BRPI1100319A2 - mÉtodo de mediÇço de uma composiÇço multifÁsica em uma tubulaÇço - Google Patents
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Abstract
MÉTODO DE MEDIÇçO DE UMA COMPOSIÇçO MULTIFÁSICA EM UMA TUBULAÇçO. Um método (10) para medir uma composição multifásica em uma tubulação (100) com o uso de antena(s) patch (30), que operam em uma faixa de frequência de rádio ou microondas, é apresentado, incluindo a localização e a suscitação da(s) antena(s) patch (30) através de uma faixa de frequências (14); medindo sinais transmitidos e refletidos através do tempo (16); estimando um deslocamento em uma frequência ressonante a partir uma frequência ressonante de linha de base (18), então, calculando uma permissividade da composição (20), com base no deslocamento; e calculando uma composição de fase da composição multifásica (22). A presente invenção foi descrita em termos de modalidade(s) específica(s), e é reconhecido que equivalentes, alternativos, e modificações, tirando aquelas expressamente declaradas, são possíveis e estão no escopo das reivindicações anexadas.
Description
"MÉTODO DE MEDIÇÃO DE UMA COMPOSIÇÃO MULTIFÁSICA EM UMA TUBULAÇÃO"
Referência Cruzada a Pedidos Relacionados
Este pedido reivindica a prioridade do Pedido de Patente de n° serial U.S. n° 61/302.381 depositado em 8 de fevereiro de 2010 ao qual foi atribuído o número da Súmula do Advogado 243265-1 cujos conteúdos estão aqui incorporados, por referência, em sua totalidade.
Antecedentes Da Invenção
A presente invenção refere-se, em geral, à medição de fluxo multifásico, e mais especificamente, ao uso de antenas patch na medição de composições multifásicas.
Nas indústrias de processo, indústrias de óleo e de gás e em outras dessas áreas, é freqüentemente necessário medir precisamente a taxa de composição e fluxo do material que flui para o interior de um oleoduto. Nos casos em que a condutividade elétrica do meio é muito baixa, por exemplo, fluxos de gás úmido, em que a composição tem uma pequena porcentagem de óleo e/ou água, e em que a alteração na constante dielétrica com alterações fracionais em óleo/água é muito pequena, se torna difícil medir as alterações na composição.
Os sensores disponíveis comercialmente para a medição de fluidos na indústria de petróleo têm como base uma variedade de princípios (uma única técnica ou uma combinação de várias técnicas). Por exemplo, os sensores de impedância, sensores capacitivos e/ou indutivos, sensores gama de dupla energia, medidores venturi, e sensores de microondas (atenuação/fase/ressonância) têm sido todos usados. Atualmente, há inúmeros sensores de medição de fluxo com base em microondas disponíveis que oferecem graus variados de sensibilidade, complexidade e custos. Tipicamente, a medição da amplitude e da fase dos sinais é usada para reconstruir vários regimes de fluxo, como heterogêneo (slug), golfada (churn), e anular. Com todas as metodologias de medição de fluxo multifásico, a precisão, sensibilidade, o custo e a complexidade técnica são uma preocupação.
Em conformidade, há uma necessidade em curso referente ao aprimoramento mediante a medição de fluxo multifásico.
Breve Descrição
A presente invenção supera pelo menos algumas das desvantagens mencionadas anteriormente com o fornecimento de um método e sistema aprimorados para a medição de fluxo de uma composição multifásica. Mais especificamente, aspectos da presente invenção podem fazer uso de uma ou mais antena(s) direcional tipo patch para obter informações sobre uma composição multifásica que flui em uma tubulação.
Portanto, de acordo com uma modalidade da presente invenção, um método de medição de uma composição multifásica em uma tubulação compreende localizar pelo menos uma antena patch que opera em uma faixa de freqüência de rádio ou microondas; próxima da composição multifásica; excitar a pelo menos uma antena patch sobre uma faixa de freqüências; medir sinais transmitidos e refletidos ao longo do tempo; estimar uma freqüência ressonante de linha de base; estimar um deslocamento em uma freqüência ressonante a partir da freqüência ressonante de linha de base; calcular uma permissividade da composição multifásica, com base no deslocamento; e calcular uma composição de fase da composição multifásica, com base na permissividade.
