BRPI0612597A2

BRPI0612597A2 - aparelho e método para otimizar o processo de separação gás/lìquido em um fluido que flui dentro de uma tubulação

Info

Publication number: BRPI0612597A2
Application number: BRPI0612597-2A
Authority: BR
Inventors: Daniel L Gysling
Original assignee: Cidra Corp
Priority date: 2005-07-07
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2010-11-30
Also published as: WO2007008626A1; EP1899688B1; DE602006017074D1; EP1899687A1; US7661302B2; NO340171B1; EP1899687B1; DE602006017840D1; MX2008000048A; CA2614021A1; AU2006269354B2; WO2007008623A1; EP1899688A1; ATE482380T1; NO20080613L; NO20080586L; AU2006269354A1; NO20080615L; ATE486270T1; AU2006269351A1

Abstract

APARELHO E METODO PARA OTIMIZAR O PROCESSO DE SEPARAçãO GAS/LIQUIDO EM UM FLUIDO QUE FLUI DENTRO DE UMA TUBULAçAO é propiciado um sistema e método para otimizar o processo de separação gás/líquido para um fluido que fluido dentro de uma tubulação, onde o método inclui receber umfluxo de fluido que possui um componente liquido e um componente gasoso. O método inclui ainda separar o componente líquido do componente gasoso, onde o componente líquido é separado do componente gasoso via um dispositivo separador. O método inclui ainda gerar dados do componente gasoso e dados do componente líquido, onde os dados do componente gasoso são responsivos ao transporte de líquido no componente gasoso e onde os dados do componente líquido são responsivos ao transporte de gás no componente liquido. Além disso, o método inclui processar os dados do componente gasoso e os dados do componente líquido para gerar dados de otimização do aparelho.

Description

APARELHO E MÉTODO PARA OTIMIZAR O PROCESSO DE SEPARAÇÃOGÁS/LÍQUIDO EM UM FLUIDO QUE FLUI DENTRO DE UMA TUBULAÇÃO

REFERÊNCIA A PEDIDOS DE PATENTES CORRELATOS

Este pedido de patente reivindica o benefício doPedido de Patente U.S. Provisório No. 60/760.845 (Documentodo Procurador no. CC-0845) depositado em 19 de janeiro de2006, Pedido de Patente U.S. Provisório No. 60/759.159(Documento do Procurador no. CC-0844) depositado em 12 dejaneiro de 2006; Pedido de Patente U.S. Provisório No.60/758.382 (Documento do Procurador no. CC-0843) depositadoem 11 de janeiro de 2006; Pedido de Patente U.S. ProvisórioNo. 60/724.952 (Documento do Procurador no. CC-0832)depositado em 6 de outubro de 20 05; Pedido de Patente U.S.Provisório No. 60/697.479 (Documento do Procurador no. CC-0820) depositado em 7 de julho de 2005; Pedido de PatenteU.S. Provisório No. 60/762.101 (Documento do Procurador no.CC-084 6) depositado em 24 de janeiro de 2006; Pedido dePatente U.S. Provisório No. 60/773.146 (Documento doProcurador no. CC-0847) depositado em 13 de fevereiro de2006; Pedido de Patente U.S. Provisório No. 60/744.706(Documento do Procurador no. CC-0848) depositado em 17 defevereiro de 2006, e Pedido de Patente U.S. Provisório No.60/YYY.YYY (Documento do Procurador no. CC-0860) depositadoem 30 de junho de 2006, todos os quais são incorporadosmediante referência aqui em suas totalidades.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

A produção de óleo e gás envolve a separação doshidrocarbonetos produzidos em fluxos de gás, óleo e água.Este processo envolve diversos separadores cascateados,conforme mostrado no artigo intitulado, The Auger Platform:Debottlenecking and Expansion of Fluid Handling Facilities(A Plataforma Escavadora: Desobstrução e Expansão deInstalações de Manuseio de Fluido) escrito por T. R. Judd eC. B. Wallace (SPE 36584), que é incorporado aqui mediantereferência. Freqüentemente, a taxa de produção global deuma plataforma é limitada pela capacidade de processar,isto é, separar, os fluidos produzidos.

Os detalhes de otimização do processo de separaçãosão complexos e altamente empíricos. Embora o tempo deresidência de uma mistura gás/líquido dentro de umrecipiente de assentamento (isto é, um separador) tenha umagrande influência na qualidade do processo de separação,esta qualidade é também normalmente influenciada por outrosfatores, tais como a composição da mistura, as propriedadesde fluido e os componentes internos do equipamento deseparação. Freqüentemente, diversos aditivos químicos sãoutilizados em diversos estágios no processo para auxiliarno processo de separação, tais como desembaçadores,desespumantes e interruptores de emulsificador. Além disso,o processo de separação completo envolve estágios múltiplosde separadores, compressores, trocadores de calor epossivelmente outro equipamento, com o desempenho de cadaestágio tendo um impacto no desempenho do estágio seguinte.No todo, é um processo muito complicado, empírico, aindacrítico na produção de óleo e gás. Contudo, infelizmente acapacidade de otimizar este processo, ou seja, a máximaprodução de óleo, é retardada pela capacidade de monitorareficazmente a eficiência, ou qualidade do processo deseparação em uma base de tempo real.

Um processo de fluxo de fluido (processo de fluxo)inclui qualquer processo que envolva o fluxo de fluidoatravés de tubulação, dutos, ou outros condutos, bem comoatravés de dispositivos de controle de fluido tais comobombas, válvulas, orifícios, trocadores de calor esimilares. Processos de fluxo são encontrados em diversasindústrias diferentes tais como na indústria de óleo e gás,refinamento, indústria de alimentos e bebidas, indústriaquímica e petroquímica, indústria de polpa e papel, geraçãode energia, indústria farmacêutica e indústria de água e detratamento de águas residuais. O fluido dentro do processode fluxo pode ser um fluido de fase única (por exemplo,gás, líquido ou mistura gás/líquido) e/ou uma misturamultifásica (por exemplo, suspensões de papel e polpa ououtras misturas sólido/líquido). A mistura multifásica podeser uma mistura líquido/gás de duas fases, uma misturasólido/gás ou uma mistura sólido/líquido, líquido permeadode gás ou uma mistura de três fases.

Em certos processos de fluxo, tais como aquelesencontrados nas indústrias de óleo e gás, é desejávelseparar componentes líquidos (por exemplo, óleo e/ou água)e gasosos (por exemplo, ar) de um fluido. Isto énormalmente conseguido utilizando um separador, que é umitem de equipamento de produção utilizado para separarcomponentes líquidos da corrente de fluido dos componentesgasosos. O fluido de componentes líquidos e gasososproveniente do separador em ramais separados (tubulações),com o ramal que contém o componente gasoso denominado"ramal de gás" e o ramal que contém o componente líquidodenominado "ramal de líquido". Cada um dos ramaisnormalmente inclui um medidor de fluxo para determinar ataxa de fluxo volumétrico dos componentes gasosos e defluido, respectivamente, onde a taxa de fluxo volumétricopara o ramal de gás é comumente medida usando uma placa deorifício. Além disso, o ramal de líquido pode incluir ummedidor de interrupção de água para determinar apercentagem (ou fração de fase) de água no fluxo de líquidopara através do mesmo determinar a percentagem de óleo nofluxo. Na verdade, em algumas configurações, os componenteslíquidos são separados em um "ramal de água" e um "ramal deóleo".

Como é bem conhecido na produção de óleo e gás, otransporte de líquido para dentro do ramal de gás de umseparador de gás/líquido comumente ocorre, onde o líquidonormalmente assume a forma de uma névoa compreendida depequenas gotículas de líquido. Isto é indesejável porque otransporte (carry-over) de líquido pode resultar em umconjunto de eventos indesejáveis que dependem em grandeparte do grau de transporte (carry-over) que se realiza.Como tal, a fim de minimizar a quantidade de transporte delíquido, a maior parte dos separadores possui coletores denévoa designados para recuperar o transporte de líquido.Além disso, o transporte (carry-under) de gás para dentrodo ramal de líquido (ou ramal de óleo e ramal de água) doseparador de gás/líquido comumente ocorre na produção deóleo e gás, onde o gás é normalmente compreendido depequenas bolhas que formam gás permeado no líquido.

Atualmente, a vasta maioria da produção de óleo domundo é alocada usando medições com base em separadores, emque separadores de teste são usados para determinarprodução de poço individual e separadores de produção dealta pressão sao freqüentemente usados paira alocar produçãoproveniente de campos individuais antes da mistura defluidos produzidos para processamento adicional. A precisãodestas medições é baseada na premissa de separação completadas fases de gás e líquidos. Sendo assim, a separação dasfases de óleo, água e gás é uma etapa crítica noprocessamento das correntes de produção de hidrocarbonetos.Projetos de separador variam de recipientes grandes,horizontais para separação óleo/água/gás de três fases aseparadores de líquido/gás de duas fases compactos. Emtodos os casos, teste preciso de poço e medições detransferência de custódia dependem da separação completa dafase líquida e gasosa, contudo na prática 100% de separaçãoé freqüentemente difícil ou impraticável de alcançar. Comotal, um pequeno, embora desconhecido, nível de gás em tubosde líquido é comum e pode resultar em erros de mediçãosignificativos em ambas as interrupção de água e taxa defluxo. Além disso, uma vez que o óleo sai no separador emou próximo à pressão de vapor, saída de gás adicional podeocorrer em pontos de pressão baixa nos processos a jusante.

Contudo, a medição de produção de óleo incluidiversas variáveis que podem variar de diferentespropriedades de óleo cru, interrupção de água, e razõesgás-óleo até taxas de produção variáveis, pressões etemperaturas. Determinada esta variabilidade associada coma produção de óleo, separar completamente as fases gasosa elíquida antes da medição freqüentemente se torna difícil,se não impraticável, de alcançar. Embora as quantidadesvariáveis de gás apresentadas durante a medição da faselíquida e as quantidades variáveis de líquido presentedurante a medição da fase gasosa sejam freqüentementepequenas, a presença destas fases secundárias faz com que avasta maioria de medidores de fluxo de gás de líquidoutilizada em aplicações de separador registre em excesso aquantidade de produto fluindo através das linhas. De fato,erros devidos a separação incompleta são freqüentemente amaior fonte de erro em medições de alocações de poço ecampo, resultando em uma distorção da visão do engenheirode reservatórios de produção poço a poço e introduzindoerros sistemáticos na alocação fiscal de produção. Observa-se que ao medir diretamente e compensar as fasessecundárias em fluxo de saídas de separador, erros demedição devidos à separação incompleta podem ser evitados.

Saída de Líquido do Ramal de Líquido

O volume de líquido que flui através da saída delíquido é normalmente medido usando medidores de turbina,medidores de deslocamento positivo ou Corioles, onde aprecisão da medição de taxa de fluxo de líquido depende emgrande parte do condicionamento da corrente de líquido.Infelizmente, gases permeados presentes no líquidonormalmente fazem com que o dispositivo de medição de fluxoprimário registre a taxa de fluxo volumétrico e, ondeaplicável, registre a densidade de líquido. Sendo assim, apresença de gases permeados dentro de um medidor de fluxoem uma saída de líquido pode ser rastreada até uma ou duasfontes primárias, tanto transporte (carry-under) de gásquanto/ou interrupção de gás. A primeira fonte primária,transporte (carry-under) de gás, normalmente resulta dapresença de pequenas bolhas de gás sendo permeadas nolíquido à medida que o mesmo deixa o separador. Devido àfísica da separação por gravidade (ou centrífuga),normalmente apenas as menores bolhas são transportadas coma fração de volume de gás transportado que aumenta comtaxas de fluxo crescentes através do separador. Conformemencionado acima, a segunda fonte primária de gás permeadono local de medição é devida a interrupção de gás. De formaideal, líquidos saem de um separador em condiçõessaturadas, isto é, desde que tempo de permanênciasuficiente no separador, todo o gás que sai da solução àpressão e temperatura de separador fez isto quando o fluxodeixa o separador. Este líquido, entretanto, pode conterainda quantidades significativas de gases dissolvidos quecontinuarão normalmente a "sair" do líquido com diminuiçõesadicionais em pressão abaixo da pressão de separador. Alémdisso, perdas de pressão devidas a fluxo através decanalização antes da medição e perdas de pressão devidas aopróprio dispositivo de medição de fluxo podem conduzir àsaída de gás adicional antes da medição.

Saída de Gás para Ramal de Gás

Além disso, o transporte (carry-over) de líquido nasaída de gás proveniente do separador é normalmente naforma de pequenas gotículas de líquido permeadas na névoa epodem variar enormemente em quantidade, onde estimativas de2% a 3% da taxa de entrada de líquido não são incomuns. Oimpacto do transporte de líquido é duas vezes maior.Primeiramente as gotículas de líquido podem provocarmedidores de fluxo de gás à base de pressão diferencial(DP), isto é, placas de orifício, cones em v, venturi's,para registrar a taxa de fluxo de gás em proporção àumidade. Segundo, dependendo das razões gás-óleo e outrosparâmetros, as taxas de líquido que passam através do ramalde gás podem ser um percentual significativo das taxas delíquido totais.

Sendo assim, em todos os cenários de separação acapacidade de determinar precisamente taxas de fluxo deóleo e água depende tanto da taxa de fluxo quando demedições de interrupção de água, onde a taxa de fluxo énormalmente feita com uma turbina, medidor de deslocamentopositivo ou coriolis e a interrupção de água é normalmentemedida utilizando microondas ou densidade coriolis. Odesafio é manter a precisão destas medições quando asbolhas de gás existirem no líquido. As medições de taxa defluxo irão, no mínimo, registrar o fluxo de líquido por umaquantidade igual à percentagem de volume do gás presente.

Por exemplo, 1% em volume de gás resulta em 1% de erro namedição de taxa de fluxo. Mesmo após todas as etapas deprocessamento que são finalizadas antes de um ponto demedição de transferência fiscal, diversas dezenas ou maisde um percentual de gás podem restar resultando em impactofinanceiro significativo. Além disso, o erro de medição deinterrupção de água devido a transporte de gás éfreqüentemente a única fonte de medição maior de erro. Porexemplo, uma densidade ou medição de microonda relatará umafração de óleo mais elevada do que a real quando o gáspermeado sair da corrente resultando em um registro da taxade óleo e um teste de poço impreciso. Conduzidos por metasde reduzir o tamanho e custo de separadores, muitosoperadores estão utilizando dispositivos de separaçãolíquido/gás de duas fases menores para determinar as taxasde fluxo de óleo e água. Contudo, infelizmente os métodos esistemas existentes são incapazes de alcançar os resultadosdesejados.

Por conseguinte, são necessários um sistema e métodopara quantificar os erros de medição associados com cadaramal de um separador e propiciar uma medição precisa dasaída de óleo, água e gás de uma cabeça de poço ou fluxo deentrada multifásica. Conforme mais adiante descrito emmaiores detalhes, a presente invenção propicia uma mediçãoprecisa e em tempo real de parâmetros de processo de fluxo,tais como o transporte de líquido (carry-over) e/ou otransporte de gás (carry-under) . Como tal, a presenteinvenção permite o controle e/ou otimização do processo deseparação através do controle do dispêndio dedesespumante/desenevoador e/ou ao manter o separador em umnível preferido.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

É propiciado um aparelho para otimizar o processo deseparação gás/líquido em um fluxo de fluido dentro de umatubulação, em que o aparelho inclui um dispositivoseparador comunicado com a tubulação para receber o fluido.O dispositivo separador separa o fluido em um componentegasoso e um componente líquido, em que o componente gasosoflui para dentro de um trecho de ramal de gás e em que ocomponente líquido flui para dentro de um trecho de ramalde líquido. Um aparelho de medição de ramal de gás é tambémpropiciado, onde o aparelho de medição de ramal de gás écomunicado com o componente gasoso para gerar dados decomponente gasoso responsivos ao transporte de líquido paradentro do componente de gás. Um aparelho de medição deramal de líquido é também propiciado, onde o aparelho demedição de ramal de líquido é comunicado como componentelíquido para gerar dados de componente líquido responsivosao transporte de gás para dentro do componente líquido.

Além disso, um dispositivo de processamento é propiciado emque o mesmo é comunicado com o aparelho de medição de ramalde gás e o aparelho de medição de ramal de líquido de talforma que o dispositivo de processamento receba e processeos dados de componente gasoso e os dados de componentelíquido para gerar dados de otimização de aparelho.

