BR112019003256B1 - Sensor de frequência, e, método para utilização em operações de formação subterrânea - Google Patents
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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- G01N2291/025—Change of phase or condition
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Abstract
A presente divulgação refere-se a sensores de frequência de vibração compreendendo um tubo de fluxo vibratório tendo um interior para receber um fluido, um detector de vibração acoplado ao tubo de fluxo para detectar uma frequência do fluido recebido pelo tubo de fluxo durante sua vibração; e circuito de medição acoplado ao detector de vibração para determinar um desvio de frequência ao longo do tempo da frequência detectada. Pelo menos uma porção de uma superfície do interior do tubo de fluxo é funcionalizada com um reagente sensível ao analito e o desvio de frequência corresponde à presença do analito, o analito tendo reagido com o reagente.
Description
[001] As modalidades descritas neste documento referem-se geralmente a aparelhos e métodos para utilização em operações de formação subterrânea e, mais particularmente, a sensores de frequência e métodos de utilização dos mesmos para detectar analitos em operações de formação subterrânea.
[002] Fluidos de hidrocarbonetos, incluindo petróleo e gás natural, são obtidos de poços perfurados em formações subterrâneas (ou simplesmente "formações") com reservatórios ricos em hidrocarbonetos. Depois que o poço é perfurado, ele é completado pela instalação de equipamentos e materiais especialmente projetados para facilitar e controlar a produção de hidrocarbonetos. Em qualquer ponto durante o projeto, durante a perfuração e completação de um determinado poço, pode ser desejável obter certas informações sobre as características dos fluidos produzidos da formação. Como utilizado neste documento, o termo "fluidos produzidos" e suas variantes gramaticais referem-se a qualquer fluido recuperado para a superfície a partir de um poço que não é um fluido de tratamento introduzido (isto é, não um fluido que foi colocado no poço). Consequentemente, os fluidos produzidos podem ser óleo, gás, água e semelhantes.
[003] Pode ser desejável determinar se os materiais deletérios (por exemplo, materiais corrosivos, materiais reagentes metalúrgicos e semelhantes) estão presentes nos fluidos do poço. Tais materiais deletérios podem afetar os equipamentos e/ou operadores envolvidos nos setores de petróleo e gás a jusante, a montante e no meio. Como usado neste documento, o "setor a montante" refere-se à exploração e produção de fluidos de formação de petróleo bruto; o “setor do meio” refere-se ao transporte e armazenamento de fluidos de formação de petróleo bruto; e o “setor a jusante” refere-se ao refinamento de fluidos de formação de petróleo bruto, incluindo processamento e purificação de gás natural bruto.
[004] As seguintes figuras são incluídas para ilustrar certos aspectos inventivos e recursos das modalidades descritas neste documento e não devem ser vistas como modalidades exclusivas. A matéria divulgada é capaz de modificações consideráveis, alterações, combinações e equivalentes na forma e função, como ocorrerá àqueles versados na técnica e com o benefício desta divulgação.
[005] A FIG. 1 representa uma vista em corte transversal de um sensor de frequência, de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação.
[006] A FIG. 2 representa uma vista em corte transversal de um sensor de frequência funcionalizado com dois reagentes, de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação.
[007] A FIG. 3 representa uma vista em corte transversal de um sistema de sensores de frequência tendo um par de sensores de frequência cada um tendo um detector de vibração acoplado de modo comunicativo a circuitos de medição, de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação.
[008] A FIG. 4 é um diagrama esquemático de um exemplo de sistema de perfuração que pode empregar os princípios da presente divulgação.
[009] A FIG. 5 é um diagrama esquemático de um exemplo de sistema de cabo wireline que pode empregar os princípios da presente divulgação.
[0010] As modalidades descritas neste documento referem-se geralmente a aparelhos e métodos para utilização em operações de formação subterrânea e, mais particularmente, a sensores de frequência e métodos de utilização dos mesmos para detectar analitos em operações de formação subterrânea. Especificamente, os sensores de frequência da presente divulgação combinam sinergicamente um tubo de fluxo vibratório tendo um reagente sensível a um analito de interesse funcionalizado com o mesmo. O sensor de frequência é capaz de detectar um desvio de frequência correspondente à presença do analito que reagiu com o reagente em tempo real ou quase em tempo real. O desvio de frequência pode responder, por exemplo, à alteração na massa ou densidade de um determinado reagente, uma vez que tenha reagido com o analito. Por exemplo, a mudança de frequência para aumentar a massa do reagente (por exemplo, por absorção de um analito) leva a uma diminuição na frequência e vice-versa. Como mencionado anteriormente, os sensores de frequência descritos neste documento podem ser empregados em qualquer ponto durante o projeto, perfuração e completação de um determinado poço para obter informações sobre um determinado analito.
[0011] As modalidades deste documento empregam sensores de frequência para detecção de um analito de interesse dentro de um fluido de formação, incluindo analitos de material prejudiciais, que são de particular interesse. Como usado neste documento, o termo "fluido" refere-se à fase líquida e substâncias de fase gasosa. Como utilizado neste documento, o termo "analito" e suas variantes gramaticais referem-se a um material (ou substância) cujos atributos químicos e/ou físicos estão sendo qualitativa e/ou qualitativamente detectados. Embora as modalidades descritas neste documento sejam descritas com referência à detecção de analitos potencialmente prejudiciais, deve ser compreendido que os analitos não prejudiciais podem também ser detectados e/ou medidos de acordo com as modalidades da presente divulgação.
[0012] Os sensores de frequência descritos neste documento podem ser utilizados em processos e/ou equipamentos a montante, a meio curso ou a jusante, sem se afastarem do escopo da presente divulgação. Por exemplo, os sensores de frequência podem ser utilizados em uma ferramenta de teste de formação no fundo de um poço que coleta, monitora, analisa e/ou traz amostras de fluido de formação para a superfície. Tais ferramentas de teste de formação são ferramentas vedadas que tipicamente contêm uma passagem ou canal de fluxo que é usado para retirar o fluido diretamente da formação. O fluido de formação é coletado dentro da ferramenta e analisado no poço utilizando os sensores de frequência descritos neste documento e pode adicionalmente ser trazido para a superfície para uma análise duplicada ou posterior, que pode ou não empregar os sensores de frequência descritos neste documento. O sensor de frequência pode estar localizado dentro de uma ferramenta de teste de formação em um fluxo de fluido de óleo, um fluxo de fluido de gás e/ou um fluxo de fluido aquoso em um local no fundo de poço (por exemplo, um poço de produção hidrocarboneto, uma operação de mineração e semelhantes). Em algumas modalidades, a ferramenta de teste de formação pode fazer parte de um sistema de cabo wireline usado durante uma aplicação de perfuração, por exemplo, para transportar os dados recebidos do sensor de frequência para a superfície para monitoramento. Esses sistemas de cabo wireline são descritos em maior detalhe abaixo. Os sensores de frequência podem ainda ser empregados em equipamentos de transporte e armazenamento (por exemplo, uma tubulação, um caminhão, um vagão ferroviário, um navio petroleiro, uma barcaça) para transportar o fluido de formação para um ou mais locais ou para mantê-lo em um local específico e em que o fluido de formação entra em contato. Adicionalmente, os sensores de frequência podem ser utilizados no processamento, refinação e purificação de equipamentos que entram em contato com o fluido de formação. Consequentemente, os sensores de frequência podem estar localizados em uma corrente de fluido de óleo ou em uma corrente de fluido de gás em uma ou mais localizações de superfície, tal como uma corrente de fluido que faz parte de uma instalação química.
[0013] Em algumas modalidades, o sensor de frequência pode ser utilizado em um ou mais locais durante qualquer ou todas as operações ou processos do setor a montante, no meio e a jusante. De tal maneira, por exemplo, um ou mais analitos desejados podem ser monitorados ao longo de toda ou parte do tempo de vida de um fluido de formação antes do fornecimento a um usuário final. Além disso, interações com equipamentos específicos podem ser identificadas ou elucidadas, resultando em níveis crescentes ou decrescentes de um ou mais analitos desejados.
