BRPI0710066A2 - caracterização de fluido de poço com base em mudanças nas propriedades acústicas com pressão - Google Patents

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Abstract

<B>CARACTERIZAçãO DE FLUIDO DE POçO COM BASE EM MUDANçAS NAS PROPRIEDADES ACúSTICAS COM PRESSãO<D>A presente invenção refere-se a técnicas para a avaliação dos aspectos físicos de um fluido de formação a partir de dentro de um poço que incluem a alteração de pressão em uma amostra do fluido de formação e a transmissão de pelo menos um pulso acústico através da amostra de fluido e análise da informação acústica coletada. O aparelho e os métodos para a avaliação envolvem a utilização de pelo menos um transdutor acústico. A análise envolve tipicamente o uso de fórmulas que relacionam a equação de estado do fluido e outras propriedades a uma alteração na velocidade do som no fluido como uma função da pressão.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CARACTE-RIZAÇÃO DE FLUIDO DE POÇO COM BASE EM MUDANÇAS NAS PRO-PRIEDADES ACÚSTICAS COM PRESSÃO".
Antecedentes da Invenção
Campo da Invenção
A invenção refere-se a técnicas de exploração geológica, e maisespecificamente à estimativa de propriedades de fluido a partir de dados a-cústicos.
Descrição da Técnica Relacionada
Em vários processos industriais que envolvem material de fluido,é útil conhecer as propriedades dos fluidos envolvidos. Essas propriedadesincluem, por exemplo, densidade, capacidade de compressão e impedânciaacústica. Em muitas aplicações, tal como na exploração e na produção deóleo, as propriedades do fluido são de interesse particular. Os engenheirosde reservatório precisam conhecer a equação do estado (EOS) para fluidosde poço, especialmente fluidos de hidrocarbono, para decidir uma forma ide-al para produzir um reservatório. Uma equação do estado é uma equaçãotermodinâmica que relaciona uma pressão, volume e temperatura do fluido.A equação mais simples de estado é a equação bem conhecida, PV = nRT,para um gás ideal. No entanto, a equação de gás ideal não é útil no poçovisto que, com as pressões e temperaturas do poço, até mesmo o gás meta-no puro está longe de ser um gás ideal. As equações do estado para líqui-dos são muito mais complicadas e freqüentemente semi-empíricas. Existemlaboratórios "PVT", que são especializados na realização de análise depressão, volume e temperatura em amostras de fluido de hidrocarbono recu-peradas.
Tentativas de se correlacionar as várias propriedades físicas dosfluidos com medições acústicas são conhecidas. No entanto, nenhum des-ses outros métodos acústicos de poço realizam as medições acústicas emuma pluralidade de pressões ou tentam determinar uma EOS de fluido ouseus parâmetros EOS (coeficientes viriais) para estimar as propriedades dofluido. Por exemplo, na patente U.S. No. 6.957.700, expedida em 25 de ou-tubro de 2005 e intitulada "Self-Calibrated Ultrasonic Method of In-Situ Mea-surement of Borehole Fluid Acoustic Properties," as ferramentas e os méto-dos são descritos para determinar a impedância acústica do fluido de perfu-ração utilizando reflexos de um disco de metal preciso. Não descreve a rea-lização das medições acústicas enquanto a pressão de fluido está mudandopara determinar uma EOS ou outras propriedades de fluido.
Um exemplo, que não descreve o uso em poço, é provido naPatente U.S. No. 6.763.698, emitida em 20 de julho de 2004 e intitulada "SelfCalibrating System and Technique for Ultrasonic Determination of Fluid Pro-perties". Nesta patente, um sistema e uma técnica para determinar as pro-priedades de fluido incluem um transdutor ultra-sônico sobre uma primeirasuperfície de um elemento sólido. Um pulso ultra-sônico longitudinal é entre-gue através do elemento sólido e uma multiplicidade de ecos de pulso cau-sados por reflexões do pulso ultra-sônico entre a interface sólido-fluido e ainterface transdutor-sólido é detectada e processada. A velocidade de ultra-som no fluido é determinada e a densidade de fluido é determinada comouma função da velocidade de ultra-som e da determinada propriedade acús-tica. Ele não descreve fazer medições acústicas enquanto a pressão de flui-do está mudando a fim de determinar um EOS ou outras propriedades defluido.
A análise profunda das amostras de subsuperfície é freqüente-mente completada em um laboratório PVT de superfície depois que tanquesde amostra são retirados de um poço. De acordo com isso a amostragempode ocorrer nas profundidades onde o ambiente está em uma temperaturae pressão comparativamente altas, é reconhecido que o equilíbrio delicadoexiste para os componentes dissolvidos dentro de uma amostra retida. Essaé a razão pela qual uma amostra pode ser alterada de forma substancial me-ramente pelo ato de retirada para a superfície (onde temperaturas e pressãosão substancialmente mais baixas). Asfaltenos e ceras podem se precipitarpara fora da solução e podem levar semanas de agitação no laboratório aalta temperatura e pressão (uma tarefa árdua chamada "recombinação") pa-ra trazer os componentes de volta para a solução. De acordo, várias técni-cas de amostragem incluíram determinados protocolos para superar taisproblemas e conservaram a integridade de amostra. Uma técnica dessasenvolve a pressurização excessiva de uma amostra (tipicamente de váriosmilhares de psi acima da pressão de formação) dentro de uma câmara deamostra para limitar ou impedir a separação em duas fases ou precipitaçãode determinados componentes dentro da amostra à medida que a amostraencolhe com o esfriamento durante seu retorno para a superfície. No entan-to, quando possível, ainda é preferível, realizar essas medições de proprie-dade de fluido in situ como descrito na presente invenção. A realização damedição do poço garante que a amostra de fluido esteja em um estado rela-tivamente perfeito. Além disso, para qualquer funcionamento único de ferra-menta existe um número limitado de tanques de amostra que pode ser de-senvolvido. Para testar os fluidos a partir de mais zonas no poço que um dostanques de amostra exige requer fazer uma medição de poço ou realizaçãode um circuito de ida e volta dentro do poço com a ferramenta.
