MEDIDOR DE CAPACITANCIA
Descripción de la Invención La presente invención se refiere a la determinación de una propiedad de un fluido en un conducto usando un medidor de capacitancia . Los medidores de capacitancia se usan en el arte para medir una propiedad dieléctrica de un fluido. A menudo, con base en una o más mediciones de una propiedad dieléctrica, puede determinarse otra propiedad del fluido. Una aplicación particular de los medidores de capacitancia es en la obtención de una representación pictórica de una propiedad o un fluido sobre una sección transversal del conducto, e.g. la constante dieléctrica o la distribución espacial de un componente particular de un fluido multi-componente. En la especificación el término 'imagen' se usa para referirse a tal representación pictórica. Un fluido multi-componente es un fluido que comprende más de un componente, por ejemplo un fluido de pozo producido de una formación subterránea, en la cual el fluido del pozo puede comprender aceite de hidrocarburo, agua y/o gas natural. Los métodos que proporcionan una imagen del fluido basados en las mediciones de la capacitancia que usan un medidor de capacitancia a menudo se refieren como tomografía de capacitancia. Son bien conocidos en el arte los métodos REF. : 141756
para calcular una imagen de las capacitancias medidas por el medidor de capacitancia, por ejemplo proyección posterior lineal, donde la imagen se calcula mediante una serie de operaciones lineales sobre las capacitancias. Un medidor de capacitancia para la tomografía de capacitancia se describe en la especificación de patente Europea con publicación No. 0 326 266 Bl . El medidor de capacitancia conocido comprende un detector de capacitancia anular arreglado alrededor de un conducto. El detector de capacitancia comprende ocho electrodos detectores, que se arreglan alrededor de la circunferencia del conducto. Se miden las capacitancias entre cualquiera de dos electrodos detectores simples, en donde cada medición de capacitancia muestra una constante dieléctrica promedio en el espacio probado por los electrodos respectivos. A partir de las mediciones puede construirse una imagen que consiste de K pixeles, en donde un pixel representa un valor promedio de la constante dieléctrica en un elemento de espacio discreto en la sección transversal, los datos del pixel. Tal imagen puede transformarse en una imagen de concentración o una imagen de densidad. Si el fluido está fluyendo a través del conducto, a menudo es altamente deseable obtener mediciones de una propiedad de flujo además de una imagen. En una publicación por R. Thorn et al. en Flow Meas. Instrum. Vol. 1, octubre de
1990, páginas 259-268, se ha descrito cómo ouede obtenerse un perfil de velocidad de flujo del fluido. Para este fin, el medidor de capacitancia comprende dos detectores de capacitancia anulares localizados corriente arriba y corriente abajo a lo largo del conducto. Usando cada detector de capacitancia anular, las imágenes P.„ y Pa se determinan repetidamente durante un intervalo de tiempo. El perfil de la velocidad de flujo se determina de las correlaciones transversales de los datos del pixel P_,, de las imágenes determinadas durante el intervalo de tiempo en el detector corriente arriba con los datos del pixel Pa,:, determinados durante el intervalo de tiempo en el detector corriente abajo. La intercorrelación de los datos del pixel, en la forma de números que representan por ejemplo densidad, puede determinarse mediante:
T (Pu,k *Pd,l)(t) = l jPd,l(s)P ,k(t - s)ds o en donde
k, 1 son enteros, en donde 1 < k, 1 < K y K es el número de pixeles en una imagen; (Pu,k*Pd,l) (t) es la intercorrelación de los datos del pixel en un tiempo t seleccionado; Pu,k(t-s) es el número asociado con el pixel k de una imagen proporcionada por el detector corriente arriba en el tiempo (t-s ) ;
Pd,l(s) es el número asociado con el pixel 1 de una imagen proporcionada por el detector corriente arriba en el tiempo s; y T es la duración de una correlación de ventana de tiempo durante el intervalo de tiempo. Observar que estas y otras ecuaciones en esta especificación que se refieren a los cálculos de la intercorrelación se escriben en la forma integral; sin embargo será claro para la persona experta cómo calcular las correlaciones transversales usando mediciones discretas. El método descrito en la publicación se refiere como tomografía de capacitancia de intercorrelación. Si el fluido es un fluido multi-componente, pueden determinarse otras propiedades de flujo, tales como las velocidades de flujo volumétrico o másico de un componente particular a partir de una imagen de concentración o densidad y un perfil de velocidad de flujo. Sin embargo, existe un número de problemas asociados con los medidores de flujo de capacitancia, que hasta ahora han obstaculizado su aplicación práctica en un ambiente industrial. Por ejemplo, aún no se han establecido los requerimientos específicos para las aplicaciones en la industria del petróleo, donde el flujo de un fluido multicomponente va a monitorearse. Un requerimiento se refiere a la velocidad de operación. Para la tomografía de capacitancia de
