BR102021023972A2 - Pig com sensores de detecção de incrustação - Google Patents

Abstract

A invenção aqui proposta revela um PIG instrumentado que utiliza uma quantidade de sensores suficientes para detecção de NORM das incrustações, variação da espessura do depósito das incrustações, diâmetro interno e detecção da posição interna de início e do fim destes ao longo das tubulações. A forma modular do PIG instrumentado de NORM (1) dá a invenção flexibilidade suficiente para permitir a passagem em curvas e capacidade de tolerar variações de diâmetros. O sistema tem um projeto mecânico em que os sensores são montados em módulos de borracha, interconectados entre si, formando um conjunto mecanicamente flexível.

Description

PIG COM SENSORES DE DETECÇÃO DE INCRUSTAÇÃO Campo da Invenção

[0001] A presente invenção poderá ser aplicada na área de garantia de escoamento (GARESC), também poderá ser aplicada na área de descomissionamento de equipamentos submarinos, para planejamento de operações de remoção química de incrustações do interior dos sistemas submarinos como linhas de produção, manifolds e risers. O conhecimento do posicionamento exato do depósito de incrustação dentro da linha de produção ao longo da extensão do comprimento da mesma permitirá o planejamento da volumetria de deslocamento e posicionamento do colchão removedor de produto químico visando atingir a posição planejada para garantir a eficácia do tratamento.

Descrição do Estado da Técnica

[0002] O pig é um dispositivo cilíndrico ou esférico concebido e utilizado inicialmente com a finalidade de limpar o interior de dutos. Pode ser desde um simples cilindro em espuma até mesmo um dispositivo mais complexo como uma estrutura metálica (chassi) de forma cilíndrica, que utiliza disco transversal como guia e vedador. O pig é um dispositivo semelhante a um cilindro de espuma que transita pelo interior de um duto impulsionado pela própria pressão do fluido. Atualmente os pigs são utilizados tanto para limpar como para inspecionar o interior do duto. Neste último caso são chamados de pigs instrumentados.

[0003] As operações de pigging fazem parte de uma prática operacional mandatória para a preservação da condição interna de um duto, as quais visam remover acúmulos de depósitos (como parafina e resíduos de corrosão) e de fases líquidas (como condensado acumulado) no interior do duto, além de monitorar as condições das paredes internas do mesmo, quanto à ocorrência de processos corrosivos. Essas operações são realizadas por ação de objetos denominados raspadores (pigs), que se deslocam no interior dos dutos impulsionados por um fluido pressurizado, entre lançadores e recebedores de pig instalados na plataforma.

[0004] A inspeção da parede interna do duto é realizada por um pig instrumental, o qual é capaz de aferir a extensão e a localização de eventos tais como resíduos de corrosão, mossas, ovalizações e dobras. Estas operações são precedidas por pigging de limpeza de modo a preparar a superfície, possibilitando um perfeito acesso do pig de inspeção durante todo o comprimento do duto, além de evitar riscos de aprisionamento pelo acúmulo de resíduos não removidos.

[0005] A extensão do duto a ser inspecionada, a taxa de formação de depósitos e as condições operacionais irão influenciar na escolha do tipo de pig a ser utilizado e na frequência das operações. A princípio, a frequência das operações de pigging de limpeza será de uma por mês, no sistema de coleta da produção e de 1 a cada 1,5 dia, para o sistema de escoamento (gasoduto de exportação), enquanto que inspeções com o pig instrumental serão realizadas a cada 3 ou 5 anos.

[0006] O problema técnico que motivou a invenção é a necessidade de detecção e localização de NORM (Naturally Occurring Radioactive Materials), em dutos rígidos submarinos, tanto para o planejamento de operações de remoção de incrustações com material radioativo bem como para operações de descomissionamento de sistemas submarinos. A solução alcançada pela invenção é a localização dos depósitos de incrustação dentro das linhas submarinas no leito marinho.