As presentes técnicas para utilização de sinais acústicos paradeterminação ou estimativa de propriedades físicas e químicas de uma a-mostra retirada do poço falham em fornecer determinadas análises in situdesejadas das amostras de subsuperfície. Mais especificamente, as presen-tes técnicas que empregam sinais acústicos para análise de amostra nãorealizam as medições acústicas em uma pluralidade de pressões. Além dis-so, não utilizam a mudança nas propriedades acústicas com pressão paraestimar uma EOS ou outras propriedades de fluido.
É sabido que a aplicação de pressão a um fluido mudará suaspropriedades acústicas e que se pode coletar informação de propriedade defluido adicional a partir de quão rapidamente essas propriedades acústicasmudam com a pressão. Por exemplo, referência pode ser feita a um artigointitulado "Non-linear Ultrasonics to Determine Molecular Properties of PureLiquids," Sehgal, C.M,. Ultrasonics Vol. 33, No. 2, 1995, pp. 155-161. Esseartigo menciona que a propagação de onda através da mídia condensada éfundamentalmente não-linear, e apresenta várias relações entre as proprie-dades de fluido e a taxa de mudança na velocidade do som com pressão.O que se precisa é de uma técnica para avaliação de uma amos-tra de fluido de formação in situ que forneça algumas das análises previa-mente apenas disponíveis a partir de um laboratório PVT de superfície.
Sumário da Invenção
É descrito um aparelho para avaliação de uma amostra de fluido,incluindo uma ferramenta adaptada para inserção em um poço e o recebi-mento de amostra de fluido em uma câmara de amostra, a câmara de amos-tra adaptada para mudar uma pressão da amostra de fluido e possuindo pelomenos um transdutor acústico acoplado à câmara de amostra, o transdutoracústico para avaliar a amostra de fluido em um estado pressurizado compelo menos um sinal acústico.
Também é descrito um método para a avaliação das proprieda-des de uma amostra de fluido, o método de disposição de uma ferramentadentro de um poço; o recebimento da amostra de fluido em uma câmara deamostra na ferramenta; a mudança de uma pressão da amostra de fluido; atransmissão de pelo menos um sinal acústico dentro da amostra de fluido; ea análise de pelo menos um sinal acústico para avaliar as propriedades daamostra de fluido.
É descrito adicionalmente um produto de programa de computa-dor armazenado na mídia legível por máquina, o produto incluindo instruçõespara avaliação das propriedades de uma amostra de fluido em um ambientede-poço-pela-mudança de-uma-pressão da amostra de fluido dentro de umacâmara de amostra, a transmissão de pelo menos um sinal acústico dentroda amostra de fluido, e análise do pelo menos um sinal acústico para avalia-ção das propriedades da amostra de fluido.
Exemplos de determinadas características da invenção foramresumidos aqui de forma bem ampla a fim de que a descrição detalhada dosmesmos que se segue possa ser mais bem compreendida e a fim de que ascontribuições que representam para a técnica possam ser apreciadas. Exis-tem, obviamente, características adicionais da invenção que serão descritasposteriormente e que formarão a matéria das reivindicações em anexo.Breve Descrição dos Desenhos
Para uma compreensão detalhada da presente invenção, refe-rências devem ser feitas à Descrição Detalhada da invenção, levada emconjunto com os desenhos em anexo, nos quais elementos similares recebe-ram números similares, onde:
a figura 1 apresenta aspectos da amostragem de subsuperfícieem um poço;
a figura 2 apresenta os aspectos de uma ferramenta de amos-tragem dentro do poço;
a figura 3 apresenta uma linha de fluxo levando a um tanque deamostragem no qual a amostra pode ser pressurizada excessivamente; e
a figura 4 apresenta um método de determinação dos aspectosfísicos da amostra.
A descrição detalhada explica as modalidades preferidas da in-venção, juntamente com as vantagens e características, por meio de exem-plo, com referência aos desenhos.
Descrição Detalhada da Invenção
Voltando-se agora à figura 1, uma seção transversal das forma-ções de terra 10 ao longo do comprimento de uma penetração referida comoum "poço" 11 é apresentada. Normalmente, o poço 11 é pelo menos parci-almente preenchido com uma mistura de líquidos incluindo água, fluido de-perfuração, lama,-óleo e-fluidos de formação que são naturais às formações10 penetradas pelo poço 11. Suspensa dentro do poço 11 na extremidadeinferior de um fio 12 encontra-se uma ferramenta de amostragem de fluidode formação 20. O fio 12 é freqüentemente transportado sobre uma roldana13 suportada por uma plataforma 14. O desdobramento e a recuperação dofio 12 são tipicamente realizados por um guincho energizado transportadopor um caminho de manutenção 15.