[0014] Como mencionado anteriormente, os analitos deletérios podem ser particularmente desejáveis para detecção nos fluidos da formação. Por exemplo, o mercúrio presente no fluido da formação (por exemplo, em uma corrente gasosa de uma formação, como um encanamento, equipamento de armazenamento ou equipamento de processamento) pode resultar em falhas de equipamentos metalúrgicos (por exemplo, equipamentos de troca de calor) devido à amalgamação das superfícies do equipamento com o mercúrio no fluido da formação. Tal amalgamação pode causar falha do equipamento ou reduzir a eficácia ou a eficiência do equipamento. De fato, em alguns casos, os fluidos de formação podem produzir mais de 500 gramas (g) de mercúrio elementar por dia (por exemplo, campos de gás na Malásia, Tailândia e Austrália), o que pode afetar significativamente equipamentos, operações e custos. Como outro exemplo, o sulfeto de hidrogênio (H2S) presente no fluido de formação pode resultar em preocupações ambientais, de saúde e de segurança. O sulfeto de hidrogênio é extremamente venenoso, corrosivo, inflamável e explosivo. Pode causar corrosão sob tensão quando combinado com água, resultando em microfissuras em equipamentos metálicos que reduzem o estresse de tração do metal (e, portanto, o estresse no qual ele pode falhar). Outros analitos de interesse incluem, mas não estão limitados a, um sal, dióxido de carbono, partículas sólidas e qualquer combinação destes, como discutido em maior detalhe abaixo.
[0015] Uma ou mais modalidades ilustrativas divulgadas neste documento são apresentadas abaixo. Nem todas as características de uma implementação real são descritas ou mostradas nesta aplicação por uma questão de clareza. É compreendido que no desenvolvimento de uma modalidade real incorporando as modalidades divulgadas neste documento, inúmeras decisões específicas a implementações devem ser tomadas para alcançar as metas do desenvolvedor, tais como conformidade com restrições relacionadas ao sistema, relacionadas à litologia, relacionadas ao negócio, relacionados ao governo e outras restrições as quais variam por implementação e de tempos em tempos. Embora os esforços de um desenvolvedor possam ser complexos e demorados, tais esforços seriam, no entanto, um empreendimento de rotina para aqueles versados nesta técnica, tendo o benefício desta divulgação.
[0016] Deve ser notado que, quando o termo "cerca de" é fornecido neste documento no início de uma lista numérica, o termo modifica cada número da lista numérica. Em algumas listas numéricas de faixas, alguns limites inferiores listados podem ser maiores do que alguns limites superiores listados. Um indivíduo versado na técnica reconhecerá que o subconjunto selecionado demandará a seleção de um limite superior que exceda o limite inferior selecionado. Salvo indicação em contrário, todos os números que expressam quantidades de ingredientes, propriedades tais como peso molecular, condições de reação, e assim por diante, usadas no presente relatório descritivo e nas reivindicações associadas devem ser entendidos como sendo modificados em todos os casos pelo termo “cerca de”. Neste documento, termo “cerca de” abrange +/- 5% de um valor numérico. Por exemplo, se o valor numérico for "de cerca de 80%", então, pode ser de 80% +/- 5%, equivalente a 76% a 84%. Por conseguinte, a menos que indicado o contrário, os parâmetros numéricos estabelecidos no seguinte relatório descritivo e nas reivindicações anexas são aproximações que podem variar dependendo das propriedades desejadas se obtidas pelas modalidades exemplares descritas neste documento. No mínimo e não como uma tentativa de limitar a aplicação da doutrina dos equivalentes ao escopo das reivindicações, cada parâmetro numérico deve, pelo menos, ser interpretado à luz do número de dígitos significantes relatados e ao aplicar as técnicas de arredondamento comuns.
[0017] Embora composições e métodos sejam descritos nesse documento em termos de “compreendendo”, vários componentes ou etapas, as composições e os métodos podem também “consistir essencialmente em” ou “consistir em” vários componentes e etapas. Quando "compreendendo" é usado em uma reivindicação, ele é aberto.
[0018] Tal como utilizado neste documento, o termo "substancialmente" significa, em grande parte, mas não necessariamente, na sua totalidade.
[0019] O uso de termos direcionais, tais como acima, abaixo, superior, inferior, ascendente, descendente, esquerda, direita, superfície de poço, fundo de poço e semelhantes são usados em relação às modalidades ilustrativas como elas são representadas nas figuras, a direção ascendente sendo em direção ao topo da figura correspondente e a direção descendente sendo em direção à parte inferior da figura correspondente, a direção de superfície de poço sendo em direção à superfície do poço e a direção de fundo de poço sendo em direção ao fundo do poço.
[0020] Com referência agora a FIG. 1, é ilustrada uma vista em corte transversal de um sensor de frequência, de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação. Como mostrado, o sensor de frequência 100 compreende um tubo de fluxo vibratório 102 (ou simplesmente "tubo de fluxo 102") tendo um interior 104. O interior 104 define o orifício de fluxo 106 através do qual o fluido pode fluir (setas). Embora o tubo de fluxo 102 seja mostrado como tendo uma configuração horizontal (ou reta), deve ser compreendido que outras configurações para o tubo de fluxo 102 podem ser utilizadas de acordo com as modalidades descritas neste documento (por exemplo, vertical, desviado (inclinado), em forma de S, em forma de C, em forma de U, em forma de D, em espiral e semelhantes), sem sair do escopo da presente divulgação. A seleção da determinada configuração do tubo de fluxo 102 dependerá de vários fatores incluindo, mas não limitados a direção do fluxo do fluido, local no qual o sensor de frequência 100 é colocado (por exemplo, no fundo do poço, uma tubulação e semelhantes) e qualquer combinação dos mesmos. Formas preferidas para modelagem teórica e interpretação de dados podem incluir configurações horizontais (ou retas) e configurações em forma de U. O tubo de fluxo 102 pode ser revestido ou suportado por um compartimento 108 que pode ser feito de um material rígido que não só fornece suporte ao tubo de fluxo 102, mas também ajuda a isolar uma região de vibração 110. Em algumas modalidades, como mostrado, uma área anular é formada na região de vibração 110 entre o tubo de fluxo 102 e o compartimento 108.
[0021] Dentro da região de vibração 110, pelo menos uma porção do interior 104 do tubo de fluxo 102 é funcionalizada com um reagente 112 sensível a um analito de interesse em um fluido (por exemplo, um fluido de formação) para detecção com base em um desvio de frequência pelo sensor de frequência 100, conforme descrito abaixo. Como utilizado neste documento, o termo "pelo menos uma porção" com referência à funcionalização do interior 104 do tubo de fluxo 102 com um reagente 112 refere-se a pelo menos cerca de 0,1% da superfície do interior 104 na região vibratória 110 sendo funcionalizada com o reagente 112. Isto é, pelo menos cerca de 0,1% do interior 104 do tubo de fluxo 102 é funcionalizado com o reagente 112, até (como mostrado) 100% do interior 104 do tubo de fluxo 102 ser funcionalizado com o reagente 112. A porção da região vibratória 110 sendo funcionalizada com o reagente 112 pode ser determinada com base na sensitividade e longevidade desejadas para o sensor, levando em conta a resolução na medição de frequência, a mudança na massa no reagente e a interação do analito e semelhantes.
[0022] Com referência agora a FIG. 2 e com referência continuada à FIG. 1, ilustrado o sensor de frequência 200, que é substancialmente similar ao sensor de frequência 100 da FIG. 1, exceto que dois reagentes 112a, 112b são funcionalizados no interior 104 do tubo de fluxo 102. Assim, cada um dos dois reagentes 112a, 112b é sensível a um analito diferente e o sensor de frequência 200 detecta dois desvios de frequência associados a cada um dos dois reagentes 112a, b e o circuito de medição 120 determina desvios de frequência correspondentes a cada analito único, como descrito abaixo. Deve ser apreciado que embora a FIG. 2 represente dois reagentes 112a, 112b, uma pluralidade (dois ou mais) de reagentes pode ser funcionalizada no interior 104 do tubo de fluxo 102, sem se afastar do escopo da presente divulgação. Além disso, a pluralidade de reagentes pode ser funcionalizada no interior 104 do tubo de fluxo 102 em quaisquer configurações, incluindo uma configuração espaçada (como mostrado) ou uma configuração aleatória e a quantidade de qualquer reagente pode ser mais, menos ou o mesmo em quantidade comparado a qualquer outro reagente. A configuração e a quantidade de qualquer reagente particular dependerá, pelo menos em parte, do tipo e quantidade particular de analitos que se espera encontrar em um determinado fluido (por exemplo, fluido de formação).