De acordo com outra modalidade da presente invenção, um método de medição de uma composição multifásica que flui através de uma tubulação compreende: localizar pelo menos uma antena patch em comunicação com a composição multifásica, sendo que a pelo menos uma antena patch opera em uma faixa de freqüência de microondas ou de rádio; excitar a pelo menos uma antena patch sobre uma faixa de freqüências; medir a energia refletida e transmitida sobre a faixa de freqüências; estimar uma fração de fase da composição multifásica, com base nas medições de amplitude e fase.
De acordo com outra modalidade da presente invenção, um método de medição de uma composição multifásica que flui através de uma tubulação compreende localizar uma pluralidade de antenas patch que operam em uma faixa de freqüência de microondas ou de rádio próxima da composição multifásica; excitar a pluralidade de antenas patch sobre pelo menos uma freqüência, criando por meio disso um sinal transmitido e um sinal refletido; estimar um regime de fluxo com base em uma assinatura dos sinais transmitidos e refletidos; e calcular uma composição de fase da composição multifásica, com base nos sinais transmitidos e refletidos.
De acordo com outra modalidade da presente invenção, um método de medição de uma composição multifásica que flui através de uma tubulação compreende localizar uma pluralidade de conjuntos de antenas patch axialmente ao longo de uma tubulação, sendo que um primeiro conjunto de antena patch é posicionado axialmente a uma distância do segundo conjunto de antena patch; excitar a pluralidade de conjuntos de antenas patch sobre uma faixa de freqüências; medir a energia na pluralidade de conjuntos de antenas patch em relação à pelo menos uma dentre a faixa de freqüências; e estimar uma velocidade da composição multifásica em fluxo, com base na medição.
De acordo com outra modalidade da presente invenção, um método de medição de uma composição multifásica que flui através de uma tubulação compreende obter uma pluralidade de medições da composição multifásica, sendo que a pluralidade de medições compreende pelo menos um item dentre medições de amplitude, fase, e freqüência; combinar a pluralidade de medições em uma única quantidade mediante o uso de uma função de transferência; e estimar uma fração de fase da composição multifásica, com base na quantidade única.
De acordo com outra modalidade da presente invenção, um método de medição de uma composição multifásica que flui através de uma tubulação compreende localizar uma pluralidade de antenas patch que operam em uma faixa de freqüência de microondas ou de rádio próxima da composição multifásica; e usar a pluralidade de antenas patch para servir como eletrodos, obtendo por meio disso medições de impedância de baixa freqüência da composição multifásica.
Várias outras características e vantagens da presente invenção serão aparentes a partir da descrição detalhada e dos desenhos a seguir.
Breve Descrição Dos Desenhos
Os desenhos ilustram uma modalidade contemplada presentemente para a execução da invenção.
A figura 1 é um fluxograma de um método de medição de fluxo multifásico, de acordo com uma modalidade da presente invenção.
As figuras 2A a 2D são vistas em perspectiva de porções de oleodutos com o uso de antenas patch, de acordo com várias modalidades da presente invenção.
As figuras 3A a 3C são vistas de extremidade de porções de oleodutos com o uso de antenas patch, de acordo com várias modalidades da presente invenção.
As figuras 4A a 4F são vistas de vários formatos de antena patch, de acordo com várias modalidades da presente invenção.
A figura 5 é uma vista em perspectiva de um sistema de medição de fluxo multifásico com o uso de antenas patch, de acordo com uma modalidade da presente invenção.
A figura 6 é um gráfico mostrando representações de resposta de freqüência típicas, de acordo com uma modalidade da presente invenção.
A figura 7 é um gráfico mostrando resultados de teste, de acordo com uma modalidade da presente invenção.
A figura 8 é um gráfico mostrando os resultados de teste, de acordo com uma modalidade da presente invenção.
As figuras 9A a 9D são vários gráficos mostrando resultados de teste, de acordo com várias modalidades da presente invenção.
