CAMPO DE LA TÉCNICA

La presente invención está comprendida especialmente en el campo de los métodos, sistemas y dispositivos para medir diversas variables en yacimientos de extracción secundaria de petróleo.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

Proporcionar un dispositivo, método y o sistema que permita medir la velocidad de un fluido dentro de un conducto de pozo inyector a una profundidad variable, donde se inyecte un líquido trazador fluorescente o fosforescente, no altamente contamínate o no radioactivo, en la corriente de flujo del pozo inyector y que permita estimar con suficiente precisión la velocidad del flujo en el pozo inyector a una profundidad requerida.

ESTADO DE LA TÉCNICA

En el estado de la técnica existen los trazadores utilizados en los pozos de petróleo y gas se pueden dividir en dos grupos principales: trazadores radiactivos y químicos. Los trazadores radiactivos se han utilizado desde la década de 1940, se utilizan generalmente para monitorear el progreso de la eyección de agua en los esquemas de recuperación secundaria en depósitos de petróleo y aun son aplicados, para medir el movimiento del fluido en pozos de eyección, en esta técnica se libera la solución radiactiva en un fluido inyectado, en el cual se rastrea el movimiento de la mezcla con detectores de rayos gama ubicados en la herramienta, se requiere una autorización especial de los organismos reguladores pertinentes para transportar materiales radiactivos por tierra, mar o aire, y el personal certificado se encarga de todos los aspectos de seguridad el movimiento de la mezcla con detectores de rayos gama ubicados en la herramienta, se requiere una autorización especial de los organismos reguladores pertinentes para transportar materiales radiactivos por tierra, mar o aire, y el personal certificado se encarga de todos los aspectos de seguridad necesarios para su aplicación. Los trazadores químicos utilizan comúnmente ácidos benzoicos fluorados (FBA) en aplicaciones de yacimientos de petróleo y que se pueden detectar, utilizando herramientas de analítica rápida, como, cromatografía líquida de ultra alto rendimiento (UHPLC) y espectrometría de masas (MS-MS) en serie.

En el estado de la técnica también existen algunas soluciones semejantes como la patente US 6,198,531 que muestra un sistema de análisis óptico, comprendiendo dicho sistema: un mecanismo de filtro óptico dispuesto para recibir luz de una fuente de luz y configurado para filtrar ópticamente una pluralidad de componentes ortogonales de dicha luz desde la misma, en el que cada componente ortogonal tiene una forma predeterminada, con respecto a una propiedad de dicha luz, que varía sobre un rango de longitud de onda predeterminado; y un mecanismo detector en comunicación operativa con dicho mecanismo de filtro óptico para medir una propiedad de dicha luz filtrada por dicho mecanismo de filtro óptico, en el que dicho mecanismo de filtro óptico está configurado de modo que la magnitud de dicha propiedad medida por dicho mecanismo detector es proporcional en una relación predeterminada a la información deseada transportada por dicha luz.

La patente US 5,205,167 describe un sistema para determinar la existencia de flujo estratificado en la fase gaseosa de los fluidos de pozo producidos en un pozo entubado y fluyendo hacia arriba a través de un entubado metálico que comprende: (a) una fuente de rayos gamma de energía relativamente baja, la energía de dichos rayos gamma se elige de manera que exista una pequeña probabilidad de que un rayo gamma de dicha fuente pueda penetrar una carcasa metálica en el pozo y ser dispersado a través de la carcasa metálica por material fuera de la carcasa; (b) medios para colimar los rayos gamma de dicha fuente de rayos gamma de baja energía de forma selectiva a lo largo de una dirección azimutal con respecto al eje del revestimiento del pozo y para generar una señal indicativa de dicha dirección azimutal; (c) un detector de centelleo de radiación gamma y un medio de blindaje cooperativo para evitar la irradiación directa de dicho detector por dicha fuente al tiempo que permite la colocación de dicho detector tan cerca de dicha fuente como lo permitan dichos medios de blindaje cooperativo para permitir la detección de rayos gamma emitida por dicha fuente y esparcida por materiales dentro de dicha carcasa metálica; (d) medios para contar los rayos gamma detectados por dicho detector y almacenar señales de tasa de conteo indicativas de los mismos; (e) medios para procesar dichas señales de tasa de recuento de acuerdo con una relación predeterminada para derivar una señal de medición indicativa de la fase de retención de gas del fluido de pozo en las proximidades de dicha fuente; y (f) medios para visualizar dicha señal de retención de gas en función de dicha señal azimutal para proporcionar una indicación del flujo de fluido estratificado.

