en este documento. Como se ilustra, el ICE 100 puede incluir una pluralidad de capas alternantes 102 y 104, tal como silicio (Si) y SÍO2 (cuarzo), respectivamente. En general, estas capas 102, 104 consisten de materiales cuyo indice de refracción es alto y bajo, respectivamente. Otros ejemplos podrían incluir niobia y niobio, germanio y germania, MgF, SiO, y otros materiales de índice alto y bajo conocidos en la materia. Las capas 102, 104 pueden estar depositadas estratégicamente en un sustrato óptico 106. En algunas modalidades, el sustrato óptico 106 es vidrio óptico BK-7. En otras modalidades, el sustrato óptico 106 puede ser otro tipo de sustrato óptico, tal como el cuarzo, zafiro, silicio, germanio, seleniuro de zinc, sulfuro de zinc, o diferentes plásticos tales como el policarbonato, polimetilmetacrilato (PMMA, Polymethylmethacrylate), polivinilcloruro (PVC, Polyvinylchloride), diamante, cerámica, combinaciones de los mismos, y similares.
En el extremo opuesto (p.ej., opuesto al sustrato óptico 106 en la Figura 1), el ICE 100 puede incluir una capa 108 que está generalmente expuesta al entorno del dispositivo o instalación. El número de capas 102, 104 y el espesor de cada capa 102, 104 se determinan a partir de los atributos espectrales adquiridos desde un análisis espectroscópico de una característica de la sustancia utilizando un instrumento espectroscópico convencional. El espectro de interés de una característica dada de una sustancia por lo general incluye cualquier número de diferentes longitudes de onda. Se debe entender que el ICE 100 ejemplar en la Figura 1 no representa de hecho ninguna característica particular de interés de una sustancia dada, pero se proporciona para propósitos de ilustración solamente. En consecuencia, el número de capas 102, 104 y sus espesores relativos, como se muestra en la Figura 1, no guardan correlación con ninguna característica particular de una sustancia dada. Ni las capas 102, 104 y sus espesores relativos están dibujados necesariamente a escala, y por lo tanto no se deben considerar limitando la presente divulgación. Por otra parte, aquellos experimentados en la materia reconocerán fácilmente que los materiales que componen cada capa 102, 104 (esto es, Si y SÍO2) pueden variar, dependiendo de la aplicación, costo de los materiales, y/o aplicabilidad del material a la sustancia.
En algunas modalidades, se puede impurificar el material de cada capa 102, 104 o se pueden combinar dos o más materiales en una manera para lograr la característica óptica deseada. Además de los sólidos, el ICE 100 ejemplar puede también contener líquidos y/o gases, opcionalmente en combinación con sólidos, con el fin de producir una característica óptica deseada. En el caso de los gases y los líquidos, el ICE 100 puede contener un recipiente correspondiente (no mostrado), que aloja los gases o líquidos. Variaciones ejemplares del ICE 100 pueden también incluir elementos ópticos holográficos, rejillas, piezoeléctricos, tubo de luz, tubo de luz digital (DLP, Digital Light Pipe), y/o elementos acústico-ópticos, por ejemplo, que pueden crear transmisión, reflexión, y/o propiedades absorbentes de interés.
Las múltiples capas 102, 104 exhiben diferentes índices refractivos. Al seleccionar apropiadamente los materiales de las capas 102, 104 y su espesor y espaciamiento relativos, el ICE 100 se puede configurar para pasar/reflejar/refractar selectivamente fracciones predeterminadas de radiación electromagnética en diferentes longitudes de onda. Cada longitud de onda tiene una densificación o factor de carga predeterminado. El espesor y espaciamiento de las capas 102, 104 se pueden determinar utilizando una variedad de métodos de aproximación a partir del espectrograma de la característica o analito de interés. Estos métodos pueden incluir la transformada inversa de Fourier (IFT, Inverse Fourier Transform) del espectro de transmisión óptica y estructurar el ICE 100 como la representación física de la IFT. Las aproximaciones convierten la IFT en una estructura con base en materiales conocidos con indices refractivos constantes. Información adicional con respecto a las estructuras y diseño de los elementos computacionales integrados ejemplares (también denominados como elementos ópticos multivariados) se proporciona en Applied Optics, (Óptica Aplicada), Vol.35, pp. 5484-5492 (1996) y Vol.129, pp. 2876-2893.
Las densificaciones que las capas 102, 104 del ICE 100 aplican en cada longitud de onda se establecen en las densificaciones de regresión descritas con respecto a una ecuación, o datos, o firma espectral conocida. Brevemente, el ICE 100 puede estar configurado para llevar a cabo el producto de punto del haz de luz de entrada en el ICE 100 y un vector de regresión cargado deseado representado por cada capa 102, 104 para cada longitud de onda. Como resultado, la intensidad de la luz de salida del ICE 100 se relaciona con la característica o analito de interés. Detalles adicionales con respecto a cómo es capaz el ICE 100 ejemplar de distinguir y procesar la radiación electromagnética relacionada con la característica o analito de interés se describen en los documentos de Patente de los Estados Unidos Nos. 6,198,531; 6,529,276; y 7,920,258.
Haciendo referencia ahora a la Figura 2, se ilustra un diagrama de bloques que ilustra no mecánicamente cómo un dispositivo óptico de computación 200 es capaz de distinguir la radiación electromagnética relacionada con una característica de una sustancia de otra radiación electromagnética. Como se muestra en la Figura 2, después de ser iluminada con radiación electromagnética incidente, una sustancia 202 que contiene un analito de interés (p.ej., una característica de la sustancia) produce una salida de radiación electromagnética (p.ej., luz interactuada de muestra), parte de la cual es la radiación electromagnética 204 que corresponde a la característica o analito de interés y parte de la cual es radiación electromagnética de fondo 206 que corresponde a otros componentes o características de la sustancia 202.
Aunque no se muestra específicamente, se pueden emplear uno o más elementos espectrales en el dispositivo 200 con el fin de restringir las longitudes de onda y/o anchos de banda ópticos del sistema y de esta manera eliminar la radiación electromagnética no deseada existente en las regiones de longitud de onda que no tienen importancia. Tales elementos espectrales se pueden ubicar en cualquier parte a lo largo del tren óptico, pero se emplean por lo general directamente después de la fuente de luz, que proporciona la radiación electromagnética inicial. Se pueden encontrar diferentes configuraciones y aplicaciones de los elementos espectrales en dispositivos ópticos de computación en los documentos de propiedad común de Patente de los Estados Unidos Nos. 6,198,531; 6,529,276; 7,123,844; 7,834,999; 7,911,605; 7,920,258; 8,049,881, y los documentos de Solicitud de Patente de los Estados Unidos Nos. de Serie 12/094,460 (Publicación de Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. 2009/0219538); 12/094,465 (Publicación de Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. 2009/0219539); y 13/456,467.
Los haces de radiación electromagnética 204, 206 inciden sobre el dispositivo óptico de computación 200, que contiene un ICE 208 ejemplar en el mismo. En la modalidad que se ilustra, el ICE 208 puede estar configurado para producir luz interactuada ópticamente, por ejemplo, la luz interactuada ópticamente transmitida 210 y la luz interactuada ópticamente reflejada 214. En operación, el ICE 208 puede estar configurado para distinguir la radiación electromagnética 204 de la radiación electromagnética de fondo 206.