É propiciado um método para otimizar o processo deseparação gás/líquido para um fluxo de fluido para dentrode uma tubulação, onde o método inclui receber um fluxo defluido que possua um componente líquido e um componentegasoso. 0 método inclui ainda separar o componente líquidodo componente gasoso, onde o componente líquido é separadodo componente gasoso através de um dispositivo separador. 0método inclui também gerar dados de componente gasoso edados de componente líquido, onde os dados de componentegasosos são responsivos ao transporte (carry-over) delíquido para dentro do componente gasoso e em que os dadosde componente líquido são responsivos ao transporte (carry-under) de gás para dentro do componente líquido. Alémdisso, o método inclui o processamento dos dados decomponente gasosos e dados de componente líquido para gerardados de otimização de aparelho.

É propiciado um aparelho para otimizar o processo deseparação em um fluxo de fluido dentro de uma tubulação, emque o aparelho inclui um dispositivo separador comunicadocom a tubulação para receber o fluido, onde o dispositivoseparador separa o fluido em um primeiro componente e umsegundo componente. 0 aparelho inclui ainda pelo menos umdispositivo de medição, o pelo menos um dispositivo demedição sendo associado com o separador para gerar dados demedidor responsivos a pelo menos um do primeiro e segundocomponentes. Além disso, o aparelho inclui um dispositivode processamento, onde o dispositivo de processamento écomunicado com o pelo menos um dispositivo de medição paragerar dados de processador responsivos ao fluido.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Em relação agora aos desenhos, as características evantagens a seguir e outras da presente invenção serão maiscompletamente entendidas a partir da descrição detalhadaque se segue das modalidades ilustrativas, tomadas emconjunto com os desenhos em anexo nos quais elementossimilares são numerados de forma similar:

A Figura Ia é um diagrama esquemático de um sistemapara medir o transporte (carry-over) de líquido e otransporte (carry-under) de gás de um separador de fluidoque possui um ramal de gás, um ramal de óleo e um ramal deágua, que incorpora a presente invenção.

A Figura Ib é um diagrama esquemático de um sistemapara medir os parâmetros de fluxo de um fluido polifásicocompensado para transportar (carry-over) líquido etransportar (carry-under) gás de um separador de fluido quepossui um ramal de gás um ramal de líquido, que incorpora apresente invenção.

A Figura Ic é um esquema indicativo do custo versusdesempenho de utilização de desespumante de acordo com apresente invenção.

A Figura 2 é um diagrama esquemático de um sistemapara medir os parâmetros de fluxo de um fluido polifásicocompensado para transportar (carry-over) líquido etransportar (carry-under) gás de um separador de fluido quepossui um ramal de gás, um ramal de óleo e um ramal deágua, que incorpora a presente invenção.

A Figura 3 é um diagrama de blocos de um processadorde fluxo de saída de separador da Figura 2, que incorpora apresente invenção.

A Figura 4 é um diagrama esquemático de um aparelhopara medir umidade e taxa de fluxo volumétrico de um fluxode gás dentro de uma tubulação da Figura la, Figura Ib eFigura 2, que incorpora a presente invenção.

A Figura 5 é um esquema de registro (leitura) de ummedidor de fluxo com base em orifício Modelo Emerson 1595como uma função de número Lockhart-Martinelli, queincorpora a presente invenção.

A Figura 6 é um esquema que representa o desvio entreo medidor de fluxo volumétrico e uma taxa de fluxovolumétrico de referência como uma função de númeroLockhart-Martinelli, que incorpora a presente invenção.

A Figura 7a é um esquema que representa a umidade damistura de gás como uma função da diferença entre a taxa defluxo de um medidor DP e um medidor de sonar, que incorporaa presente invenção.

A Figura 7b é um esquema que representa a umidade damistura de gás como uma função da diferença entre a taxa defluxo de um medidor DP e um medidor de sonar, que incorporaa presente invenção.

A Figura 8 é uma representação esquemática de umaparelho para propiciar uma medição de interrupção defluido de uma mistura de múltiplos líquidos compensada porgás permeado, que incorpora a presente invenção.

A Figura 9 é um diagrama de fluxo funcional de ummétodo para compensar a medição de interrupção de fluidoque utiliza uma medição de gás permeado, que incorpora apresente invenção.

A Figura 10 é uma ilustração esquemática de umaparelho que possui um conjunto de sensores sobre umatubulação para medir o fluxo volumétricô e a fração devolume de gás da mistura que flui na tubulação que possuigás/ar permeado na mesma, que incorpora a presenteinvenção.

A Figura 11 é um diagrama de blocos de um aparelhopara medir a velocidade de propagação do som através de umfluxo de processo que flui dentro de uma tubulação, queincorpora a presente invenção.

A Figura 12 é um esquema que representa o efeito degás livre na interrupção de óleo interpretada que utilizauma medição de interrupção de água à base de densidade, queincorpora a presente invenção.

A Figura 13 é um esquema que representa o feito degás livre na interrupção de óleo interpretada que utilizaum dispositivo de cavidade de microonda ressonante, queincorporada a presente invenção.

A Figura 14 é um esquema que representa o feito degás livre na interrupção de óleo interpretada que utilizaum dispositivo de absorção de microonda, que incorpora apresente invenção.

A Figura 15 é um diagrama de blocos de uma primeiramodalidade de uma lógica de fluxo utilizada no aparelho dapresente invenção.

A Figura 16 é uma vista em seção transversal de umatubulação que possui estruturas coerentes na mesma.

A Figura 17 é um esquema k-ω de dados processados apartir de um aparelho que incorpora a presente invenção queilustra declive do cume convectivo e um esquema da funçãode otimização do cume convectivo.

A Figura 18 é um diagrama de bloco de uma segundamodalidade de uma lógica de fluxo utilizada no aparelho dapresente invenção.

A Figura 19 é um esquema k-ω de dados processados apartir de um aparelho que incorpora a presente invenção queilustra declive dos cumes acústicos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Em relação à Figura la, é mostrado um sistema 200para medir o transporte (carry-over) de líquido etransporte (carry-under) de gás para um separador de fluido102 de acordo com a presente invenção que ensina autilização de medidor de fluxo de sonar 104 e de medidoresde Fração de Volume de Gás (GVF) 106, 108 para monitorar aeficácia de separação de cada componente em uma cadeia deseparação para otimizar o desempenho do sistema global.Conforme mostrado, o sistema monitora o desempenho de cadaseparador, controlando taxas de entrada, desempenho depermuta de calor, níveis de separação, dosagem química, etcpara garantir que cada separador no processo de separaçãopermaneça dentro dos alvos de eficiência de separadordefinidos em um nível de sistema. Deve ser observado queembora a Figura Ia ilustre a utilização de um únicoseparador 102, a invenção contempla que a entrada de cadaum dos fluxos cascateia para um sistema de separaçãosimilar, que pode possuir uma configuração similar demedidores conforme mostrado na mesma, em que o desempenhoótimo poderia ser disponibilidade máxima, isto é, evitainconveniente de processo, minimiza utilizações químicas(isto é, abaixa os custos) , ou maximiza saída. Além disso,a abordagem define uma ou mais métricas de eficiência deseparação com base em medição em tempo real de transportede gás no(s) ramal(is) de líquido e de transporte (carry-under) de gás no(s) ramal(is) de gás conforme mostrado. Porexemplo, um medidor de separador pode ser definido como,

<formula>formula see original document page 16</formula>

em que α e β são funções a serem definidas, GVF é ogás permeado presente no ramal de líquido e LGMR é a razãode massa de líquido para gás no ramal de gás. Estasmedições podem ser obtidas com medidores de fluxo de sonardiretamente no ramal de líquido e medidores de DP + sonarno(s) ramal(is) de gás, conforme descrito mais adiante emmaiores detalhes. 0 conceito poderia ser ainda estendidopara incluir interrupção de água no ramal de líquido e/oupara incluir três separadores de fase bem como doisseparadores de fase, também conforme mais adiante mostradoem maiores detalhes. Deve ser observado que desespumantes edesembaçadores são amplamente utilizados em toda a produçãode óleo e gás.

Em relação à Figura Ib, um separador de gás/líquido102 separa o trecho líquido e o trecho gasoso da correntede fluido que entra 110, que será mais adiante descrito emmaiores detalhes. Embora o separador 102 separe as duasfases da corrente de fluido 110, existe líquido detransporte (carry-over)no ramal de gás 112 do separador 102e gás de transporte (carry-under) no ramal de líquido 114do separador 102. Para reduzir o transporte (carry-under)de gás e transporte (carry-over) de líquido (névoa),aditivos (por exemplo, desespumantes e desembaçadores,respectivamente) podem ser usados para garantir a separaçãoadequada de gases e líquidos produzidos. Um medidor defração de volume de gás 116, tal como o SONARtrac GVF-100fabricado por CIDRA Corporation, pode ser usado para mediro transporte (carry-under) de gás no ramal de líquido emtempo real, que será mais adiante descrito em maioresdetalhes. Além disso, um medidor de fluxo 104, tal como oSONARtrac VF-100 fabricado por CiDRA Corporation, emcombinação com um medidor DP 118 pode ser usado para mediro transporte (carry-over) de líquido no ramal de gás 112 emtempo real. Ambos o medidor de fração de volume de gás 116e o medidor de fluxo 104 podem ser dispositivos degrampeamento como mais adiante descrito. Estes dispositivosde monitoramento permitem medição em tempo real dedesempenho de separador de produção. Esta medição em temporeal permite a quantificação de custo versus desempenho deum desespumante e/ou desenevoador determinado. Em outraspalavras, os dispositivos de monitoração permitem aousuário quantificar o benefício associado com o gastoquímico conforme mostrado na Figura Ic.

Deve ser ainda observado que a maior parte dosdesespumantes e/ou desembaçadores é adicionada ao fluidoatravés de um sistema de controle de alça aberta, que poderesultar em superdosagem. A presente invenção permite amonitoração em tempo real de desempenho de desespumantee/ou desenevoador e permite a redução de custo através deum controle de alça fechada. Especificamente, as saídas deum dos sistemas de monitoração no ramal de líquido 114 e/ouramal de gás 112 do separador 102 são comunicadas a umprocessador 120 que pode em seguida propiciar um sinal decontrole para uma bomba/ou válvula que mede ou propicia odesespumante e/ou desenevoador ao fluido corrente 110 oufluido separado 122, 124 em resposta a um sinal de entradaindicativo da quantidade desejada de líquido (por exemplo,névoa) no ramal de gás 112 ou quantidade desejada de gás noramal de líquido 114. Além disso, o fluxo ou processo deseparação permite ao usuário quantificar a utilizaçãoquímica em cada ramal para otimizar a utilização dosquímicos respectivos em uma configuração de alça aberta oufechada.

Deve ser observado que a presente invenção permite omelhor controle e/ou otimização do fluxo de processo (istoé, medida mais precisa do GVF, transporte (carry-over)delíquido e/ou transporte (carry-under) de gás) ao controlaro pelo menos um nível do separador, a atuação das válvulassituada no processo de fluxo e/ou o controle da infusão dedesespumante/ desenevoador. Por exemplo, se surge umasituação onde o transporte (carry-over) de líquido éelevado, um alarme pode ser comunicado a um operador ou aum processador de controle, que em seguida pode elevar onível de infusão do químico desenevoador no fluxo e/ouabaixar o nível do separador. Outro exemplo pode ser se umasituação surge onde o transporte (carry-under) de gás éelevado, em seguida um alarme pode ser comunicado a umoperador ou a um processador de controle, que em seguidapode elevar o nível de infusão de químico de desespumantedentro do fluxo e/ou elevar o nível do separador. Alémdisso, as válvulas (Vide Figura la) podem ser seletivamenteoperadas para propiciar melhor controle sobre o processo defluxo dentro de cada um dos ramais.

Com relação à Figura Ib e Figura 2, um separador degás/líquido 102 é mostrado, em que o separador degás/líquido 102 é um item de equipamento de produçãoutilizado para separar os componentes líquidos 122 de umacorrente de fluido que entra 110 proveniente doscomponentes gasosos 124 da corrente de fluido que entra110. Na modalidade mostrada na Figura lb, o componentelíquido 122 e o componente gasoso 124 fluem do separador102 em tubulações separadas ou "ramais" 112, 114 com ocomponente gasoso 124 que flui no ramal de gás 112 e ocomponente líquido 122 que flui no ramal de líquido 114.Enquanto o separador de gás/líquido 102 é representado comoum recipiente vertical, o separador de gás/líquido 102 podeser qualquer dispositivo (s) para separar gás de um ou maislíquidos adequados para o propósito final desejado, talcomo aquele mostrado na Figura 2. Por exemplo, o separador102 pode incluir um recipiente cilíndrico ou esférico, epode ser tanto horizontal quanto verticalmente posicionado.Além disso, o separador 102 pode utilizar segregação degravidade, separação centrífuga, separação por ciclone, ouqualquer outro meio conhecido para alcançar a separação, epode incluir um ou mais estágios.

Conforme discutido anteriormente, a mistura de gás124 que flui no ramal de gás 124 inclui transporte (carry-over) de gás e de líquido proveniente do separador 102. Umaparelho 126 pode ser propiciado para medir a umidade etaxa de fluxo da mistura de gás 124, onde o aparelho 126pode incluir um medidor de fluxo diferencial ("medidor DP")118 e um medidor de fluxo de sonar 104 que possui umconjunto de sensores à base de deformação, similar àqueledescrito no Pedido de Patente U.S. 11/XXX.YYY, Documento doProcurador No. CC-0858, que é incorporado aqui em suatotalidade. A combinação do medidor DP 118 e do medidor defluxo de sonar 104 propicia medições de taxa de fluxo dasrespectivas fases líquida e gasosa. Como será mais adiantedescrito em maiores detalhes, o processador de fluxo desaída de separador 120 determina a umidade da mistura degás 124 no ramal de gás 112, conforme mostrado na Figura 3,bem como a taxa de fluxo volumétrico do gás, a taxa defluxo volumétrico do transporte (carry-over) de líquido. Ataxa de fluxo volumétrico dos componentes do transporte(carry-over) de líquido (isto é, óleo e água) pode serdeterminada ao presumir-se uma interrupção de águaconhecida ou típica (ou fração de fase) ou ao utilizar amedição de interrupção de água propiciada pelo aparelho 128situada no ramal de líquido 114 do separador 102.

O aparelho 128 para medir o ramal de líquido 114 quepossui transporte de gás inclui um medidor de interrupçãode água 130, um medidor de fração de gás 116, um medidor defluxo 132, um sensor de pressão 134, e um sensor detemperatura 136. Embora o sensor de pressão 134 e o sensorde temperatura 136 sejam propiciados, deve ser observadoque um ou ambos destes parâmetros podem ser simplesmenteestimados. Deve ser ainda observado que o medidor deinterrupção de água 130 propicia um sinal indicativo dapercentagem de água na mistura de líquido 122, o medidor defração de volume de gás 116 propicia um sinal (ou sinais depressão) indicativo da fração de volume de gás da misturade líquido 122 e o medidor de fluxo 132 propicia um sinalindicativo da velocidade e/ou taxa de fluxo volumétrico damistura de líquido 122. Estes sinais são propiciados aoprocessador de fluxo de saída de separador 120 quedetermina a fração de volume de gás (GVF) da mistura delíquido 122, a taxa de fluxo volumétrico do óleo na misturade líquido 122, o fluxo volumétrico da água na mistura delíquido 122, e o fluxo volumétrico do gás na mistura delíquido 122.

Com relação novamente à Figura 3, um processadorprincipal 13 8 é propiciado e recebe cada uma das taxas defluxo volumétrico determinadas de cada fase proveniente deum processador de ramal de gás 14 0 e de um processador deramal de líquido 142, em que o processador principal 13 8soma cada taxa de fluxo volumétrico respectiva para cadafase para determinar a taxa de fluxo volumétrica total decada uma das três fases (isto é, óleo, água e gás) para amistura de entrada 110. Mencionando novamente a Figura 2,o(s) separador(es) de gás/líquido 102 podem incluir umramal de gás 112 que recebe uma mistura de gás 124 quepossui transporte (carry-over) de óleo e água, um ramal deóleo 144 para receber uma mistura de óleo 146 que possuitransporte de água e gás, e um ramal de água 148 parareceber uma mistura de água 150 que possui transporte(carry-under) de óleo e gás. Similar ao sistema na Figuralb, o sistema na Figura 2 pode incluir um aparelho 126situado no ramal de gás 112 para medir os mesmos parâmetrosconforme discutido anteriormente. De forma similar, osistema na Figura 2 pode incluir um aparelho 152 situado noramal de óleo 144 para medir o fluxo volumétrico de cadafase (isto é, gás, água, e óleo) da mistura 146, bem como afração de volume de gás do transporte (carry-under) de gáse a fração de volume de água do transporte (carry-under) deágua.