intercorrelación, se requiere el procesamiento de grandes cantidades de datos. Considerar el caso en el que los detectores de capacitancia corriente arriba y corriente abajo contienen N electrodos detectores. En los detectores conocidos N está típicamente en el orden de 8 a 12. Un grupo de datos completo de las capacitancias medidas entre pares de electrodos detectores simples en un detector de capacitancia anular simple, consiste del orden de N2 capacitancias medidas (más preciso N(N-l)/2 capacitancias). De este grupo de datos se calcula una imagen que consiste en el orden de (N2)2 = N4 pixeles. Para determinar un perfil de velocidad de flujo completo, se necesita determinar un gran número de imágenes durante un intervalo de tiempo en ambos detectores de capacitancia, y deben calcularse todas las correlaciones transversales posibles entre los datos del pixel de cada plano de imagen. Esta tarea requiere entonces en el orden de N8 operaciones de intercorrelación. Esto presenta un reto computacional inmenso que requiere dispositivos de procesamiento de datos de alto desempeño, e.g. dispositivos de propósito especial, tales como un procesador paralelo. Así, en ausencia de un método más eficiente para procesar los datos, la necesidad de los dispositivos de procesamiento de datos de alto desempeño impedirá la aplicación práctica en un ambiente industrial.
La especificación de patente USA No. 5 396 806 describe un método y aparato para determinar la velocidad de flujo másico de un componente en una mezcla de suspensión de dos componentes. La velocidad de flujo másico se determina como el producto de la fracción de volumen del componente y la velocidad de flujo global. La fracción de volumen se deriva de la capacitancia de la mezcla, esta capacitancia se mide usando un detector de capacitancia anular simple, que comprende un número de electrodos. Las mediciones que usan diferentes pares de electrodos se promedian para reducir los efectos de no uniformidades en los patrones de flujo. La velocidad de flujo se deriva de las mediciones triboeléctricas, por intercorrelación de las señales medidas por una sonda triboeléctrica corriente arriba y una corriente abajo. Es un objetivo de la presente invención proporcionar un método y medidor de capacitancia eficiente para determinar una propiedad de flujo de un fluido que fluye a través de un conducto usando un medidor de flujo de capacitancia. Una base de la presente invención es el conocimiento obtenido por el Solicitante, de que la eficiencia para determinar un perfil de velocidad de flujo se determina fuertemente por el número de cálculos de la intercorrelación, que son necesarios en la tomografía de capacitancia de intercorrelación. El solicitante ha encontrado ahora que y cómo puede
lograrse una reducción considerable del número de cálculos de intercorrelación comparado con los métodos conocidos. De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un método para determinar una propiedad de flujo de un fluido que fluye a través de un conducto proporcionado con un medido de capacitancia, que comprende un detector de capacitancia anular, en donde el detector de capacitancia anular comprende al menos tres electrodos detectores, estos electrodos detectores se arreglan alrededor de la circunferencia del conducto, el método comprende las etapas de: (a) seleccionar, para el detector de capacitancia anular, un grupo de capacitores de medición, en donde un capacitor de medición se forma por dos electrodos de medición, y en donde un electrodo de medición consiste de un electrodo detector simple o de al menos dos electrodos detectores interconectados ; (b) medir una capacitancia de cada capacitor de medición, caracterizado porque el detector de capacitancia anular forma un detector de capacitancia anular corriente arriba, y en que el medidor de capacitancia comprende además un detector de capacitancia anular corriente abajo proporcionado con al menos tres electrodos detectores, los electrodos detectores se arreglan alrededor de la circunferencia del conducto, en donde el método comprende además las etapas de:
