BR102018069537B1 - Método para determinar variações de tensão ao longo do tempo em um cano submarino para transportar fluidos - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a um método para determinar variações de tensão ao longo do tempo em um cano submarino para transportar fluidos, sendo que o método compreende: instalar ao longo do comprimento inteiro do cano (1) pelo menos um sensor de fibra óptica distribuído (2-1 a 2-4) com o uso de retrodifusão de Rayleigh, sendo que o sensor é dedicado a medir pelo menos um grau de liberdade de variação de movimento ao longo do tempo no cano em cada corte transversal do cano; medir continuamente variação de movimento do sensor de fibra óptica ao longo do tempo; e determinar variações de tensão ao longo do tempo em cada ponto no cano por integração no tempo da variação de movimento medida do sensor de fibra óptica.

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se ao campo geral de canos de transporte de fluido submarinos que são submetidos a deformação dinamicamente. A invenção se refere, mais particularmente, a canos para transferir hidrocarbonetos, por exemplo, óleo ou gás, e fornecer uma conexão do fundo para a superfície ou uma conexão entre dois suportes flutuantes.

[002] Canos de transferência de hidrocarbonetos usados para fornecer conexões entre dois suportes flutuantes ou para fornecer conexões do fundo para superfície, denominados no presente documento como "risers", tipicamente, são produzidos levantando-se continuamente canos que foram previamente colocados no fundo do mar, diretamente em direção a um suporte flutuante, por exemplo, dando-lhes uma configuração de catenária.

[003] Os canos que são levantados a partir do fundo desse modo a fim de formar risers precisam ser feitos de canos flexíveis quando a profundidade de água é menor do que poucas centenas de metros. Entretanto, uma vez que a profundidade de água alcança ou excede 800 a 1.000 m, canos flexíveis são substituídos por canos rígidos constituídos de elementos de cano de comprimento unitário que são feitos de um material forte, tal como aço espesso, e que são soldados em conjunto. Os risers rígidos feitos de material forte, e em uma configuração de catenária, são comumente denominados como "risers de catenária de aço" (SCRs).

[004] Tais canos que fornecem conexões do fundo para a superfície ou conexões entre dois suportes flutuantes são submetidos, ao longo do tempo, a variações de tensão dinâmicas, e essas variações precisam ser monitoradas a fim de evitar qualquer risco de grandes danos aos canos, ou, na verdade, qualquer risco de ruptura dos canos. Na prática, operadores na indústria de óleo offshore calculam as vidas úteis de suas instalações submarinas, e, em particular, de seus canos que fornecem conexões do fundo para a superfície ou conexões entre dois suportes flutuantes, com base em dados oceanográficos obtidos a partir da localização onde o campo petrolífero está situado. A determinação das variações de tensão em tais canos submarinos torna possível calcular as deformações e os movimentos de um cano, seu estado de fadiga, e obter uma medida das ondulações de tensão devido à vibração induzida por vórtices que se desprendem (conhecida como "vibração induzida por vórtice" ou (VIV)).

[005] Esses cálculos são, em geral, pessimistas a fim de minimizar a assunção de risco, e, por razões de segurança, as instalações são usualmente declaradas em risco bem antes de as mesmas estarem genuinamente em risco. Além disso, esses cálculos são submetidos a auditorias em conformidade com padrões que contêm fatores de segurança. Com o uso de tais padrões, um operador pode submeter um arquivo para certificação a uma organização de inspecção a fim de fornecer um garantia com as autoridades competentes.

[006] Também são conhecidas tanto a publicação FR 3 047 308, a qual descreve um método de monitoramento do comportamento termomecânico de um cano submarino para transportar fluido sob pressão quanto a publicação FR 3 047 309, a qual descreve um método e um dispositivo para monitoramento do comportamento mecânico de um cano submarino para transportar fluido sob pressão, sendo que ambos os métodos fazem uso de sensores de fibra óptica.