La luz interactuada ópticamente transmitida 210, la cual se puede relacionar con la característica o analito de interés en la sustancia 202, se puede transmitir a un detector 212 para su análisis y cuantificación. En algunas modalidades, el detector 212 está configurado para producir una señal de salida en la forma de un voltaje que corresponde a la característica particular de la sustancia 202. En al menos una modalidad, la señal producida por el detector 212 y la concentración de la característica de la sustancia 202 pueden ser directamente proporcionales. En otras modalidades, la relación puede ser una función polinomial, una función exponencial, y/o una función logarítmica. La luz interactuada ópticamente reflejada 214, la cual se puede relacionar con la característica y otros componentes de la sustancia 202, se puede dirigir lejos del detector 212. En configuraciones alternativas, el ICE 208 puede estar configurado de tal forma que la luz interactuada ópticamente reflejada 214 se puede relacionar con el analito de interés, y la luz interactuada ópticamente transmitida 210 se puede relacionar con otros componentes de la sustancia 202.
En algunas modalidades, un segundo detector 216 puede estar presente y dispuesto para detectar la luz interactuada ópticamente reflejada 214. En otras modalidades, el segundo detector 216 puede estar dispuesto para detectar la radiación electromagnética 204, 206 que se deriva de la sustancia 202 o la radiación electromagnética que se dirige hacia o delante de la sustancia 202. Sin limitación, el segundo detector 216 se puede utilizar para detectar desviaciones de radiación que se derivan de una fuente de radiación electromagnética (no mostrada), que proporciona la radiación electromagnética (esto es, luz) al dispositivo 200. Por ejemplo, las desviaciones de radiación pueden incluir cosas tales como, pero no limitado a, fluctuaciones de intensidad en la radiación electromagnética, fluctuaciones interferentes (p.ej., polvo u otros interferentes que pasan enfrente de la fuente de radiación electromagnética), recubrimientos o ventanas incluidos en el dispositivo óptico de computación 200, combinaciones de los mismos, o similares. En algunas modalidades, se puede emplear un divisor de haz (no mostrado) para dividir la radiación electromagnética 204, 206, y la radiación electromagnética transmitida o reflejada se puede entonces dirigir a uno o más ICEs 208. Esto es, en tales modalidades, el ICE 208 no funciona como un tipo de divisor de haz, como se representa en la Figura 2, y la radiación electromagnética transmitida o reflejada simplemente pasa a través del ICE 208, siendo procesada computacionalmente en el mismo, antes de viajar al detector 212.
La(s) característica(s) de la sustancia 202 que está(n) siendo analizada(s) utilizando el dispositivo óptico de computación 200 se puede(n) procesar computacionalmente adicionalmente para proporcionar información de caracterización adicional acerca de la sustancia 202. En algunas modalidades, la identificación y concentración de cada analito en la sustancia 202 se pueden utilizar para predecir ciertas características físicas de la sustancia 202.
Por ejemplo, las características en general de la sustancia 202 se pueden estimar al utilizar una combinación de las propiedades conferidas a la sustancia 202 por cada analito.
En algunas modalidades, la concentración de cada analito o la magnitud de cada característica determinada utilizando el dispositivo óptico de computación 200 se puede alimentar a un algoritmo que opera bajo control de computadora. El algoritmo puede estar configurado para hacer predicciones acerca de cómo cambiarían las características de la sustancia 202 si las concentraciones de los analitos se cambian uno con relación a otro. En algunas modalidades, el algoritmo puede producir una salida que es legible por un operador quien puede tomar manualmente la acción apropiada, si es necesario, con base en la salida. En algunas modalidades, el algoritmo puede tomar control proactivo de proceso al ajustar automáticamente el flujo de una sustancia de tratamiento que se introduce en una vía de flujo o al detener la introducción de la sustancia de tratamiento en respuesta a una condición de fuera de rango.
El algoritmo puede ser parte de una red neuronal artificial configurado para utilizar la concentración de cada analito detectado con el fin de evaluar la(s) característica(s) de la sustancia 202 y predecir cómo modificar la sustancia 202 con el fin de alterar sus propiedades en una forma deseada. Redes neuronales artificiales ilustrativas, pero no limitativas, se describen en el documento de propiedad común de solicitud de Patente de los Estados Unidos No.11/986,763 (Publicación de Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. 2009/0182693). Se debe reconocer que una red neuronal artificial se puede entrenar utilizando muestras de sustancias que tienen concentraciones, composiciones, y/o propiedades conocidas, y de esta manera generar una librería virtual. Mientras la librería virtual disponible para la red neuronal artificial se hace más grande, la red neuronal puede hacerse más capaz de predecir con precisión las características de una sustancia que tiene cualquier número de analitos presentes en la misma. Además, con entrenamiento suficiente, la red neuronal artificial puede predecir con más precisión las características de la sustancia, aún en la presencia de analitos desconocidos.
Se reconoce que las diferentes modalidades dirigidas en este documento al control de computadora y las redes neuronales artificiales, incluyendo los diferentes bloques, módulos, elementos, componentes, métodos, y algoritmos, se pueden implementar utilizando hardware, software de computadora, combinaciones de los mismos, y similares. Para ilustrar esta intercambiabilidad de hardware y software, se han descrito diferentes bloques, módulos, elementos, componentes, métodos y algoritmos ilustrativos generalmente en términos de su funcionalidad. Si tal funcionalidad se implementa como hardware o software dependerá de la aplicación particular y cualquier restricción de diseño impuesta. Al menos por esta razón, se debe reconocer que alguien experimentado en la materia puede implementar la funcionalidad descrita en una variedad de formas para una aplicación en particular. Además, los diferentes componentes y bloques se pueden acomodar en un orden diferente o particionar de manera diferente, por ejemplo, sin apartarse del alcance de las modalidades descritas expresamente.
El hardware de computadora que se utiliza para implementar los diferentes bloques, módulos, elementos, componentes, métodos, y algoritmos ilustrativos descritos en este documento puede incluir un procesador configurado para ejecutar una o más secuencias de instrucciones, instancias de programación, o código almacenado en un medio legible por computadora no transitorio. El procesador puede ser, por ejemplo, un microprocesador de propósito general, un microcontrolador, un procesador de señal digital, un circuito integrado de aplicación especifica, un antenaje de puerta de campo programable, un dispositivo lógico programable, un controlador, una máquina de estado, lógica cerrada, componentes discretos de hardware, una red neuronal artificial, o cualquier entidad similar adecuada que pueda llevar a cabo los cálculos u otras manipulaciones de datos. En algunas modalidades, el hardware de computadora puede además incluir elementos tales como, por ejemplo, una memoria (p.ej., memoria de acceso aleatorio (RAM, Random Access Memory), memoria flash, memoria de sólo lectura (ROM, Read Only Memory), memoria de sólo lectura programable (PROM, Programmable Read Only Memory), memoria de sólo lectura borradle programable (EPROM, Erasable Programmable Read-Only Memory)), registros, discos duros, discos removibles, CD-ROMs, DVDs, o cualquier otro dispositivo o medio de almacenamiento adecuado similar.
Las secuencias ejecutables descritas en este documento se pueden implementar con una o más secuencias de código contenidas en una memoria. En algunas modalidades, tal código se puede leer en la memoria desde otro medio legible por máquina. La ejecución de las secuencias de instrucciones contenidas en la memoria puede provocar que un procesador lleve a cabo los pasos del proceso descritos en este documento. También se pueden emplear uno o más procesadores en una disposición de multi-procesamiento para ejecutar las secuencias de instrucciones en la memoria. Además, se pueden utilizar circuitos cableados en lugar de o en combinación con instrucciones de software para implementar diferentes modalidades descritas en este documento. Por lo tanto, las presentes modalidades no se limitan a ninguna combinación especifica de hardware y/o software.
