MX2015001430A

MX2015001430A - Sistemas y metodos para analizar sustancias microbiologicas.

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Publication number: MX2015001430A
Application number: MX2015001430A
Authority: MX
Inventors: Robert P Freese; Christopher Michael Jones; Ola Tunheim; James Robert Maclennan
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2015-05-15
Also published as: AU2013315903B2; CA2879750C; AU2013315903A1; NZ704529A; SG11201500600VA; BR112015002351A2; WO2014042933A1; MX362080B; CA2879750A1; EP2895614A4; EP2895614A1; BR112015002351B1; SA515360095B1

Abstract

Se divulgan sistemas y métodos para monitorear un fluido para el propósito de identificar contenido microbiológico y/o microorganismos y determinar la efectividad de un tratamiento microbiológico. Un método para monitorear un fluido incluye contener el fluido dentro de una vía de flujo, el fluido incluye al menos un microorganismo presente en el mismo, interactuar ópticamente radiación electromagnética desde el fluido con al menos un elemento computacional integrado, generando de esta manera luz interactuada ópticamente, recibir con dicho al menos un detector la luz interactuada ópticamente, y generar con dicho al menos un detector una señal de salida que corresponde a una característica del fluido, la característica del fluido es una concentración de al menos un microorganismo dentro del fluido.

Description

SISTEMAS Y MÉTODOS PARA ANALIZAR SUSTANCIAS MICROBIOLÓGICAS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a métodos para monitorear un fluido en tiempo real o casi en tiempo real y, más específicamente, a métodos para monitorear un fluido para el propósito de identificar contenido microbiológico y/o microorganismos en el mismo y determinar la efectividad de un tratamiento microbiológico.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presencia de bacterias y otros microorganismos en una sustancia a menudo se determina después de mejorar los niveles bajos de material biológico a niveles detectables. En algunos casos, una muestra de la sustancia se puede cultivar bajo condiciones que son conducentes para el crecimiento de un material biológico particular. En otros casos, se pueden utilizar téenicas de amplificación de ácido nucleico, tal como la reacción de cadena de polimerasa (PCR, Polymerase Chain Reaction) , para aumentar los niveles de ácidos nucleicos. Los métodos de cultivo, en particular, pueden en ocasiones ser no específicos, ya que muchos tipos de microorganismos diferentes pueden crecer bajo las condiciones de cultivo elegidas, mientras que solamente ciertos microorganismos pueden ser de interés para un análisis. Además, ambas téenicas de cultivo y amplificación de ácido nucleico se ven a menudo restringidas por la duración en la cual se conducen. Las técnicas de PCR, por ejemplo, pueden tomar varias horas o más para producir suficientes cantidades de ácido nucleico para análisis, y el cultivo puede tomar de días a semanas para completarse. Se cree que todavía no se han desarrollado los métodos para monitoreo de bacterias y otros microorganismos en tiempo real o casi en tiempo real.

La presente incapacidad de monitorear bacterias y otros microorganismos en una manera suficientemente rápida puede tener ramificaciones significativas para una variedad de productos y procesos comerciales e industriales. Por ejemplo, debido a un tiempo de conservación limitado, un producto (p.ej., un producto alimenticio o farmacéutico) puede haber sido transportado a un almacén y liberado para el consumo público antes de que se haya completado totalmente las pruebas de calidad del producto. Para el momento en que se haya descubierto una contaminación biológica, en ocasiones puede ser demasiado tarde, ya que los consumidores pueden haber sido ya expuestos al producto contaminado. No solamente la salud del ser humano se puede ver comprometida, sino también se puede haber perdido el tiempo de proceso valioso, materiales sin procesar, y otros recursos al preparar y distribuir un producto contaminado.

Aunque la contaminación biológica es una preocupación reconocible en la industria de los alimentos y las medicinas, el problema de contaminación por bacterias y otros microorganismos se extiende a una gama de campos mucho más amplia, incluyendo aquellos que no tienen impacto directamente en la salud del ser humano. Por ejemplo, y sin limitación, el monitoreo biológico de tratamiento de agua y corrientes de procesamiento de aguas residuales, incluyendo aquellas de refinerías, puede ser de interés significativo debido a los problemas de contaminación aguas abajo. En operaciones subterráneas de petróleo y gas, la contaminación biológica puede reducir la producción y/o resultado en la contaminación biológica del equipo y las superficies del pozo. Además, la contaminación biológica en algunas superficies sólidas puede llevar a defectos estructurales, incluyendo corrosión, que al final resulta en falla mecánica. En corto, cualquier industria en la cual el monitoreo de contaminación o concentración biológica es de interés se podría beneficiar potencialmente de téenicas de detección más rápidas enfocado a materiales biológicos.

Durante el monitoreo enfocado a la presencia de materiales biológicos, a menudo también existe un interés en reducir o prevenir la contaminación biológica dentro de una sustancia, tal como un fluido. En algunos casos, se puede utilizar un biocida para ralentizar o detener el crecimiento biológico. Aunque los biocidas pueden a menudo ser efectivos para tratar la contaminación biológica particular, sus efectos pueden en ocasiones ser de acción lenta. Además, al menos algunos miembros de una población de microorganismos son capaces de sobrevivir diferentes tratamientos biocidas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a métodos para monitorear un fluido en tiempo real o casi en tiempo real, más específicamente, a métodos para monitorear un fluido para el propósito de identificar el contenido microbiológico y/o microorganismos en el mismo y para determinar la efectividad de un tratamiento microbiológico.

En al menos un aspecto de la divulgación, se divulga un sistema que incluye una vía de flujo que contiene un fluido que tiene al menos un microorganismo presente en el mismo, al menos un elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido y de esta manera generar luz interactuada ópticamente, y al menos un detector dispuesto para recibir la luz interactuada ópticamente y generar una señal de salida que corresponde a una característica del fluido, la característica del fluido es indicativa de una concentración de al menos un microorganismo dentro del fluido.

En otros aspectos de la divulgación, se divulga un método para monitorear un fluido. El método puede incluir contener el fluido dentro de una vía de flujo, el fluido incluyé al menos un microorganismo presente en el mismo, interactuar ópticamente radiación electromagnética desde el fluido con al menos un elemento computacional integrado, generando de esta manera luz interactuada ópticamente, recibir con dicho al menos un detector la luz interactuada ópticamente, y generar con dicho al menos un detector una señal de salida que corresponde a una característica del fluido, la característica del fluido es una concentración de al menos un microorganismo dentro del fluido.

En todavía otros aspectos de la divulgación, se divulga un método de control de calidad para un fluido. El método puede incluir interactuar ópticamente una fuente de radiación electromagnética con un fluido contenido dentro de una vía de flujo y al menos un elemento computacional integrado, generando de esta manera luz interactuada ópticamente, el fluido tiene al menos un microorganismo presente en el mismo, recibir con al menos un detector la luz interactuada ópticamente, medir una característica del fluido con dicho al menos un detector, la característica del fluido es una concentración de dicho al menos un microorganismo presente en el mismo, generar una señal de salida que corresponde a la característica del fluido, y emprender al menos un paso correctivo cuando la característica del fluido sobrepasa un rango predeterminado de operación adecuada.

Las características y ventajas de la presente invención serán fácilmente aparentes para alguien experimentado en la materia con una lectura de la descripción de las modalidades preferidas que siguen.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las siguientes figuras se incluyen para ilustrar ciertos aspectos de la presente invención, y no se deben ver como una modalidad exclusiva. El tema que se divulga es capaz de modificación, alteración, y equivalentes considerables en forma y función, como ocurrirá para alguien experimentado en la materia con el beneficio de esta divulgación.

La Figura 1 ilustra un elemento de computación integrado ejemplar, de acuerdo con una o más modalidades.

La Figura 2 ilustra un diagrama de bloques que ilustra no mecánicamente cómo un dispositivo óptico de computación distingue la radiación electromagnética relacionada con una característica de interés de otra radiación electromagnética, de acuerdo con una o más modalidades.

La Figura 3 ilustra un sistema ejemplar para monitorear un fluido, de acuerdo con una o más modalidades.

La Figura 4 ilustra otro sistema ejemplar para monitorear un fluido, de acuerdo con una o más modalidades.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a métodos para monitorear un fluido en tiempo real o casi en tiempo real, más específicamente, a métodos para monitorear un fluido para el propósito de identificar el contenido microbiológico y/o microorganismos en el mismo y para determinar la efectividad de un tratamiento microbiológico.

Los sistemas y métodos ejemplares descritos en este documento emplean diferentes configuraciones de dispositivos ópticos de computación, también comúnmente denominados como "dispositivos óptico-analíticos", para la cuantificación en tiempo real o casi en tiempo real de especies y cepas microbiológicas específicas que viven en combustible, hidrocarburos, y/o agua contenidos en una vía de flujo. Como se discutió anteriormente, los métodos convencionales para monitorear y tratar la contaminación biológica se pueden ver limitados tanto por su efectividad como oportunidad en la producción de resultados. Los dispositivos ópticos de computación descritas en este documento, sin embargo, pueden proporcionar convenientemente monitoreo de fluido en tiempo real o casi en tiempo real que no se puede lograr actualmente con análisis en el sitio de trabajo o por medio de análisis más detallados que se llevan a cabo en un laboratorio. Una ventaja significativa y distinta de estos dispositivos es que se pueden configurar para detectar y/o medir específicamente un componente o característica particular de interés de un fluido, tal como un conjunto de especies microbiológicas pre elegidas dentro del fluido, permitiendo de esta manera que ocurren análisis cualitativos y/o cuantitativos del fluido sin tener que extraer una muestra y emprender análisis tardados de la muestra en un laboratorio fuera del sitio.

Con la capacidad de emprender análisis en tiempo real o casi en tiempo real, los sistemas y métodos ejemplares descritos en este documento pueden ser capaces de proporcionar alguna medida de control proactivo o sensible sobre un fluido dentro de una vía de flujo, habilitar la recopilación y archivado de información de fluido en conjunción con información operacional para optimizar las operaciones subsecuentes, y/o mejorar la capacidad para la ejecución remota de trabajo. Como se hará aparente para aquellos experimentados en la materia, los sistemas y métodos que se divulgan pueden ser convenientes para cuantificar de bacterias, microorganismos, y otras especies microbiológicas dentro de una vía de flujo, determinar la necesidad de un tratamiento anti-microbiológico dentro de la vía de flujo, determinar la efectividad del tratamiento anti-microbiológico, y determinar la concentración de bacterias de reducción de sulfato o reducción de ácido dentro de la vía de flujo. Al determinar los parámetros anteriores, las vías de flujo se pueden tratar en una manera cada vez más adaptada, remitiendo de esta manera una reducción en los costos químicos anti-microbiológico se lo cual puede ahorrar sumas significativas de costos capitales.

Aquellos experimentados en la materia apreciaran fácilmente que los sistemas y métodos que se divulgan en este documento pueden ser adecuados para su uso en la industria del petróleo y gas ya que los dispositivos ópticos de computación descritos proporcionan medios rentables, robustos, y precisos para monitorear la calidad de hidrocarburos, combustible, y/o agua con el fin de facilitar la administración eficiente de producción de petróleo/gas. Se apreciará además, sin embargo, que los diferentes sistemas y métodos que se divulgan son igualmente aplicables a otros otras teenologías o campos industriales incluyendo, pero no limitado a, industrias de los alimentos, medicamentos, y medicinas, aplicaciones industriales, mitigación de contaminación, industrias de recielaje, industrias de minería, industrias de seguridad y militares, forense, industrias de procesamiento, industrias de peces y ganado, industrias de la agricultura, ciencias de veterinaria, epidemiología y otros estudios microbiológicos, o cualquier campo donde pueda ser conveniente determinar la concentración en tiempo real o casi en tiempo real de una característica de una especie o cepa microbiológica específica en un flujo de fluido. En algunas aplicaciones, los sistemas y métodos que se divulgan pueden ser útiles para monitorear aplicaciones de bio-descontaminación, tales como microorganismos de digestión de hidrocarburos o metal.

