FR2754898A1 - Quantifying the deposit in fluid-carrying pipe by external vibration - Google Patents
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Abstract
Description
Procédé et dispositif pour la mesure de la quantité d'un dépôt
susceptible de s'être formé dans une canalisation de transport de fluide.Method and device for measuring the amount of a deposit
likely to have formed in a fluid transport pipe.
La présente invention a pour objet un procédé et dispositif pour la mesure de la quantité d'un dépôt susceptible de s'être formé dans une canalisation de transport de fluide. The present invention relates to a method and device for measuring the amount of a deposit likely to have formed in a fluid transport pipe.
Le secteur technique de l'invention est le domaine de la prévention des risques de bouchage de telles canalisations. The technical sector of the invention is the field of prevention of the risks of blockage of such pipes.
L'application principale de l'invention est la prévention de ces risques dans les canalisations de transport polyphasique de fluides pétroliers qui ne sont pas traités sur le site de production et qui peuvent entraîner la formation d'une phase solide, tels que hydrates, paraffines, asphaltènes ou autres ; laquelle phase solide peut se déposer en un ou plusieurs points de la canalisation et en réduire alors le débit jusqu'à perturber totalement le transport de l'hydrocarbure. The main application of the invention is the prevention of these risks in multiphase transport pipes for petroleum fluids which are not treated on the production site and which can lead to the formation of a solid phase, such as hydrates, paraffins , asphaltenes or others; which solid phase can be deposited at one or more points of the pipeline and then reduce the flow rate thereof until completely disrupting the transport of the hydrocarbon.
Or, le contexte économique actuel incite les sociétés opératrices à réduire sensiblement leurs investissements et leurs coûts d'exploitation, en particulier par une meilleure maîtrise et recherche d'élimination des risques de dépôt de cette phase solide, aussi bien dans les installations de traitement que dans celles de transport des hydrocarbures. However, the current economic context encourages operating companies to significantly reduce their investments and operating costs, in particular by better control and research to eliminate the risks of depositing this solid phase, both in treatment facilities and in those of transport of hydrocarbons.
Actuellement, les choix technologiques adoptés pour cela lors de la mise en production des champs, dont les hydrocarbures extraits sont susceptibles de former des hydrates, des paraffines, des asphaltènes ou autres, sont surtout d'utiliser plus ou moins systématiquement l'adjonction d'additifs inhibiteurs adaptés au transport des bruts difficiles, et de procéder régulièrement, à titre conservatoire, à des opérations de raclage à l'intérieur des canalisations : ces solutions, souvent combinées, sont onéreuses et ne sont pas totalement satisfaisantes, notamment à cause de la planification hasardeuse de leur mise en oeuvre. Ceci constitue toujours un problème pour la production avec un risque non négligeable en cas de mauvaise planification des opérations de raclage et/ou de rajout d'agents inhibiteurs
- de perte de production, par bouchage des conduites ou du circuit de process au niveau de points singuliers,
- d'impact sur la sécurité, avec les risques d'accident liés à la venue d'un bouchon d'hydrates, au défaut de fonctionnement de vannes procédés, ou au redémarrage d'unités bloquées par la gélification de bruts paraffiniques,
- de perte de marchés commerciaux à cause du non respect de conditions contractuelles de vente en cas d'arrêt de production.Currently, the technological choices adopted for this when the fields are put into production, from which the extracted hydrocarbons are likely to form hydrates, paraffins, asphaltenes or others, are above all to use more or less systematically the addition of inhibitory additives suitable for transporting difficult crudes, and to regularly carry out, as a precaution, scraping operations inside the pipes: these solutions, often combined, are expensive and are not entirely satisfactory, in particular because of the risky planning of their implementation. This is always a problem for production with a significant risk in the event of poor planning of scraping operations and / or the addition of inhibiting agents.
- loss of production, by plugging the pipes or the process circuit at singular points,
- impact on safety, with the risk of accidents linked to the arrival of a hydrate plug, to the malfunction of process valves, or to the restart of units blocked by the gelling of paraffinic crudes,
- loss of commercial markets due to non-compliance with contractual conditions of sale in the event of production stoppage.