[0007] Esta localização tem duas aplicações possíveis, a primeira permitirá que os tratamentos para remoção de incrustação sejam posicionados de forma eficiente dentro das linhas melhorando assim a eficácia da remoção de incrustação, a segunda no descomissionamento pode ser utilizada para a limpeza das linhas de produção antes da remoção destas linhas do leito marinho. Os campos de aplicações serão a área de garantia de escoamento (GARESC), o gerenciamento de reservatório, através das operações de remoção química de incrustações dotadas de NORM do sistema de produção, bem como os processos de descomissionamento de sistemas de produção.

[0008] O NORM, por ser um material encontrado de forma dispersa na natureza, não apresenta grandes perigos. Trata-se de um tipo de material radioativo com uma quantidade pequena de radionuclídeos. E uma fonte de radiação que tem níveis abaixo ou equivalentes ao limite de exposição que um indivíduo comum pode suportar. O descomissionamento de sistemas de produção submarinos é uma realidade na Petrobras. A empresa está se preparando para realizar estas operações e necessita de dispor desses equipamentos, para limpar os dutos que serão removidos do fundo do mar, principalmente se neles estiverem contidos materiais do tipo NORM onde serão necessárias técnicas apropriadas para o transporte, e disposição final destes materiais, os quais que envolvem proteção contra emissões radioativas.

[0009] O documento “Multi Diameter Technology - In-line Inspection Services For Pipelines With Varying Diameter” revela uma tecnologia de inspeção de dutos com diâmetro variável. A tecnologia consiste em veículos com alta capacidade de regular seu diâmetro, com unidade de tração para acionar a ferramental e as unidades de inspeção. Ainda possui elementos de vedação flexíveis e suporte de roda, o atrito dessas unidades individuais é mantido moderado em toda a faixa de diâmetro. A cobertura total do sensor é obtida por suspensões de sensor de alta resolução flexíveis para a perda de metal e inspeções de geometria.

[0010] O documento WO2015047454A2 revela um dispositivo de detecção de radiação portátil, tal como um dispositivo de identificação isotópica de radiação (RIID), integrado com um dispositivo de assistência pessoal digital (PDA), como um smartfone, de forma a proporcionar melhor capacidade de processamento de dados e interface para o usuário. O PDA é configurado para receber e processar dados recebidos do dispositivo de detecção de radiação.

[0011] O documento EP2972499B1 revela um sensor de radiação ionizante de estado sólido que é preferencialmente um detector de telureto de cádmio e zinco, pois possuem uma alta densidade de raios gama e energia de resolução apropriada. O sensor de radiação ionizante de estado sólido possibilita uma leitura rápida em comparação com outros tipos de sensores de radiação como tubos cintiladores.

[0012] As anterioridades apresentadas não revelam um equipamento capaz de relacionar a posição da localização da incrustação, a espessura de incrustação e a radiação TENORM, o qual difere principalmente de EP2972499B1 pois este reivindica um veículo não tripulado capaz de apenas localizar o ponto de radiação. Além dessa finalidade, a invenção permitirá identificar pontos críticos para planejar a remoção da incrustação e também em processos de descomissionamento de sistemas submarinos de produção, para averiguar as condições da linha.

[0013] Quando ocorre incrustação dentro do sistema de produção submarino, ocorre perda de produção associada a redução dos diâmetros internos dos dutos, então se faz necessária a remoção desta incrustação. Entretanto as distâncias entre a unidade estacionária de produção e as arvores de natal molhada, no fundo do mar, por vezes são muito grandes chegando em alguns casos a quilômetros de distância.

[0014] No caso de descomissionamento de um campo de petróleo é importante a limpeza das linhas por questões de legislação ambiental, pois trata de manipulação de elementos radioativos, e está conforme a comissão de energia nuclear. Com isso, será necessário a avaliação das linhas para a identificação da fonte de radiação e em seguida a remoção destas incrustações radioativas antes de retirá-las do leito marinho.

[0015] Diante das dificuldades presentes no estado da técnica citado acima, e para soluções para detecção de NORM das incrustações, surge a necessidade de desenvolver uma tecnologia capaz de performar de maneira eficaz e que esteja em acordo com as diretrizes ambientais e de segurança. O estado da técnica citado acima não possui as características únicas que serão apresentadas detalhadamente a seguir.