[007] Também é conhecida a publicação US 2016/0161350, a qual descreve um método de monitoramento de um cano com o uso de uma fibra óptica disposta helicoidalmente em volta do cano com uma pluralidade de sensores em rede de Bragg colocados na fibra óptica. Essa instalação torna possível em cada sensor em rede de Bragg medir qualquer deformação do cano (em flexão, torção, etc.). Uma das desvantagens de aquele método de monitoramento é que as medições são limitadas às posições em que os sensores em rede de Bragg estão localizados, e assim é possível apenas amostrar a deformação do cano, mas não medi-la no comprimento inteiro do cano.

[008] Também é conhecida a publicação WO 2014/013244, a qual descreve um método de monitoramento da posição de uma estrutura com o uso de um sensor de fibra óptica distribuído em conjunto com um pluralidade de emissores acústicos implantados em posições conhecidas em nas proximidades da estrutura monitorada. Esse método determina um campo acústico, e com base nas posições conhecidas dos emissores acústicos, o mesmo deduz a partir dos mesmos os movimentos da estrutura. Esse método apresenta a principal desvantagem de ser complexo para implantar, em particular devido ao fato de que a correspondência entre o campo acústico que é obtido e os movimentos da estrutura não é direta.

OBJETIVO E SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[009] Um objetivo principal da presente invenção é propor um método de monitorar dinamicamente a deformação de um cano submarino sem apresentar as desvantagens mencionadas acima.

[0010] De acordo com a invenção, esse objetivo é alcançado por um método para determinar variações de tensão ao longo do tempo em um cano submarino de transporte de fluido que fornece uma conexão do fundo para a superfície ou uma conexão entre dois suportes flutuantes, sendo que as variações de tensão são adequadas para deduzir os movimentos, as deformações, a fadiga e a vibração induzida por vórtice do cano, sendo que o método compreende:

[0011] • instalar ao longo do comprimento inteiro do cano pelo menos um sensor de fibra óptica distribuído com o uso de retrodifusão de Rayleigh, sendo que o sensor é dedicado a medir pelo menos um grau de liberdade de variação de movimento ao longo do tempo do cano em cada corte transversal do cano;

[0012] • medir continuamente a variação de movimento do sensor de fibra óptica ao longo do tempo; e

[0013] • determinar variações de tensão ao longo do tempo em cada ponto do cano por integração no tempo da variação de movimento medida do sensor de fibra óptica com base na seguinte matriz de relação:

[0014] na qual:

[0015] • s é a abscissa curvilínea da fibra;

[0016] • um vetor de dimensão 1 a 6, no qual os componentes correspondem às derivadas no tempo das respectivas deformações locais axiais dos sensores de fibra óptica;

[0017] • é um vetor que tem a mesma dimensão que que representa as derivadas no tempo dos elementos de redução de deformação no centro de gravidade da seção de estrutura que corresponde à abscissa curvilínea s para medir no cano; e

[0018] • A(s) é uma matriz de deformação que é uma função das posições locais e das orientações angulares dos sensores de fibra óptica no cano, da abscissa curvilínea s, e das propriedades mecânicas e geométricas da estrutura, sendo que os sensores de fibra óptica são instalados de uma maneira tal que a matriz de deformação A(s) seja invertível.

[0019] O método da invenção faz provisão para o uso de sensores de fibra óptica como uma multiplicidade de medidores de tensão e para ter recurso para tecnologia de captação acústica distribuída (DAS) para medir variação na deformação axial das fibras ópticas. Essa tecnologia torna possível analisar as variações em índices de refração óptica juntamente com os sensores de fibra óptica analisando-se luz refletida por reflexão de Rayleigh (variações que podem ser devido tanto a variações em temperatura quanto também a variações em tensão no núcleo da fibra óptica). Com o uso de cálculos similares àqueles de teoria de feixe que dão as relações entre as deformações axiais dos sensores de fibra óptica e as deformações em cada ponto do cano, se torna possível em determinar tempo real dinamicamente os movimentos, as deformações, o estado de fadiga e a vibração induzida por vórtice do cano. Em particular, o método da invenção torna possível ter uma correspondência direta entre as variações em índices de refração óptica ao longo dos sensores de fibra óptica e as deformações do cano. Além disso, as deformações do cano são medidas ao longo do comprimento inteiro do cano, e não apenas em certas porções do cano.