En al menos una modalidad, por ejemplo, los presentes sistemas y métodos se pueden emplear en análisis de agua, incluyendo análisis de agua para beber, aguas residuales, y agua de procesamiento; análisis de fluidos corporales, productos alimenticios, bebidas, farmacéuticos, y cosméticos; análisis de superficie; análisis de petróleo, gas, fluido de tratamiento, lodo de perforación, y fluido subterráneo; y similares. Además, los presentes sistemas y métodos se pueden utilizar en la industria del cuidado de la salud para llevar a cabo ensayos enfocados a contaminación biológica en superficies tales como, por ejemplo, dispositivos médicos, instrumentos quirúrgicos, y similares. Se pueden prever otras industrias donde puede ser deseable monitorear enfocado a la contaminación biológica en una superficie por alguien experimentado en la materia. Los sistemas y métodos descritos en este documento se pueden utilizar en cualquier campo donde sea deseable llevar a cabo ensayos enfocados a los microorganismos y/o determinar la efectividad de una operación correctiva utilizada para controlar los microorganismos. Dado el beneficio de la presente divulgación, alguien experimentado en la materia será capaz de aplicar las téenicas descritas en este documento a cualquier aplicación en la cual sea deseable controlar y medir microorganismos u otras sustancias microbiológicas en un fluido.

Los dispositivos ópticos de computación adecuados para su uso en las presentes modalidades se pueden desplegar en cualquier número de diferentes puntos dentro de una via de flujo para monitorear el fluido y los diferentes cambios que podrían ocurrir en el mismo entre dos o más puntos. Dependiendo de la ubicación del dispositivo óptico de computación particular, se pueden obtener diferentes tipos de información acerca del fluido. En algunos casos, por ejemplo, los dispositivos ópticos de computación se pueden utilizar para monitorear cambios en el fluido como resultado de agregar un tratamiento antibacteriano o anti-microbiológico al mismo, remover un tratamiento antibacteriano del mismo, o exponer el fluido a una condición que potencialmente cambia una característica del fluido de alguna forma. En otros casos, la calidad del producto del fluido puede ser obtenida al identificar y cuantificar la concentración de especies microbiológicas conocidas que pueden estar presentes en el fluido. En todavía otras modalidades, los dispositivos ópticos de computación se pueden utilizar para detectar y cuantificar una sustancia común más general para un conjunto de especies microbiológicas, tal como película biológica ( biofil a) para una indicación más general de la calidad del producto del fluido.

Como se utiliza en este documento, el término "fluido" se refiere a cualquier sustancia que sea capaz de fluir, incluyendo partículas de sólidos, líquidos, gases, lechadas, emulsiones, polvos, lodos, cristales, combinaciones de los mismos, y similares. En algunas modalidades, el fluido puede ser un fluido acuoso, incluyendo combustible líquido, agua, o similares. En algunas modalidades, el fluido puede ser un fluido no acuoso, incluyendo compuestos orgánicos, más específicamente, hidrocarburos, petróleo, un componente refinado del petróleo, productos petroquímicos, y similares. En algunas modalidades, el fluido puede ser un fluido de tratamiento o un fluido de la formación como se encuentra en la industria del petróleo y gas. Los fluidos pueden incluir diferentes mezclas de sólidos, líquidos y/o gases que pueden fluir. Los gases ilustrativos que se pueden considerar fluidos de acuerdo con las presentes modalidades incluyen, por ejemplo, el aire, nitrógeno, dióxido de carbono, argón, helio, tiofeno, metano, etano, butano, y otros gases de hidrocarburos, combinaciones de los mismos y/o similares.

Como se utiliza en este documento, el término "característica" se refiere una propiedad química, mecánica, o física de una sustancia. Una característica de una sustancia puede incluir un valor cuantitativo o una concentración de uno o más componentes químicos en la misma. Tales componentes químicos se pueden denominar en este documento como "analitos". Las características ilustrativas de una sustancia que se pueden monitorear con los dispositivos ópticos de computación que se divulgan en este documento pueden incluir, por ejemplo, la composición química (p.ej., identidad y concentración en total o de componentes individuales), contenido de impurezas, pH, viscosidad, densidad, resistencia iónica, sólidos disueltos totales, contenido de sal, porosidad, opacidad, contenido de bacterias, combinaciones de los mismos, y similares. Por otra parte, la frase "característica de interés de/en un fluido" se puede utilizar en este documento para hacer referencia a la característica de una sustancia contenida o que fluye con el fluido.

Como se utiliza en este documento, el término "vía de flujo" se refiere a una ruta a través de la cual un fluido es capaz de ser transportado entre dos o más puntos. En algunos casos, la vía de flujo no necesita ser continua o contigua entre los dos puntos. Vía de flujo ejemplares incluyen, pero no están limitadas a, una línea de flujo, una línea de tubería, una manguera, una instalación de proceso, un recipiente de almacenamiento, una cisterna, un carro tanque de ferrocarril, un barco o buque de transporte, un canal, una corriente, una cloaca, una formación subterránea, etc., combinaciones de los mismos, o similares. En casos donde la vía de flujo es una línea de tubería, o similar, la línea de tubería puede ser una línea de tubería pre-puesta en marcha o una línea de tubería operacional. En otros casos, la vía de flujo se puede crear o generar por el movimiento de un dispositivo óptico de computación a través de un fluido (p.ej., un sensor al aire libre). En todavía otros casos, la vía de flujo no está necesariamente contenida dentro de ninguna estructura rígida, pero se puede referir a la vía de flujo que se toma entre dos puntos, tal como cuando un fluido fluye desde una ubicación a otra sin estar contenido, en sí. Se debe observar que el término "vía de flujo" no implica necesariamente que un fluido esté fluyendo en ella, más bien que un fluido es capaz de ser transportado o que puede fluir a través de la misma.

Como se utiliza en este documento, el término "microorganismo" se refiere a una forma de vida microscópica o macroscópica unicelular o multicelular. Los microorganismos pueden incluir, pero no están limitados a, bacterias, protobacterias, protozoos, fitoplancton, virus, hongos, algas, oomicetos, parásitos, nematodos, y cualquier combinación de los mismos. Clases particulares de bacterias que pueden ser de interés incluyen, por ejemplo, bacterias grampositivas y gramnegativas, bacterias aeróbicas y anaeróbicas, bacterias de reducción de sulfato, bacterias de reducción de nitrato, o cualquier combinación de las mismas. En algunas modalidades, las bacterias de los géneros tales como, por ejemplo, Y-proteobacteria , a-proteobacteria , d-proteobacteria, Clostridia , Methanohalophílus , Methanoplanus , Methanolobus , Methanocalculus , Methanosarcinaceae , Halanaerobium , Desulfobacter, Marinobacter, Halothiobacillus , y Fusibacter se pueden detectar y analizar por las téenicas descritas en este documento. En modalidades más especificas, las bacterias de interés en la industria del petróleo que pueden ser detectadas y analizadas utilizando los sistemas y métodos descritos en este documento incluyen, por ejemplo, Desulf ovibrio desulfuricans, Desulf ovibrio vulgaris , Desulfosarcina variabilis Desulfobacter hydrogenophilus Bdellovibrio bacteriovorus , Myxococcus xanthus , Bacillus subtilis , Methanococcus vannielii , P. aeruginosa , Micrococcus luteus , Desulfovibrio vulgar is , y Clostridium butyricum. Otras bacterias que pueden ser monitoreadas o analizadas pueden incluir e-coli y otros contaminantes de los alimentos/agua, y bacterias patógenas tales como Streptococcus , Pseudomonas , Shigella , Campylobacter , Salmonella , Staphylococcus , Pseudomonas aeruginosa, Burkholderia cenocepacia , y Mycobacterium avium. Se debe reconocer que algunos microorganismos pueden ser lo suficientemente grandes para ser vistos a simple vista.

El término "microorganismo" también se puede referir a cualquier especie, cepa, o sustancia microbiológica conocida por aquellos experimentados en la materia. Por ejemplo, en algunos casos, el término microorganismo puede referirse a una sustancia microbiológica secretada o producida por un microorganismo. Las sustancias microbiológicas que se pueden considerar microorganismos incluyen, pero no están limitados a, plasma, células, priones, proteínas, lípidos, cualquier derivado de los mismos, y similares. Los términos "tratamiento microbiológico" y "tratamiento anti-microbiológico" se utilizan en este documento de manera intercambiable y se refieren a los tratamientos que reducen o cultivan una población de microorganismos o sustancias microbiológicas.

Como se utiliza en este documento, el término "microorganismo viable" se refiere a un microorganismo que está sustancialmente inalterado de su estado nativo y es capaz de actividad metabólica normal, incluyendo reproducción.

Como se utiliza en este documento, el término "microorganismo no-viable" se refiere a un microorganismo que ya no es metabólicamente activo. En algunas modalidades, los microorganismos no-viables se pueden referir a microorganismos que tienen su pared celular rota, degradada, o modificada por la exposición a un agente degradativo, tal como un tratamiento antibacteriano.

Como se utiliza en este documento, el término "microorganismo inactivado" se refiere a un microorganismo que ha sido alterado de su estado nativo y ya no es capaz de reproducirse. La alteración que genera microorganismos inactivados puede ser temporal o permanente. Las alteraciones permanentes pueden incluir mutaciones de ácido nucleico, por ejemplo. Las alteraciones temporales pueden incluir, por ejemplo, condiciones ambientales (p.ej., temperatura o falta de una fuente de nutrientes apropiada) que impacte en la capacidad del microorganismo para reproducirse o que lleve a cabo sus funciones metabólicas normales, pero de las cuales el microorganismo se puede recuperar una vez que regrese a las condiciones más favorables.

Como se utiliza en este documento, el término "radiación electromagnética" se refiere a las ondas de radio, radiación de microondas, radiación de infrarrojos e infrarrojos cercanos, luz visible, los ultravioleta, radiación de rayos X y radiación de rayos gamma.

Como se utiliza en este documento, los términos "en tiempo real" y "casi en tiempo real" se refieren a un análisis de una sustancia que se lleva a cabo sustancialmente en la misma duración que la interrogación de la sustancia con radiación electromagnética.

Como se utiliza en este documento, el término "dispositivo óptico de computación" se refiere a un dispositivo óptico que está configurado para recibir una entrada de radiación elect omagnética desde un fluido, o un microorganismo presente dentro del fluido, y producir una salida de radiación electromagnética desde un elemento de procesamiento dispuesto dentro del dispositivo óptico de computación. El elemento de procesamiento puede ser, por ejemplo, un elemento computacional integrado (ICE, Integrated Computational Element) que se utiliza en el dispositivo óptico de computación. Como se discute a mayor detalle más adelante, la radiación electromagnética que interactúa ópticamente con el elemento de procesamiento se cambia para ser legible por un detector, de tal forma que una salida del detector se puede correlacionar con al menos un microorganismo medido o monitoreado dentro del fluido. La salida de radiación electromagnética desde el elemento de procesamiento puede ser radiación electromagnética reflejada, radiación electromagnética transmitida, y/o radiación electromagnética dispersada. Los parámetros estructurales del dispositivo óptico de computación, asi como otras consideraciones conocidas por aquellos experimentados en la materia, pueden dictar si la radiación electromagnética reflejada, transmitida, o dispersada es analizada eventualmente por el detector. Además, también se puede monitorear la emisión y/o dispersión de la sustancia, por ejemplo por medio de fluorescencia, luminiscencia, dispersión de Raman, y/o dispersión de Rayleigh, por medio de los dispositivos ópticos de computación.