La solicitud de patente US 2009/0230295 muestra un método para determinar la distancia, desde un pozo, de un trazador en un ambiente subterráneo, el trazador que emite radiación gamma comprende un primer componente emitido a un primer nivel de energía conocido y un segundo componente emitido a un segundo nivel de energía conocido, la intensidad de una porción penetrante del primer componente que penetra en el ambiente y la intensidad de una porción penetrante del segundo componente que penetra en el ambiente, siendo una función de la tasa de emisión de radiación gamma del trazador y la distancia del trazador al pozo, la método que comprende los pasos de: a) medir la intensidad de la primera porción penetrante y la intensidad de la segunda porción penetrante usando un detector de centelleo de radiación gamma; b) determinar la relación entre la intensidad de la primera porción penetrante y la intensidad de la segunda porción penetrante; y c) determinar la distancia del trazador al pozo mediante la atenuación diferencial de la radiación gamma a medida que se desplaza por la eyección de agua en el pozo.

De acuerdo a estado de la técnica citado, no existe un método, sistema y/o dispositivo que permita medir la velocidad de flujo dentro de un pozo inyector, con una buena precisión y que no use líquidos no radioactivos o químicos o materiales altamente contaminantes al medio ambiente. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La presente invención revela un método, sistema y dispositivo que usa las propiedades de fluorescencia y/o fosforescencia en materiales, donde la fluorescencia es una propiedad de algunas sustancias de reflejar la luz con una longitud de onda más largas a la luz incidente y la fosforescencia es una propiedad de algunas sustancias de reflejar la luz durante un lapso de tiempo después de terminar la exposición a una fuente luminosa.

La FIG. 1 revela un sistema para computar la velocidad de flujo dentro de un pozo inyector que comprende un dispositivo trazador óptico (1 ) que está conectado y sostenido por un cable trenzado (2) acerado con alma de un cable de cobre, con una fibra óptica multimodo y otra fibra óptica monomodo, que se introduce al pozo inyector de agua que incluye tuberías (T), donde el cable trenzado (2) es enrollado en un carrete (3) accionado hidráulicamente y el cual esta soportado sobre en una plataforma (5) que puede ser seleccionada entre una plataforma fija o una plataforma móvil como la incluida en un camión; donde la fibra óptica multimodo y la fibra óptica monomodo están conectadas a una computadora (4), que permiten comunicación bidireccional de datos; donde la computadora (4), puede incluir más de una unidad central de procesamiento y esta puede incluir una unidad de almacenamiento de video y una unidad de procesamiento de video.

La FIG. 2 revela el sentido del flujo (F) de la corriente de agua inyectada, en el pozo con tubería (T), donde el dispositivo trazador (1 ) este colgado del cable trenzado (2) que lleva en su interior el alma con cable de cobre y los cables de comunicación de fibra óptica.