O aparelho 152 para medir o ramal de óleo 144 quepossui transporte (carry-under) de gás e transporte (carry-under) de água pode incluir um medidor de interrupção deágua 154, um medidor de fração de volume de gás 106, ummedidor de fluxo 156, um sensor de pressão 158 e um sensorde temperatura 160. Embora um sensor de pressão 158 e um.sensor de temperatura 160 sejam propiciados, deveria serobservado que um ou ambos destes parâmetros podemsimplesmente ser estimados. Deveria ser ainda observado queo medidor de interrupção de água 154 propicia um sinalindicativo da percentagem de água na mistura de óleo 14 6, omedidor de fração de volume de gás 106 propicia um sinal(ou sinais de pressão) indicativo da fração de volume degás da mistura de óleo 146 e o medidor de fluxo 156propicia um sinal indicativo da velocidade e/ou taxa defluxo volumétrico da mistura de óleo 146. Estes sinais sãopropiciados a um processador de fluxo de saída de separador162 que determina a fração de volume de gás da mistura deóleo 146, a fração de volume de água da mistura de óleo146, a taxa de fluxo volumétrico do óleo na mistura delíquido, o fluxo volumétrico da água na mistura de líquido,e o fluxo volumétrico do gás na mistura de líquido.

O sistema na Figura 2 pode ainda incluir um aparelho164 situado no ramal de água 14 8 para medir o fluxovolumétrico de cada fase (isto é, gás, água, e óleo) damistura de água 150, bem como a fração de volume de gás dotransporte (carry-under) de gás e a fração de volume deóleo do transporte (carry-under) de água. O aparelho 164para medir o ramal de água 148 que possui transporte de gáse transporte de óleo pode incluir um medidor de interrupçãode água 166, um medidor de fração de volume de gás 108, ummedidor de fluxo 168, um sensor de pressão 170, um sensorde temperatura 172. Enquanto um sensor de pressão 170 e umsensor de temperatura 172 são propiciados, deveria serobservado que um ou ambos destes parâmetros podemsimplesmente ser estimados. Deveria ser ainda observado queo medidor de interrupção de água 166 propicia um sinalindicativo da percentagem de água na mistura de água 150, omedidor de fração de volume 108 propicia um sinal (ousinais de pressão) indicativo da fração de volume de gás damistura de água 150 e o medidor de fluxo 168 propicia umsinal indicativo da velocidade e/ou taxa de fluxovolumétrico da mistura de água 150. Estes sinais sãopropiciados ao processo de fluxo de saída de separador 162que determina a fração de volume de gás da mistura de água150, a fração de volume de óleo da mistura de água 150, ataxa de fluxo volumétrico do óleo na mistura de líquido, ofluxo volumétrico da água na mistura de líquido, e o fluxovolumétrico do gás na mistura de líquido.

Com relação novamente à Figura 3, o processadorprincipal 138 recebe cada uma das taxas de fluxovolumétrico determinadas de cada fase proveniente doprocessador de ramal de gás 14 0, do processador de ramal deóleo 142 e do processador de ramal de água 174 e soma cadataxa de fluxo volumétrico respectivo para cada fase paradeterminar a taxa de fluxo volumétrico total de cada umadas três fases (isto é, óleo, água e gás) para a mistura deentrada 110. Deveria ser observado que a presente invençãopropicia informações significativas em relação aofuncionamento, operação, e eficiência do separador 102. Porexemplo, os sistemas da Figura Ib e da Figura 2 propiciaminformações quanto à quantidade de transporte (carry-over)de líquido no ramal de gás, transporte (carry-under) de gásno ramal de líquido, transporte (carry-under) de gás e óleono ramal de água, transporte (carry-under) de gás e água noramal de óleo do separador que são indicativos da operaçãodo separador 102. É, por conseguinte, contemplado napresente invenção que estes parâmetros e outros parâmetrosmedidos pela presente invenção podem ser utilizados paracontrolar parâmetros específicos do separador 102, tal comoo nível de separador, a taxa de alimentação para oseparador 102 e a taxa de alimentação para os ramais degás, de líquido e/ou de água. Além disso, os processadoresde fluxo de saída de separador 120, 162 podem propiciar umsinal de controle a uma válvula, bomba ou outro atuadorpara controlar um parâmetro do separador 102 para dessemodo propiciar um sistema de alça fechada. Adicionalmente,a presente invenção também contempla que as mediçõespropiciadas podem ser utilizadas para diagnosticarproblemas, e/ou falhas com o separador 102 ou podem serutilizadas para propiciar uma análise de previsãorelacionada ao desempenho do separador 102. Deveria serobservado que a presente invenção contempla propiciar umalarme a um operador e/ou um processador de controle nocaso de uma condição específica ocorrer. Isto permitiriauma resposta rápida objetiva a condições operacionais.

DESCRIÇÃO DE RAMAL DE GÁS

Com relação à Figura 4, é mostrado um aparelho 300para medir a umidade e taxa de fluxo volumétricô de umfluxo de gás 302 dentro de uma tubulação 304, o qual incluium medidor de fluxo com base em pressão diferencial 3 06 eum medidor de fluxo de sonar 308, similar àquele descritono Pedido de Patente U.S. 11/XXX.YYY Documento doProcurador Número CC0858, que é incorporado aqui em suatotalidade. Como será mais adiante descrito em detalhesadicionais, a taxa de fluxo volumétrico do fluxo de gás 3 02determinada pelo medidor de fluxo com base na pressãodiferencial 306 (Qap) é utilizada junto com a taxa de fluxovolumétrico do fluxo de gás 3 02 determinada pelo medidor defluxo de sonar (QSOnar) para determinar a umidade do fluxode gás 302, que pode ser expressa como um número LockhardtMartinelli (LM) . Deveria ser observado que os erros na taxade fluxo de líquido interpretada são normalmentecorrigíveis a um grau elevado de precisão desde que aquantidade de gás permeado seja conhecida. Felizmente, apartir de uma perspectiva de medição, a fonte do gás livreno ramal de líquido não suporta seu efeito na medição defluxo. Contudo, o impacto do gás livre escala diretamentecom a fração de vácuo de gás.

No exemplo mostrado na Figura 4, a tubulação 3 04 érepresentada como um ramal de gás 112 de um separador degás/líquido 102, conforme mostrado na Figura Ib e na Figura2. Contempla-se, entretanto, que o aparelho 300 possa serutilizado em qualquer duto, conduto ou outra forma detubulação 3 04 através do qual um gás 3 02 flua. O medidor defluxo com base na pressão diferencial 3 06 pode incluirqualquer tipo de medidor de fluxo que permita medição defluxo utilizando uma pressão diferencial (ΔΡ) no fluxo 302.Por exemplo, o medidor 306 pode permitir medida de fluxo aoutilizar uma obstrução de fluxo 310 para criar uma pressãodiferencial que é proporcional ao quadrado da velocidade dofluxo de gás 302 na tubulação 304, de acordo com o teoremade Bernoulli. Esta pressão diferencial (ΔΡ) através daobstrução 310 é medida e convertida em uma taxa de fluxoque utiliza um dispositivo secundário 312, tal como umtransmissor de pressão diferencial. No exemplo mostrado, aobstrução de fluxo 310 é uma placa de orifício 310 atravésda qual o fluxo de gás 302 passa. 0 transmissor 312pressente a queda de pressão do fluxo 302 através da placade orifício 310, e determina uma taxa de fluxo volumétricodo fluxo de gás 302 (Qap) como uma função da queda depressão sentida. Embora um medidor de fluxo com base deorifício seja mostrado, será observado que o medidor defluxo à base de pressão diferencial 306 pode incluir ummedidor venturi, um medidor de fluxo em cotovelo, ummedidor em cone-v ou similares.

O medidor de fluxo de sonar 3 08 inclui um conjuntoespacial 314 de pelo menos dois sensores de pressão 316situados em localizações axiais diferentes X1...xN ao longoda tubulação 304. Cada um dos sensores de pressão 316propicia um sinal de pressão P(t) indicativo de pressãoinstável dentro da tubulação 3 04 em uma localização axialcorrespondente Xi...xN da tubulação 3 04. Um processador desinal 318 recebe os sinais de pressão Px(t) . . . PN(t) dossensores de pressão 316 no conjunto 314, e determina avelocidade e taxa de fluxo volumétrico do fluxo de gás 3 02que utiliza sinais de pressão provenientes dos sensores depressão 316. O processador de sinal 318 aplica técnicas deprocessamento de conjunto aos sinais de pressão Pi (t) ...Pn (t) para determinar a velocidade, taxa de fluxovolumétrico, e/ou outros parâmetros do fluxo de gás 302.

Embora o medidor de fluxo de sonar 3 08 seja mostradocomo incluindo quatro sensores de pressão 316, écontemplado que o conjunto 314 de sensores de pressão 316inclua dois ou mais sensores de pressão 316, cada umpropiciando um sinal de pressão P(t) indicativo de pressãoinstável dentro da tubulação 304 em uma localização axialcorrespondente X da tubulação 3 04. Por exemplo, o medidorde fluxo de sonar 3 08 pode incluir 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, ou24 sensores de pressão 316. Normalmente, a precisão damedição se aperfeiçoa à medida que o número de sensores 316no conjunto 314 aumenta. O grau de precisão propiciado pelomaior número de sensores 316 é deslocado pelo aumento emcomplexidade e tempo para computar o parâmetro de saídadesejado do fluxo. Por conseguinte, o número de sensores316 utilizado é dependente pelo menos do grau de precisãodesejado e da taxa atualizada desejada do parâmetro desaída propiciado pelo medidor 308.

Os sinais P1Ct)... PN(t) propiciados pelos sensoresde pressão 316 no conjunto 314 são processados peloprocessador de sinal 318, que pode ser parte de uma unidadede processamento maior 320. Por exemplo, o processador desinal 318 pode ser um microprocessador e a unidade deprocessamento 32 0 pode ser um computador pessoal ou outrocomputador para fim geral. Contempla-se que o processadorde sinal 318 pode ser um ou mais dispositivos deprocessamento de sinal análogo ou digital para executarinstruções programadas, tais como um ou maismicroprocessadores ou circuitos integrados de aplicaçãoespecifica (ASICS), e pode incluir memória para armazenarinstruções programadas, pontos determinados, parâmetros, epara armazenamento temporário ou outra forma armazenardados.

Para determinar a taxa de fluxo volumétrico Qsonar dofluxo de gás 302, o processador de sinal 318 aplica osdados a partir dos sensores de pressão 316 para lógica defluxo 322 executada por processador de sinal 318, em que alógica de fluxo 322 é mais adiante descrita em detalhesadicionais. Também se contempla que uma ou mais funçõesrealizadas pelo dispositivo secundário 312 do medidor defluxo de pressão diferencial 306 pode ser realizado peloprocessador de sinal 318. Por exemplo, sinais indicativosde pressão de fluxo de gás 3 02 a montante e a jusante doorifício 310 podem ser fornecidos ao processador de sinal318, e o processador de sinal 318 pode determinar a taxa defluxo volumétrico Qap. Ao utilizar a taxa de fluxovolumétrico do fluxo de gás 3 02 determinado pelo medidor defluxo com base em pressão diferencial 3 06 (Qap) e na taxade fluxo volumétrico do fluxo de gás 3 02 determinada pelomedidor de fluxo de sonar 3 08 (QSOnar) , o processador desinal 318 pode determinar a umidade do fluxo 302.

Conforme previamente observado, pode ocorrertransporte (carry-over) de líquido no ramal de gás 112 doseparador de gás/líquido 102. Uma medida da quantidade detransporte (carry-over) de líquido é a umidade do fluxo302, e uma medida da umidade de uma mistura de gás contínuaé conhecida como o número Lockhardt Martinelli (LM), onde onúmero LM é definido como a raiz quadrada da razão doproduto de fluxo de massa de líquido vezes fluxovolumétrico de líquido para o produto do fluxo de massa degás vezes fluxo volumétrico de gás e pode ser expresso como,

<formula>formula see original document page 29</formula>

onde, mliq é o fluxo de massa de líquido, Qiiq é o fluxovolumétrico de líquido, piiq é a densidade do líquido, mgás éo fluxo de massa de gás, Qgás é o fluxo volumétrico de gás,pgás é a densidade do gás. 0 medidor de fluxo com base empressão diferencial 306 irá registrar a taxa de fluxovolumétrico do fluxo de gás 3 02 pela razão de 1+LMcomparado ao fluxo volumétrico relatado para uma taxa defluxo de volume equivalente de gás seco. A Figura 5representa um esquema de registro (leitura) de um medidorde fluxo com base em orifício de Modelo Emerson 1595 comuma função do número LM. Conforme mostrado, o registroescala linearmente com o número LM.

Em contraste, o medidor de fluxo volumétrico de sonar308 demonstrou registrar com precisão fluxos volumétricosde gás úmido com pouca sensibilidade ao número LM (isto é,pouca sensibilidade à umidade ou transporte). A Figura 6representa o desvio entre um medidor de fluxo de sonar 3 08e uma taxa de fluxo volumétrico de referência como umafunção do número LM. Conforme mostrado, o desvio é umafunção relativamente fraca do número LM. Conseqüentemente:

<formula>formula see original document page 30</formula>

onde Qsonar é a taxa de fluxo do gás do fluxo 3 02. Comrelação à Figura 6, os dois medidores 306 e 308 registrarãoas mesmas taxas de fluxo para gás seco, e registrarão taxasde fluxo divergentes com umidade crescente. Sendo assim, acombinação das taxas de fluxo 0ΔΡ e Qsonar provenientes domedidor de fluxo com base na pressão diferencial 3 06 e domedidor de fluxo de sonar 3 08 propicia uma medida de ambosa taxa de fluxo e a umidade de um fluxo de gás contínuo302, que podem ser determinados pelo processador de sinal318 que utiliza as equações:

<formula>formula see original document page 30</formula>

em que α é um coeficiente de sensibilidade à umidadeempiricamente determinado que pode ser introduzido pordiversos fatores, tais como fatores ambientais (isto é,temperatura e/ou pressão) e/ou fatores relacionados aomedidor sendo utilizado (isto é, característica de umindivíduo ou grupo de medidores e/ou a tolerância aomedidor). Além disso, deveria ser observado que um ponto decalibração pode ser adicionado ao igualar as saídas domedidor de fluxo com base em pressão diferencial 306 e domedidor de fluxo de sonar 308 durante condições de fluxoonde o gás é conhecido por ser seco.

Como se pode observar o LM pode ser determinado aoutilizar as taxas de fluxo volumétrico medidas (isto é, Qape Qsonar) medidas pelo medidor de fluxo DP e pelo medidor defluxo de sonar, respectivamente, utilizando a equação 4b.Sabendo o número LM e a densidade do gás e do líquido, ataxa de fluxo volumétrico do líquido pode ser determinadautilizando-se a equação 2 e a equação 3.

Embora o registro possa ser definido como uma funçãolinear 1+aLM, observar-se-á que a invenção contempla que otransporte possa ser definido como qualquer função adequadaao propósito final desejado, tal como uma função linear,quadrática, polinomial e/ou logarítmica que definecaracterísticas de registro dos medidores que serão maisadiante descritas em maiores detalhes. Em outras palavras,qualquer função de registro pode ser utilizada que ajustecom precisão a saída dos medidores de fluxo sobre a faixadesejada de números LM (por exemplo, ajuste de curva).

O processador de sinal 318 pode enviar o número LM,as taxas de fluxo volumét ricas Qap, Qsonar, umidade damistura de gás (fração de fase de líquido e gás, ou razãolíquido/gás), taxa de fluxo volumétrico do líquido, e/outaxa de fluxo volumétrico do gás, ou combinações dasmesmas, e diversos outros parâmetros que podem serdeterminados a partir destes valores como um sinal 324.

Presumindo-se uma interrupção de óleo/líquido ou utilizandouma interrupção de óleo/líquido determinada a partir dosramais de líquido, o volume e a taxa de fluxo volumétricodo óleo e da água podem ser determinados. 0 sinal 324 podeser propiciado a um visor 326 ou outro dispositivo deentrada/saída (1/0) 328, onde o dispositivo 1/0 328 podetambém aceitar parâmetros de entrada de usuário 330 comopode ser necessário ou desejado para a lógica de fluxo 322.0 dispositivo 1/0 328, visor 326, e unidade de processadorde sinal 318 podem ser montados em um alojamento comum, quepode ser fixado ao conjunto 314 por um cabo flexível,conexão sem fio, ou similares. 0 cabo flexível pode tambémser utilizado para propiciar potência de operaçãoproveniente da unidade de processamento 32 0 para o conjunto314 se necessário.

