BRPI0720405A2 - Sistema analítico, e método de caracterização de um produto destinado a ser analisado - Google Patents

Description

SISTEMA ANALÍTICO, E MÉTODO DE CARACTERIZAÇÃO DE UM PRODUTO DESTINADO A SER ANALISADO

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Campo da Invenção A presente invenção refere-se a análise de fluido

de formação, e refere-se mais particularmente a sistemas aperfeiçoados e um método de análise cromatográfica de fluidos de interior de poço, por exemplo, fluidos de furo de poço, fluidos de tratamento, e lamas de perfuração, utilizando uma caracterização inicial de uma propriedade do fluido anteriormente a análises adicionais.

Descrição da Técnica Associada

A análise cromatográfica é uma técnica que é geralmente utilizada para caracterização de hidrocarbonetos produzidos em localizações subterrâneas, em instalações baseadas na superfície. Esta técnica proporciona uma análise de alta resolução composicional para compostos de hidrocarbonetos de cadeia longa incluindo, por exemplo, C36+ ou superiores. As técnicas podem ser utilizadas para equação de sintonização de estado e subseqüente modelagem composicional de fluidos em jazidas para facilitar ou prover estratégias e planejamento de jazidas e projeto de produção para instalações de produção baseadas na superfície.

Em laboratórios baseados na superfície,

tipicamente, uma amostra de hidrocarboneto da formação é rapidamente exposta ("flashed") às condições ambientes para separação das fases de gás dissolvido e hidrocarboneto liquido. Qualquer água que possa encontrar-se presente na fase colhida de hidrocarboneto liquido (petróleo) colhido, é separada. Não somente uma injeção mista de óleo e água pode interferir na análise quantitativa de hidrocarboneto, mas também a exposição à água pode causar uma degradação rápida da fase estacionária na coluna de cromatografia. Os protocolos de análise padrão que incluem tipo de coluna e configurações, programas de temperatura, pressões e taxas de fluxo de gás de transporte, temperaturas de injetor e de detecção, são utilizados para caracterização. Um ou mais sistemas cromatográficos e protocolos podem ser utilizados para análise das frações de fases de hidrocarbonetos gasosas e líquidas para maximizar tanto a resolução quanto o nível de precisão. 0 tempo de análise típico de uma tal técnica padronizada situa-se em uma faixa desde vários minutos até uma hora.

Para acessar um fluido de uma formação, é normalmente utilizada uma ferramenta de teste de formação com uma sonda de amostragem, um módulo de bombeamento e uma linha de fluxo. Tipicamente, uma sonda de amostragem contata a formação e uma bomba é utilizada para retirar fluido da formação para o interior de uma linha de fluxo que pode conter uma ou mais seqüências de sensores para análise in situ. Subseqüentemente, o fluido pode alternativamente ser disposto no interior do furo de poço ou pode ser colhido em recipientes de amostra para análises adicionais na superfície. O fluido pode ser de fase única ou pode consistir em uma mistura de múltiplas fases de água e hidrocarbonetos gasosos/líquidos. O fluido inicial que é retirado para o interior da ferramenta encontra-se geralmente muito contaminado por filtrado de lama de perfuração. Este filtrado pode alternativamente ser baseado em água (imiscível com hidrocarboneto da formação) ou baseado em óleo (miscível com hidrocarboneto da formação). Com a continuação do bombeamento ao longo do tempo, a contaminação diminui e o fluido torna-se mais representativo do verdadeiro fluido da formação.

A empresa Pilkington, na patente norte-americana n° US 4.739.654, divulga um método e um aparelho para cromatografia em interior de poço de fluxos de fase única utilizando um sistema cromatográfico. Na técnica estabelecida pela empresa Pilkington é utilizado um sensor de resistividade para identificação de amostras de hidrocarbonetos que não se encontram altamente contaminados por filtrado de lama à base de óleo. A Pilkington, entretanto, não cita a utilização de sensores alternativos, tais como sensores óticos, para rastreamento de contaminação por lama à base de óleo. Adicionalmente, a Pilkington não aborda a diferenciação entre água da formação (ou um filtrado de lama à base de água) e o óleo.

Se somente um sistema de análise cromatográfica for disposto para operar em um ambiente de interior de poço, a amostragem será cega, sem um conhecimento a priori do tipo de fluido, por exemplo, água, gás, e/ou hidrocarboneto liquido ou contaminação. As operações de amostragem e injeção de água para o interior do sistema cromatográfico deverão ser evitadas por não serem relevantes para caracterização de parâmetros de pressão-volume-temperatura (PVT) do hidrocarboneto. A exposição à água pode igualmente causar uma rápida degradação de fase estacionária na coluna e/ou interferência na análise quantitativa de hidrocarboneto. Um outro problema ainda existente na amostragem cega ocorre quando o fluido de hidrocarboneto consiste em uma mistura de fase gasosa e fase liquida, já que nesse caso é difícil realizar amostragem de ambas as fases em frações representativas para obtenção de uma quantificação correta. Para manter a integridade da análise, seria preferencial realizar a amostragem das duas fases separadamente mediante injeções de fase única e obter suas composições de forma independente.