La FIG. 3 revela el esquema general de un dispositivo trazador óptico (1 ) que incluye una cabeza eléctrica (1 1 ), que esta acoplada al cable trenzado (2); donde la cabeza eléctrica esta acoplada a un localizador de collares de tuberías (12) o en ingles casing cuellar locator, y este está conectado a una unidad eyectora (13) que incluye un tanque de almacenaje con medios de eyección y boquilla de salida de eyección (131 ) de fluidos, que en este caso particular es un líquido fosforescente o fluorescente; donde la unidad eyectora (13) está dispuesta sobre una unidad de captura de video (14) que incluye una cámara de video lateral (141 ) y una cámara de fondo (142) que permiten capturar imágenes por medio de sensores ópticos de las cámaras (141 ) (142); cada cámara (141 ) (142) en las zonas adyacentes tienen unidades de iluminación por LEDs (143) (144), que trabajan en la zona visible del especto de luz; donde la cabeza eléctrica (11 ), el localizador de collares de tuberías (12), la unidad eyectora (13) y la unidad de captura de video (14), están herméticamente selladas para proteger y aislar sus componentes eléctricos y electrónicos de tal manera que resisten las temperaturas y presiones de trabajo dentro del pozo inyector.

La FIG. 3 indica la longitud ALi, que es la distancia lineal entre la posición boquilla de salida (131 ) de eyección de solución fluorescente o fosforescente y la posición central de captura de la imagen en la cámara lateral (141 ); la longitud L, que es la distancia entre la posición de la boquilla de salida (131 ) de eyección de solución fluorescente o fosforescente y la posición central de captura de la imagen en la cámara de fondo (142) y; la longitud AL2, que es la distancia entre la posición central de captura de la imagen en la cámara lateral (141 ) y posición central de captura de la imagen en la cámara de fondo (142).

La FIG. 4 muestra ejemplos de valores calculados en el tiempo por el algoritmo de umbralización y clasificación, la figura en la parte a. señala los picos de valores que identifican la solución fluorescente o fosforescente y se asocia un primer valor de periodo de tiempo Ati , que es el tiempo en recorrer la distancia AL1, que es la distancia entre la posición de la boquilla de salida (131 ) o apertura de eyección de solución fluorescente o fosforescente y posición central de captura de la imagen en la cámara lateral (141 ), en la parte b. de la figura 4, señala los picos de valores que identifican la solución fluorescente o fosforescente y se asocia un primer valor de periodo de tiempo At2, que es el tiempo en recorrer la distancia L, donde L es la distancia entre la boquilla de salida (131 ) o de apertura de eyección de solución fluorescente o fosforescente y posición central de captura de la imagen en la cámara de fondo (142).

Una posible forma de operar el sistema para computar la velocidad de flujo dentro de un pozo inyector se hace de la siguiente forma: se desciende el dispositivo trazador óptico (1 ) suspendido en el cable trenzado (2) dentro del interior de la tubería (T), seguido se posiciona a una profundidad definida el dispositivo trazador óptico (1 ) en la profundidad que se desea calcular la velocidad de flujo y de forma alterna se puede calcular el flujo o caudal de fluido inyectado al pozo; el dispositivo trazador óptico (1 ) tiene comunicación desde la superficie hasta la profundidad de medición; una computadora (4) ubicada en la plataforma (5) ubicada en el exterior comprende una unidad de almacenamiento de video, con un interruptor para accionar o pausar la grabación. Así mismo, presenta un control para la eyección del fluido fluorescente o fosforescente, una distancia ALi del orificio de eyección que conserva el alineamiento con respecto al orificio de eyección y una ventana ubicada en la parte lateral donde se ubica la cámara lateral (141 ) y una cámara de fondo (142) en la parte inferior. Independientemente, cada ventana sirve de abertura para cada cámara de video.

Donde se procede, de la siguiente forma, se activa la unidad eyectora (13) desde la computadora (4), luego la unidad eyectora (13) expulsa la sustancia fluorescente o fosforescente, donde la sustancia es grabada con el grabador de video digital DVR con las señales enviada por la cámara lateral (141 ) que captan el fluido en sentido descendente. Posteriormente la sustancia es grabada con el DVR por la cámara en fondo (142) con el fluido en sentido descendente. El sistema es redundante, ya que se conoce la distancia ALi que separa posición de la boquilla de salida (131 ) y la cámara lateral (141 ), y también la distancia AL2 entre la cámara lateral (141 ) y la cámara de fondo (142); donde la unidad de captura de video (14) contiene las dos cámaras (141 ) (142).