Como se utiliza en este documento, un medio legible por máquina se referirá a cualquier medio que proporciona directamente o indirectamente instrucciones a un procesador para su ejecución. Un medio legible por máquina puede tomar muchas formas incluyendo, por ejemplo, medios no volátiles, medios volátiles, y medios de transmisión. Los medios no volátiles pueden incluir, por ejemplo, discos ópticos y magnéticos. Los medios volátiles pueden incluir, por ejemplo, memoria dinámica. Los medios de transmisión pueden incluir, por ejemplo, cables coaxiales, alambre, fibra óptica, y alambres que forman un enlace común (bus) . Las formas comunes de medios legibles por máquina pueden incluir, por ejemplo, discos floppy, discos flexibles, discos duros, cintas magnéticas, otros medios magnéticos similares, CD-ROMs, DVDs, otros medios ópticos similares, tarjetas perforadas, cintas de papel y medios físicos similares con agujeros en patrón, RAM, ROM, PROM, EPROM y flash EPROM.
En algunas modalidades, los datos recopilados utilizando los dispositivos ópticos de computación se pueden archivar junto con los datos asociados con los parámetros operacionales que están siendo registrados en un sitio de trabajo. Después, la evaluación de desempeño de trabajo se puede valorar y mejorar para operaciones futuras o tal información se puede utilizar para diseñar operaciones subsecuentes. Además, los datos e información se pueden comunicar (alámbricamente o inalámbricamente) a una ubicación remota por medio de un sistema de comunicación (p.ej., comunicación satelital o comunicación de red de área amplia) para análisis adicional. El sistema de comunicación puede también permitir que se lleve a cabo el monitoreo y operación remotos de un proceso. El control automatizado con un sistema de comunicación· de largo alcance puede facilitar adicionalmente el desempeño de operaciones de trabajo remoto. En particular, una red neuronal artificial se puede utilizar en algunas modalidades para facilitar el desempeño de las operaciones de trabajo remoto. Esto es, las operaciones de trabajo remoto se pueden conducir automáticamente en algunas modalidades. En otras modalidades, sin embargo, pueden ocurrir operaciones de trabajo remoto bajo el control de operador directo, donde el operador no está en el sitio de trabajo.
Haciendo referencia ahora a la Figura 3, se ilustra un sistema ejemplar 300 para monitorear un fluido 302, de acuerdo con una o más modalidades. En la modalidad que se ilustra, el fluido 302 puede estar contenido o fluir dentro de una vía de flujo 304 ejemplar. La vía de flujo 304 puede ser una línea de flujo o una línea de tubería y el fluido 302 presente en la misma puede estar fluyendo en la dirección General indicada por las flechas A (esto es, desde aguas arriba hacia aguas abajo). Como se apreciará, sin embargo, la vía de flujo 304 puede ser cualquier otro tipo de vía de flujo, como se describe o se define generalmente en este documento. En al menos una modalidad, sin embargo, la vía de flujo 304 puede formar parte de una línea de tubería de petróleo/gas y puede ser parte de un cabezal de pozo o una pluralidad de líneas o tubos de flujo de interconexión submarinos y/o por encima del suelo que interconectan diferentes depósitos subterráneos de hidrocarburos con una o más plataformas de recepción/recolección o instalaciones de procesos. En algunas modalidades, porciones de la vía de flujo 304 se pueden emplear en el interior del pozo y conectar fluidamente, por ejemplo, una formación y un cabezal de pozo. Como tal, porciones de la vía de flujo 304 pueden estar acomodadas sustancialmente verticales, sustancialmente horizontales, o cualquier configuración direccional entre las mismas, sin apartarse del alcance de la divulgación.
El sistema 300 puede incluir al menos un dispositivo óptico de computación 306a y un segundo dispositivo óptico de computación 306b. Los dispositivos ópticos de computación 306a, 306b pueden ser similares en algunos aspectos al dispositivo óptico de computación 200 de la Figura 2, y por lo tanto se pueden entender mejor con referencia al mismo. Como se ilustra, el primer y segundo dispositivos ópticos de computación 306a, 306b pueden estar asociados cada uno con la vía de flujo 304 en ubicaciones de monitoreo independientes y distintas a lo largo de la longitud de la via de flujo 304. Específicamente, el primer dispositivo óptico de computación 306a se puede ubicar en una primera ubicación de monitoreo a lo largo de la via de flujo 304 y el segundo dispositivo óptico de computación 306b se puede ubicar en una segunda ubicación de monitoreo a lo largo de la via de flujo 304, donde la primera ubicación de monitoreo se comunica fluidamente con la segunda ubicación de monitoreo por medio de porciones contiguas de la via de flujo 304. Como se describe a mayor detalle más adelante, cada dispositivo óptico de computación 306a, 306b puede ser útil en la determinación de una característica particular.del fluido 302 dentro de la via de flujo 304, tal como al determinar una concentración de una sustancia que puede estar presente dentro del fluido 302 en la ubicación correspondiente a lo largo de la vía de flujo 304.
En algunas modalidades, el segundo dispositivo óptico de computación 306b está dispuesto a una distancia predeterminada del primer dispositivo óptico de computación 306a a lo largo de la longitud de la vía de flujo 304. En otras modalidades, sin embargo, el primer dispositivo óptico de computación 306a puede estar espaciado aleatoriamente del segundo dispositivo óptico de computación de 106b, sin apartarse del alcance de la divulgación. Por otra parte, mientras solamente se muestran dos dispositivos ópticos de computación 306a, 306b en la Figura 3, se apreciará que el sistema 300 puede emplear más de dos dispositivos ópticos de computación dentro de la vía de flujo 304. En tales modalidades, cada dispositivo óptico de computación puede estar espaciado del primer y segundo dispositivos ópticos de computación 306a, 306b a distancias predeterminadas o aleatorias, dependiendo de la aplicación.
Cada dispositivo 306a, 306b, puede estar alojado dentro de una carcasa o alojamiento acoplado o unido a la via de flujo 304 en su ubicación respectiva. Como se ilustra, por ejemplo, el primer dispositivo 306a puede estar alojado dentro de un primer alojamiento 308a y el segundo dispositivo 306b puede estar alojado dentro de un segundo alojamiento 308b. En algunas modalidades, el primer y segundo alojamientos 308a, 308b pueden estar acoplados mecánicamente a la via de flujo 304 utilizando, por ejemplo, sujetadores mecánicos, téenicas de soldadura fuerte o suave, adhesivos, imanes, combinaciones de los mismos, o similares. Cada alojamiento 308a, 308b puede estar configurado para proteger sustancialmente los componentes internos de los dispositivos 306a, 306b respectivos del daño o contaminación del entorno externo. Por otra parte, cada alojamiento 308a, 308b puede estar diseñado para soportar las presiones gue se pueden experimentar dentro de la via de flujo 304 y de esta manera proporcionar un sello hermético entre la via de flujo 304 y el alojamiento 308a, 308b respectivos.