Como se utiliza en este documento, el término "interactuar ópticamente" o variaciones del mismo se refieren a la reflexión, transmisión, dispersión, difracción, o absorción de radiación electromagnética ya sea en, a través, o desde uno o más elementos de procesamiento (esto es, elementos computacionales integrados). En consecuencia, la luz interactuada ópticamente se refiere a la luz que ha sido reflejada, transmitida, dispersada, difractada, o absorbida por, emitida, o re-irradiada, por ejemplo, utilizando los elementos computacionales integrados, pero también puede aplicar a la interacción con un fluido o o un microorganismo dentro del fluido.

Como se divulga en el documento de propiedad común de Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. 13/204,294, presentado el 5 de agosto de 2011 y que se incorpora en este documento por referencia en su totalidad, se pueden utilizar uno o más elementos computacionales integrados para detectar y analizar rápidamente tipos particulares de bacterias, incluyendo si las bacterias están vivas o muertas. Estas téenicas se pueden extender a otros tipos de microorganismos, como se discute en lo sucesivo. Los análisis de microorganismos se pueden conducir utilizando uno o más elementos computacionales integrados de manera más rápida que con los ensayos biológicos convencionales. La rapidez por la cual los elementos computacionales integrados pueden llevar a cabo análisis es conveniente para un número de aplicaciones, y es particularmente conveniente para análisis de materiales biológicos, incluyendo microorganismos.

Específicamente, los elementos computacionales integrados se pueden utilizar para evaluar el grado en el cual han se han hecho no-viables los microorganismos, clases de microorganismos, u otras sustancias microbiológicas por medio de un tratamiento microbiológico (p.ej., tratamiento anti-microbiológico) el cual puede matar o hacer no-viables a los microorganismos. La diferenciación entre microorganismos viables y microorganismos no-viables se puede determinar fácilmente utilizando uno o más elementos computacionales integrados, como se describe en este documento. Por otra parte, debido a la rapidez en la cual los elementos computacionales integrados pueden proporcionar información acerca de una población de microorganismos, se pueden utilizar convenientemente para conducir análisis biológicos en tiempo real o casi en tiempo real, satisfaciendo de esta manera una necesidad en la materia insatisfecha. Además, se pueden utilizar para seguir y manejar de manera proactiva el progreso de una operación de remediación biológica (p.ej., un tratamiento microbiológico) en tiempo real o casi en tiempo real, mejorando de esta manera su efectividad. Por ejemplo, si un análisis indica que permanecen niveles inaceptablemente altos de microorganismos viables en un fluido durante o después de una operación de remediación biológica, los parámetros operacionales asociados con la remediación pueden ser alterados en un intento de disminuir la efectividad del tratamiento. Las téenicas de ensayo de microorganismo convencionales, en contraste, son simplemente demasiado lentas para permitir que se lleve a cabo la administración proactiva de las operaciones de remediación biológica.

Los sistemas y métodos ejemplares descritos en este documento incluyen al menos un dispositivo óptico de computación dispuesto a lo largo o dentro de una via de flujo con el fin de monitorear un fluido que fluye o está contenido en la misma. Cada dispositivo óptico de computación puede incluir una fuente de radiación electromagnética, al menos un elemento de procesamiento (p.ej., elementos computacionales integrados), y al menos un detector dispuesto para recibir la luz interactuada ópticamente de dicho al menos un elemento de procesamiento. Como se divulga más adelante, sin embargo, en al menos una modalidad, se puede omitir la fuente de radiación electromagnética y en su lugar la radiación electromagnética se puede derivar del fluido o microorganismo en si. En algunas modalidades, los dispositivos ópticos de computación ejemplares pueden estar configurados específicamente para detectar, analizar, y medir cuantitativamente una característica o analito particular del fluido en la vía de flujo. En otras modalidades, los dispositivos ópticos de computación pueden ser dispositivos ópticos de propósito general, con procesamiento post adquisición (p.ej., a través de medios de computadora) que se utiliza para detectar específicamente la característica de la muestra.

En algunas modalidades, los componentes estructurales adecuados para los dispositivos ópticos de computación ejemplares se describen en los documentos de propiedad común de Patente de los Estados Unidos Nos.6,198,531; 6,529,276; 7,123,844; 7,834,999; 7,911,605; 7,920,258; y 8,049,881, cada uno de los cuales se incorpora en este documento por referencia en su totalidad, y los documentos de Solicitud de Patente de los Estados Unidos Nos. de Serie 12/094,460; 12/094,465; y 13/456,467, cada uno de los cuales también se incorpora en este documento por referencia en su totalidad. Como se apreciará, pueden ser adecuadas variaciones de los componentes estructurales de los dispositivos ópticos de computación descritos en las patentes y solicitudes de patente mencionadas anteriormente, sin apartarse del alcance de la divulgación, y por lo tanto, no se deben considerar limitando las diferentes modalidades o usos que se divulgan en este documento.

Los dispositivos ópticos de computación descritos en las patentes y solicitudes de patente anteriores combinan la ventaja de la potencia, precisión y exactitud asociadas con los espectrómetros de laboratorio, mientras son extremadamente robustos y adecuados para su uso en campo.

Además, los dispositivos ópticos de computación pueden llevar a cabo cálculos (análisis) en tiempo real o casi en tiempo real sin la necesidad de procesamiento tardado de muestras. En este respecto, los dispositivos ópticos de computación pueden estar específicamente configurados para detectar y analizar características, microorganismos y/o analitos particulares de interés de un fluido. Como resultado, se discriminan las señales de interferencia de aquellas de interés en el fluido por la configuración apropiada de los dispositivos ópticos de computación, de tal forma que los dispositivos ópticos de computación proporcionan una respuesta rápida con respecto a las características del fluido con base en la salida detectada. En algunas modalidades, la salida detectada se puede convertir en un voltaje que es distintivo de la magnitud de la característica o microorganismo que ésta sino monitoreado en el fluido. Las ventajas anteriores y otras hacen a los dispositivos ópticos de computación particularmente bien adecuados para su uso en campo y en el interior de pozos, pero se pueden aplicar igualmente a muchas otras teenologías o industrias, sin apartarse del alcance de la divulgación.

Los dispositivos ópticos de computación pueden estar configurados para detectar no solamente la composición y concentraciones de un microorganismo en un fluido, sino que también pueden estar configurados para determinar las propiedades físicas y otras características del microorganismo, con base en sus análisis de la radiación electromagnética recibida del microorganismo en particular. Por ejemplo, los dispositivos ópticos de computación pueden estar configurados para determinar si el microorganismo detectado es viable, no-viable, o inactivado. Como se apreciará, los dispositivos ópticos de computación pueden estar configurados para detectar tantos microorganismos o tantas características o analitos del microorganismo como se desee en el fluido. Todo lo que se requiere para lograr el monitoreo de múltiples características y/o microorganismos es la incorporación de medios de procesamiento y detección adecuados con el dispositivo óptico de computación para cada microorganismo y/o característica. En algunas modalidades, las propiedades de la característica pueden ser una combinación de las propiedades de los analitos en la misma (p.ej., una combinación lineal, no lineal, logarítmica, y/o exponencial). En consecuencia, mientras más analitos se detecten y analicen utilizando los dispositivos ópticos de computación, se determinarán de manera más precisa las propiedades de la característica dada.

Los dispositivos ópticos de computación descritos en este documento utilizan radiación electromagnética para llevar a cabo los cálculos, contrario a los circuitos cableados de procesadores electrónicos convencionales. Cuando la radiación electromagnética interactúa con un fluido, o un microorganismo presente en el mismo, la información física y química única acerca del fluido o microorganismo se puede codificar en la radiación electromagnética que se refleja de, se transmite a través, o se irradia desde la sustancia. Esta información a menudo se denomina como la "huella" espectral del fluido o microorganismo. Los dispositivos ópticos de computación descritos en este documento son capaces de extraer la información de la huella espectral de múltiples características o analitos dentro de un fluido, y convertir esa información en una salida detectable con respecto a las propiedades generales del fluido, incluyendo la concentración y contenidos de microorganismos. Esto es, a través de configuraciones adecuadas de los dispositivos ópticos de computación, se puede separar la radiación electromagnética asociada con una característica o analito de interés de un fluido o un microorganismo presente en el mismo a partir de la radiación electromagnética asociada con todos los componentes del fluido con el fin de estimar las propiedades del microorganismo en tiempo real o casi en tiempo real.

Los elementos de procesamiento que se utilizan en los dispositivos ópticos de computación descritos en este documento se pueden caracterizar como elementos computacionales integrados (ICE, Integrated Computational Elements). Cada ICE es capaz de distinguir la radiación electromagnética relacionada con una característica o microorganismo de interés de la radiación electromagnética relacionada con otros componentes de un fluido. Haciendo referencia a la Figura 1, se ilustra un ICE 100 ejemplar adecuado para su uso en los dispositivos ópticos de computación que se utilizan en los sistemas y métodos descritos en este documento. Como se ilustra, el ICE 100 puede incluir una pluralidad de capas alternantes 102 y 104, tal como silicio (Si) y SÍO2 (cuarzo), respectivamente. En general, estas capas 102, 104 consisten de materiales cuyo índice de refracción es alto y bajo, respectivamente. Otros ejemplos podrían incluir niobia y niobio, germanio y germania, MgF, SiO, y otros materiales de índice alto y bajo conocidos en la materia. Las capas 102, 104 pueden estar depositadas estratégicamente en un sustrato óptico 106. En algunas modalidades, el sustrato óptico 106 es vidrio óptico BK-7. En otras modalidades, el sustrato óptico 106 puede ser otro tipo de sustrato óptico, tal como el cuarzo, zafiro, silicio, germanio, seleniuro de zinc, sulfuro de zinc, o diferentes plásticos tales como el policarbonato, polimetilmetacrilato (PMMA, Polymethylmethacrylate), polivinilcloruro (PVC, Polyvinylchloride), diamante, cerámica, combinaciones de los mismos, y similares.

En el extremo opuesto (p.ej., opuesto al sustrato óptico 106 en la Figura 1), el ICE 100 puede incluir una capa 108 que está generalmente expuesta al entorno del dispositivo o instalación. El número de capas 102, 104 y el espesor de cada capa 102, 104 se determinan a partir de los atributos espectrales adquiridos desde un análisis espectroscópico de una característica específica de interés utilizando un instrumento espectroscópico convencional. El espectro de interés para una característica dada por lo general incluye cualquier número de diferentes longitudes de onda. Se debe entender que el ICE 100 ejemplar en la Figura 1 no representa de hecho ninguna característica particular de interés, pero se proporciona para propósitos de ilustración solamente. En consecuencia, el número de capas 102, 104 y sus espesores relativos, como se muestra en la Figura 1, no guarda correlación con ninguna característica de interés. Ni las capas 102, 104 y sus espesores relativos están dibujados necesariamente a escala, y por lo tanto no se deben considerar limitando la presente divulgación. Por otra parte, aquellos experimentados en la materia reconocerán fácilmente que los materiales que componen cada capa 102, 104 (esto es, Si y Si02) pueden variar, dependiendo de la aplicación, costo de los materiales, y/o aplicabilidad de del material a la característica dada.

En algunas modalidades, se puede impurificar el material de cada capa 102, 104 o se pueden combinar dos o más materiales en una manera para lograr la característica óptica deseada. Además de los sólidos, el ICE 100 ejemplar puede también contener líquidos y/o gases, opcionalmente en combinación con sólidos, con el fin de producir una característica óptica deseada. En el caso de los gases y los líquidos, el ICE 100 puede contener un recipiente correspondiente (no mostrado), que aloja los gases o líquidos. Variaciones ejemplares del ICE 100 pueden también incluir elementos ópticos holográficos, rejillas, piezoeléctricos, tubo de luz, tubo de luz digital (DLP, Digital Light Pipe), y/o elementos acústico-ópticos, por ejemplo, que pueden crear transmisión, reflexión, y/o propiedades absorbentes de interés.