(c) seleccionar, para el detector de capacitancia anular corriente abajo, un grupo de capacitores de medición; (d) medir en varios momentos durante un intervalo de tiempo una capacitancia de cada capacitor de medición de cada detector de capacitancia anular; (e) determinar las intercorrelaciones entre las capacitancias medidas durante el intervalo de tiempo en el detector de capacitancia anular corriente arriba y las capacitancias medidas durante el intervalo de tiempo en el detector de capacitancia anular corriente abajo; y (f) determinar la propiedad de flujo de las intercorrelaciones . En este método de acuerdo con la presente invención, se calculan las primeras intercorrelaciones entre las capacitancias medidas en un detector corriente arriba y las capacitancias medidas en un detector corriente abajo durante un intervalo de tiempo, y la propiedad de flujo (e.g. un perfil de velocidad de flujo) se determina subsecuentemente a partir de estas intercorrelaciones. Si se necesitan la determinación de las intercorrelaciones de la propiedad de flujo entre los datos del pixel, estas intercorrelaciones pueden determinarse por operación lineal sobre las intercorrelaciones entre las capacitancias, en donde se hace uso de un método de cálculo de imagen lineal. Por lo tanto, para determinar el perfil de velocidad de flujo completo, sólo
necesitan determinarse el orden de (N2)2 = N4, en lugar de N8 intercorrelaciones como en el método conocido por Thorn et al. Dado que el cálculo de las intercorrelaciones es por mucho la etapa más consumidora de tiempo, este aspecto de la presente invención resulta en un mejoramiento enorme de la eficiencia de procesamiento y una velocidad de operación más aumentada.
Por motivo de integridad, se hace referencia al libro 'Imaging Industrial Flows: Applications of Electrical Process Tomography' por A. Plaskowski, M.S. Beck, R. Thorn and T. Dyakowski, IOP Publishing, 1995. Con referencia a los futuros desarrollos en la formación de imagen de velocidad de flujo, en la página 197 del libro, se hace la siguiente declaración imprecisa: ?La investigación básica se enfocará en: Considerar los méritos relativos de la intercorrelación de los datos de la vista tomográfica a menudo seguido por reconstrucción, comparado con la intercorrelación de los datos de pixel de imagen reconstruida' . Sin embargo, el libro no describe cómo se hace esto en la práctica. Se observa además que, existen muchos otros métodos conocidos para determinar una propiedad de flujo, y con relación a la presente invención uno de tales métodos se discute en detalle. Se hace referencia a la especificación de patente USA No. 4 228 353, esta publicación se refiere a los métodos para determinar una velocidad de flujo másico de un fluido. Sin embargo, estos métodos cuentan con la tomografía
de rayos X de intercorrelación, en contraste con la presente invención, en donde se usa un medidor de capacitancia. Los métodos como se describen en la publicación de patente USA comprenden la determinación de las imágenes de densidad y los perfiles de velocidad de flujo. En la tomografía de rayos X, una intensidad de rayos X transmitida se mide a lo largo de varias rutas de rayos bien definidas. La primera etapa de procesamiento de los métodos de acuerdo con la publicación de patente USA es calcular una densidad promedio a lo largo de una ruta de rayos a partir de la intensidad de rayos X transmitida medida. Para la determinación subsecuente de un perfil de velocidad de flujo, se consideran dos métodos: (i) calcular primero las imágenes de densidad de las densidades promedio, seguido de la intercorrelación de los datos del pixel; y (ii) calcular primero las intercorrelaciones de las densidades promedio, que se usan en el cálculo de las intercorrelaciones de los datos del pixel. Por lo tanto, ambos métodos difieren del método de la presente invención. La presente invención se refiere además a calibrar un medidor de capacitancia. Un método de calibración útil mejorará la fortaleza de operación de un medidor de capacitancia en la práctica. Bajo condiciones de operación,
las influencias ambientales actúan sobre el detector de capacitancia anular y podrían influenciar las mediciones; ejemplos de tales influencias ambientales son los cambios de temperatura, cambios de presión, fuerzas externas, cambios en el arreglo del electrodo, deposición de materiales sobre los electrodos o en el espacio probado por el detector de capacitancia anular. Las mediciones de la capacitancia, en particular para la tomografía de capacitancia de intercorrelación, tienen que desarrollarse con suficiente precisión para proporcionar los datos útiles. Por lo tanto, se necesita un método que permita correlacionar las influencias ambientales mediante una calibración eficiente del medidor de capacitancia. El solicitante ha encontrado qué y cómo puede utilizarse una relación entre las capacitancias medidas por un detector de capacitancia anular en un nuevo método para corregir las capacitancias medidas. Si el conducto dentro de un detector de capacitancia anular se llena con un fluido de calibración que tiene una propiedad dieléctrica conocida, es decir que tiene la constante dieléctrica e, entonces las capacitancias de calibración pueden medirse entre pares de electrodos detectores del detector de capacitancia anular. Si las mediciones de calibración se repiten después de algún tiempo usando un fluido de calibración que tiene la misma propiedad dieléctrica, en general se observará un cambio en las