Descrição Detalhada
Aspectos da presente invenção fornecem uma técnica de medição das alterações de freqüência que é mais robusta em comparação com as medições de amplitude/fase. A invenção oferece um método sem contato não intrusivo que pode sondar materiais não-condutivos consistindo predominantemente de, por exemplo, óleo ou gás.
Aspectos da presente invenção referem-se a um método de medição da composição de misturas multifásicas mediante o uso de uma ou mais antenas patch operando na faixa de freqüências de microondas/RF. Em uma das aplicações em potencial, a mistura multifásica poderia estar fluindo em um oleoduto. No caso de uma tubulação metálica, as antenas estarão na superfície interna e, no caso de um carretei/tubulação não-metálicos, as antenas podem estar na superfície externa, por exemplo, como uma cinta. Um aspecto inovador é o uso de antenas patch que resultam em uma medição de perda de pressão baixa não-intrusiva. Adicionalmente, as antenas patch podem servir como eletrodos para medições de impedância de baixa freqüência. Os métodos de transmissão, reflexão ou ressonantes podem ser usados com amplitude, freqüência ou fase como medições. Verifica-se que as medições de freqüência ressonante são mais robustas em comparação com as medições de fase e amplitude, que são mais propensas a ruído. Aspectos da presente invenção têm como foco a abordagem de freqüência ressonante. Entretanto, em outra modalidade, uma configuração de patches pode ser usada para medições de amplitude/fase sem depender da ressonância, e um arranjo de patches pode fornecer uma reconstrução tomográfica da mistura multifásica que flui para dentro da tubulação.
Para fins dessa aplicação e invenção, há várias definições que são relevantes. O termo "antena patch", para uso na presente invenção, significa um elemento de transmissão e/ou recebimento que é capaz, em operação em altas freqüências (por exemplo, cerca de 1 GHz a cerca de 20 GHz) compreendendo dois condutores paralelos, um patch de metal sobre um plano terra, de ser separado por uma camada dielétrica ou substrato entre os mesmos. O substrato pode ser flexível, caso em que ele pode se adaptar à superfície interna da tubulação. Nos patches de micro-tira, o patch de metal é impresso sobre o dielétrico. Os patches de micro-tira têm a vantagem de terem um peso leve, serem baratos e fáceis para serem integrados a outros eletrônicos. O termo "multi-fase" e "multifase", para uso na presente invenção, significam uma composição que compreende pelo menos duas fases de material. A composição multifásica pode compreender alguma combinação de óleo, água, e gás. Por exemplo, a composição pode compreender gás e água. A composição pode compreender gás e óleo. Os termos "faixa de freqüência de microondas ou de rádio", para uso na presente invenção, significam freqüência eletromagnética entre centenas de MHz a muitas dezenas de GHz. O termo "tubulação", para uso na presente invenção, significa qualquer estrutura em que um fluxo de um composição multifásica é possível. Ou seja, o termo não se limita a elementos que são substancialmente redondos em seção transversal, substancialmente fechados, elementos longitudinais (por exemplo, o termo conforme usado em engenharia sanitária ou encanamentos). Em algumas aplicações de óleo e de gás, a tubulação contém uma mistura de dois materiais, por exemplo, gás e líquido (por exemplo, óleo / água) ou uma emulsão de óleo e água. Em uma modalidade, um ou mais patches são excitados sobre uma faixa de freqüências e a energia refletida e/ou a energia transmitida é medida sobre essa faixa de freqüência. Para um dado diâmetro da tubulação, a freqüência ressonante do sistema depende da permissividade (constante dielétrica) do meio dentro da tubulação. A propriedade dielétrica é uma quantidade complexa, que depende da freqüência. A parte real da constante dielétrica é uma indicação de quão facilmente o material pode ser polarizado na presença de um campo elétrico. A parte imaginária da constante dielétrica representa as perdas no meio. Um modo ressonante pode ser caracterizado pela freqüência ressonante, pelo fator Q e pela amplitude do pico. O deslocamento da freqüência ressonante com uma alteração na composição é usada para estimar a fração de fase da mistura. Além disso, o fator de qualidade (Q) de ressonância e a amplitude do pico de ressonância também podem ser usados. A freqüência ressonante é inversamente proporcional à parte real da constante dielétrica. A amplitude e o afiamento do pico de ressonância quantificado pelo fator Q são inversamente proporcionais à parte imaginária da constante dielétrica. Por exemplo, à medida que o conteúdo de água aumenta, a constante dielétrica efetiva aumenta e a freqüência ressonante diminuiu. De maneira similar, se a água for escassa, por exemplo, em razão da salinidade, isso irá resultar em uma diminuição da amplitude de pico e aumento da largura do pico. A estimação de frações de fase com o uso do método de freqüência ressonante se torna difícil visto que o conteúdo de água aumenta visto que a identificação dos picos (resolução) se torna um desafio.
