BR102020020510A2 - Método para determinar a posição de um medidor de inspeção de duto, meio de armazenamento legível por computador, e, sistema para determinar a posição de um medidor de inspeção de duto - Google Patents

Abstract

método para determinar a posição de um medidor de inspeção de duto, meio de armazenamento legível por computador, e, sistema para determinar a posição de um medidor de inspeção de duto. é descrito um sistema para determinar a posição de um pig (4) localizado no interior de um tubo (5), que compreende: uma origem de campo magnético (1) anexada no pig (4); pelo menos um sensor de campo magnético (6) provido no exterior do tubo (5) e configurado para medir os parâmetros do campo magnético; e um processador configurado para receber os parâmetros do campo magnético a partir do pelo menos um sensor de campo magnético (6) e computar uma posição da origem de campo magnético (1) em relação a uma dada posição de referência. o sistema é usado em um método que compreende as etapas de: estabelecer uma representação de campo magnético do campo magnético (2) provida pela origem de campo magnético (1); medir no local pelo menos dois parâmetros do campo magnético no exterior do tubo (5) por meio do pelo menos um sensor de campo magnético (6) pelo menos em uma dada posição de medição em relação à posição de referência; computar a posição de origem da origem de campo magnético (1) em relação à posição de referência com base nos dados que compreendem os parâmetros do campo magnético medidos no local e na representação de campo magnético do campo magnético (2) provida pela origem de campo magnético (1); e transmitir os dados sobre a posição de origem da origem de campo magnético (1) em relação à posição de referência.

Description

MÉTODO PARA DETERMINAR A POSIÇÃO DE UM MEDIDOR DE INSPEÇÃO DE DUTO, MEIO DE ARMAZENAMENTO LEGÍVEL POR COMPUTADOR, E, SISTEMA PARA DETERMINAR A POSIÇÃO DE UM MEDIDOR DE INSPEÇÃO DE DUTO Campo Técnico

[001] A invenção, no geral, se refere à raspagem de tubos associados com a produção e o transporte de hidrocarbonetos, e, em particular, ao posicionamento de Medidor de Inspeção de Dutos para uso em tais operações.

Fundamentos da Invenção

[002] Relacionado à produção e ao transporte de hidrocarbonetos, há um uso extensivo de tubos, tanto para fluxo contínuo de poço não processado (a seguir referido como linhas de fluxo) quanto para fluidos de qualidade de vendas (a seguir referidos como linhas de tronco). Para as linhas de fluxo, pode haver uma necessidade de frequente raspagem ou remoção de cera e lamas líquidas. Um dispositivo desenhado com propósito, referido como Medidor de Inspeção de Duto (PIG), é empurrado através da linha de fluxo ou linha de tronco pelo fluxo contínuo de poço ou fluido de produção para limpar a cera ou as lamas.

[003] Um PIG pode ser qualquer ferramenta de tubo móvel que, por exemplo, pode ser usada para a separação física de fluidos em um duto, limpeza interna de dutos, inspeção de dutos, e gravação da informação geométrica de dutos.

[004] Os PIGS tendem a ficar presos em restrições no duto, tais como válvulas e junções, no pior caso, resultando na parada da produção. Para tais casos, o exato local do PIG pode ser vital na resolução do problema. O conhecimento do exato local dos PIGS também pode ser de significância para as unidades de lançamento de PIG, especialmente, para a automação do processo de lançamento de PIG. Também é benéfico poder determinar a posição do PIG quando usado com os propósitos de inspeção, de maneira tal que defeitos possam ser facilmente mapeados a fim de auxiliar as tripulações de reparo na manutenção.

[005] Diversos sistemas detectores da passagem de PIG foram propostos, por exemplo, técnicas com base em ímã, nucleônicas e acústicas. Os dispositivos nucleônicos são bem adequados para medição da posição, mas são associados com problemas HSE e, assim, restrições e custo operacional. Os problemas HSE são, em uma grande extensão, evitados durante o uso de técnicas acústica e com base em ímã. Entretanto, devido à sua sensibilidade a distorções externas, estes sistemas têm se provado não confiáveis. Um exemplo de um detector de posição de PIG com base em ímã é descrito em EP1452827.

[006] Os atuais sistemas de detecção magnética de PIG são com base na detecção da passagem de um campo magnético móvel, especificamente, pela detecção de mudanças na intensidade do campo magnético. Esta é uma abordagem de detecção binária, isto é, a passagem/não passagem do PIG na vizinhança do sensor, que exige um movimento (passagem) do PIG para a detecção com sucesso da passagem.

[007] Os campos magnéticos podem ser detectados por diversos métodos, por exemplo, magnetômetros de Efeito Hall e sensores magnetorresistivos. A menos que estruturalmente combinados, os mesmos apenas detectam um componente do campo magnético, o que é suficiente para muitas aplicações, por exemplo, sensores de velocidade de roda, sensores de proximidade e sensores de posição do virabrequim.

[008] Muitas linhas de tronco e linhas de fluxo são fabricadas a partir de qualidades de aço-carbono de baixo custo, tal como X65. Um tubo de aço-carbono tende a absorver e distorcer um campo magnético substancialmente e reter os efeitos da magnetização por ímãs por um período de tempo, especialmente, nos casos em que uma ferramenta de Inspeção Em Linha (ferramenta ILI) tiver sido usada.

[009] Durante a operação do tipo de PIG referido como ferramenta ILI, os ímãs permanentes providos na ferramenta enviam o fluxo magnético para o interior das paredes do tubo para detecção de vazamento, corrosão e falha, o material do tubo é, assim, fortemente magnetizado. Esta magnetização causa significativa distorção nos sistemas de detecção com base em ímã.

[0010] Grandes componentes de tubo, tais como válvulas e junções, bem como soldas de tubo, reduzem e perturbam adicionalmente os campos magnéticos.

[0011] As distorções adicionais são causadas pelo campo magnético natural da Terra.

[0012] Um método comum para calcular uma posição linear f(x,y) de um único ímã é, primeiro, computar o ângulo θ do campo magnético, por exemplo, pelo uso da função trigonométrica arctan(y/x). O ângulo θ é medido em relação à orientação norte-sul do ímã. A posição linear pode, então, ser obtida pela aproximação da posição pelo uso de uma função linear, tal como
f(x,y) = S∙θ(x,y)
em que S é uma escalar (com unidades conforme apropriado). Este método proporciona uma boa estimativa da posição linear de um ímã quando o ímã estiver próximo do sensor, isto é, quando o ângulo θ estiver próximo de 0, em que a faixa limitada da função arctan de θ tem um comportamento linear.

[0013] Quando o ímã estiver deslocado do sensor, sua posição linear calculada com a função arctan irá desviar exponencialmente a partir de sua posição verdadeira. Assim, este método não provê aproximações confiáveis das posições do PIG a menos que o PIG esteja alinhado com o sensor.

[0014] Para aumentar a faixa de confiabilidade, diversos sensores são usados em um arranjo. Isto é indesejável para a medição da posição do PIG em tubos, já que o tamanho do sensor irá aumentar enormemente. O espaço disponível para a instalação de tais sensores é muito frequentemente limitado, especialmente, para as aplicações submarinas em que o alojamento do sensor e os conectores elétricos são desenhados para suportar pressão de ambiente aquático no longo prazo e potenciais vazamentos.

[0015] A alcance de medição provida pela parte linear (próxima) da função arctan de θ não é adequada para a precisa medição da posição de um PIG em um tubo de aço, proporcionando uma faixa confiável de apenas uns poucos centímetros. Isto é particularmente evidente durante a medição da posição de um ímã localizado em um tubo de aço, em que o campo magnético é distorcido pelo tubo, isto é, o campo magnético é tanto reduzido quanto desviado pelo material do tubo.

[0016] Um objetivo da presente invenção é prover um sistema que resolve o problema identificado sem as supramencionadas desvantagens. Em particular, um método, um programa e um sistema que aumentam o alcance de medição e a precisão de um posicionador de PIG com base em ímã e têm uma reduzida sensibilidade às distorções magnéticas, tal como a supramencionada distorção.

Sumário da Invenção

[0017] A invenção se refere a um método, a um programa de computador e a um sistema para determinar a posição de um PIG localizado no interior de um tubo da forma apresentada nas reivindicações independentes. As modalidades preferidas são apresentadas nas reivindicações dependentes.

[0018] É descrito um método para determinar a posição de um PIG localizado no interior de um tubo, usando um sistema que compreende: uma origem de campo magnético anexada no PIG; pelo menos um sensor de campo magnético provido no exterior do tubo e configurado para medir os parâmetros do campo magnético; e um processador configurado para receber os parâmetros do campo magnético a partir do pelo menos um sensor de campo magnético e computar uma posição da origem de campo magnético em relação a uma dada posição de referência.