Deveria ser observado que a relação do número LM paraa saída do medidor de fluxo DP (0ΔΡ) e o medidor de fluxode sonar (Qsonar) conforme descrito anteriormente égraficamente ilustrada na Figura 7a. Conforme mostrado, adiferença 400 entre a taxa de fluxo volumétrico 402 domedidor de fluxo DP e a taxa de fluxo volumétrico 4 04 domedidor de sonar é relacionada à umidade do fluxo de gás, eé determinada por 1+aLM. Embora a descrição para o medidorde sonar propicie um sinal de saída representativo davelocidade ou taxa de fluxo do gás a ser utilizado nadeterminação da umidade, a invenção contempla que qualqueroutra saída do medidor de sonar, que seja insensível àumidade possa ser usada para determinar a umidade do gás.

Deveria ser ainda observado que uma função de saídade cada um dos medidores de fluxo pode ser propiciada, aqual seja independente de um parâmetro não-dimensionalrelacionado à umidade do fluxo. Por exemplo, ao utilizar arelação entre a taxa de fluxo volumétrico ou velocidade dofluxo obtido pelo medidor de fluxo de sonar, e a taxa defluxo volumétrico ou velocidade do fluxo obtido pelomedidor de fluxo DP (por exemplo, medidor venturi), onde ataxa de fluxo volumétrico do fluxo de gás úmido 104 obtidapelo medidor de fluxo de sonar, QSOnar pode ser expressacomo,

<formula>formula see original document page 32</formula>a taxa de fluxo volumétrico do fluxo obtida pelo medidorventuri, Vventuri, pode sr expressa como,

<formula>formula see original document page 33</formula>

em que α, β e χ são coeficientes de sensibilidade a umidadeempiricamente determinados, MR é a razão de fluxo de massade líquido para gás e QgáS é a taxa de fluxo volumétrico dotrecho de gás do fluxo de gás úmido. Embora o registro domedidor de sonar possa ser definido como 1+aMR e o registrodo medidor DP (por exemplo, medidor venturi) possa serdefinido como 1+J3MR + xMR2, observar-se-á que a invençãocontempla que o registro possa ser definido como qualquerfunção adequada ao propósito final desejado, tal como umafunção linear, quadrática, polinomial e/ou logaritmica que.define características de registro dos medidores que serãomais adiante descritas em maiores detalhes. Além disso,embora QSOnar seja mostrado como sendo definido pela funçãona equação 5 e Qventuri seja mostrado como sendo definidopela função na equação 6, deveria ser observado que QSOnar eQventuri podem ser definidos por qualquer função adequada aopropósito final desejado, tal como uma função linear,quadrática, polinomial e/ou logaritmica que definecaracterísticas de registro do(s) medidor(es) que serãomais adiante descritos em maiores detalhes. Em outraspalavras, qualquer função de registro pode ser usada queajuste com precisão a saída dos medidores de fluxo sobre afaixa desejada de MRs (por exemplo, ajuste de curva).

O valor para MR pode ser determinado ao resolver asequações acima (equação 5 e equação 6) para QgãS eresolvendo as duas equações resultantes como se segue,

<formula>formula see original document page 33</formula><formula>formula see original document page 34</formula>

Neste ponto, a taxa de fluxo de gás, QgáS/ e a taxa defluxo de líquido, Qnq, podem ser determinadas ao utilizar-se as relações que se seguem,

<formula>formula see original document page 34</formula>

em que pgáS é a densidade do fluxo de gás e Pnq é adensidade do fluxo de líquido.

Deveria ser observado que a relação do MR para asaída do medidor de fluxo DP (Qap) e do medidor de fluxo desonar (QSOnar) conforme mais adiante descrito é graficamenteilustrada na Figura 7b. Conforme mostrado, a diferença 410entre a taxa de fluxo volumétrico 412 do medidor de fluxoDP e da taxa de fluxo volumétrico 414 do medidor de sonar érelativa à umidade do fluxo de gás, e é determinada peladiferença de 1+pMR+xMR2 e 1+aMR. Embora a descrição domedidor de fluxo de sonar propicie um sinal de saídarepresentativo da velocidade ou taxa de fluxo volumétricodo gás a ser utilizado na determinação da umidade, ainvenção contempla que qualquer outra saída do medidorfluxo de sonar, que seja insensível a umidade pode serutilizada para determinar a umidade do gás. Além disso,embora o medidor de fluxo DP seja descrito aqui como sendoum medidor venturi, a invenção contempla que qualquer outrotipo de medidor de fluxo DP adequado para o propósito finaldesejado pode ser utilizado.

Observar-se-á também que embora as características dasaída fossem definidas como as taxas de fluxo volumétricodos medidores, a presente invenção contempla que ascaracterísticas podem ser definidas por qualquer outrasaída medida pelos medidores de fluxo, tais como avelocidade de fluxo, desde que a sensibilidade das saídaspara umidade sejam comparáveis à sensibilidade da taxa defluxo volumétrico medida. Em outras palavras, o parâmetromedido do medidor de fluxo DP é sensível à umidade e asaída medida do medidor de fluxo de sonar é relativamenteinsensível à umidade do fluxo.

Além disso, embora a presente invenção defina assaídas do medidor de fluxo DP do medidor de fluxo de sonarcomo uma fórmula respectiva a ser resolvida, será observadoque os dados podem ser propiciados na forma de uma tabelade verificação para propiciar um número para um parâmetronão dimensional (por exemplo, número LM, MR) , a taxa defluxo de líquido volumétrico e a taxa de fluxo de gásvolumétrico do fluxo em resposta aos parâmetros medidos(velocidade, fluxo volumétrico) dos medidores de fluxo.

DESCRIÇÃO DE RAMAL DE LÍQUIDO

Em relação à Figura 8, é mostrado um aparelho 350para propiciar uma medição de interrupção de líquido de umamistura de múltiplos líquidos 352 compensada para gáspermeado, em que o aparelho 350 inclui um dispositivo demedição de interrupção de fluido 354 configurado paradetectar pelo menos um parâmetro da mistura 3 52 paradeterminar uma interrupção de fluido de um líquido namistura de múltiplos líquidos 352 que flui em umatubulação, duto, canal, conduto, ou similares (doravante"tubulação") 304. 0 aparelho 350 inclui ainda umdispositivo de medição de fração de volume de gás (GFV) 358configurado para propiciar medição em tempo real de gáspermeado na mistura 352 em resposta a uma velocidade medidade som na mistura 352. A saída do dispositivo deinterrupção de fluido 354 é fornecida a um processador desinal 360, que é configurado para ajustar a interrupção defluido medido que utiliza a GFV medida para determinar umainterrupção de fluido compensada do líquido.

O dispositivo de medição de interrupção de fluido 3 54(também conhecido como um dispositivo de medição deinterrupção de água) pode ser qualquer dispositivo demedição de interrupção de fluido típico, tal como ummedidor Coriolis, oscilador de microondas ressonante, e

O dispositivo de absorção de microondas. Como será maisadiante descrito em maiores detalhes, tipo diferente dedispositivos de medição de interrupção de fluido empregamprincípios diferentes de operação, que são diferentementeafetados por gás permeado na mistura. Embora cada tipo dedispositivo de interrupção de fluido continue a propiciaruma medição na presença de gás, a interpretação de suasaída pode ser significativamente impactada semconhecimento específico da fração de volume de gás. Oserros na interrupção de fluido introduzidos por gasespermeados não-reconhecidos são discutidos aqui usandorelações de primeiros princípios desenvolvidas para cadatipo de dispositivo de interrupção de fluido, e métodosdiferentes de correção são propiciados para cada um dostipos diferentes de dispositivos de interrupção de fluidopara contar com a presença de gás livre.

No exemplo mostrado na Figura Ib e na Figura 2, atubulação 3 04 é representada como um ramal de líquido de umseparador de gás/líquido 102. Contudo, contempla-se que oaparelho 350 pode ser usado em qualquer duto, conduto ououtra forma de tubulação 3 04 através da qual uma mistura demúltiplos líquidos 352 flua. Além disso, para simplificaçãoda discussão, a mistura de múltiplos líquidos 352 édescrita aqui como uma mistura de água/óleo, e diversasmedidas são descritas como "interrupção de água","interrupção de óleo", e similares. Será observado que autilização de água e óleo é para fins de exemplo apenas, eo aparelho 350 pode ser utilizado para diferentes misturasde múltiplos líquidos, que podem incluir sólidos suspensose outros materiais não-líquidos.

O dispositivo de GVF 358 pode empregar qualquertécnica que meça a velocidade do som de um fluido. Contudo,é especificamente sinérgico com medidores tais como osdescritos no Pedido de Patente U.S. No. de Série 10/007.736(Documento de Cidra Nr. CC-0122A) depositado em 8 denovembro de 2001, agora Patente U.S. No. 6.889.562, Pedidode Patente U.S. No. de Série 09/729.994 (Documento de CidraNr. CC-0297) depositado em 4 de dezembro de 2001, agoraPatente U.S. No. 6.609.069, que são incorporados aquimediante referência, pelo fato de que a medição develocidade do som, e desse modo a medição de fração devolume de gás, pode ser conseguida usando o mesmo hardwaredaquele usado para medição de fluxo volumétrico. Contudo,deve ser observado que a medição de fração de volume de gáspoderia ser realizada independentemente de uma medição defluxo volumétrico, e teria utilidade como uma importantemedição de processo isoladamente ou em conjunto com outrasmedições de processo. A Publicação de Pedido de PatenteU.S. No. 2004/0255695 publicada em 23 de dezembro de 2004,a Publicação de Pedido de Patente U.S. No. 2005/0044929publicada em 3 de março de 2005, e a Publicação de Pedidode Patente U.S. No. 2005/0061060 publicada em 24 de marçode 2005, que são aqui incorporadas mediante referência,também descrevem exemplos de tais medidores.

Com relação à Figura 9 é mostrado um diagrama deblocos do aparelho 350 da Figura 8 que inclui o dispositivo358 para medir a velocidade de propagação de som dentro datubulação 304, e o dispositivo de medição de interrupção delíquido 354. Um sensor de pressão e/ou sensor detemperatura 3 62 mede a pressão e/ou temperatura da mistura352. De forma alternativa, a pressão e/ou temperatura podemser estimadas ao invés de realmente medidas. Em resposta àvelocidade do som medida, e à pressão e temperatura, oprocessador de sinal 360 determina a GVF da mistura 352,conforme será mais adiante descrito em maiores detalhes. Odispositivo de interrupção de fluido 354 propicia um sinalde saída indicativo de uma medição de interrupção de fluido(ou uma determinação de percentagem de água) do fluxo defluido. Conforme utilizado aqui, "interrupção de fluido" éa razão de um volume de fluido na mistura de múltiploslíquidos 352 para volume total de mistura múltiploslíquidos 352. Na saída de sinal pelo dispositivo deinterrupção de fluido 354, a interrupção de fluido pode serexpressa como uma razão simples, uma percentagem, a razãode fluidos diferentes na mistura de múltiplos líquidos 352,ou qualquer função da razão do volume de fluido na mistura352 para o volume total de mistura 352. O processador 360processa o sinal de medição de fração e volume de gás e osinal de medição de interrupção de fluido para propiciar umsinal indicativo de interrupção de fluido compensada dofluxo de fluido. Na saída de sinal pelo dispositivo deinterrupção de fluido 354, a interrupção de fluidocompensada pode ser expressa como uma razão de um volume defluido na mistura de múltiplos líquidos 352 para volumetotal de mistura de múltiplos líquidos 352, uma razãolíquido/líquido, ou qualquer função da razão do volume defluido na mistura 352 para o volume total de mistura 352.Por exemplo, o processador de sinal 360 pode enviar umsinal indicativo da taxa líquida de fluxo volumétrico de umdos fluidos na mistura de múltiplos líquidos 352, como serámais adiante descrito em detalhes adicionais.

A Figura 10 e a Figura 11 ilustram um medidor defração de volume de gás (GVF) , como podendo ser usado comodispositivo 308 da Figura Ib e/ou Figura 4. 0 medidor GVF308 pode incluir um dispositivo sensível 364 situado natubulação e uma unidade de processamento 366operacionalmente acoplada ao dispositivo sensível 364. 0dispositivo sensível 364 pode compreender um conjunto depelo menos dois sensores de pressão 380, 382 situados empelo menos duas localizações Xi, x2 axialmente junto datubulação 304 para detectar sinais estocásticos respectivosque se propagam entre os sensores 38 0, 382 dentro datubulação 304 em suas localizações respectivas. Cada sensor380, 382 propicia um sinal que indica uma pressão instávelno local do sensor 380, 382 em cada instante em uma sériede instantes de amostragem. Com relação à Figura 10, umaparelho, normalmente mostrado como 308, é propiciado paramedir fração de volume de gás em líquidos e misturas (porexemplo, suspensões de papel e polpa ou outras misturaslíquidas e sólidas) que possuem gás permeado nas mesmas(incluindo ar) . 0 aparelho 3 08 de acordo com a presenteinvenção determina a velocidade na qual o som se propagaatravés do fluido 352 dentro de uma tubulação 14 para medirgás permeado em líquidos e/ou misturas 352. Parasimplificar a explicação da presente invenção, o fluxo 352que se propaga através da tubulação 3 04 será denominadocomo uma mistura ou suspensão com o entendimento de que ofluxo pode ser um líquido ou qualquer outra mistura quepossua gás permeado na mesma.

A abordagem que se segue pode ser usada com qualquertécnica que meça a velocidade do som de um fluxo ouvelocidade na qual o som se propague através do fluxo 352.Contudo, é especificamente sinérgico com medidores de fluxoque usam processamento de conjunto com base em sonar, talcomo descrito no Pedido de Patente U.S. No. de Série(Documento de Cidra Nr. CC-0122A) e Pedido de Patente U.S.No. de Série (Documento de Cidra Nr. CC-0297) depositadosem 4 de dezembro de 2000, agora Patente U.S. No. 6.609.069,que são incorporadas aqui mediante referência. Embora omedidor de fluxo à base de sonar que utiliza um conjunto desensores para medir a velocidade do som de uma ondaacústica que se propaga através da mistura seja mostrado edescrito, observar-se-á que qualquer meio para medir avelocidade do som da onda acústica pode ser utilizado paradeterminar a fração de volume de gás permeado damistura/fluido.

Com relação à Figura 11, um diagrama de blocos doaparelho 3 08 da Figura 10 é mostrado, onde o aparelho 3 08inclui um dispositivo para medir a velocidade do som (SOS)que se propaga através do fluxo 352 dentro de uma tubulação304. Um sensor de pressão e/ou sensor de temperatura 372,374 mede a pressão e/ou temperatura, respectiva, da mistura352 que flui através da tubulação 304. Em resposta àvelocidade de sinal de som 376 e às características 362 dofluxo (por exemplo, pressão e temperatura), uma unidade deprocessamento de gás permeado 3 78 determina a fração devolume de gás (GVF) do fluxo 352. Os sensores de pressão etemperatura permitem ao aparelho 3 08 compensar oudeterminar a fração de volume de gás para alteraçõesdinâmicas na pressão e temperatura do fluxo 3 52. De formaalternativa, a pressão e/ou temperatura podem ser estimadasao invés de realmente medidas.

Um fluxograma mostrado na Figura 9 ilustra a funçãoda unidade de processamento de gás permeado 378. Comomostrado na Figura 10, as entradas à unidade deprocessamento 378 incluem a velocidade do som (SOS) 376dentro da mistura 352 na tubulação 304, e a pressão e/outemperatura da mistura 352. As propriedades de fluido damistura 352 (por exemplo, SOS densidade) são determinadascom o conhecimento da pressão e temperatura da mistura 3 52.A fração de volume de gás da mistura (GVF) é determinadautilizando-se a medição SOS e propriedades de fluido, queserão mais adiante descritas em maiores detalhes. A Figura10 ilustra um desenho esquemático de uma modalidade dapresente invenção. O aparelho 308 inclui um dispositivosensível 364 que compreende um conjunto de sensores depressão (ou transdutores) 380-386 axialmente espaçados aolongo da superfície externa 388 de uma tubulação 304, quepossui um fluxo de processo que se propaga na mesma. Ossensores de pressão 380-386 medem as pressões instáveisproduzidas por distúrbios acústicos dentro da tubulação304, que são indicativos do SOS que se propaga através damistura 352. Os sinais de saída (Pi-Pn) dos sensores depressão 380-386 são fornecidos ao processador 366, queprocessa os dados de medição de pressão e determina avelocidade do som e a fração de volume de gás (GVF).