Uma modalidade ilustrativa da ferramenta de amostragem 20 éilustrada de forma esquemática pela figura 2. Nessa modalidade não-limitadora, a ferramenta de amostragem 20 inclui uma montagem de váriossegmentos de ferramenta que são unidos extremidade com extremidade pe-las mangas rosqueadas ou uniões de compressão mútua 23. A montagemdos segmentos de ferramenta inclui uma unidade de energia hidráulica 21 eum extrator de fluido de formação 22. Abaixo do extrator 22, uma bomba degrande volume 24 é fornecida para a purga da linha. Abaixo da bomba devolume grande 24 encontra-se uma bomba de volume pequeno similar 25possuindo um volume de deslocamento menor do que a bomba de volumemaior 24. Uma pluralidade de seções de articulação de tanque de amostras26 é montada abaixo da bomba de volume grande 25. Cada seção da articu-lação 26 inclui pelo menos um tanque de amostra 30 para retenção de umaamostra de fluido.
Nessa modalidade, o extrator de fluido de formação 22 incluiuma sonda de "sucção" extensível 27, que reduz a pressão ligeiramente a-baixo da pressão de formação para permitir que o fluido de formação fluapara dentro da sonda 27. A sonda 27 é oposta por braços de suporte de pa-rede de furo 28. Ambos a sonda de sucção 27 e os braços de suporte 28 sãohidraulicamente extensíveis para engatar firmemente as paredes do poço11.
Em algumas modalidades, pelo menos um dentre uma bombade volume grande 24, uma bomba de volume pequeno 25 e um suprimentoremoto de gás pressurizado (não ilustrado) fornece pressão atrás de um pis-tão encerrando a amostra de fluido de formação em pelo menos um tanque-de amostra-30-quando comandado-A-pressão é tipicamente necessária umavez que uma amostra tenha sido coletada e disposta dentro do tanque deamostra 30. Essa almofada de gás é muito mais compressível do que o flui-do de formação típico de forma que a pressão do fluido de formação nãomude muito com a queda de temperatura como a pressão de um líquido. Emum recipiente preenchido apenas com líquido, quando o líquido encolhe li-geiramente com a queda da temperatura, a pressão que o líquido exerce emseu recipiente de contenção cai drasticamente. Essa é a razão pela qualuma almofada de gás é freqüentemente utilizada para manter a amostra delíquido sob pressão e em uma única fase à medida que a câmara de amos-tra é trazida para a superfície. Um pistão separa a almofada de gás de qual-quer outro fluido que esteja dentro do tanque de amostras.
Os ensinamentos fornecem o uso de pelo menos um transdutoracústico em cooperação com a ferramenta de amostragem 20. O pelo me-nos um transdutor fornece a determinação de propriedades acústicas deuma amostra, em uma pluralidade de pressões, tipicamente perto da pres-são de formação. A determinação das propriedades acústicas fornece a de-rivação de outras propriedades de fluido de suas propriedades acústicasmedidas. Visto que as técnicas para pressurização de tanque de amostra 30ou outros componentes da ferramenta de amostragem 20 são conhecidos,esses aspectos do manuseio de amostras não são geralmente discutidosadicionalmente aqui.
Apesar de os presentes ensinamentos fazerem referência aouso de uma ferramenta de amostragem 20, será reconhecido que as técni-cas descritas não são limitadas ao uso com uma ferramenta de amostragem20. Por exemplo, uma variedade de ferramentas pode ser utilizada para arecuperação de amostras a partir de um poço. Por exemplo, as ferramentasreferidas como ferramentas de teste, ferramentas de pesquisa, ferramentasde pressão e outras ferramentas podem ser utilizadas para suportar os ensi-namentos apresentados aqui. Qualquer uma dessas e outras ferramentassimilares podem ser construídas como sendo uma "ferramenta" como utili-zado aqui. De acordo, o termo "ferramenta de amostragem 20" é meramenteilustrativo e não limitador dos ensinamentos apresentados aqui.
As técnicas também são conhecidas para a determinação depelo menos uma densidade de amostra utilizando a deterioração de pulsoacústico. É feita referência ao pedido de patente U.S. No. 2005/0204808 inti-tulado "Method and Apparatus for an Acoustic Pulse Decay Density Determi-nation," pela presente requerente, e incorporado aqui por referência em suatotalidade.
Voltando-se agora à modalidade ilustrativa apresentada na figu-ra 3, uma linha de amostra 40 que leva ao tanque de amostra 30 é apresen-tada. Uma direção do fluxo de uma amostra 106 na linha de amostra 40 éapresentada pelas setas na figura 3. A linha de amostra 40 é pressurizadaexcessivamente e cerca a amostra 106 do fluido de formação. Uma parte dalinha de amostra 40 onde a análise de amostra é realizada é referida, pormotivos de conveniência, como uma "câmara de amostra 100". O termo"câmara de amostra 100" como utilizado aqui se refere a qualquer lugar on-de a amostra 106 seja avaliada pela aplicação dos ensinamentos apresenta-dos aqui. Conseqüentemente, a linha de amostra 40 ilustra uma modalidadenão limitadora da câmara de amostra 100.