Adicionalmente, é importante conhecer-se a 2 0 contaminação em termos percentuais, particularmente quando a amostra contém filtrado de lama à base de óleo miscível. Já que um nível elevado de contaminação altera drasticamente as propriedades de fluido da formação, e dessa forma a análise composicional de uma tal amostra não tem valor. Os níveis aceitáveis de contaminação nas amostras de fluido da formação são da ordem de 5% ou menos para filtrados de lama à base de óleo. Com filtrados de lama à base de água, a segregação dos hidrocarbonetos anteriormente à análise é importante. É portanto vantajoso que a análise de cromatografia e caracterização de propriedades do fluido sejam realizadas somente quando os níveis de contaminação se encontram abaixo de níveis aceitáveis para que os resultados possam serem utilizados para sintonização de equação de estado ("Equation Of State" - EOS) e estimativa de propriedades de fluido. Enquanto a cromatografia é geralmente utilizada para estimativa de contaminação nos laboratórios na superfície, a amostragem repetitiva durante longos tempos de bombeamento para rastreamento de contaminação por cromatografia sob condições de interior de poço não é eficiente. Esta técnica não somente aumenta o consumo de recursos finitos na ferramenta de interior de poço, tais como gás de transporte, mas pode igualmente causar degradação de desempenho da coluna. Se existirem métodos mais eficientes disponíveis para rastreamento de contaminação, será vantajoso utilizar a cromatografia somente para análise de amostras.

Um furo de poço intersecta tipicamente várias camadas ou estratos da formação preenchidos com diversos tipos de fluidos em uma gama desde gás seco até óleo pesado. Desta forma, a ferramenta de interior de poço deverá preferencialmente ser capaz de analisar diversos tipos de fluidos em uma única manobra de perfilagem. Com qualquer conhecimento a priori do tipo de amostra de β hidrocarboneto, seria necessário utilizar um protocolo padrão, por exemplo, independentemente de se tratar de gás seco, com componentes predominantemente para C7 ou um óleo negro, com componentes ao longo de toda a gama até C36 e superior. Desta forma, não existe nenhuma possibilidade de sintonização e otimização para o tipo de amostra para aperfeiçoamento de resolução e precisão. Isto pode igualmente resultar em tempos de análise desnecessariamente mais longos. Tempos de espera longos em uma estação de análise não somente implicam custos mais elevados com relação ao tempo de operação de um equipamento de perfuração mas aumentam igualmente o risco de a ferramenta ficar encravada no furo de poço. Tempos de análise mais longos também implicam aumento de materiais de consumo tais como gás de transporte, o que constitui um fator importante a ser levado em consideração em um ambiente de interior de poço, na medida em que existem apenas estoques limitados de tais materiais de consumo.

Um aspecto da presente invenção aborda estas deficiências da técnica anterior.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO De acordo com alguns aspectos, a invenção refere-se a um sistema de análise que compreende um estágio primário disposto para receber pelo menos uma parte de um material destinado a ser analisado e proporcionar uma indicação de pelo menos uma propriedade do fluido, e um estágio de caracterização secundário disposto para receber pelo menos uma parte do fluido da formação e compreendendo pelo menos uma seqüência de equipamentos de análise de cromatografia. Conforme são aqui utilizadas, as expressões "seqüência de equipamentos de análise de cromatografia", "seqüência de análise" ou "seqüência" podem incluir um ou mais equipamentos de amostragem/injetores, uma ou mais colunas, e um ou mais detectores acoplados de forma fluida para provisão de uma caracterização relativa do eluente das uma ou mais colunas. Adicionalmente, para propósitos de clareza, a expressão "material destinado a ser analisado" é aqui utilizada para referir uma amostra de fluido submetida a análise. De acordo com a presente invenção, o material destinado a ser analisado pode ser um material de fase única ou de múltiplas fases e pode incluir uma fase de hidrocarboneto liquido, uma fase de água, ou uma fase de hidrocarboneto gasoso.

De acordo com um ou mais aspectos, a invenção refere-se a um método para caracterização de um material destinado a ser analisado. 0 método pode compreender uma ou 2 0 mais ações para determinação de pelo menos uma primeira propriedade do material destinado a ser analisado no primeiro estágio de caracterização e determinação da composição de pelo menos uma parte do material destinado a ser analisado em um segundo estágio de caracterização com base pelo menos parcialmente na pelo menos uma primeira propriedade. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS .Nos desenhos, a FIG. 1 ilustra um diagrama de acordo com uma ou mais configurações da invenção;

a FIG. 2 é um diagrama ilustrando a densidade ótica de diversos óleos como função de comprimento de onda;

a FIG. 3 é um gráfico ilustrativo do espectro de absorção de uma amostra de óleo e de uma amostra de água;

a FIG. 4 é um diagrama ilustrativo da previsão de contaminação de uma amostra de óleo utilizando um equipamento analisador de fluido ao vivo ("Live Fluid Analyzer") em um equipamento para teste de formação;

a FIG. 5 é um gráfico ilustrativo da detecção de múltiplas fases a jusante de um módulo de bombeamento de extração utilizando um equipamento de análise de fluido de composição ("Composition Fluid Analyzer") em um equipamento para teste de formação; e