Objetivo da invenção

[0016] O objetivo é revelar uma ferramenta para auxiliar no processo de identificar a posição da incrustação em linhas submarinas ou no descomissionamento de sistemas submarinos de produção, uma vez que pode haver a presença de material radiativo de ocorrência natural (NORM). A invenção é aplicável a riser de produção, linhas flexíveis ou rígidas de produção, manifold de produção e até mesmo na coluna de produção do poço.

[0017] Outro objetivo da invenção é identificar a posição da incrustação, de forma a poder utilizar esta informação no planejamento da operação de remoção, para calcular os volumes de tratamento de remoção química, bem como o posicionamento das soluções removedoras (quelantes) através do cálculo do deslocamento, de forma a conseguir o controle eficiente destas operações e um bom resultado para a operação de remoção.

Descrição Resumida da Invenção

[0018] A invenção aqui proposta revela um equipamento parecido com um pig estrategicamente instrumentado que utiliza uma quantidade de sensores suficientes para detecção de NORM das incrustações, variação da espessura do depósito das incrustações, diâmetro interno e detecção da posição interna de início e do fim destes ao longo das tubulações. A forma modular do equipamento pig dá a invenção flexibilidade suficiente para permitir a passagem em curvas e tolerando variações de diâmetros. A invenção consiste em, mas não limitada a um PIG instrumentando de NORM (1) com: sensor de espessura (2) para detectar alterações do drift de passagem, sensor de posição (4), bateria (5), sensor de NORM (3), todos com arranjo eletrônico extremamente compacto. O sistema tem um projeto mecânico em que os sensores são montados em módulos de borracha, interconectados entre si, formando um conjunto flexível.

Breve Descrição dos Desenhos

[0019] A presente invenção será descrita com mais detalhes a seguir, com referência às figuras em anexo que, de uma forma esquemática e não limitativa do escopo inventivo, representam exemplos de realização da mesma. Nos desenhos, têm-se: - A Figura 1 ilustra o PIG NORM conforme revelado pelo presente pedido; - A Figura 2 ilustra um esquema onde uma UEP é conectada ao manifold através da linha de produção que está conectado na arvore de natal molhada (ANM) do poço de petróleo através de uma linha de produção, linha de gás conectada da UEP até a ANM do poço. - A Figura 3 mostra o sistema de conectividade entre módulos que estão presentes no PIG instrumentado de NORM (1).

Descrição Detalhada da Invenção

[0020] Abaixo segue descrição detalhada de uma concretização preferida da presente invenção, de cunho exemplificativo e de forma nenhuma limitativo. Não obstante, ficará claro para um técnico no assunto, a partir da leitura desta descrição, possíveis concretizações adicionais da presente invenção ainda compreendidas pelas características essenciais e opcionais abaixo.

[0021] A proposta dessa nova tecnologia de um PIG instrumentado de NORM (1) que utiliza uma quantidade de sensores suficientes para detecção de NORM das incrustações, variação da espessura do deposito das incrustações, diâmetro interno e detecção da posição interna de início e do fim destes ao longo das tubulações. E desta forma uma flexibilidade suficiente para permitir a passagem em curvas e tolerando variações de diâmetros.

[0022] O esquema inicial do protótipo a ser utilizado possui um projeto inovador, como ilustrado na figura 1. Possuirá sensor de espessura para detectar alterações do drift de passagem, além de uma eletrônica extremamente compacta, o sistema tem um projeto mecânico em que os sensores são montados em módulos de borracha, interconectados entre si, formando um conjunto flexível. Está relacionado ao ID (diâmetro interno) de uma tubulação como por exemplo a coluna de um poço, para algum equipamento passar por dentro de uma tubulação, o diâmetro externo do equipamento deve ser menor do que o diâmetro interno da tubulação, se não vai prender. Então é necessário que exista uma folga, entre o ID da tubulação e o OD do equipamento, ´quando esta folga é considerada se diz que é o drift de passagem, que em geral tem que ser menor do que o ID da tubulação.

[0023] Os componentes essenciais do PIG instrumentado de NORM (1) são: 1. Módulo com um sensor de Espessura (2): para detectar alterações do diâmetro interno da linha de produção e permitir identificar a deposição de incrustação na linha. 2. Módulo com um sensor de NORM (3): para detectar a presença de material radiativo de ocorrência natural (NORM) depositados na parede interna de dutos e equipamentos submarinos. 3. Módulo com sensor de posição (4) do pig vai permitir verificar a posição em que o pig estava de dentro do comprimento da linha visando identificar a posição de início e fim do trecho da linha onde teve a ocorrência de incrustação.