Para estimar a velocidade de fluxo, a freqüência ressonante em dois locais ao longo do eixo da tubulação pode ser medida com dois conjuntos de patches, e técnicas de correlação cruzada podem ser usadas. Uma abordagem similar pode ser usada no caso de uma reconstrução tomográfica.
Aspectos da presente invenção usam uma ou mais antenas patches, operando na faixa de freqüência de microondas/RF para medir a fração de fase/taxa de fluxo dos constituintes que fluem no interior da tubulação. Os patches podem ser excitados sobre uma faixa de freqüências, e os modos ressonantes serão configurados em algumas freqüências dependendo das dimensões da tubulação, da configuração de patch e das propriedades dielétricas do material dentro da tubulação.
Em uma modalidade, cada um dos patches irá se adaptar à parede interna da tubulação tornando o desenho não-intrusivo. Um patch que opera como uma antena em altas freqüências pode compreender dois condutores paralelos, um patch de metal sobre um plano terra separado por uma camada dielétrica entre eles. No caso dos patches para medição de fluxo, o plano terra pode ser igual à tubulação de aço inoxidável. Uma maneira de alimentar o patch poderia ser usar um cabo co-axial conectado a partir da parte posterior do patch.
Aspectos do método foram testados com o uso de simulações e experimentos. Em um experimento, a mistura dentro da tubulação consiste em um gás e óleo, e pequenas alterações na fração de óleo (< 10%) necessárias para serem determinadas com precisão. Nesse caso, o contraste de permissividade é muito menor em oposição ao caso de óleo/água ou gás/ água visto que a constante dielétrica de água (aproximadamente 80) é muito maior que de óleo (aproximadamente 2,2) e gás natural (aproximadamente 1). As simulações bem como os experimentos mostram que até pequenas alterações de permissividade são traduzidas em deslocamentos de freqüência mensuráveis. Os experimentos também foram realizados em uma mistura de dois óleos cujas constantes dielétricas estão próximas uma da outra. Pequenas alterações na constante dielétrica correspondem a pequenas alterações na fração de fase (0 a 5%), que resultaram em deslocamentos de freqüência finita e consistente que eram mensuráveis.
Em outra configuração, as antenas patch podem ser posicionadas no interior de uma cavidade que circunda uma seção da tubulação. Nesse caso, a freqüência ressonante pode ser parcialmente controlada pelo tamanho da cavidade, e o fator de qualidade poderia ser mais satisfatório do que no caso de uma tubulação aberta. Entretanto, a combinação de impedância se torna enganosa e as eficiências de acoplamento poderiam ser inferiores em comparação ao caso de quando os patches estão no interior da tubulação.
Em ainda outra configuração, se a tubulação for não-metálica, ou se houver um carretei não-metálico, os patches poderão ser montados sobre a superfície externa da tubulação/ carretei. Esta modalidade pode fornecer um tipo de solução de cinta.
Adicionalmente, o formato não está restrito a um quadrado, e pode ser potencialmente qualquer outro formato que atenda aos requisitos. De maneira similar, a polarização das antenas também pode ser diferente, e pode ser potencialmente circular, elíptica, ou outras polarizações.