Cada dispositivo 306a, 306b puede incluir una fuente de radiación electromagnética 310 configurada para emitir o generar radiación electromagnética 312. La fuente de radiación electromagnética 310 puede ser cualguier dispositivo capaz de emitir o generar radiación electromagnética, como se define en este documento. Por ejemplo, la fuente de radiación electromagnética 310 puede ser una bombilla de luz, un diodo de emisión de luz (LED, Light Emitting Diode), un láser, un cuerpo negro, un cristal fotónico, una fuente de rayos X, combinaciones de los mismos, o similares. En algunas modalidades, un lente (no mostrado), o cualquier otro tipo de dispositivo óptico configurado para transmitir o comunicar radiación electromagnética, puede estar dispuesto para recoger o recibir la radiación electromagnética 312 y dirigir un haz de la misma hacia el fluido 302.
En una o más modalidades, los dispositivos 306a, 306b pueden también incluir una ventana de muestreo 314 dispuesta adyacente al fluido 302 para propósitos de detección. La ventana de muestreo 314 puede estar hecha a partir de una variedad de materiales transparentes, rígidos o semirrígidos que están configurados para permitir la transmisión de la radiación electromagnética 312 a través de los mismos. Por ejemplo, la ventana de muestreo 314 puede estar hecha de, pero no está limitado a, vidrios, plásticos, semiconductores, materiales cristalinos, materiales policristalinos, polvos presionados en caliente o en frío, combinaciones de los mismos, o similares. Con el fin de remover fantasmas u otros problemas de imagen que resultan de la reflectancia en la ventana de muestreo 314, el sistema 300 puede emplear uno o más elementos de reflectancia interna (IRE, Internal Reflectance Elements), tales como aquellos descritos en los documentos de propiedad común de Patente de los Estados Unidos No.7,697,141, y/o uno o más sistemas de generación de imágenes, tales como aquellos descritos en los documentos de propiedad común de Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. de Serie 13/456,467.
Después de pasar a través de la ventana de muestreo 314, la radiación electromagnética 312 incide sobre e interactúa ópticamente con el fluido 302, o una sustancia que fluye dentro del fluido 302. Como resultado, la radiación interactuada ópticamente 316 es generada por y reflejada desde el fluido 302. Aquellos experimentados en la materia, sin embargo, reconocerán fácilmente que variaciones alternativas de los dispositivos 306a, 306b pueden permitir que la radiación interactuada ópticamente 316 se genere al ser transmitida, dispersada, difractada, absorbida, emitida, o re-irradiada por y/o desde el fluido 302, o la sustancia particular que fluye dentro del fluido 302, sin apartarse del alcance de la divulgación.
La radiación interactuada ópticamente 316 en cada dispositivo 306a, 306b se puede dirigir o ser recibida por un ICE 318 dispuesto dentro del dispositivo 306a, 306b correspondiente. Cada ICE 318 puede ser un componente espectral sustancialmente similar al ICE 100 descrito anteriormente con referencia a la Figura 1. En consecuencia, en operación cada ICE 318 se puede configurar para recibir la radiación interactuada ópticamente 316 y producir radiación electromagnética modificada 320 que corresponde a una característica o analito particular de interés del fluido 302. En particular, la radiación electromagnética modificada 320 es radiación electromagnética que ha interactuado ópticamente con el ICE 318, por lo cual se obtiene una imitación aproximada del vector de regresión correspondiente a la característica de interés del fluido 302.
Se debe observar que, mientras la Figura 3 representa el ICE 318 como recibiendo la radiación electromagnética reflejada desde la ventana de muestreo 314 el fluido 302, el ICE 318 puede estar dispuesto en cualquier punto a lo largo del tren óptico del dispositivo 306a, 306b, sin apartarse del alcance de la divulgación. Por ejemplo, en una o más modalidades, el ICE 318 puede estar dispuesto dentro del tren óptico antes de la ventana de muestreo 314 y obtener igualmente sustancialmente los mismos resultados. En otras modalidades, la ventana de muestreo 314 puede servir un propósito dual tanto como una ventana de transmisión como el ICE 318 (esto es, un componente espectral). En todavía otras modalidades, el ICE 318 puede generar la radiación electromagnética modificada 320 a través de reflexión, en lugar de transmisión a través.
Por otra parte, mientras se muestra solamente un ICE 318 en cada dispositivo 306a, 306b correspondiente, se contemplan en este documento modalidades que incluyen el uso de al menos dos ICE en cada dispositivo 306a, 306b configurados para determinar cooperativamente la característica de interés en el fluido 302. Por ejemplo, se pueden disponer dos o más ICEs en serie o en paralelo dentro de los dispositivos 306a, 306b y configurar para recibir la radiación interactuada ópticamente 316 y de esta manera mejorar las sensibilidades y limites de detector del dispositivo 306a, 306b. En otras modalidades, se pueden disponer dos o más ICEs en un ensamble movible, tal como un disco giratorio o un arreglo lineal oscilatorio, que se mueve de tal forma que los componentes de ICE individuales sean capaces de quedar expuestos a o de otra forma interactuar ópticamente con la radiación electromagnética por un breve periodo de tiempo distinto. En una o más modalidades, dichos dos o más ICEs en cualquiera de estas modalidades se pueden configurar para estar asociados o desasociados con la característica de interés del fluido 302. En otras modalidades, los dos o más ICEs se pueden configurar para estar correlacionados positivamente o negativamente con la característica de interés en el fluido 302. Estas modalidades opcionales que emplean dos o más ICEs 318 se describen adicionalmente en los documentos en trámite de Solicitud de Patente de los Estados Unidos Nos. de Serie 13/456,264 y 13/456,405.
En algunas modalidades, puede ser deseable monitorear más de un analito o carácter!stica de interés al mismo tiempo en cada ubicación a lo largo de la vía de flujo 304. En tales modalidades, se pueden utilizar diferentes configuraciones para múltiples componentes de ICE, donde cada componente de ICE está configurado para detectar una característica o analito particular y/o distinto de interés. En algunas modalidades, la característica o analito se puede analizar secuencialmente utilizando los múltiples componentes de ICE que se proporcionan en un solo haz de radiación electromagnética que es reflejada desde o transmitida a través del fluido 302. En algunas modalidades, como se mencionó brevemente antes, se pueden disponer múltiples componentes de ICE en un disco giratorio, donde los componentes de ICE individuales solamente se exponen al haz de radiación electromagnética por un tiempo corto. Ventajas de este enfoque pueden incluir la capacidad de analizar múltiples analitos utilizando un solo dispositivo óptico de computación y la oportunidad de ensayar analitos adicionales simplemente al agregar componentes de ICE adicionales al disco giratorio. En diferentes modalidades, el disco giratorio se puede hacer girar a una frecuencia de unas 10 RPM a unas 30,000 RPM de tal forma que cada analito en el fluido 302 se mide rápidamente. En algunas modalidades, estos valores se pueden promediar a través de un dominio de tiempo apropiado (p.ej., aproximadamente 1 milisegundo a 1 hora) para determinar con mayor precisión las características del fluido 302.
En otras modalidades, se pueden colocar múltiples dispositivos ópticos de computación en paralelo en cada ubicación a lo largo de la longitud de la vía de flujo 304, donde cada dispositivo óptico de computación contiene un ICE único que está configurado para detectar una característica o analito particular de interés del fluido 302. En tales modalidades, un divisor de haz puede desviar una porción de la radiación electromagnética que está siendo reflejada por, emitida desde, o transmitida a través del fluido 302 y a cada dispositivo óptico de computación. Cada dispositivo óptico de computación, a su vez, puede estar acoplado a un detector o arreglo de detectores correspondiente que está configurado para detectar y analizar una salida de radiación electromagnética desde el dispositivo óptico de computación. Configuraciones paralelas de dispositivos ópticos de computación pueden ser particularmente benéficas para aplicaciones que requieren entradas de energía baja y/o ninguna parte movible.