Las múltiples capas 102, 104 exhiben diferentes índices refractivos. Al seleccionar apropiadamente los materiales de las capas 102, 104 y su espesor y espaciamiento relativos, el ICE 100 se puede configurar para pasar/reflejar/refractar selectivamente fracciones predeterminadas de radiación electromagnética en diferentes longitudes de onda. Cada longitud de onda tiene una densificación o factor de carga predeterminado. El espesor y espaciamiento de las capas 102, 104 se pueden determinar utilizando una variedad de métodos de aproximación a partir del espectrograma de la característica o analito de interés. Estos métodos pueden incluir la transformada inversa de Fourier (IFT, Inverse Fourier Transform) del espectro de transmisión óptica y estructurar el ICE 100 como la representación física de la IFT. Las aproximaciones convierten la IFT en una estructura con base en materiales conocidos con índices refractivos constantes. Información adicional con respecto a las estructuras y diseño de los elementos computacionales integrados ejemplares (también denominados como elementos ópticos multivariados) se proporciona en Applied Cptics, (Óptica Aplicada), Vol.35, pp. 5484-5492 (1996) y Vol.129, pp. 2876-2893 el cual se incorpora en la presente por referencia.

Las densificaciones que las capas 102, 104 del ICE 100 aplican en cada longitud de onda se establecen en las densificaciones de regresión descritas con respecto a una ecuación, o datos, o firma espectral conocida. Brevemente, el ICE 100 puede estar configurado para llevar a cabo el producto de punto del haz de luz de entrada en el ICE 100 y un vector de regresión cargado deseado representado por cada capa 102, 104 para cada longitud de onda. Como resultado, la intensidad de la luz de salida del ICE 100 se relaciona con la característica o analito de interés. Detalles adicionales con respecto a cómo es capaz el ICE 100 ejemplar de distinguir y procesar la radiación electromagnética relacionada con la característica o analito de interés se describen en los documentos de Patente de los Estados Unidos Nos. 6,198,531; 6,529,276; y 7,920,258, previamente incorporados en este documento por referencia.

Haciendo referencia ahora a la Figura 2, se ilustra un diagrama de bloques que ilustra no mecánicamente cómo un dispositivo óptico de computación 200 es capaz de distinguir la radiación electromagnética relacionada con una característica de un fluido o un microorganismo presente en el mismo de otra radiación electromagnética. Como se muestra en la Figura 2, después de ser iluminada con radiación electromagnética incidente, un fluido 202 que contiene un microorganismo (p.ej., una característica de interés) produce una salida de radiación electromagnética (p.ej., luz interactuada de muestra), parte de la cual es la radiación electromagnética 204 que corresponde al microorganismo y parte de la cual es radiación electromagnética de fondo 206 que corresponde a otros componentes o características del fluido 202.

Aunque no se muestra específicamente, se pueden emplear uno o más elementos espectrales en el dispositivo 200 con el fin de restringir las longitudes de onda y/o anchos de banda ópticos del sistema y de esta manera eliminar la radiación electromagnética no deseada existente en las regiones de longitud de onda que no tienen importancia. Tales elementos espectrales se pueden ubicar en cualquier parte a lo largo del tren óptico, pero se emplean por lo general directamente después de la fuente de luz, que proporciona la radiación electromagnética inicial. Se pueden encontrar diferentes configuraciones y aplicaciones de los elementos espectrales en dispositivos ópticos de computación en los documentos de propiedad común de Patente de los Estados Unidos Nos. 6,198,531; 6,529,276; 7,123,844; 7,834,999; 7,911,605; 7,920,258; 8,049,881, y los documentos de Solicitud de Patente de los Estados Unidos Nos. de Serie 12/094,460 (Publicación de Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. 2009/0219538); 12/094,465 (Publicación de Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. 2009/0219539); y 13/456,467, incorporados en este documento por referencia, como se indicó anteriormente.

Los haces de radiación electromagnética 204, 206 inciden sobre el dispositivo óptico de computación 200, que contiene un ICE 208 ejemplar en el mismo. En la modalidad que se ilustra, el ICE 208 puede estar configurado para producir luz interactuada ópticamente, por ejemplo, la luz interactuada ópticamente transmitida 210 y la luz interactuada ópticamente reflejada 214. En operación, el ICE 208 puede estar configurado para distinguir la radiación electromagnética 204 de la radiación electromagnética de fondo 206.

La luz interactuada ópticamente transmitida 210, la cual se puede relacionar con el microorganismo u característica de interés en el fluido 202, se puede transmitir a un detector 212 para su análisis y cuantificación. En algunas modalidades, el detector 212 está configurado para producir una señal de salida en la forma de un voltaje que corresponde a la característica particular que está siendo monitoreada en el fluido 202. En al menos una modalidad, la señal producida por el detector 212 y la concentración de la característica del fluido 202 pueden ser directamente proporcionales. En otras modalidades, la relación puede ser una función polinomial, una función exponencial, y/o una función logarítmica. La luz interactuada ópticamente reflejada 214, la cual se puede relacionar con las características de otros componentes del fluido 202, se puede dirigir lejos del detector 212. En configuraciones alternativas, el ICE 208 puede estar configurado de tal forma que la luz interactuada ópticamente reflejada 214 se puede relacionar con la característica de interés (p.ej., la concentración de un microorganismo), y la luz interactuada ópticamente transmitida 210 se puede relacionar con otros componentes o características del fluido 202.

En algunas modalidades, un segundo detector 216 puede estar presente y dispuesto para detectar la luz interactuada ópticamente reflejada 214. En otras modalidades, el segundo detector 216 puede estar dispuesto para detectar la radiación electromagnética 204, 206 que se deriva del fluido 202 o la radiación electromagnética que se dirige hacia o delante del fluido 202. Sin limitación, el segundo detector 216 se puede utilizar para detectar desviaciones de radiación que se derivan de una fuente de radiación electromagnética (no mostrada), que proporciona la radiación electromagnética (esto es, luz) al dispositivo 200. Por ejemplo, las desviaciones de radiación pueden incluir cosas tales como, pero no limitado a, fluctuaciones de intensidad en la radiación electromagnética, fluctuaciones interferentes (p.ej., polvo u otros interferentes que pasan enfrente de la fuente de radiación electromagnética), recubrimientos o ventanas incluidos en el dispositivo óptico de computación 200, combinaciones de los mismos, o similares. En algunas modalidades, se puede emplear un divisor de haz (no mostrado) para dividir la radiación electromagnética 204, 206, y la radiación electromagnética transmitida o reflejada se puede entonces dirigir a uno o más ICEs 208. Esto es, en tales modalidades, el ICE 208 no funciona como un tipo de divisor de haz, como se representa en la Figura 2, y la radiación electromagnética transmitida o reflejada simplemente pasa a través del ICE 208, siendo procesada computacionalmente en el mismo, antes de viajar al detector 212.

La(s) característica(s) del fluido que está(n) siendo analizada (s) utilizando el dispositivo óptico de computación 200 se puede(n) procesar computacionalmente adicionalmente para proporcionar información de caracterización adicional acerca del fluido 202. En algunas modalidades, la identificación y concentración de cada analito o microorganismo en el fluido 202 se puede utilizar para predecir ciertas características físicas del fluido 202. Por ejemplo, las características en general del fluido 202 se pueden estimar al utilizar una combinación de las propiedades conferidas al fluido 202 por cada analito o microorganismo.

En algunas modalidades, la concentración de cada microorganismo o la magnitud de cada característica determinada utilizando el dispositivo óptico de computación 200 se puede alimentar a un algoritmo que opera bajo control de computadora. El algoritmo puede estar configurado para hacer predicciones acerca de cómo cambian las características del fluido 202 si las concentraciones de los microorganismos o analitos se cambian una con relación a otra. En algunas modalidades, el algoritmo puede producir una salida que es legible por un operador quien puede tomar manualmente la acción apropiada, si es necesario, con base en la salida. En algunas modalidades, el algoritmo puede tomar control proactivo de proceso al ajustar automáticamente el flujo de una sustancia de tratamiento (p.ej., tratamiento antibacteriano o microbiológico) que se introduce en una vía de flujo o al detener la introducción de la sustancia de tratamiento en respuesta a una condición de fuera de rango.

El algoritmo puede ser parte de una red neuronal artificial configurado para utilizar la concentración de cada característica o microorganismo detectado con el fin de evaluar la(s) característica(s) general(es) del fluido 202 y predecir cómo modificar el fluido 202 con el fin de alterar sus propiedades en una forma deseada. Redes neuronales artificiales ilustrativas, pero no limitativas, se describen en el documento de propiedad común de solicitud de Patente de los Estados Unidos No.11/986,763 (Publicación de Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. 2009/0182693), la cual se incorpora en este documento por referencia. Se debe reconocer que una red neuronal artificial se puede entrenar utilizando muestras de características o microorganismos que tienen concentraciones, composiciones, y/o propiedades conocidas, y de esta manera generar una librería virtual. Mientras la librería virtual disponible para la red neuronal artificial se hace más grande, la red neuronal puede hacerse más capaz de predecir con precisión las características de un fluido que tiene cualquier número de microorganismos o analitos presentes en el mismo. Además, con entrenamiento suficiente, la red neuronal artificial puede predecir con más precisión las características del fluido, incluso en la presencia de microorganismos desconocidos.

Se reconoce que las diferentes modalidades dirigidas en este documento al control de computadora y las redes neuronales artificiales, incluyendo los diferentes bloques, módulos, elementos, componentes, métodos, y algoritmos, se pueden implementar utilizando hardware, software de computadora, combinaciones de los mismos, y similares. Para ilustrar esta intercambiabilidad de hardware y software, se han descrito diferentes bloques, módulos, elementos, componentes, métodos y algoritmos ilustrativos generalmente en términos de su funcionalidad. Si tal funcionalidad se implementa como hardware o software dependerá de la aplicación particular y cualquier restricción de diseño impuesta. Por al menos esta razón, se debe reconocer que alguien experimentado en la materia puede implementar la funcionalidad descrita en una variedad de formas para una aplicación en particular. Además, los diferentes componentes y bloques se pueden acomodar en un orden diferente o particionar de manera diferente, por ejemplo, sin apartarse del alcance de las modalidades descritas expresamente.

El hardware de computadora que se utiliza para implementar los diferentes bloques, módulos, elementos, componentes, métodos, y algoritmos ilustrativos descritos en este documento puede incluir un procesador configurado para ejecutar una o más secuencias de instrucciones, instancias de programación, o código almacenado en un medio legible por computadora no transitorio. El procesador puede ser, por ejemplo, un microprocesador de propósito general, un microcontrolador, un procesador de señal digital, un circuito integrado de aplicación especifica, un antenaje de puerta de campo programable, un dispositivo lógico programable, un controlador, una máquina de estado, lógica cerrada, componentes discretos de hardware, una red neuronal artificial, o cualquier entidad similar adecuada que pueda f llevar a cabo los cálculos u otras manipulaciones de datos. En algunas modalidades, el hardware de computadora puede además incluir elementos tales como, por ejemplo, una memoria (p.ej., memoria de acceso aleatorio (RAM, Random Access Memory), memoria flash, memoria de sólo lectura (ROM, Read Only Memory), memoria de sólo lectura programable (PROM, Programmable Read Only Memory), memoria de sólo lectura borrable programable (EPROM, Erasable Programmable Read-Only Memory)), registros, discos duros, discos removibles, CD-ROMs, DVDs, o cualquier otro dispositivo o medio de almacenamiento adecuado similar.