a FIG. 6 é um diagrama ilustrativo de perfis de análise de fluido de interior de poço de uma zona de óleo utilizando um equipamento de análise de fluido de composição ("Composition Fluid Analyzer") em um equipamento para teste de formação.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A invenção proporciona sistemas e técnicas de caracterização de fluido de formação ín situ, em interior de poço. Alguns aspectos da invenção proporcionam sistemas e técnicas que facilitam a caracterização cromatográfica de fluidos de formação. A facilitação de uma tal caracterização de fluidos de formação em um ambiente de interior 'de poço pode envolver inicialmente a determinação de pelo menos uma ou mais propriedades do fluido da formação, tais como assinatura ótica, tipo de fluido, densidade de fluido, cor de fluido, razão de fluorescência de fluido de gás-óleo e composição de baixa resolução. Desta forma, alguns aspectos da invenção referem-se a técnicas e sistemas de caracterização distribuídos em níveis ou estágios em que uma primeira etapa ou estágio de análise pode ser utilizada com um ou mais estágios de análise adicionais para caracterização da natureza do fluido da formação. 0 primeiro estágio de caracterização pode envolver um estágio não destrutivo incluindo, por exemplo, técnicas que medem uma propriedade intrínseca de um fluido a ser analisado. 0 fluido pode ser um fluido de formação, e a propriedade intrínseca pode ser pelo menos uma propriedade de fluido de um componente do fluido da formação. Uma pessoa versada na técnica poderá reconhecer que numerosos fluidos alternativos podem ser utilizados na prática da presente invenção. Adicionalmente, para propósitos ilustrativos, a presente invenção será descrita com relação a um fluido encontrado em um ambiente de interior de poço, sendo aqui referido como um "fluido de formação". Uma tal ilustração não pretende ser limitativa em termos de escopo, já que a presente invenção pode ser praticada em uma variedade de fluidos alternativos, conforme poderá ser entendido por uma pessoa versada na técnica. A primeira ou inicial função de caracterização pode faci-litar ou acelerar a caracterização do fluido da formação, ou pelo menos de uma parte do mesmo. Entretanto, um primeiro estágio que realiza caracterização destrutiva de uma fração da amostra pode igualmente ser utilizado para provisão de uma caracterização inicial se por exemplo a caracterização do primeiro estágio for realizada em uma configuração de derivação ("bypass setup").

Características adicionais da invenção referem-se a análise de interior de poço envolvendo uma caracterização rápida e eficiente com simultânea obtenção da separação cromatográfica requerida. Por exemplo, a invenção pode permitir a seleção de um protocolo de separação cromatográfica otimizado com base no conhecimento do tipo do fluido. Entretanto, sem nenhum conhecimento a priori do fluido, um único protocolo será utilizado para assegurar uma caracterização adequada. Isto pode prolongar desnecessariamente o ciclo de análise ou requerer um protocolo desnecessariamente complexo. Por exemplo, se a amostra compreender predominantemente gás seco, serão utilizados tempos de análise desnecessariamente longos· e rampas de temperatura de aquecimento para obtenção de altas temperaturas de coluna tendo como alvos principais componentes com números altos de átomos de carbono que não se encontram presentes. Isto pode igualmente produzir como resultado tempos de resfriamento mais longos para o sistema antes de ser possível realizar a análise seguinte. Para utilizar a saída de cromatografia de gás para sintonização de EOS, as frações de massa ou molares de todos os componentes na amostra de fluido deverão ser conhecidas. Em laboratórios baseados na superfície, a quantificação do cromatograma em termos de fração molar ou fração mássica requer a consideração dos componentes que se encontram presentes na amostra mas não se encontram presentes na saída do cromatograma. Isto pode dever-se ao fato de (i) estes componentes se encontrarem adsorvidos de forma excessivamente intensa na fase estacionária e jamais eluírem durante o tempo de análise, (ii) não serem jamais vaporizados no dispositivo de amostragem/injetor devido à baixa volatilidade nas condições de temperatura e pressão empregadas, e portanto não fazerem parte do tampão de amostra vaporizado injetado na coluna, ou (iii) fluírem em fluxo inverso, de retorno, e dessa forma não passarem através do detector. Nas análises feitas na superfície, estes componentes são geralmente levados em conta mediante utilização de padrões internos (componentes específicos que são misturados com a amostra em uma proporção medida com precisão) tal como nos métodos descritos nas normas ASTM D5307-97 e D5442-93. A mistura de padrões internos com amostras de hidrocarbonetos realizada com extrema precisão em uma ferramenta de cromatograf ia de gás de interior de poço poderá entretanto ser complicada.

Alguns aspectos da invenção podem envolver sistemas ou ferramentas de interior de ,poço compreendendo um ou mais sistemas iniciais de caracterização, subsistemas ou componentes, que proporcionam um valor inicial ou natureza do fluido. A invenção integra vantajosamente sistemas cromatográficos e técnicas com outros sensores e/ou protocolos tais como aqueles que são baseados em técnicas óticas, resistividade, ressonância magnética nuclear (RMN), e/ou proporcionam medições de propriedades intrínsecas tais como densidade e/ou viscosidade.