[0019] Em que o método compreende as etapas de: estabelecer uma representação de campo magnético do campo magnético provido pela origem de campo magnético; medir no local pelo menos dois parâmetros do campo magnético no exterior do tubo por meio do pelo menos um sensor de campo magnético pelo menos em uma dada posição de medição em relação à posição de referência; computar a posição da origem de campo magnético em relação à posição de referência com base nos dados que compreendem os parâmetros do campo magnético medidos no local e na representação de campo magnético do campo magnético provido pela origem de campo magnético; e transmitir os dados sobre a posição de origem da origem de campo magnético em relação à posição de referência.

[0020] A representação de campo magnético abrange, entre outras coisas: funções, modelos de cálculo de regressão, modelos de cálculo estaticamente, modelos matemáticos, tabelas, e aprendizado de máquina.

[0021] Uma vantagem da representação de campo magnético é que a mesma permite que a detecção da origem de campo magnético arranjada no PIG seja menos sensível ao magnetismo que não é provido pela origem magnética. O magnetismo que não é causado pela origem magnética é, a seguir, referido como ruído em segundo plano, incluindo as distorções.

[0022] Uma vantagem adicional do método é que o mesmo habilita a medição da posição estática de um PIG, em função do campo magnético estático presente no PIG em um dado ponto na representação de campo magnético para proporcionar uma confiável indicação da posição relativa de um ímã.

[0023] Um sistema e um método para detecção da posição de um PIG no interior de um tubo sem comprometer a sistema de contenção de pressão são alcançados.

[0024] É adicionalmente alcançado um sistema e um método adequados para a detecção da posição de um PIG no interior de um tubo localizado em um ambiente submarino, ou em terra, ou em um término de tubo em uma plataforma.

[0025] Um sistema que quantifica a distância entre o sensor e a origem é alcançado.

[0026] Se dois ou mais tipos de PIGS forem providos, cada tipo de PIG pode ser provido com um dado tipo da origem de campo magnético, em que o dado tipo da origem de campo magnético provê um campo magnético característico. O método compreende adicionalmente as etapas de: estabelecer um registro de tipos de PIGS e correspondentes campos magnéticos característicos; computar o tipo de PIG com base nos dados que compreendem os parâmetros do campo magnético medidos no local e o registro dos tipos de PIGS e correspondente campo magnético característico; e transmitir os dados sobre o tipo de PIG.

[0027] Assim, é alcançada uma maneira de identificar diferentes tipos de PIGS no tubo.

[0028] Preferivelmente, a representação de campo magnético foi calibrada, isto é, compensada em relação ao ruído em segundo plano magnético. Uma representação de campo magnético que é compensada em relação ao ruído em segundo plano magnético é vantajosa para uso na computação da posição da origem de campo magnético. É adicionalmente vantajoso que, também, as medições no local sejam calibradas, isto é, compensadas em relação ao ruído em segundo plano magnético. Pela medição ou, de outra forma, provisão de dados no ruído em segundo plano magnético, tais dados podem ser incluídos na base para computação da posição da origem de campo magnético.

[0029] Uma vantagem deste método é que a calibração no local também pode compensar os casos em que a origem de campo magnético tem variações de intensidade durante o tempo. Uma vantagem adicional deste método é sua confiabilidade intensificada em relação ao alcance e à precisão.

[0030] Os parâmetros do campo magnético podem ser componentes de vetor, por exemplo, magnitude e um ângulo da direção ou componentes em um sistema de coordenadas. Os exemplos dos sistemas de coordenadas são sistema de coordenadas cartesianas, sistema de coordenadas polares, sistema de coordenadas esféricas.

[0031] A posição de medição do sensor de campo magnético pode coincidir com a posição de referência.

[0032] A representação de campo magnético do campo magnético provido pela origem de campo magnético pode ser um modelo da lei do campo magnético, por exemplo, um primeiro modelo de princípios. Um primeiro modelo de princípios do campo magnético é um modelo teórico de como espera-se que o campo magnético seja com base em teoria conhecida.

[0033] A etapa de estabelecer a representação de campo magnético do campo magnético provido pela origem de campo magnético pode compreender as etapas de: arranjar o tubo em uma dada posição do tubo em relação à posição de referência; posicionar a origem de campo magnético em uma dada posição de origem em relação à posição de referência, em que a posição de origem fica localizada no interior do tubo; medir pelo menos dois parâmetros de campo magnético do campo magnético provido pela origem de campo magnético por meio do pelo menos um sensor de campo magnético em dadas posições de medição em relação à posição de referência, em que a posição de medição fica localizada no exterior do tubo; armazenar os parâmetros de campo magnético do campo magnético medidos providos pela origem de campo magnético e a correspondente posição de medição em relação à posição de referência; repetir as etapas anteriores pelo menos uma vez tanto com a origem de campo magnético movida para pelo menos uma dada posição de origem subsequente quanto com o sensor de campo magnético movido para pelo menos uma dada posição de medição subsequente; e estabelecer a representação de campo magnético do campo magnético provido pela origem de campo magnético com base nos parâmetros de campo magnético do campo magnético armazenados providos pela origem de campo magnético e na correspondente posição de medição em relação à posição de referência.

[0034] Assim, é alcançada uma maneira de prover uma representação de campo magnético. Para estabelecer a representação de campo magnético o tão representativo quanto possível, o tubo tem, preferivelmente, dimensões e material similares ou idênticos ao tubo no campo em que as medições no local devem ser tomadas.

[0035] A etapa de estabelecer a representação de campo magnético do campo magnético provido pela origem de campo magnético pode compreender adicionalmente as etapas de: arranjar o tubo em uma dada posição do tubo em relação à posição de referência; garantir que a origem de campo magnético esteja fora do alcance do pelo menos um sensor de campo magnético; medir dois parâmetros do campo magnético de um ruído em segundo plano magnético de referência por meio do pelo menos um sensor de campo magnético pelo menos em uma dada posição de medição em relação à posição de referência, em que a pelo menos uma dada posição de medição fica localizada no exterior do tubo; armazenar os parâmetros do campo magnético medidos do ruído em segundo plano magnético de referência e a correspondente posição de medição em relação à posição de referência; e calibrar a representação de campo magnético do campo magnético provido pela origem de campo magnético pela compensação em relação ao ruído em segundo plano de referência, em que a calibração é com base nos parâmetros do campo magnético armazenados do ruído em segundo plano magnético de referência e na correspondente posição de medição em relação à posição de referência.

[0036] Pela frase “fora do alcance”, os versados na técnica irão entender que a origem de campo magnético não está influenciando significativamente o pelo menos um sensor de campo magnético, por exemplo, garantindo que o campo magnético seja magneticamente isolado, ou não em proximidade do pelo menos um sensor de campo magnético.

[0037] Assim, é alcançada uma representação de campo magnético calibrada que irá habilitar uma mais precisa computação da posição de origem, isto é, a posição da origem de campo magnético.

[0038] O método pode compreender adicionalmente a etapa de calibrar no local os parâmetros do campo magnético medidos no local no exterior do tubo por meio do pelo menos um sensor de campo magnético pelo menos em uma dada posição de medição em relação à posição de referência, a calibração no local sendo realizada antes da computação da posição da origem de campo magnético em relação à posição de referência; em que a calibração no local compreende as etapas de: garantir que a origem de campo magnético esteja fora do alcance do pelo menos um sensor de campo magnético; medir dois parâmetros do campo magnético do ruído em segundo plano magnético no local por meio do pelo menos um sensor de campo magnético na pelo menos uma dada posição de medição em relação à posição de referência; armazenar os parâmetros do campo magnético medidos do ruído em segundo plano magnético no local e suas posições de medição em relação à posição de referência; e calibrar no local os parâmetros do campo magnético medidos no local no exterior do tubo por meio do pelo menos um sensor de campo magnético pelo menos em uma dada posição de medição em relação à posição de referência pela compensação em relação ao ruído em segundo plano no local, em que a calibração é com base nos parâmetros do campo magnético armazenados do ruído em segundo plano magnético no local e suas posições de medição em relação à posição de referência.

[0039] Assim, são providos dados que podem ser usados para compensar em relação ao ruído em segundo plano magnético nas medições no local. As medições no local que compensam o ruído em segundo plano magnético são vantajosas para uso na computação da posição da origem de campo magnético. As medições no local que compensam em relação ao ruído em segundo plano magnético são particularmente vantajosas quando, também, a representação de campo magnético estiver sendo compensada em relação ao ruído em segundo plano magnético.

[0040] Assim, é alcançada uma mais precisa computação da posição da origem de campo magnético.

[0041] O ruído em segundo plano magnético pode variar em diferentes locais devido a variações magnéticas no equipamento local, e devido ao campo magnético geográfico ser diferente em vários locais na Terra. A realização de uma calibração no local irá compensar:

• - mudanças da posição geográfica;
• - orientação do sensor de campo magnético no local em relação aos polos magnéticos da Terra; e
• - outras perturbações magnéticas.

[0042] Portanto, a realização de uma calibração no local irá aumentar a precisão da computação da posição da origem de campo magnético.