A figura 1 mostra um fluxograma de um método de medição de fluxo multifásico com o uso de antenas patch, de acordo com aspectos da presente invenção. O método 10 compreende localizar uma pluralidade de antenas patch 30 em comunicação e/ou proximidade a um fluxo de composição multifásica em 12. A pluralidade de antenas patch 30 é tipicamente capaz de operar em pelo menos uma faixa de freqüência de rádio e/ou microondas.
Em 14, uma varredura de freqüência é aplicada à pluralidade de antenas patch 30, sendo que as antenas patch 30 são excitadas sobre uma faixa de freqüências. A pluralidade de antenas patch 30 cria campos eletromagnéticos como conseqüência e configure a ressonância em certas freqüências. Em 16 o método 10 compreende medir os sinais transmitidos e refletidos da pluralidade de antenas patch 30. Com base na medição em 16, em 18 a freqüência de ressonância é estimada ou calculada, assim como o deslocamento da freqüência de ressonância de linha de base.
Então, em 20, a permissividade da composição multifásica é calculada com base no deslocamento de freqüência estimado/calculado. A permissividade pode ser encontrada ao aplicar uma função de transferência.
Em 22, a composição de percentual de fase da composição multifásica é calculada, com base na permissividade encontrada em 20. A composição de fase pode ser calculada ao aplicar funções de transferência, como Brueggman, Maxwell Garnet, e similares.
As Figuras 2A até 2D mostram vistas em perspectiva de vários sistemas de antena patch que podem ser usados para medir o fluxo multifásico de acordo com aspectos da presente invenção. Por exemplo, a modalidade na Figura 2A, chamada "patch em linha", compreende uma tubulação 100 e uma pluralidade de antenas patch 30 configuradas em uma configuração substancialmente linear. A pluralidade de antenas patch 30 pode ser configurada para circundar substancialmente a circunferência da tubulação 100. A patch em linha de antenas patch 30 pode ser localizada, por exemplo, em uma superfície interna de uma tubulação substancialmente de metal 100. A patch em linha pode ser instalada no interior de uma nova tubulação 100 anteriormente ao uso ou instalado em uma tubulação existente 100 com o uso de uma peça de bobina (por exemplo, durante o desligamento temporário), oferecendo, por exemplo, através disso, uma solução de atualização.
A modalidade na Figura 2B, chamada uma "patch de cavidade", compreende uma tubulação 100 e uma pluralidade de antenas patch 30 configuradas de modo que uma cavidade exista entre a pluralidade de antenas patch 30 e uma superfície externa da tubulação 100. A pluralidade de antenas patch 30 compreende pelo menos uma antena de transmissão 30 e uma antena de recepção 30. Uma patch de cavidade 34 que inclui a pluralidade de antenas patch 30 fixadas ao mesmo pode ser instalada ao longo de uma porção da tubulação 100. As porções do patch de cavidade 34 podem ou não entrar em contato com a tubulação 100, que é não-metálica. A patch de cavidade 34 pode ser instalada em volta de uma nova tubulação 100 anteriormente ao uso ou instalado em volta de uma tubulação existente 100 (por exemplo, durante um desligamento temporário), oferecendo, através disso, uma solução de atualização.
A modalidade na Figura 2C, chamada "tira de patch", compreende uma tubulação 100 e um elemento 40 (por exemplo, "tira de patch") que compreende uma pluralidade de antenas patch 30 configuradas de modo que o elemento possa ser instalado em volta de uma superfície externa da tubulação 100 (por exemplo, embrulhado em volta da tubulação 100). O elemento 40 pode ser feito de qualquer material adequado para permitir que o elemento 40 flexione adequadamente e/ou embrulhe em volta da circunferência da tubulação 100. Tipicamente, a modalidade de tira de patch pode ser empregada em situações em que a tubulação 100 é não-metálica (por exemplo, plástico, vidro, cerâmica, etc.) ou tem seções que são não-metálicas. O elemento 40 que inclui a pluralidade de antenas patch 30 fixadas ao mesmo pode ser instalado ao longo de uma porção da tubulação 100. A pluralidade de antenas patch 30 pode ser configurada em uma disposição substancialmente linear de modo que a pluralidade de antenas patch circunde substancialmente a tubulação 100 quando o elemento 40 é fixado à tubulação 100 (consultar, por exemplo, a Figura 2C). O elemento 40 pode ser instalado em volta de uma nova tubulação 100 anteriormente ao uso ou instalado em volta de uma tubulação existente 100 (por exemplo, durante o desligamento temporário), oferecendo, através disso, uma solução de atualização.
