BR102015003710B1 - PROBE FOR MONITORING AND INDICATING LEAKAGE IN SUBSEA PIPES - Google Patents
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Abstract
sonda para monitoramento e indicação de vazamento em tubulações submarinas, consiste essencialmente de uma sonda (1) formada por uma base (2) devidamente conectada a um flutuador (3) dotado de sensores de densidade (4) da água e sensores de luminosidade (5), que mediante a presença de petróleo, ou outro elemento contaminante, por meio de um mecanismo (6) ejeta o flutuador (3) que segue em direção à superfície onde emite sinais / localização para uma base de monitoramento (7), liberando também marcadores (8) que acompanham a mancha (9) de petróleo antes mesmo que venha à tona.probe for monitoring and indicating leaks in underwater pipes, essentially consists of a probe (1) formed by a base (2) properly connected to a float (3) equipped with water density sensors (4) and luminosity sensors (5 ), which upon the presence of oil, or another contaminating element, through a mechanism (6) ejects the float (3) which goes towards the surface where it emits signals/location to a monitoring base (7), also releasing markers (8) that accompany the oil slick (9) before it even comes to the surface.
Description
[0001] Trata a presente solicitação de Patente de Invenção de uma inédita “SONDA PARA MONITORAMENTO E INDICAÇÃO DE VAZAMENTO EM TUBULAÇÕES SUBMARINAS” consiste de uma cápsula formada por uma base e um flutuador dotado de sensores, que seguindo uma lógica de redundância é capaz de detectar alterações substanciais nas características da água no ambiente marinho, tal qual àquelas particulares a um vazamento, que se constatado ejeta o flutuador que emite sinais para uma base de monitoramento e libera um conjunto de marcadores que acompanham a mancha de óleo.[0001] This application for an Invention Patent deals with an unprecedented "PROBE FOR MONITORING AND INDICATION OF LEAKAGE IN SUBSEA PIPES" consists of a capsule formed by a base and a float equipped with sensors, which following a logic of redundancy is capable of detect substantial changes in the characteristics of water in the marine environment, such as those particular to a leak, which, if found, ejects the float that sends signals to a monitoring base and releases a set of markers that accompany the oil slick.
[0002] Utilizada preferencialmente na indústria de exploração de petróleo, mais especificamente em tubulações submarinas e plantas de exploração. Com pequenas alterações no projeto pode ser utilizada em qualquer tipo de monitoramento de falhas catastróficas.[0002] Preferably used in the oil exploration industry, more specifically in subsea pipelines and exploration plants. With minor design changes, it can be used in any type of catastrophic failure monitoring.
[0003] O petróleo é composto de vários hidrocarbonetos entre outros componentes, que no caso de vazamento, principalmente no mar, afetam todo o ecossistema. Os primeiros a serem atacados são os plânctons com os quais os peixes se alimentam, dessa forma ocasionando uma reação em cadeia. Em vazamentos maiores, a luz do sol é bloqueada impedindo a realização da fotossíntese pelas algas e consequente liberação de oxigênio, causando a morte dos peixes, ou pela falta desse ou pela intoxicação pelo óleo. Além disso, substâncias tóxicas se acumulam nos tecidos e/ ou penas dos animais que vivem nesse ambiente levando-os a morte.[0003] Oil is composed of several hydrocarbons among other components, which in the event of leakage, mainly at sea, affect the entire ecosystem. The first to be attacked are the plankton that the fish feed on, thus causing a chain reaction. In larger leaks, sunlight is blocked, preventing photosynthesis by the algae and the consequent release of oxygen, causing the death of the fish, either due to lack of oxygen or intoxication by the oil. In addition, toxic substances accumulate in the tissues and/or feathers of animals that live in this environment, leading to their death.