Em uma modalidade da presente invenção mostrada naFigura 10, o aparelho 308 possui pelo menos quatro sensoresde pressão 380-3 86 dispostos axialmente ao longo datubulação 304 para medir a pressão instável Pi-Pn da mistura352 que flui através da mesma. A velocidade do som que sepropaga através do fluxo 352 é derivada ao interpretar-se ocampo de pressão instável dentro da tubulação de processo304 que utiliza transdutores múltiplos situados axialmentesobre ~2 diâmetros em comprimento. As medições de fluxopodem ser realizadas utilizando-se transdutores de pressãoconduzidos ou sensores de grampeamento, à base de tensão. Oaparelho 308 possui a capacidade de medir a fração devolume de gás ao determinar a velocidade do som dedistúrbios acústicos ou ondas de som que se propagamatravés do fluxo 352 que usa o conjunto de sensores depressão 380-386. Enquanto o aparelho da Figura 10 mostrapelo menos quatro sensores de pressão 380-386, a presenteinvenção contempla um aparelho que possui um conjunto dedois ou mais sensores de pressão e que possui tanto quantodezesseis (16) sensores de pressão.

Normalmente, o aparelho 3 08 mede pressões instáveiscriadas por distúrbios acústicos que se propagam através dofluxo 352 para determinar a velocidade do som (SOS) que sepropaga através do fluxo 352. Conhecendo a pressão e/outemperatura do fluxo e da velocidade do som dos distúrbiosacústicos, a unidade de processamento 366 pode determinar afração de volume de gás da mistura. 0 aparelho na Figura 10também contempla propiciar uma ou mais fontes acústicas 3 90para permitir a medição da velocidade do som que se propagaatravés do fluxo para casos de fluxo acusticamentesilenciosos. A fonte acústica 390 pode ser um dispositivoque bate ou vibra sobre a parede da tubulação 3 04, porexemplo. As fontes acústicas 390 podem ser dispostas naextremidade de entrada da extremidade de saída do conjuntode sensores 380-386, ou em ambas as extremidades conformemostrado. Deveria ser observado que na maioria dos casos asfontes acústicas não são necessárias e o aparelhopassivamente detecta o cume acústico propiciado no fluxo352. 0 ruído passivo inclui ruído gerado por bombas,válvulas, motores e pela própria mistura turbulenta.

O aparelho 308 da presente invenção pode serconfigurado e programado para medir e processar as pressõesinstáveis detectadas Pi (t) - Pn (t) criadas pelas ondasacústicas que se propagam através da mistura paradeterminar a SOS através do fluxo 352 na tubulação 304. Talaparelho é mostrado na Figura 4 para medir a velocidade dosom (SOS) de ondas de som unidimensionais que se propagamatravés da mistura para determinar a fração de volume degás da mistura. Sabe-se que o som se propaga através dediversos meios em diversas velocidades em tais campos comocampos de SONAR e RADAR. A velocidade do som que se propagaatravés da tubulação 304 e da mistura 352 pode serdeterminada utilizando-se um número de técnicas conhecidas,tais como aquelas determinadas anteriormente no Pedido dePatente U.S. No. de Série 09/344.094, intitulado "Mediçõesde Parâmetro de Fluido em Tubulações que Utilizam PressõesAcústicas", depositado em 5 de junho de 1999, agora PatenteU.S. No. 6.354.14 7; Pedido de Patente U.S. No. de Série09/729.994, depositado em 4 de dezembro de 2002, agoraPatente U.S. No. 6.609.069; Pedido de Patente U.S. No. deSérie 09/997.221, depositado em 28 de novembro de 2001,agora Patente U.S. No. 6.587.798; e Pedido de Patente U.S.No. de Série 10/007.749, intitulado "Medições de Parâmetrode Fluido em Tubulações que Utilizam Pressões Acústicas",depositado em 7 de novembro de 2001, cada um dos quais aquiincorporado mediante referência.

De acordo com uma modalidade da presente invenção, avelocidade do som que se propaga através da mistura 3 52 émedida ao escutar passivamente o fluxo com um conjunto desensores de pressão instável para determinar a velocidadeem que ondas de compressão unidimensionais se propagamatravés da mistura 352 contida dentro da tubulação 304.Conforme mostrado na Figura 11, um aparelho 308 queincorpora a presente invenção possui um conjunto de pelomenos três sensores de pressão acústica 380, 382, 384,situados em três localizações Xi, X2, X3 axialmente ao longoda tubulação 304. Observar-se-á que o conjunto de sensorespode incluir mais que três sensores de pressão conformerepresentado pelo sensor de pressão 386 na localização xN.

A pressão gerada pelas ondas acústicas pode ser medidaatravés de sensores de pressão 380-386. Os sensores depressão 380-386 propiciam sinais de pressão que variam notempo Pi (t), P2 (t), P3 (t), PN(t) nas linhas 392, 394, 396,398 para uma unidade de processamento de sinal 400 paraconhecer lógicas de Transformada Rápida de Fourier (FFT)402, 404, 406, 408, respectivamente. As lógicas FFT 402-408calculam a transformação de Fourier dos sinais de entradana base de tempo Px(t)-PN(t) e propiciam sinais complexosno domínio da freqüência (ou na base de freqüência) Pi (ω),P2 (ω), P3 (ω), Pn (ω) nos tubos 410, 412, 414, 416 indicativosdo teor de freqüência dos sinais de entrada. Ao invés deFFTs, qualquer outra técnica para obter características nodomínio de freqüência dos sinais Pi(t)- PN(t) pode serusada. Por exemplo, a densidade espectral transversa e adensidade espectral de potência podem ser usadas paraformar funções de transferência no domínio da freqüência(ou resposta em freqüência ou razões) mais adiantediscutidas.

Os sinais de freqüência P1 (ω)-Pn(ω) são fornecidos auma unidade de processamento de conjunto 418 que propiciaum sinal a uma linha 420 indicativa da velocidade do som damistura amiS/ mais adiante mais discutida. O sinal amiS épropiciado a uma unidade de processamento de gás permeado422, similar à unidade de processamento 3 78, que converteamis em uma composição de percentagem de uma mistura efornece uma fração de volume de gás ou sinal de %Comp àlinha 424 indicativa do mesmo (conforme mais adiantediscutido). Os dados provenientes do conjunto de sensores380-386 podem ser processados em qualquer domínio,incluindo o domínio freqüência/espacial, o domíniotemporal/espacial, o domínio temporal/número de onda ou odomínio número de onda/freqüência (k-ω). Como tal, qualquertécnica de processamento de conjunto em qualquer destes oude outros domínios relacionados pode ser usada se desejado,similar às técnicas usadas nos campos de SONAR RADAR.

Uma tal técnica para determinar a velocidade do somque se propaga através do fluxo 352 está utilizandotécnicas de processamento de conjunto para definir um cumeacústico no plano k-ω. 0 declive do cume acústico éindicativo da velocidade do som que se propaga através dofluxo 352, que será mais adiante descrito em maioresdetalhes. Esta técnica é similar àquela descrita na PatenteU.S. No. 6.587.798 depositada em 28 de novembro de 2001,intitulada "Método e Sistema para Determinar a Velocidadedo Som em um Fluido dentro de um Conduto", que éincorporada aqui mediante referência. A velocidade do som(SOS) é determinada ao aplicarem-se técnicas deprocessamento de conjunto de sonar para determinar avelocidade na qual ondas acústicas unidimensionais sepropagam para além do conjunto axial de medições de pressãoinstáveis distribuídas ao longo da tubulação 304. 0processador de sinal realiza uma Transformação Rápida deFourier (FFT) dos sinais de pressão na base de tempo Pi (t)-Pn(t) para converter o sinal de pressão para o domínio dafreqüência. As potências dos sinais de pressão no domínioda freqüência são em seguida determinados e definidos noplano k-ω ao utilizar algoritmos de processamento deconjunto (tais como algoritmos de Capon ou de Music). Ocume acústico no plano k-ω, conforme mostrado no esquema k-ω da Figura 25, é em seguida determinado. A velocidade dosom (SOS) é determinada ao medir o declive do cumeacústico. A fração de volume de gás é em seguida calculadaou de outra forma determinada, conforme mais adiantedescrito.

Deveria ser observado que o medidor de fluxo dapresente invenção utiliza técnicas de processamento deconjunto conhecidas, especificamente a Resposta deVariância Mínima, Sem Distorção (MVDR, ou técnica Capon),para identificar flutuações de pressão, que se propagam commateriais que fluem em um conduto e determinam com precisãoa velocidade, e, portanto a taxa de fluxo, do referidomaterial. Estas técnicas de processamento utilizam acovariância entre sensores múltiplos em diversasfreqüências para identificar sinais que se comportam deacordo com um modelo presumido determinado, por exemplo, nocaso do aparelho 308, um modelo, que representa variaçõesde pressão que se propagam a uma velocidade constanteatravés dos sensores de pressão que compreendem o medidorde fluxo que monitora o cume. Para calcular a potência noplano k-ω, como representado por um esquema k-ω de ambos ossinais de pressão, o processador determina o comprimento deonda e assim o número de onda (espacial) k, e também afreqüência (temporal) e assim a freqüência angular ω, dediversos componentes espectrais das ondas acústicas criadaspassivamente ou ativamente dentro da tubulação. Existemdiversos algoritmos disponíveis no domínio público pararealizar a decomposição espacial/temporal de conjuntos deunidades de sensor.

O conjunto de sensores pode incluir mais do que doissensores de pressão conforme representado pelos sensores depressão 384, 386 em localizações X3, xN, respectivamente. 0conjunto de sensores do dispositivo sensível 364 podeincluir qualquer número de sensores de pressão 380-386maior do que dois sensores, tal como três, quatro, oito,dezesseis ou N números de sensores entre dois e vinte equatro sensores. Normalmente, a precisão da medição melhoraà medida que o número de sensores no conjunto aumenta. Ograu de precisão propiciado pelo maior número de sensores écompensado pelo aumento na complexidade e tempo paracomputar o parâmetro de saída desejado da mistura. Porconseguinte, o número de sensores utilizado é dependentepelo menos de um grau de precisão desejado e da taxa deatualização desejada do parâmetro de saída propiciado peloaparelho. Os sensores de pressão 380-386 podem sergrampeados sobre ou normalmente montados de forma removívelna tubulação por qualquer prendedor passível de liberação,tal como cavilhas, parafusos e grampos. De formaalternativa, os sensores podem ser permanentemente fixados,virados para dentro ou integrais (por exemplo,incorporados) com a tubulação 304. O dispositivo podeincluir uma ou mais fontes acústicas 390 para permitir amedição da velocidade do som que se propaga através damistura 352 para casos de fluxo acusticamente silenciosos.

A fonte acústica pode ser um dispositivo que bate ou vibrasobre a parede da tubulação, por exemplo. As fontesacústicas podem estar dispostas na extremidade de entradada extremidade de saída do conjunto de sensores 380-386, ouem ambas as extremidades conforme mostrado. Deveria serobservado que na maior parte dos casos as fontes acústicasnão são necessárias e que o aparelho detecta passivamente ocume acústico propiciado no fluxo 352, como será maisadiante descrito em maiores detalhes. O ruído passivoinclui ruído gerado por bombas, válvulas, motores e pelaprópria mistura turbulenta.

A pressão gerada pelos distúrbios de pressão acústicaé medida através dos sensores de pressão 38 0-3 86, quepropiciam sinais de pressão analógicos variáveis no tempoPi (t), P2 (t), P3 (t), Pn (t) para a unidade de sinal 360. Aunidade de processamento 360 processa os sinais de pressãopara primeiro fornecer sinais de saída indicativos davelocidade do som que se propaga através do fluxo 352, esubseqüentemente, fornecer uma medição em resposta aosdistúrbios de pressão gerados por ondas acústicas que sepropagam através do fluxo 352, que será mais adiantedescrito em maiores detalhes. Com relação novamente àFigura lb, o separador de gás/líquido 102 é um item deequipamento de produção utilizado para separar componenteslíquidos de uma corrente de fluido que entra 110 doscomponentes gasosos. Os componentes líquidos e gasososfluem do separador 102 em tubulações separadas (ramais) 112e 114, com o ramal 114 contendo o componente líquido e oramal 112 contendo o componente gasoso. 0 ramal de gás 112pode incluir um medidor de fluxo de gás 104, que mede ataxa de fluxo volumétrico de um gás que flui através domesmo. De forma similar, o ramal de fluido 114 pode incluirum medidor de fluxo de fluido 128 que mede a taxa de fluxovolumétrico da mistura 122 que flui através do ramal defluido 114. Deveria ser observado que o medidor de fluxo defluido 128 pode ser separado do dispositivo de interrupçãode fluido 130 e do dispositivo GVF 116, como no caso em quemedidores de fluxo do tipo turbina são usados, ou o medidorde fluxo de fluido 132 pode ser combinado com o dispositivode interrupção de fluido 130, como no caso em que o medidorCoriolis é usado, ou com o dispositivo GVF 116, que podeser configurado para propiciar medição de fluxo conformedescrito acima.

Embora o separador 102 seja representado como umrecipiente vertical, o separador de gás/líquido 102 podeser qualquer dispositivo para separar gás de uma mistura demúltiplos fluidos. Por exemplo, o separador 102 podeincluir um recipiente cilíndrico ou esférico, e pode sertanto horizontal quanto verticalmente posicionado. Alémdisso, o separador 102 pode usar segregação por gravidade,separação centrífuga, separação de ciclone, ou qualqueroutro meio para alcançar a separação, e pode incluir um oumais estágios em modos contínuos ou por lotes. Emabordagens de medição multifásica que utilizam separadoresde gás/líquido, a taxa líquida de fluxo volumétrico deóleo, Qno , é determinada pelo produto do fluxo líquidovolumétrico, Q, que é determinado pelo medidor de fluxo defluido pela fração de fase de óleo do ramal de líquido doseparador, Φ0, e pode ser determinada por,

<formula>formula see original document page 50</formula>

A fração de fase de óleo é determinada usandodispositivo interrupção de fluido. Sob a pressuposição deque nenhum gás está presente, o conhecimento de interrupçãode água determina unicamente interrupção de óleo, e podeser determinada por,

<formula>formula see original document page 51</formula>

Com gás presente, a fração de água, a fração de óleoe a fração de volume de gás somam-se para dar a unidade e arelação direta, um a um entre a interrupção de água e ainterrupção de óleo é perdida, e pode ser determinada por,

<formula>formula see original document page 51</formula>

Na presença de gás livre, a produção líquida de óleoé dada pelo produto de fração de óleo da mistura total deóleo, água, gás vezes a taxa de fluxo volumétrico total damistura. Conforme observado anteriormente, tipos diferentesde dispositivos de medição de interrupção de fluidoempregam princípios diferentes de operação, que sãodiferentemente afetados por gás permeado na mistura. Emboracada tipo de dispositivo de interrupção de fluido continuea propiciar uma medição na presença de gás, a interpretaçãode sua saída pode ser significativamente impactada semconhecimento específico da fração de volume de gás. Oserros em interrupção de fluido introduzidos por gasespermeados não reconhecidos, e métodos diferentes paracorrigir estes erros, serão discutidos agora para trêsdispositivos de interrupção de fluido diferentes:dispositivos de interrupção de fluido à base de densidade,osciladores de microondas ressonantes, dispositivos deabsorção de microondas.

DISPOSITIVOS DE INTERRUPÇÃO DE FLUIDO À BASE DE DENSIDADE

Dispositivos de interrupção de fluido à base dedensidade, tais como medidores Coriolis, são amplamenteusados em medição líquida de óleo e, uma vez que estesmedidores propiciam tanto fluxo de massa quanto densidade,são bem adequados para medições líquidas de óleo. Embora odesempenho de medidores Coriolis na presença de gasespermeados seja, em geral, dependente de seus parâmetros deprojeto, presume-se que os medidores Coriolis consideradosaqui propiciem fluxo de massa e densidade de misturaprecisos para o líquido e líquidos ligeiramente arejados. Apresente invenção é especificamente útil para suo commedidores Coriolis de tubo-U, que demonstraram registrarcom precisão fluxo de massa e densidade em misturasarejadas. Contudo, será observado que a presente modalidadepode ser usada com medidores Coriolis de tubo reto e outrostipos de dispositivos de interrupção de fluido à base dedensidade.