[0023] Deve ser apreciado que a sensibilidade do desvio de frequência pode ser comprometida quando uma pluralidade de reagentes é usada com um único sensor de frequência e os reagentes que tenham desvios de frequência muito diferentes podem ser preferíveis. Em algumas modalidades, a medição do desvio de frequência juntamente com a medição do modo de forma de vibração pode ser utilizada para diferenciar reagentes ou é utilizado um material de tubo de fluxo muito fino (por exemplo, grafeno, nanotubos de carbono e semelhantes) para melhorar sensibilidade onde uma pluralidade de reagentes é usada em um único sensor de frequência. A área reativa dentro do tubo de fluxo pode ser usada para acentuar uma forma de modo e uma sensibilidade para um analito. Em outras modalidades, a sensibilidade pode ser aumentada pelo revestimento de cada um dos reagentes diferentes em porções conhecidas do tubo de fluxo 102 na região vibratória 110 para melhorar várias características do espectro de frequência. Por exemplo, se o reagente 112a puder ser revestido a uma porção de 1/4 do tubo de fluxo 102 e uma porção de 1/3 do tubo de fluxo 102 na região de vibração e o reagente 112b em porções conhecidas adjacentes a ele ou entre eles.
[0024] Referindo novamente a FIG. 1, o tubo de fluxo 102 é composto de qualquer material capaz de vibrar e capaz de ter um reagente 112 funcionalizado para o mesmo. Em algumas modalidades, o tubo de fluxo 102 é composto por um plástico, um metal, uma cerâmica, um vidro e qualquer combinação destes. Isto é, o tubo de fluxo 102 pode ser composto por um material compósito de dois ou mais dentre um plástico, um metal ou uma cerâmica. Em tais casos, as propriedades dos materiais individuais mantêm as suas características específicas, mas podem ser utilizadas para melhorar sinergisticamente as propriedades do tubo de fluxo 102, tal como pelo aumento da funcionalização do reagente 112 sobre o mesmo. Por exemplo, o tubo de fluxo 102 pode ser um material compósito de fibras cerâmicas incorporadas a uma matriz de metal ou polímero. Em algumas modalidades específicas, por exemplo, o tubo de fluxo 102 é composto por grafeno, nanotubos de carbono, fibra de vidro, grafite, um compósito de grafite, um polímero reforçado com fibra de carbono, poliéter éter cetona, um polímero orgânico, epóxi, cerâmica (por exemplo, óxido de alumínio, um óxido de alumínio dopado com nitrogênio e similares) e qualquer combinação destes. Em algumas modalidades, o tubo de fluxo 102 é um de fibra de vidro, grafite, um compósito de grafite, um polímero reforçado com fibra de carbono, poliéter éter cetona, um polímero orgânico, epóxi, cerâmica e qualquer combinação destes revestidos com grafeno, nanotubos de carbono e qualquer combinação destes. A seleção do determinado tipo de material para formar o tubo de fluxo 102 depende, pelo menos em parte, do analito de interesse a ser detectado, do reagente 112 a ser funcionalizado, do método de funcionalização selecionado e semelhantes e qualquer combinação dos mesmos.
[0025] O reagente 112 selecionado para ser funcionalizado no interior 104 do tubo de fluxo 102 é selecionado com base no analito de interesse no fluido a ser examinado, onde o reagente 112 reage com o analito de alguma maneira. Por exemplo, o analito pode reagir com o reagente 112 por degradação (ou dissolução) do reagente 112, por absorção do analito ao reagente 112, desgastando (ou erodindo) o reagente 112 e semelhantes. Os analitos de interesse podem ser qualquer composto ou partícula presente em um fluido (por exemplo, um fluido de formação) de interesse. Por exemplo, o analito pode ser um composto corrosivo, um gás de interesse (por exemplo, dióxido de carbono considerado um gás de efeito estufa cuja identificação e captura podem ser desejáveis), um composto significando uma falha de processo (por exemplo, erosão particulada do reagente 112 significando um quebra de tela) e assim por diante. Exemplos de analitos adequados incluem, mas não estão limitados a, sulfeto de hidrogênio, mercúrio, sal, dióxido de carbono, partículas sólidas, moléculas biológicas, micro-organismos e qualquer combinação destes.
[0026] Exemplos de reagentes 112 que podem ser funcionalizados no interior 104 do tubo de fluxo 102 que são sensíveis aos analitos em um fluido incluem, mas não estão limitados a, ouro, prata, cobre, ferro, níquel, uma liga de ouro, uma liga de prata liga de cobre, liga de ferro, liga de níquel, metal precioso, metal nobre, liga de metal precioso, liga de metal nobre, agente quelante sólido, polissulfeto de enxofre-limoneno, cristal piezoelétrico, sal, frangível material, um anticorpo e qualquer combinação destes. Como usado neste documento, o termo "liga" é um metal feito pela combinação de dois ou mais elementos metálicos, onde pelo menos 50% da liga compreende o metal nomeado (por exemplo, uma liga de ouro compreende pelo menos 50% de ouro). Como exemplos de emparelhamento reagente-analito, ouro, ligas de ouro, metais preciosos (por exemplo, ouro, prata, platina, paládio, rutênio, ródio, ósmio, irídio), polissulfeto de enxofre-limoneno e cristais piezoelétricos são sensíveis ao mercúrio; e materiais frangíveis são sensíveis a partículas sólidas; metais nobres (por exemplo, rutênio, ródio, paládio, prata, ósmio, irídio, platina, ouro, mercúrio, rênio) ligados com ferro são sensíveis ao sulfeto de hidrogênio; os anticorpos são sensíveis a moléculas biológicas e microrganismos.
[0027] Os reagentes 112 descritos neste documento são funcionalizados para o interior 104 do tubo de fluxo 102 por qualquer meio adequado para os dois materiais. Exemplos específicos de métodos de funcionalização incluem, mas não se limitam a, aderência do reagente 112 ao interior 104 (por exemplo, com um adesivo tal como uma resina, um agente de adesividade, uma cola e semelhantes), ligação mecânica do reagente 112 ao interior 104 (por exemplo, com um fixador mecânico, tal como um grampo, um trinco, uma conexão de mola, um parafuso, um prego e semelhantes), brasagem do reagente 112 ao interior 104 (por exemplo, soldagem com um metal ou liga, tal como uma liga de cobre-zinco, a alta temperatura), soldagem do reagente 112 ao interior 104 (por exemplo, pela união das superfícies com aquecimento a um ponto de fusão), deposição química do reagente 112 ao interior 104 e qualquer combinação destes. A deposição química do reagente 112 no interior 104 pode ser por qualquer meio compatível com o reagente 112 e o material que forma o interior 104 do tubo de fluxo 102 para permitir a funcionalização. Exemplos específicos de métodos de deposição química incluem, mas não estão limitados a niquelagem, niquelagem por lâmpada de indução, galvanoplastia, deposição química a vapor, deposição da camada atômica, precipitação e semelhantes e qualquer combinação destes.
[0028] Em algumas modalidades, como mostrado, as medições podem ser feitas à medida que o fluido flui através do tubo de fluxo 102 na região de vibração 110. Em outras modalidades, o compartimento pode ser configurado para isolar completamente uma porção de fluido dentro do tubo de fluxo 102 na região de vibração 110 para obter medições durante um determinado período. Por exemplo, o compartimento 108 pode ser equipado com anteparas de extremidade que são capazes de formar uma parede divisória ou barreira para reter uma porção de fluido dentro da região de vibração 110, que é depois liberada (por exemplo, um mecanismo de porta deslizante, um mecanismo de porta basculante, uma válvula e semelhantes), sem sair do escopo da presente divulgação.
[0029] O sensor de frequência 100 detecta o analito por uma mudança de frequência formada pela reação com o reagente 112. Para este fim, em algumas modalidades, o sensor de frequência 100 inclui uma fonte de vibração 114, um detector de vibração 116 e um circuito de medição 120. A fonte de vibração 114 é acoplada ao tubo de fluxo e configurada para excitar a vibração do tubo de fluxo 102 na região vibratória 110. Como utilizado neste documento, o termo "acoplado" e suas variantes gramaticais incluem uma conexão direta ou indireta. Em certas modalidades, a fonte de vibração 114 pode ser um martelo eletromagnético usado para atingir o tubo de fluxo 102 na região de vibração 110, um campo magnético (por exemplo, onde o tubo de fluxo 102 é colocado dentro do campo magnético e correntes alternativas o atravessam) um agitador mecânico, um gerador de frequências acústicas e qualquer combinação destes.