Cependant, comme les opérateurs ne disposent d'aucun moyen autre que de disposer ou d'envoyer dans la canalisation un équipement de mesure et de contrôle interne (qui peut alors, soit perturber l'écoulement, soit ne pas permettre une mesure en continu, soit ne pas être fiable...) leur permettant d'accéder à la mesure réelle de la quantité d'un dépôt susceptible de s'être formé à l'intérieur de la canalisation, ils sont conduits à avoir recours aux solutions préventives ci-dessus, qui sont de mise en oeuvre complexe : de plus, celles-ci sont d'autant plus onéreuses qu'en l'absence de données les opérateurs effectuent des opérations de raclage à des intervalles très rapprochés et rajoutent une plus grande quantité d'additif inhibiteur que sans doute nécessaire, puisque déterminée de manière empirique. However, since operators have no other means than to have or send internal measurement and control equipment to the pipeline (which can then either disrupt the flow or not allow continuous measurement, or not be reliable ...) allowing them to access the actual measurement of the quantity of a deposit likely to have formed inside the pipeline, they are led to resort to the preventive solutions below- above, which are complex to implement: moreover, these are all the more expensive since in the absence of data the operators carry out scraping operations at very close intervals and add a greater quantity of inhibitory additive that probably necessary, since determined empirically.
On sait par ailleurs qu'actuellement, un système de mesure de dépôt non intrusif est à l'étude au "Christian Michelsen Research AS" (Norvège). Ce système basé sur une instrumentation ultrasonique semble donner des résultats satisfaisant lorsque l'effluent circulant à l'intérieur de la canalisation est gazeux. Dans le cas d'une canalisation transportant des hydrocarbures (liquides, ce qui est un des objectifs principaux de la présente invention, comme indiqué ci-après), l'instrumentation ultrasonique devient inapropriée compte tenu de la trop grande proximité entre les impédances acoustiques de l'effluent liquide circulant à l'intérieur de la canalisation et du dépôt susceptible de s'être formé à l'intérieur de cette canalisation. We also know that currently, a non-intrusive deposit measurement system is being studied at "Christian Michelsen Research AS" (Norway). This system based on ultrasonic instrumentation seems to give satisfactory results when the effluent circulating inside the pipeline is gaseous. In the case of a pipeline transporting hydrocarbons (liquids, which is one of the main objectives of the present invention, as indicated below), the ultrasonic instrumentation becomes inappropriate given the too great proximity between the acoustic impedances of the liquid effluent circulating inside the pipe and of the deposit likely to have formed inside this pipe.
Le problème posé est donc de pouvoir déterminer en des points singuliers choisis, l'épaisseur des dépôts d'hydrates, de paraffines, d'asphaltènes ou de tout autre dépôt, susceptibles d'être présents à l'intérieur d'une canalisation de transport de produits, qu'ils soient liquides et/ou gazeux, et cela par un procédé et dispositif de mesure non intrusif permettant de recueillir une information, laquelle mesure devant pouvoir être continue, et de la transmettre à un opérateur qui peut alors optimiser les opérations de raclage ou d'adjonction d'agents inhibiteurs, comme définies précédemment ; un tel procédé doit pouvoir être mis en oeuvre par un dispositif de mise en oeuvre simple, qui soit fiable et utilisant de préférence des techniques déjà éprouvées, en particulier dans le domaine sous-marin où les canalisations de transport d'hydrocarbures sont posées ou même souvent ensouillées dans le fond de la mer, et donc d'accès difficile. The problem posed is therefore to be able to determine, at selected singular points, the thickness of the hydrate, paraffin, asphaltene or any other deposits, which may be present inside a transport pipe. of products, whether liquid and / or gaseous, and this by a non-intrusive measurement method and device making it possible to collect information, which measurement must be able to be continuous, and to transmit it to an operator who can then optimize the operations scraping or adding inhibiting agents, as defined above; such a process must be able to be implemented by a simple implementation device, which is reliable and preferably using techniques already proven, in particular in the underwater field where the hydrocarbon transport pipes are laid or even often buried in the bottom of the sea, and therefore difficult to access.