capacitancias de calibración medidas, debido a las influencias ambientales . Sin embargo, durante la operación normal de un detector de capacitancia anular, se llenará con un fluido de prueba que tiene una propiedad dieléctrica desconocida, y es el propósito del detector de capacitancia determinar la propiedad dieléctrica desconocida midiendo las capacitancias de prueba. Por lo tanto, será claro que se necesita un método para corregir las capacitancias de prueba medidas para explicar el efecto de las influencias ambientales. Así, se proporciona además un nuevo método para proporcionar las capacitancias corregidas usando un detector de capacitancia anular para determinar una propiedad dieléctrica de un fluido de prueba en un conducto, tal detector de capacitancia comprende al menos cuatro electrodos detectores arreglados alrededor de la circunferencia del conducto, el método comprende las etapas de: llenar el conducto con el fluido de prueba; seleccionar un grupo de capacitores de medición, en donde un capacitor de medición se forma por dos electrodos de medición, y en donde un electrodo de medición consiste de un electrodo detector simple o de al menos dos electrodos detectores interconectados; medir una capacitancia de prueba de cada capacitor de medición;
en donde el método comprende además las etapas de interrumpir la medición a ciertos momentos de tiempo; llenar el conducto con un fluido de calibración que tiene una propiedad dieléctrica conocida; - seleccionar un grupo de capacitores de calibración, en donde un capacitor de calibración se forma por dos electrodos de calibración, y en donde un electrodo de calibración consiste de un electrodo detector simple o de al menos dos electrodos detectores interconectados; - medir una capacitancia de calibración de cada capacitor de calibración; y determinar las capacitancias corregidas de las capacitancias de prueba y las capacitancias de calibración, usando una relación entre las capacitancias de calibración y la propiedad eléctrica conocida del fluido de calibración. Se hace referencia al artículo por D.G. Lampard and R.D. Cutkosky en Proc. Instr. of Electrical Engineers parte C, vol. 196C, The Institute of Electrical Engineers, Monografía No. 351 M, enero 1960. En este artículo, se discute un teorema en electrostática, que en lo siguiente se referirá como el teorema de Thompson-Lampard. El teorema de Thompson-Lampard se refiere a una capa cilindrica conductora, que se subdivide en cuatro electrodos mutuamente aislados por espacios estrechos paralelos al eje de la capa cilindrica. Si la capa cilindrica se llena con un
material que tiene una constante dieléctrica conocida e, se mantiene la siguiente relación:
/rCj I e + e -ttC2 I e =1 en donde Ci es la capacitancia por unidad de longitud de un capacitor formado por dos electrodos no vecinos; C2 es la capacitancia por unidad de longitud de un capacitor formado por los dos electrodos restantes; y e es la constante dieléctrica, que para un material homogéneo es el producto de la constante dieléctrica del vacío e0, y una constante dieléctrica relativa er que es una propiedad del material. El teorema de Thompson-Lampard proporciona una relación entre la propiedad dieléctrica conocida de un material, e.g. un fluido de calibración, y las capacitancias de calibración medidas. El teorema de Thompson-Lampard proporciona así la base para el método de la presente invención para proporcionar las capacitancias corregidas para un fluido de prueba. En la práctica, podría necesitarse una modificación del teorema de Thompson-Lampard, para la explicación específica de la situación práctica, e.g. dimensiones de los espacios de electrodos, la presencia de otros materiales dieléctricos aparte del fluido de calibración, tal como una pared de
conducto, en la vecindad de los electrodos detectores. Por ejemplo, una forma generalizada del teorema de Thompson-Lampard es
e-pCl /e e -pC2 le "r ' en donde la constante c es igual a 1 bajo circunstancias ideales, pero podría desviarse de 1 en una situación práctica.