[0004] Por diversos fatores, o vazamento de óleo é um acidente ambiental muito difícil de ser contido, formando manchas no mar que são espalhadas pelas correntes tendo como resultado um impacto ambiental devastador. Na prática é quase impossível dirimir por completo esse tipo de evento, o que leva a necessidade da sua detecção e contenção o mais rapidamente possível.[0004] Due to several factors, oil leakage is an environmental accident that is very difficult to contain, forming slicks in the sea that are spread by currents, resulting in a devastating environmental impact. In practice, it is almost impossible to completely resolve this type of event, which leads to the need for its detection and containment as quickly as possible.
[0005] As técnicas de medição in loco não são novidades. Há muitos sistemas de medição que ficam “abandonados” por certo tempo para a coleta de dados que indiquem vazamento, no entanto tais sistemas são projetados para um período curto de duração.[0005] On-site measurement techniques are not new. There are many measurement systems that are “abandoned” for a certain time to collect data that indicate leakage, however such systems are designed for a short period of time.
[0006] O PI 0700292-0 “Instrumento para Uso em Língua Eletrônica” se refere a um sistema de análise integrado para geração, multiplexação de sinais, realização de medidas elétricas e análise de resultados de unidades sensoriais, compondo um dispositivo comumente chamado de “língua” eletrônica. Sua utilização pode ser estendida para a avaliação de contaminantes ambientais e combustíveis.[0006] PI 0700292-0 “Instrument for Use in Electronic Language” refers to an integrated analysis system for generating, multiplexing signals, performing electrical measurements and analyzing the results of sensory units, composing a device commonly called “ electronic language. Its use can be extended to the evaluation of environmental contaminants and fuels.
[0007] Os sensores como as “línguas” eletrônicas, quando expostas às condições de operação em água ultraprofundas são danificados em questão de horas.[0007] Sensors such as electronic “tongues”, when exposed to operating conditions in ultra-deep water are damaged in a matter of hours.
[0008] O BR 102012010659-0 apresenta um processo que descreve uma modelagem inversa, que faz uma regressão no tempo e no espaço para estimar a trajetória de uma mancha de óleo entre a posição na superfície do mar, onde foi detectada por satélite, e o local onde ocorreu o escape.[0008] BR 102012010659-0 presents a process that describes an inverse modeling, which makes a regression in time and space to estimate the trajectory of an oil slick between the position on the sea surface, where it was detected by satellite, and the location where the leak occurred.
[0009] A utilização de satélite para detecção de vazamentos é demasiadamente custosa. Além disso, o algoritmo utilizado para fazer a modelagem está sujeito a uma série de variáveis dinâmicas, que podem levar ao erro na detecção do local do escape.[0009] The use of satellite for leak detection is too expensive. In addition, the algorithm used to perform the modeling is subject to a series of dynamic variables, which can lead to error in detecting the escape location.
[00010] O PI 9809857-8 trata de um compensador de pressão para um sistema de bombeamento submarino, para bombeamento de um efluente de uma cabeça de poço localizada em águas profundas. O compensador de pressão também responde quando o volume de fluido hidráulico de refrigeração e lubrificação no sistema é reduzido ou aumentado, tal como mediante um vazamento.[00010] PI 9809857-8 deals with a pressure compensator for a subsea pumping system, for pumping an effluent from a wellhead located in deep water. The pressure compensator also responds when the volume of hydraulic cooling and lubricating fluid in the system is reduced or increased, such as upon a leak.
[00011] No mérito da detecção de vazamentos, o método de checagem da pressão de bombeamento só é capaz de detectar vazamentos na estrutura de extração e não em todo o campo de exploração.[00011] On the merits of leak detection, the pumping pressure checking method is only able to detect leaks in the extraction structure and not in the entire exploration field.
[00012] O BR 102012002618-0 refere-se a um sistema de detecção e localização de vazamentos em dutos de transporte de fluidos, líquidos, gasosos ou multifásicos, utilizando inteligência distribuída interconectada por link de fibra óptica. O sistema é dotado de sensores acústicos inteligentes e dedicados com capacidade de comunicação por fibra óptica, módulo de alimentação com painel solar, unidade central de processamento e computador dedicado.[00012] BR 102012002618-0 refers to a system for detecting and locating leaks in fluid, liquid, gaseous or multiphase transport ducts, using distributed intelligence interconnected by fiber optic link. The system is equipped with intelligent and dedicated acoustic sensors with fiber optic communication capability, power module with solar panel, central processing unit and dedicated computer.