A modalidade na Figura 2D, chamada uma patch helicoidal, compreende uma tubulação 100 e uma pluralidade de antenas patch 30 configuradas em uma disposição substancialmente helicoidal. A pluralidade de antenas patch 30 pode ser configurada para substancialmente circundar a circunferência da tubulação 100. A patch helicoidal de antenas patch 30 pode ser usado, por exemplo, em uma superfície interna de uma tubulação substancialmente de metal 100 ou uma superfície externa de uma tubulação não-metálica 100. A patch helicoidal em linha pode ser instalada no interior ou sobre uma nova tubulação 100 anteriormente ao uso ou instalada em ou sobre uma tubulação existente 100 (por exemplo, durante um desligamento temporário), oferecendo, através disso, uma solução de atualização. Claramente, outras modalidades e configurações de antenas patch 30 diferentes daquelas ilustradas podem ser usadas sem que se saia dos aspectos da presente invenção.
As Figuras de 3A até 3C mostras vistas secionais de extremidade de um oleoduto 100 empregando varias modalidades da presente invenção. Diferentes configurações de empregar antenas patch 30 são mostradas. Por exemplo, a Figura 3A mostra antenas patch 30 que são construídas em um substrato flexível, permitindo, por meio disso, que a antena patch 30 conforme ao formato (por exemplo, curvo) da tubulação 100. A tubulação 100 em certas modalidades pode ser não-planar. Esta modalidade permite a conformação aproximada ou exata entre o formato da antena patch 30 e a tubulação 100 à qual ela está fixada. A Figura 3B mostra antenas patch 30 que podem se projetar parcialmente para o espaço de fluxo interior da tubulação 100. Um material de substrato da antena patch 30 nesta modalidade pode ser rígido. A Figura 3C mostra antenas patch 30 que são rebaixadas para longe do espaço de fluxo interior da tubulação 100. Um material 40 que é substancialmente transparente para microondas pode ser colocado entre as antenas patch 30 e o espaço de fluxo interior da tubulação 100. Em outra modalidade, as antenas patch 30 podem ser fixadas de modo liberável à tubulação 100. Em ainda outras modalidades, as antenas patch 30 podem, ainda, incluir uma cobertura protetora e/ou em cúpula de modo a fornecer proteção adicional de vários fatores (por exemplo, erosão, corrosão, etc.). Claramente, outras modalidades podem ser empregadas com o uso de alguma combinação das características supramencionadas sem que se saia dos aspectos da invenção.
As Figuras 4A até 4F mostram alguns dos formatos de antenas patch 30 que podem ser usados de acordo com aspectos da presente invenção. O formato da antena patch 30 pode ser virtualmente qualquer formato poligonal ou combinação deles. Por exemplo, a antena patch 30 pode ser retangular (por exemplo, Figuras de 4 a 4C), quadrada (por exemplo, Figura 4C), circular (por exemplo, Figura 4F), elíptica (por exemplo, Figuras de 4D a 4F), e similares, ou combinações dos mesmos. Conforme mostrado, um eixo geométrico primário da antena patch 30 pode ser ou substancialmente paralelo ao eixo geométrico longitudinal da tubulação (por exemplo, Figuras 4A, 4D) ou o eixo geométrico primário da antena patch 30 pode ser substancialmente normal ao eixo geométrico longitudinal da tubulação (por exemplo, Figuras 4B, 4E). De maneira similar, além do formato físico das antenas patch 30 empregado, as antenas patch 30 com polarizações diferentes podem ser usadas. Por exemplo, a polarização das antenas patch 30 pode ser elíptica, circular, linear, e similares. Deve ser óbvio que o(s) formato(s) da(s) antena(s) patch 30 usados aqui podem ser diferentes daqueles mostrados, sem que se saia dos aspectos da presente invenção.