A FIG. 1 ilustra de forma exemplar uma configuração da invenção. Subsistemas de base ótica podem inicialmente determinar a presença de qualquer fase aquosa ou fases de hidrocarbonetos líquidos (óleo) ou gasosos no produto destinado a ser analisado. Desta forma, a presença, ou ausência de água, óleo e/ou gás podem ser inicialmente caracterizadas em uma etapa de caracterização primária 112. Configurações adicionais podem, em alguns casos, proporcionar pelo menos uma estimativa de uma razão de qualquer gás dissolvido para óleo ("Gas-Oil Ratio" - GOR) do produto destinado a ser analisado. Alguns aspectos adicionais podem envolver caracterização de fluorescência e cor de pelo menos uma parte ou componente do produto destinado a ser analisado, que pode ser adicionalmente utilizada em uma ou mais seqüências de caracterização subseqüentes ou conjuntas. Por exemplo, a cor e/ou fluorescência da fase líquida de hidrocarboneto pode(m) ser determinada (s) e as propriedades primárias ou iniciais determinadas podem proporcionar uma estimativa qualitativa da natureza do óleo, por exemplo, óleos de hidrocarbonetos leves ou pesados. Os espectros de absorção na região visível até a região próxima de infravermelhos podem ser utilizados para realização de uma análise composicional de baixa resolução, por exemplo, Cl, C2-C5, ou C6+, bem como qualquer contaminação por lama à base de óleo conforme citado no trabalho de Andrews e outros "Quantifying Contamination Using Color of Crude and Condensate" [Quantificação de Contaminação com Utilização de Cores de Óleo Bruto e de Condensado", Oilfield Review, Outono de 2003, páginas 54-61, que descrevem de forma mais detalhada estas medições óticas. Uma caracterização adicional, caso apropriada, pode ser avaliada na etapa 122. Se a amostra for considerada contaminada ou for considerada como sendo principalmente compreendida por componentes indesejáveis, nenhuma caracterização adicional é considerada e poderá ser recuperada uma outra amostra, 122, resposta "não" Adicionalmente, se os resultados de caracterização primária ou inicial forem inconclusivos, indeterminados e/ou de outra forma não válidos, poderá ser recuperada uma outra amostra. Para propósitos ilustrativos, isto encontra-se assinalado na etapa 106, entretanto uma pessoa versada na técnica poderá reconhecer que a recuperação de uma outra amostra pode ocorrer em uma variedade de estágios alternativos, incluídos na etapa 112 ou na etapa 122. Por exemplo, se o produto recuperado destinado a ser analisado for compreendido principalmente por componentes diversos de 14

hidrocarbonetos, a amostra poderá ser descartada e não será realizada nenhuma caracterização adicional. Se for considerada uma amostra válida para avaliação adicional, 122, resposta "sim", nesse caso a amostra é transferida para análise secundária ou subseqüente em uma ou mais etapas de caracterização secundária 142. Em alguns casos, uma ou mais etapas opcionais de determinação de um ou mais parâmetros das etapas de caracterização secundária 132, por exemplo, em uma ou mais seqüências de equipamentos cromatográficos, poderão ser realizadas com base, pelo menos parcialmente, nos resultados da caracterização primária. Operações opcionais adicionais podem envolver a combinação de resultados primários e secundários 152 para provisão de uma interpretação aperfeiçoada da qualidade, característica, e/ou natureza do produto destinado a ser analisado.

Em algumas configurações da invenção, a tonalidade e intensidade de luz transmitida ou refletida de uma amostra pode ser utilizada para distinguir óleos de diferentes composições. A luz absorvida ou densidade ótica ("Optical Density" - OD) , que pode ser uma razão da luz incidente para a luz transmitida, de tal forma que fluidos mais escuros apresentam um valor OD mais elevado, pode ser utilizada para provisão de uma caracterização dos componentes. Por exemplo,' os hidrocarbonetos leves são tipicamente incolores e não absorvem luz no espectro visível ao passo que os condensados podem ser transparentes ou apresentarem uma leve coloração amarelo-avermelhada devido ao fato de absorverem a cor azul e o petróleo bruto pesado com moléculas complexas é tipicamente marrom escuro devido à absorção de luz através de todo o espectro visível. Assim, em algumas configurações da invenção, o primeiro estágio de caracterização compreende medição de densidade ótica para provisão de uma caracterização inicial da amostra. Em alguns casos, as características consideradas podem consistir na presença de uma ou mais fases fluidas. As ferramentas baseadas em sistemas óticos tais como os equipamentos Live Fluid Analyzer (L FA™) e Composition Fluid Analyzer (CFA™) da empresa Schlumberger podem igualmente ser utilizados para detecção de fluxo de fase única e de múltiplas fases, e podem adicionalmente proporcionar uma indicação de condições adequadas de amostragem ou se a amostra recuperada deverá ser adicionalmente analisada. Em configurações adicionais da invenção, sistemas de base ótica bem como aqueles que medem, por exemplo, resistividade ou condutividade do fluido e aqueles que utilizam ressonância magnética nuclear (RMN) poderão ser utilizados no primeiro estágio de caracterização.

Configurações particularmente vantajosas da invenção podem utilizar medições de espectro em uma amostra para provisão da característica inicial ou de uma pluralidade de características iniciais. Em alguns casos em particular, um sinal espectral de uma amostra pode ser capturado, em componentes particulares do espectro, por exemplo, luz em comprimentos de onda seletivos, podem proporcionar uma indicação de presença ou ausência de um componente desejável e/ou indesejável na amostra. As FIGS.

2 e 3 (baseados em dados obtidos do trabalho de Andrews e outros "Quantifying Contamination Using Color of Crude and Condensate" [Quantificação de Contaminação com Utilização de Cores de Óleo Bruto e de Condensado", Oilfield Review, Outono de 2003, páginas 22-43), ilustram de forma exemplar um gráfico da relação entre densidade ótica e comprimento de onda da luz. Conforme se encontra ilustrado na FIG. 3, a água absorve tipicamente a luz em comprimentos de onda próximos de infravermelho, cerca de 1445 e 1930 nanômetros. Desta forma, a presença de água em uma amostra pode ser determinada com utilização de técnicas óticas mediante captura/observação de uma resposta ou propriedade característica da amostra para provisão de uma indicação e/ou ausência de um ou mais elementos alvo.