Une solution au problème posé est un procédé de mesure de la quantité d'un dépôt susceptible de s'être formé à l'intérieur d'une canalisation, selon lequel:
- on excite mécaniquement une partie de cette canalisation en appliquant en au moins un point de sa surface extérieure une excitation de type vibratoire, chaque partie de canalisation ainsi excitée constituant une zone de mesure,
- on relève en au moins un point de la zone de mesure les vibrations transmises par la canalisation,
- à partir des signaux vibratoires ainsi relevés, on calcule à tout moment voulu le coefficient d'amortissement vibratoire 5 de la partie excitée de la canalisation et en fonction de la fréquence de résonance de celle-ci et du coefficient d'amortissement vibratoire préalablement relevé lors de la calibration du dispositif de mesure sans dépôt initial dans la canalisation, on en déduit l'épaisseur du dépôt éventuel qui a pu se former à l'intérieur de cette partie de canalisation.One solution to the problem posed is a method of measuring the quantity of a deposit likely to have formed inside a pipe, according to which:
a part of this pipe is mechanically excited by applying a vibration type excitation at at least one point on its outer surface, each part of the pipe thus excited constituting a measurement zone,
- the vibrations transmitted by the pipeline are noted at at least one point in the measurement zone,
- From the vibration signals thus noted, the vibration damping coefficient 5 of the excited part of the pipe is calculated at any desired time and as a function of the resonance frequency of the latter and of the previously recorded vibratory damping coefficient during the calibration of the measurement device without initial deposit in the pipeline, the thickness of any deposit which may have formed inside this part of the pipeline is deduced therefrom.
De préférence, on effectue les mesures de vibration et les calculs de coefficients d'amortissement en continu et on informe un opérateur de l'évolution des quantités de dépôts éventuels relevés dans la zone de mesure ; et, en particulier dans le domaine sous-marin, si la canalisation est complètement enterrée, ou même dans le domaine terrestre où la canalisation peut être appuyée sur le sol, on dégage ladite partie de canalisation que l'on doit exciter mécaniquement de tout appui externe pour lui permettre de vibrer librement. Preferably, vibration measurements and calculations of damping coefficients are carried out continuously and an operator is informed of the evolution of the quantities of possible deposits detected in the measurement area; and, in particular in the submarine domain, if the pipeline is completely buried, or even in the terrestrial domain where the pipeline can be supported on the ground, said part of the pipeline is released which must be mechanically excited from any support external to allow it to vibrate freely.
Les fréquences de vibration utilisées sont dans le domaine des basses fréquences, telles que dans une fourchette de quelques hertz à 5 kilohertz. The vibration frequencies used are in the low frequency range, such as in the range of a few hertz to 5 kilohertz.
L'objectif de la présente invention est également atteint en utilisant une instrumentation de type de celle mise en oeuvre dans le brevet FR 2 717 573 intitulé "Procédé et dispositif pour la mesure et l'asservissement du débit d'un fluide polyphasique dans une canalisation de transport", et ayant pour inventeurs : Michel BERNICOT & Thierry
ROMANET. En effet, ce document enseigne un dispositif d'instrumentation d'une canalisation comprenant à la périphérie de la surface extérieure d'une partie de celle-ci, un excitateur mécanique, un capteur recueillant les informations de vibration de ladite partie de canalisation excitée par ledit excitateur, et un appareillage de traitement et d'analyse des signaux vibratoires ainsi relevés ; le procédé de mesure proprement dit ainsi que l'objectif recherché sont cependant très différents de ceux de la présente invention et il n'était pas évident de penser à utiliser, adapter et modifier une telle instrumentation de base pour répondre au problème posé tel que résolu par la présente invention. En effet, l'objectif de ce brevet précédent est de mesurer le ratio liquide-gaz de l'effluent polyphasique circulant à l'intérieur de la canalisation, et non la quantité de dépôt s'étant formée dans ladite canalisation ; de plus, le traitement du signal décrit dans ce document de l'art antérieur est un calcul de déplacements fréquentiels des modes de résonance, et non la détermination d'un coefficient d'amortissement associé à certaines résonances, comme dans la présente invention.The objective of the present invention is also achieved by using instrumentation of the type used in patent FR 2 717 573 entitled "Method and device for measuring and controlling the flow rate of a multiphase fluid in a pipeline of transport ", and having as inventors: Michel BERNICOT & Thierry
ROMANET. In fact, this document teaches a device for instrumenting a pipeline comprising, at the periphery of the external surface of a part of the latter, a mechanical exciter, a sensor collecting the vibration information from said part of the pipeline excited by said exciter, and an apparatus for processing and analyzing the vibration signals thus noted; the actual measurement method as well as the objective sought are however very different from those of the present invention and it was not obvious to think of using, adapting and modifying such a basic instrumentation to respond to the problem posed as solved by the present invention. Indeed, the objective of this previous patent is to measure the liquid-gas ratio of the multiphase effluent circulating inside the pipe, and not the amount of deposit having formed in said pipe; in addition, the signal processing described in this document of the prior art is a calculation of frequency displacements of the resonance modes, and not the determination of a damping coefficient associated with certain resonances, as in the present invention.