[0020] Assim, a invenção é notável pelo fato de que a mesma combina instalar sensores de fibra óptica diretamente no cano tanto com medir variações de tensão ao longo do tempo em cada ponto do cano com o uso de tecnologia de DAS, quanto também com calcular os movimentos, as deformações, o estado de fadiga e a vibração induzida por vórtice em todos os pontos ao longo do cano.

[0021] Na indústria de óleo offshore, medir dinamicamente a deformação em canos que fornecem uma conexão do fundo para a superfície ou uma conexão entre dois suportes flutuantes, e, desse modo, medir fadiga ao longo dos canos, permite que operadores monitorem integridade estrutural, e, consequentemente, estender consideravelmente as vidas úteis de tais canos com um nível aceitável de risco permitindo, desse modo, que economias significativas sejam alcançadas. Essas medições também fazem com que seja possível localizar o surgimento de rachaduras em estruturas submarinas devido ao fenômeno de fadiga que resulta de tensões dinâmicas tornando, desse modo, possível tomar ações de maneira antecipada e, desse modo, preservar instalações tanto quanto possível.

[0022] De modo preferencial, os sensores de fibra óptica distribuídos são instalados helicoidalmente em volta do cano. A instalação dos sensores de fibra óptica helicoidalmente apresenta a vantagem de dotá-los com melhor adesão mecânica no cano.

[0023] Alternativamente, os sensores de fibra óptica distribuídos podem ser instalados em linhas retas em volta do cano.

[0024] O método também pode incluir instalar pelo menos dois sensores de fibra óptica distribuídos adicionais ao longo do comprimento inteiro do cano a fim de melhorar a precisão com a qual as tensões são determinadas em cada ponto do cano. A presença desses sensores de fibra óptica torna possível que cálculos relativos a deformações dinâmicas do cano sejam realizados com mais precisão e mais rigorosamente.

[0025] O método pode compreender instalar ao longo do comprimento inteiro do cano pelo menos quatro sensores de fibra óptica distribuídos dedicados a medir três graus de liberdade em rotação simultaneamente com medição de um grau de liberdade em movimento do cano em cada corte transversal do cano.

[0026] O método pode compreender adicionalmente instalar ao longo do comprimento inteiro do cano um sensor de pressão de fibra óptica para medir pressão no cano. Sob tais circunstâncias, o sensor de pressão de fibra óptica pode ser disposto em uma linha reta paralela ao eixo geométrico longitudinal do cano ou helicoidalmente em volta do cano.

[0027] O método pode compreender adicionalmente instalar ao longo do comprimento inteiro do cano um sensor de temperatura de fibra óptica para medir temperatura no cano.

[0028] Também preferencialmente, o método compreende adicionalmente determinar os movimentos ao longo do tempo em cada ponto do cano por integração no tempo e espacial da variação de movimento medida do sensor de fibra óptica situado na seção que corresponde ao ponto do cano.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0029] Outras características e vantagens da presente invenção aparecem a partir da descrição a seguir, feita com referência aos desenhos anexos, os quais mostram implantações que não têm qualquer caráter de limitação. Nas Figuras:

[0030] • a Figura 1 é um diagrama que mostra um cano equipado com sensores de fibra óptica para realizar o método em uma primeira implantação da invenção;

[0031] • a Figura 2 é um diagrama que mostra um cano equipado com sensores de fibra óptica para realizar o método em uma segunda implantação da invenção;

[0032] • a Figura 3 é um diagrama que mostra um cano equipado com sensores de fibra óptica para realizar o método em uma terceira implantação da invenção; e

[0033] • a Figura 4 é um diagrama que mostra um cano equipado com sensores de fibra óptica para realizar o método em uma quarta implantação da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0034] A invenção se aplica a qualquer cano submarino (de parede simples ou de parede dupla) para transportar fluido, em particular óleo e gás, e para fornecer uma conexão do fundo para a superfície ou uma conexão entre dois suportes flutuantes, tal como o cano 1 mostrado em parte e diagramaticamente na Figura 1.