[0043] O ruído em segundo plano magnético pode mudar se os componentes em um sistema forem removidos, instalados ou substituídos. A realização de uma calibração sempre que o sistema mudar irá aumentar a precisão da computação da posição da origem de campo magnético.

[0044] A calibração no local ou a recalibração no local podem ser preferivelmente realizadas mesmo quando o sistema e o local geográfico forem inalterados, preferivelmente, a iniciação de cada calibração é programável ou remotamente controlável. A iniciação pode, por exemplo, ser em intervalos de tempo definidos ou programada para ser realizada depois que um PIG tiver passado pelo sensor ou depois que um PIG for lançado, ou programada para ser feita regularmente, ou ser depois da instrução de um operador. A recalibração no local pode compreender as mesmas etapas da calibração no local.

[0045] Uma vantagem deste método é que a calibração no local também pode compensar os casos em que a origem de campo magnético tem variações de intensidade durante o tempo.

[0046] Os parâmetros medidos pelo método são parâmetros contínuos; portanto, os valores computados também são contínuos. Os parâmetros podem ser medidos em uma faixa de distância definida a partir da origem de campo magnético, preferivelmente em +/- 500 cm, ou preferivelmente em +/- 200 cm, ou preferivelmente em +/- 150 cm, ou preferivelmente em +/- 15 cm. Os valores computados podem ter preferivelmente uma precisão de +/- 3,0 cm.

[0047] O método pode compreender adicionalmente a etapa de computar a velocidade da origem de campo magnético, em que a computação da velocidade da origem de campo magnético compreende as etapas de: realizar, pelo menos duas vezes em dados momentos, a etapa de computar a posição da origem de campo magnético em relação à referência; computa a distância deslocada da origem de campo magnético com base nas posições computadas da origem de campo magnético em relação à posição de referência; computar a velocidade da origem de campo magnético em relação à posição de referência com base na distância deslocada e nos dados momentos; e transmitir os dados sobre a velocidade da origem de campo magnético em relação à posição de referência.

[0048] O método pode compreender adicionalmente a etapa de computar a aceleração da origem de campo magnético, em que a computação da aceleração da origem de campo magnético compreende as etapas de: computar, pelo menos duas vezes em dados momentos, a velocidade da origem de campo magnético em relação à referência; computar a aceleração da origem de campo magnético em relação à posição de referência com base nas velocidades e nos dados momentos; e transmitir os dados sobre a velocidade da origem de campo magnético em relação à posição de referência.

[0049] É descrito um programa de computador que compreende instruções que, quando o programa for executado por um computador, fazem com que o computador realize pelo menos partes do método mencionado.

[0050] Assim, é alcançado um software que é intercambiável entre diferentes sistemas.

[0051] É descrito um sistema para determinar a posição de um PIG localizado no interior de um tubo, em que o sistema compreende: uma origem de campo magnético anexável no PIG; um sensor de campo magnético implementável no exterior do tubo e configurado para medir os parâmetros do campo magnético; e um processador configurado para receber os parâmetros do campo magnético a partir do sensor de campo magnético; em que o processador compreende meio para computar a posição da origem de campo magnético em relação a uma posição de referência pela realização de pelo menos partes do método mencionado.

[0052] É alcançado um sistema com as mesmas vantagens dos métodos mencionados.

[0053] O processador e o sensor de campo magnético podem ser integrados em uma unidade sensora portátil. A unidade sensora portátil pode ser um telefone inteligente ou tablet.

[0054] A unidade sensora portátil pode compreender o programa de computador mencionado.

[0055] É descrito um método para determinar a posição de um PIG localizado no interior de um tubo, usando um sistema que compreende: uma origem de campo magnético anexada no PIG, um sensor de campo magnético provido no exterior do tubo e configurado para medir os dados do campo magnético, e um processador configurado para receber os dados do campo magnético a partir do sensor de campo magnético e computar uma posição da origem de campo magnético em relação à posição do sensor de campo magnético.

[0056] O método compreende as etapas de: prover um campo magnético por meio da origem de campo magnético; medir dois parâmetros do campo magnético por meio do sensor de campo magnético; computar a posição da origem de campo magnético a partir dos parâmetros do campo magnético; e transmitir os dados sobre a posição da origem de campo magnético em relação à posição do sensor de campo magnético.

[0057] Alternativamente, o processador pode transmitir os dados sobre a posição da origem de campo magnético em relação a uma posição de referência pré-determinada no exterior do tubo. Esta posição de referência pode diferir da posição do sensor de campo magnético. Se a posição de referência diferir da posição do sensor de campo magnético, a posição do sensor de campo magnético deve ser pré-determinada em relação à posição de referência, de maneira tal que o processador possa levar isto em conta durante a computação da posição da origem de campo magnético.

[0058] Os parâmetros relevantes do campo magnético podem ser amplitude e ângulo, ou direção longitudinal e radial.

[0059] Podem ser usados dois ou mais dispositivos sensores de campo magnético durante a medição dos parâmetros do campo magnético a serem recebidos pelo processador. Se diversos sensores forem usados, os mesmos podem medir diferentes parâmetros do campo magnético que, em combinação, formam um conjunto de dados adequado para computar uma posição da origem de campo magnético.

[0060] O método também pode compreender as etapas de: medir um componente radial do campo magnético na posição do sensor de campo magnético em uma direção radial do tubo: se o componente radial do campo magnético na posição do sensor de campo magnético for direcionado para longe do tubo, o sensor de campo magnético é norte de uma linha neutra da origem de campo magnético; se o componente radial do campo magnético na posição do sensor de campo magnético for direcionado para a direção do tubo, o sensor de campo magnético é sul de uma linha neutra da origem de campo magnético; transmitir a posição da origem de campo magnético em relação ao sensor de campo magnético. A dita posição relativa pode ser, por exemplo, identificada como à jusante/à montante do sensor de campo magnético, ou no lado norte/sul magnético da origem de campo magnético.

[0061] É alcançado um método para determinar em qual lado do sensor de campo magnético a origem de campo magnético (isto é, o PIG) está posicionada.

[0062] O método também pode compreender as etapas de: obter um componente radial do campo magnético na posição do sensor de campo magnético em uma direção radial do tubo: se o componente radial do campo magnético na posição do sensor de campo magnético for cerca de zero, a origem de campo magnético fica alinhada com o sensor de campo magnético; e se o componente radial do campo magnético na posição do sensor de campo magnético estiver desviando de zero, a posição da origem de campo magnético está desviando do sensor de campo magnético; transmitir a proximidade da origem de campo magnético em relação ao sensor de campo magnético.

[0063] É alcançado um sistema que determina se a origem de campo magnético fica alinhada com o sensor de campo magnético.

[0064] O método também pode compreender as etapas de: computar um primeiro modelo de princípios do campo magnético provido pela origem de campo magnético; medir um componente radial do campo magnético na posição do sensor de campo magnético em uma direção radial do tubo; medir um componente longitudinal do campo magnético na posição do sensor de campo magnético em uma direção longitudinal do tubo; computar um ponto aproximado no dito primeiro modelo de princípios do campo magnético a partir dos componentes medidos e uma dada distância radial entre o local do sensor de campo magnético e a origem de campo magnético; computar o componente de distância longitudinal da distância entre o local do sensor de campo magnético e uma linha neutra da origem de campo magnético em uma direção longitudinal do tubo; transmitir a distância longitudinal entre a origem de campo magnético e o sensor de campo magnético em uma direção longitudinal do tubo.

[0065] O método também pode compreender as etapas de: medir um primeiro componente radial do campo magnético em um primeiro ponto no sensor de campo magnético em uma direção radial do tubo; medir um primeiro componente longitudinal do campo magnético no primeiro ponto do sensor de campo magnético em uma direção longitudinal do tubo; computar um primeiro ângulo do campo magnético no primeiro ponto do sensor de campo magnético em relação a uma direção longitudinal do tubo; medir um segundo componente radial do campo magnético em um segundo ponto no sensor de campo magnético em uma direção radial do tubo; medir um segundo componente longitudinal do campo magnético no segundo ponto do sensor de campo magnético em uma direção longitudinal do tubo; computar um segundo ângulo do campo magnético no segundo ponto do sensor de campo magnético em relação a uma direção longitudinal do tubo; computar uma geometria elíptica aproximada de uma linha do campo magnético do primeiro e do segundo ângulos do campo magnético e sua distância relativa; computar um ponto aproximado na periferia da dita geometria elíptica em que o sensor de campo magnético está localizado; computar o componente de distância longitudinal da distância entre o local do sensor de campo magnético e o centro da dita geometria elíptica em uma direção longitudinal do tubo; transmitir a distância longitudinal entre a origem de campo magnético e o sensor de campo magnético em uma direção longitudinal do tubo.

[0066] É alcançado um sistema que determina a distância entre o sensor e a origem. Uma vantagem deste método é que o mesmo não exige que o sistema tenha conhecimento sobre a origem de campo magnético, já que o sistema irá computar um modelo do campo magnético por si mesmo.