[00013] A solução acima compreende diversos componentes, o que a torna cara e complexa. Além disso, a fibra óptica, com o tempo, é suscetível a ação danosa do ambiente marinho.[00013] The above solution comprises several components, which makes it expensive and complex. In addition, optical fiber, over time, is susceptible to the harmful action of the marine environment.
[00014] Atualmente, ROVs (Remote Operated Vehicle) são projetados para operar nas mesmas condições, porém não se encaixam na categoria de sensores da sonda apresentada.[00014] Currently, ROVs (Remote Operated Vehicle) are designed to operate under the same conditions, but they do not fit into the sensor category of the presented probe.
[00015] A sonda, basicamente montada em base e flutuador, apresenta sensores no referido flutuador que faz medidas diretas de algumas características da água que fica em contato com os mesmos. Diante de um vazamento de petróleo, a água apresentará alterações na transparência e condutividade elétrica. Ao detectar as condições de anormalidade na região no seu entorno e confirmadas as medidas apuradas nos diversos sensores espalhados no flutuador da sonda, o mecanismo de desacoplamento da base é acionado liberando os marcadores que acompanharão/ rastrearão a mancha do poluente vazado. Outrossim, o flutuador ao chegar à superfície comunica sua localização à uma base de monitoramento o estado de emergência. Vantagens da invenção > Detecção de vazamentos, tanto no sistema de produção quanto no substrato do oceano (em caso de rachaduras); > Versatilidade na implantação; > Monitoramento em tempo real do local inicial do vazamento e acompanhamento da mancha antes mesmo de alcançar a superfície; > Maior rapidez no início das medidas de contenção; > Menor custo na contenção; > Redução de danos ambientais; > Ótima relação custo x benefício.[00015] The probe, basically mounted on base and float, has sensors on the float that makes direct measurements of some characteristics of the water that is in contact with them. In the event of an oil spill, the water will show changes in transparency and electrical conductivity. Upon detecting abnormal conditions in the region around it and confirming the measurements taken from the various sensors spread over the probe's float, the base decoupling mechanism is activated, releasing the markers that will accompany/track the smear of the leaked pollutant. In addition, the float, upon reaching the surface, communicates its location to a monitoring base in the state of emergency. Advantages of the invention > Leak detection, both in the production system and in the ocean substrate (in case of cracks); > Versatility in deployment; > Real-time monitoring of the initial location of the spill and tracking of the stain even before it reaches the surface; > Faster start of containment measures; > Lower cost in containment; > Reduction of environmental damage; > Excellent cost-benefit ratio.
[00016] Para melhor explicar a invenção relacionam-se abaixo os desenhos que representam de forma ilustrativa e não limitativa.[00016] To better explain the invention, the drawings that represent in an illustrative and non-limiting manner are listed below.
[00017] Figura 1: Vista em perspectiva da sonda para monitoramento e indicação de vazamento em tubulações submarinas, com detalhe dos sensores.[00017] Figure 1: Perspective view of the probe for monitoring and indication of leakage in subsea pipelines, with detail of the sensors.
[00018] Figura 2: Vista em perspectiva explodida da sonda para monitoramento e indicação de vazamento em tubulações submarinas.[00018] Figure 2: Exploded perspective view of the probe for monitoring and indicating leakage in subsea pipelines.
[00019] Figura 3: Vista em corte da sonda para monitoramento e indicação de vazamento em tubulações submarinas.[00019] Figure 3: Cutaway view of the probe for monitoring and indication of leakage in subsea pipelines.
[00020] Figura 4: Vista em perspectiva da sonda para monitoramento e indicação de vazamento em tubulações submarinas, mostrando a liberação do flutuador mediante a detecção de um vazamento.[00020] Figure 4: Perspective view of the probe for monitoring and indicating leakage in subsea pipelines, showing the release of the float upon detection of a leak.