[0030] O sensor de frequência 100 compreende um detector de vibração 116 acoplado ao tubo de fluxo 102 na região vibratória 110. O detector de vibração 116 detecta pelo menos uma frequência em um momento específico ou ao longo do tempo de um fluido no tubo de fluxo 102 na região vibratória 110. O detector de vibração 116 pode ser qualquer dispositivo ou objeto capaz de detectar frequência e capaz de ser acoplado de modo comunicável ao circuito de medição 120, que é capaz de analisar as frequências detectadas do detector de vibração 116, tais como desvios de frequência associados à reação do analito e o reagente 112. Exemplos de detectores de vibração adequados incluem, mas não estão limitados a, um cabo metálico, uma fibra óptica (por exemplo, um sensor óptico), um medidor de tensão, um acelerômetro, um sensor piezoelétrico, uma bobina magnética, um sensor de deslocamento e qualquer combinação desses. Como exemplos, se o detector de vibração 116 for uma fibra óptica, a vibração detectada pode ser refletida pela luz do tubo de fluxo de vibração 102 em resposta ao analito e reagente 112 que reagem; se o detector de vibração 116 for um acelerômetro, a vibração detectada pode ser a aceleração ou desaceleração do tubo de fluxo de vibração 102 em resposta ao analito e o reagente 112 que reagem; se o detector de vibração 116 for um sensor de deslocamento, a vibração detectada pode ser gerada pelo tubo de fluido de vibração 102 em resposta ao analito e reagente 112 que reagem.
[0031] Embora a localização da fonte de vibração 114 na FIG. 1 (e FIG. 2) esteja a montante do detector de vibração 116, deve ser apreciado que a fonte de vibração 114 (quando integrada no sensor de frequência 100) e o detector de vibração 116 podem estar em qualquer configuração em relação um ao outro, desde que a fonte de vibração 114 capaz de excitar a vibração do tubo de fluxo 102 na região vibratória 110 e o detector de vibração 116 seja capaz de detectar a frequência de vibração na região vibratória 110, sem sair do escopo da presente divulgação.
[0032] O detector de vibração 116 é acoplado de modo comunicável ao circuito de medição 120 via linha de comunicação 118. Como mostrado, o circuito de medição 120 é parte integrante do compartimento 108; no entanto, deve ser apreciado que o circuito de medição 120 pode ser comunicativamente acoplado ao detector de vibração 116 através da linha de comunicação 118 sem que o circuito de medição 120 seja parte integrante do sensor de frequência 100 (incluindo o compartimento 108), tal como onde o circuito de medição é um componente separado que se conecta ao sensor de frequência 100 através da linha de comunicação 118, sem sair do escopo da presente divulgação. A linha de comunicação 118 é uma conexão elétrica, a qual pode ser com ou sem fios, que permite a comunicação entre o detector de vibração 116 e o circuito de medição 120, de modo que o circuito de medição 120 pode analisar as frequências detectadas pelo detector de vibração 116. O circuito de medição 120 determina pelo menos um desvio de frequência correspondente à presença do analito devido à reação do analito com o reagente 112. Ou seja, o tubo de fluxo vibratório 102 que tem o reagente 112 funcionalizado no mesmo e que não reagido tem uma determinada frequência, em que a reação do reagente 112 com o analito em um fluido no tubo de fluxo 102 resulta em uma frequência diferente, que pode ser maior ou menor que a frequência não reagida. O circuito de medição 120 mede este desvio de frequência e esse desvio de frequência corresponde a uma ou mais de uma característica do analito incluindo, mas não limitado a, uma massa do analito, uma concentração do analito, um coeficiente de difusão do analito e qualquer combinação destes.
[0033] Como exemplo, o circuito de medição 120 pode incluir um analisador espectral configurado para realizar uma transformação específica nas frequências (que podem ser baseadas no tempo) recebidas pelo detector de vibração 116. Em algumas modalidades, o circuito de medição 120 pode incluir um processador concebido para executar instruções armazenadas na memória acoplada ao processador para executar as funções de transformação e depois para determinar o desvio de frequência desejado associado à presença do analito.
[0034] Em alguns casos, o circuito de medição 120 pode ser utilizado para medir um desvio de frequência correspondente à concentração do analito e com base na densidade inicial do reagente funcionalizado 112, na densidade final do reagente funcionalizado 112 com base no desvio de frequência (ou seja, depois de reagir com o analito). Como outro exemplo, o circuito de medição 120 pode ser utilizado para medir um desvio de frequência correspondente ao coeficiente de difusão do analito, em que a concentração do analito é conhecida pela manipulação da taxa de fluxo (por exemplo, pela interrupção da taxa de fluxo utilizando anteparas) no tubo de fluxo 102, em que o aumento ou diminuição da densidade do reagente 112 se correlaciona com o coeficiente de difusão. Em alguns exemplos, o coeficiente de difusão pode correlacionar-se com a taxa na qual a mudança de frequência ocorre, e estabelecendo tais correlações, o circuito de medição 120 pode ser calibrado para medições de coeficiente de difusão. Além disso, nos gases, o peso molecular do gás pode ser determinado; e em líquidos, a dimensão da área do líquido pode ser determinada.
[0035] Em outra modalidade, dois ou mais sensores de frequências 100 são utilizados em tandem para detectar um desvio de frequência comparativo entre os dois sensores. Com referência agora a FIG. 3, com referência continuada à FIG. 1, é ilustrado um sistema de sensor de frequência 300 tendo um par de sensores de frequência tendo, cada um, um detector de vibração 116 (FIG. 1) acoplado de forma comunicacional a circuitos de medição únicos 120 através de linhas de comunicação 118a, 118b associadas a um sensor de frequência diferente. Consequentemente, as frequências detectadas a partir de ambos os sensores de frequência podem ser comparadas para obter um desvio de frequência comparativo pelo circuito de medição 120. Como utilizado neste documento, o termo “desvio de frequência comparativa” refere-se a um desvio de frequência calculado entre pelo menos dois sensores de frequência. Desta maneira, um ou mais analitos em um fluido podem ser detectados e analisados em vários pontos ao longo de uma ou mais linhas de fluxo ou ao longo da vida útil de um fluido antes de ser transportado para um usuário final (por exemplo, comunicação sem fio ou comunicação com fio). Como um exemplo, um primeiro sensor de frequência pode ser funcionalizado com um reagente, enquanto o segundo sensor de frequência não é funcionalizado e um desvio de frequência comparativo é determinado entre os dois sensores para um determinado analito ou vice-versa.
[0036] Deve ser apreciado que embora o circuito de medição única 120 seja mostrado na FIG. 3, cada um dos sensores de frequência individuais pode compreender um circuito de medição individual que transmite mudanças de frequência para uma localização separada para análise, sem sair do escopo da presente divulgação.
[0037] Por exemplo, em algumas modalidades, uma primeira frequência é detectada utilizando um primeiro sensor de frequência e uma segunda frequência é detectada utilizando um segundo sensor de frequência. Os detectores de vibração de cada um dentre o primeiro sensor de frequência e o segundo sensor de frequência comunicam-se a um único circuito de medição através de linhas de comunicação individuais, onde o circuito de medição determina um desvio de frequência comparativo no tempo entre a primeira frequência e a segunda frequência, que corresponde ao atual analito que reagiu com um reagente. Em alguns casos, como descrito acima, uma pluralidade de reagentes é funcionalizada para o interior dos tubos de fluxo do sensor de primeira e/ou segunda frequência e o circuito de medição determina os desvios de frequência correspondentes a um único analito. Em alguns casos, a pluralidade de reagentes é funcionalizada em um tubo de fluxo e uma única frequência é detectada. Em outros casos, uma pluralidade de sensores de frequência são funcionalizados em tubos de fluxo tendo pelo menos um reagente diferente entre os sensores e um desvio de frequência combinado é detectado pelo detector de vibração e o circuito de medição é capaz de analisar cada desvio de frequência associado a cada par analito/reagente. Em outras modalidades, apenas um dos dois sensores de frequência tem um reagente funcionalizado no interior do tubo de fluxo. Ainda em outras modalidades, os dois sensores de frequência têm dois reagentes diferentes funcionalizados no interior dos respectivos tubos de fluxo.