Así se obtiene registro en video del recorrido entre la expulsión de la sustancia fluorescente del eyector y la detección de la sustancia fluorescente por una cámara lateral (141 ), y luego también el registro de la sustancia fluorescente por la cámara de fondo (142).

Referente a la unidad de procesamiento de video, esta consta de varios archivos de programación que permiten el análisis de los videos generados por las cámaras de video. Mas particularmente, los archivos contienen las instrucciones para leer los videos, procesar si cada segmento de video contiene el fluido de eyección y como resultado arroja el tiempo que le tomo al fluido recorrer la distancia desde el momento de salida hasta cruzar por cada cámara de video.

Para el reconocimiento de fluido se utilizan técnicas de procesamiento de imágenes las cuales extraen características geométricas y radiométñcas de los objetos presentes en la escena. Tales características son posteriormente analizadas de manera automáticas para determinar si son semejantes a las presentes en las estructuras generadas por el fluido fluorescente.

Como resultado de este análisis se obtiene por cada cuadro del video un puntaje, el cual sugiere la probabilidad de que la escena contiene una estructura fluorescente. El conjunto de puntajes produce una señal de tiempo por cada cámara de video (141 ) (142) como las gráficas mostradas en la FIG. 4.

Posteriormente, se realiza un análisis local sobre cada señal para determinar el instante en que se presentó el pico más grande, asociado a la presencia del trazador fluorescente. Estos tiempos son utilizados para calcular la velocidad de desplazamiento a lo largo de cada uno de los segmentos ALi y L, donde la velocidad media de ambas cantidades es un estimador eficiente para calcular la velocidad real del flujo del fluido.

El sistema y método que implementa el dispositivo el trazador óptico (1 ) que inyecta una solución fluorescente o fosforescente que resalta, donde la detección de la solución se realiza a través de sensores ópticos ubicados en cámaras lateral (141 ) y de fondo (142) por medio de técnicas de reconocimiento de objetos basadas en procesamiento computacional de imágenes, determinando el caudal del flujo de inyección en el pozo, este proceso se realiza sin utilizar fuentes radiactivas y sin la intervención de un humano para la identificación de los picos obtenidos y a un costo comparable con la técnica de trazadores radiactivos, esto la hace una aplicación versátil que no requiere de las regulaciones de entidades gubernamentales y responsabilidades que acompañan la utilización de materiales radiactivos.

Respecto a la etapa de procesamiento de las imágenes, así como de la asignación del puntaje se pueden definir dos subetapas la umbralización y luego la clasificación. Donde la umbralización es un método de segmentación, cuyo objetivo es convertir una imagen en escala de grises a una nueva con sólo dos niveles, de manera que los objetos queden separados del fondo.

Una forma de extraer el objeto del fondo es seleccionar un umbral de intensidad T que separe los dos conjuntos datos. De este modo, cualquier punto (x, y) para el que f (x, y) > T intensidad de umbral, pertenecerá al objeto, en caso contrario, pertenecerá al fondo. El procesamiento de las imágenes se puede implementar de diversas formas por ejemplo usando redes neuronales convulsiónales reconociendo diversas características geométricas y de color, o se pueden usar técnicas convencionales de procesamiento de imágenes, identificando el área de los objetos presentes en la imagen, el grado de circularidad, el grado de cercanía al centro de la imagen, el nivel de elongación, el promedio de las intensidades, el grado de contraste con los objetos colindantes, entre otros.