La desviación de la idealidad puede ser causada en parte por el arreglo del electrodo en un detector de capacitancia anular práctico (e.g. tamaño de los espacios entre los electrodos, longitud de los electrodos, la presencia de electrodos de guarda, pantallas eléctricas o materiales dieléctricos en la vecindad de los electrodos), y en parte por las influencias ambientales. Si es necesario, pueden estimase las desviaciones debidas al arreglo del electrodo o realizarse por comparación con las mediciones en las que se han excluido otras influencias ambientales, e.g. mediciones de calibración de fábrica. La presente invención se describirá ahora a manera de ejemplo en más detalle con referencia a los dibujos, en donde:
La Figura 1 muestra esquemáticamente una vista lateral de un conducto proporcionado con un medidor de capacitancia que comprende dos detectores de capacitancia anulares, de acuerdo con la presente invención; y La Figura 2 muestra, en una escala diferente que en la
Figura 1, esquemáticamente una sección transversal del conducto de la Figura 1 a lo largo de la línea I-I. Se hace referencia ahora a las Figuras 1 y 2. El conducto 1 y 2. El conducto 1 se proporciona con los detectores de capacitancia anulares corriente arriba y corriente abajo, 2a y 2b, separados por la distancia L. Cada detector de capacitancia anular en este ejemplo comprende ocho electrodos, lia,..., 18a y llb,..., 18b, que se distribuyen uniformemente alrededor de la circunferencia del conducto 1. Se describirá ahora la operación normal del medidor de capacitancia de intercorrelación como se representa esquemáticamente en las Figuras 1 y 2, en donde un fluido multi-componente está fluyendo a través del conducto 1 en la dirección de la flecha 20. Primero, se selecciona un grupo de capacitores de medición. En este ejemplo, un capacitor de medición se forma por un par de electrodos detectores simples, y se seleccionan todos los pares posibles 8*(8-l)/2=28 de los electrodos detectores simples en el detector corriente arriba, i.e. los pares (lia, 12a); (lia, 13a);...; (lia, 18a); (12a, 13a);...; (12a, 18a);...; (17a, 18a), así como los 28 pares de electrodos detectores simples en el detector corriente abajo, i.e. los pares (llb, 12b); (llb, 13b);...; (llb, 18b); (12b, 13b);...; (12b, 18b);...; (17b, 18b). De esta manera, un electrodo detector simple forma parte de un número de
capacitores de medición. Luego, se selecciona un intervalo de tiempo, y la capacitancia de cada uno de los capacitores de medición seleccionados se mide a diferentes momentos durante el intervalo de tiempo. Cada medición de la capacitancia está probando las propiedades dieléctricas del fluido que está fluyendo en tal momento en el espacio probado por el par respectivo de electrodos. E.g. la capacitancia del par (lia, 12a) se mide a varios momentos de tiempo durante el intervalo. Podría ser deseable medir más de una capacitancia en el mismo momento de tiempo, por ejemplo la capacitancia de todos los capacitores que incluyen un electrodo detector particular tal como (lia, 12a); (lia, 13a); (lia, 14a) ; ... ; (lia, 18a). Las capacitancias medidas en el detector corriente arriba en un cierto tiempo se denotan por C„,i(t'j, y las capacitancias medidas en el detector corriente abajo se denotan por Cd,j (f ) ; (i,j = 1,...,28; y t' es un tiempo en el intervalo de tiempo) , en donde i y j se refieren al par respectivo de electrodos en los detectores corriente arriba y corriente abajo. Luego, se determinan las intercorrelaciones entre las capacitancias medidas durante el intervalo de tiempo en el detector corriente arriba, y las capacitancias medidas durante el intervalo de tiempo en el detector corriente abajo. Para este propósito, se selecciona una ventana de tiempo de