[00021] Figura 5: Vista em perspectiva da sonda para monitoramento e indicação de vazamento em tubulações submarinas, mostrando a liberação dos marcadores de mancha da base.[00021] Figure 5: Perspective view of the probe for monitoring and indication of leakage in subsea pipelines, showing the release of stain markers from the base.
[00022] Figura 6: Detalhe em perspectiva explodida do mecanismo de liberação do flutuador da sonda para monitoramento e indicação de vazamento em tubulações submarinas.[00022] Figure 6: Exploded perspective detail of the probe float release mechanism for monitoring and indicating leakage in subsea pipelines.
[00023] Figura 7: Vista em perspectiva da sonda para monitoramento e indicação de vazamento em tubulações submarinas, mostrando uso em um vazamento.[00023] Figure 7: Perspective view of the probe for monitoring and indicating leakage in subsea pipelines, showing use in a leak.
[00024] A “SONDA PARA MONITORAMENTO E INDICAÇÃO DE VAZAMENTO EM TUBULAÇÕES SUBMARINAS” objeto desta solicitação de patente, consiste essencialmente de uma sonda (1) formada por uma base (2) devidamente conectada a um flutuador (3) dotado de sensores de densidade (4) da água e sensores de luminosidade (5), que mediante a presença de petróleo, ou outro elemento contaminante, por meio de um mecanismo (6) ejeta o flutuador (3) que segue em direção à superfície onde emite sinais / localização para uma base de monitoramento (7), liberando também marcadores (8) que acompanham a mancha (9) de petróleo antes mesmo que venha à tona.[00024] The "PROBE FOR MONITORING AND INDICATION OF LEAKAGE IN SUBSEA PIPES" object of this patent application, essentially consists of a probe (1) formed by a base (2) duly connected to a float (3) equipped with density sensors (4) of the water and light sensors (5), which upon the presence of oil, or other contaminating element, through a mechanism (6) ejects the float (3) that goes towards the surface where it emits signals / location to a monitoring base (7), also releasing markers (8) that accompany the oil slick (9) even before it comes to the surface.
[00025] Mais particularmente, a sonda (1) apresenta o formato de uma cápsula, resistente a grandes pressões, formada basicamente por uma base (2) conectada a um flutuador (3) em cuja extremidade (E) se denotam pelo menos um sensor que mede a densidade (4) da água e outro sensor que mede a sua luminosidade (5), podendo também apresentar outros tipos de sensores, todos microcontrolados por um sistema embarcado à sonda (1). O flutuador (3) comporta baterias (10) com durabilidade suficiente para manter o funcionamento dos sensores (4 e 5) dentro do planejamento de manutenção / atualização da sonda (1). A base (2), em uma forma de viabilização da invenção, é conectada ao flutuador (3) por meio de um mecanismo (6) que ativado pelos sensores (4 e 5) aciona uma caixa de redução (11) e gira uma engrenagem puxando um imã (12) de grande porte, desconectando o flutuador (3) para a superfície onde passa a emitir sinais / localização para uma base de monitoramento (7), e liberando os marcadores (8) acondicionados na base (2), os quais acompanham a mancha (9) antes que chegue à tona.[00025] More particularly, the probe (1) has the shape of a capsule, resistant to great pressures, basically formed by a base (2) connected to a float (3) at whose end (E) at least one sensor is denoted. that measures the density (4) of the water and another sensor that measures its luminosity (5), which may also have other types of sensors, all microcontrolled by a system embedded in the probe (1). The float (3) has batteries (10) with sufficient durability to keep the sensors (4 and 5) working within the probe (1) maintenance / upgrade planning. The base (2), in a way of making the invention feasible, is connected to the float (3) through a mechanism (6) that activated by the sensors (4 and 5) activates a reduction box (11) and turns a gear pulling a large magnet (12), disconnecting the float (3) to the surface where it starts to emit signals / location to a monitoring base (7), and releasing the markers (8) placed in the base (2), the which accompany the stain (9) before it comes to the surface.