Le résultat est un nouveau procédé et dispositif pour la mesure de la quantité d'un dépôt susceptible de s'être formé dans une canalisation de transport de fluides, essentiellement liquides, et qui répond bien au problème posé. The result is a new method and device for measuring the quantity of a deposit likely to have formed in a pipeline for transporting fluids, essentially liquids, and which responds well to the problem posed.
En effet, les dispositifs de mesure suivant l'invention peuvent être installés en des points singuliers particuliers où l'on sait à l'avance, grâce à des modélisations de l'ensemble de la canalisation, et comme cela est connu de l'homme du métier, que des dépôts éventuels ont de grandes chances de se produire, et la nature desdits dépôts. En excitant alors mécaniquement en tous ces points singuliers, ainsi préalablement déterminés, lesdites parties correspondantes de la canalisation et en effectuant les mesures de vibrations et de calcul de coefficients d'amortissement sur chacune desdites parties ou zones de mesure, on peut connaître à tout moment la quantité de dépôt pouvant s'être formée en chacun de ces points singuliers, ce qui permet
- d'éviter le bouchage accidentel d'une canalisation de transport en programmant au moment opportun les opérations de raclage ou d'adjonction d'inhibiteurs,
- de réduire les coûts opératoires relatifs au transport des bruts difficiles, en optimisant soit le calendrier des opérations de raclage, soit la quantité d'additifs inhibiteurs à utiliser, soit une combinaison de ces deux solutions.Indeed, the measuring devices according to the invention can be installed at particular singular points where it is known in advance, thanks to modeling of the entire pipeline, and as is known to man profession, that possible deposits are likely to occur, and the nature of said deposits. By mechanically exciting all of these singular points, thus determined in advance, said corresponding parts of the pipeline and performing vibration measurements and calculating damping coefficients on each of said parts or measurement zones, it is possible to know at any time the amount of deposit that may have formed at each of these singular points, which allows
- avoid accidental blockage of a transport pipe by scheduling scraping operations or adding inhibitors at the appropriate time,
- to reduce the operating costs relating to the transportation of difficult crudes, by optimizing either the timing of scraping operations, or the quantity of inhibiting additives to be used, or a combination of these two solutions.
De plus, l'utilisation de méthodes vibratoires est assez aisée à mettre en oeuvre, même dans le domaine sous-marin où il suffit de dégager la canalisation sur une longueur suffisante, de l'ordre du mètre par exemple, de la protéger de tout risque de contact avec le sol ou autre, en l'enfermant dans une sorte de chambre remplie d'eau dans laquelle des colliers de fixation de l'instrumentation sur la canalisation sont disposés ; l'ensemble des capteurs et des excitateurs sont assez facilement sous-marinisables et sont reliés à la surface où se trouvent les équipements de traitement des signaux. In addition, the use of vibratory methods is fairly easy to implement, even in the submarine field where it suffices to clear the pipeline over a sufficient length, of the order of a meter for example, to protect it from all risk of contact with the ground or other, by enclosing it in a sort of chamber filled with water in which collars for fixing the instrumentation to the pipeline are arranged; all of the sensors and exciters are fairly easily submersible and are connected to the surface where the signal processing equipment is located.
On pourrait citer d'autres avantages de la présente invention, mais ceux cités ci-dessus en montrent déjà suffisamment pour en prouver la nouveauté et l'intérêt. We could cite other advantages of the present invention, but those mentioned above already show enough to prove its novelty and interest.