duración T en el intervalo de tiempo, y después la intercorrelación entre las capacitancias se calcula usando: en donde
(Cu,?*Cd,:) (t) es la intercorrelación entre las capacitancias en un tiempo t seleccionado, s y (t-s) denotan los tiempos en el intervalo de tiempo, y los otros símbolos tienen el mismo significado como se dieron anteriormente. Las intercorrelaciones de capacitancia forman la base para determinar una propiedad de flujo del fluido. Además, las capacitancias medidas pueden usarse para calcular una imagen. Para este fin, se usa un método lineal para calcular la imagen, tal como la proyección posterior. Por lo tanto, los datos del pixel PU/k y Pd? (k, 1=1, ... , K) para las imágenes proporcionadas por el detector corriente arriba y corriente abajo se calculan a partir de las capacitancias Cu,? y Cd,-, (i,j = 1,..., 28), respectivamente, por operaciones lineales que pueden expresarse por las siguientes ecuaciones:
prn-
b, A')
k,l = 1, ..., K; a..! son los elementos de una matriz de coeficiente independiente del tiempo para calcular los datos del pixel de las capacitancias en el detector corriente arriba; y in son los elementos de un matriz de coeficiente independiente del tiempo para calcular los datos del pixel de capacitancias en el detector corriente abajo. Además, de acuerdo con la presente invención, las intercorrelaciones de los datos del pixel se calculan a las intercorrelaciones de las capacitancias medidas, en donde para los cálculos de la linealidad de los datos del pixel se utiliza :
= (s)Cu ¡ t - s)ds
Por lo tanto:
Así, después de calcular las 28*28=784 intercorrelaciones de todos los pares de capacitancias medidas en los detectores
Así, después de calcular las 28*28=784 intercorrelaciones de todos los pares de capacitancias medidas en los detectores corriente arriba y corriente abajo, todas las intercorrelaciones de datos de pixeles pueden calcularse a partir de las operaciones lineales. Usando las intercorrelaciones de los datos de pixeles, pueden determinarse varias propiedades de flujo de un fluido. Por ejemplo, puede determinarse un perfil de velocidad de flujo. Para determinar un perfil de velocidad de flujo, los tiempos de tránsito del fluido Tki(T) entre los pixeles de imagen Pu,k en el detector corriente arriba y Pd,? en el detector corriente abajo se determinan encontrando el máximo de la intercorrelación entre los datos del pixel respectivo como una función del tiempo, Max */ ( = (PUf * Pd.? )(t, t) = t = T en donde Tmax es la longitud de la ventana de tiempo máximo para la correlación de tiempo; y los otros símbolos tienen el mismo significado como se dieron antes. A partir de los tiempos de tránsito del fluido, una velocidad de flujo de fluido vkl entre los pixeles Pu,k y Pd,? pueden determinarse por: L Tkl (T)
en donde L es la distancia entre los detectores corriente arriba y corriente abajo, corregido eventualmente para tomar una distancia actual entre los pixeles en cuenta; y los otros símbolos tienen el mismo significado como se dieron antes. El grupo de datos formado por todos los valores de vk?