Ao utilizar um medidor Coriolis, a taxa líquida deóleo é determinada ao calcular primeiro a taxa de fluxovolumétrico a partir da razão de taxa de fluxo de massamedida e densidade medida. Na ausência de gás livre, ainterrupção de óleo de misturas de óleo/água é relacionadaà densidade de mistura através de conhecimento do óleo decomponente único e densidades de água, conforme determinado

<formula>formula see original document page 52</formula>

Aqui o asterisco é usado para definir interrupção deóleo e interrupção de água provenientes de mediçõespresumindo-se que nenhum gás está presente. A interrupçãode água é relacionada à interrupção de óleo através dapressuposição de que os dois componentes ocupam atubulação:<formula>formula see original document page 53</formula>

O efeito de gás livre na determinação da interrupçãode óleo, à base de densidade pode ser alcançado ao expandira interpretação de densidade para incluir uma mistura detrês componentes de óleo, água e gás. A densidade de umamistura de N-componentes é determinada por uma médiaponderada volumetricamente das densidades de componentesindividuais. Para misturas de óleo, água e gás, a densidadede mistura é portanto determinada por:

<formula>formula see original document page 53</formula>

em que subscritos O, W e G referem-se a óleo, água e gás,respectivamente.

Usando estas definições, a fração de óleo pode sermostrada como sendo uma função da densidade de misturamedida, das densidades dos componentes puros de óleo eágua, bem como da fração de volume de gás, conformedeterminado por,

<formula>formula see original document page 53</formula>

Comparando esta expressão para fração de óleo, Φο,com aquela derivada ao pressupor-se que apenas óleo e águaestão presentes, Φ*ο, mostra como a presença de gás resultaem uma predição superior do óleo líquido, conformedeterminado por,

<formula>formula see original document page 53</formula>

A Figura 12 mostra o erro em fração de óleointerpretada da corrente de líquido devido à presença deuma quantidade relativamente pequena, porém desconhecida,de gás permeado em uma corrente de óleo/água. 0 exemploconsidera óleo com a gravidade específica de 0,85 e agravidade específica da água de 1. Conforme discutido aqui,presume-se que o medidor Coriolis registre com precisão adensidade de mistura e que as densidades do óleo, da água,e das fases de gás são conhecidas. Conforme mostrado naFigura 12, a presença o gás livre possui um impactosignificativo na interrupção de óleo interpretada dacorrente de líquido, e conseqüentemente do óleo líquido.Embora ainda significativo em interrupções de água baixas,o impacto de gases permeados domina a medição eminterrupções de água elevadas. Conforme mostrado, 1% de gáspermeado resulta em um registro de aproximadamente 2χ deóleo líquido em interrupção de água a 90%. Estes erros sãoremovidos se o gás livre for medido com precisão econsiderado ao calcular-se a fração de óleo.

Ao utilizar a relação discutida acima, o fator decorreção que se segue pode ser somado diretamente à saídado medidor de interrupção de fluido (Figura Ib e Figura 9)para produzir uma determinação mais precisa da interrupçãode óleo na presença de gás livre:

<formula>formula see original document page 54</formula>

Este fator de correção pode ser aplicado peloprocessador de sinal 120 da Figura Ib como a equação:

<formula>formula see original document page 54</formula>

em que: <tCompensado é a interrupção de fluido compensada doprimeiro líquido, Oiíquidoi é a interrupção de fluido dolíquido propiciado pelo dispositivo de medição deinterrupção de fluido 120, Og é a concentração do gáspropiciado pelo dispositivo de medição de GVF 116, piíquidoié uma densidade do primeiro líquido, piíquido2 é umadensidade de um segundo líquido na mistura, e pG é adensidade do gás. As constantes piíquidoi/ e piíquido2/ sãocomuns àquelas exigidas para calibração de linha de base domedidor Coriolis. A constante pG pode ser estimada.

DISPOSITIVOS DE INTERRUPÇÃO DE FLUIDO OSCILADOR DE

Deveria ser observado que osciladores de microondasressonantes nivelam a diferença em permissividade relativaentre óleo e água para determinar a interrupção de água, emque a permissividade relativa de um meio, Gi, pode servista como uma medida de velocidade na qual microondas sepropagam através de um meio determinado, Vi, como comparadoà velocidade de microondas em um vácuo, e pode serdeterminada por,

<formula>formula see original document page 55</formula>

Sendo assim, a velocidade de propagação de microondasdiminui em meio com permissividade crescente. Para misturasde múltiplos componentes, a velocidade de propagação médiaé uma função pesada volumetricamente das velocidades depropagação dos componentes e pode ser determinada por,

MICROONDAS RESSONANTES

<formula>formula see original document page 55</formula>

A água normalmente possui uma permissividade relativade 68-80, com óleo cru normalmente variando entre 2,2 e2,6. Uma vez que a fase de água possui a maiorpermissividade relativa, a velocidade de propagação demicroondas diminui com interrupção de água crescente.

Para uma cavidade ressonante de geometria fixa, afreqüência ressonante é proporcional à velocidade depropagação de microondas dentro da cavidade. Sendo assim,para uma cavidade enchida com uma mistura de óleo e água, ainterrupção de água crescente diminui a velocidade depropagação e, por sua vez, diminui a freqüência ressonante.Sendo assim, uma vez calibrada, a freqüência da cavidade demicroonda ressonante é a medida da velocidade de propagaçãoe sendo assim da permissividade relativa da mistura dentroda cavidade, Grais. A interrupção de uma mistura de óleo/águaé relacionada à permissividade medida às permissividadesdos componentes de água e óleo por:

Novamente, sob a pressuposição de nenhum gás, existeuma relação direta entre a interrupção de óleo interpretadae a interrupção de água e pode ser determinada por,

<formula>formula see original document page 56</formula>

Similar ao dispositivo de interrupção de água à basede densidade, osciladores de microondas ressonantescontinuam a operar na presença de gás, com sua habilidadepara determinar independentemente interrupção de águadegradada. O feito de gás pode ser incorporado ao permitira presença de um terceiro componente na análise. O gáspossui uma permissividade relativa de ~l,e como tal, o gáslivre parece similar ao óleo e resulta no oscilador demicroondas ressonante que registra a interrupção de óleoreal. Ao utilizar as relações acima, a relação entre ainterrupção de óleo real, Φσ, e aquela interpretadapresumindo nenhum gás, Φ0*, pode ser determinada por,

<formula>formula see original document page 57</formula>

A Figura 13 mostra o erro em interrupção de óleo derede interpretada que poderia ocorrer por um oscilador demicroonda ressonantes devido à presença de uma quantidadede gás pequena, porém desconhecida. A permissividaderelativa das fases de água, óleo e gás foi presumida comosendo 66, 2,2, e 1 respectivamente, neste exemplo. 0 erro écalculado usando-se a equação desenvolvida acima. Os errosprevistos, como funções da interrupção de água e fração devolume de gás, são amplamente consistentes com aquelesdeterminados na literatura. Embora os osciladores demicroondas ressonantes sejam normalmente menos sensíveis aar livre do que os dispositivos à base de densidade, oefeito no óleo líquido pode ser significativo, com osmaiores erros proporcionais devidos ao gás livre nãoreconhecido que ocorrem nas interrupções de água maiselevadas. Estes erros são removidos se o gás livre formedido com precisão e considerado ao calcular a fração de óleo.

Ao usar a relação discutida acima, o fator decorreção que se segue pode ser somado diretamente com asaída do medidor de interrupção de fluido (Figura Ib eFigura 9) para produzir uma determinação mais precisa dainterrupção de óleo na presença de gás livre.<formula>formula see original document page 58</formula>

<formula>formula see original document page 58</formula>

em que: 0ComPensado é a interrupção de fluido compensada dolíquido, ®iíquido é a interrupção de líquido do líquidofornecido pelo dispositivo de interrupção de fluido 13 0, ΦΕé a concentração do gás fornecido pelo dispositivo GVF 116,Giíquidoi é uma permissividade do primeiro líquido, enquido2 éuma permissividade de um segundo líquido na mistura, Gg éuma permissividade do gás. As constantes Ciiguidoi» e Giiquido2ísão comuns para aqueles exigidos para calibração e linha debase de dispositivos de oscilação e microonda ressonante. Aconstante Gg pode ser estimada.

DISPOSITIVOS DE INTERRUPÇÃO DE FLUIDO DE ABSORÇÃO DEMICROONDAS

O terceiro tipo de dispositivo de interrupção defluido considerado é o dispositivo de interrupção de fluidode absorção de microondas. Moléculas de água absorvem deforma eficiente energia de microondas, emborahidrocarbonetos normalmente não o façam. Sendo assim, aquantidade de energia de microondas absorvida por um volumedeterminado de uma mistura de hidrocarbonetos e água éprincipalmente determinada pela interrupção de água damistura. Sendo assim, a interrupção de água pode serdeterminada por uma medição calibrada de absorção demicroondas, a, como se segue:<formula>formula see original document page 59</formula>

Novamente, presumindo-se que não haja nenhum gáspresente, a interrupção de óleo pode ser determinadadiretamente a partir da interrupção de água, como se segue:

<formula>formula see original document page 59</formula>

A partir de uma perspectiva de absorção demicroondas, gás e óleo cru são ambos componentes nãoabsorventes. Por conseguinte, um dispositivo de absorção demicroondas continuará a registrar com precisão ainterrupção de água (isto é, fração de água) em uma misturaóleo/água com uma pequena, porém desconhecida quantidade degás. Contudo, embora a interrupção de água seja registradacom precisão, a presença de gás ainda resulta em registrosignificativo de interrupção de óleo líquido como pode serdeterminado por,

<formula>formula see original document page 59</formula>

Por exemplo, considere-se uma mistura não arejada de90% de água, 10% de corrente de óleo. Um dispositivo demicroondas adequadamente calibrado registraria com precisão90% de interrupção de água. Se esta mesma mistura delíquido for em seguida arejada com 10% de gás permeado, amistura resultante consistiria então de 81% de água, 9% deóleo e 10% de gás por volume. Um dispositivo de absorção demicroondas registraria então com precisão uma interrupçãode água de 81%. Contudo, sem conhecimento da quantidade degás presente, concluir-se-ia então que a mistura era 19% deóleo, que resulta em um registro 2x maior que a interrupçãode óleo da corrente. A Figura 14 mostra os erros eminterrupção de óleo interpretados usando um dispositivo demicroondas à base de absorção devido a uma presença nãoreconhecida de gás como uma função da fração do volume degás para uma faixa de interrupções de água. Estes erros sãoremovidos se o gás livre for medido com precisão econsiderado ao calcular-se a fração de óleo. Ao utilizar arelação discutida acima, o fator de correção que se seguepode ser somado diretamente com a saída do medidor deinterrupção de fluido (Figura Ib e Figura 9) para produziruma determinação mais precisa da interrupção de óleo napresença de gás livre.

<formula>formula see original document page 60</formula>

Este fator de correção pode ser aplicado peloprocessador de sinal a Figura Ib como a equação:

<formula>formula see original document page 60</formula>

em que: dWpensado é a interrupção de fluido compensada doprimeiro líquido, ®iíquidoi é a interrupção de líquido dolíquido fornecido pelo dispositivo de interrupção de fluido9, e G>g é a concentração do gás fornecido pelo dispositivoGVF 10. Para ilustrar a discussão acima, os exemplos que seseguem são propiciados.

Processamento de velocidadeConforme descrito na Patente U.S. No. 6.609.069comumente atribuída a Gysling, intitulada "Método eAparelho para Determinar a Velocidade de Fluxo dentro deuma Tubulação", que é aqui incorporada mediante referênciaem sua totalidade, pressões instáveis ao longo de umatubulação provocada por estruturas coerentes (por exemplo,redemoinhos turbulentos e distúrbios de vórtices) queconvergem com um fluido (por exemplo, fluxo de gás 302) quefluem na tubulação 304, contêm informações úteis em relaçãoa parâmetros do fluido.

Com relação à Figura 15, é mostrado um exemplo defluxo lógico 322. Conforme previamente descrito, o conjunto314 de pelo menos dois sensores 316 situados em suaslocalizações X1, X2 axialmente ao longo da tubulação 3 04detecta sinais estocásticos respectivos que se propagamentre os sensores 316 dentro da tubulação 3 04 em suaslocalizações respectivas. Cada sensor 316 propicia um sinalque indica uma pressão instável na localização de cadasensor 316, em cada instante em uma série de instantes deamostragem. Observar-se-á que o conjunto 314 pode incluirmais do que dois sensores 316 distribuídos em localizaçõesX1...xN. A pressão gerada pelos distúrbios de pressãoconvectiva (por exemplo, redemoinhos 500, vide Figura 16)pode ser medida através de sensores à base de tensão 316e/ou sensores de pressão 316. Os sensores 316 propiciamsinais analógicos de pressão variáveis com o tempo P1 (t),P2 (t) , P3 (t) . . . Pn(t) para o processador de sinal 318, quepor sua vez aplica sinais selecionados destes sinais P1 (t),P2 (t), P3 (t) . . . PN(t) à lógica de fluxo 322.

A lógica de fluxo 322 processa os sinais selecionadosP1Ct) , P2 (t) , P3 (t) . . . PN(t) para primeiro propiciar sinaisde saída (parâmetros) 502 indicativos dos distúrbios depressão que convergem com o fluido (fluxo de processo) 3 02,e subseqüentemente, propicia sinais de saída (parâmetros)502 em resposta a distúrbios de pressão gerados por ondasconvectivas que se propagam através do fluido 302, tal comovelocidade, número Mach e taxa de fluxo volumétrico dofluxo de processo 302. 0 processador de sinal 318 incluiunidade de aquisição de dados 504 (por exemplo, conversorA/D) que converte os sinais analógicos P1 (t) . . . Pn (t) emsinais digitais respectivos e fornece sinais selecionadosdos sinais digitais P1 (t) . . . PN(t) à lógica FFT 506. Alógica FFT 506 calcula a transformada de Fourier dos sinaisde entrada à base de tempo digitalizados P1(t) . . . Pn (t) efornece sinais complexos no domínio da freqüência (ou àbase de freqüência) P1 (ω) , P2 (ω) , P3 (ω) , . . . Pn (ω) indicativosdo teor da freqüência dos sinais de entrada. Ao invés deFFTs, qualquer outra técnica para obter-se ascaracterísticas no domínio da freqüência dos sinais P1 (t)-Pn(t)/ pode ser usada. Por exemplo, a densidade espectraltransversal e a densidade espectral de potência podem serusadas para formar funções de transferência no domínio dafreqüência (ou resposta em freqüência ou razões) maisadiante discutidas.

Uma técnica para determinar a velocidade de convecçãodos redemoinhos turbulentos 500 dentro do fluxo de processo302 é pela caracterização de um cume convectivo daspressões instáveis resultantes que utilizam um conjunto desensores ou outras técnicas para formar feixes, similaresàquela descrita no Pedido de Patente U.S. No. de Série(Documento de Cidra No. CC-0122A) e Pedido de Patente U.S.No. de Série 09/729.994 (Documento de Cidra No. CC-0297),depositados em 4 de dezembro, 2000, agora Patente U.S. No.6.609.069, que são aqui incorporados mediante referência.

Um acumulador de dados 508 acumula os sinais defreqüência P1 (ω)-ΡΝ(ω) sobre um intervalo de amostragem, efornece os dados a um processador de conjunto 510, querealiza uma transformação espacial-temporal (bi-dimensional) dos dados de sensor, do domínio xt para odomínio k-ω, e em seguida calcula a potência no plano k-ω,conforme representado por um gráfico k-ω. O processador deconjunto 510 usa formação de feixe denominada padrão,processamento de conjunto, ou algoritmos de processamentode conjunto adaptativos, isto é, algoritmos paraprocessamento dos sinais de sensor que utilizam diversosatrasos e ponderações para criar relações de fase adequadasentre sinais propiciados pelos sensores diferentes, criandodesse modo funcionalidade de conjunto de antena em fase. Emoutras palavras, a formação de feixe ou algoritmos deprocessamento de conjunto transformam os sinais no domíniodo tempo do conjunto de sensor em componentes de freqüênciaespacial e temporal, isto é, em um arranjo de números deonda determinados por k=2n/A. em que λ é o comprimento de.onda de um componente espectral, e que corresponde afreqüências angulares determinadas por ω=2πν.