[0067] O método também pode compreender as etapas de computação de um ângulo do campo magnético na posição do sensor de campo magnético em relação a uma direção longitudinal do tubo; comparar o ângulo do campo magnético com um conjunto de dados, em que os dados compreendem um registro de ângulos e correspondentes valores de distância; transmitir a distância entre a origem de campo magnético e o sensor de campo magnético.

[0068] É alcançado um sistema que determina a distância entre o sensor e a origem. Uma vantagem deste método é que os resultados são muito confiáveis quando as condições forem inalteradas.

[0069] O método também pode compreender as etapas de: medir o campo magnético provido pela origem de campo magnético; armazenar os dados do campo magnético provido pela origem de campo magnético; medir o campo magnético distorcido provido no exterior do tubo pela origem de campo magnético localizada no interior do dito tubo; armazenar os dados do campo magnético distorcidos providos no exterior do tubo pela origem de campo magnético localizada no interior do dito tubo; computar o efeito de distorção que o tubo tem no campo magnético provido pela origem de campo magnético pela comparação dos ditos dados do campo magnético armazenados; armazenar os dados específicos do tubo e o correspondente efeito de distorção do tubo no campo magnético provido para uso na futura computação da posição da origem de campo magnético em relação ao sensor de campo magnético.

[0070] É alcançado um método para determinar o efeito de distorção que um tubo tem no campo magnético de uma origem de campo magnético localizada no interior do tubo. Para levar em conta esta distorção, durante a realização das computações com base nos dados do campo magnético medidos, um método de determinação do efeito de distorção deve, primeiramente, estar disponível.

[0071] É alcançado um método que é menos sensível para distorções.

[0072] Por meio deste método de calibração, são alcançados um método e um sistema que são intercambiáveis entre tubos de diferentes espessura da parede e material.

[0073] O método também pode compreender as etapas de: medir um componente longitudinal do ruído em segundo plano magnético na posição do sensor de campo magnético em uma direção longitudinal do tubo, sem a presença da origem de campo magnético; medir um componente radial do ruído em segundo plano magnético na posição do sensor de campo magnético em uma direção radial do tubo, sem a presença da origem de campo magnético; armazenar os componentes magnéticos iniciais para uso na futura computação da posição da origem de campo magnético em relação ao sensor de campo magnético.

[0074] É alcançado um método para determinar o ruído em segundo plano magnético. Para levar em conta esta distorção, durante a realização das computações com base nos dados do campo magnético medidos, um método de determinação do ruído em segundo plano magnético deve, primeiramente, estar disponível. Uma vantagem deste método é que o mesmo provê a possibilidade de eliminar o ruído em segundo plano magnético da equação.

[0075] Esta calibração pode ser realizada no local.

[0076] O ruído em segundo plano magnético pode variar em diferentes locais na Terra. A realização de uma calibração sempre que a posição geográfica mudar pode reduzir o efeito do ruído em segundo plano.

[0077] O ruído em segundo plano magnético pode mudar se os componentes em um sistema forem removidos, instalados ou substituídos. A realização de uma calibração sempre que o sistema mudar pode reduzir o efeito do ruído em segundo plano.

[0078] A calibração pode ser preferivelmente realizada mesmo quando o sistema e o local geográfico forem inalterados, preferivelmente, em intervalos de tempo definidos.

[0079] Este método pode ser vantajoso se não for possível medir ou de outra forma obter o campo magnético provido pela origem de campo magnético.

[0080] O método pode compreender adicionalmente as etapas de: obter um componente longitudinal do campo magnético real na posição do sensor de campo magnético em uma direção longitudinal do tubo, com a presença da origem de campo magnético; computar um componente longitudinal do campo magnético provido pela origem de campo magnético pela subtração do componente longitudinal armazenado do ruído em segundo plano magnético a partir do dito componente longitudinal obtido do campo magnético real; obter um componente radial do campo magnético real na posição do sensor de campo magnético em uma direção radial do tubo, com a presença da origem de campo magnético; computar um componente radial do campo magnético provido pela origem de campo magnético pela subtração do componente radial armazenado do ruído em segundo plano magnético a partir do dito componente radial obtido do campo magnético real.

[0081] Uma vantagem deste método é que o mesmo elimina o ruído em segundo plano magnético da equação para computar a posição da origem de campo magnético.

[0082] O método também pode compreender as etapas de: realizar a etapa de computar a distância entre a origem de campo magnético e o sensor de campo magnético pelo menos duas vezes em um intervalo de tempo prédeterminado; computar o deslocamento da dita origem de campo magnético no intervalo de tempo pré-determinado; computar a velocidade da origem de campo magnético em relação ao sensor de campo magnético a partir do deslocamento e do tempo.

[0083] É alcançado um sistema que determina a velocidade de um PIG de passagem.

[0084] O método também pode compreender as etapas de: mover o sensor de campo magnético em uma direção longitudinal do tubo; identificar uma posição ao longo do tubo em que os dados do campo magnético medidos indicam a presença de uma origem de campo magnético.

[0085] É alcançado um sistema para localizar um PIG em um tubo.

[0086] O método também pode compreender as etapas de: manter o sensor de campo magnético em uma dada posição no tubo; identificar os dados do campo magnético medidos que indicam a passagem de uma origem de campo magnético.

[0087] É alcançado um sistema para detecção da passagem de um PIG em um tubo. O sistema pode rastrear o número de PIGS que passam através do tubo e em quais momentos.

Breve Descrição dos Desenhos

[0088] A invenção será agora descrita em relação às modalidades exemplificantes não limitantes mostradas nos desenhos anexos, em que:
a figura 1 mostra uma origem de campo magnético e seu campo magnético;
a figura 2 mostra como um campo magnético pode ser decomposto;
a figura 3 mostra como um campo magnético pode ser dividido em um lado sul e um lado norte em lados opostos de uma linha neutra;
a figura 4 mostra como um campo magnético pode ser decomposto;
a figura 5 mostra uma configuração operacional da invenção;
a figura 6 mostra como um campo magnético pode ser decomposto; e
a figura 7 mostra resultados de teste que ilustram a melhoria da invenção descrita.

Descrição Detalhada

[0089] A figura 1 mostra uma origem de campo magnético 1, na forma de um ímã, que provê um campo magnético 2. Os campos magnéticos são distinguidos por linhas do campo magnético 3. As linhas do campo magnético 3 são curvas contínuas em um campo magnético 2, de maneira tal que uma tangente em qualquer ponto das mesmas dê a direção do campo magnético 2 neste ponto. Fora do ímã, as linhas do campo magnético 3 são direcionadas a partir do polo norte do ímã na direção do polo sul do ímã e as mesmas nunca fazem interseção umas com as outras. À medida que um campo magnético 2 fica mais fraco, a distância entre as linhas do campo magnético 3 aumenta.

[0090] Na física, um campo magnético é descrito pela densidade do fluxo magnético, também conhecida como indução magnética, B, que é um vetor que aponta na direção do campo magnético e de magnitude correspondente à intensidade do campo magnético.

[0091] A figura 2 mostra como o vetor B pode ser decomposto em um componente x Bx paralelo à orientação S-N da origem de campo magnético 1 e um componente y By perpendicular à orientação Sul-Norte (S-N) da origem de campo magnético 1. Uma linha imaginária Lx é paralela à orientação S-N da origem de campo magnético 1. A linha imaginária Lx é deslocada da origem de campo magnético 1 com uma distância Dy. Bx e By ficam localizados na linha imaginária Lx.

[0092] A figura 3 mostra uma linha imaginária Ly perpendicularmente que faz interseção com a linha neutra da origem de campo magnético 1, com o polo norte em um lado e o polo sul no lado oposto, o campo magnético 2 é dividido em um lado norte 2a e um lado sul 2b. Quando se olha no lado norte 2a do campo magnético, todos os componentes y By irão apontar para longe da origem de campo magnético 1. Quando se olha no lado sul 2b do campo magnético, todos os componentes y By irão apontar na direção da origem de campo magnético 1.

[0093] A figura 4 mostra o mesmo campo magnético 2a, 2b e a mesma linha imaginária Ly da figura 3. Ao longo da linha imaginária Ly, nenhum vetor B terá nenhum componente y By. Assim, qualquer vetor B ao longo da linha imaginária iguala seu próprio componente x Bx.

[0094] A figura 5 mostra um Medidor de Inspeção de Duto 4 (PIG) no interior de um tubo 5. O PIG 4 é provido com uma origem de campo magnético 1 que cria um campo magnético 2 que se estende até o exterior do tubo 5. A origem de campo magnético 1 fica posicionada em uma posição de origem. No exterior do tubo 5, um sensor de campo magnético 6 é arranjado e adaptado para medir o campo magnético 2 provido pela origem de campo magnético 1. O sensor de campo magnético 6 pode compreender um elemento de percepção, por exemplo, magnetômetro bidimensional ou tridimensional, e suportar circuitos eletrônicos para ler dados do sensor e transferir os dados para um hospedeiro conectado. Uma pluralidade de sensores de campo magnético 6 pode ser usada.