(k,l = 1,..., K) se refiere como un perfil de velocidad de flujo. Un subgrupo de este perfil de velocidad de flujo es el perfil de velocidad de flujo especial que se forma por todos los valores de vki, en donde k=l y k=l,..., K, tal perfil de flujo especial representa el componente de flujo que es paralelo con el eje del conducto. Si el fluido es un fluido multi-componente, pueden determinarse otras propiedades de flujo de interés, si además de un perfil de velocidad de flujo también se ha calculado una imagen del fluido. En la imagen, los pixeles pueden ser atribuidos a sólo uno de los componentes basados en el valor de los datos del pixel. Seleccionando todos los pixeles que se han atribuido a un solo componente, junto con un perfil de velocidad de flujo, puede determinarse la velocidad de flujo volumétrico de tal componente. Si se conoce la densidad del componente, también una velocidad de flujo másico de tal componente puede determinarse de forma lineal. Será claro, que una velocidad de flujo volumétrico y/o una velocidad de flujo másico también pueden determinarse en el caso de que el fluido
sólo consista de un componente simple. De preferencia, las capacitancias CUjl y Cd,-, se miden de acuerdo con el método proporcionan las capacitancias corregidas de la presente invención. Los electrodos en el ejemplo de la Figura 1 se arreglan sobre la superficie exterior 22 del conducto, sin embargo, también podrían arreglarse en la pared del conducto 24, o en la superficie interior 26, y podrían cubrirse por un material protector (no mostrado) . Preferentemente, todos los electrodos de un detector de capacitancia anular tienen la misma longitud en la dirección axial del conducto. Un medidor de capacitancia podría comprender componentes adicionales a los de las Figuras 1 y 2 mostradas, por ejemplo los detectores de capacitancia anulares adicionales para seleccionar una distancia diferente entre los detectores de capacitancia anulares corriente arriba y corriente abajo, una pantalla eléctrica, electrodos de guarda, material rellenador dieléctrico, medios de procesamiento de datos, medios de comunicación de datos, medios de suministro de energía o un alojamiento. Ahora se discute el método de calibración de acuerdo con la presente invención, y se hace referencia al detector de capacitancia anular 2a de las Figuras 1 y 2. Durante la operación normal del detector de capacitancia anular, el conducto 1 se llena con un fluido, en donde una propiedad dieléctrica del fluido está siendo determinada con base en las
capacitancias medidas por el detector de capacitancia anular 2a. En lo sucesivo, este fluido se referirá como el fluido de prueba. Normalmente, el fluido de prueba fluirá a través del conducto. Se selecciona un grupo de capacitores de medición, normalmente seleccionando todos los 28 pares posibles de los electrodos detectores simples. La capacitancia de un capacitor de medición formado por un par de electrodos detectores está influenciada por las propiedades dieléctricas de un fluido en el espacio que se prueba por el par de electrodos detectores. Además, la capacitancia de prueba medida está influenciada por influencias ambientales. Para corregir las influencias ambientales, un método para usar un detector de capacitancia anular comprende ventajosamente una etapa de calibración para proporcionar las capacitancias de prueba corregidas. Para este propósito, de acuerdo con la presente invención, se interrumpe el flujo del fluido de prueba a través del medidor de capacitancia, y el fluido se retira del área que se prueba por el detector de capacitancia anular. Esta área después se llena con un fluido de calibración con una propiedad dieléctrica conocida, de preferencia con un fluido homogéneo que tiene una constante dieléctrica homogénea e. El fluido de calibración puede ser un líquido o un gas, e.g. aire, un gas inerte o un gas a presión disminuida ( acío' ) . Luego, se selecciona un grupo de capacitores de
calibración. Para este propósito, los ocho electrodos detectores se subdividen en cuatro secciones consecutivas (Sl; S2; S3; S4), e.g. [(lia); (12a); (13a, 14a, 15a); (16a, 17a, 18a) ] . Los números entre paréntesis se refieren a los electrodos detectores en la Figura 1 que son parte de la sección respectiva. Todos los electrodos detectores que pertenecen a una forma de sección particular, cuando interconectan, un electrodo de calibración. Se selecciona un primer capacitor de calibración, seleccionando dos electrodos de calibración no vecinos. De acuerdo con el ejemplo anterior, se forma un electrodo de calibración por el electrodo detector (lia) y el otro electrodo de calibración se forma por los electrodos detectores interconectados (13a, 14a, 15a). Se selecciona un segundo capacitor de calibración para formarse por los restantes dos electrodos de calibración, i.e. (12a) y
(16a, 17a, 18a). Será claro, qué y cómo otros pares de un primer y un segundo capacitor de calibración pueden seleccionarse usando diferentes subdivisiones de los electrodos detectores en secciones consecutivas, e.g. [(lia, 12a); (13a, 14a); (15a, 16a); (17a, 18a)] o [(lia); (12a, 13a); (14a, 15a); (16a, 17a, 18a)]. Si el grupo que consiste de todos los capacitores de calibración posibles se selecciona, por lo tanto, será claro que este grupo de capacitores de calibración difiere del grupo de los capacitores de medición.