Las secuencias ejecutables descritas en este documento se pueden implementar con una o más secuencias de código contenidas en una memoria. En algunas modalidades, tal código se puede leer en la memoria desde otro medio legible por máquina. La ejecución de las secuencias de instrucciones contenidas en la memoria puede provocar que un procesador lleve a cabo los pasos del proceso descritos en este documento. También se pueden emplear uno o más procesadores en una disposición de multi-procesamiento para ejecutar las secuencias de instrucciones en la memoria. Además, se pueden utilizar circuitos cableados en lugar de o en combinación con instrucciones de software para implementar diferentes modalidades descritas en este documento. Por lo tanto, las presentes modalidades no se limitan a ninguna combinación especifica de hardware y/o software.

Como se utiliza en este documento, un medio legible por máquina se referirá a cualquier medio que proporciona directamente o indirectamente instrucciones a un procesador para su ejecución. Un medio legible por máquina puede tomar muchas formas incluyendo, por ejemplo, medios no volátiles, medios volátiles, y medios de transmisión. Los medios no volátiles pueden incluir, por ejemplo, discos ópticos y magnéticos. Los medios volátiles pueden incluir, por ejemplo, memoria dinámica. Los medios de transmisión pueden incluir, por ejemplo, cables coaxiales, alambre, fibra óptica, y alambres que forman un enlace común (bus) . Las formas comunes de medios legibles por máquina pueden incluir, por ejemplo, discos floppy, discos flexibles, discos duros, cintas magnéticas, otros medios magnéticos similares, CD-ROMs, DVDs, otros medios ópticos similares, tarjetas perforadas, cintas de papel y medios físicos similares con agujeros en patrón, RAM, ROM, PROM, EPROM y flash EPROM.

En algunas modalidades, los datos recopilados utilizando los dispositivos ópticos de computación se pueden archivar junto con los datos asociados con los parámetros operacionales que están siendo registrados en un sitio de trabajo. Después, la evaluación de desempeño de trabajo se puede valorar y mejorar para operaciones futuras o tal información se puede utilizar para diseñar operaciones subsecuentes. Además, los datos e información se pueden comunicar (alámbricamente o inalámbricamente) a una ubicación remota por medio de un sistema de comunicación (p.ej., comunicación satelital o comunicación de red de área amplia) para análisis adicional. El sistema de comunicación puede también permitir que se lleve a cabo el monitoreo y operación remotos de un proceso. El control automatizado con un sistema de comunicación de largo alcance puede facilitar adicionalmente el desempeño de operaciones de trabajo remoto. En particular, una red neuronal artificial se puede utilizar en algunas modalidades para facilitar el desempeño de las operaciones de trabajo remoto. Esto es, las operaciones de trabajo remoto se pueden conducir automáticamente en algunas modalidades. En otras modalidades, sin embargo, pueden ocurrir operaciones de trabajo remoto bajo el control de operador directo, donde el operador no está en el sitio de trabajo.

Haciendo referencia ahora a la Figura 3, se ilustra un sistema ejemplar 300 para monitorear un fluido 302 que contiene uno o más microorganismos, de acuerdo con una o más modalidades. En la modalidad que se ilustra, el fluido 302 puede estar contenido o fluir dentro de una vía de flujo 304 ejemplar. La vía de flujo 304 puede ser una linea de flujo o una línea de tubería y el fluido 302 presente en la misma puede estar fluyendo en la dirección General indicada por las flechas A (esto es, desde aguas arriba hacia aguas abajo). Como se apreciará, sin embargo, la vía de flujo 304 puede ser cualquier otro tipo de vía de flujo, como se describe o se define generalmente en este documento. Por ejemplo, la via de flujo 304 puede ser un recipiente de contención o almacenamiento y el fluido 302 puede no necesariamente estar fluyendo (esto es, en movimiento) en la dirección A mientras el fluido 302 está siendo monitoreado.

En al menos una modalidad, sin embargo, la vía de flujo 304 puede formar parte de una linea de tubería de petróleo/gas y puede ser parte de un cabezal de pozo o una pluralidad líneas o tubos de flujo de interconexión submarinos y/o por encima del suelo que interconectan diferentes depósitos subterráneos de hidrocarburos con una o más plataformas o instalaciones de procesos de recepción/recolección. En algunas modalidades, porciones de la vía de flujo 304 se pueden emplear en el interior del pozo y conectar fluidamente, por ejemplo, una formación y un cabezal de pozo. Como tal, porciones de la vía de flujo 304 pueden estar acomodadas sustancialmente verticales, sustancialmente horizontales, o cualquier configuración direccional entre las mismas, sin apartarse del alcance de la divulgación.

El sistema 300 puede incluir al menos un dispositivo óptico de computación 306, el cual puede ser similar en algunos aspectos al dispositivo óptico de computación 200 de la Figura 2, y por lo tanto se puede entender mejor con referencia al mismo. Mientras no se muestra, el dispositivo óptico de computación 306 puede estar alojado dentro de una carcasa o alojamiento configurado para proteger sustancialmente los componentes internos del dispositivo 306 del daño o contaminación del ambiente externo. El alojamiento puede operar para acoplar mecánicamente el dispositivo 306 a la vía de flujo 304 con, por ejemplo, sujetadores mecánicos, téenicas de soldadura fuerte o suave, adhesivos, imanes, combinaciones de los mismos, o similares. En operación, el alojamiento puede estar diseñado para soportar las presiones que se pueden experimentar con o sin la via de flujo 304 y de esta manera proporcionar un sello hermético contra la contaminación externa. Como se describe a mayor detalle más adelante, el dispositivo óptico de computación 306 puede ser útil para determinar una característica particular del fluido 302 dentro de la vía de flujo 304, tal como determinar una concentración de un microorganismo (viable o no-viable) presente dentro del fluido 302. Saber la concentración de los microorganismos puede ayudar a determinar la calidad general del fluido 302 y proporcionar una oportunidad para remediar los niveles potencialmente indeseables de microorganismos en el fluido 302.

El dispositivo 306 puede incluir una fuente de radiación electromagnética 308 configurada para emitir o generar radiación electromagnética 310. La fuente de radiación electromagnética 308 puede ser cualquier dispositivo capaz de emitir o generar radiación electromagnética, como se define en este documento. Por ejemplo, la fuente de radiación electromagnética 308 puede ser una bombilla de luz, un diodo de emisión de luz (LED, Light Emitting Diode), un láser, un cuerpo negro, un simulador de cuerpo negro, un cristal fotónico, una fuente de rayos X, combinaciones de los mismos, o similares. En algunas modalidades, un lente 312 puede estar configurado para captar o de otra forma residir la radiación electromagnética 310 y dirigir un haz 314 de radiación electromagnética 310 hacia el fluido 302. El lente 312 puede ser cualquier tipo de dispositivo óptico configurado para transmitir o de otra forma comunicar la radiación electromagnética 310 como se desee. Por ejemplo, el lente 312 puede ser un lente normal, un lente Fresnel, un elemento óptico difractivo, un elemento gráfico holográfico, un espejo (p.ej., un espejo de enfoque), un tipo de colimador, o cualquier otro dispositivo de transmisión de radiación electromagnética conocido por aquellos experimentados en la materia. En otras modalidades, el lente 312 se puede omitir del dispositivo 306 y la radiación electromagnética 310 puede más bien ser dirigida hacia el fluido 302 directamente desde la fuente de radiación electromagnética 308.

En una o más modalidades, el dispositivo 306 puede también incluir una ventana de muestreo 316 acomodada adyacente o en contacto con el fluido 302 para propósitos de detección. La ventana de muestreo 316 puede estar hecha de una variedad de materiales transparentes, rígidos o semirrígidos que están configurados para permitir la transmisión de la radiación electromagnética 310 a través de los mismos. Por ejemplo, la ventana de muestreo 316 puede estar hecha de, pero no está limitado a, vidrios, plásticos, semiconductores, materiales cristalinos, materiales policristalinos, polvos presionados en caliente o en frío, combinaciones de los mismos, o similares. Con el fin de remover fantasmas u otros problemas de imagen que resultan de la reflectancia en la ventana de muestreo 316, el sistema 300 puede emplear uno o más elementos de reflectancia interna (IRE, Internal Reflectance Elements), tales como aquellos descritos en los documentos de propiedad común de Patente de los Estados Unidos No.7,697,141, y/o uno o más sistemas de generación de imágenes, tales como aquellos descritos en los documentos de propiedad común de Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. de Serie 13/456,467, el contenido de los cuales se incorpora en la presente por referencia.

Después de pasar a través de la ventana de muestreo 316, la radiación electromagnética 310 incide sobre e interactúa ópticamente con el fluido 302, incluyendo cualquier microorganismo presente dentro del fluido 302. Como resultado, la radiación interactuada ópticamente 318 es generada por y reflejada del fluido 302. Aquellos experimentados en la materia, sin embargo, reconocerán fácilmente que variaciones alternativas del dispositivo 306 pueden permitir que la radiación interactuada ópticamente 318 se genere al ser transmitida, dispersada, difractada, absorbida, emitida, o re-irradiada por y/o desde el fluido 302, o uno o más microorganismos presentes dentro del fluido 302, sin apartarse del alcance de la divulgación.

La radiación interactuada ópticamente 318 generada por la interacción con el fluido 302, y/o al menos un microorganismo presente en el mismo, se puede dirigir o ser recibida por un ICE 320 dispuesto dentro del dispositivo 306. El ICE 320 puede ser un componente espectral sustancialmente similar al ICE 100 descrito anteriormente con referencia a la Figura 1. En consecuencia, en operación el ICE 320 se puede configurar para recibir la radiación interactuada ópticamente 318 y producir radiación electromagnética modificada 322 que corresponde a una característica particular de interés en el fluido 302 que incluye cualquier microorganismo que pueda estar presente en el mismo. En particular, la radiación electromagnética modificada 322 es radiación electromagnética que ha interactuado ópticamente con el ICE 320, por lo cual se obtiene una imitación aproximada del vector de regresión correspondiente a la característica o microorganismo en el fluido 302.

Se debe observar que, mientras la Figura 3 representa el ICE 320 como recibiendo la radiación electromagnética reflejada desde el fluido 302, el ICE 320 puede estar dispuesto en cualquier punto a lo largo del tren óptico del dispositivo 306, sin apartarse del alcance de la divulgación. Por ejemplo, en una o más modalidades, el ICE 320 (como se muestra en líneas punteadas) puede estar dispuesto dentro del tren óptico antes de la ventana de muestreo 316 y obtener igualmente sustancialmente los mismos resultados. En otras modalidades, la ventana de muestreo 316 puede servir un propósito dual tanto como una ventana de transmisión como el ICE 320 (esto es, un componente espectral). En todavía otras modalidades, el ICE 320 puede interactuar ópticamente con el fluido 302 o radiación electromagnética 310 para generar la radiación electromagnética modificada 322 a través de reflexión, en lugar de transmisión a través.

Por otra parte, mientras se muestra solamente un ICE 320 en el dispositivo 306, se contemplan en este documento modalidades que incluyen el uso de dos o más componentes de ICE en el dispositivo 306 configurados para determinar cooperativamente la característica de interés en el fluido 302 o un microorganismo presente en el mismo. Por ejemplo, se pueden disponer dos o más ICEs en serie o en paralelo dentro del dispositivo 306 y configurar para recibir la radiación interactuada ópticamente 318 y de esta manera mejorar la sensibilidad y límites de detector del dispositivo 306. En otras modalidades, se pueden disponer dos o más ICEs en un ensamble movible, tal como un disco giratorio o un arreglo lineal oscilatorio, que se mueve de tal forma que los componentes de ICE individuales sean capaces de quedar expuestos a o de otra forma interactuar ópticamente con la radiación electromagnética por un breve periodo de tiempo distinto. Dichos dos o más componentes de ICE en cualquiera de estas modalidades se pueden configurar para estar asociados o desasociados con la característica de interés del fluido 302 o un microorganismo presente en el mismo. En otras modalidades, se pueden configurar dos o más ICEs para estar correlacionados positivamente o negativamente con la característica de interés en el fluido 302 o un microorganismo presente en el mismo. Estas modalidades opcionales que emplean dos o más componentes de ICE se describen adicionalmente en los documentos en trámite de Solicitud de Patente de los Estados Unidos Nos. de Serie 13/456,264; 13/456,405; 13/456,302; y 13/456,327, los contenidos de los cuales se incorporan en la presente por referencia en sus totalidades.