Em uma configuração da invenção, o sistema ótico 2 0 pode compreender pelo menos uma fonte de luz tal como diodos emissores de luz acoplados oticamente a pelo menos um refratômetro, tipicamente através de uma janela que pode consistir em uma janela de safira. A janela é tipicamente uma janela de safira disposta contra ou fazendo parte de uma linha de fluxo que contém o fluido a ser caracterizado. 0 refratômetro utiliza a luz refletida da janela para identificar qualitativamente a fase fluida na linha de fl uxo. No estágio selecionado de incidência, o coeficiente de reflexão é muito maior quando existe gás em contato com a janela do que quando existe óleo ou água em contato com a mesma. Em configurações adicionais, o sistema ótico pode compreender adicionalmente uma segunda fonte de luz e um conjunto detector para determinação das características de absorção de um fluido. Uma ou mais fontes de luz de banda larga tal como uma lâmpada de tungstênio-halogênio de alta temperatura pode(m) transmitir um amplo espectro de luz at raves do fluido. Uma pluralidade de canais podem ser utilizados para determinação seletiva, observação ou quantificação da luz para uma pluralidade de faixas de comprimento de onda dos espectros. A medição de cada um dos canais proporciona uma caracterização da quantidade relativa do componente correspondente na amostra.

Adicionalmente, a discriminação de contaminantes em partículas, tais como sólidos de lama, pode ser realizada devido ao fato de a presença dos mesmos ser tipicamente manifestada na forma de ruído na medição de densidade ótica (OD). Por exemplo, a FIG. 4 ilustra um gráfico que pode ser utilizado em métodos óticos para rastreamento de contaminação em um fluido de formação de um filtrado de lama à base de óleo ("Oil-Based Mud" - OBM). Um equipamento Live Fluid Analyzer ou L FA™, da empresa Schlumberger, conforme se encontra substancialmente descrito por Andrews e outros, Oilfield Review, páginas 24-43, Outono de 2001, pode ser utilizada em tempo real. 0 filtrado de OBM, lama à base de óleo, é incolor e também não possui metano dissolvido. À medida que o bombeamento prossegue e a contaminação diminui no fluido de amostragem, a fração do fluido da formação na amostra aumenta. Isto manifesta-se na forma de um acréscimo de densidade ótica nos canais de comprimento de onda de metano e de cor, que aumenta e subseqüentemente se estabiliza à medida que a contaminação apresenta um decréscimo estabilizado. No exemplo de amostragem ilustrado na figura, os dados de canal de cor previram cerca de 4,9% de contaminação e os dados do canal de metano previram cerca de 6,2% de contaminação. A média de .5,5% foi concordante com uma contaminação de 4,3% determinada por análise GC da amostra colhida, realizada em laboratório.

A FIG. 5 (baseada em dados contidos no trabalho de

Betancourt e outros, SPE 87011, SPE Asia Pacific Conference, Kuala Lumpour, Malásia, março de 2004) ilustra que podem ser realizadas medições óticas com um dispositivo analisador de fluido de composição posicionado a jusante de 2 0 um módulo de bombeamento de extração em uma ferramenta de teste de formação. 0 módulo de bombeamento de extração causa segregação por gravidade das fases de gás, óleo e água. Os sinais óticos de medições de absorção e fluorescência mapeiam as porções de óleo-água-gás quando as mesmas fluem passando pelo sensor ótico na linha de.fluxo. Estas caracterização primária antecipada é potencialmente importante para evitar amostragem de água e seleção de amostras representativas de gás e de óleo de fase única para uma análise secundária usando uma seqüência de equipamentos de cromatografia.

Assim, em certos aspectos da invenção, a eficiência das técnicas e sistemas cromatográficos de interior de poço pode ser ampliada ou aumentada facilitando-se a avaliação em tempo real do momento em que deverá ser realizada a amostragem. Por exemplo, os subsistemas de caracterização primária de base ótica podem assegurar que a análise de cromatografia de gás (GC) seja realizada somente quando não se encontra presente nenhuma água. Em muitos fluxos mistos de hidrocarboneto-água, o módulo de bombeamento atua como um separador de interior de poço e produz porções de água e hidrocarboneto. A utilização de ferramentas de caracterização primária como guia pode ser utilizada na amostragem para captura de uma porção de hidrocarboneto. Isto poderá assegurar uma medição relevante e impedir danos a colunas sensíveis à água. Separações similares podem ocorrer quando existe um fluxo de óleo/gás. Desta forma, os sistemas primários de base ótica, por exemplo, podem ser utilizados para orientação de temporização de amostragem para recuperação de uma amostra de óleo, e subseqüentemente para recuperação de uma amostra de gás na manobra seguinte.

As seqüências de equipamentos cromatográficos de acordo com a presente invenção incluem tipicamente um ou mais dispositivos de amostragem/injetores, uma ou mais colunas, e um ou mais detectores acoplados fluidamente para provisão de uma caracterização relativa do eluente da uma ou mais colunas. Tipicamente, os detectores podem consistir, por exemplo, em detectores de ionização de chama ou detectores de condutividade térmica e as colunas podem conter uma fase estacionária, por exemplo um gel ou outro material adequado que apresente uma finidade relativamente a um dos componentes do material destinado a ser analisado.