A Figura 5 mostra uma Figura esquemática que mostra um sistema 200 para medir o fluxo multifásico com as antenas patch de acordo com aspectos da presente invenção. O sistema 200 compreende uma pluralidade de antenas patch 30 dispostas em comunicação com uma composição multifásica dentro de uma tubulação 100. Uma única antena patch 30 ou uma pluralidade de antenas patch 30 pode ser configurada em qualquer disposição que seja discutida aqui. A Figura 5 meramente mostra duas antenas patch 30 para fins esquemáticos apenas. Em qualquer evento, a pluralidade de antenas patch 30 é conectada a um sensor de fonte/energia ou, alternativamente, um analisador de rede, que é, então, interface a um computador 210 que inclui um dispositivo de comunicação 212 (por exemplo, Interface de Usuário Gráfica, tela do computador, etc.). O meio de comunicação 32 pode ser cabo(s), conexão sem fio, Internet, ou qualquer outro meio adequado para permitir a comunicação entre o computador 210 e a configuração de antenas patch 30 na tubulação 100. O computador 210 pode ser qualquer computador adequado (por exemplo, computador pessoal, computação em nuvem, disposição de servidor, rede de computador, etc.) em combinação com software, firmware, e/ou similares para fornecer vários aspectos do método discutido aqui.
A Figura 6 mostra curvas de resposta de freqüência típicas que mostram a mudança na freqüência ressonante com composição. A Figura 7 mostra a freqüência central (eixo Y) como comparada à fração de volume de gás (GVF) % (eixo X) para as várias composições de óleo e gás. Conforme mostrado, o deslocamento substancialmente linear na freqüência com o deslocamento em GVF.
De maneira similar, A Figura 8 mostra resultados de dados experimentais adicionais obtidos onde a configuração de antena patch foi usada dentro de uma tubulação de 4. Nessa experiência, a composição multifásica compreende dois óleos que têm permissividades diferentes (isto é, óleo de rícino e óleo de motor), em que o óleo rícino tem permissividade de cerca de 3,3 e o óleo de motor tem uma permissividade de cerca de 2. A Freqüência Ressonante (eixo Y) é mostrada conforme é comparada com o percentual de óleo rícino em óleo de motor (eixo X). conforme mostrado, a freqüência ressonante desloca substancialmente de maneira linear com a pequena mudança na permissividade da composição multifásica (por exemplo, mudança no percentual de óleo rícino).
Em outra modalidade, duas ou mais antenas patch podem ser operadas em algumas poucas freqüências selecionadas em um modo de transmissão-recepção. A estimação de fração de fase é feita com o uso de amplitude e informações de fase a partir da transmissão e com o uso de coeficientes de reflexo. Adicionalmente, ao operar as antenas patch nas poucas freqüências selecionadas, a mesma amplitude e informações de fase dos coeficientes de transmissão e reflexo pode ser usada para a identificação de regime de fluxo. As Figuras 9A até 9D mostram os resultados de teste em uma única freqüência conduzidos para várias composições multifásicas mostrando a força do sinal transmitido, S21 (eixo Y) pelo tempo (eixo X). Conforme mostrado, S21 conota o sinal medido em uma porta 2 em um oleoduto graças a uma excitação na porta 1. Com referência à Figura 9A, a força de sinal transmitido, S21, é mostrada para uma composição que tem um percentual de fração de água em óleo de 21 e um percentual de GVF de 0. Portanto, a composição testada na Figura 9A compreendia cerca de 21% de água e cerca de 79% de óleo. De modo similar, a Figura 9B mostra os resultados de teste para uma composição multifásica que compreende cerca de 18% de gás e cerca de 82% de líquido, do qual cerca de 20% é água e o percentual restante é óleo. De modo similar, a Figura 9C mostra os resultados de teste para uma composição multifásica compreende cerca de 51 % de gás e cerca de 49% de líquido, do qual cerca de 20% é água e o percentual restante é óleo. Finalmente, a Figura 9D mostra os resultados de teste para uma composição multifásica que compreende cerca de 75% de gás e cerca de 25% de líquido, do qual cerca de 25% é água e o percentual restante é óleo. Pode- se ver que os sinais exibem assinaturas distintas dependendo do regime de fluxo e este fato pode ser utilizado para os algoritmos de classificação de regime de fluxo.