[0035] O método da invenção propõe determinar variações de tensão ao longo do tempo nesse cano, isto é, quantificar as deformações às quais o cano é submetido em todos os pontos do cano e em tempo real.

[0036] Uma vez que as variações de tensão tenham sido obtidas, é possível, de maneira conhecida, para deduzir a partir das mesmas o estado de fadiga do cano ao longo do tempo, as deformações às quais o cano é submetido ao longo do tempo (por integração no tempo das variações de tensão), os movimentos do cano ao longo do tempo (por integração tanto no tempo quanto espacial das variações de tensão), e a vibração induzida por vórtice (VIV).

[0037] Para esse fim, de acordo com a invenção, é feita provisão para instalar pelo menos um sensor de fibra óptica distribuído em volta do cano e pelo seu comprimento inteiro, sendo que o sensor faz uso de retrodifusão de Rayleigh.

[0038] Cada um dentre os vários sensores de fibra óptica distribuídos é usado como um sensor de detecção acústica distribuído. Os sensores são, preferencialmente, fibras monomodo, mas os mesmos poderiam ser fibras multimodo.

[0039] Cada sensor de fibra óptica distribuído é dedicado a medir um grau de liberdade em variação de movimento ao longo do tempo no cano em cada um de de seus cortes transversais, selecionado a partir dos seguintes quatro graus de liberdade: dois graus em flexão, um grau em torção e um grau em movimento axial (isto é, compressão ou tensão axial).

[0040] Na maior parte das configurações, é necessário colocar quatro sensores de fibra óptica distribuídos em volta do cano a fim de evitar medir combinações (somas ou diferenças) dos vários graus de liberdade. Por outro lado, quando é sabido antecipadamente que o cano deve ser submetido a apenas um grau de liberdade, então, apenas um sensor de fibra óptica é necessário.

[0041 ] Uma vez que os sensores de fibra óptica distribuídos tenham sido instalados em volta do cano, variação de movimento do sensor de fibra óptica ao longo do tempo é medida continuamente com o uso de tecnologia de detecção acústica distribuída conhecida, em que a tecnologia é aplicada, nesse exemplo, em baixa frequência (isto é, na faixa de 0,01 a 1 Hz).

[0042] A tecnologia de detecção acústica distribuída torna possível analisar variações em índices de refração óptica ao longo dos sensores de fibra óptica analisando-se luz refletida por reflexão de Rayleigh. Tais variações em índices de refração óptica podem ser devido a variações em temperatura e a variações em tensões nas cores das fibras ópticas. A velocidade muito alta da luz, desse modo, torna possível para detectar variações de tensão que são muito rápidas, indo até a faixa de ultrassom, e, desse modo, detectar ondas sonoras do ambiente. No contexto da presente invenção, é feito uso apenas de baixas frequências, as quais correspondem às frequências de ondas no mar e às frequências nas quais vórtices que se desprendem (tipicamente na faixa 0,01 Hz a 1 Hz).

[0043] As variações de tensão ao longo do tempo em cada ponto no cano são, então, determinadas com o uso da seguinte matriz de relação:

[0044] na qual:

[0045] • é um vetor de dimensão 1 a 6, no qual os componentes correspondem às derivadas no tempo das respectivas deformações locais axiais dos sensores de fibra óptica;

[0046] • é um vetor que tem a mesma dimensão que que representa as derivadas no tempo dos elementos de redução de deformação no centro de gravidade G da seção de estrutura S que corresponde à abscissa curvilínea s da fibra óptica de medição no cano; e

[0047] • A(s) é um matriz de "deformação" quadrada que é uma função das posições locais e orientações angulares dos sensores de fibra óptica no cano, da abscissa curvilínea s, da geometria do cano, e de suas características mecânicas.

[0048] A fim de obter as variações de tensão, é necessário que os sensores de fibra óptica sejam instalados em volta do cano de uma maneira tal que a matriz de deformação A(s) seja invertível.

[0049] Várias configurações para instalar os sensores de fibra óptica podem ser consideradas a fim de garantir que a matriz de deformação A é invertível.

[0050] As Figuras 1 e 4 mostram exemplos não limitantes de instalações para as quais a matriz de deformação A(s) é invertível. Naturalmente, a pessoa versada na técnica poderia considerar configurações além daquelas descritas abaixo com referência às Figuras 1 a 4.