La description et les figures jointes représentent un exemple de réalisation de l'invention, mais n'ont aucun caractère limitatif : d'autres réalisations sont possibles, dans le cadre de la portée et de l'étendue de cette invention. The description and the attached figures represent an exemplary embodiment of the invention, but are in no way limiting: other embodiments are possible, within the scope and scope of this invention.
la figure 1 représente schématiquement un système vibratoire à un degré de liberté;
la figure 2 est une vue schématique en coupe d'une canalisation de transport et du dispositif d'une zone de mesure selon l'invention;
la figure 3 est une vue en perspective d'une canalisation de transport et du dispositif d'une zone de mesure selon l'invention;
la figure 4 représente la réponse en fréquence obtenue sur un tronçon de canalisation (vierge de tout dépôt) soumis à une excitation vibratoire;
la figure 5 représente la réponse en fréquence obtenue sur le même tronçon de canalisation, soumis à la même excitation vibratoire, après avoir déposé par exemple une pellicule de paraffine de 5 millimètres d'épaisseur à l'intérieur.Figure 1 schematically shows a vibratory system with a degree of freedom;
Figure 2 is a schematic sectional view of a transport pipe and the device of a measurement area according to the invention;
Figure 3 is a perspective view of a transport pipe and the device of a measurement area according to the invention;
FIG. 4 represents the frequency response obtained on a section of pipeline (free of any deposit) subjected to vibratory excitation;
FIG. 5 represents the frequency response obtained on the same section of pipe, subjected to the same vibratory excitation, after having deposited, for example, a paraffin film 5 millimeters thick inside.
La figure 1 représente un système vibratoire élémentaire à un degré de liberté, dans lequel un amortisseur 6 exerçant un effort c (qui est une variable caractéristique de l'amortissement et qui est dans la présente représentation proportionnel à la vitesse de déplacement) et un ressort 7 de raideur k sont montés entre une masse libre 1 de masse m et une structure fixe 8. L'équation connue du mouvement d'un tel système soumis à une excitation harmonique forcée F(t) s'écrit s'écrit: d2X + cdx + =
dt2 dt F
On démontre par tout calcul connu qu'un tel système est caractérisé dans le domaine fréquentiel, par une fréquence de résonance f et par son coefficient d'amortissement 5, s'exprimant de la façon suivante
dt2 dt F
It is demonstrated by any known calculation that such a system is characterized in the frequency domain, by a resonance frequency f and by its damping coefficient 5, expressed in the following manner
c
5 """"" (B)
4 ;fm
où C est une variable caractéristique de l'amortissement de la masse libre 1, représentée par exemple par l'effort c dans l'équation de mouvement précédente.vs
5 """""(B)
4; fm
where C is a characteristic variable of the damping of the free mass 1, represented for example by the effort c in the preceding equation of motion.
Une structure complexe, telle qu'un tronçon de pipe 2 peut être modélisée par un empilement de systèmes élémentaires à un degré de liberté. Un tel système connu sous le nom de "système à n degrés de liberté", est caractérisé par plusieurs fréquences de résonance et coefficients d'amortissement associés. A complex structure, such as a section of pipe 2 can be modeled by a stack of elementary systems with a degree of freedom. Such a system known as the "n degrees of freedom system" is characterized by several resonant frequencies and associated damping coefficients.
Toutefois à proximité de ces résonances et dans le domaine des basses fréquences, cette structure complexe peut être assimilée à un système élémentaire à un degré de liberté où la masse libre m est celle du tronçon de pipe 2 et la structure fixe 8 est celle du reste de la canalisation non excitée, et les expressions de f et Ç données ci dessus restent vraies. However near these resonances and in the low frequency domain, this complex structure can be assimilated to an elementary system with a degree of freedom where the free mass m is that of the pipe section 2 and the fixed structure 8 is that of the rest of the pipe not excited, and the expressions of f and Ç given above remain true.
Le principe de l'invention repose sur le fait qu'un dépôt de type hydrate, paraffine, asphaltène ou autre, à l'intérieur de la structure qu'est la canalisation 1 tend à modifier, de par son couplage avec la conduite 1, les coefficients d'amortissement 5 de ladite structure, et cela quel que soit l'effluent liquide ou gazeux circulant à l'intérieur de la canalisation. The principle of the invention is based on the fact that a hydrate, paraffin, asphaltene or other type of deposit, inside the structure that is the pipe 1 tends to modify, by its coupling with the pipe 1, the damping coefficients 5 of said structure, and this regardless of the liquid or gaseous effluent circulating inside the pipeline.