Em outra modalidade, medições múltiplas (por exemplo, informações de amplitude e fase de coeficientes de transmissão e reflexo, freqüências ressonantes e similares) podem ser combinadas em um único parâmetro com o uso de funções de transferência. Isso dá um benefício adicional de que existe menos ruído ou flutuação nos resultados se comparado ao uso de um único parâmetro ou medição.
Em outra modalidade, dois conjuntos de antenas patch podem ser espaçados a uma distância ao longo do eixo longitudinal da tubulação de modo que uma correlação cruzada possa ser usada para estimar as velocidades de fluxo. Em ainda outra modalidade, as antenas patch também podem atuar como eletrodos para medições de impedância de baixa freqüência. Ao usar a antena patch como um eletrodo, métodos EIS (Espectroscopia de Impedância Elétrica) de medição podem ser empregados. Adicionalmente, em outra modalidade, um arranjo de antenas patch pode ser usado para reconstrução tomográfica. Por exemplo, o arranjo de antenas patch pode ser colocado circunferencialmente em volta da tubulação de modo a gerar uma imagem tomográfica. Claramente, as antenas patch podem ser usadas para várias metodologias de medições discutidas aqui e de outras formas.
A presente invenção foi descrita em termos da modalidade preferida, e reconhece-se que equivalentes, alternativas, e modificações, alem daqueles expressamente declarados, são possíveis e no escopo das reivindicações anexadas.
Claims (10)
1. MÉTODO (10) DE MEDIÇÃO DE UMA COMPOSIÇÃO MULTIFÁSICA EM UMA TUBULAÇÃO (100), que compreende: localizar a pelo menos uma antena patch (30) que opera em uma faixa de freqüência de rádioou microondas; em proximidade à composição multifásica (12); suscitas a pelo menos uma antena patch (30) através de freqüências (14); medir os sinais transmitidos e refletidos através do tempo (16); estimar uma freqüência ressonante de linha de base (18); estimar um deslocamento em uma freqüência ressonante a partir da freqüência ressonante da linha de base; calcular uma permissividade da composição multifásica, com base no deslocamento (20); e calcular uma composição de fase da composição multifásica, com base na permissividade (22).
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, em que pelo menos uma antena patch (30) tem um formato composto de um retângulo, um círculo, um diamante, uma elipse, um quadrado, e combinações do mesmo.
3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, em que a composição multifásica compreende gás e um líquido.
4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, em que a localização compreende colocar uma pluralidade de antenas patch (30) em uma configuração helicoidal ou circular de modo a pelo menos parcialmente circundar a tubulação (100).
5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, em que pelo menos uma antena patch (30) é colocada em uma superfície interior da tubulação (100).
6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, em que a pelo menos uma antena patch (30) é colocada em uma superfície exterior da tubulação (100).
7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, em que a pelo menos uma antena patch (30) é configurada para conformar a uma superfície da tubulação (100).
8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, em que a pelo menos uma antena patch (30) está configurada para projetar-se para o interior de uma porção de um espaço de fluxo interno da tubulação (100).
9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, em que a pelo menos uma antena patch (30) é rebaixada de um espaço de fluxo interior da tubulação (100), compreendendo, ainda, um material transparente para microondas localizadas entre pelo menos uma antena patch (30) e uma superfície do interior da tubulação (100).
10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, em que a pelo menos urna antena patch (30) tem uma polarização de um dentre um círculo, uma elipse, um retângulo, e combinações dos mesmos.
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| B15L | Others concerning applications: renumbering |
Free format text: RENUMERADO O PEDIDO DE PI1100319-7 PARA PP1100319-7. |
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