[0095] Os PIGS 4 por si mesmos são considerados conhecidos pelos versados na técnica e, portanto, não serão descritos com detalhes.

[0096] Na modalidade ilustrada na figura 5, a origem de campo magnético 1 é uma pluralidade de ímãs permanentes. Especificamente, ímãs em barra retangulares (alternativamente, circulares) que são axialmente magnetizados e circunferencialmente arranjados no PIG 4.

[0097] Os ímãs em barra arranjados no PIG 4 ficam posicionados entre um par de discos de limpeza 7. Neste caso, os ímãs podem tomar a forma de um espaçador de disco de limpeza. O comprimento dos ímãs em barra deve, então, ser adaptado à distância desejada entre os discos de limpeza 7. Um ou diversos ímãs em disco podem ser alternativamente usados de uma maneira similar aos supramencionados ímãs em barra. Os ímãs em disco irão exigir um diâmetro interno igual ao corpo do PIG 4 e um diâmetro externo adaptado ao tamanho do tubo 5. A espessura e o número de ímãs em disco devem, então, ser adaptadas à distância desejada entre os discos de limpeza 7.

[0098] Alternativamente, pelo menos uma parte do corpo do PIG 4 pode ser um ímã em barra circular e, assim, serve como a origem de campo magnético 1.

[0099] A origem de campo magnético 1 pode ser escolhida a partir do grupo que consiste em ímãs permanentes, ímãs temporários, eletroímãs ou qualquer combinação dos mesmos. Para formar a origem de campo magnético 1, uma pluralidade das ditas origens pode ser usada. O número das origens pode ser ajustado a fim de prover a desejada densidade do fluxo magnético. Durante o uso de uma pluralidade das origens, todas as origens ficam preferivelmente alinhadas na mesma direção em relação ao campo magnético 2 que as mesmas proveem.

[00100] Independentemente do número ou do tipo das origens de campo magnético 1, a orientação S-N da origem de campo magnético 1 é preferivelmente orientada em paralelo com a direção longitudinal do tubo 5, da forma mostrada na figura 5. Entretanto, outras orientações também podem ser usadas.

[00101] Quando diversas origens de campo magnético 1 forem usadas, as mesmas devem, preferivelmente, ficar localizadas na mesma distância a partir do tubo 5.

[00102] Qualquer tipo de ímãs permanentes (Neodímio Ferro Boro, Samário Cobalto, Alnico, Cerâmica ou ferrita) pode ser usado. Os ímãs permanentes têm a vantagem de não perder facilmente seu magnetismo, o que os torna duráveis e robustos durante a operação. Além do mais, os mesmos podem prover um campo magnético 2 forte o suficiente para alcançar o exterior de um tubo circundante 5.

[00103] Alguns ferros e ligas de ferro podem ser facilmente magnetizados para servir como ímã temporário. Os ímãs temporários podem ser usados na presente invenção, mas não são ideais, devido à sua perda gradual de magnetismo. O corpo do PIG 4, os discos de limpeza 7 ou os espaçadores de disco de limpeza podem ser adaptados para servir como os ímãs temporários.

[00104] Se um forte campo magnético for exigido, o PIG 4 pode ser provido com um eletroímã. Pela manufatura de pelo menos parte do PIG 4 em metal ou pela provisão do mesmo com um núcleo de metal, um fio adequado para conduzir uma corrente elétrica pode ser bobinado ao redor da parte de metal para formar um eletroímã. Uma origem elétrica, tal como uma bateria, adequada para energizar o eletroímã, também pode ser provida como parte do PIG 4.

[00105] Na figura 5, a linha imaginária Ly faz interseção com a linha neutra da origem magnética 1. A linha imaginária Ly também faz interseção com o centro do campo magnético 2. A distância longitudinal Dx define a distância entre a posição de medição do sensor de campo magnético 6 e a linha neutra da origem de campo magnético 1. A distância longitudinal Dx também define a distância entre a posição de medição do sensor de campo magnético 6 e o centro do campo magnético 2, isto é, a distância entre o PIG 4 e o sensor de campo magnético 6.

[00106] Na figura 5, a linha imaginária Lx faz interseção com o centro da origem magnética 1. A distância radial Dy define a distância entre a posição de medição do sensor de campo magnético 6 e o centro da origem de campo magnético 1, isto é, a posição de origem.

[00107] Dy será próximo de constante para uma dada combinação de tubo 5 e PIG 4. Dy é facilmente disponível e pode ser usado como dados de entrada.

[00108] Dx é a distância de interesse desconhecida. Dx pode ser computado por um processador configurado para receber os dados do campo magnético a partir do sensor de campo magnético 6. A entrada relevante no processador para computar a distância Dx pode ser um ou diversos de:

• - distância Dy,
• - parâmetros do campo magnético medidos pelo sensor de campo magnético 6,
• - dados sobre o campo magnético 2 provido pela origem de campo magnético 1,
• - dados da origem de campo magnético 1, por exemplo, tamanho, tipo e intensidade,
• - representação de campo magnético do campo magnético 2 provido pela origem de campo magnético 1,
• - ruído em segundo plano magnético,
• - dados do tubo 5, por exemplo, diâmetro, espessura da parede e material,
• - o efeito de distorção que um tubo relevante 5 tem no campo magnético 2 provido por uma origem de campo magnético relevante 1,
• - um registro de dados do campo magnético mensuráveis e correspondentes valores da distância Dx, alternativamente também, correspondentes dados do tubo 5, e
• - posição geométrica do sensor de campo magnético 6 e orientação em relação aos polos magnéticos da Terra.

[00109] A posição de origem da origem de campo magnético 1 pode ser determinada em relação a uma posição de referência R. A posição de medição do sensor de campo magnético 6 deve, então, também ser considerada em relação à posição de referência R.

[00110] A posição de referência pode ser posicionada em qualquer dada posição. Entretanto, pode ser vantajoso coincidir a posição de medição do sensor de campo magnético 6 e a posição de referência. Uma posição alternativa da posição de referência R é ao longo da linha imaginária Lx.

[00111] A figura 6 mostra um exemplo de como os dados do campo magnético podem ser medidos por meio de uma pluralidade de sensores de campo magnético 6 na mesma unidade sensora. Alternativamente, mas não mostrado, pode uma pluralidade de sensores de campo magnético 6 em unidades sensoras separadas ser adjacentemente posicionadas para o mesmo propósito. Alternativamente, mas não mostrado, pode uma pluralidade de sensores de campo magnético 6 em unidades sensoras separadas ser espaçados.

[00112] Na figura 6, as linhas do campo magnético 3 que fazem interseção com a unidade sensora que contém uma pluralidade de sensores de campo magnético 6 podem ser medidas em um ou diversos locais na unidade sensora, por exemplo, em cada lado, no topo e na base, em cada canto ou posições selecionadas na unidade sensora.

[00113] Por um primeiro sensor de campo magnético 6, um primeiro componente radial y1 do campo magnético 2 em uma direção radial do tubo 5 pode ser medido. Pelo mesmo sensor de campo magnético 6, um primeiro componente longitudinal x1 do campo magnético 2 em uma direção longitudinal do tubo 5 pode ser medido. A partir destes dois componentes medidos x1, y1, um primeiro ângulo θ1 pode ser computado por meio de trigonometria. θ1 indica a direção do campo magnético 2 neste ponto específico, isto é, a direção de B neste ponto específico, da forma ilustrada na figura 2.

[00114] Por um segundo sensor de campo magnético 6, localizado em uma posição diferente do primeiro sensor de campo magnético 6, um segundo componente radial y2 do campo magnético 2 em uma direção radial do tubo 5 pode ser medido. Pelo mesmo sensor de campo magnético 6, um segundo componente longitudinal x2 do campo magnético 2 em uma direção longitudinal do tubo 5 pode ser medido. A partir destes dois componentes medidos x1, y1, um segundo ângulo θ2 pode ser computado por meio de trigonometria. θ2 indica a direção do campo magnético 2 neste ponto específico, isto é, a direção de B neste ponto específico, da forma ilustrada na figura 2.

[00115] Quando um componente radial y do campo magnético 2 provido pela origem de campo magnético 1 for medido pelo sensor magnético 6 como cerca de zero, da forma vista na figura 4, o sensor de campo magnético 6 fica alinhado com a origem de campo magnético 1. Isto é, o PIG 4 fica alinhado com o sensor de campo magnético 6. Segue que, quando o componente radial y medido do campo magnético 2 provido pela origem de campo magnético 1 for medido pelo sensor magnético 6 e desviar de zero, a origem de campo magnético 1 desvia do sensor de campo magnético 6. Isto é, o PIG 4 desvia do sensor de campo magnético 6.

[00116] Quando um componente radial y do campo magnético 2 provido pela origem de campo magnético 1 for medido apontando para longe do tubo 5, da forma vista na figura 3, o sensor de campo magnético 6 fica localizado no lado norte 2a do campo magnético 2. Quando um componente radial y do campo magnético 2 provido pela origem de campo magnético 1 for medido apontando na direção do tubo 5, da forma vista na figura 3, o sensor de campo magnético 6 fica localizado no lado sul 2b do campo magnético 2.