Em uma ou mais configurações preferenciais, os sistemas de base ótica podem facilitar rapidamente e/ou continuamente a determinação de ciclos ideais de amostragem de cromatografia CG com base em contaminação. Por exemplo, uma amostra será tipicamente recuperada somente quando a contaminação for suficientemente baixa para que a análise da amostra seja útil. Muito embora a cromatografia GC possa ser utilizada para rastrear contaminação, será preferível reduzir o número de análises de cromatografia GC na medida em que a análise GC é tipicamente mais demorada do que, por exemplo, técnicas analíticas de base ótica. Em contraste, uma análise primária de base ótica pode monitorar continuamente a contaminação e acionar uma caracterização adicional quando a contaminação for considerada suficientemente baixa de tal forma que, por exemplo, uma análise de cromatografia GC da amostra será relevante. Evitando-se ou reduzindo-se a dependência da caracterização cromatográfica para rastreamento de contaminação, torna-se possível reduzir o tempo de permanência da ferramenta em uma estação de amostragem de fluido na medida em que a análise de cromatografia GC é tipicamente mais demorada que uma análise ótica realizada in situ no furo de poço. Isto reduz o risco de encravamento da ferramenta. Vantagens adicionais de práticas seletivas de amostragem ou categorização de contaminação anteriormente à caracterização cromatográfica podem reduzir o consumo da fase transportadora. Assim, em algumas configurações, torna-se possível utilizar sistemas com menores dimensões em geral devido a um reduzido requisito operacional de realização de análises quantitativas e/ou qualitativas similares. Adicionalmente, a degradação da coluna é minimizada tornando possível a realização de análises de amostras representativas mais relevantes anteriormente à ocorrência de uma necessidade de recondicionamento da coluna.

O metano e o dióxido de carbono podem freqüentemente co-eluir. A caracterização ótica da fração molar do componente de metano permite determinar a quantidade relativa de dióxido de carbono, por exemplo, mediante compensação da contribuição medida de metano de uma combinação medida de metano e dióxido de carbono determinada por cromatografia. Assim, algumas configurações da invenção permitem evitar métodos cromatográficos que são tipicamente utilizados para separação de metano e dióxido de carbono, já que esses métodos requerem tipicamente um tempo de análise mais longo. Assim, alguns aspectos da invenção dizem respeito à combinação da análise cromatográfica com um sistema de análise ótica para melhor quantificação e interpretação. A análise ótica utilizando o equipamento CFA ™ proporciona Cl, C2-C5 e C6+ e estas saldas podem ser utilizadas para verificação de consistência com medições de cromatografia GC. Se existirem diferenças significativas, isto é detectado em tempo real e proporciona uma oportunidade de repetição da medição.

Uma outra característica ainda da invenção pode relacionar-se com a utilização de informações de propriedades de fluido primárias para aperfeiçoamento ou até mesmo para otimização de análises cromatográficas. Por exemplo, a ferramenta ou o sistema de caracterização podem compreender um ou mais protocolos analíticos armazenados compreendendo, por exemplo, programas de temperatura, taxas de fluxo de gás de transporte, e/ou cronogramas de pressão. Os diversos protocolos podem ser utilizados, dependendo do tipo do hidrocarboneto, por exemplo, gás seco, óleo leve, óleo pesado, etc., para seleção de um protocolo de análise otimizado e/ou preferencial, tipicamente em tempo real, para aperfeiçoamento de resolução e provisão de análise rápida.

Em algumas configurações da invenção, a densidade e/ou viscosidade do produto destinado a ser analisado podem ser determinadas em condições de interior de poço, por exemplo mediante utilização de sensores de vibração, tais como aqueles divulgados nos documentos internacionais n° WO. 2002/077613 e n0 WO 2006/094694, para provisão de uma caracterização inicial. As informações de viscosidade podem ser utilizadas para obtenção de informações qualitativas sobre o tipo de hidrocarboneto, que poderá ser leve ou pesado. As informações de densidade podem ser utilizadas para uma quantificação mais robusta do cromatograma.

Conforme foi explicado mais acima, devido à vaporização incompleta em unidade de amostra/injeção ou forte adsorção em fase estacionária, etc., nem todos os componentes da amostra poderão eluir no cromatograma. Os métodos de laboratório atuais utilizam padrões internos, conforme descritos nas normas ASTM D5307-97 e D5442-93, para determinação desta massa ausente no cromatograma. Esta fração é designada como a fração excedente ("plus fraction") e juntamente com as frações de massa de todos os outros componentes, pode proporcionar a composição total do fluido. Estas informações podem então ser utilizadas para estimativa da relação entre pressão, volume e temperatura com a equação de estado EOS. As constantes de características da equação de estado são tipicamente sintonizadas com utilização de uma composição detalhada e precisa e propriedades de fluido medidas tais como ponto de borbulhamento, ponto de orvalho, miscibilidade de fase com outros componentes, compressibilidade, densidade, etc. (Vide Ahmed e outros, SPE 15673) . Em condições de interior de poço, é difícil realizar misturas quantitativas com padrões internos de amostras de fluido. Geralmente, o dispositivo de amostragem cromatográfica permite extrair volumes exatos do fluido na temperatura e pressão de interior de poço mediante utilização, por exemplo, de enlaces de amostragem de precisão. Publicações recentes, tais como os documentos internacionais n° WO 2002/077613 e n° WO 2006/094694, divulgam dispositivos vibratórios que medem densidades em condições de interior de poço com alta precisão. Mediante utilização da densidade medida e do volume, é possivel calcular a massa total da amostra que é utilizada para a análise de cromatografia. As áreas de pico dos componentes eluidos no cromatograma podem ser utilizadas para obtenção da massa de cada componente eluido. A diferença entre a massa eluida total e a massa de entrada é a massa ausente. Isto permite determinar a fração de massa dos componentes eluidos e a fração excedente e portanto a composição total do fluido, que pode ser então utilizada como informação de entrada para os modelos de equação EOS.