A técnica anterior apresenta muitos algoritmos parauso ao decompor espacial e temporalmente um sinalproveniente de um conjunto em fase de sensores, e apresente invenção não é restrita a qualquer algoritmoespecífico. Um algoritmo de processamento de conjuntoadaptativo específico é o método/algoritmo de Capon. Emborao método de Capon seja descrito como um método, a presenteinvenção contempla a utilização de outros algoritmos deprocessamento de conjunto adaptativo, tais como algoritmoMUSIC. A presente invenção reconhece que tais técnicaspossam ser usadas para determinar taxa de fluxo, isto é,que os sinais provocados por um parâmetro estocástico quese propaga com um fluxo sejam estacionários no tempo epossuam um comprimento de coerência longo o suficiente queseja prático para situar unidades de sensor afastadas entresi e ainda estarem dentro do comprimento de coerência.Características ou parâmetros convectivos possuem umarelação de dispersão que pode ser aproximada pela equaçãode linha reta,

<formula>formula see original document page 64</formula>

em que u é a velocidade de convecção (velocidade de fluxo) .Um gráfico de pares k-ω obtidos de uma análise de espectrode amostras de sensores associadas com parâmetrosconvectivos ilustrados de modo que a energia do distúrbiocorresponde espectralmente a emparelhamentos que possam serdescritos como um cume substancialmente reto, um cume queem teoria de camada de limite turbulento seja chamado de umcume convectivo. O que está sendo detectado não são eventosdiscretos de redemoinhos turbulentos, mas ao invés disso umsérie contínua de eventos possivelmente de sobreposição queforma um processo temporariamente estacionário,essencialmente branco sobre a faixa de freqüência deinteresse. Em outras palavras, os redemoinhos convectivos500 são distribuídos sobre uma faixa de escalas decomprimento e conseqüentemente freqüências temporais.

Para calcular a potência no plano k-ω, conformerepresentado por um esquema k-ω (vide Figura 17) de ambosos sinais, o processador de conjunto 510 determina ocomprimento de onda e da mesma forma o número de onda(espacial) k, e também a freqüência (temporal) e do mesmomodo a freqüência angular ω, de diversos componentesespectrais do parâmetro estocástico. Existem diversosalgoritmos disponíveis no domínio público para realizar adecomposição espacial/temporal de conjuntos de sensores316.

A presente invenção pode usar filtragem temporal eespacial para pré-condicionar os sinais para filtrar deforma eficaz as características de modo comum Pm0do comum eoutras características de comprimento de onda longo(comparado ao espaçamento de sensor) na tubulação 3 04 aodiferenciar sensores adjacentes 316 e reter um trechosubstancial do parâmetro estocástico associado com o campode fluxo e quaisquer outros parâmetros estocásticos defreqüência baixa de comprimento de onda curto (comparado aoespaçamento de sensor). No caso de redemoinhos turbulentos500 (vide a Figura 16) serem apresentados, a potência noplano k-ω mostrado em um esquema k-ω da Figura 17 mostra umcume convectivo 550. 0 cume convectivo 550 representa aconcentração de um parâmetro estocástico que converge com ofluxo e é uma manifestação matemática da relação entre asvariações espaciais e variações temporais descritas acima.Tal esquema indicará uma tendência para pares de k-ωaparecerem mais ou menos ao longo de uma linha 550 comalguma declive, em que a declive indica a velocidade defluxo.

Uma vez que a potência no plano k-ω é determinada, umidentificador de cume convectivo 512 usa um ou outro métodode extração de característica para determinar a localizaçãoe orientação (declive) de qualquer cume convectivo 550presente no plano k-ω. Em uma modalidade, um denominadométodo de empilhamento de inclinação é usado, um método noqual a freqüência acumulada de pares de k-ω no esquema k-ωjunto de raios diferentes que emanam da origem sãocomparados, cada raio diferente sendo associado com umavelocidade de convecção de teste diferente (na qual odeclive de um raio é presumido como sendo a velocidade defluxo ou correlata à velocidade de fluxo em um modoconhecido). O identificador de cume convectivo 512 propiciainformações acerca das velocidades de convecção de testediferentes, informações denominadas normalmente comoinformações de cume convectivo. O analisador 514 examina asinformações de cume convectivo que incluem a orientação decume convectivo (declive) e presumindo a relação dedispersão em linha reta determinada por k=o>/u, o analisador514 determina a velocidade de fluxo, número Mach e/ou fluxovolumétrico, que são saídas como parâmetros 502. O fluxovolumétrico é determinado ao multiplicar a área de seçãotransversa do interior da tubulação pela velocidade dofluxo de processo. Deveria ser observado que algumas outodas as funções dentro da lógica de fluxo 322 podem serimplementadas em software (usando um microprocessador oucomputador) e/ou firmware, ou podem ser implementadasusando-se hardware análogo e/ou digital, que possui memóriasuficiente, interfaces, e capacidade para realizar asfunções descritas aqui.

Velocidade de Processamento de Som (SOS)Em relação à Figura 24, outro exemplo de lógica defluxo 322 é mostrada. Embora os exemplos da Figura 15 eFigura 18 sejam mostrados separadamente, contempla-se que alógica de fluxo 322 pode realizar todas as funçõesdescritas com relação à Figura 15 e à Figura 18. Conformepreviamente descrito, o conjunto 314 de pelo menos doissensores 316 situados em pelo menos duas localizações Xi,X2 axialmente ao longo da tubulação 3104 sente sinaisestocásticos respectivos que se propagam entre os sensoresdentro da tubulação em suas localizações respectivas. Cadasensor 316 propicia um sinal que indica uma pressãoinstável na localização de cada sensor 316, em cadainstante em uma série de instantes de amostragem. Observar-se-á que o conjunto de sensores 314 pode incluir mais doque dois sensores de pressão 316 distribuídos emlocalizações X1...xN. A pressão gerada pelos distúrbios depressão acústica (por exemplo, ondas acústicas 552, videFigura 16) pode ser medida através de sensores à base detensão e/ou sensores de pressão. Os sensores 316 fornecemsinais analógicos de pressão variáveis no tempo P3. (t),P2 (t) , P3 (t) . . . Pn(t) à lógica de fluxo 322. A lógica defluxo 322 processa os sinais Pi (t), P2 (t), P3 (t) . . . Pn (t) apartir dos sensores selecionados dos sensores 316 paraprimeiro fornecer sinais de saída indicativos da velocidadedo som que se propagam através do fluido (fluxo deprocesso) 302, e subseqüentemente, fornecer sinais de saídaem resposta a distúrbios de pressão gerados por ondasacústicas que se propagam através do fluxo de processo 302,tal como velocidade, número Mach e taxa de fluxovolumétrico do fluxo de processo 302.

O processador de sinal 318 recebe os sinais depressão provenientes do conjunto 314 de sensores 316 e umaunidade de aquisição de dados 560 digitaliza osselecionados dos sinais de pressão Pi (t) . . . Pn (t) associadoscom as ondas acústicas 552 que se propagam através datubulação 304. De forma similar à lógica FFT 506 da Figura15, uma lógica FFT 562 calcula a transformada de Fourierdos sinais de entrada na base de tempo digitalizadosPi (t)...Pn(t) e fornece sinais complexos no domínio dafreqüência (ou à base de freqüência) Pi (ω) , P2 (ω) , P3 (ω) , . . .ΡΝ (ω) indicativos do teor de freqüências dos sinais deentrada. Um acumulador de dados 564 acumula os sinais defreqüência P1(Q)-Pn(Q) sobre um intervalo de amostragem, efornece os dados a um processador de conjunto 566, querealiza uma transformação espacial-temporal (bi-dimensional) dos dados de sensor, do domínio xt para odomínio k-ω, e em seguida calcula a potência no plano k-ω,conforme representado por um esquema de k-ω.

Para calcular a potência no plano k-ω, comorepresentado por um esquema k-ω (vide Figura 19) de ambosos sinais ou sinais diferenciados, o processador deconjunto 566 determina o comprimento de onda e assim onúmero de onda (espacial) k, e também a freqüência(temporal) e assim a freqüência angular ω, de diversoscomponentes espectrais do parâmetro estocástico. Existemdiversos algoritmos disponíveis no domínio público pararealizar a decomposição espacial/temporal de conjuntos deunidades de sensores 316. No caso de ondas acústicasadequadas 552 estando presentes em ambas as direçõesaxiais, a potência no plano k-ω mostrado em um esquema k-ωda Figura 19 assim determinada exibirá uma estrutura que échamada um cume acústico 600, 602 em ambos os planosesquerdo e direito do gráfico, em que um dos cumesacústicos 600 é indicativo da velocidade do som que sedesloca em uma direção axial e outro cume acústico 602 éindicativo da velocidade do som que se desloca na outradireção axial. Os cumes acústicos 600, 602 representam aconcentração de um parâmetro estocástico que se propagaatravés do fluxo e é uma manifestação matemática da relaçãoentre as variações espaciais e as variações temporaisdescritas acima. Tal esquema indicará uma tendência parapares k-ω aparecerem mais ou menos ao longo de uma linha600, 602 com alguma declive, o declive indicando avelocidade do som. A potência no plano k-ω assimdeterminada é em seguida fornecida a um identificador decume acústico 568, que usa um ou outro método de extraçãode característica para determinar a localização eorientação (declive) de qualquer cume acústico presente noplano k-ω esquerdo e direito. A velocidade pode serdeterminada ao usar o declive de um dos dois cumesacústicos 600, 602 ou fazer uma média das inclinações doscumes acústicos 600, 602.

Finalmente, informações que incluem a orientação decume acústico (declive) são utilizadas por um analisador570 para determinar os parâmetros de fluxo que serelacionam à velocidade do som medida, tal como aconsistência ou composição do fluxo, a densidade do fluxo,o tamanho médio de partículas no fluxo, a razão de ar/massado fluxo, fração de volume de gás do fluxo, a velocidade dosom que se propaga através do fluxo, e/ou a percentagem dear permeado dentro do fluxo. Similar ao processador deconjunto 510 da Figura 15, o processador de conjunto 566usa formação de feixe denominada padrão, processamento deconjunto, ou algoritmos de processamento de conjuntoadaptativos, isto é, algoritmos para processar os sinais desensor que utilizam diversos atrasos e ponderações paracriar relações de fase adequadas entre os sinais fornecidospelos diferentes sensores, criando desse modofuncionalidade de conjunto de antena em fase. Em outraspalavras, formação de feixe ou algoritmos de processamentode conjunto transformam os sinais no domínio do tempo doconjunto de sensores em componentes de freqüência espaciale temporal, isto é, em um arranjo de números de ondadeterminados por k=2n/A em que Λ é o comprimento de onda deum componente espectral, e que corresponde a freqüênciasangulares determinadas por ω=2πν.

Tal técnica para determinar a velocidade do som quese propaga através do fluxo de processo 3 02 está utilizandotécnicas de processamento de conjunto para definir um cumeacústico no plano k-ω conforme mostrado na Figura 19. Odeclive do cume acústico é indicativo da velocidade do somque se propaga através do processo de fluxo 302, em que avelocidade do som (SOS) é determinada ao aplicarem-setécnicas de processamento de conjunto para determinar avelocidade na qual as ondas acústicas dimensionais sepropagam para além do conjunto axial de medições de pressãoinstáveis distribuídas ao longo da tubulação 3 04. A lógica322 da presente modalidade mede a velocidade do som (SOS)de ondas de som unidimensionais que se propagam através dofluxo de processo 3 02 para determinar a fração de volume degás do fluxo de processo 302. Sabe-se que o som se propagaatravés de diversos meios em diversas velocidades em taiscampos como campos de SONAR e RADAR. A velocidade do somque se propaga através da tubulação 304 e fluxo de processo302 pode ser determinada usando diversas técnicasconhecidas, tais como aquelas estabelecidas no Pedido dePatente U.S. No. de Série 09/344.094, depositado em 25 dejunho de 1999, agora Patente U.S. No. 6.354.147; Pedido dePatente U.S. No. de Série 10/795.111, depositado em 4 demarço de 2004; Pedido de Patente U.S. No. de Série09/997.221, depositado em 28 de novembro de 2001, agoraPatente U.S. No. 6.587.798; Pedido de Patente U.S. No. deSérie 10/007.749, depositado em 7 de novembro de 2001, ePedido de Patente U.S. No. de Série 10/762.410, depositadoem 21 de janeiro de 2004, cada um dos quais aquiincorporado mediante referência. Deveria ser observado queembora o medidor de fluxo à base de sonar que utiliza umconjunto de sensores para medir a velocidade do som de umaonda acústica que se propaga através da mistura sejamostrado e descrito, observar-se-á que quaisquer meios paramedir a velocidade do som da onda acústica podem ser usadospara determinar a fração de volume de gás permeado damistura/fluido ou outras características do fluxoanteriormente descrito.

O analisador 570 da lógica de fluxo 322 propiciaparâmetros de saída 502 indicativos das características dofluxo de processo 302 que são relacionados à velocidademedida do som (SOS) que se propaga através o fluxo deprocesso 3 02. Por exemplo, para determinar a fração devolume de gás (ou fração de fase), o analisador 570 presumeuma condição quase isotérmica para o fluxo de processo 3 02.Deste modo a fração de volume de gás ou a fração de vácuo érelacionada à velocidade o som pela equação quadrática quese segue:

<formula>formula see original document page 71</formula>

em que χ é a velocidade do som, A=l+rg/rl* (Keff/P-1)-Keff/P,B=Keff/P-2+rg/rl; C=l-Keffrl*ameasA2) ; Rg= densidade de gás,rl= densidade de líquido, Keff= K eficaz (módulo do líquidoe parede de tubulação) , P= pressão, e ameas= velocidade dosom medida. De forma eficaz,

Fração de Volume de Gás (GVF) =(-B+sqrt(Ba2-4*A*C))/(2*A) .

De forma alternativa, a velocidade do som de umamistura pode estar relacionada à fração de fase volumétrica(□i) dos componentes e a velocidade do som (a) e densidades(p) do componente através da equação de Wood,

<formula>formula see original document page 72</formula>

Ondas de compressão unidimensionais que se propagamdentro de um fluxo de processo 3 02 contidas dentro de umatubulação 3 04 exercem uma carga de pressão interna instávelna tubulação. Sendo assim, o grau ao qual a tubulação sedesloca como resultado da carga de pressão instávelinfluencia a velocidade da propagação da onda decompressão. A relação entre a velocidade de domínioinfinita do som e a densidade de uma mistura; o móduloelástico (E) , espessura (t) , e raio (R) de um condutocilíndrico escorado a vácuo; e a velocidade de propagaçãoeficaz (aeff) para compressão unidimensional é determinadapela expressão que se segue:

<formula>formula see original document page 72</formula>

A regra de mistura estabelece essencialmente que acompressibilidade de um fluxo de processo (1/ina2) é a médiavolumetricamente pesada das compressibilidades doscomponentes. Para um fluxo de processo 3 02 que consiste emuma mistura de gás/líquido a pressão e temperaturas típicasda indústria do papel e da polpa, a compressibilidade defase de gás é ordem de magnitudes maior do que aquela dolíquido. Sendo assim, a compressibilidade da fase de gás ea densidade da fase líquida determinam primariamente avelocidade do som de mistura, e como tal, é necessária paraobter-se uma boa estimativa da pressão de processo parainterpretar a velocidade do som de mistura em termos dafração volumétrica de gás permeado. 0 efeito de pressão deprocesso sobre a relação entre a velocidade do som e afração de volume de ar permeado é mostrado na Figura 13.

Conforme anteriormente descrito, a lógica de fluxo322 da presente modalidade determina o tamanho médio departícula de uma mistura partícula/ar ou gotícula/ar dentroda tubulação 3 04 e a razão de ar para partícula. Desde quenão haja qualquer deslizamento apreciável entre o ar e apartícula de carvão sólida, a propagação de ondas de somunidimensionais através de misturas multifásicas éinfluenciada pela massa eficaz e pela compressibilidadeeficaz da mistura. Para um sistema de transporte de ar, ograu ao qual a pressuposição de que nenhum deslizamento seaplica é uma função forte de tamanho e freqüência departícula. No limite de partículas pequenas e freqüênciabaixa, a pressuposição de nenhum deslizamento é válida. Àmedida que o tamanho das partículas aumenta e a freqüênciadas ondas de som aumenta, a pressuposição de nenhumdeslizamento torna-se crescentemente não válida. Para umtamanho de partículas médio, o aumento no deslizamento comfreqüência provoca dispersão, ou, em outras palavras, avelocidade do som da mistura se altera com freqüência. Comcalibração adequada, a característica dispersiva de umfluxo de processo 302 propiciará uma medição do tamanhomédio de partícula, bem como a razão de ar para partícula(razão partícula/fluido) do fluxo de processo 302.