[0051] Para uma dada configuração posicionamento de sensor de fibra óptica, existe apenas uma matriz de deformação A(s) que relaciona as deformações da fibra óptica às deformações da estrutura. O posicionamento de um sensor de fibra óptica na estrutura determina um vetor linha da matriz de deformação A (caso x e ò sejam vetores coluna). Para estruturas de tipo de tubo e para sensores de fibra óptica colocados helicoidalmente ou em linha reta no tubo, os vetores linha da matriz de deformação A correspondente são dados abaixo. Para uma dada configuração de fibra e dependendo dos elementos de redução do torsor de deformação que se deseja determinar, a matriz de deformação A poderia ser, ou não, invertível.

SITUAÇÃO GERAL:

[0052] Considera-se um tubo que tem um raio externo r com sensores de fibra óptica numerados 1, 2, ... dispostos no mesmo tanto em linhas retas como também em hélices em volta do tubo. A fim de descrever as posições das vários fibras no tubo, os seguintes parâmetros são introduzidos:

[0053] • α é dado pela relação α = p/2π em que p é o passo da hélice dos sensores de fibra óptica. Para uma fibra em linha reta, esse parâmetro tem o valor +infinito.

[0054] • Φ representa a posição angular de cada sensor de fibra óptica na seção de cano em abscissa curvilínea zero;

[0055] • ψ é uma variável de valor ±1 e descreve o sentido de rotação da hélice de cada sensor de fibra óptica em volta do cano; e

[0056] • s é a abscissa curvilínea associada à fibra.

[0057] A posição de uma fibra no quadro de referência de Fresnel (G,T,N,B) é então dado pela seguinte relação:

[0058] Para uma fibra em linha reta, se aplica o seguinte:

[0059] A fim de descrever as deformações do tubo e da fibra, os seguintes parâmetros são introduzidos, todos os quais dependem da abscissa curvilínea:

[0060] • ϵ1, ϵ2, … representam as deformações axiais das respectivas fibras ópticas 1,2, ...; e

[0061] • os seis graus de liberdade para se mover da estrutura em cada ponto da estrutura são descritos pelo torsor das deformações e de seus elementos de redução de deformação, por um vetor de deformação e, e por um gradiente de rotação k. Esses elementos são escritos como uma função de um vetor de movimento do centro de gravidade da seção S(s): u de componentes u1,u2, e u3, e um vetor de rotação da seção S aplicado ao ponto G de S: r de componentes r1,r2,r3.

[0062] Derivadas relativas à abscissa curvilínea de uma magnitude g são escritas g’.

[0063] É estabelecido que a deformação axial de uma fibra helicoidal em um tubo em cada ponto do tubo como uma função dos componentes dos vetores de movimento e rotação, definidos acima, do tubo é escrita como o produto escalar de dois vetores. Um dos vetores, x, depende dos seis graus de liberdade de movimento do tubo, e o outro vetor, At, depende das características geométricas coeficientes de Lamé do tubo, A e μ:

[0064] O vetor x é, desse modo, igual à derivada espacial do vetor de movimento do centro de gravidade da seção S(s), isto é, o seguinte se aplica:

[0065] Conhecendo medindo-se as derivadas no tempo das deformações locais axiais dos sensores de fibra óptica, e conhecendo- se A, é possível invertendo-se a matriz A obter , que é integrado em relação ao tempo. Depois disso, por integração espacial (relativa a s), o vetor de movimento do centro de gravidade da seção S(s) é obtido.

[0066] No caso especial de uma fibra em linha reta:

[0067] estabelecer uma matriz de relação entre a deformação do tubo e a deformação das fibras no tubo.

[0068] A matriz A não depende de tempo. Desse modo, também é possível escrever:

[0069] Essa relação é importante uma vez que é a magnitude medida pelas fibras.

[0070] Os vetores linha da matriz de deformação A são os vetores Ai.

[0071] Selecionando-se apropriadamente a disposição dos sensores de fibra óptica no tubo, é possível garantir que a matriz de deformação A é invertível.