[00026] O funcionamento do sistema se dá com a instalação de uma série de sondas (1) ao longo de uma tubulação (3) e às plantas de extração, de forma a abranger uma grande área de monitoramento. Um sistema microcontrolado embarcado à sonda (1) permanece inerte aguardando as respostas dos sensores (4 e 5) instalados na placa. Diante de um eventual vazamento, o sensor de densidade (4) faz a verificação no meio aquático, e caso acuse uma densidade fora de padrão ativa o funcionamento do sistema principal. Uma vez iniciado, o microcontrolador faz mais uma verificação por meio de um segundo sensor de luminosidade (5) cuja finalidade é verificar a turbidez do meio aquático. Um terceiro sensor (não representado) pode ser instalado na sonda (1), a fim de garantir a solidez da informação e/ ou do evento vazamento. A quantidade de sensores visa garantir com a maior certeza possível a veracidade do vazamento, haja vista que a manutenção de um sistema como este é custosa, assim como a contenção de um vazamento, o que não dá margem para erros. Desse modo, o vazamento identificado como real, o mecanismo (6) de atuação magnética por meio de sua caixa de redução (11) e imã (12) empurra e desconecta o flutuador (3) da base (2), o qual passa a emitir um sinal da sua localização para uma base de monitoramento (7). Em paralelo, a base (2) libera os marcadores (8) de mancha. O sistema deste flutuador armazena em uma pilha de informações suas localizações desde o momento inicial do vazamento, pois caso haja uma falha de comunicação a central de monitoramento (7) possa identificar de onde o flutuador (3) partiu quando do restabelecimento da comunicação. No caso de o conjunto de sensores (4 e 5) indicar que a medição inicial não representa uma ameaça real, um algoritmo interno ao microcontrolador recalcula os valores padrão dos sensores (4 e 5) com base nos novos dados, como também no histórico de dados, deixando o sistema de stand by novamente.[00026] The system works with the installation of a series of probes (1) along a pipe (3) and to the extraction plants, in order to cover a large monitoring area. A microcontrolled system embedded in the probe (1) remains inert waiting for the responses of the sensors (4 and 5) installed on the board. In the event of an eventual leak, the density sensor (4) checks in the aquatic environment, and if it detects an out-of-standard density, it activates the operation of the main system. Once started, the microcontroller makes one more verification by means of a second luminosity sensor (5) whose purpose is to verify the turbidity of the aquatic environment. A third sensor (not shown) can be installed on the probe (1) in order to guarantee the solidity of the information and/or the leak event. The number of sensors aims to guarantee the veracity of the leak with the greatest possible certainty, given that the maintenance of a system like this is expensive, as is the containment of a leak, which leaves no room for error. Thus, the leak identified as real, the mechanism (6) of magnetic actuation through its reduction box (11) and magnet (12) pushes and disconnects the float (3) from the base (2), which passes to send a signal from its location to a monitoring base (7). In parallel, the base (2) releases the stain markers (8). The system of this float stores its locations in a pile of information from the initial moment of the leak, because if there is a communication failure, the monitoring center (7) can identify where the float (3) left when communication is reestablished. In case the set of sensors (4 and 5) indicate that the initial measurement does not represent a real threat, an algorithm internal to the microcontroller recalculates the default values of the sensors (4 and 5) based on the new data, as well as on the history of data, leaving the system on standby again.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B03A | Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette] | ||
| B25D | Requested change of name of applicant approved |
Owner name: SEIP 7-INDUSTRIA E COMERCIO DE MAQUINAS E TECNOLOG |
|
| B25G | Requested change of headquarter approved |
Owner name: SEIP 7-INDUSTRIA E COMERCIO DE MAQUINAS E TECNOLOG |
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| B06F | Objections, documents and/or translations needed after an examination request according [chapter 6.6 patent gazette] | ||
| B06V | Preliminary requirement: patent application procedure suspended [chapter 6.22 patent gazette] | ||
| B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 20/02/2015, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. |