Or d'une part, les variations des fréquences de résonance permettent d'accéder à la densité instantanée d'un fluide polyphasique circulant à l'intérieur d'une canalisation (se reporter au brevet
N02 717 573), et d'autre part une calibration préalable du système permet de calculer les couples (fréquences de résonance, coefficients d'amortissement associés) lorsque la conduite est vierge de tout dépôt, et cela pour les différentes densités instantanées de l'effluent dont on connaît bien sûr les caractéristiques de base analysées avant de l'introduire dans la conduite 1. However, on the one hand, the variations in the resonance frequencies allow access to the instantaneous density of a multiphase fluid circulating inside a pipe (see patent
N02 717 573), and on the other hand, a prior calibration of the system makes it possible to calculate the torques (resonance frequencies, associated damping coefficients) when the pipe is free of any deposit, and this for the different instantaneous densities of the effluent, of which the basic characteristics analyzed are of course known before introducing it into line 1.
Ainsi, les évolutions dans le temps desdits coefficients d'amortissement, associés aux fréquences de résonance représentatives du ratio liquide/gaz de l'effluent circulant à l'intérieur de la conduite, sont directement corrélées aux évolutions des quantités de dépôt solide 5 se formant à l'intérieur de la canalisation, et qui par couplage avec cette canalisation 1, modifient la variable C dans la formule (B), laquelle variable C étant prédéterminée, soit empiriquement par essai préalable, soit mathématiquement en fonction de l'épaisseur du dépôt solide 5 dans la canalisation 1. Thus, the changes over time of said damping coefficients, associated with the resonant frequencies representative of the liquid / gas ratio of the effluent circulating inside the pipe, are directly correlated to the changes in the quantities of solid deposit 5 forming. inside the pipe, and which by coupling with this pipe 1, modify the variable C in the formula (B), which variable C being predetermined, either empirically by prior test, or mathematically as a function of the thickness of the deposit solid 5 in line 1.
Ainsi la mesure des coefficients d'amortissement 4 associés aux fréquences f de résonance de la canalisation permet de connaître cette variable C et donc d'accéder à l'épaisseur et à la quantité du dépôt 5 présent à l'intérieur de la canalisation, et cela de manière non intrusive. Thus, the measurement of the damping coefficients 4 associated with the resonance frequencies f of the pipe makes it possible to know this variable C and therefore to access the thickness and the quantity of the deposit 5 present inside the pipe, and this is non-intrusive.
Pour effectuer la mesure de ces coefficients d'amortissement, on utilise, selon l'invention, le dispositif de mesure illustré par les figures 2 et 3. Sur ces figures, on a représenté un tronçon 2 de la canalisation 1. To measure these damping coefficients, according to the invention, the measuring device illustrated in FIGS. 2 and 3 is used. In these figures, a section 2 of the pipe 1 is shown.
Le dispositif selon l'invention comprend un excitateur 31 qui permet d'appliquer à la canalisation une énergie vibratoire. L'excitateur peut être alimenté en énergie électrique, pneumatique ou hydraulique. I1 peut être constitué par un impacteur, un pot vibrant électrodynamique ou piézoélectrique. The device according to the invention comprises an exciter 31 which makes it possible to apply vibrational energy to the pipe. The exciter can be supplied with electrical, pneumatic or hydraulic energy. I1 can be constituted by an impactor, an electrodynamic or piezoelectric vibrating pot.
L'excitateur 31 applique une excitation vibratoire sur un point 3 de la surface extérieure de la canalisation 1. Une jauge de contrainte, un capteur d'effort ou une tête d'impédance 32 peut être utilisé pour vérifier le bon fonctionnement en niveau d'énergie et en fréquence de l'excitateur 31. The exciter 31 applies a vibratory excitation on a point 3 of the external surface of the pipe 1. A strain gauge, a force sensor or an impedance head 32 can be used to check the good functioning in level of energy and frequency of the exciter 31.