[0038] O detector de vibração e o circuito de medição descritos neste documento determinam os desvios de frequência relacionados com a reação entre um reagente e um analito utilizando um sensor de frequência. Com base no desvio de frequência, a presença do analito é determinada, assim como uma ou mais características sobre o analito. Em outras modalidades, essa presença e características podem ser determinadas com base no inverso, em que um analito que reagiu com o reagente é não reagido e as frequências associadas à não reação são detectadas pelo detector de vibração e o desvio de frequência é determinado utilizando o circuito de medição. Por exemplo, quando o analito absorve sobre o reagente, aumentando assim a massa do reagente, ele pode ser dessorvido (por exemplo, por aquecimento e semelhantes) e a diminuição na massa do reagente é detectada como uma frequência pelo detector de vibração e o desvio de frequência detectado pelo circuito de medição.
[0039] Como um exemplo específico, o sensor de frequência descrito neste documento pode ser funcionalizado com um reagente sensível ao mercúrio. Como mencionado anteriormente, o mercúrio é um analito deletério que se amalgamará com todo o metal, com exceção do ferro, embora possa ser necessária alguma temperatura e pressão para que alguns metais iniciem ou acelerem a amalgamação. Quando o mercúrio é selecionado como o analito escolhido, como com qualquer analito, o reagente ideal seria sensível ao mercúrio em uma ampla faixa de temperatura e pressão e seria sensível apenas ao mercúrio. A sensibilidade do reagente é, portanto, impulsionada pelo analito máximo disponível, neste caso o mercúrio.
[0040] Neste exemplo, o sensor de frequência é configurado para detectar um analito de mercúrio e o reagente funcionalizado para o interior do tubo de fluxo do sensor de frequência é ouro (por exemplo, película de ouro). Na presença de um analito de mercúrio, o reagente de ouro absorveria o mercúrio, aumentando assim a massa ou densidade do reagente de ouro e diminuindo a frequência detectada pelo detector de vibração. Além disso, a liga de ouro com pequenas quantidades de sódio metálico fará com que o processo de amalgamação do mercúrio ocorra mais rapidamente e na presença de uma película de água. Ao longo da duração de uma operação no fundo do poço, logo, a quantidade de mercúrio presente em um fluido de formação, pode ser detectada utilizando os sensores de frequência da presente divulgação pela determinação da quantidade de frequência diminuída ao longo do tempo. Da mesma forma, como discutido anteriormente, um sensor de primeira frequência pode ser utilizado com um reagente de ouro e um segundo sensor de frequência pode ser usado em tandem que não é funcionalizado com um reagente, onde a frequência comparativa entre os dois sensores de frequência indica o acúmulo de mercúrio (associado a um menor deslocamento de frequência e um aumento na massa do reagente de ouro no primeiro sensor). O mercúrio pode ainda ser dissociado com o reagente de ouro, tal como pelo aquecimento do sensor de frequência, onde o mercúrio deixa o amálgama e entra em uma fase gasosa. Se os dois sistemas de sensores foram usados como descrito acima, ambos os sensores de frequência poderiam ser direcionados e a perda de massa do reagente de ouro seria aparente na mudança de frequência comparativa e a massa do mercúrio poderia ser determinada nesta maneira.
[0041] Como outro exemplo específico, um reagente de cristal piezoelétrico pode ser usado para detectar um analito de mercúrio. Um sensor de frequência utilizando um reagente de cristal piezoelétrico pode medir o deslocamento de frequência usando o circuito de medição baseado na microbalança do cristal de quartzo (QCM), que é uma medida em uma variação de massa por unidade de área medindo a mudança na frequência de um ressonador de cristal de quartzo (por exemplo, um cristal piezoelétrico). Uma vantagem da QCM é frequências inerentemente mais altas, o que se traduz em menor tempo de contagem ou medição e maior sensibilidade e dados estatísticos. Além disso, o menor alvo de detecção de massa (isto é, o reagente de cristal piezoelétrico) é mais fácil de aquecer para permitir a dessorção do analito de mercúrio e tornar o próprio sensor de frequência mais compacto.
[0042] A sensibilidade da QCM baseada em um desvio de frequência (uma alteração na frequência de oscilação) de um cristal piezoelétrico com um reagente que tem uma massa funcionalizada pode ser determinada pela Equação 1, também conhecida como a equação de Sauerbrey:
onde 
é a frequência de ressonância (unidade:Hz), 
é a mudança de frequência (unidades:Hz), 
é mudança de massa (unidade: g), A 
é área de cristal piezoeletricamente ativa (a área entre eletrodos) (unidade: cm2), 
é densidade do quartzo e igual a 2,648 g/cm3) e 
é o módulo de cisalhamento de quartzo para o cristal de corte AT equivalente a 2,947x1011 g•cm-1•s-2. Parâmetros tais como tempo volumétrico e de equilíbrio são parâmetros determinados durante a medição utilizando os sensores de frequência descritos neste documento e são dependentes da concentração de mercúrio e do volume de saída do tubo de fluxo.
[0043] A QCM é particularmente sensível para deslocamentos de frequência
de 2% ou menos, correspondendo a uma variação de massa de 2,21x10-15 gramas, assumindo uma frequência de ressonância de 
10 MHz. Essa sensibilidade é adequada para concentrações típicas de mercúrio presentes em fluidos de formação, por exemplo.
[0044] A equação 1 acima se refere ao deslocamento de frequência em um gás (por exemplo, ar). O desvio de frequência na presença de um líquido (por exemplo, água ou outro fluido newtoniano) pode ser determinado pela Equação 2:
onde 
está a viscosidade do líquido e 
é a densidade do líquido. Correções podem ser necessárias para compensar a densidade e a viscosidade de um fluido líquido, o que pode ser feito, por exemplo, usando o sensor de duas frequências descrito acima, em que um tem um tipo de QCM e o outro um tipo diferente com uma ressonância diferente ou um é uma QCM e o outro não é.
[0045] A FIG. 4 é um diagrama esquemático de um exemplo de sistema de perfuração 400 que pode empregar os princípios da presente divulgação, de acordo com uma ou mais modalidades. Como ilustrado, o sistema de perfuração 400 pode incluir uma plataforma de perfuração 402 posicionada na superfície da Terra e um poço 404 que se estende da plataforma de perfuração 402 para uma ou mais formações subterrâneas 406. Em outras modalidades, como em uma operação de perfuração offshore ou submarina, um volume de água pode separar a plataforma de perfuração 402 e o poço 404.
[0046] O sistema de perfuração 400 pode incluir uma torre 408 suportada pela plataforma de perfuração 402 e que tem uma catarina 410 para elevar e abaixar uma coluna de perfuração 412. Uma haste de perfuração 414 pode suportar a coluna de perfuração 412 conforme esta é abaixada através de uma mesa rotativa 416. Uma broca de perfuração 418 pode ser acoplada à coluna de perfuração 412 e acionada por um motor de fundo de poço e/ou pela rotação da coluna de perfuração 412 pela mesa rotativa 416. Conforme a broca 418 roda, ela cria o poço 404, que penetra nas formações subterrâneas 406. Uma bomba 420 pode circular fluido de perfuração através de um tubo de alimentação 422 e do kelly 414, no fundo do poço através do interior da coluna de perfuração 412, através dos orifícios da broca 418, de volta à superfície através do espaço anular em torno da coluna de perfuração 412, e para dentro de um tanque de retenção 424. O fluido de perfuração arrefece a broca 418 durante a operação e transporta os detritos do poço 404 para o poço de retenção 424.
[0047] O sistema de perfuração 400 pode ainda incluir uma composição de fundo (bottom hole assembly, BHA) acoplada à coluna de perfuração 412 perto da broca 418. A BHA pode compreender várias ferramentas de medição de fundo de poço tais como, mas não limitadas a, ferramentas de medição durante a perfuração (measurement-while-drilling, MWD) e perfilagem durante a perfuração (logging-while-drilling, LWD), que podem ser configuradas para fazer medições de fundo de poço das condições de perfuração. As ferramentas MWD e LWD podem incluir pelo menos um sensor de frequência 426 para determinar a presença de um analito, como descrito neste documento.