Es importante mencionar que estas características se extraen una vez en la primera subetapa e.1 . donde se umbraliza la imagen, de tal manera que se detecten principalmente los objetos que contengan las intensidades de color asociados al color del fluido fluorescente o fosforescente. Por ejemplo, si asumimos que el fluido fluorescente o fosforescente es azul, entonces se umbraliza la componente azul de la imagen y se procede a extraer las características.

Una vez extraídas las características se procede en una segunda subetapa de clasificar en un clasificador como por ejemplo SVM Support Vector Machine u otro algoritmo de clasificación. Donde el algoritmo de clasificación es previamente entrenado para asignar una probabilidad alta al conjunto de características asociadas a un objeto fluorescente o fosforescente. Si no, la probabilidad que se asigna un puntaje bajo.

Teniendo en cuenta lo anterior se puede definir un método para computar velocidad de flujo que comprende las siguientes etapas: a. Proveer un dispositivo trazador óptico (1 ). b. Proveer al menos una unidad central de procesamiento con red de comunicaciones a un trazador óptico (1 ). c. Eyectar fluido fosforescente o fosforescente por medio de unidad de eyección (13). d. Capturar video con imágenes por medio de sensor óptico de la cámara lateral (141 ) y cámara de fondo (142). e. Computar probabilidad de coincidencia por medio de la unidad central de procesamiento y asignar puntaje. Donde se puede obtener una probabilidad alta al conjunto de características asociadas a un objeto fluorescente/fosforescente, y se asigna un puntaje.

Donde en la etapa e. incluye ejecutar algoritmos de extracción de características geométricas y radiométricas con una primera subetapa e.1 - de umbralizar por medio de ejecución de algoritmos que incluyen seleccionar el color a umbralizar e incluyen ejecutar librerías de visión artificial y ejecutar librerías de cálculo numérico y análisis de datos.

Donde en la subetapa e.2. al momento de ejecutar los algoritmos de extracción de características a identificar se han definido variables como el área de los objetos presentes en la imagen, el grado de circulahdad, el grado de cercanía al centro de la imagen, el nivel de elongación, el promedio de las intensidades, el grado de contraste con los objetos colindantes; y; una segunda subetapa de e.2 clasificar, ejecutar librerías con algoritmos de clasificación de datos donde pueden ser seleccionados entre Support Vector Machine (SVM) u otro algoritmo de clasificación donde el computo es ejecutado por medio de la unidad central de procesamiento, para computar y asignar un puntaje. f. Calcular el periodo de tiempo entre la eyección de fluido fosforescente o fosforescente y captura de las imágenes procesadas de las cámaras (141 ) (142).

Donde se definen los periodos de tiempo Ati, At2, de detección de la imagen con el líquido fluorescente o fosforescente al momento de paso al frente de la cámara lateral (141 ) y cámara de fondo (142), así como determinar el tiempo inicial To inicial al instante de eyección de fluido fluorescente o fosforescente. g. Computar velocidad media del flujo.

Computar la velocidad media por medio de la formula

La velocidad media computada sumada la velocidad Vi hasta la cámara frontal (141 ) y la velocidad V2 hasta la cámara de fondo (142), dividida entre 2.

El flujo estimado se calculará por medio de formula Q = V x A La anterior descripción solo puede ser tomada como referencia y no limitativa en sus componentes ni en su relación explícita, sino que han sido descritos para proporcionar una ¡dea clara sobre la conformación general de la materia de la invención reclamada.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Para complementar la descripción y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características técnicas del invento, se acompaña a la presente memoria descriptiva como parte integrante de la misma, un conjunto de figuras definidas así:

FIG. 1 . Vista esquemática del sistema de cómputo de velocidad de un fluido en un pozo.

FIG. 2. Vista esquemática de disposición de un dispositivo trazador óptico en una tubería de pozo. FIG. 3. Vista esquemática de los diferentes componentes del dispositivo trazador óptico.

FIG. 4. Las partes a. y b. revelan gráficas de identificación de fluido fluorescente o fosforescente, y periodos de tiempo estimados.