[00117] Os experimentos podem ser conduzidos em um ambiente adequado para estabelecer um conjunto de dados que contém a informação sobre os dados do campo magnético e correspondentes distâncias entre uma origem de campo magnético 1 e um sensor de campo magnético 6. Outros parâmetros a considerar são Dy, a espessura da parede do tubo 5 e o material do tubo 5. Em um estágio posterior, a distância Dx entre a origem de campo magnético 1 em um PIG 4 em operação e o sensor de campo magnético provido 6 pode ser posteriormente computada por meio da comparação dos dados do campo magnético medidos pelo sensor de campo magnético 6 com um relevante conjunto de dados. Para que este método proporcione os resultados mais confiáveis, a origem de campo magnético 1 e o sensor de campo magnético 6 usados durante o experimento também devem ser usados durante a operação. Alternativamente, uma origem de campo magnético 1 e um sensor de campo magnético 6 que são tão similares quanto possível devem ser usados. Os outros parâmetros (Dy, a espessura da parede do tubo 5 e o material do tubo 5) devem ser iguais ou pelo menos similares àqueles do experimento a fim de computar uma distância confiável Dx.

[00118] Um modelo aproximado de uma linha do campo magnético 3 do campo magnético 2 provido pela origem de campo magnético 1 pode ser computado a partir dos seguintes parâmetros: dois ângulos computados θ1, θ2 do campo magnético 2 em dois pontos diferentes, a distância entre estes dois pontos e a distância radial Dy da origem de campo magnético 1 em relação a estes dois pontos. As linhas de campo 3 do campo magnético 2, tipicamente, têm geometria elíptica.

[00119] Em vez da computação de um modelo do campo magnético 2 a partir da origem de campo magnético 1 por meio dos dados do campo magnético medidos, um primeiro modelo de princípios do campo magnético 2 pode ser computado. Este primeiro modelo de princípios do campo magnético 2 é preferivelmente com base no tipo e no tamanho da origem de campo magnético 1. O primeiro modelo de princípios do campo magnético 2 tem sua origem na origem de campo magnético 1. Uma representação de campo magnético do campo magnético 2 provido pela origem de campo magnético 1 estabelecida por um primeiro modelo de princípios não irá incluir o ruído em segundo plano magnético.

[00120] Com um aproximado ou primeiro modelo de princípios do campo magnético 2 por pelo menos uma linha de campo 3, como exposto, é possível computar o local aproximado do sensor de campo magnético 6 na periferia da linha do campo magnético 3 com base nos parâmetros de campo medidos, isto é, o componente longitudinal x medido e o componente radial y medido ou o pelo menos um ângulo computado θ. A distância radial Dy entre a origem de campo magnético 1 e o sensor de campo magnético 6 sendo conhecida ou, alternativamente, derivável a partir dos dados geométricos do PIG 4 e do tubo 5. A distância Dx entre o sensor de campo magnético 6 e a origem de campo magnético 1 pode, então, ser computada com base no aproximado ou primeiro modelo de princípios do campo magnético 2 e no local aproximado do sensor de campo magnético 6 na periferia da linha do campo magnético 3. A linha imaginária Ly que faz interseção com a linha neutra da origem de campo magnético 1 também faz interseção com o centro do campo magnético 2, da forma ilustrada na figura 5. Uma distância computada Dx entre o sensor de campo magnético 6 e o centro do campo magnético 2 irá igualar a distância Dx entre o sensor de campo magnético 6 e a origem de campo magnético 1.

[00121] O sistema usado para determinar a posição de um PIG 4 localizado no interior de um tubo 5 compreende a origem de campo magnético 1 anexada no PIG 4, pelo menos um sensor de campo magnético 6 provido no exterior do tubo 5 e configurado para medir os parâmetros do campo magnético, e um processador configurado para receber os parâmetros do campo magnético a partir do pelo menos um sensor de campo magnético 6 e computar uma posição da origem de campo magnético 1 em relação a uma dada posição de referência.

[00122] Este sistema irá computar a posição da origem de campo magnético 1 em relação à posição de referência com base nos dados que compreendem os parâmetros do campo magnético medidos no local e na representação de campo magnético do campo magnético 2 provido pela origem de campo magnético 1, e transmitir os dados sobre a posição de origem da origem de campo magnético 1 em relação à posição de referência.

[00123] A representação de campo magnético do campo magnético provido pela origem de campo magnético pode, entre outras coisas, compreender funções, modelos de cálculo de regressão, modelos de cálculo estaticamente, modelos matemáticos, tabelas, e aprendizado de máquina. Além do mais, a mesma pode ser provida como um primeiro modelo de princípios. Alternativamente, a representação de campo magnético pode ser provida por medições reais de um campo magnético similar configurado em um laboratório.

[00124] Uma representação de campo magnético do campo magnético provido pelas medições reais irá incluir o efeito de distorção que o tubo 5 tem no campo magnético provido pela origem de campo magnético 1. Uma representação de campo magnético do campo magnético teoricamente provida não irá incluir o efeito de distorção que o tubo 5 tem no campo magnético provido pela origem de campo magnético 1. A representação de campo magnético do campo magnético provido pelas medições reais, assim, tem uma vantagem, se comparada com a representação de campo magnético do campo magnético teoricamente provida. Uma vantagem da representação de campo magnético teoricamente provida, se comparada com a representação de campo magnético provida por medições reais, é que é não inclui nenhum ruído em segundo plano magnético. Os versados na técnica, com base no conhecimento deste efeito, serão capazes de selecionar a melhor abordagem para cada caso específico e fazer uso das vantagens da invenção.

[00125] As medições no local são realizadas com o sensor de campo magnético 6 posicionado pelo menos em uma dada posição de medição em relação à posição de referência. O sensor de campo magnético 6 mede pelo menos dois parâmetros do campo magnético no exterior do tubo 5.

[00126] A etapa de prover uma representação de campo magnético por medições reais pode compreender as subetapas de: arranjar o tubo 5 em uma dada posição do tubo em relação à posição de referência, posicionar a origem de campo magnético 1 em uma dada posição de origem em relação à posição de referência, em que a posição de origem fica localizada no interior do tubo 5, medir pelo menos dois parâmetros de campo magnético do campo magnético 2 provido pela origem de campo magnético 1 por meio do pelo menos um sensor de campo magnético (6) em uma dada posição de medição em relação à posição de referência, em que as posições de medição ficam localizadas no exterior do tubo 5, armazenar os parâmetros de campo magnético do campo magnético medidos 2 providos pela origem de campo magnético 1 e a correspondente posição de medição em relação à posição de referência, repetir as etapas anteriores pelo menos uma vez tanto com a origem de campo magnético 1 movida para pelo menos uma dada posição de origem subsequente quanto com o sensor de campo magnético 6 movido para pelo menos uma dada posição de medição subsequente, e estabelecer a representação de campo magnético do campo magnético 2 provido pela origem de campo magnético 1 com base nos parâmetros de campo magnético armazenados do campo magnético 2 provido pela origem de campo magnético 1 e suas posições de medição em relação à posição de referência.

[00127] A representação de campo magnético obtida pelas medições reais inclui ruído em segundo plano magnético. Também, pela medição do ruído em segundo plano magnético, isto é, as mesmas medições sem a presença da origem de campo magnético 1, a representação de campo magnético obtida pelas medições reais pode ser compensada em relação a este ruído em segundo plano magnético.

[00128] O ruído em segundo plano magnético pode compreender o campo magnético da Terra, ou quaisquer outras distorções de campos magnéticos presentes no alcance de medição do sensor de campo magnético 6. O ruído em segundo plano magnético pode substancialmente não compreender o campo magnético provido pela origem de campo magnético 1.

[00129] A origem de campo magnético 1 é, portanto, mantida fora do alcance, isto é, sendo magneticamente isolada ou fora de um significativo alcance de medição do sensor de campo magnético 6 enquanto o ruído em segundo plano magnético for medido.

[00130] A etapa de calibrar a representação de campo magnético compreende as seguintes subetapas: arranjar o tubo 5 em uma dada posição do tubo em relação à posição de referência; garantir que a origem de campo magnético 1 esteja fora do alcance do pelo menos um sensor de campo magnético 6; medir dois parâmetros do campo magnético de um ruído em segundo plano magnético de referência por meio do pelo menos um sensor magnético (6) pelo menos em uma dada posição de medição em relação à posição de referência, em que a pelo menos uma dada posição de medição fica localizada no exterior do tubo 5; armazenar os parâmetros do campo magnético medidos do ruído em segundo plano magnético de referência e suas correspondentes posições de medição em relação à posição de referência; e calibrar a representação de campo magnético do campo magnético 2 provido pela origem de campo magnético 1 pela compensação em relação ao ruído em segundo plano de referência, em que a calibração é com base nos parâmetros do campo magnético armazenados do ruído em segundo plano magnético de referência e suas posições de medição em relação à posição de referência.