En algunas modalidades, puede ser deseable monitorear más de una característica de interés o microorganismo al mismo tiempo utilizando el dispositivo 306. En tales modalidades, se pueden utilizar diferentes configuraciones para múltiples componentes de ICE, donde cada componente de ICE está configurado para detectar una característica o microorganismo particular y/o distinto de interés. En algunas modalidades, la característica de interés se puede analizar secuencialmente o microorganismo utilizando los múltiples componentes de ICE que se proporcionan en un solo haz de radiación electromagnética que es reflejada desde o transmitida a través del fluido 302. En algunas modalidades, como se mencionó brevemente antes, se pueden disponer múltiples componentes de ICE en un disco giratorio, donde los componentes de ICE individuales solamente se exponen al haz de radiación electromagnética por un tiempo corto. Ventajas de este enfoque pueden incluir la capacidad de analizar múltiples características o microorganismos dentro del fluido 302 utilizando un solo dispositivo óptico de computación y la oportunidad de ensayar microorganismos adicionales simplemente al agregar componentes de ICE adicionales al disco giratorio.

En otras modalidades, se pueden colocar múltiples dispositivos ópticos de computación en una sola ubicación a lo largo de la vía de flujo 304, donde cada dispositivo óptico de computación contiene un componente de ICE único que está configurado para detectar una característica particular de interés presente en el fluido 302 o un microorganismo presente en el mismo. En tales modalidades, un divisor de haz puede desviar una porción de la radiación electromagnética que está siendo reflejada por, emitida desde, o transmitida a través del fluido 302 y a cada dispositivo óptico de computación. Cada dispositivo óptico de computación, a su vez, puede estar acoplado a un detector o arreglo de detectores correspondiente que está configurado para detectar y analizar una salida de radiación electromagnética desde el dispositivo óptico de computación respectivo. Configuraciones paralelas de dispositivos ópticos de computación pueden ser particularmente benéficas para aplicaciones que requieren entradas de energía baja y/o ninguna parte movible.

Aquellos experimentados en la materia apreciarán que cualquiera de las configuraciones anteriores se pueden utilizar adicionalmente en combinación con una configuración en serie en cualquiera de las presentes modalidades. Por ejemplo, dos dispositivos ópticos de computación que tienen un disco giratorio con una pluralidad de componentes de ICE dispuestos en el mismo se puedan colocar en serie para llevar a cabo un análisis en una sola ubicación a lo largo de la longitud de la vía de flujo 304. Igualmente, se pueden colocar en serie múltiples estaciones de detección, cada una con dispositivos ópticos de computación en paralelo, para llevar a cabo un análisis similar.

La radiación electromagnética modificada 322 generada por el ICE 320 se puede transmitir subsecuentemente a un detector 324 para cuantificación de la señal. El detector 324 puede ser cualquier dispositivo capaz de detectar radiación electromagnética, y se puede caracterizar generalmente como un transductor óptico. En algunas modalidades, el detector 324 puede ser, pero no está limitado a, un detector térmico tal como un detector de termopila o fotoacústico, un detector semiconductor, un detector piezoeléctrico, un detector de dispositivo de carga acoplada (CCD, Charge Coupled Device), un detector de video o arreglo, un detector de división, un detector de fotones (tal como un tubo fotomultiplicador), fotodiodos, combinaciones de los mismos, o similares, u otros detectores conocidos por aquellos experimentados en la materia.

En algunas modalidades, el detector 324 puede estar configurado para producir una señal de salida 326 en tiempo real o casi en tiempo real en la forma de un voltaje (o corriente) que corresponde a la característica particular de interés en el fluido 302 o un microorganismo presente en el mismo. El voltaje regresado por el detector 324 es esencialmente el producto de punto de la interacción óptica de la radiación interactuada ópticamente 318 con el ICE 320 respectivo como una función de la concentración de la característica o microorganismo de interés del fluido 302. Como tal, la señal de salida 326 producida por el detector 324 y la concentración de la característica de interés en el fluido 302 o un microorganismo presente en el mismo se puede relacionar, por ejemplo, directamente proporcional. En otras modalidades, sin embargo, la relación puede corresponder a una función polinomial, una función exponencial, una función logaritmica, y/o una combinación de las mismas.

En algunas modalidades, el dispositivo 306 puede incluir un segundo detector 328, el cual puede ser similar al primer detector 324 en que éste puede ser cualquier dispositivo capaz de detectar radiación electromagnética. Similar al segundo detector 216 de la Figura 2, el segundo detector 328 de la Figura 3 se puede utilizar para detectar las desviaciones de radiación que se derivan de la fuente de radiación electromagnética 308. Pueden ocurrir desviaciones de radiación indeseables en la intensidad de la radiación electromagnética 310 debido a una amplia variedad de razones y potencialmente provocar diferentes efectos negativos en el dispositivo 306. Estos efectos negativos pueden ser particularmente perjudiciales para las mediciones tomadas a través de un periodo de tiempo. En algunas modalidades, las desviaciones de radiación pueden ocurrir como resultado de una acumulación de película o material en la ventana de muestreo 316 que tiene el efecto de reducir la cantidad y calidad de luz que por último alcanza el primer detector 324. Sin la compensación apropiada, tales desviaciones de radiación podrían resultar en lecturas falsas y la señal de salida 326 no se relacionaría más primariamente o con precisión con la característica o microorganismo de interés.

Para compensar estos tipos de efectos indeseables, el segundo detector 328 puede estar configurado para generar una señal de compensación 330 generalmente indicativa de las desviaciones de radiación de la fuente de radiación electromagnética 308, y de esta manera normalizar la señal de salida 326 generada por el primer detector 324. Como se ilustra, el segundo detector 328 puede estar configurado para recibir una porción de la radiación interactuada ópticamente 318 por medio de un divisor de haz 322 con el fin de detectar las desviaciones de radiación. En otras modalidades, sin embargo, el segundo detector 328 puede estar dispuesto para recibir radiación electromagnética desde cualquier porción del tren óptico en el dispositivo 306 con el fin de detectar las desviaciones de radiación, sin apartarse del alcance de la divulgación.

En algunas aplicaciones, la señal de salida 326 y la señal de compensación 330 pueden ser transmitidas a o ser recibidas por un procesador de señal 334 acoplado comunicativamente a ambos detectores 320, 328. El procesador de señal 334 puede ser una computadora que incluye medios legibles por máquina no transitorios, y puede estar configurado para combinar computacionalmente la señal de compensación 330 con la señal de salida 326 con el fin de normalizar la señal de salida 326 en vista de cualquier desviación de radiación detectada por el segundo detector 328. En algunas modalidades, combinar computacionalmente las señales de salida y de compensación 320, 328 puede implicar calcular una relación de las dos señales 320, 328. Por ejemplo, la concentración de cada microorganismo o la magnitud de cada característica determinada utilizando el dispositivo óptico de computación 306 se puede alimentar en un algoritmo ejecutado por medio del procesador de señal 334. El algoritmo puede estar configurado para hacer predicciones acerca de cómo cambian las características del fluido 302 si las concentraciones de los microorganismos cambian entre ellas .

En tiempo real o casi en tiempo real, el procesador de señal 334 puede estar configurado para proporcionar la señal de salida resultante 336 que corresponde a una concentración de la característica de interés en el fluido 302 o un microorganismo presente en el mismo. La señal de salida resultante 336 puede ser legible por un operador quien puede considerar los resultados y hacer los ajustes apropiados o emprender acción apropiada, si es necesario, con base en la concentración medida de microorganismos en el fluido 302. En algunas modalidades, la señal de salida resultante 336 se puede transmitir, ya sea alámbricamente o inalámbricamente, al usuario para su consideración. En otras modalidades, la señal de salida resultante 336 puede ser reconocida por el procesador de señal 334 como estando dentro o fuera de un rango predeterminado o preprogramado de operación adecuada.

Por ejemplo, el procesador de señal 334 puede estar programado con un perfil de impureza que corresponde a uno o más microorganismos. El perfil de impureza puede ser una medición de una concentración o porcentaje de microorganismo dentro del fluido 302. En algunas modalidades, el perfil de impureza se puede medir en el rango de las partes por millón, pero en otras modalidades, el perfil de impureza se puede medir en el rango de partes por millar o billón. Si la señal de salida resultante 336 excede o cae fuera de un rango de operación predeterminado o preprogramado para el perfil de impureza, el procesador de señal 334 puede estar configurado para alertar al usuario de una cantidad excesiva o porcentaje de microorganismo(s) de tal forma que se pueda tomar la acción correctiva apropiada. En otras modalidades, el procesador de señal 334 puede estar configurado para emprender autónomamente la acción correctiva apropiada de tal forma que la señal de salida resultante 336 regrese a un valor que caiga dentro del rango predeterminado o preprogramado de operación adecuada. En algunas modalidades, la acción correctiva puede incluir, pero no está limitado a, agregar una sustancia de tratamiento (esto es, un tratamiento biocida, antibacteriano, o microbiológico) a la vía de flujo 302, aumentar o disminuir el flujo de fluido dentro de la via de flujo 302, cerrar el flujo de fluido dentro de la via de flujo 302, combinaciones de los mismos, o similares.

Aquellos experimentados en la materia apreciarán fácilmente las diferentes y numerosas aplicaciones en las que el sistema 300, y configuraciones alternativas del mismo, se puede utilizar de manera adecuada. Por ejemplo, en una o más modalidades, el fluido 302 puede ser un hidrocarburo que corresponde a la industria del petróleo y gas y se transporta a través de una vía de flujo 304, tal como una linea de tubería o una linea de flujo. El dispositivo óptico de computación 306 puede ser conveniente para monitorear o cuantificar la concentración de uno o más microorganismos presentes dentro del fluido 302. Como se reconoce por aquellos experimentados en la materia, los microorganismos más problemáticos en el transporte de hidrocarburos son aquellos que atacan la infraestructura de la linea de tubería al impartir un efecto corrosivo en las líneas de tubería, tales como las bacterias de reducción de sulfato que crean un entorno extremadamente corrosivo en las líneas de tubería. En algunos casos, los microorganismos dentro del fluido 302 pueden no afectar de manera adversa el flujo de fluido en vivo actual, pero pueden tener el potencial de infectar otros sistemas de línea de flujo o recipientes si no se lleva a cabo el cuidado correctivo apropiado. En tales casos, el sistema 300 puede ser útil para prevenir el comienzo de degradación de la línea de tubería en porciones aguas abajo de la vía de flujo 304.

En operación, el dispositivo óptico de computación 306 puede interactuar ópticamente con el fluido 302 y/o los microorganismos presentes en el mismo para proporcionar datos en tiempo real, precisos con respecto al estatus microbiológico dentro de la vía de flujo 304, de tal forma que se puedan tomar acciones correctivas más específicas para prevenir el daño innecesario de la línea de tubería o contaminación del depósito. Al saber qué tan infectadas están el inventario de tuberías o líneas de tuberías con flujo con un microorganismo particular, se puede administrar una dosis de tratamiento antibacteriano o microbiológico que esté adaptado para la necesidad específica. Por ejemplo, el dispositivo 306 puede estar configurado para detectar o monitorear las cantidades de bacterias de reducción de sulfato en la vía de flujo 304 o la cantidad de bacterias de producción de ácido en la vía de flujo 304. Cuando la concentración de tales microorganismos sobrepasa un perfil de impureza predeterminado o límite operacional seguro, el sistema 300 puede alertar al operador de la necesidad de un tratamiento microbiológico. Después del tratamiento microbiológico (esto es, cualquier acción correctiva), el dispositivo óptico de computación 306 puede ser útil en la determinación de la efectividad del tratamiento, tal como al proporcionar la concentración de microorganismos viables, no-viables, o inactivados restantes dentro del fluido 302. Como se apreciará, esto puede tener el efecto de reducir los efectos de daño de ciertos químicos en el entorno, y los operadores de línea de tubería experimentarán costos reducidos de regulación química y costos de remediación química.