[0072] Na prática, em estruturas rígidas, é possível usar a aproximação relativa às rotações de seções segundo a qual é assumido que os componentes 2 e 3 do vetor x são zero. Sob tais circunstâncias, a matriz é reduzida para 4 dimensões e a implantação abaixo apresenta um exemplo para o qual a matriz de deformação A permanece invertível. Ao contrário, se quatro fibras forem selecionadas, tendo todas o mesmo passo helicoidal, então a matriz de deformação A não é invertível.

[0073] Na situação particular em que é sabido que o tubo é submetido a apenas um tipo de força, por exemplo, tração, a matriz de deformação pode ser reduzida para o escalar correspondente.

[0074] A medição das derivadas no tempo da deformação axial das fibras ópticas torna, desse modo, possível, em cada ponto do tubo, determinar todos os componentes da derivada no tempo da deformação do tubo, e, então, por integração, determinar os movimentos, as posições ou as derivadas no tempo do torsor de tensão, e então, integrando-se o torsor, para determinar as tensões. Uma vez que a medição é realizada em todos os pontos e em tempo real, também é possível acessar magnitudes tais como dano à estrutura e, por conseguinte, fadiga.

UMA IMPLANTAÇÃO PARTICULAR:

[0075] Em uma primeira modalidade mostrada na Figura 1, os sensores de fibra óptica distribuídos 2-1 a 2-4 são, vantajosamente, dispostos helicoidalmente em volta do eixo geométrico longitudinal X-X do cano 1 melhorando, desse modo, sua adesão mecânica no cano.

[0076] Nessa modalidade, os sensores de fibra óptica 2-1 a 2-3 são posicionados helicoidalmente no mesmo passo p, e as respectivas posições angulares iniciais daquelas hélices são deslocadas entre si por 2π/3. O quarto sensor de fibra óptica 2-4 é posicionado helicoidalmente com o mesmo passo p, mas na direção oposta aos sensores de fibra óptica 2-1 a 2-3, e iniciando a partir de uma posição angular inicial arbitrária.

[0077] Na prática, com essa configuração helicoidal, a fim de determinar os estados de tensão e fadiga do cano em todos os pontos do cano, é necessário conhecer as posições helicoidais dos sensores de fibra óptica 2-1 a 2-4, cujas posições são descritas com o uso da abscissa curvilínea dada pela seguinte equação (já mencionada acima):

[0078] Ainda com a configuração helicoidal da Figura 1, a relação entre as respectivas deformações angular e axial ϵ1, ϵ2, ϵ3, ϵ4 dos sensores de fibra 2-1 a 2-4 e as deformações em cada ponto do cano são dadas, como mencionado acima, pela matriz de relação:

[0079] na qual:

[0080] Assim, para a configuração da primeira modalidade da Figura 1, e com base em conhecimento das derivadas no tempo medidas das deformações axiais das fibras ópticas, é possível determinar os componentes procurados de variações de deformação e forças. Além disso, integrar esses vetores de movimento torna possível obter passo a passo a posição de cada elemento do cano, e, desse modo, a tensão e estado de fadiga do cano em tempo real.

[0081] Deve ser observado que esse exemplo depende da aproximação segundo a qual os estados de movimento do cano ao longo de eixos geométricos perpendiculares à linha geradora do cano são desprezíveis, o que torna possível trabalhar com a premissa de que (simplificando, desse modo, cálculo reduzindo- se sua ordem). Desse modo, é possível obter as variações de tensão com conhecimento apenas de componente 1 do vetor de movimento e dos três componentes do vetor de rotação.

[0082] Em uma segunda modalidade mostrada na Figura 2, a qual também torna possível obter uma matriz de deformação A invertível, três sensores de fibra óptica 2-1 a 2-3 são posicionados helicoidalmente com o mesmo passo p e com as respectivas posições angulares iniciais daquelas hélices sendo deslocadas entre si por 2π/3 , como na primeira modalidade. Além disso, a direção das hélices é mudada em intervalos regulares (por exemplo, uma vez a cada L metros ao longo do cano). A fim de determinar o estado de tensão e de fadiga do cano, é assumido nesse exemplo que as medições são as mesmas por duas seções de cano consecutivas, o que torna possível obter uma aproximação que é boa o suficiente para canos que são muito longos (diversos quilômetros) quando L é selecionado para ser pequeno comparado ao comprimento característico de variação de tensão dentro da estrutura.