[00131] A calibração da representação de campo magnético no local ou dos parâmetros do campo magnético medidos no local habilita uma computação mais precisa da posição da origem de campo magnético 1.

[00132] O ruído em segundo plano magnético é medido para calibrar a representação de campo magnético no local ou os parâmetros do campo magnético medidos no local.

[00133] A calibração no local que é realizada antes da computação da posição da origem de campo magnético 1 em relação à posição de referência compreende as subetapas de: garantir que a origem de campo magnético 1 esteja fora do alcance do pelo menos um sensor de campo magnético 6; medir dois parâmetros do campo magnético do ruído em segundo plano magnético no local por meio do pelo menos um sensor de campo magnético 6 na pelo menos uma dada posição de medição em relação à posição de referência; armazenar os parâmetros do campo magnético medidos do ruído em segundo plano magnético no local e suas correspondentes posições de medição em relação à posição de referência; e calibrar no local os parâmetros do campo magnético medidos no local no exterior do tubo 5 por meio do pelo menos um sensor de campo magnético 6 pelo menos em uma dada posição de medição em relação à posição de referência pela compensação em relação ao ruído em segundo plano no local, em que a calibração é com base nos parâmetros do campo magnético armazenados do ruído em segundo plano magnético no local e suas correspondentes posições de medição em relação à posição de referência.

[00134] A computação da posição da origem de campo magnético será mais precisa quando a representação de campo magnético ou as medições no local forem calibradas. Em tais casos, a computação irá compensar o ruído em segundo plano magnético.

[00135] A figura 7 mostra os resultados de um experimento em que dois métodos de posicionamento de PIG 4 foram testados e comparados. Neste teste, ímãs em anel permanentes foram usados como a origem de campo magnético 1 e o tubo 5 foi feito de material super duplex. O primeiro método usa a tradicional aproximação do campo magnético 2 da fórmula f(x,y) = S∙θ(x,y), da forma descrita na seção de Fundamentos da Invenção. O segundo método, da forma descrita no parágrafo anterior, usa a tradicional teoria magnética (tais como modelos de campo magnético dos primeiros princípios) para modelar uma aproximação mais precisa do campo magnético 2 provido pela origem de campo magnético 1 e, então, computa a posição linear da origem de campo magnético 1 a partir deste modelo. Três gráficos são representados no sistema de coordenadas da figura 7. Os resultados do primeiro e tradicional método são representados pelo gráfico “POS_arctan”. Os resultados do segundo e inventivo método são representados pelo gráfico “POS_new”. A posição verdadeira do PIG 4 é representada pelo gráfico “posição verdadeira”.

[00136] A figura 7 mostra que o novo método aumenta enormemente a faixa de medição da posição para um PIG 4 suprido com uma origem de campo magnético 1 no interior de um tubo 5 feito de material super duplex. Para um tubo 5 de aço-carbono, que é o material mais comum para tubos de petróleo e gás, os experimentos têm mostrado que a faixa de medição estimada do método tradicional f(x,y) = S∙θ(x,y) é ainda mais limitada. Isto é em virtude de o aço-carbono ter uma permeabilidade magnética significativamente mais alta, resultando em absorção de campo magnético no material do tubo 5 (reduzida intensidade de campo fora do tubo) e desvio (mudança da direção do campo fora do tubo) muito mais altos.

[00137] Como pode ser visto a partir da figura 7, o segundo e inventivo método para computação da posição linear não é propenso ao mesmo comportamento exponencial do primeiro e tradicional método de computação. Isto aumenta adicional a faixa de medição prática, já que a faixa confiável deve ser restrita por razão sinal por ruído prática para a aplicação. O segundo e inventivo método tem uma razão sinal por ruído inerentemente superior por ser um modelo próximo de exato do campo magnético, em oposição à computação limitada usando uma função linear f(x,y) = S∙θ(x,y).

[00138] O sistema descrito pode ser usado para o monitoramento de PIGS 4 que passam através do tubo 5. O sensor de campo magnético 6 pode, então, ser colocado em uma posição do tubo 5 em que a detecção da passagem é relevante. O sensor de campo magnético 6 deve ser preferivelmente mantido na dada posição durante a íntegra da detecção da passagem. Por meio dos dados do campo magnético medidos pelo sensor de campo magnético 6, a passagem de PIGS 4 pode ser detectada. Se um PIG em movimento 4 entra na zona que o sensor de campo magnético 6 é capaz de medir, o campo magnético ao redor do sensor de campo magnético 6 irá mudar, isto é, a intensidade do campo magnético irá gradualmente aumentar à medida que o PIG 4 se aproxima antes de diminuir gradualmente à medida que o PIG 4 parte. A direção do campo magnético medido também irá mudar quando um PIG 4 passar através do tubo 5 na posição do sensor de campo magnético 6.

[00139] As passagens identificadas dos PIGS 4 no tubo 5 podem ser registradas (tempo de passagem) ou contadas (número de PIGS 4 que passam durante um dado intervalo de tempo). Pela provisão de um dado tipo das origens de campo magnético 1 em dados tipos de PIG 4, este tipo de PIG 4 pode ser identificado por meio de seu tipo da origem de campo magnético 1 que provê um campo magnético característico 2.

[00140] A velocidade de um PIG de passagem 4 também pode ser computada. Pela realização da etapa de computar a distância Dx entre a origem de campo magnético 1 e o sensor de campo magnético 6 pelo menos duas vezes, uma distância deslocada pode ser computada. Se as pelo menos duas computações de distância forem realizadas em um intervalo de tempo pré-determinado ou medido, a velocidade do PIG 4 pode ser computada com base na distância deslocada durante o dado intervalo de tempo. A velocidade pode ser computada em relação à posição de referência R.

[00141] Além do mais, a aceleração de um PIG 4 pode ser computada. Pela realização da etapa de computar a velocidade do PIG em dois dados momentos. A aceleração pode ser computada, preferivelmente, em relação à posição de referência R.

[00142] O sistema descrito pode ser adicionalmente usado para localizar um PIG 4 no interior de um tubo 5. O sensor de campo magnético 6 pode, então, ser movido em uma direção longitudinal ao longo de uma parte do tubo 5 em que a localização do PIG 4 é relevante. Por meio dos dados do campo magnético medidos pelo sensor de campo magnético 6, a posição de um PIG 4 pode ser identificada. Se um PIG 4 estático entrar na zona que o sensor de campo magnético em movimento 6 é capaz de medir, o campo magnético medido irá mudar, isto é, a intensidade do campo magnético irá aumentar gradualmente à medida que o sensor de campo magnético 6 se aproxima do PIG 4 antes de diminuir gradualmente à medida que o sensor de campo magnético 6 parte. A direção do campo magnético medido também irá mudar quando o sensor de campo magnético 6 passar um PIG 4. Além do mais, de uma maneira similar, o sistema descrito pode ser usado para determinar se um PIG 4 está presente em uma parte relevante de um tubo 5. Pela provisão de diferentes tipos das origens de campo magnético 1 em diferentes tipos de PIGS 4, o tipo de PIG 4 localizado pode ser identificado pelo sistema.

[00143] A computação de detecção de posição ou de passagem pode ser realizada por um processador interno no próprio sensor de campo magnético 6 ou por um hospedeiro de computação externo, tais como um PC/laptop ou um sistema de controle. No primeiro caso, o sensor de campo magnético 6 pode transmitir os dados de posição e/ou de passagem para o hospedeiro conectado, ao mesmo tempo em que, para o último caso, o sensor de campo magnético 6 pode transmitir os dados brutos do campo magnético (dois ou mais componentes do mesmo).

[00144] O sensor de campo magnético 6 pode ser montado no tubo 5 para repetidas detecções de passagem ou medições de posição do PIG 4. O sensor de campo magnético 6 pode ser arranjado em um dispositivo de mão que pode ser usado para localizar um PIG estático 4 no tubo 5. Um dispositivo de mão pode ser qualquer dispositivo (preferivelmente, com aprovação Ex) suprido com um sensor de campo magnético multidimensional 6, tais como um telefone inteligente, um tablet ou relógio suprido com um magnetômetro.

[00145] Um programa de computador (tal como uma aplicação de software desenhada para executar em um dispositivo de mão) pode compreender as instruções que, quando o programa for executado por um computador, fazem com que o computador (ou o dispositivo) realize pelo menos partes do supramencionado método.