Aquellos experimentados en la materia apreciarán que cualquiera de las configuraciones anteriores se pueden utilizar adicionalmente en combinación con una configuración en serie en cualquiera de las presentes modalidades. Por ejemplo, dos dispositivos ópticos de computación que tienen un disco giratorio con una pluralidad de componentes de ICE dispuestos en el mismo se puedan colocar en serie para llevar a cabo un análisis en una sola ubicación a lo largo de la longitud de la via de flujo 304. Igualmente, se pueden colocar en serie múltiples estaciones de detección, cada una con dispositivos ópticos de computación en paralelo, para llevar a cabo un análisis similar.
La radiación electromagnética modificada 320 generada por cada ICE 318 se puede transmitir subsecuentemente a un detector 322 para cuantificación de la señal. El detector 322 puede ser cualquier dispositivo capaz de detectar radiación electromagnética, y se puede caracterizar generalmente como un transductor óptico. En algunas modalidades, el detector 322 puede ser, pero no está limitado a, un detector térmico tal como un detector de termopila o fotoacústico, un detector semiconductor, un detector piezoeléctrico, un detector de dispositivo de carga acoplada (CCD, Charge Coupled Device), un detector de video o arreglo, un detector de división, un detector de fotones (tal como un tubo fotomultiplicador), fotodiodos, combinaciones de los mismos, o similares, u otros detectores conocidos por aquellos experimentados en la materia.
En algunas modalidades, el detector 322 en cada dispositivo 306a, 306b puede estar configurado para producir una señal de salida en tiempo real o casi en tiempo real en la forma de un voltaje (o corriente) que corresponde a la característica particular de interés en el fluido 302. Por ejemplo, el detector 322 dispuesto dentro del primer dispositivo 306a puede generar una primera señal de salida 324a, y el detector 322 dispuesto dentro del segundo dispositivo 306b puede generar una segunda señal de salida 324b. El voltaje regresado por cada detector 322 es esencialmente el producto de punto de la interacción óptica de la radiación interactuada ópticamente 316 con el ICE 318 respectivo como una función de la concentración de la característica de interés del fluido 302. Como tal, cada señal de salida 324a, 324b producida por su detector 322 correspondiente y la concentración de la característica de interés en el fluido 302 se puede relacionar.
La señal de salida 324a, 324b de cada dispositivo 306a, 306b se puede transmitir o recibir por un procesador de señal 326 acoplado comunicativamente a los detectores 322. El procesador de señal 326 puede ser una computadora que incluye un medio legible por máquina no transitorio, y puede emplear un algoritmo configurado para calcular o determinar las diferencias entre las dos señales de salida 324a, 324b. Por ejemplo, la primera señal de salida 324a puede ser indicativa de la concentración de una sustancia y/o la magnitud de la característica de interés en el fluido 302 en la ubicación del primer dispositivo 306a a lo largo de la via de flujo 304, y la segunda señal de salida 324b puede ser indicativa de la concentración de la sustancia y/o la magnitud de la característica de interés en el fluido 302 en la ubicación del segundo dispositivo 306b a lo largo de la vía de flujo 304. En consecuencia, el procesador de señal 326 puede estar configurado para determinar cómo ha cambiado la concentración de la sustancia y/o la magnitud de la característica de interés en el fluido 302 entre la primera y segunda ubicaciones de monitoreo a lo largo de la vía de flujo 304. En algunas modalidades, el algoritmo empleado por el procesador de señal 326 puede tomar en cuenta la distancia entre los dos dispositivos 306a, 306b dependiendo de la aplicación, las distancias de monitoreo pueden ser cortas (p.ej., metros o incluso centímetros), o largas (p.ej., miles de millas), dependiendo principalmente de la aplicación de interés. Para aquellos experimentados en la materia, también apreciarán que se pueden emplear múltiples monitores en una variedad de puntos a lo largo de la vía de flujo 304.
En tiempo real o casi en tiempo real, el procesador de señal 326 puede estar configurado para proporcionar una señal de salida resultante 328 que corresponde a la diferencia medida en la sustancia y/o la magnitud de la característica de interés en el fluido 302 entre la primera y segunda ubicaciones de monitoreo a lo largo de la vía de flujo 304. En algunas modalidades, la señal de salida resultante 328 se puede transmitir, ya sea alámbricamente o inalámbricamente, a un usuario para su consideración. En otras modalidades, la señal de salida resultante 328 puede ser reconocida por el procesador de señal 326 como estando dentro o fuera de un rango de operación predeterminado o preprogramado adecuado. Si la señal de salida resultante 328 excede el rango de operación predeterminado o preprogramado, el procesador de señal 326 puede estar configurado para alertar al usuario de tal forma que se pueda tomar la acción correctiva apropiada, o de otra forma emprender autónomamente la acción correctiva apropiada de tal forma que la señal de salida resultante 328 regresa a un valor dentro del rango de operación predeterminado o preprogramado.
Aquellos experimentados en la materia apreciarán fácilmente las diferentes y numerosas aplicaciones en las cuales se puede utilizar de manera adecuada el sistema 300, y las configuraciones alternativas del mismo. Por ejemplo, en una o más modalidades, la primera y segunda señales de salida 324a, 324b pueden ser indicativas de una concentración de una sustancia que fluye con el fluido 302 en la primera y segunda ubicaciones de monitoreo, respectivamente. En algunas modalidades, la sustancia, la cual puede ser un inhibidor de corrosión o escamas, se puede agregar al fluido 302 en o cerca de la primera ubicación de monitoreo donde está dispuesto el primer dispositivo óptico de computación 306a. El primer dispositivo óptico de computación 306a puede estar configurado para determinar y reportar la concentración de la sustancia en la primera ubicación de monitoreo. Igualmente, el segundo dispositivo óptico de computación 306b puede estar configurado para determinar y reportar la concentración de la sustancia en la segunda ubicación de monitoreo, aguas abajo de la primera ubicación de monitoreo. Al calcular la diferencia entre la primera y segunda señales de salida 324a, 324b el procesador de señal 326 puede ser capaz de determinar si la sustancia agregada está operando como se pretende dentro de la vía de flujo 304 o de otra forma si la dosis agregada fue suficiente.
En otras modalidades, la primera y segunda señales de salida 324a, 324b pueden ser indicativas de una característica de interés del fluido 302 en si en la primera y segunda ubicaciones de monitoreo, respectivamente. Por ejemplo, el fluido 302 puede incluir uno o más químicos o composiciones químicas, tal como la parafina o el carbonato de calcio, que se precipitan bajo ciertas condiciones y forman escamas en las paredes interiores y la vía de flujo 304. El primer dispositivo óptico de computación 306a puede estar configurado para determinar y reportar la concentración de dichos uno o más químicos o composiciones químicas en la primera ubicación de monitoreo. Igualmente, el segundo dispositivo óptico de computación 306b puede estar configurado para determinar y reportar la concentración de dichos uno o más químicos o composiciones químicas en la segunda ubicación de monitoreo, aguas abajo de la primera ubicación de monitoreo. Al calcular la diferencia entre la primera y la segunda señales de salida 324a, 324b, el procesador de señal 326 puede ser capaz de determinar qué tantas escamas se están depositando en las paredes de la vía de flujo y, más importantemente, generalmente dónde está ocurriendo epto.