Os sistemas e técnicas de acordo com a invenção contemplam a utilização de sensores de fluido adicionais para medições de interior de poço, tais como por exemplo de ressonância magnética RNM conforme divulgados em Lo e outros, SPE 77264, SPE Journal, março de 2002, páginas 24- 34, para viscosidade de fluido de hidrocarboneto e razão de gás-óleo. Podem ser utilizados sensores de resistividade para diferenciação entre água e fluidos de hidrocarboneto. Outros sensores que medem propriedades de transição de fase de fluidos tais como ponto de borbulhamento, ponto de orvalho, temperatura de aparência de cera, pressão de estabelecimento de asfaltenos, poderão igualmente prover informações que podem ser integradas com análises de cromatograf ia de gás realizadas em interior de poço para facilitar adicionalmente a sintonização de equação EOS no interior do poço e também para permitir uma validação de consistência em tempo real através de todos os sensores de medição.

A FIG. 6 ilustra perfis de análises de fluido e pressão de interior de poço de um poço de petróleo utilizando um dispositivo analisador de composição de fluido em um dispositivo de teste de formação. Estes perfis de análises de fluido são baseados em dados de Fujisawa e outros, SPE 89704, SPE ATCE, Houston, Texas, setembro de 2004. Os perfis de pressão indicam claramente a presença de uma zona de gás, óleo e água na formação. Os perfis de fluido nas cinco estações de amostragem ilustram uma grande variação composicional nos hidrocarbonetos conforme observada nas frações Cl, C2-C5 e C6+ como razão gás-óleo (GOR), ilustrada como m3/m3 do lado direito. A variação foi confirmada por subseqüente medições em laboratório. O fluido da estação superior (xx68,2m) com uma elevada razão GOR foi interpretado como encontrando-se na região de topo de gás e constitui um condensado de gás retrógrado com baixa coloração e cerca de 34% por peso de C6+. A estação inferior (xy06,3m) é determinada como possuindo um óleo negro mais pesado com maior número de aromáticos e cerca de 72%. por peso de C6+. Desta forma, se for realizada uma análise de cromatografia neste poço, o mesmo sistema teria que analisar ambas as amostras de gás nas profundidades rasas em torno de xx68,2m tal como as amostras de óleo negro mais pesado em profundidades em torno de xy06,3m. Os protocolos de cromatografia típicos têm início em baixas temperaturas para provisão de uma resolução suficiente entre os componentes mais leves e subseqüentemente realizam uma rampa ascendente de temperatura para eluição dos componentes mais pesados. Δ análise pode ser seguida de um ciclo de condicionamento e/ou fluxo reverso para remoção de componentes não eluídos. A separação cromatográfica e análise de uma amostra de gás pode ser obtida em um tempo mais curto e com uma temperatura máxima mais baixa para eluição de todos os componentes em comparação com a separação e análise de óleos mais pesados. Temperaturas máximas mais elevadas através de métodos de rampa de temperatura para o óleo mais pesado significariam igualmente tempos de esfriamento mais longos anteriormente ao início de uma análise subseqüente. É igualmente provável que o óleo mais pesado tenha mais massa ausente e requeira um ciclo de recondicionamento e/ou fluxo reverso após a análise para remoção de quaisquer componentes não eluídos da coluna. 0 conhecimento anterior da análise ótica auxilia a otimização dos protocolos de cromatograf ia de tal forma que é possível utilizar um protocolo mais rápido para a amostra de gás se existir um conhecimento a priori do tipo de hidrocarboneto. Deverá ser igualmente observado que este ( conhecimento a priori evitaria estações de análise de cromatografia na zona de água.

Tendo sido agora descritas algumas configurações ilustrativas da invenção, deverá ser aparente para aqueles que são versados na técnica que a descrição anterior é meramente ilustrativa e não limitativa, tendo sido apresentada meramente a titulo de exemplo. Numerosas modificações e outras configurações encontram-se abrangidas no escopo de conhecimento de uma pessoa normalmente versada na técnica e são contempladas como abrangidas no escopo da presente invenção. Em particular, embora muitos dos exemplos aqui apresentados envolvam combinações especificas de métodos, ações, ou elementos de sistema, deverá ser entendido que tais atos e tais elementos podem ser combinados de outras formas para realização dos mesmos obj etivos.

Aqueles que são versados na técnica deverão apreciar que os parâmetros e configurações aqui descritos são exemplares e que os parâmetros e/ou configurações reais irão depender da aplicação especifica em que serão utilizados os sistemas e técnicas de acordo com a presente invenção. Aqueles que são versados na técnica deverão igualmente reconhecer ou ser capazes de determinar, utilizando experimentação meramente rotineira,

equivalências das configurações especificas da invenção. Deverá portanto ser entendido que as configurações aqui descritas são apresentadas a título meramente exemplar e que, dentro do escopo das reivindicações em anexo e respectivas equivalências, a invenção poderá ser praticada de formas diversas daquela aqui especificamente descrita.