Apesar de o fluido de formação que é retido por fim na ferramen-ta 20 incluir tipicamente substancialmente mais fluido do que a parte apre-sentada na camada de amostra 100, nessa modalidade (e em algumas ou-tras) a parte representada na câmara de amostra 100 é referida como amos-tra 106. Isso por motivos de conveniência e não de limitação dos ensinamen-tos apresentados aqui. Como utilizado aqui, o termo "amostra 106" geral-mente indica a parte do fluido de formação retido que é "avaliado" por, sub-metido a ou interrogado com um sinal acústico.
Nessa modalidade não limitadora, a amostra 106 é limitada pelacâmara de amostra 100 que inclui uma parede próxima 104 e uma parededistante 114. A pressão pode ser aumentada na amostra 106 pela compres-são de fluido de formação através do movimento de um pistão de bomba(não ilustrado), ou através de outras técnicas.
No poço típico 11, a pressão do fluido de formação varia de cer-ca de 4-1,368 Mpa a cerea-de-103,421-MPa (6.000-psi a cerca de 15.000psi). É reconhecido que em alguns casos, a pressão do fluido de formaçãopode variar de cerca de 20,684 MPa para 206,842 MPa (3.000 psi para30.000 psi) e possivelmente mais (ou menos).
Tipicamente, a amostra 106 é pressurizada excessivamente pa-ra pressões de vários milhares de psi ou mais acima da pressão de fluido deformação. Por exemplo, a amostra 106 pode ser pressurizada excessiva-mente entre cerca de 3,447 MPa e 24,131 MPa (500 psi e 3.500 psi), no en-tanto, essa faixa deve ser considerada meramente ilustrativa e não limitado-ra.Os termos "pressão excessiva", "pressurizado excessivamente"e outros termos similares são geralmente não considerados em termos depressão de amostra com relação à pressão no ambiente de amostragem e apressão do fluido de formação no ambiente de amostragem. Isso é, deve-sereconhecer que o fluido de formação, quando amostrado, está tipicamenteem uma pressão que é substancialmente maior do que a pressão atmosféri-ca. A pressurização excessiva da amostra 106 significa tipicamente a eleva-ção da pressão aplicada à amostra 106 a um grau que é pelo menos ligei-ramente acima da pressão de formação, e pode ser substancialmente acimada pressão de formação.
Da mesma forma, "pressurização insuficiente" da amostra 106pode ser desejável, em alguns casos. Em tais modalidades, a pressurizaçãoinsuficiente da amostra 106 exige um alívio ligeiro da pressão na amostra106, e pode exigir o alívio substancial até o alívio completo da pressão naamostra 106.
Portanto, os termos "mudando", além de "pressurizando" e ou-tros termos similares referentes à pressão de amostra contemplam a pressu-rização excessiva da amostra 106 além da pressurização insuficiente daamostra 106.
Conseqüentemente, deve ser reconhecido que a pressão naamostra 106 pode variar consideravelmente para fornecer aos usuários da-dos adicionais referentes a aspectos das propriedades da amostra 106.
Na modalidade da figura 3, um transdutor acústico 101 é aco-plado à parede próxima 104 da linha de amostra 40 em uma interface acús-tica 102. O transdutor acústico 101 se comunica com um gerador de pulso116.0 gerador de pulso 116 inclui tipicamente partes eletrônicas adequadaspara a geração de um sinal acústico (por exemplo, um "pulso") e para o mo-nitoramento de sinais associados ao pulso acústico. Tipicamente, a espessu-ra de parede 108 da linha de amostra 40 e a largura interna 109 da linha deamostra 40 são selecionadas para melhorar o desempenho acústico durantea análise de amostra. Durante a análise de amostra, os sinais acústicos sãotransmitidos a partir de uma interface de parede próxima/fluido 107 atravésda amostra 106 e refletem a partir de uma interface de parede distante/fluido113.
O transdutor acústico 101 produz pelo menos um sinal acústicopara avaliação da amostra 106. O pelo menos um sinal acústico pode serrefletido, retornado, direcionado ou transmitido através da amostra 106 dequalquer forma útil para avaliação do mesmos. O sinal acústico é tipicamen-te gerado utilizando-se uma freqüência que é selecionada para avaliaçãodos fluidos do poço. Apesar de o sinal acústico poder ser selecionado porreferência às propriedades da amostra 106, a câmara de amostra 100 e ou-tras propriedades, deve-se reconhecer que os transdutores acústicos 101que podem ser operados através de uma ampla faixa de freqüências podemser úteis com os ensinamentos aqui.
Mais especificamente, o tempo de trânsito de um pulso acústicoatravés de uma distância conhecida em um fluido é uma forma comum demedir a velocidade de som dentro de um fluido. Um pulso acústico geral-mente consiste de um ou mais ciclos completos de uma onda acústica. Afreqüência principal dessa onda acústica pode variar de infra-som a som au-dível a ultra-som.