En otras modalidades, la primera y segunda señales de salida 324a, 324b pueden ser indicativas de otras características, tales como, pero no limitado a, pH, viscosidad, densidad o gravedad específica, y resistencia iónica, como se mide en la primera y segunda ubicaciones de monitoreo, respectivamente.
En todavía más modalidades, el sistema 300 se puede utilizar para monitorear la producción de dos o más campos de producción de hidrocarburos. Por ejemplo, a menudo es común que las vías de flujo correspondientes que se extienden desde dos o más campos de producción de hidrocarburos eventualmente se unen aguas abajo y por último comparten una linea de tubería común que lleva los fluidos producidos combinados a una instalación de recolección o producción. Como resultado, los fluidos producidos desde cada campo de producción de hidrocarburos se mezclan dentro de la línea de tubería común, y tal mezcla de los fluidos producidos puede provocar que se forman depósitos en la línea de tubería común debido a la incompatibilidad de los diferentes fluidos producidos. En algunas aplicaciones, el primer y segundo dispositivos ópticos de computación 306a, 306b pueden estar dispuestos en la primera y segunda vía de flujo 304 correspondientes (esto es, línea de tubería o líneas de flujo), donde la primera y segunda vía de flujo 304 eventualmente se unen aguas abajo en una línea de tubería común (no mostrada). La primera y segunda señales de salida 324a, 324b pueden ser indicativas de una característica de interés del fluido 302 en cada una de la primera y segunda vías de flujo 304. Al analizar la primera y segunda señales de salida 324a, 324b, un operador de la línea de tubería común puede ser capaz de determinar el origen de los depósitos u otras sustancias dañinas encontradas dentro de la línea de tubería común. Si se muestra que el origen de los depósitos u otras sustancias dañinas corresponde a la primera vía de flujo 304, por ejemplo, el costo de la inhibición química o limpieza se puede cargar al propietario de la primera vía de flujo 304.
Haciendo referencia ahora a la Figura 4, se ilustra un alojamiento ejemplar 400 que se puede utilizar para alojar un dispositivo óptico de computación, de acuerdo con una o más modalidades. El alojamiento 400 puede servir para el mismo propósito que el primer y segundo alojamientos 308a y 308b discutidos anteriormente con referencia a la Figura 3 y, en al menos una modalidad, puede ser una modalidad alternativa para cada alojamiento 308a, 308b. Aquellos experimentados en la materia, sin embargo, reconocerán fácilmente que varios diseños y configuraciones alternativas de alojamientos que se utilizan para alojar los dispositivos ópticos de computación son adecuados para los sistemas y métodos presentemente divulgados. De hecho, las modalidades de alojamiento que se describen y divulgan en este documento son a manera de ejemplo solamente, y no se deben considerar limitando los sistemas y métodos ejemplares que se divulgan en este documento.
Como se ilustra, el alojamiento 400 puede ser de la forma de un tornillo 402 que encierra los diferentes componentes de un dispositivo óptico de computación, tal como el primer y segundo dispositivos ópticos de computación 306a, 306b de la Figura 3. En una modalidad, los componentes del dispositivo óptico de computación alojados dentro del alojamiento 400 se pueden alojar dentro de un vástago 404 del tornillo 402, y el tornillo 402 puede tener una cabeza hexagonal 406 para la manipulación manual del alojamiento 400 utilizando, por ejemplo, una llave u otra herramienta de mano de generación de par de torsión adecuada.
En al menos una modalidad, el alojamiento 400 tiene roscas externas 408 que son roscables con roscas de tubo de acoplamiento correspondientes (no mostradas) que se proporcionen, por ejemplo, en una abertura definida en la via de flujo 304 (Figura 3) que está configurada para recibir el alojamiento 400. Las roscas 408 se pueden sellar a las roscas de tubo de acoplamiento con un sellador de rosca con el fin de ayudar a soportar las presiones elevadas que se pueden experimentar en la via de flujo 304. La ventana de muestreo 314 está configurada para estar en comunicación óptica con el fluido 302 (Figura 3) y permite la interacción óptica entre el fluido 302 y los otros componentes internos del dispositivo óptico de computación alojado internamente.
Haciendo referencia nuevamente a la Figura 3, aquellos experimentados en la materia reconocerán fácilmente que, en una o más modalidades, la radiación electromagnética se puede derivar del mismo fluido 302, y de otra forma derivar independiente de la fuente de radiación electromagnética 310. Por ejemplo, diferentes sustancias irradian naturalmente radiación electromagnética que es capaz de interactuar ópticamente con el ICE 318. En algunas modalidades, por ejemplo, el fluido 302 o la sustancia dentro del fluido 302 puede ser una sustancia de radiación de cuerpo negro configurada para irradiar calor que puede interactuar ópticamente con el ICE 318. En otras modalidades, el fluido 302, o la sustancia dentro del fluido 302 puede ser radioactivo o quimio-luminiscente y, por lo tanto, irradiar la radiación electromagnética que es capaz de interactuar ópticamente con el ICE 318. En todavía otras modalidades, la radiación electromagnética puede ser inducida desde el fluido 302, o la sustancia dentro del fluido 302, al actuar sobre el mismo mecánicamente, magnéticamente, eléctricamente, combinaciones de los mismos, o similares. Por ejemplo, en al menos una modalidad, se puede aplicar un voltaje a través del fluido 302, o la sustancia dentro del fluido 302, con el fin de inducir la radiación electromagnética. Como resultado, se contemplan modalidades en este documento donde la fuente de radiación electromagnética 310 se omite del dispositivo óptico de computación particular.
Algunas modalidades que se divulgan en este documento incluyen: A. Un sistema, que comprende: una vía de flujo que contiene un fluido y que proporciona al menos una primera ubicación de monitoreo y una segunda ubicación de monitoreo; un primer dispositivo óptico de computación dispuesto en la primera ubicación de monitoreo y que tiene un primer elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido y transmitir la luz interactuada ópticamente a un primer detector que genera una primera señal de salida que corresponde a una característica del fluido en la primera ubicación de monitoreo; un segundo dispositivo óptico de computación dispuesto en la segunda ubicación de monitoreo y que tiene un segundo elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido y transmitir la luz interactuada ópticamente a un segundo detector que genera una segunda señal de salida que corresponde a la característica del fluido en la segunda ubicación; y un procesador de señal acoplado comunicativamente al primer y segundo detectores y configurado para recibir la primera y segunda señales de salida y determinar una diferencia entre la primera y segunda señales de salida.
La modalidad A puede tener uno o más de los siguientes elementos adicionales en cualquier combinación: Elemento 1: La modalidad en donde la primera ubicación de monitoreo se comunica fluidamente con la segunda ubicación de monitoreo por medio de porciones contiguas de la vía de flujo.
Elemento 2: La modalidad en donde el primer y segundo dispositivos ópticos de computación están alojados dentro del primer y segundo alojamientos correspondientes, el primer y segundo alojamientos están acoplados a la vía de flujo en la primera y segunda ubicaciones de monitoreo, respectivamente.
Elemento 3: La modalidad en donde el primer y segundo dispositivos ópticos de computación además incluyen la primera y segunda fuentes de radiación electromagnética correspondientes configuradas para emitir radiación electromagnética para interactuar ópticamente con el fluido.