A proximité de l'excitateur 31 est disposé 4 à l'extérieur de la canalisation 1, au moins un capteur 41, qui recueille les informations vibratoires qui lui parviennent via la canalisation 1. Near the exciter 31 is arranged 4 outside the pipe 1, at least one sensor 41, which collects the vibratory information which reaches it via the pipe 1.
Ces informations sont transformées en signaux électriques puis, après conditionnement et filtrage anti-repliement 12, convertis en signaux numériques par l'intermédiaire d'une carte convertisseur analogique / numérique 9. This information is transformed into electrical signals then, after conditioning and anti-aliasing filtering 12, converted into digital signals by means of an analog / digital converter card 9.
Ces signaux sont ensuite traités par l'intermédiaire d'un module de traitement 10, ledit module, outre la génération du signal d'excitation en direction de l'excitateur 31, est chargé des tâches suivantes
- Calcul de la Transformée de Fourier pour chaque capteur 4
- Extraction des fréquences de résonance f,
- Calcul des coefficients d'amortissement 5 associés aux
résonances f,
- Comparaison avec les couples (fréquence de résonance
coefficient d'amortissement) obtenus lors de la phase préalable de
calibration (canalisation vierge de tout dépôt), et mis en mémoire,
- Estimation de l'épaisseur et de la quantité de dépôt 5 pour la
zone de mesure 2 concernée à partir de la connaissance de la
variable C définie précédemment, laquelle étant obtenue par
l'analyse de la comparaison des couples ci-dessus,
- Transmission de l'information en direction du poste de contrôle
11.These signals are then processed via a processing module 10, said module, in addition to generating the excitation signal in the direction of the exciter 31, is responsible for the following tasks
- Calculation of the Fourier Transform for each sensor 4
- Extraction of resonance frequencies f,
- Calculation of the damping coefficients 5 associated with
resonances f,
- Comparison with couples (resonance frequency
damping coefficient) obtained during the preliminary phase of
calibration (pipe blank of any deposit), and stored in memory,
- Estimated thickness and quantity of deposit 5 for the
measurement area 2 concerned from knowledge of the
variable C defined above, which being obtained by
the analysis of the comparison of the couples above,
- Transmission of information to the control post
11.
Ce poste de contrôle 11 peut afficher sous forme de graphique l'épaisseur des quantités de dépôt mesurée pour la ou les zones de mesure 2 lorsque plusieurs dispositifs identiques sont installés en différents points singuliers de la canalisation 1. This control station 11 can display in graph form the thickness of the quantities of deposit measured for the measurement zone or zones 2 when several identical devices are installed at different singular points of the pipe 1.
Associé aux programmes de modélisation qui permettent de déterminer, si un ou des dépôts doivent se produire, à quels endroits il y a de fortes chances qu'ils se produisent, lesquels programmes étant connus de l'homme du métier et existant sur le marché, la connaissance de la quantité des dépôts s'étant formés en un ou sur l'ensemble des points singuliers de la canalisation ainsi définie permet d'accéder à la distribution des quantités de dépôt sur l'ensemble de la canalisation. Associated with the modeling programs which make it possible to determine, if one or more deposits must occur, in which places it is very likely that they occur, which programs being known to the person skilled in the art and existing on the market, knowledge of the quantity of deposits having formed at one or all of the singular points of the pipe thus defined makes it possible to access the distribution of the quantities of deposit on the whole of the pipe.
L'opérateur peut alors optimiser les opérations de raclage et/ou d'adjonction d'agents inhibiteurs.The operator can then optimize the scraping operations and / or the addition of inhibiting agents.