[0048] Conforme a broca 418 estende o poço 404 através da formação 406, o sensor de frequência 426 pode coletar dados relacionados aos fluidos de formação ou fluidos produzidos relacionados com a presença de um determinado analito. O sensor de frequência 426 e outros sensores das ferramentas MWD e LWD podem ser acoplados de modo comunicativo a um módulo de telemetria 428 utilizado para transferir medições e sinais da BHA para um receptor de superfície (não mostrado) e/ou para receber comandos do receptor de superfície. O módulo de telemetria 428 pode abranger qualquer meio conhecido de comunicação de fundo de poço, incluindo, mas não limitado a um sistema de telemetria de pulso de lama, um sistema de telemetria acústica, um sistema de comunicação com fio, um sistema de comunicação sem fio ou qualquer combinação destes. Em algumas modalidades, o módulo de telemetria 428 pode ser omitido e a coluna de perfuração 412 pode, em vez disso, compreender tubo de perfuração com fios ou tubulação enrolada com fios utilizada para transferência de dados por meio de condutores com fios para um receptor de superfície. Em certas modalidades, algumas ou todas as medições tomadas pelo sensor de frequência 426 podem ser armazenadas no sensor de frequência 426 ou no módulo de telemetria 428 para posterior recuperação na superfície após a retração da coluna de perfuração 412.
[0049] Em vários momentos durante o processo de perfuração, a coluna de perfuração 412 pode ser removida do poço 404, como mostrado na FIG. 5, para realizar operações de medição/perfilagem. Mais particularmente, a FIG. 5 é um diagrama esquemático de um exemplo de sistema de cabo wireline 500 que pode empregar os princípios da presente invenção, de acordo com uma ou mais modalidades. Números semelhantes utilizados nas FIGS. 4 e 5 referem-se aos mesmos componentes ou elementos e, portanto, não podem ser descritos novamente em detalhes. Como ilustrado, o sistema de cabo wireline 500 pode incluir uma sonda de instrumento wireline 502 que pode ser suspensa no poço 404 por um cabo 504. A sonda de instrumento wireline 502 pode incluir o sensor de frequência 426, que pode ser acoplado de modo comunicável ao cabo 504. O cabo 504 pode incluir condutores para transportar energia para a sonda de instrumento wireline 502 e também facilitar a comunicação entre a superfície e a sonda de instrumento wireline 502. Uma instalação de perfilagem 506, mostrada na FIG. 5 como um caminhão, pode coletar medições a partir do sensor de frequência 426 e pode incluir instalações de computação 508 para controlar, processar, armazenar e/ou visualizar as medições coletadas pelo sensor de frequência 426. Os recursos de computação 508 podem ser acoplados de modo comunicativo ao sensor de frequência 426 por meio do cabo 504.
[0050] Também se deve notar que os vários desenhos providos neste documento não são necessariamente desenhados em escala, nem são eles, estritamente falando, representados como opticamente corretos como entendido por aqueles versados em espectroeletroquímica. Em vez disso, as figuras são meramente ilustrativas por natureza e geralmente usadas neste documento para complementar o entendimento dos sistemas e métodos providos neste documento. Na verdade, embora os desenhos possam não ser opticamente precisos, as interpretações conceituais retratadas neles refletem com precisão a natureza exemplar das diversas modalidades divulgadas.
[0051] Aspectos e exemplos divulgados neste documento incluem: Modalidade/Exemplo A: Em sensor de frequência compreendendo: um tubo de fluxo vibratório com um interior para recebimento de um fluido, em que pelo menos uma porção de uma superfície do interior é funcionalizada com um reagente sensível a um analito; um detector de vibração acoplado ao tubo de fluxo para detecção de uma frequência do fluido recebido pelo tubo de fluxo durante a vibração do mesmo; e um circuito de medição acoplado ao detector de vibração para determinação de um desvio de frequência ao longo do tempo da frequência detectada, em que o desvio de frequência corresponde a presença do analito, o analito tendo reagido com o reagente.
[0052] A Modalidade/Exemplo A pode ter um ou mais dos seguintes elementos adicionais em qualquer combinação: Elemento A1: Em que o tubo de fluxo é vibratório por uma fonte de vibração acoplada ao tubo de fluxo.
[0053] Elemento A2: Em que a superfície do interior é funcionalizada com uma pluralidade de reagentes sensíveis a uma pluralidade de analitos e uma pluralidade de desvios de frequência é determinada onde cada desvio de frequência corresponde a um único analito.
[0054] Elemento A3: Onde o reagente é selecionado do grupo que consiste em ouro, prata, cobre, ferro, níquel, uma liga de ouro, uma liga de prata, uma liga de cobre, uma liga de ferro, uma liga de níquel, um metal precioso, um metal nobre, uma liga de metal precioso, uma liga de metal nobre, um agente quelante sólido, polissulfeto de enxofre-limoneno, um cristal piezoelétrico, um sal, um material quebrável, um anticorpo e qualquer combinação destes.
[0055] Elemento A4: Em que a funcionalização da superfície do interior com o reagente é selecionada do grupo que consiste em aderência do reagente à superfície do interior, união mecânica do reagente à superfície do interior, deposição química à superfície do interior, soldagem do reagente à superfície do interior, brasagem do reagente à superfície do interior e qualquer combinação destes.
[0056] Elemento A5: Em que o analito é selecionado do grupo que consiste em mercúrio, hidrogênio, sulfeto de hidrogênio, um sal, dióxido de carbono, particulados sólidos, moléculas biológicas, micro-organismos e qualquer combinação destes.
[0057] Elemento A6: Onde o detector de vibração é selecionado do grupo que consiste em um cabo metálico, uma fibra ótica, um extensômetro e qualquer combinação dos mesmos.
[0058] Elemento A7: Em que o desvio de frequência corresponde ainda a uma característica do analito, a característica selecionada do grupo que consiste em uma massa do analito, uma concentração do analito e qualquer combinação dos mesmos.
[0059] Elemento A8: Em que o sensor está localizado em uma ferramenta de teste de formação.
[0060] Elemento A9: Em que o sensor está localizado em uma corrente de fluido de óleo, uma corrente de fluido de gás ou uma corrente de fluido aquoso em um local de superfície.
[0061] Elemento A10: Em que o sensor está localizado em uma corrente de fluido de óleo, uma corrente de fluido de gás ou uma corrente de fluido aquoso em um local de fundo de poço em um poço.
[0062] A título de exemplo não limitante, exemplos de combinações aplicáveis a A incluem:A1-A10; A2, A4 e A8; A9 e A10; A1, A2, A5 e A7; A3 e A6; A7, A8 e A9; e qualquer outra combinação de qualquer um ou mais dentre A1-A10, sem limitação.
[0063] Modalidade/Exemplo B: Um método compreendendo: recebimento de um fluido em um interior de um tubo de fluxo vibratório, em que pelo menos uma porção de uma superfície do interior é funcionalizada com um reagente sensível a um analito, vibração do tubo de fluxo; detecção de uma frequência do fluido recebida no interior do tubo de fluxo durante a vibração do mesmo com um detector de vibração acoplado ao tubo de fluxo; e determinação de um desvio de frequência ao longo do tempo da frequência detectada com um circuito de medição acoplado ao detector de vibração, em que o desvio de frequência corresponde a presença do analito, o analito tendo reagido com o reagente.
[0064] A Modalidade/Exemplo B pode ter um ou mais dos seguintes elementos adicionais em qualquer combinação: Elemento B1: Em que o tubo de fluxo é vibratório por uma fonte de vibração acoplada ao tubo de fluxo.
[0065] Elemento B2: Em que a superfície do interior é funcionalizada com uma pluralidade de reagentes sensíveis a uma pluralidade de analitos e uma pluralidade de desvios de frequência é determinada onde cada desvio de frequência corresponde a um único analito.
[0066] Elemento B3: Onde o reagente é selecionado do grupo que consiste em ouro, prata, cobre, ferro, níquel, uma liga de ouro, uma liga de prata, uma liga de cobre, uma liga de ferro, uma liga de níquel, um metal precioso, um metal nobre, uma liga de metal precioso, uma liga de metal nobre, um agente quelante sólido, polissulfeto de enxofre-limoneno, um cristal piezoelétrico, um sal, um material quebrável, um anticorpo e qualquer combinação destes.