Para un par seleccionado del primero y segundo capacitores de calibración, se mide una capacitancia de calibración Cc,? del primer capacitor y una capacitancia de calibración Cc,2 del segundo capacitor de calibración. Si se selecciona una pluralidad de pares del primer y segundo capacitores de calibración, se mide una pluralidad de pares (Cc, i, Cc,2) . Las capacitancias de calibración después se convierten a capacitancias de calibración por unidad de longitud tomando en cuenta la longitud de los electrodos. Para cada par de capacitancias de calibración por unidad de longitud, debe existir una relación basada en el teorema de Thompson-Lampard. Si pueden considerarse las desviaciones conocidas de la idealidad, se usa una modificación del teorema de Thompson-Lampard. En una situación práctica el teorema de Thompson-Lampard (modificado) no se satisfará precisamente, debido a las influencias ambientales. Por lo tanto, midiendo una pluralidad de pares de capacitancias de calibración por unidad de longitud, se proporciona un sistema de ecuaciones que no se satisfacen precisamente. Para este sistema de ecuaciones se determina una solución óptima. Podría ser ventajoso comparar la solución óptima con soluciones óptimas que podrían haber sido determinadas durante las etapas de calibración previas, e.g. durante una etapa de calibración inicial en fábrica. Además, si hay simetría suficiente en el tamaño y arreglo de
los electrodos de calibración, el teorema podría reducirse al requerimiento de que ambos valores de un par de capacitancias de calibración deben ser iguales a un cierto valor. Después de que todas las mediciones de las capacitancias de calibración se han realizado, la etapa de calibración puede terminarse. El fluido de calibración se retira del detector de capacitancia anular y el conducto puede llenarse nuevamente con el fluido de prueba. La solución óptima que se ha determinado se usa subsecuentemente para determinar la corrección que se necesita para las capacitancias de prueba, que se miden por el detector de capacitancia anular cuando se llena con un fluido de prueba. En particular, todas las capacitancias CU/1 y Cd,-, que se miden en un método para determinar una propiedad de flujo de un fluido son de esta manera una ventaja corregida. Por ejemplo, un requerimiento práctico referente a la industria del petróleo se refiere a la necesidad de dispositivos de medición que puedan operarse remotamente en e.g. un pozo perforado o en una instalación submarina. Por lo tanto, la presente invención también se refiere a un medidor de capacitancia que comprende medios para la operación remota, que incluye apropiadamente medios para telemetría y/o fuente de energía a distancia. La telemetría es un aspecto específico de la operación remota, que se necesita por ejemplo para el control del medidor de capacitancia y para la comunicación de
datos. La fuente de la energía requerida para la operación del medidor de capacitancia es otro aspecto de la operación remota. A menudo no es deseable que un medidor de capacitancia se proporcione con un cable que atraviese el pozo de perforación hasta la superficie. Sin embargo, en un pozo perforado, la telemetría y/o la fuente de energía remota, por ejemplo, pueden proporcionarse por vía de tubería de revestimiento y/o entubado que se arregla en el pozo perforado. Para este propósito, el medio para la telemetría y/o fuente de energía remota comprende adecuadamente un acoplador inductivo que usa un campo electromagnético alternado para la transferencia de datos y/o energía eléctrica entre el medidor de capacitancia y la tubería de revestimiento o entubado. El medidor de capacitancia podría comprender además otros componentes electrónicos, por ejemplo medios para la regulación y almacenamiento de energía, que pueden incluir una batería recargable o un ultracapacitor, un procesador de datos, un controlador o una interfase de comunicación. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.