[0024] O equipamento utiliza uma eletrônica simples próxima do conceito do de eletrônica do Arduino, o sistema tem um projeto mecânico em que os sensores são montados em módulos de borracha, interconectados entre si, formando um conjunto flexível.

[0025] A invenção aqui proposta possui o formato cônico comum em PIGs, divididos em cinco módulos. A divisão do PIG instrumentado de NORM (1) tem na parte frontal um hodômetro (9), no módulo (2) um mecanismo para medir a espessura, na seção (3) o sensor NORM, e na seção (4) um sensor de posição do tipo ultrassom, e na seção (5) uma bateria de alimentação e a eletrônica embarcada para obtenção dos dados. Os componentes são vistos na figura 1.

[0026] O hodômetro (9) é colocado na parte frontal para sensores mecânicos baseados em delta de pressão de ar comprimido ou líquido (conforme calibragem), o qual também é utilizado para informar a velocidade do equipamento, ou pode ser posicionado na parte traseira, sendo uma roda que fica em contato com a parede do duto, e assim, a roda gira no movimento relativo com a parede do duto, e um sensor é posicionado no aro dessa roda, podendo ter um identificador(sensor) magnético ou captador óptico, ambos os quais contam os pulsos conforme a passagem de cada dente. A roda pode ser feita também em formato de aro dentado, e assim os sensores medem a passagem de cada dente.

[0027] O sensor de espessura do modulo (2) é dado por sensores geométricos espalhados ao redor do diâmetro. A seção utiliza sensores do conceito do PIG palito, o qual utiliza uma estrutura mecânica do sensor palito, sendo basicamente um palito de contato fixo dentro de uma haste articulada, um eixo de rotação da haste que está fixa a base do sensor, e o transdutor de efeito Hall dentro deste eixo. Imãs que fornecem um campo magnético constante ao conjunto eixo e transdutor estão fixos dentro da haste articulada do sensor palito.

[0028] O sensor NORM do modulo (3) é constituído por um detector cintilador NaI(Tl) devidamente encapsulado para ser utilizado submerso em profundidades de até 1500m. Para que a medida possa ser devidamente correlacionada com a atividade de material radioativo que possivelmente estão presentes em incrustações é necessária a determinação da curva resposta do detector. O detector NaI (Tl) é formado por várias estruturas de diferentes materiais, a saber: o cristal cintilador de iodeto de sódio, um revestimento de óxido de magnésio e a carcaça de alumínio. A ação do sensor depende dos parâmetros que representem uma determinada tubulação, um modelo do sinal em MeV associado a presenta dos elementos TENORM (U-282 e/ou Th232), e simulação a análise de dados. A rocha do reservatório contém Urânio e Tório gerados ao longo das séries de decaimento. Rádio presente nestas séries é solúvel na água da formação. A modelagem deste sistema depende da determinação da curva resposta do detector cintilador para uma geometria definida, no caso de um duto flexível, é imprescindível, na modelagem, considerar todas as camadas do duto e as respectivas dimensões e materiais, assim como o fluido interno e o externo.

[0029] A resolução de leitura do sensor T Norm detector Nal (TI) vai definir a velocidade de passagem do PIG pelas linhas, nos trechos com ocorrência de incrustação também é função do diâmetro interno das linhas.

[0030] O modulo (4) do PIG instrumentado de NORM (1) possui um sensor de posição do tipo ultrassom, e/ou sensores de pressão estática. Possui também sensores que medem temperatura ambiente para uma determinada posição, que servem para auxiliar no cálculo da energia de ativação das soluções removedora que só serão por reações químicas, das incrustações identificadas.

[0031] O modulo (5) possui a bateria, reguladores de tensão, Arduino, e a eletrônica embarcada para gravação dos dados enviadas pelos sensores.