A distância de trânsito preferida através do fluido depende docomprimento de onda de som dentro do fluido. O comprimento de onda desom é computado como a velocidade de som no fluido dividida por sua fre-qüência. Para determinar com precisão o-tempo-de chegada de um pulsoacústico e o tempo de trânsito correspondente, é preferível que a distânciade trânsito seja muito maior do que o comprimento de onda de som visto quecada pulso acústico é geralmente espalhado espacialmente através de umou mais comprimentos de onda desse som. De forma equivalente, o tempode trânsito é tipicamente muito maior do que a duração do pulso, que incluium ou mais ciclos completos. Portanto, uma câmara de amostra maior é uti-lizada para um som de baixa freqüência quando comparada com a câmarade amostra utilizada para medição da velocidade do som com som de altafreqüência.Obviamente, deve-se reconhecer que a linha de amostra 50 nãoprecisa ser uma linha de amostra primária. Por exemplo, a câmara de amos-tra 100 pode ser uma linha de amostra secundária à qual uma parte do fluxode amostra é desviado. Tais modalidades podem ser desejadas, pelo menosem alguns casos, para o ajuste em separado de pressão nas partes da a-mostra 106, para aperfeiçoar as propriedades acústicas da câmara de amos-tra 106, e por outras razões.
Em um exemplo, o transdutor acústico 101 inclui um transdutorde 10 MHz 101. A câmara de amostra 100 é fabricada a partir de uma ligade titânio. Nessa modalidade, a largura interna 109 da câmara de amostra100 é de cerca de 0,55 cm (0,218") e a espessura de parede 108 é de cercade 0,27 cm (0,110)". Tipicamente, as superfícies acústicas da câmara deamostra 100 (por exemplo, a superfície na interface acústica 102, a interfacede parede próxima/fluido 107 e a interface de parede distante/fluido 113) sãoplanas e paralelas uma à outra. Em algumas modalidades, a câmara de a-mostra 100 inclui um transdutor para ouvir em separado (não ilustrado) parao monitoramento do sinal acústico.
Tipicamente, a pressão é elevada a um nível de forma que aamostra 106 permaneça em um estado que é consistente com o estado am-biente do fluido de formação no ambiente de amostra. Visto que a tempera-tura e a pressão no ambiente de poço do poço 11 podem ser relativamente-altas—a câmara-de-amostra-400 é projetada para-acomodar a pressão subs-tancial (pressão que está bem acima da pressão relativamente alta na for-mação). De acordo, é reconhecido que as determinações das propriedadesde amostra quando a amostra 106 está sob pressão extrema exige a com-pensação de pressão substancial. Os ensinamentos apresentados aqui for-necem as determinações das propriedades de amostra pelo menos enquan-Jo a amostra coletada 106 estiver sob uma pressão de compensação paramanutenção da fase do estado de amostragem.
Algumas outras modalidades para avaliação da amostra 106 en-volvem a utilização do tanque de amostra 30 como a câmara de amostra100. Nessas modalidades, o transdutor 101 é colocado em contato com umaparede do tanque de amostra 30. O transdutor fornece uma pluralidade demedições à medida que a pressão dentro do tanque muda. Os versados natécnica reconhecerão que a amostra 106 pode ser submetida a vários níveisde pressão durante vários estágios de amostragem e recuperação, e que aavaliação da amostra 106 pode ser realizada em vários desses estágios.Conseqüentemente, a utilização do tanque de amostra 30 como a câmara deamostra 100 é meramente uma modalidade para avaliação dos aspectos daamostra 106 e não limita os ensinamentos apresentados aqui.
A fim de fornecer a determinação das propriedades da amostra106, as relações entre os sinais acústicos e as propriedades molecularessão necessárias. As equações ilustrativas são fornecidas em uma referênciaintitulada "Non-Linear Ultrasonics to Determine Molecular Properties of PureLiquids," Sehgal, C.M., Ultrasonics, Vol. 33, No. 2, 1995, pp. 155-161, que éincorporada aqui por referência em sua totalidade.
Como ilustrado em Sehgal nas equações de 1 a 3, uma pressãode fluido inicial P e uma pressão de fluido pressurizado P1 podem ser rela-cionadas com uma densidade de fluido inicial ρ e uma densidade de fluidopressurizado p' pela utilização de Ρ'/Ρ=(ρ'/ρζ onde ξ é uma constante. Escre-vendo-se ρ'=ρ+Δρ, essa equação pode ser expandida como uma série Ta-ylor sobre a densidade original, p, de forma que P1= P + Ση=·Γ(η!)"^^ onde ^^ representa uma derivação n de P1 avaliada-em-p, enquanto-mantém a-entropia-S constante. O-termo [p'-p] pode sersubstituído por Δρ. Para um fluido de baixa capacidade de compressão, aexpansão necessita apenas tipicamente ser realizada em dois termos. Pode-se definir adicionalmente ^^ e ^^ para simplificar aaparência da equação de aproximação resultante.