Adicionalmente, deverá também ser apreciado que a

invenção se refere a cada característica, sistema, subsistema, ou técnica aqui descrita e que qualquer combinação de duas ou mais características, sistemas, subsistemas, ou técnicas aqui descritas e qualquer combinação de duas ou mais características, sistemas, subsistemas, e/ou métodos, se tais características, sistemas, subsistemas, e técnicas não forem mutuamente inconsistentes, será considerada como abrangida no escopo da invenção conforme configuras nas reivindicações. Adicionalmente, ações, elementos, e características discutidos somente com relação a uma configuração não pretendem ser excluídos de um papel similar em outras configurações.

Conforme é aqui utilizado, o termo "pluralidade" refere-se a dois ou mais itens ou componentes. Os termos "compreendendo", "incluindo", "portando", "possuindo", "contendo" e "envolvendo", seja no relatório descritivo ou nas reivindicações e similares, constituem termos de significado aberto, por exemplo, significando "incluindo mas não limitado a". Desta forma, o uso desses termos destina-se a abranger os itens listados após os mesmos, e itens equivalentes aos mesmos, bem como itens adicionais. Somente as expressões de transição "consistindo em" e "consistindo essencialmente em", são frases de transição de sentido fechado ou semi-fechado, respectivamente, com relação às reivindicações. A utilização de ordinais tais como "primeiro", "segundo", "terceiro", e similares nas reivindicações para modificação de um elemento de uma reivindicação não tem por si mesmo nenhuma conotação de prioridade, precedência, ou ordem de um elemento da reivindicação relativamente a outro", nem relativamente à ordem temporal em que são realizadas as ações no método, sendo utilizados meramente como indicações para distinção de um elemento de uma reivindicação possuindo um determinado nome de um outro elemento possuindo o mesmo nome (exceto quanto à utilização do ordinal) para distinção dos elementos das reivindicações.

Claims (20)

1. SISTEMA ANALÍTICO, caracterizado por compreender: um estágio primário disposto para receber um material destinado a ser analisado e proporcionar uma indicação de pelo menos uma propriedade do material destinado a ser analisado; e um segundo estágio de caracterização disposto para receber pelo menos uma parte do material destinado a ser analisado e compreendendo pelo menos uma seqüência de equipamentos de análise de cromatografia.

2. Sistema analítico, de acordo com a reivindicação1, caracterizado por os estágios de caracterização primário e secundário se encontrarem contidos em um alojamento.

3. Sistema analítico, de acordo com a reivindicação1, caracterizado por compreender adicionalmente um dispositivo controlador operacionalmente acoplado para receber um sinal do estágio de caracterização primário e transmitir pelo menos um sinal de controle para o estágio de caracterização secundário.

4. Sistema analítico, de acordo com a reivindicação1, caracterizado por o estágio de caracterização primário compreender um detector de base ótica configurado para proporcionar uma indicação de pelo menos um de um tipo de fluido, um nível de contaminante, e uma composição de fluido de pelo menos uma parte do material destinado a ser analisado.

5. Sistema analítico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o estágio de caracterização primário compreender um sensor de densidade configurado para proporcionar uma indicação de pelo menos uma densidade, de pelo menos uma parte de material destinado a ser analisado.

6. Sistema analítico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sinal de saída ser configurado para energizar pelo menos um de entre uma válvula e um aquecedor do estágio de caracterização secundário.

7. Sistema analítico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o material destinado a ser analisado consistir em um fluido de uma formação geológica.

8. Sistema analítico, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o referido fluido de formação ser um fluido de múltiplas fases.

9. Sistema analítico, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o referido fluido de formação incluir uma fase de água.

10. Sistema analítico, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o referido fluido de formação incluir uma fase gasosa de hidrocarboneto.

11. Sistema analítico, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o referido fluido de formação incluir uma fase líquida de hidrocarboneto.

12. MÉTODO DE CARACTERIZAÇÃO DE UM PRODUTO DESTINADO A SER ANALISADO, caracterizado por compreender uma ou mais ações de: provisão de pelo menos uma primeira propriedade do produto destinado a ser analisado em um primeiro estágio de caracterização;, e determinação da composição de pelo menos uma parte do produto destinado a ser analisado em um segundo estágio de caracterização com base pelo menos parcialmente na pelo menos uma primeira propriedade.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por compreender adicionalmente uma ação de determinação de um teor de hidrocarboneto de pelo menos uma parte do produto a ser analisado no primeiro estágio de caracterização.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por compreender adicionalmente uma ação de transmissão de um sinal de controle para o estágio de caracterização secundário com base pelo menos parcialmente no teor de hidrocarboneto medido.

15. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por a ação de determinação da composição da- pelo menos uma parte do produto destinado a ser analisado no segundo estágio de caracterização compreender uma ação de separação cromatográfica dos componentes do produto a ser analisado.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por compreender adicionalmente uma ação de detecção dos componentes do produto a ser analisado tendo sido separado cromatograficamente.

17. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por a ação de caracterização dos componentes compreender uma ação de geração de um cromatograma representando os componentes composicionais do produto destinado a ser analisado.

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por compreender adicionalmente uma ação de transmissão do cromatograma para uma instalação remota através de um furo de poço.

19. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por compreender adicionalmente uma ação de geração de um primeiro conjunto de parâmetros operacionais do segundo estágio de caracterização com base pelo menos parcialmente nos parâmetros medidos do primeiro estágio de caracterização.

20. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o referido produto destinado a ser analisado consistir em um fluido de formação.