[0032] A figura 2 ilustra um esquema onde uma UEP é conectada ao manifold (7) através da linha de produção que está conectado na arvore de natal molhada (ANM) (8) do poço de petróleo através de uma linha de produção (T1 e T2), linha de gás (LG) conectada da UEP (6) até a ANM (8) do poço. A produção do poço passa pelo trecho 1 (T1) da linha que vai da ANM (8) até o manifold (7) e a partir do manifold (7) pelo trecho 2 (T2) da linha de produção até a UEP (6). O PIG instrumentado de NORM (1) pode ser utilizado para verificar a existência de depósitos de incrustação no interior da linha de produção (T1 e T2).

[0033] A invenção colabora para o planejamento tanto de operações de remoção de incrustação em sistemas de produção ativos bem para sistemas de produção que estão em fase de descomissionamento de sistemas submarinos, pois para ambos os processos permite que seja detectada com segurança o posicionamento da incrustação dentro sistema de produção, como por exemplo o início do depósito no interior de uma linha de produção, a extensão do depósito e o fim do depósito. Esta informação permite melhorar a eficiência para a operação de remoção de incrustação, através do planejamento do volume adequado da solução removedora e o posicionamento desta solução no interior da linha, onde está posicionada a incrustação e para a operação de descomissionamento. O cálculo da quantidade de material depositado que colaborar no processo de decisão sobre a disposição do material ou mesmo quando for necessário se possível planejar uma remoção química do NORM antes do descomissionamento visando evitar possíveis impactos relativos à disposição do material NORM.

[0034] A Figura 3 destaca a conectividade entre os módulos, em que são módulos interligados de forma flexível, pois permitem o giro sobre o próprio eixo e entre módulos, sendo que a interligação se dá por duas rodas sobrepostas por rolamentos formando uma haste circular (11.1), onde cada roda é fixada à uma haste (11.2) que é conectada a um disco (11.3) e esse disco possui na sua circunferência rolamentos para possibilitar o giro entre o disco e o módulo. O disco pode agir também transladando para dentro e para fora do módulo, mas com uma distância pré-determinada. Este sistema de conectividade (11) entre os módulos permite transladar o PIG instrumentado de NORM (1) em linhas com diversos raios de curvaturas e possuir tolerância para variações de diâmetros.

Claims (6)

1. PIG COM SENSORES DE DETECÇÃO DE INCRUSTAÇÃO, caracterizado por compreender um formato cilíndrico em espuma ou borracha, e cones de material preferencialmente de polimérico conectados em módulos, sendo disposto em cinco módulos, em que a conectividade de cada módulo possui um sistema de conectividade (11), e no módulo (1) é posicionado um hodômetro (9) frontal, no módulo (2) são posicionados sensores para medir a espessura de incrustação, no módulo (3) são posicionado os sensores de NORM, no módulo (4) são posicionados o sensor de ultrassom, sensor de medição de pressão e sensor de temperatura, e no módulo (5) são posicionado a bateria, os reguladores de tensão, a placa controladora e medição de tensão e dispositivo de gravação de dados.
2. PIG 1- PIG COM SENSORES DE DETECÇÃO DE INCRUSTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo módulo (1), parte frontal do PIG, possuir um sensor que é sensível a variação do delta de pressão de ar comprimido ou líquido.
3. PIG COM SENSORES DE DETECÇÃO DE INCRUSTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo módulo 2 medir a espessura da incrustação o qual usa sensores do tipo palito de contato fixo, dentro de uma haste articulada
4. PIG COM SENSORES DE DETECÇÃO DE INCRUSTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo módulo (3) possuir o sensor cintilador de iodeto de sódio, um revestimento de óxido de magnésio e carcaça de alumínio.
5. PIG COM SENSORES DE DETECÇÃO DE INCRUSTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1 ou 4, caracterizado pelo sensor cintilador NORM possuir resolução de medição compatível com a velocidade que será usada no deslocamento do equipamento através da vazão de bombeio do fluido de deslocamento.
6. PIG COM SENSORES DE DETECÇÃO DE INCRUSTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1 ou 4, caracterizado pelo sistema de conectividade (11) possuir uma haste circular (11.1), uma haste (11.2) e um disco (11.3), em que este possui na sua circunferência rolamentos para permitir os movimentos de rotação e translação em relação ao módulo.

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