Elemento 4: La modalidad en donde la diferencia entre la primera y segunda señales de salida es indicativa de cómo cambia la característica del fluido entre la primera y segunda ubicaciones de monitoreo.
Elemento 5: La modalidad en donde la característica del fluido es uno o más químicos o composiciones químicas presentes en el fluido.
Elemento 6: La modalidad en donde dichos uno o más químicos o composiciones químicas incluyen al menos uno de parafinas, ceras, asfáltenos, aromáticos, saturados, espumas, sales, partículas, y arena.
Elemento 7: La modalidad, en donde dichos uno o más químicos o composiciones químicas incluyen al menos uno de bario, calcio, manganeso, azufre, hierro, estroncio, y cloro.
Elemento 8: La modalidad en donde la característica del fluido corresponde a una sustancia de tratamiento agregada al fluido y contenida dentro de la vía de flujo.
Elemento 9: La modalidad en donde la sustancia de tratamiento se selecciona del grupo que consiste de ácidos, compuestos de generación de ácidos, bases, compuestos de generación de bases, biocidas, surfactantes, inhibidores de escamas, inhibidores de corrosión, agentes gelificantes, agentes reticulantes, agentes anti-lodo, agentes espumantes, agentes des-espumantes, agentes antiespumantes, agentes emulsionantes, agentes demulsionantes, agentes de control de hierro, apuntalantes, grava, desviadores de partículas, sales, aditivos de control de pérdida de fluido, gases, catalizadores, agentes de control de arcillas, agentes quelantes, inhibidores de corrosión, dispersantes, floculantes, eliminadores, lubricantes, trituradores, trituradores de liberación retardada, reductores de fricción, agentes de puenteo, viscosificantes, agentes densificantes, solubilizantes, agentes de control de reología, modificadores de viscosidad, agentes de control de pH, inhibidores de hidratos, modificadores de permeabilidad relativa, agentes desviadores, agentes de consolidación, materiales fibrosos, bactericidas, trazadores, sondas, nanopartículas, derivados de los mismos, y similares.
Elemento 10: La modalidad en donde la diferencia entre la primera y segunda señales de salida es indicativa de cómo cambia una concentración de la sustancia de tratamiento entre la primera y segunda ubicaciones de monitoreo.
Otras modalidades que se divulgan en este documento incluyen: B. Un método para determinar una característica de un fluido, que comprende: contener un fluido dentro de una vía de flujo que proporciona al menos una primera ubicación de monitoreo y una segunda ubicación de monitoreo; generar una primera señal de salida que corresponde a la característica del fluido en la primera ubicación de monitoreo con un primer dispositivo óptico de computación, el primer dispositivo óptico de computación tiene un primer elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido y de esta manera transmitir la luz interactuada ópticamente a un primer detector que genera la primera señal de salida; generar una segunda señal de salida que corresponde a la característica del fluido en la segunda ubicación de monitoreo con un segundo dispositivo óptico de computación, el segundo dispositivo óptico de computación tiene un segundo elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido y de esta manera transmitir la luz interactuada ópticamente a un segundo detector que genera la segunda señal de salida; recibir la primera y segunda señales de salida con un procesador de señal acoplado comunicativamente al primer y segundo detectores; y determinar una diferencia entre la primera y segunda señales con el procesador de señal.
Elemento 1: La modalidad en donde determinar la diferencia entre la primera y segunda señales de salida además comprende determinar cómo cambia la característica del fluido entre la primera y segunda ubicaciones de monitoreo.
Elemento 2: La modalidad además comprende agregar una sustancia de tratamiento a la vía de flujo, en donde la característica del fluido corresponde a una concentración de la sustancia de tratamiento.
Elemento 3: La modalidad en donde determinar la diferencia entre la primera y segunda señales de salida además comprende determinar cómo cambia la concentración de la sustancia de tratamiento entre la primera y segunda ubicaciones de monitoreo.
Elemento 4: La modalidad además comprende: generar una señal de salida resultante indicativa de una diferencia entre la primera y segunda señales de salida con el procesador de señal; y transmitir la señal de salida resultante a un usuario para su consideración.
Elemento 5: La modalidad en donde generar la primera señal de salida además comprende: emitir radiación electromagnética desde una primera fuente de radiación electromagnética; interactuar ópticamente la radiación electromagnética de la primera fuente de radiación electromagnética con el fluido; y generar radiación electromagnética interactuada ópticamente a ser detectada por el primer detector.
Elemento 6: La modalidad en donde generar la segunda señal de salida además comprende: emitir radiación electromagnética desde una segunda fuente de radiación electromagnética; interactuar ópticamente la radiación electromagnética desde la segunda fuente de radiación electromagnética con el fluido; y generar radiación electromagnética interactuada ópticamente a ser detectada por el segundo detector.
Por lo tanto, la presente invención está bien adaptada para alcanzar los fines y ventajas mencionadas asi como aquellas que son inherentes a las mismas. Las modalidades particulares divulgadas anteriormente son sólo ilustrativas, ya que la presente invención se puede modificar y practicar en diferentes pero equivalentes maneras aparentes para aquellos experimentados en la materia que tengan el beneficio de las enseñanzas en este documento. Por otra parte, no se pretende ninguna limitación a los detalles de construcción o diseño mostrados en este documento, además de los descritos en las reivindicaciones que siguen. Es por lo tanto evidente que las modalidades ilustrativas particulares divulgadas anteriormente se pueden alterar, combinar o modificar y que todas esas variaciones se consideran dentro del alcance y espíritu de la presente invención. La invención que se divulga ilustrativamente en este documento se puede practicar de manera adecuada en la ausencia de cualquier elemento que no se divulgue específicamente en este documento y/o cualquier elemento opcional que se divulgue en este documento. Mientras las composiciones y métodos se describen en términos de "que comprende", "que contiene", o "que incluye" diferentes componentes o pasos, las composiciones y métodos también pueden "consistir esencialmente de" o "consistir de" los diferentes componentes y pasos. Todos los números y rangos divulgados anteriormente pueden variar en alguna cantidad. Siempre que se divulga un rango numérico con un límite inferior y un límite superior, se divulga específicamente cualquier número y cualquier rango incluido que caigan dentro del rango. En particular, cada rango de valores (de la forma, "desde unos A a unos B", o, equivalentemente, "desde aproximadamente A a B", o, equivalentemente, "desde aproximadamente A-B ") que se divulga en este documento se debe entender para establecer cualquier número y rango abarcado dentro del rango más amplio de valores. También, los términos en las reivindicaciones tienen su significado simple, ordinario a menos que se defina explícitamente y claramente lo contrario por el titular de la patente. Además, los artículos indefinidos "uno" o "una", como se utilizan en las reivindicaciones, se definen en este documento para hacer referencia a uno o más de uno del elemento que introduce.

Claims (21)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención como antecede, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES
1. Un sistema, que comprende: una vía de flujo que contiene un fluido y que proporciona al menos una primera ubicación de monitoreo y una segunda ubicación de monitoreo; un primer dispositivo óptico de computación dispuesto en la primera ubicación de monitoreo y que tiene un primer elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido y transmitir la luz interactuada ópticamente a un primer detector que genera una primera señal de salida gue corresponde a una característica del fluido en la primera ubicación de monitoreo; un segundo dispositivo óptico de computación dispuesto en la segunda ubicación de monitoreo y que tiene un segundo elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido y transmitir la luz interactuada ópticamente a un segundo detector que genera una segunda señal de salida que corresponde a la característica del fluido en la segunda ubicación; y un procesador de señal acoplado comunicativamente al primer y segundo detectores y configurado para recibir la primera y segunda señales de salida y determinar una diferencia entre la primera y segunda señales de salida.
2. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la primera ubicación de monitoreo se comunica fluidamente con la segunda ubicación de monitoreo por medio de porciones contiguas de la vía de flujo.
3. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer y segundo dispositivos ópticos de computación están alojados dentro del primer y segundo alojamientos correspondientes, el primer y segundo alojamientos están acoplados a la vía de flujo en la primera y segunda ubicaciones de monitoreo, respectivamente.
4. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer y segundo dispositivos ópticos de computación además incluyen la primera y segunda fuentes de radiación electromagnética correspondientes configuradas para emitir radiación electromagnética para interactuar ópticamente con el fluido.
5. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la diferencia entre la primera y segunda señales de salida es indicativa de cómo cambia la característica del fluido entre la primera y segunda ubicaciones de monitoreo.
6. El sistema de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque la característica del fluido es uno o más químicos o composiciones químicas presentes en el fluido.
7. El sistema de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque dichos uno o más químicos o composiciones químicas incluyen al menos uno de parafinas, ceras, asfáltenos, aromáticos, saturados, espumas, sales, partículas, y arena.
8. El sistema de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque dichos uno o más químicos o composiciones químicas incluyen al menos uno de bario, calcio, manganeso, azufre, hierro, estroncio, y cloro.
9. El sistema de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque la característica del fluido corresponde a una sustancia de tratamiento agregada al fluido y contenida dentro de la vía de flujo.
10. El sistema de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque la sustancia de tratamiento se selecciona del grupo que consiste de ácidos, compuestos de generación de ácidos, bases, compuestos de generación de bases, biocidas, surfactantes, inhibidores de escamas, inhibidores de corrosión, agentes gelificantes, agentes reticulantes, agentes anti-lodo, agentes espumantes, agentes des-espumantes, agentes antiespumantes, agentes emulsionantes, agentes demulsionantes, agentes de control de hierro, apuntalantes, grava, desviadores de partículas, sales, aditivos de control de pérdida de fluido, gases, catalizadores, agentes de control de arcillas, agentes quelantes, inhibidores de corrosión, dispersantes, floculantes, eliminadores, lubricantes, trituradores, trituradores de liberación retardada, reductores de fricción, agentes de puenteo, viscosificantes, agentes densificantes, solubilizantes, agentes de control de reología, modificadores de viscosidad, agentes de control de pH, inhibidores de hidratos, modificadores de permeabilidad relativa, agentes desviadores, agentes de consolidación, materiales fibrosos, bactericidas, trazadores, sondas, nanopartículas, derivados de los mismos, y similares.
11. El sistema de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque la diferencia entre la primera y segunda señales de salida es indicativa de cómo cambia una concentración de la sustancia de tratamiento entre la primera y segunda ubicaciones de monitoreo.
12. Un método para determinar una característica de un fluido, que comprende: contener un fluido dentro de una vía de flujo que proporciona al menos una primera ubicación de monitoreo y una segunda ubicación de monitoreo; generar una primera señal de salida que corresponde a la característica del fluido en la primera ubicación de monitoreo con un primer dispositivo óptico de computación, el primer dispositivo óptico de computación tiene un primer elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido y de esta manera transmitir la luz interactuada ópticamente a un primer detector que genera la primera señal de salida; generar una segunda señal de salida que corresponde a la característica del fluido en la segunda ubicación de monitoreo con un segundo dispositivo óptico de computación, el segundo dispositivo óptico de computación tiene un segundo elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido y de esta manera transmitir la luz interactuada ópticamente a un segundo detector que genera la segunda señal de salida; recibir la primera y segunda señales de salida con un procesador de señal acoplado comunicativamente al primer y segundo detectores; y determinar una diferencia entre la primera y segunda señales de salida con el procesador de señal.
13. El método de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque determinar la diferencia entre la primera y segunda señales de salida además comprende determinar cómo cambia la característica del fluido entre la primera y segunda ubicaciones de monitoreo.
14. El método de acuerdo con la reivindicación 12, además comprende agregar una sustancia de tratamiento a la vía de flujo, en donde la característica del fluido corresponde a una concentración de la sustancia de tratamiento.
15. El método de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque determinar la diferencia entre la primera y segunda señales de salida además comprende determinar cómo cambia la concentración de la sustancia de tratamiento entre la primera y segunda ubicaciones de monitoreo.
16. El método de acuerdo con la reivindicación 12, además comprende: generar una señal de salida resultante indicativa de una diferencia entre la primera y segunda señales de salida con el procesador de señal; y transmitir la señal de salida resultante a un usuario para su consideración.
17. El método de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque generar la primera señal de salida además comprende: emitir radiación electromagnética desde una primera fuente de radiación electromagnética; interactuar ópticamente la radiación electromagnética de la primera fuente de radiación electromagnética con el fluido; y generar radiación electromagnética interactuada ópticamente a ser detectada por el primer detector.
18. El método de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque generar la segunda señal de salida además comprende: emitir radiación electromagnética desde una segunda fuente de radiación electromagnética; interactuar ópticamente la radiación electromagnética desde la segunda fuente de radiación electromagnética con el fluido; y generar radiación electromagnética interactuada ópticamente a ser detectada por el segundo detector.
19. Un sistema, que comprende: una primera via de flujo que contiene un primer fluido y que proporciona una primera ubicación de monitoreo; una segunda via de flujo que contiene un segundo fluido y que proporciona una segunda ubicación de monitoreo, la primera y segunda vías de flujo se combinan aguas abajo en una vía de flujo común que lleva el primer y segundo fluidos como un fluido combinado; un primer dispositivo óptico de computación dispuesto en la primera ubicación de monitoreo y que tiene un primer elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el primer fluido y generar una primera señal de salida que corresponde a una característica del fluido; un segundo dispositivo óptico de computación dispuesto en la segunda ubicación de monitoreo y que tiene un segundo elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido y generar una segunda señal de salida que corresponde a la característica del segundo fluido; y un procesador de señal acoplado comunicativamente al primero y segundo dispositivos ópticos de computación y configurado para recibir y determinar una diferencia entre la primera y segunda señales de salida.
20. El sistema de acuerdo con la reivindicación 19, además comprende un tercer dispositivo óptico de computación dispuesto en una tercera ubicación de monitoreo en la vía de flujo común, el tercer dispositivo óptico de computación tiene un tercer elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido combinado y generar una tercera señal de salida que corresponde a una característica del fluido combinado a ser recibida por el procesador de señal.
21. Un método para determinar una característica de un fluido, que comprende: contener un primer fluido dentro de una primera vía de flujo que proporciona una primera ubicación de monitoreo; contener un segundo fluido dentro de una segunda vía de flujo que proporciona una segunda ubicación de monitoreo, la primera y segunda vías de flujo se combinan aguas abajo en una vía de flujo común que lleva el primer y segundo fluidos como un fluido combinado; interactuar ópticamente un primer elemento computacional integrado con el primer fluido para generar una primera señal de salida que corresponde a una característica del primer fluido; interactuar ópticamente un segundo elemento computacional integrado con el segundo fluido para generar una segunda señal de salida que corresponde a una caracteristica del segundo fluido; recibir la primera y segunda señales de salida con un procesador de señal; y determinar una diferencia entre la primera y segunda señales de salida con el procesador de señal.
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