De acordo com a presente invenção a naturezadispersiva do sistema utiliza um primeiro modelo deprincípios da interação entre o ar e as partículas. Estemodelo é visto como sendo representativo de uma classe demodelos que busca levar em consideração os efeitosdispersivos. Outros modelos poderiam ser usados paracontabilizar efeitos dispersivos sem alterar a intençãodesta descoberta (por exemplo, vide o documento intitulado"Atenuação de Viscosidade de Ondas Acústicas em Suspensões"por R.L. Gibson, Jr. e M.N. Toksòz) , que é incorporado aquimediante referência. 0 modelo permite deslizamento entre avelocidade local da fase de fluido contínuo e aquela daspartículas.

A relação que se segue pode ser derivada para ocomportamento dispersivo de uma mistura de partícula defluido idealizada,

<formula>formula see original document page 74</formula>

Na relação acima, a SOS de fluido, densidade (p) eviscosidade (0) são aqueles do fluido de fase pura, vp é ovolume de partículas individuais e 0P é a fração de fasevolumétrica das partículas na mistura.

Deveria ser observado que algumas ou todas as funçõesdentro da lógica de fluxo 36 podem ser implementadas emsoftware (usando um microprocessador ou computador) oufirmware, ou podem ser implementadas usando-se hardwareanalógico e/ou digital, que possui memória suficiente,interfaces, e capacidade para realizar as funções descritasaqui. Além disso, embora a Figura 15 e a Figura 18representem duas modalidades diferentes da lógica de fluxo322 para medir diversos parâmetros do processo de fluxo, apresente invenção contempla que as funções destas duasmodalidades poderiam ser realizadas por uma lógica de fluxoúnica 322. Além disso, o aparelho da presente invençãopropicia um conjunto configurável de sensores para uso aodeterminar pelo menos um parâmetro associado com um fluido.Ao usar uma folha de PVDF que possui diversos sensoresdispostos na mesma, um grande número de sensores, e sendoassim um conjunto altamente configurável, pode serfabricado e instalado tanto rápido quanto economicamente.

Com a presente invenção, a confiabilidade do sistemaé aumentada porque sensores redundantes podem ser criados;se uma falha é detectada em um sensor, outro pode serativado para substitui-lo. Além disso, funcionalidadelatente pode ser criada porque, com a presente invenção, oconjunto pode ser re-configurado para satisfazer asnecessidades de características novas sem exigir um novoarranjo de sensores a ser instalado. A presente invençãotambém permite que o conjunto seja configurado de formadiferente para medir parâmetros diferentes ou para otimizara medição de um parâmetro determinado. A presente invençãopermite uma abertura não linear ao variar o espaçamentoentre sensores consecutivos no conjunto. Isto pode serajustado em tempo real para permitir filtragem espacial dossinais para superar condições (por exemplo, vibrações) quepossam de outra forma impedir ou inibir a sensibilidade depressões instáveis dentro do fluido.

Sensores alternativosOs sensores 316 podem incluir calibradores de tensãoelétrica, fibras óticas e/ou grades, sensores guiados,sensores ultra-sônicos, dentre outros conforme descritoaqui, e podem ser fixados à tubulação 3 04 por adesivo,cola, epóxi, fita adesiva ou outro meio de fixação adequadopara garantir contato adequado entre o sensor e a tubulação304. Os sensores 316 podem de forma alternativa ser fixadosde forma removível ou permanente através de técnicasmecânicas conhecidas tais como ajuste mecânico, molacarregada, grampo, arranjo de cápsula, espanamento ououtros equivalentes. De forma alternativa, calibradores detensão, que incluem fibras óticas e/ou grades, podem serdestacados da tubulação 3 04 (ou tensão ou acusticamenteisolados) se desejado. Também se contempla que qualqueroutra técnica sensível à tensão possa ser usada para mediras variações em tensão na tubulação 3 04, tais comocalibradores de tensão piezelétricos altamente sensíveis,eletrônicos ou elétricos fixados ou incorporados atubulação 304.

Em diversas modalidades da presente invenção, umtransdutor de pressão piezelétrica pode ser usado como umou mais sensores de pressão e pode medir as variações depressão instáveis (ou dinâmicas ou ac) dentro da tubulação304 ao medir os níveis de pressão dentro da tubulação 304.

Em uma modalidade da presente invenção, os sensores 316compreendem sensores de pressão fabricados por PCBPiezotronics de Depew, Nova Iorque. Por exemplo, em umsensor de pressão são integrados sensores do tipo modo devoltagem piezelétrica de circuito integrado que caracterizaamplificadores micro-eletrônicos construídos, e converte acarga de alta impedância em saída de voltagem de baixaimpedância. Especificamente, um modelo 106B fabricado porPCB Piezotronics é usado, o qual é um sensor de pressão dequartzo piezelétrico de circuito integrado e aceleração, deelevada sensibilidade adequado para medir fenômenosacústicos de baixa pressão em sistemas hidráulicos epneumáticos. O mesmo possui a capacidade única de mediralterações de pressão pequenas menores do que 6,894 Pa sobcondições estáticas elevadas. O 106B possui umasensibilidade de 0,0435 mV/Pa e uma resolução de 91 dB(0,6894 Pa).

Os sensores 316 podem incorporar um amplificadormicro-elétrico MOSFET construído para converter a saída decarga de alta impedância em um sinal de voltagem de baixaimpedância. Os sensores 316 podem ser energizados a partirde uma fonte de corrente constante e podem operar ao longode cabo co-axial longo ou cabo de cinta sem degradação desinal. 0 sinal de voltagem de elevada impedância não éafetado por ruído triboelétrico de cabo ou contaminadoresde degradação de resistência de isolamento. Energia paraoperar sensores piezelétricos de circuito integradonormalmente assume a forma de uma fonte de correnteconstante de 2 a 20 mA, de baixo custo, 24 a 27 VDC. Amaior parte dos sensores de pressão piezelétricos sãoconstruídos tanto como cristais de quartzo de modo decompressão pré-carregados em um alojamento rígido, como comcristais de turmalina não-restritos. Estes projetos dão aossensores tempo de resposta de microssegundos e freqüênciasressonantes nas centenas de kHz, com ultrapassagem ouduplicação mínimos. Diâmetros de diafragma pequeno garantemresolução espacial de ondas de choque estreitas. Acaracterística de saída de sistemas de sensor de pressãopiezelétrico é a de um sistema AC-acoplado, em que sinaisrepetitivos declinam até existir uma área igual acima eabaixo da linha de base original. Quando os níveis demagnitude do evento monitorado flutuam, a saída permaneceestabilizada em torno da linha de base com as áreaspositiva e negativa da curva permanecendo iguais.

Além disso, contempla-se que cada um dos sensores 316pode incluir um sensor piezelétrico que propicia ummaterial piezelétrico para medir as pressões instáveis dofluxo 302. O material piezelétrico, tal como o polímero,fluoropolímero polarizado, PVDF, mede a tensão induzidadentro da tubulação do processo 3 04 devido a variações depressão instáveis dentro do fluxo 302. A tensão dentro datubulação 304 é transformada em uma voltagem ou corrente desaída pelos sensores piezelétricos fixados 316. 0 materialPVDF que forma cada sensor piezelétrico 316 pode seraderido à superfície externa de uma tira de aço que seestende e grampeia sobre a superfície externa da tubulação304. 0 elemento sensível piezelétrico é normalmenteconformável para permitir medição circunferencial completaou quase completa de tensão induzida. Os sensores podem serformados a partir de películas PVDF, películas decopolímeros, ou sensores PZT flexíveis, similares àquelesdescritos em "Manual Técnico de Sensores de PelículasPiezo" fornecido por Measurement Specialties, Inc. deFairfield, Nova Jérsei, que é incorporado aqui mediantereferência. As vantagens desta técnica são as que seseguem:1. Medições de taxa de fluxo não-intrusivas.

2. Baixo custo.

3. A técnica de medição não exige nenhuma fonte deexcitação. 0 ruído de fluxo ambiente é usado comouma fonte.

4. Sensores piezelétricos flexíveis podem sermontados em diversas configurações para alcançaresquemas de detecção de sinal. Estas configuraçõesincluem a) sensores co-alocados, b) sensoressegmentados com configurações de polaridadeoposta, c) sensores amplos para intensificar adetecção de sinal acústico e minimizar a detecçãode ruído vorticoso, d) geometrias de sensorcustomizados para minimizar a sensibilidade paramodos de tubulação, e) diferenciação de sensorespara eliminar ruído acústico dos sinaisvorticosos.

5. Temperaturas elevadas (140C) (copolímeros).

Deveria ser observado que algumas ou todas as funçõesdentro da lógica de fluxo 3 6 podem ser implementadas emsoftware (usando um micro-processador ou computador) e/oufirmware, ou podem ser implementadas usando hardwareanalógico e/ou digital, que possui memória suficiente,interfaces, e capacidade para realizar as funções descritasaqui. Além disso, deveria ser entendido que qualquer daspeculiaridades, características, alternativas oumodificações descritas com referência a uma modalidadeespecífica aqui, pode ser também aplicada, usada, ouincorporada com qualquer outra modalidade descrita aqui.

Além disso, embora a invenção tenha sido descrita eilustrada com relação a modalidades exemplificativas damesma, o que se segue e diversas outras adições e omissõespodem ser feitas na mesma e para mesma sem se afastar doespírito e âmbito da presente invenção.

Claims

1. Aparelho para otimizar o processo de separaçãogás/líquido em um fluido que flui dentro de uma tubulação,o aparelho caracterizado por compreender:um dispositivo separador em comunicação com atubulação para receber o fluido, onde o dispositivoseparador separa o fluido em um componente gasoso e umcomponente líquido, onde o componente gasoso flui dentro deum trecho de ramal de gás e onde o componente líquido fluidentro de um trecho de ramal de líquido;um aparelho de medição do ramal de gás, o aparelho demedição de gás estando em comunicação com o componentegasoso para gerar dados do componente gasoso responsivos aotransporte de líquido no componente gasoso;um aparelho de medição do ramal de líquido, oaparelho de medição de líquido estando em comunicação com ocomponente líquido para gerar dados do componente líquidoresponsivos ao transporte de gás no componente líquido; eum dispositivo de processamento em comunicação com oaparelho de medição do ramal de gás e com o aparelho demedição do ramal de líquido, onde o dispositivo deprocessamento recebe e processa os s dados do componentegasoso e s dados do componente líquido para gerar dados deotimização do aparelho.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do aparelho de medição do ramal degás incluir um fluxômetro à base de pressão diferencial eum fluxômetro de sonar.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato do fluxômetro à base de pressãodiferencial incluir pelo menos dentre um fluxômetro à basede orifício, um medidor venturi, um fluxômetro em cotoveloe um medidor em cone-v.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do aparelho de medição do ramal delíquido incluir pelo menos um dentre um medidor deinterrupção de água, um medidor de fração de volume de gás,um fluxômetro, um sensor de pressão e um sensor detemperatura.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do trecho de ramal de líquidoincluir um trecho de ramal de água e um trecho de ramal deóleo e onde o componente líquido é separado em umcomponente de água que flui dentro do trecho de ramal deágua e um componente de óleo que flui dentro do trecho deramal de óleo.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato do aparelho de medição do ramal delíquido incluir um aparelho de medição de ramal de águaassociado ao trecho de ramal de água para receber ocomponente de água e gerar dados de componente de águaresponsivos a pelo menos um dentre um transporte de óleo eum transporte de gás.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato do aparelho de medição do ramal delíquido incluir ainda um aparelho de medição de ramal deóleo associado ao trecho de ramal de óleo para receber ocomponente de óleo e gerar dados de componente de óleoresponsivos a pelo menos um dentre um transporte de gás eum transporte de água.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do aparelho de medição do ramal delíquido incluir ainda um aparelho de medição de ramal deágua em comunicação com o dispositivo de processamento, oaparelho de medição de ramal de água incluindo pelo menosum dentre um medidor de interrupção de água, um medidor defração de volume de gás, um fluxômetro, um sensor depressão e um sensor de temperatura.

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do aparelho de medição do ramal delíquido incluir ainda um aparelho de medição de ramal deóleo em comunicação com o dispositivo de processamento, oaparelho de medição de ramal de óleo incluindo pelo menosum dentre um medidor de interrupção de água, um medidor defração de volume de gás, um fluxômetro, um sensor depressão e um sensor de temperatura.

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do dispositivo separador estar emcomunicação com o dispositivo de processamento para receberos dados de otimização do aparelho, onde o dispositivoseparador é configurável responsivo aos dados de otimizaçãodo aparelho.

11. Método para otimizar o processo de separaçãogás/líquido em um fluido que flui dentro de uma tubulação,o método caracterizado por compreender:receber um fluxo de fluido, onde o fluxo de fluidoinclui um componente líquido e um componente gasoso;separar o componente líquido do componente gasoso,onde o componente líquido é separado do componente gasosovia um dispositivo separador;gerar dados do componente gasoso e dados docomponente líquido, onde os dados do componente gasoso sãoresponsivos ao transporte de líquido no componente gasoso eonde os dados do componente líquido são responsivos aotransporte de gás no componente líquido; eprocessar os dados do componente gasoso e dados docomponente líquido para gerar dados de otimização doaparelho.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11,caracterizado por compreender ainda a comunicação dos dadosde otimização do aparelho ao dispositivo separador, onde odispositivo separador separa o componente líquido docomponente gasoso em resposta aos dados de otimização doaparelho.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelo fato da separação incluir operar odispositivo separador para separar o componente líquido docomponente gasoso, onde o dispositivo separador écaracterizado como,r|sep = l-α (GVF) -β (LGMR)onde α e β são coeficientes de umidade, GVF é o gásaprisionado presente no componente líquido e LGMR é a razãode massa de líquido para gás no componente gasoso.

14. Método, de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelo fato da geração incluir determinar aumidade do componente gasoso, onde a umidade do componentegasoso é caracterizada pelo número de Lockhardt Martinelli(LM), o número sendo expresso como,LM = ( (Qap/Qsonar)-1)onde z)ΔΡ é a taxa de fluxo através de um medidor de pressãodiferencial e Qsonar é a taxa de fluxo através de umfluxômetro à base de SONAR.

15. Método, de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelo fato da geração incluir determinar umataxa de fluxo volumétrico liquido de óleo (Qno) docomponente liquido, onde a taxa de fluxo volumétricolíquido (net) de óleo é caracterizada por,Qno = Q-φοonde Q é o fluxo volumétrico líquido do componente líquidoe φ0 é a fração da fase de óleo do componente líquido.

16. Método, de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelo fato da geração incluir determinar ainterrupção de água e a interrupção de óleo do componentelíquido, onde a interrupção de água é caracterizada por,φ0 + <(>w = 1,e onde a interrupção de óleo é caracterizada por,φο + φ»» + φο =onde o φ0 é a interrupção de óleo, Ijiw é a interrupção deágua e φα é a interrupção de gás.

17. Aparelho para otimizar o processo de separação emum fluido que flui dentro de uma tubulação, o aparelhocaracterizado por compreender:um dispositivo separador em comunicação com atubulação para receber o fluido, onde o dispositivoseparador separa o fluido em um primeiro componente e umsegundo componente;pelo menos um dispositivo de medição, pelo menos umdispositivo de medição estando associado ao separador paragerar dados do medidor responsivos a pelo menos um dentre oprimeiro componente e o segundo componente eum dispositivo de processamento, onde o dispositivode processamento está em comunicação com pelo menos umdispositivo de medição para gerar dados de processadorresponsivos ao fluido.

18. Aparelho, de acordo com a reivindicação 17,caracterizado pelo fato do dispositivo de processamentoestar ainda em comunicação com o separador para permitirque o dispositivo de processamento controle pelo menos umdentre o separador e o pelo menos um dispositivo demedição.

19. Aparelho, de acordo com a reivindicação 17,caracterizado por compreender ainda pelo menos uma válvulaassociada à tubulação, onde o dispositivo de processamentoestá em comunicação com pelo menos uma válvula parapermitir que o dispositivo de processamento controle pelomenos uma válvula.

20. Aparelho, de acordo com a reivindicação 17,caracterizado por compreender ainda um meio para introduzirpelo menos um dentre um desespumante e um desenevoador natubulação, onde o dispositivo de processamento está emcomunicação com o meio para introduzir pelo menos um dentreum desespumante e um desenevoador na tubulação paracontrolar a introdução de pelo menos um dentre umdesespumante e um desenevoador na tubulação.