[0067] Elemento B4: Em que a funcionalização da superfície do interior com o reagente é selecionada do grupo que consiste em aderência do reagente à superfície do interior, união mecânica do reagente à superfície do interior, deposição química à superfície do interior, soldagem do reagente à superfície do interior, brasagem do reagente à superfície do interior e qualquer combinação destes.
[0068] Elemento B5: Em que o analito é selecionado do grupo que consiste em mercúrio, hidrogênio, sulfeto de hidrogênio, um sal, dióxido de carbono, particulados sólidos, moléculas biológicas, micro-organismos e qualquer combinação destes.
[0069] Elemento B6: Onde o detector de vibração é selecionado do grupo que consiste em um cabo metálico, uma fibra ótica, um extensômetro e qualquer combinação dos mesmos.
[0070] Elemento B7: Em que o desvio de frequência corresponde ainda a uma característica do analito, a característica selecionada do grupo que consiste em uma massa do analito, uma concentração do analito e qualquer combinação dos mesmos.
[0071] Elemento B8: Em que o sensor está localizado em uma ferramenta de teste de formação.
[0072] Elemento B9: Em que o sensor está localizado em uma corrente de fluido de óleo, uma corrente de fluido de gás ou uma corrente de fluido aquoso em um local de superfície.
[0073] Elemento B10: Em que o sensor está localizado em uma corrente de fluido de óleo, uma corrente de fluido de gás ou uma corrente de fluido aquoso em um local de fundo de poço em um poço.
[0074] Para fim de exemplo não limitante, exemplos de combinações aplicáveis à B incluem:B1-B10; B4, B5 e B7; B3 e B10; B1, B4, B6 e B7; B8 e B10; e qualquer outra combinação de qualquer um ou mais dentre B1-B10, sem limitação.
[0075] Modalidade/Exemplo C: Um método compreendendo: detecção de uma primeira frequência de um fluido com um primeiro sensor de frequência compreendendo: um primeiro tubo de fluxo vibratório que tem um interior para recebimento do fluido, me que pelo menos uma porção de uma superfície do interior é funcionalizada com um primeiro reagente sensível ao primeiro analito; e um primeiro detector de vibração acoplado ao primeiro tubo de fluxo para detecção da frequência do fluido recebido pelo primeiro tubo de fluxo durante a vibração do mesmo; detecção de uma segunda frequência do fluido com uma segundo sensor de frequência compreendendo: um segundo tubo de fluxo vibratório que tem um interior para recebimento do fluido; e um segundo detector de vibração acoplado ao segundo tubo de fluxo para detecção da frequência do fluido recebido pelo segundo tubo de fluxo durante a vibração; e determinação de um desvio ao longo do tempo entre a primeira frequência detectada e a segunda frequência detectada com um circuito de medição acoplado ao primeiro detector de vibração e o segundo detector de vibração, em que o desvio de frequência comparativo corresponde a presença do primeiro analito, o primeiro analito tendo reagido com o primeiro reagente.
[0076] A Modalidade/Exemplo C pode ter um ou mais dos seguintes elementos adicionais em qualquer combinação: Elemento C1: Em que pelo menos uma porção de uma superfície do interior do segundo tubo de fluxo é funcionalizada com um segundo reagente sensível a um segundo analito e compreendendo ainda a detecção de um primeiro desvio único ao longo do tempo da segunda frequência detectada com o circuito de medição, em que o primeiro desvio de frequência único corresponde a presença do segundo analito, o segundo analito que reagiu com o segundo reagente.
[0077] Elemento C2: Em que o primeiro tubo de fluxo é vibratório por uma fonte de vibração acoplada ao primeiro tubo de fluxo.
[0078] Elemento C3: Em que o segundo tubo de fluxo é vibratório por uma fonte de vibração acoplada ao segundo tubo de fluxo.
[0079] Elemento C4: Em que a superfície do interior do primeiro tubo de fluxo é funcionalizada com uma pluralidade de reagentes sensíveis a uma pluralidade de analitos e uma pluralidade de desvios de frequência é determinada onde cada desvio de frequência corresponde a um único analito.
[0080] Elemento C5: Em que uma superfície do interior do segundo tubo de fluxo é funcionalizada com uma pluralidade de reagentes sensíveis a uma pluralidade de segundos analitos e uma pluralidade de desvios de frequência é determinada onde cada desvio de frequência corresponde a um único segundo analito.
[0081] Elemento C6: Onde o primeiro reagente é selecionado do grupo que consiste em ouro, prata, cobre, ferro, níquel, uma liga de ouro, uma liga de prata, uma liga de cobre, uma liga de ferro, uma liga de níquel, um metal precioso, um metal nobre, uma liga de metal precioso, uma liga de metal nobre, um agente quelante sólido, polissulfeto de enxofre-limoneno, um cristal piezoelétrico, um sal, um material quebrável, um anticorpo e qualquer combinação destes.
[0082] Elemento C7: Em que pelo menos uma porção de uma superfície do interior do segundo tubo de fluxo é funcionalizada com um segundo reagente sensível a um segundo analito e em que o segundo reagente é selecionado do grupo que consiste em ouro, prata, cobre, ferro, níquel, uma liga de ouro, uma liga de prata, uma liga de cobre, uma liga de ferro, uma liga de níquel, um metal precioso, um metal nobre, uma liga de metal precioso, uma liga de metal nobre, um agente quelante sólido, polissulfeto de enxofre- limoneno, um piezoelétrico cristal, um sal, um material quebrável, um anticorpo e qualquer combinação destes.
[0083] Elemento C8: Em que a funcionalização da superfície do interior do primeiro tubo de fluxo com o primeiro reagente é selecionada do grupo que consiste em aderência do primeiro reagente à superfície do interior do primeiro tubo de fluxo, ligação mecânica do primeiro reagente à superfície do interior do primeiro tubo de fluxo, deposição química na superfície do interior do primeiro tubo de fluxo, soldagem do primeiro reagente à superfície do interior do primeiro tubo de fluxo, brasagem do primeiro reagente à superfície do interior do primeiro tubo de fluxo e qualquer combinação destes.
[0084] Elemento C9: Em que pelo menos uma porção de uma superfície do interior do segundo tubo de fluxo é funcionalizada com um segundo reagente sensível a um segundo analito e em que a funcionalização da superfície do interior do segundo tubo de fluxo com o segundo reagente é selecionada a partir do grupo consistindo em aderência do segundo reagente à superfície do interior do segundo tubo de fluxo, ligação mecânica do segundo reagente à superfície do interior do segundo tubo de fluxo, deposição química à superfície do interior do segundo tubo de fluxo, soldagem do segundo reagente à superfície do interior do segundo tubo de fluxo, brasagem do segundo reagente à superfície do interior do segundo tubo de fluxo e qualquer combinação destes.
[0085] Elemento C10: Em que o primeiro analito é selecionado do grupo que consiste em mercúrio, hidrogênio, sulfeto de hidrogênio, um sal, dióxido de carbono, particulados sólidos, moléculas biológicas, microorganismos e qualquer combinação destes.
[0086] Elemento C11: Em que pelo menos uma porção de uma superfície do interior do segundo tubo de fluxo é funcionalizada com um segundo reagente sensível a um segundo analito e em que o segundo analito é selecionado do grupo consistindo em mercúrio, sulfeto de hidrogênio, um sal, diodo de carbono, partículas sólidas, moléculas biológicas, micro-organismos e qualquer combinação destes.
[0087] Elemento C12: Em que um detector de vibração é selecionado do grupo que consiste no primeiro detector de vibração, segundo detector de vibração e qualquer combinação destes é selecionada do grupo que consiste em um cabo metálico, uma fibra óptica, um medidor de tensão e qualquer combinação destes.
[0088] Elemento C13: Em que um sensor selecionado do grupo que consiste no primeiro sensor de frequência, do segundo sensor de frequência e qualquer combinação destes está localizado em uma ferramenta de teste de formação.
[0089] Elemento C14: Em que um sensor selecionado do grupo que consiste no primeiro sensor de frequência, no segundo sensor de frequência e qualquer combinação destes está localizado em uma corrente de fluido de óleo, uma corrente de fluido de gás ou uma corrente de fluido aquoso em um local de superfície.
[0090] Elemento C15: Em que um sensor selecionado do grupo que consiste no primeiro sensor de frequência, no segundo sensor de frequência e qualquer combinação destes está localizado em uma corrente de fluido de óleo, uma corrente de fluido de gás ou uma corrente de fluido aquosa em um poço.