Conseqüentemente, as propriedades físicas da amostra 106 po-dem ser estimadas utilizando-se uma equação generalizada de estado paraa amostra 106. Uma condição isentrópica significa que a entropia, S, é man-tida constante. Matematicamente, uma condição isentrópica é indicada pelosubscrito S como ilustrado na Equação 1. Uma equação virial que se refereà pressão P com densidade ρ para uma condição isentrópica é:<formula>formula see original document page 14</formula>
onde
P representa pressão;
P0 representa pressão inicial na câmara de amostra 100;
ρ representa uma densidade da amostra 106;
Δρ representa uma mudança na densidade da amostra 106; e
A, B representam coeficientes viriais.
Os coeficientes viriais A, B definem uma relação de pressão edensidade para a amostra 106. A razão desses coeficientes viriais expres-sou:
<formula>formula see original document page 14</formula>
dc/dP representa uma derivação da velocidade do som c com
relação à pressão P;
c representa a velocidade do som na amostra 106; e
ρ representa a densidade da amostra 106.
Uma mudança na energia, AAc da amostra 106 pode ser descri-tacomo:
<formula>formula see original document page 14</formula>
onde
ΔAc representa a energia da amostra 106, tipicamente expressaem ergs/gm;
Mc representa um peso molecular médio da amostra 106; eT representa uma temperatura da amostra 106.Adicionalmente, um parâmetro de solubilidade, δ, referido como"parâmetro de Hilderbrand" é expresso como:
<formula>formula see original document page 14</formula>
Vg, V1 representam um volume molar da amostra 106 em um es-tado gasoso e um estado líquido, respectivamente.Apesar de as constantes van der Waals poderem ser mais bemadequadas para a estimativa de propriedades físicas relacionadas com omeio gasoso, as constantes van der Waals a, b podem ser aplicadas aomeio líquido. Essas constantes podem ser determinadas pela medição acús-tica de B/A e c e através da aplicação das seguintes equações:
<formula>formula see original document page 15</formula>
onde
a representa uma medida de forças de atração entre as molécu-las na amostra 106;
b é uma relação com o tamanho das moléculas na amostra 106;e
R representa uma constante de gás ideal.
Com referência agora à figura 4, uma modalidade não limitadorade um método para avaliação da amostra 106 é fornecida. Na figura 4, a a-valiação de amostra 400 envolve a colocação da ferramenta de amostragem401 dentro do ambiente de amostragem; a coleta da amostra 402; a pressu-rização da amostra 403 (tipicamente acima da pressão de formação); a rea-lização de pelo menos uma medição acústica 404 e análise do sinal 405.Tipicamente, a medição acústica 404 é realizada em uma pluralidade depressões, como indicado pela seta ascendente na figura 4 indicando umarepetição da pressurização, medição e análise.
A colocação da ferramenta de amostragem 401 e a coleta daamostra 402 envolve técnicas conhecidas e não garante discussão adicional.A pressurização da amostra 403 também envolve técnicas conhecidas. Noentanto, deve-se notar que, como mencionado acima, a pressurização daamostra 403 envolve tipicamente a aplicação de pressão ao fluido 106 portodo o percurso de fluxo do fluido na ferramenta de amostragem 20. Portan-to, as medições acústicas 404 e a análise do sinal 405 podem ser realizadasem outros locais ao longo do percurso de fluxo da amostra 106 dentro daferramenta de amostragem 200.
A realização das medições acústicas 404 é completada utilizan-do-se técnicas conhecidas para interrogação de meios com energia acústica.Essas técnicas conhecidas levam vantagem dos componentes ilustrativoscomo apresentado e discutido aqui, e podem envolver outros componentesnão tocados nessa descrição.
A análise do sinal 405 pode ser completada utilizando-se umavariedade de técnicas. Por exemplo, pode-se fazer referência ao pedido depatente U.S. No. 2005/0204808, previamente incorporado por referência.Esse pedido de patente de referência ensina, entre outras coisas, um méto-do de estimativa de uma propriedade de um fluido, que inclui a transmissãode um primeiro pulso acústico em um primeiro elemento que está em contatocom o fluido; a detecção de uma pluralidade de retornos de eco de pulsoacústico de uma interface entre o primeiro elemento e o fluido; e a estimativada propriedade do fluido a partir da pluralidade de retornos de eco de pulsoacústico.
No método de estimativa, a propriedade do fluido inclui pelo me-nos uma dentre impedância acústica, densidade e viscosidade do fluido.Uma etapa adicional inclui pelo menos uma dentre estimativa de coeficientede reflexo da interface entre o primeiro elemento e o fluido; estimativa deuma impedância acústica do primeiro elemento; e estimativa de uma inclina-ção da deterioração de energia para a pluralidade de retornos de eco de pul-so acústico. Em algumas modalidades, a estimativa da inclinação da deterio-ração de energia inclui a realização de um encaixe de quadrados médios àpluralidade de retornos de eco de pulso acústico; em algumas outras moda-lidades, a estimativa de inclinação de deterioração de energia inclui a divisãode cada um dentre a pluralidade de retornos de eco de pulso acústico emuma pluralidade de janelas de tempo. Em algumas outras modalidades, aestimativa de inclinação de deterioração de energia inclui adicionalmente aintegração através de cada uma dentre a pluralidade de janelas de tempo,em outras modalidades, a estimativa de inclinação de deterioração de ener-gia inclui adicionalmente a subtração de ruído de cada um dentre a plurali-dade de retornos de eco de pulso acústico.