En otras modalidades, el fluido 302 puede ser un combustible, tal como diésel o combustible para aviones, contenido en una via de flujo 304, tal como una línea de tubería o un recipiente de almacenamiento. El dispositivo óptico de computación 306 puede ser conveniente para monitorear o cuantificar la cantidad microbiológica presente dentro del fluido 302. Algunos microorganismos, como bacterias y hongos, viven en combustibles como el diésel o combustible para aviones. Algunos de estos organismos crean una película biológica viscosa que, a su vez, puede potencialmente obstruir los sistemas de combustible. Hay algunos factores que aceleran la formación microbiológica, especialmente agua en el combustible y fluctuaciones de temperatura. El tiempo que el combustible es almacenado también representa un factor importante para la severidad del problema, ya que los microorganismos necesitan tiempo para establecer una colonia problemática. En algunos casos, puede tomar varios meses para que las colonias obtengan un tamaño problemático.

El sistema 300 puede ser útil para cuantificar el nivel de contaminación bacteriana del combustible en tiempo real. Por ejemplo, el dispositivo óptico de computación 306 puede estar configurado para cuantificar una especie y/o cepa microbiológica especifica que por lo general vive en el combustible para determinar si se requieren acciones correctivas (esto es, limpieza o dosificación), o de otra forma si el combustible es utilizable o sigue siendo viable. En algunas modalidades, el sistema 300 se puede instalar en un aparato de detección de mano que puede estar configurado para interactuar ópticamente con el combustible para determinar si el combustible es utilizable o no. Tal aparato de mano se describe en el documento de Solicitud de Patente de los Estados Unidos en trámite No. XX/XXX,XXX (No. De Expediente del Abogado 2012-IP-058393U1; 086108-0657) intitulado "Handheld Characteristic Analyser and Methods of Using the Same", (Analizador de Características de Mano y Métodos para Utilizar el Mismo), el contenido del cual se incorpora en la presente por referencia en la medida que no sea inconsistente con la presente divulgación. En otras modalidades, el sistema 300 puede estar instalado permanentemente en la vía de flujo 304 (p.ej., una línea de tubería o recipientes de almacenamiento) para proporcionar capacidades de monitoreo de combustible en tiempo real, constante.

En todavía otras modalidades, el fluido 302 puede ser agua y el sistema 300 puede ser conveniente para monitorear o cuantificar la cantidad microbiológica presente en el mismo.

Por ejemplo, el agua utilizada en operaciones subterráneas en la industria del petróleo y gas puede en ocasiones ser obtenida a partir de un número de fuentes de agua "sucia", que tienen niveles variables de bacterias u otros tipos de contaminación de microorganismos en ella. Aunque la contaminación de microorganismos puede en ocasiones no ser particularmente problemática en temperaturas ambiente en la superficie de la tierra, una vez que el agua se introduce en un entorno de crecimiento más favorable, los niveles de microorganismos y sus efectos perjudiciales pueden aumentar rápidamente. Por ejemplo, cuando se introduce en un entorno subterráneo caliente, incluso los niveles bajos de microorganismos se pueden multiplicar rápidamente y llevar potencialmente al daño de una formación subterránea. Igualmente, las condiciones de crecimiento favorables pueden en ocasiones encontrarse en una linea de tubería o vía de flujo de fluido similar.

Los microorganismos pueden llevar a contaminación biológica de una superficie subterránea o superficies de línea de tubería (interna y externa). Una bacteria anaeróbica puede ser particularmente perjudicial cuando se introduce en una formación subterránea o una línea de tubería debido al sulfuro de hidrógeno que produce la misma. Los microorganismos que se multiplican rápidamente y sus subproductos metabólicos pueden atascarse rápidamente y corroer los tubulares de producción, tapar las fracturas de la formación, y/o producir sulfuro de hidrógeno que representa un riesgo de salud y puede llevar a la falla de terminación y pérdida de producción. En consecuencia, puede ser altamente deseable monitorear los niveles de microorganismos antes y/o durante el transporte del agua hacia y desde una formación subterránea.

El equipo de tratamiento de agua, tal como el servicio CLEANSTREAM® de Halliburton, se puede utilizar para tratar el agua antes que sea bombeada al interior de una o más vías de flujo 304 (p.ej., líneas de tubería, líneas de flujo, etc.). En operación, el sistema 300 puede ser útil para documentar la efectividad del tratamiento de agua, o determinar la necesidad de tratamiento de agua adicional. En particular, el dispositivo óptico de computación 306 puede estar configurado para monitorear y/o cuantificar una especie y/o cepa microbiológica específica en el agua. En algunas modalidades, el ICE 320 puede estar configurado para detectar y cuantificar microorganismos viables en el fluido 302. En otras modalidades, el ICE 320 puede estar configurado para detectar y cuantificar microorganismos no-viables o inactivados en el fluido 302. En todavía otras modalidades, puede haber múltiples componentes de ICE 320 configurados para detectar y cuantificar microorganismos viables, no-viables, y/o inactivados en el fluido 302. Esto puede resultar conveniente en aplicaciones tales como lavado de tubos u operaciones de inyección de agua. En otras aplicaciones, como se apreciará, el sistema 300 puede además ser útil para determinar la calidad del agua para beber en ubicaciones gue exhiben fuentes de agua sub-premium.

En modalidades adicionales, el sistema 300 se puede utilizar para determinar o determinar el contenido microbiológico en superficies sólidas. Como se reconoce por aquellos experimentados en la materia, las superficies sólidas a menudo son susceptibles al crecimiento de microorganismos en las mismas. Alguien experimentado en la materia reconocerá adicionalmente que la contaminación de microorganismos sobre una superficie puede resultar en un número de efectos perjudiciales incluyendo, por ejemplo, contaminación biológica, reducción de permeabilidad, falla estructural, corrosión, riesgos para la salud, y cualquier combinación de los mismos. La contaminación por microorganismos puede ser particularmente problemática en una línea de tubería o conducto de fluido similar o vía de flujo, como se mencionó anteriormente. En una linea de tubería o conducto de fluido similar, los microorganismos pueden agregarse en ocasiones en las juntas, soldaduras, costuras, y similares, donde pueden aumentar significativamente el riesgo de falla estructural. Como se discutió anteriormente, las bacterias anaeróbicas pueden ser particularmente problemáticas en este respecto debido al sulfuro de hidrógeno que producen como un subproducto metabólico. El sistema 300 descrito en este documento, sin embargo, y sus múltiples variaciones, se puede utilizar para monitorear o detectar la contaminación de microorganismos en tales superficies sólidas con el fin de reducir de manera proactiva sus efectos perjudiciales. Por ejemplo, el dispositivo óptico de computación 306 puede estar configurado para monitorear y/o cuantificar una especie y/o cepa microbiológica especifica que comúnmente se desarrolla en superficies sólidas.

Aquellos experimentados en la materia reconocerán fácilmente que los microorganismos se colocan convenientemente en un hábitat, significando, que a menudo se encuentran en asociación con ciertas características ambientales incluyendo restricciones de condiciones de temperatura, químicas, y biológicas. Tales microorganismos formarán generalmente relaciones simbióticas con otros micro y macro organismos. Adicionalmente, tienden a alterar o controlar su entorno de tal forma que experimentan condiciones reproductivas favorables. Por ejemplo, la levadura exudará trazas identificables, tales como alcoholes, que pueden ser indicativas de la presencia de levadura. En consecuencia, cuando se identifica una especie o género, u otra rama relacionada de microorganismos, a menudo se puede inferir que hay otras de las mismas especies, géneros, u otra rama relacionada presentes. Igualmente, también se puede inferir que hay microorganismos de hábitat similar, especialmente de una naturaleza simbiótica. Por ejemplo, la presencia de algunas bacterias de reducción de azufre pueden ser indicativas de la presencia de cualquiera de una clase más grande de bacteria de reducción de azufre, o bacteria anaeróbica. Tal presencia de bacterias de reducción de azufre se puede de hecho inferir por la presencia de productos de azufre tal como H2S, que se conoce que producen. En consecuencia, el análisis de la presencia, destrucción, e inactividad de ciertos microorganismos puede ser representante determinista de la presencia, destrucción, e inactividad de otros microorganismos relacionados.

En consecuencia, en incluso modalidades adicionales, el sistema 300 se puede utilizar para determinar o cuantificar un microorganismo particular al monitorear o analizar trazas de químicos o microorganismos asociados con el microorganismo de interés. En algunas modalidades, el microorganismo de interés puede estar asociado con un químico o microorganismo monitoreado/analizado en virtud del hábitat, incluyendo las restricciones de condiciones de temperatura, químicas, y biológicas. En otras modalidades, el microorganismo de interés puede estar asociado con un químico o microorganismo monitoreado/analizado en virtud de la simbiosis, donde la presencia, destrucción, y/o inactividad de un microorganismo monitoreado puede ser representante determinista de la presencia, destrucción, e inactividad del microorganismo de interés.

Haciendo referencia ahora a la Figura 4, se ilustra otro sistema ejemplar 400 para monitorear un fluido 302, de acuerdo con una o más modalidades. El sistema 400 puede ser similar en algunos aspectos al sistema 300 de la Figura 3, y por lo tanto se puede entender mejor con referencia al mismo, donde los números similares indican elementos similares que no se describirán nuevamente. Como se ilustra, el dispositivo óptico de computación 306 puede nuevamente estar configurado para determinar la concentración de una característica de interés en el fluido 302 o un microorganismo presente en el mismo estando contenido dentro de la vía de flujo 304. A diferencia del sistema 300 de la Figura 3, sin embargo, el dispositivo óptico de computación 306 en la Figura 4 puede estar configurado para transmitir la radiación electromagnética a través del fluido 302 por medio de una primera ventana de muestreo 402a y una segunda ventana de muestreo 402b colocada radialmente opuesta a la primera ventana de muestreo 402a. La primera y segunda ventanas de muestreo 402a, 402b pueden ser similares a la ventana de muestreo 316 descrita anteriormente en la Figura 3.

Conforme la radiación electromagnética 310 pasa a través del fluido 302 por medio de la primera y segunda ventanas de muestreo 402a, 402b, esta interactúa con el fluido 302 y al menos un microorganismo presente en el mismo. La radiación interactuada ópticamente 318 se dirige subsecuentemente hacia o se recibe por el ICE 320 acomodado dentro del dispositivo 306. Se observa nuevamente que, mientras la Figura 4 representa el ICE 320 como recibiendo la radiación interactuada ópticamente 318 como transmitida a través de las ventanas de muestreo 402a, 402b, el ICE 320 puede igualmente estar acomodado en cualquier punto a lo largo del tren óptico del dispositivo 306, sin apartarse del alcance de la divulgación. Por ejemplo, en una o más modalidades, el ICE 320 puede estar acomodado dentro del tren óptico antes de la primera ventana de muestreo 402a e igualmente obtener sustancialmente los mismos resultados. En otras modalidades, una o cada una de la primera o segunda ventanas de muestreo 402a, 402b puede servir para un propósito dual como una ventana de transmisión y el ICE 320 (esto es, un componente espectral) . En todavía otras modalidades, el ICE 320 puede generar la radiación electromagnética modificada 322 a través de reflexión, en lugar de transmisión a través. Por otra parte, como con el sistema 300 de la Figura 3, se contemplan modalidades en este documento que incluyen el uso de al menos dos componentes de ICE en el dispositivo 306 configurados para determinar cooperativamente la característica de interés en el fluido 320 o un microorganismo presente en el mismo.