[0091] Para fim de exemplo não limitante, exemplos de combinações aplicáveis a C incluem: C1-C15; C1, C4, C11 e C15; C12 e C13; C2, C5 e C7; C8, C13 e C15; C14 e C15; C10, C12 e C14; e qualquer outra combinação de qualquer um ou mais de C1-C15, sem limitação.
[0092] Portanto, as modalidades divulgadas neste documento são bem adaptadas para alcançar as finalidades e as vantagens mencionadas, assim como aquelas que são inerentes às mesmas. As modalidades particulares divulgadas acima são apenas ilustrativas, uma vez que podem ser modificadas e praticadas de maneiras diferentes mas equivalentes aparentes àqueles versados na técnica tendo o benefício dos ensinos deste documento. Além disso, nenhuma limitação é destinada aos detalhes de construção ou projeto mostrados neste documento, a não ser aquelas descritas nas reivindicações abaixo. Portanto, é evidente que as modalidades ilustrativas específicas divulgadas acima podem ser alteradas, combinadas ou modificadas e todas as tais variações são consideradas dentro do escopo e do espírito da presente divulgação. As modalidades divulgadas de maneira ilustrativa neste documento podem ser praticadas na ausência de qualquer elemento que não é divulgado especificamente neste documento e/ou qualquer elemento opcional divulgado neste documento. Embora as composições e métodos sejam descritos em termos de “compreendendo”, “contendo” ou “incluindo” vários componentes ou etapas, as composições e métodos também podem “consistir essencialmente em” ou “consistir em” vários componentes e etapas. Todos os números e intervalos divulgados acima podem variar em alguma quantidade. Sempre que um intervalo numérico com um limite inferior e um limite superior for divulgado, qualquer número e qualquer intervalo incluso que é esteja dentro do intervalo seja especificamente divulgado. Em particular, todos os intervalos de valores (da forma "de cerca de a à cerca de b" ou, de forma equivalente, "de aproximadamente a à b", ou, de forma equivalente, "de aproximadamente a-b") divulgados neste documento devem ser entendidos como estabelecendo todo número e intervalo englobado dentro do intervalo de valores mais amplo. Além disso, os termos nas reivindicações têm seu significado simples e comum, a menos que explicitamente e claramente definido de outra forma pelo titular da patente. Além disso, os artigos indefinidos "um" ou "uma", como usados nas reivindicações, são definidos neste documento para significar um ou mais do que um do elemento que eles introduzem.
Claims (13)
1. Sensor de frequência (100), caracterizado pelo fato de que compreende: um tubo de fluxo vibratório (102) com um interior (104) para receber um fluido, em que pelo menos uma porção de uma superfície do interior (104) é funcionalizada com um reagente (112) sensível a um analito; um detector de vibração (116) acoplado ao tubo de fluxo vibratório (102) para detectar uma frequência do fluido recebido pelo tubo de fluxo vibratório (102) durante sua vibração; e circuitos de medição (120) acoplados ao detector de vibração (116) para determinar um desvio de frequência ao longo do tempo da frequência detectada, em que o desvio de frequência corresponde à presença do analito, o analito tendo reagido com o reagente (112), em que o sensor está localizado em uma ferramenta de teste de formação, e em que o sensor está localizado em uma corrente de fluido de óleo, uma corrente de fluido de gás ou uma corrente de fluido aquoso em pelo menos um dentre um local de superfície e um local de fundo de poço em um poço (404).
2. Sensor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tubo de fluxo vibratório (102) é vibratório por uma fonte de vibração acoplada ao tubo de fluxo vibratório.
3. Sensor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a superfície do interior (104) é funcionalizada com uma pluralidade de reagentes (112a, 112b) sensíveis a uma pluralidade de analitos e uma pluralidade de desvios de frequência é determinada onde cada desvio de frequência corresponde a um único analito.
4. Sensor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente (112) é selecionado do grupo que consiste em ouro, prata, cobre, ferro, níquel, uma liga de ouro, uma liga de prata, uma liga de cobre, uma liga de ferro, uma liga de níquel, um metal precioso, um metal nobre, uma liga de metal precioso, uma liga de metal nobre, um agente quelante sólido, polissulfeto de enxofre-limoneno, um cristal piezoelétrico, um sal, um material quebrável, um anticorpo e qualquer combinação destes.
5. Sensor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a funcionalização da superfície do interior (104) com o reagente (112) é selecionada do grupo que consiste em aderência do reagente (112) à superfície do interior (104), união mecânica do reagente (112) à superfície do interior (104), deposição química à superfície do interior (104), soldagem do reagente (112) à superfície do interior (104), brasagem do reagente (112) à superfície do interior (104) e qualquer combinação destes.
6. Sensor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o analito é selecionado do grupo que consiste em mercúrio, hidrogênio, sulfeto de hidrogênio, um sal, dióxido de carbono, particulados sólidos, moléculas biológicas, micro-organismos e qualquer combinação destes.
7. Sensor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que detector de vibração (116) é selecionado do grupo que consiste em um cabo metálico, uma fibra ótica, um extensômetro e qualquer combinação dos mesmos.
8. Sensor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o desvio de frequência corresponde ainda a uma característica do analito, a característica selecionada do grupo que consiste em uma massa do analito, uma concentração do analito e qualquer combinação dos mesmos.
9. Método para utilização em operações de formação subterrânea, caracterizado pelo fato de que compreende: recebimento de um fluido em um interior (104) de um primeiro tubo de fluxo vibratório (102) de um primeiro sensor de frequência (100) como definido na reivindicação 1, em que pelo menos uma porção de uma superfície do interior (104) do primeiro tubo de fluxo vibratório (102) é funcionalizada com um primeiro reagente (112) sensível a um primeiro analito; vibração do primeiro tubo de fluxo vibratório (102); detecção de uma primeira frequência do fluido recebido no interior (104) do primeiro tubo de fluxo vibratório (102) durante sua vibração com um primeiro detector de vibração (116) acoplado ao primeiro tubo de fluxo vibratório (102); e determinação de um desvio de frequência ao longo do tempo da frequência detectada com circuitos de medição acoplados ao primeiro detector de vibração (116), em que o desvio de frequência corresponde à presença do primeiro analito, o primeiro analito tendo reagido com o primeiro reagente (112); em que o primeiro tubo de fluxo vibratório (102) é posicionado em um sensor (426), em que o sensor está localizado em uma ferramenta de teste de formação, e em que o sensor está localizado em uma corrente de fluido de óleo, uma corrente de fluido de gás ou uma corrente de fluido aquoso em pelo menos um dentre um local de superfície e um local de fundo de poço em um poço (404).
10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que: o primeiro tubo de fluxo vibratório (102) é vibratório por uma fonte de vibração (114) acoplada ao primeiro tubo de fluxo vibratório (102), e em que a superfície do interior (104) do primeiro tubo de fluxo vibratório (102) é funcionalizada com uma pluralidade de reagentes (112a, 112b) sensíveis a uma pluralidade de analitos, e uma pluralidade de desvios de frequência é determinada onde cada desvio de frequência corresponde a um único analito.
11. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o desvio de frequência corresponde ainda a uma característica do primeiro analito, a característica selecionada do grupo que consiste em uma massa do primeiro analito, uma concentração do primeiro analito e qualquer combinação dos mesmos.
12. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: recepção do fluido no interior de um segundo tubo de fluxo vibratório de um segundo sensor de frequência; vibração do segundo tubo de fluxo vibratório; detecção de uma segunda frequência do fluido recebido no interior do segundo tubo de fluxo vibratório durante sua vibração com um segundo detector de vibração acoplado ao segundo tubo de fluxo vibratório; e determinação de um desvio comparativo ao longo do tempo entre a primeira frequência detectada e a segunda frequência detectada com circuitos de medição acoplados ao primeiro detector de vibração e ao segundo detector de vibração, em que o desvio de frequência comparativo corresponde à presença do primeiro analito, o primeiro analito tendo reagido com o primeiro reagente.
13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma porção de uma superfície do interior do segundo tubo de fluxo vibratório é funcionalizada com um segundo reagente sensível a um segundo analito e compreendendo ainda a detecção de um primeiro desvio único ao longo do tempo da segunda frequência detectada com o circuito de medição, em que o primeiro desvio único corresponde a presença do segundo analito, o segundo analito tendo reagido com o segundo reagente.
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