O método de estimativa pode exigir adicionalmente a transmis-são de um segundo pulso acústico através do fluido; e a estimativa de velo-cidade de som através do fluido, utilizando um tempo de percurso de ida evolta para o segundo pulso acústico entre o primeiro elemento e um segundoelemento que está em contato com o fluido.
Alternativamente, o método de estimativa pode exigir a trans-missão de um segundo pulso acústico através do fluido, e a estimativa deatenuação do segundo pulso acústico através do fluido. Em algumas moda-lidades, a estimativa da atenuação inclui a estimativa da atenuação em umapluralidade de freqüências. Em algumas modalidades, a transmissão do se-gundo pulso acústico inclui adicionalmente a transmissão de uma pluralidadede pulsos acústicos em uma pluralidade de freqüências. Em modalidadestípicas, a estimativa é realizada no poço.
Em outras modalidades, a análise do sinal 405 exige a avaliaçãodos sinais acústicos de acordo com a equação 1 a 6 ilustrativas descritasaqui. Obviamente, outras relações podem ser realizadas pelos versados natécnica que fornecem a determinação dos aspectos físicos da amostra 106pelo uso de sinais acústicos. É considerado que essas outras relações este-jam dentro da contemplação dos ensinamentos apresentados aqui, e, deacordo, dentro do escopo das reivindicações em anexo.
Os versados na técnica também reconhecerão que a avaliaçãode amostra 400 pode incluir várias outras etapas, combinações de etapas,ou omitir determinadas etapas. Por exemplo, nas modalidades nas quais aamostra 106 é avaliada na linha de amostra, a coleta de amostra 402 epressurização de amostra 403 podem ser essencialmente realizadas emuma única etapa.
Em modalidades adicionais, outros sensores são utilizados emadição ao transdutor acústico 101 para avaliação da amostra 106. Por e-xemplo, a temperatura da amostra 106 pode ser monitorada com um sensorde temperatura (não ilustrado). Várias combinações de dados de vários sen-sores podem ser vantajosas para avaliações de determinados aspectos daamostra 106, tal como densidade p.
Em algumas modalidades, pode ser considerado vantajoso reali-zar parcialmente a pressurização da amostra 403 (para, por exemplo, umapressão predeterminada), então, realizar as medições acústicas 404 e análi-se do sinal 405 antes de continuar com a pressurização da amostra 403. Porexemplo, pode ser considerado que as modalidades utilizando a pressuriza-ção e análise escalonadas da amostra 106 forneçam aos usuários dadosadicionais para uso com relações adicionais para caracterização adicional daamostra 106.
Em suporte aos ensinamentos apresentados aqui, vários com-ponentes de computador incluindo software podem ser fornecidos para ope-ração e análise do aparelho e métodos descritos aqui. Conseqüentementeacordo, é considerado que esses ensinamentos podem ser implementadoscomo um conjunto de instruções executáveis por computador armazenadasem um meio legível por computador, compreendendo ROM, RAM, CD ROM,flash ou qualquer outro meio legível por computador, conhecido agora oudesconhecido, que quando executado faça com que um computador imple-mente o método da presente invenção. Essas instruções podem forneceroperação e controle de equipamento, coleta e análise de dados e outras fun-ções consideradas relevantes por um usuário.
Enquanto a descrição acima é direcionada às modalidades ilus-trativas da-invenção, várias modificações-serão aparentes aos versados natécnica. Pretende-se que todas as variações dentro do escopo das reivindi-cações em anexo sejam englobadas pela descrição acima. Exemplos decaracterísticas mais importantes da invenção foram resumidos de forma am-pla a fim de que a descrição detalhada das mesmas que se segue possa sermais bem compreendida, e a fim de que as contribuições à técnica possamser apreciadas. Existem, obviamente, características adicionais da invençãoque serão descritas posteriormente e que formarão o assunto das reivindica-ções em anexo.

Claims (24)

1. Ferramenta para avaliação de um poço de fluido, compreen-dendo:uma câmara de amostra adaptada para ter o fluido disposto namesma, uma bomba para fornecer comunicação por fluido com o fluido;um transdutor para fornecer comunicação acústica com o fluido;eum processador em comunicação de dados com o transdutor e abomba;em que o processador é adaptado para mudar a pressão do flui-do, excitar o transdutor e receber dados acústicos e computar uma taxa demudança da velocidade do som no fluido.
2. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, na qual a câ-mara de amostra compreende pelo menos um dentre um tanque de amos-tras e uma linha de amostras.
3. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, compreenden-do adicionalmente partes eletrônicas acopladas ao transdutor para gerar acomunicação acústica.
4. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, compreenden-do adicionalmente partes eletrônicas e um transdutor de audição acoplado àcâmara de amostra para monitorar a comunicação acústica.
5. Ferramenta-de-acordo-com a reivindicação 1, na qual a pres-são na câmara de amostra compreende pressão de entre cerca de 3450(500 psi) kPa e cerca de 25150 kPa (3500 psi) acima de uma pressão defluido de formação.
6. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, na qual a a-mostra compreende pelo menos uma de água, fluido de perfuração, lama,óleo e fluidos de formação,
7. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, na qual umafonte de pressão para alteração da pressão compreende pelo menos umdentre a bomba e um suprimento remoto.
8. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, na qual o pro-cessador compreende um computador digital.
9. Método de avaliação de uma propriedade de um fluido, com-preendendo:o recebimento de fluido em uma câmara de amostra da ferra-menta;a alteração de uma pressão da amostra de fluido;a transmissão de pelo menos um sinal acústico para a amostrade fluido; ea análise de pelo menos um sinal acústico para avaliação dataxa de alteração da velocidade do som no fluido com pressão.
10. Método, de acordo com a reivindicação 9, no qual a altera-ção, transmissão e análise são realizadas para uma pluralidade de níveis depressão.
11. Método, de acordo com a reivindicação 9, no qual a altera-ção compreende pelo menos uma dentre pressurização substancialmenteexcessiva, pressurização excessiva, pressurização ligeiramente excessiva,pressurização ligeiramente insuficiente, pressurização substancialmente in-suficiente e pressão de alívio total.
12. Método, de acordo com a reivindicação 9, no qual a altera-ção da pressão compreende a pressurização para pelo menos uma pressãopredeterminada.
13. MétodO de acordo-com a-reivindicação 9, no-qual a avalia-ção das propriedades do fluido compreende a solução da relação:<formula>formula see original document page 20</formula>em queP representa a pressão aplicada ao fluido;P0 representa a-pressão na câmara de amostra para um estadonão pressurizado;ρ representa uma densidade do fluido;Δρ representa uma mudança na densidade do fluido; eA, B representam coeficientes viriais para o fluido.
14. Método, de acordo com a reivindicação 9, no qual a avalia-ção das propriedades do fluido compreendem a solução da equação:<formula>formula see original document page 21</formula>em quedc/dP representa uma derivação de uma velocidade do som ccom relação à pressão, P, aplicada ao fluido:c representa a velocidade do som no fluido;ρ representa a densidade do fluido; eA, B representam coeficientes viriais para o fluido.
15. Método, de acordo com a reivindicação 9, no qual a avalia-ção das propriedades do fluido compreende a solução da relação:<formula>formula see original document page 21</formula>em queAAc representa uma energia consistente do fluido;Mc representa um peso molecular médio do fluido;T representa uma temperatura do fluido;ρ representa a densidade do fluido; eA, B representam coeficientes viriais para o fluido.
16. Método, de acordo com a reivindicação 9, no qual a avalia-ção das propriedades do fluido compreende a solução da relação:<formula>formula see original document page 21</formula>em queδ representa um parâmetro de solubilidade para o fluido;Vg, Vi representam um volume molar do fluido para um estadogasoso e um estado líquido, respectivamente;c representa a velocidade do som no fluido;ρ representa a densidade do fluido; eA, B representam os coeficientes viriais para o fluido.
17. Método, de acordo com a reivindicação 9, no qual a avalia-ção das propriedades do fluido compreende a solução da relação:<formula>formula see original document page 22</formula>em queα representa uma medida de forças de atração entre as molécu-las no fluido;V, representa um volume molar do fluido para um estado líquido; c representa a velocidade do som no fluido;ρ representa a densidade do fluido; eA, B representam coeficientes viriais para o fluido.
18. Método, de acordo com a reivindicação 9, no qual a avalia-ção das propriedades do fluido compreende a solução da relação:<formula>formula see original document page 22</formula> em queb suporta uma relação com o tamanho das moléculas no fluido;R representa uma constante de gás ideal;Vi representa um volume molar do fluido para um estado líquido;c representa a velocidade do som no fluido; ρ representa a densidade do fluido; eA, B representam coeficientes viriais para o fluido.
19. Método, de acordo com a reivindicação 9, no qual a altera-ção da pressão compreende a manutenção do fluido em um estado líquido.
20. "Método, dè acordo com â reivindicação 9, no qual a âvalia- ção das propriedades da amostra de fluido compreende a solução da rela-ção:<formula>formula see original document page 22</formula>em queb suporta uma relação com o tamanho das moléculas na amos-tra de fluido; R representa uma constante de gás ideal;Vi representa um volume molar da amostra de fluido para umestado líquido;c representa a velocidade do som na amostra de fluido;ρ representa a densidade da amostra de fluido; eA, B representam os coeficientes viriais para a amostra de fluido.
21. Método, de acordo com a reivindicação 9, no qual a altera-ção da pressão compreende a manutenção da amostra em um estado líqui-do.
22. Produto de programa de computador armazenado em mídialegível por máquina, o produto compreendendo instruções para a avaliaçãodas propriedades de um fluido em um ambiente de poço, por:alteração de uma pressão do fluido dentro de uma câmara deamostra;transmissão de pelo menos um sinal acústico para dentro dofluido; eanálise de pelo menos um sinal acústico para avaliação das pro-priedades do fluido.
23. Produto de programa de computador, de acordo com a rei-vindicação 22, compreendendo adicionalmente instruções para:receber o fluido dentro da câmara de amostra da ferramenta.
24. Produto de programa de computador, de acordo com a rei-vindicação 22, compreendendo adicionalmente instruções para a repetiçãoda alteração, transmissão e análise para uma pluralidade de níveis de pres-são.
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