Ainsi, le dispositif suivant l'invention pour la mesure de cette quantité de dépôt susceptible de s'être formée à l'intérieur de la canalisation 1, comprend
- au moins un excitateur mécanique 3 apte à appliquer sur la surface extérieure d'une zone de mesure 2 de la canalisation 1 une vibration mécanique,
- au moins un capteur 41 apte à être disposé sur la surface extérieure de la même zone de mesure 2 et à recueillir les informations vibratoires émises par l'excitateur 31 via la canalisation 1,
- un appareil de traitement et d'analyse 12, 9, 10 des signaux vibratoires relevés par le capteur 41 et apte à partir de cesdits signaux, de la fréquence de résonance de ladite canalisation 1 et du coefficient d'amortissement vibratoire relevé préalablement lors de la calibration du dispositif de mesure sans dépôt initial dans la canalisation, de calculer à tout moment voulu le coefficient d'amortissement vibratoire 5 de la partie 2 excitée de la canalisation 1 et d'en déduire l'épaisseur du dépôt éventuel 5 qui a pu se former à l'intérieur de cette partie 2 de canalisation.Thus, the device according to the invention for measuring this quantity of deposit which may have formed inside the pipe 1, comprises
at least one mechanical exciter 3 capable of applying a mechanical vibration to the external surface of a measurement zone 2 of the pipe 1,
at least one sensor 41 able to be placed on the external surface of the same measurement area 2 and to collect the vibratory information emitted by the exciter 31 via the pipe 1,
a device for processing and analyzing 12, 9, 10 of the vibratory signals detected by the sensor 41 and adapted from these said signals, the resonant frequency of said pipe 1 and the vibratory damping coefficient previously noted during calibration of the measuring device without initial deposit in the pipe, to calculate at any time the vibration damping coefficient 5 of the excited part 2 of the pipe 1 and to deduce therefrom the thickness of the possible deposit 5 which may have form inside this part 2 of pipe.
Tel que représenté sur la figure 3, le dispositif suivant l'invention comprend également des colliers 13 de fixation de l'excitateur 31 et du capteur 41, aptes à entourer la périphérie de la canalisation 1 et à y maintenir en contact ledit excitateur 31.et capteur 41. As shown in FIG. 3, the device according to the invention also comprises collars 13 for fixing the exciter 31 and the sensor 41, capable of surrounding the periphery of the pipe 1 and of keeping said exciter 31 in contact there. and sensor 41.
Suivant le procédé de l'invention, la figure 4 représente la réponse en fréquence obtenue sur le même tronçon 2 de canalisation 1 (vierge de tout dépôt) soumis à une excitation vibratoire lors de sa calibration préalable. Le calcul du coefficient d'amortissement 51 associé à la fréquence de résonance fl donne 1 = 4.7 par exemple. According to the method of the invention, FIG. 4 represents the frequency response obtained on the same section 2 of pipe 1 (free of any deposit) subjected to vibratory excitation during its prior calibration. The calculation of the damping coefficient 51 associated with the resonant frequency fl gives 1 = 4.7 for example.
la figure 5 représente la réponse en fréquence obtenue sur le même tronçon de canalisation, soumis à la même excitation vibratoire, après avoir déposé par exemple une pellicule de paraffine de 5 millimètres d'épaisseur à l'intérieur. Le calcul du coefficient d'amortissement 5t associé à la même fréquence de résonance fl donne alors s21 = 10.8. FIG. 5 represents the frequency response obtained on the same section of pipe, subjected to the same vibratory excitation, after having deposited, for example, a paraffin film 5 millimeters thick inside. The calculation of the damping coefficient 5t associated with the same resonant frequency fl then gives s21 = 10.8.
I1 est évident que l'ensemble des mesures de calibration et d'étalonnage préalables, ainsi que celles effectuées en fonctionnement, doivent toutes être effectuées sur place in situ dans les mêmes conditions d'environnement. It is obvious that all of the prior calibration and calibration measurements, as well as those carried out in operation, must all be carried out on site in situ under the same environmental conditions.
Le procédé et dispositif suivant l'invention permet donc de déterminer par des mesures non intrusives, et du reste non radioactives qui pourraient être la crainte de certains opérateurs pour obtenir un tel résultat avec d'autres dispositifs de mesure qui ne sont pas l'objet de la présente invention, les quantités de dépôt d'hydrates, de paraffines, d'asphaltènes ou autre susceptibles de s'être formés à l'intérieur d'une canalisation de transport, ce quel que soit l'effluent présent à l'intérieur de la canalisation. The method and device according to the invention therefore makes it possible to determine by non-intrusive, and moreover non-radioactive, measurements which could be the fear of certain operators for obtaining such a result with other measurement devices which are not the object. of the present invention, the amounts of hydrate, paraffin, asphaltene or other deposit likely to have formed inside a transport pipe, whatever the effluent present inside of the pipeline.
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