[0083] Comparado à primeira modalidade, essa instalação apresenta a vantagem de evitar qualquer sobreposição dos sensores de fibra óptica. Por outro lado, usa resolução espacial é limitada a 2L (em vez de a L para a primeira modalidade). Naturalmente, nesse exemplo também, a matriz de deformação A é invertível, o que torna possível determinar o estado de tensão e de fadiga do cano em tempo real.

[0084] Em uma terceira modalidade, é possível medir os elementos de deformação adicionando-se dois sensores de fibra óptica adicionais 2-5 e 2-6.

[0085] A configuração mostrada na Figura 3 é um exemplo que torna possível medir os elementos de deformação

[0086] Nessa modalidade, os três sensores de fibra óptica 2-1 a 2-3 são posicionados em volta do eixo geométrico longitudinal X-X do cano 1 em hélices que têm o mesmo passo p, e com as respectivas posições angulares iniciais dessas hélices sendo deslocadas entre si por 2π/3. Os outros três sensores de fibra óptica 2-4 a 2-6 são da mesma forma posicionados helicoidalmente com o mesmo passo p e com o mesmo deslocamento para suas posições angulares iniciais, no entanto, os mesmos são na direção oposta comparados aos sensores de fibra óptica 2-1 a 2-3.

[0087] Nessa modalidade, a matriz de deformação A é uma matriz 6x6 que é invertível, o que torna possível por meio dos cálculos mencionados acima determinar o estado de tensão e de fadiga do cano em tempo real.

[0088] A Figura 4 mostra uma quarta modalidade da invenção, que torna igualmente possível obter uma matriz de deformação A que é invertível. Nesse exemplo, há sete sensores de fibra óptica que são posicionados identicamente aos sensores da terceira modalidade juntamente com um sensor de fibra óptica adicional que fica em linha reta (isto é, os três sensores de fibra óptica 2-1 a 2-3 são posicionados helicoidalmente em volta do eixo geométrico longitudinal X-X do cano 1 em uma direção e os três sensores de fibra óptica 2-4 a 2-6 são posicionados helicoidalmente na direção oposta).

[0089] Essa quarta modalidade difere da modalidade precedente pelo fato de que a instalação tem um sensor de pressão de fibra óptica 2-7 para medir pressão no interior do cano. Nesse exemplo, o sensor de pressão de fibra óptica 2-7 é posicionado em uma linha reta, isto é, paralelo ao eixo geométrico longitudinal X-X do cano. Assim, o sensor de pressão de fibra óptica é insensível à dilatação do cano sob pressão e é submetido apenas ao alongamento do cano sob pressão. Desse modo, se torna possível tomando a diferença obter a pressão no interior do cano dinamicamente, e, desse modo, determinar a porção da deformação que é devida à pressão interna.

[0090] Deve ser observado que esse sensor de pressão de fibra óptica poderia, alternativamente, ser disposto helicoidalmente em volta do cano em um passo diferente do passo dos sensores de fibra óptica 2-1 a 2-6.

[0091] Também deve ser observado que esse sensor de pressão de fibra óptica poderia ser adicionado à primeira modalidade descrita com referência à Figura 1.

[0092] Também ser observado que é possível em cada uma das modalidades descritas acima medir a temperatura juntamente com o cano a fim de determinar a deformação que é devida às variações de temperatura ao longo do cano. Para esse fim, um sensor de temperatura de fibra óptica pode ser adicionado além de um dos sensores de fibra óptica distribuídos, sendo que o sensor de temperatura de fibra óptica é interrogado por um sistema de captação de temperatura distribuído (DTS) e o sensor de fibra óptica distribuído é interrogado por um sistema de detecção acústica distribuído.