La radiación electromagnética modificada 322 generada por el ICE 320 se transmite subsecuentemente al detector 324 para la cuantificación de la señal y la generación de la señal de salida 326 que corresponde a la característica particular de interés en el fluido 302 o un microorganismo presente en el mismo. Como con el sistema 300 de la Figura 3, el sistema 400 puede también incluir el segundo detector 328 para detectar desviaciones de radiación que se derivan de la fuente de radiación electromagnética 308. Como se ilustra, el segundo detector 328 puede estar configurado para recibir una porción de la radiación interactuada ópticamente 318 por medio del divisor de haz 332 con el fin de detectar las desviaciones de radiación. En otras modalidades, sin embargo, el segundo detector 328 puede estar acomodado para recibir la radiación electromagnética desde cualquier porción del tren óptico en el dispositivo 306 con el fin de detectar las desviaciones de radiación, sin apartarse del alcance de la divulgación. La señal de salida 326 y la señal de compensación 330 se pueden después transmitir hacia o recibir por el procesador de señal 334 el cual puede combinar computacionalmente las dos señales 330, 326 y proporcionar en tiempo real o casi en tiempo real la señal de salida resultante 336 que corresponde a la concentración de la característica de interés en el fluido 302 o un microorganismo presente en el mismo.

Todavía con referencia a la Figura 4, con referencia adicional a la Figura 3, aquellos experimentados en la materia reconocerán fácilmente que, en una o más modalidades, la radiación electromagnética se puede derivar del fluido 302 en sí, y de otra forma derivar independiente de la fuente de radiación electromagnética 308. Por ejemplo, diferentes sustancias irradian naturalmente radiación electromagnética que es capaz de interactuar ópticamente con el ICE 320. En algunas modalidades, por ejemplo, el fluido 302 o el microorganismo dentro del fluido 302 puede ser una sustancia de radiación de cuerpo negro configurada para irradiar calor que puede interactuar ópticamente con el ICE 320. En otras modalidades, el fluido 302 o el microorganismo dentro del fluido 302 puede ser radioactivo o quimio-luminiscente y, por lo tanto, irradiar la radiación electromagnética que es capaz de interactuar ópticamente con el ICE 320. En todavía otras modalidades, la radiación electromagnética puede ser inducida desde el fluido 302 o el microorganismo dentro del fluido 302 al actuar sobre el mismo mecánicamente, magnéticamente, eléctricamente, combinaciones de los mismos, o similares. Por ejemplo, en al menos una modalidad, se puede aplicar un voltaje a través del fluido 302 o el microorganismo dentro del fluido 302 con el fin de inducir la radiación electromagnética. Como resultado, se contemplan modalidades en este documento donde la fuente de radiación electromagnética 308 se omite del dispositivo óptico de computación 306.

También se debe observar que los diferentes dibujos que se proporcionan en este documento no están necesariamente dibujados a escala ni, estrictamente hablando, se representan como ópticamente correctos como se entiende por aquellos experimentados en óptica. Más bien, los dibujos son solamente ilustrativos en su naturaleza y se utilizan generalmente en este documento con el fin de complementar el entendimiento de de los sistemas y métodos que se proporcionan en este documento. De hecho, mientras los dibujos pueden no ser ópticamente precisos, las interpretaciones conceptuales que se representan en ellos reflejan con precisión la naturaleza ejemplar de las diferentes modalidades que se divulgan.

Por lo tanto, la presente invención está bien adaptada para alcanzar los fines y ventajas mencionadas asi como aquellas que son inherentes a las mismas. Las modalidades particulares divulgadas anteriormente son sólo ilustrativas, ya que la presente invención se puede modificar y practicar en diferentes pero equivalentes maneras aparentes para aquellos experimentados en la materia que tengan el beneficio de las enseñanzas en este documento. Por otra parte, no se pretende ninguna limitación a los detalles de construcción o diseño mostrados en este documento, además de los descritos en las reivindicaciones que siguen. Es por lo tanto evidente que las modalidades ilustrativas particulares divulgadas anteriormente se pueden alterar, combinar o modificar y que todas esas variaciones se consideran dentro del alcance y espíritu de la presente invención. La invención que se divulga ilustrativamente en este documento se puede practicar de manera adecuada en la ausencia de cualquier elemento que no se divulgue específicamente en este documento y/o cualquier elemento opcional que se divulgue en este documento. Mientras las composiciones y métodos se describen en términos de "que comprende", "que contiene", o "que incluye" diferentes componentes o pasos, las composiciones y métodos también pueden "consistir esencialmente de" o "consistir de" los diferentes componentes y pasos. Todos los números y rangos divulgados anteriormente pueden variar en alguna cantidad. Siempre que se divulga un rango numérico con un límite inferior y un límite superior, se divulga específicamente cualquier número y cualquier rango incluido que caigan dentro del rango. En particular, cada rango de valores (de la forma, "desde unos A a unos B", o, equivalentemente, "desde aproximadamente A a B", o, equivalentemente, "desde aproximadamente A-B ") que se divulga en este documento se debe entender para establecer cualquier número y rango abarcado dentro del rango más amplio de valores. También, los términos en las reivindicaciones tienen su significado simple, ordinario a menos que se defina explícitamente y claramente lo contrario por el titular de la patente. Además, los artículos indefinidos "uno" o "una", como se utilizan en las reivindicaciones, se definen en este documento para hacer referencia a uno o más de uno del elemento que introduce. Si hay cualquier conflicto en los usos de una palabra o término en esta especificación y una o más patentes u otros documentos que se puedan incorporar en este documento por referencia, se deben adoptar las definiciones que sean consistentes con esta especificación.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención como antecede, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Un sistema, que comprende: una vía de flujo que contiene un fluido; al menos un elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido y al menos un microorganismo en el mismo, generando de esta manera luz interactuada ópticamente; y al menos un detector dispuesto para recibir la luz interactuada ópticamente y generar una señal de salida que corresponde a una característica del fluido, la característica del fluido comprende una propiedad que se relaciona con dicho al menos un microorganismo.

2. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la propiedad que se relaciona con dicho al menos un microorganismo es una concentración de dicho al menos un microorganismo dentro del fluido.

3. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho al menos un elemento computacional integrado está configurado para analizar el fluido enfocado a microorganismos viables dentro del fluido.

4. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho al menos un elemento computacional integrado está configurado para analizar el fluido enfocado a microorganismos no-viables dentro del fluido.

5. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el fluido comprende un fluido seleccionado del grupo que consiste de un hidrocarburo, combustible para aviones, combustible diésel, agua, combinaciones de los mismos, y cualquier derivado de los mismos.

6. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la vía de flujo comprende una vía de flujo seleccionado del grupo que consiste de una linea de flujo, una linea de tubería, una manguera, una instalación de procesos, un recipiente de almacenamiento, una cisterna, un carro tanque de ferrocarril, un barco o buque de transporte, un canal, una corriente, una cloaca, una formación subterránea, y combinaciones de los mismos

7. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho al menos un microorganismo comprende un microorganismo seleccionado del grupo que consiste de bacterias, protobacterias, protozoos, fitoplancton, virus, hongos, algas, sustancias microbiológicas , combinaciones de los mismos, y cualquier derivado de los mismos.

8. El sistema de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque la bacteria es una bacteria de reducción de sulfato.

9. El sistema de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque la bacteria es aeróbica o anaeróbica.

10. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, además comprende una fuente de radiación electromagnética configurada para emitir radiación electromagnética que interactúa ópticamente con el fluido.

11. El sistema de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque dicho al menos un detector es un primer detector y el sistema además comprende un segundo detector dispuesto para detectar radiación electromagnética de la fuente de radiación electromagnética y de esta manera general una señal de compensación indicativa de las desviaciones de radiación electromagnética.

12. El sistema de acuerdo con la reivindicación 11, además comprende un procesador de señal acoplado comunicativamente al primer y segundo detectores, el procesador de señal está configurado para recibir y combinar computacionalmente las señales de salida y compensación con el fin de normalizar la señal de salida.

13. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la concentración de al menos un microorganismo dentro del fluido es una traza de dicho al menos un microorganismo asociada con un microorganismo de interés.

14. Un método para monitorear un fluido, que comprende: contener el fluido dentro de una vía de flujo; interactuar ópticamente al menos un elemento computacional integrado con el fluido y al menos un microorganismo presente dentro del fluido, generando de esta manera luz interactuada ópticamente; recibir con dicho al menos un detector la luz interactuada ópticamente; y generar con dicho al menos un detector una señal de salida que corresponde a una característica del fluido, la característica del fluido es una propiedad que se relaciona con dicho al menos un microorganismo dentro del fluido.

15. El método de acuerdo con la reivindicación 14, además comprende analizar el fluido enfocado a microorganismos viables dentro del fluido con dicho al menos un elemento computacional integrado.

16. El método de acuerdo con las reivindicaciones 14 ó 15, además comprende analizar el fluido enfocado a microorganismos no-viables dentro del fluido con dicho al menos un elemento computacional integrado.

17. El método de acuerdo con las reivindicaciones 14, 15 ó 16, caracterizado porque la propiedad que se relaciona con dicho al menos un microorganismo es una concentración de dicho al menos un microorganismo dentro del fluido.

18. El método de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizado porque la concentración de dicho al menos un microorganismo dentro del fluido es una traza de dicho al menos un microorganismo asociada con un microorganismo de interés.

19. El método de acuerdo con las reivindicaciones 14, 15, 17 ó 18, además comprende: recibir la señal de salida con un procesador de señal acoplado comunicativamente a dicho al menos un detector; y determinar la característica del fluido con el procesador de señal.

20. Un método de control de calidad para un fluido, que comprende: interactuar ópticamente al menos un elemento computacional integrado con un fluido contenido dentro de una vía de flujo y de esta manera generar luz interactuada ópticamente, el fluido tiene al menos un microorganismo presente en el mismo; recibir con al menos un detector la luz interactuada ópticamente; medir una característica del fluido con dicho al menos un detector, la característica del fluido es una propiedad que se relaciona con dicho al menos un microorganismo; generar una señal de salida que corresponde a la característica del fluido; y emprender al menos un paso correctivo cuando la característica del fluido sobrepasa un rango predeterminado de operación adecuada.

21. El método de acuerdo con la reivindicación 20, caracterizado porque la propiedad que se relaciona con dicho al menos un microorganismo es una concentración de dicho al menos un microorganismo dentro del fluido.

22. El método de acuerdo con la reivindicación 20 ó 21, además comprende analizar el fluido enfocado a microorganismos viables dentro del fluido con dicho al menos un elemento computacional integrado.

23. El método de acuerdo con la reivindicación 22, caracterizado porque emprender dicho al menos un paso correctivo comprende agregar un tratamiento antibacteriano o microbiológico la via de flujo para reducir la concentración de microorganismos viables.

24. El método de acuerdo con la reivindicación 20, 21, 22, ó 23, además comprende analizar el fluido enfocado a microorganismos no-viables dentro del fluido con dicho al menos un elemento computacional integrado.

25. El método de acuerdo con la reivindicación 20, 21, 22, 23, 24, ó 25, caracterizado porque generar una señal de salida que corresponde a la característica del fluido además comprende determinar la efectividad de un tratamiento antibacteriano o microbiológico.

26. El método de acuerdo con la reivindicación 20, 21, 22, 23, 24, 25, ó 26, caracterizado porque generar una señal de salida que corresponde a la característica del fluido además comprende determinar la necesidad de un tratamiento antibacteriano o microbiológico.