Lista de Referência

[00146] 1 - origem de campo magnético
2 - campo magnético
2a - lado norte do campo magnético
2b - lado sul do campo magnético
3 - linhas do campo magnético
4 - PIG (Medidor de Inspeção de Duto)
5 – tubo
6 - sensor de campo magnético
7 - disco de limpeza
B - vetor do campo magnético
Lx - linha imaginária, longitudinal
Ly - linha imaginária, radial
S - polo sul da origem de campo magnético
N - polo norte da origem de campo magnético
Dx - distância, longitudinal
Dy - distância, radial
θ - ângulo do campo magnético
x - componente longitudinal
y - componente radial

Claims (16)

1. Método para determinar a posição de um medidor de inspeção de duto (PIG) (4) localizado no interior de um tubo (5), usando um sistema, caracterizado pelo fato de que compreende:

   • - uma origem de campo magnético (1) anexada no PIG (4);
   • - pelo menos um sensor de campo magnético (6) provido no exterior do tubo (5) e configurado para medir os parâmetros do campo magnético; e
   • - um processador configurado para receber os parâmetros do campo magnético a partir do pelo menos um sensor de campo magnético (6) e computar uma posição da origem de campo magnético (1) em relação a uma dada posição de referência;

   em que o método compreende as etapas de:

   • - estabelecer uma representação de campo magnético do campo magnético (2) provido pela origem de campo magnético (1);
   • - medido no local pelo menos dois parâmetros do campo magnético no exterior do tubo (5) por meio do pelo menos um sensor de campo magnético (6) pelo menos em uma dada posição de medição em relação à posição de referência;
   • - computar a posição de origem da origem de campo magnético (1) em relação à posição de referência com base nos dados que compreendem os parâmetros do campo magnético medidos no local e na representação de campo magnético do campo magnético (2) provida pela origem de campo magnético (1); e
   • - transmitir os dados sobre a posição de origem da origem de campo magnético (1) em relação à posição de referência.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dois ou mais tipos de PIGS (4) são providos, em que cada tipo de PIG (4) é provido com um dado tipo da origem de campo magnético (1) e o dado tipo da origem de campo magnético (1) provê um campo magnético característico (2);
   em que o método compreende adicionalmente as etapas de:

   • - estabelecer um registro de tipos de PIGS (4) e correspondentes campos magnéticos característicos (2);
   • - computar o tipo de PIG (4) com base nos dados que compreendem os parâmetros do campo magnético medidos no local e o registro de tipos de PIGS (4) e correspondente campo magnético característico (2); e
   • - transmitir os dados sobre o tipo de PIG (4).
3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os parâmetros do campo magnético são componentes de vetor, por exemplo, magnitude e um ângulo da direção ou componentes em um sistema de coordenadas.
4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a posição de medição do sensor de campo magnético (6) coincide com a posição de referência.
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a representação de campo magnético do campo magnético (2) provida pela origem de campo magnético (1) é um modelo da lei do campo magnético.
6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a etapa de estabelecer a representação de campo magnético do campo magnético (2) provida pela origem de campo magnético (1) compreende as etapas de:

   • - arranjar o tubo (5) em uma dada posição do tubo em relação à posição de referência;
   • - posicionar a origem de campo magnético (1) em uma dada posição de origem em relação à posição de referência,

   em que a posição de origem fica localizada no interior do tubo (5);

   • - medir pelo menos dois parâmetros de campo magnético do campo magnético (2) providos pela origem de campo magnético (1) por meio do pelo menos um sensor de campo magnético (6) em uma dada posição de medição em relação à posição de referência,

   em que a posição de medição fica localizada no exterior do tubo (5);

   • - armazenar os parâmetros de campo magnético do campo magnético medidos (2) providos pela origem de campo magnético (1) e a correspondente posição de medição em relação à posição de referência;
   • - repetir as etapas anteriores pelo menos uma vez tanto com a origem de campo magnético (1) movida para pelo menos uma dada posição de origem subsequente quanto com o sensor de campo magnético (6) movido para pelo menos uma dada posição de medição subsequente; e
   • - estabelecer a representação de campo magnético do campo magnético (2) provida pela origem de campo magnético (1) com base nos parâmetros de campo magnético do campo magnético armazenados (2) providos pela origem de campo magnético (1) e suas correspondentes posições de medição em relação à posição de referência.
7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a etapa de estabelecer a representação de campo magnético do campo magnético (2) provida pela origem de campo magnético (1) compreende adicionalmente as etapas de:

   • - arranjar o tubo (5) em uma dada posição do tubo em relação à posição de referência;
   • - garantir que a origem de campo magnético (1) esteja fora do alcance do pelo menos um sensor de campo magnético (6);
   • - medir dois parâmetros do campo magnético de um ruído em segundo plano magnético de referência por meio do pelo menos um sensor de campo magnético (6) pelo menos em uma dada posição de medição em relação à posição de referência,

   em que a pelo menos uma dada posição de medição fica localizada no exterior do tubo (5);

   • - armazenar os parâmetros do campo magnético medidos do ruído em segundo plano magnético de referência e a correspondente posição de medição em relação à posição de referência; e
   • - calibrar a representação de campo magnético do campo magnético (2) provida pela origem de campo magnético (1) pela compensação do ruído em segundo plano de referência,

   em que a calibração é com base nos parâmetros do campo magnético armazenados do ruído em segundo plano magnético de referência e na correspondente posição de medição em relação à posição de referência.
8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o método compreende adicionalmente a etapa de calibrar no local os parâmetros do campo magnético medidos no local no exterior do tubo (5) por meio do pelo menos um sensor de campo magnético (6) pelo menos em uma dada posição de medição em relação à posição de referência, a calibração no local sendo realizada antes da computação da posição da origem de campo magnético (1) em relação à posição de referência;
   em que a calibração no local compreende as etapas de:

   • - garantir que a origem de campo magnético (1) esteja fora do alcance do pelo menos um sensor de campo magnético (6);
   • - medir dois parâmetros do campo magnético de ruído em segundo plano magnético no local por meio do pelo menos um sensor de campo magnético (6) na pelo menos uma dada posição de medição em relação à posição de referência;
   • - armazenar os parâmetros do campo magnético medidos do ruído em segundo plano magnético no local e suas correspondentes posições de medição em relação à posição de referência; e
   • - calibrar no local os parâmetros do campo magnético medidos no local no exterior do tubo (5) por meio do pelo menos um sensor de campo magnético (6) pelo menos em uma dada posição de medição em relação à posição de referência pela compensação do ruído em segundo plano no local,

   em que a calibração é com base nos parâmetros do campo magnético armazenados do ruído em segundo plano magnético no local e na correspondente posição de medição em relação à posição de referência.
9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o método compreende adicionalmente a etapa de recalibrar no local os parâmetros do campo magnético medidos no local no exterior do tubo (5) por meio do pelo menos um sensor de campo magnético (6) pelo menos em uma dada posição de medição em relação à posição de referência, a recalibração no local sendo realizada depois que o PIG (4) tiver passado pelo tubo (5),
   em que a recalibração compreende a etapa de:

   • - repetir as etapas da calibração no local.
10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a posição da origem de campo magnético computada (1) em relação à posição de referência fica em uma faixa de distância de ± 500 cm, preferivelmente ± 200 cm, mais preferivelmente ± 150 cm, ainda mais preferivelmente ± 15 cm na direção longitudinal do tubo (5).
11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o método compreende adicionalmente a etapa de computar a velocidade da origem de campo magnético (2),
    em que a computação da velocidade da origem de campo magnético (2) compreende as etapas de:

    • - realizar, pelo menos dois vezes em dados momentos, a etapa de computar a posição da origem de campo magnético (1) em relação à referência;
    • - computar a distância deslocada da origem de campo magnético (1) com base nas posições computadas da origem de campo magnético (1) em relação à posição de referência;
    • - computar a velocidade da origem de campo magnético (1) em relação à posição de referência com base na distância deslocada e nos dados momentos; e
    • - transmitir os dados sobre a velocidade da origem de campo magnético (1) em relação à posição de referência.
12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o método compreende adicionalmente a etapa de computar a aceleração da origem de campo magnético (2),
    em que a computação da aceleração da origem de campo magnético (2) compreende as etapas de:

    • - computar, pelo menos duas vezes em dados momentos, a velocidade da origem de campo magnético (1) em relação à referência;
    • - computar a aceleração da origem de campo magnético (1) em relação à posição de referência com base nas velocidades e nos dados momentos; e
    • - transmitir os dados sobre a velocidade da origem de campo magnético (1) em relação à posição de referência.
13. Meio de armazenamento legível por computador, caracterizado pelo fato de que compreende as instruções que, quando executadas por um computador, fazem com que o computador realize o método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12.
14. Sistema para determinar a posição de um medidor de inspeção de duto (PIG) (4) localizado no interior de um tubo (5), caracterizado pelo fato de que o sistema compreende:

    • - uma origem de campo magnético (1) anexável no PIG (4);
    • - um sensor de campo magnético (6) implementável no exterior do tubo (5) e configurado para medir os parâmetros do campo magnético; e
    • - um processador configurado para receber os parâmetros do campo magnético a partir do sensor de campo magnético (6);

    em que o processador compreende meio para computar a posição da origem de campo magnético (1) em relação a uma posição de referência pela realização do método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12.
15. Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o processador e o sensor de campo magnético (6) são integrados em uma unidade sensora portátil.
16. Sistema de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a unidade sensora portátil compreende o meio de armazenamento legível por computador como definido na reivindicação 13.

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