[0093] Também deve ser observado que em cada uma das modalidades descritas acima é possível adicionar um sensor de fibra óptica adicional além de cada um dos sensores de fibra óptica a fim de obter o componente estático do estado de deformação do cano com o uso de um tempo sistema de reflectometria óptica no domínio do tempo de Brillouin (BOTDR) ou um sistema de análise óptica no domínio do tempo de Brillouin (BOTDA). Tais sistemas tornam possível obter um estado de deformação médio por um período mais longo do que um minuto relativo a um dado estado de referência.

[0094] Também deve ser observado que, a fim de evitar o uso de inúmeros sistemas de detecção acústica distribuídos (isto é, um sistema por sensor de fibra óptica distribuído), é possível posicionar os sensores de fibra óptica distribuídos conectando-se os mesmos entre si (sendo que o sensor de fibra óptica 2-1 é conectado em uma extremidade do cano para o sistema de detecção acústica distribuído e em sua extremidade oposta o sensor de fibra óptica 2-2, o qual é, ele próprio, conectado em sua outra extremidade ao sensor de fibra óptica 2-3, etc.). Assim, nesse exemplo, apenas um sistema de detecção acústica distribuído é necessário para interrogar todos os sensores de fibra óptica.

[0095] Por fim, deve ser observado que os sensores de fibra óptica distribuídos poderiam ser instalados em volta do cano em linhas retas (isto é, paralelos a seu eixo geométrico longitudinal X-X).

Claims (8)

1. Método para determinar variações de tensão ao longo do tempo em um cano submarino de transporte de fluido e fornecer uma conexão do fundo para a superfície ou uma conexão entre dois suportes flutuantes, sendo que as variações de tensão são adequadas para deduzir os movimentos, as deformações, a fadiga, e a vibração induzida por vórtice do cano, sendo que o método é caracterizado pelo fato de que compreende: • instalar ao longo do comprimento inteiro do cano (1) pelo menos um sensor de fibra óptica distribuído (2-1 a 2-4) com o uso de retrodifusão de Rayleigh, sendo que o sensor é dedicado a medir pelo menos um grau de liberdade de variação de movimento ao longo do tempo do cano em cada corte transversal do cano; • medir continuamente a variação de movimento do sensor de fibra óptica ao longo do tempo; e • determinar variações de tensão ao longo do tempo em cada ponto do cano por integração no tempo da variação de movimento medida do sensor de fibra óptica com base na seguinte matriz de relação: na qual: • s é a abscissa curvilínea da fibra; • é um vetor de dimensão 1 a 6, no qual os componentes correspondem às derivadas no tempo das respectivas deformações locais axiais dos sensores de fibra óptica; • é um vetor que tem a mesma dimensão que que representa as derivadas no tempo dos elementos de redução de deformação no centro de gravidade da seção de estrutura que corresponde à abscissa curvilínea s para medição no cano; e • A(s) é uma matriz de deformação que é uma função das posições locais e das orientações angulares dos sensores de fibra óptica no cano, da abscissa curvilínea s, e das propriedades mecânicas e geométricas da estrutura, sendo que os sensores de fibra óptica são instalados de uma maneira tal que a matriz de deformação A(s) seja invertível.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os sensores de fibra óptica distribuídos são instalados helicoidalmente em volta do cano.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os sensores de fibra óptica distribuídos são instalados em linhas retas em volta do cano.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende instalar ao longo do comprimento inteiro do cano pelo menos quatro sensores de fibra óptica distribuídos dedicados a medir três graus de liberdade em rotação simultaneamente com medição de um grau de liberdade em movimento do cano em cada corte transversal do cano.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente instalar ao longo do comprimento inteiro do cano um sensor de pressão de fibra óptica (2 a 7) para medir pressão no cano.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o sensor de pressão de fibra óptica é disposto em uma linha reta paralela ao eixo geométrico longitudinal (X-X) do cano ou helicoidalmente em volta do cano.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente instalar ao longo do comprimento inteiro do cano um sensor de temperatura de fibra óptica para medir temperatura no cano.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente determinar os movimentos ao longo do tempo em cada ponto do cano por integração no tempo e espacial da variação de movimento medida do sensor de fibra óptica situado na seção que corresponde ao ponto do cano.