BR112012007189B1

BR112012007189B1 - método para a detecção contínua de impactos em tubulações para o transporte de fluidos

Info

Publication number: BR112012007189B1
Application number: BR112012007189-0A
Authority: BR
Inventors: Mauro Gianni Dalmazzone; Gianpietro De Lorenzo; Giuseppe Giunta
Original assignee: Eni S.P.A.
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2021-05-25
Also published as: WO2011039589A1; EP2483656B1; PL2483656T3; CA2775478A1; AU2010302388B2; HUE036162T2; RS56897B1; BR112012007189A2; EA024882B1; CA2775478C; ITMI20091667A1; US20120243376A1; EA201290159A1; AU2010302388A1; HRP20180279T1; WO2011039589A8; EP2483656A1; WO2011039589A9; DK2483656T3; US9267648B2

Abstract

SISTEMA E MÉTODO PARA A DETECÇÃO CONTÍNUA DE IMPACTOS EM TUBULAÇÕES PARA O TRANSPORTE DE FLUIDOS. A presente invenção refere-se a um sistema e método para a detecção contínua de impactos em tubulações para transporte de fluidos, particularmente em tubulações colocadas no leito do mar, onde o sistema compreende pelo menos dois sensores (11,12), cada um instalado em correspondência com uma extremidade de uma seção sujeita a detecção (x) de uma tubulação (13), e caracterizada pelo fato do primeiro sensor (12) dos mencionados pelo menos dois sensores (11,12) ser adequado para detectar primeiras ondas acústicas (14), que se propagam ao longo de uma primeira fase de transmissão associada à mencionada tubulação (13) e um segundo sensor (11) dos mencionados pelo menos dois sensores (11,12) ser adequado para detectar segundas ondas acústicas (15) que se propagam ao longo de uma segunda fase de transmissão associada à mencionada tubular (13), as segundas ondas acústicas tendo diferentes características elásticas em relação às mencionadas primeiras ondas acústicas.

Description

Campo técnico

[0001] A presente invenção refere-se a sistema e método para a detecção contínua de impactos em tubulações usadas para transporte de fluidos, particularmente em tubulações posicionadas no leito do mar.

Fundamentos da invenção

[0002] Para detectar impactos em tubulações usadas para transporte de fluidos, com uso já conhecido, uma variedade de sensores acústicos distribuídos ao longo do comprimento da tubulação, apropriados para detectar a presença de ondas geradas por um impacto no fluido dentro da tubulação.

[0003] O uso de sensores como hidrofones ou, alternativamente, acelerômetros, por exemplo, é conhecida.

[0004] Como ilustrado esquematicamente nas figuras 1a e 1b, a posição e instante do impacto 101 são determinados com base em estudos efetuados por dois hidrofones 102 ou dois acelerômetros 102’ situados nas duas extremidades finais de uma seção sujeita à detecção x de uma tubulação 103 na qual o impacto 101 ocorre. As frentes de onda 104, 104’ geradas pelo impacto 101, que se propagam homodirecionalmente no fluido se afastando do ponto de geração, movem-se, de fato, em ambas as direções ao longo da extensão da tubulação 103, alcançando os dois sensores 102, 102’ em tempos que dependem da distância relativa entre o mesmo e o ponto de impacto.

[0005] Com base na diferença de tempo entre os registros de chegada das duas frentes de onda 104, é possível determinar a distância relativa entre o ponto de impacto 101 e os dois sensores 102, 102’, a intensidade do impacto e também o instante de geração da frente de onda.

[0006] Esses sistema de detecção e método são particularmente adequados para tubulações de fácil acesso. No caso de sistemas hidrofônicos, por exemplo, os sensores devem ser instalados ao longo de toda a extensão da tubulação, de modo a ficar em contato com o fluido dentro da mesma. No caso de sistemas de acelerômetros, os sensores também devem ser instalados ao longo de toda a extensão da tubulação e, em particular, de modo a ficar em contato direto com a superfície exterior da mesma.

[0007] Para a detecção, a tubulação é dividida em uma pluralidade de seções sujeitas a detecção x com um comprimento correspondente ao intervalo de detecção do sensor particular usado que, no caso dos hidrofones e acelerômetros, corresponde a mais ou menos 20 - 50 km, e os sensores são instalados nos finais das seções sujeitas a detecção definida.

[0008] Embora esse sistema forneça um bom resultado na detecção em termos de precisão e retardos nos registros, ele não pode ser usado no caso de instalações que não podem ser acessadas facilmente.

[0009] No caso de tubulações submersas, por exemplo, a instalação dos hidrofones ou acelerômetros ao longo da seção da tubulação, posicionada e possivelmente colocada sobre o leito do mar, pode conduzir a uma alteração na estrutura ou revestimento da tubulação, enfraquecendo todo o sistema de transporte que não seria mais integral.

[0010] Além disso, sensores instalados no leito do mar podem criar tanto problemas relacionados à sua colocação, quanto problemas consideráveis de manutenção, considerando a dificuldade de acesso a eles.

[0011] Esses sistemas, além disso, não podem ser aplicados a tubulações que já foram lançadas, uma vez que posicionar os sensores ao longo da seção da tubulação posicionada no fundo do mar é extremamente difícil.

[0012] A instalação dos hidrofones para detectar impacto em tubulações submersas poderá ser efetuada em correspondência com as duas margens de início e chegada, a distância entre as margens, no entanto, sendo geralmente de modo a definir uma seção de detecção tendo um comprimento muito maior que a capacidade dos sensores. Não seria possível, portanto, detectar sinais úteis para determinar a posição, intensidade e instante do impacto nas duas extremidades dessa seção de detecção.

[0013] O sistema atualmente conhecido não pode, portanto, ser usado para detectar impactos em tubulações submersas.

[0014] Existe, contudo, uma grande necessidade de monitorar impactos ao longo das seções de tubulações instaladas no leito do mar e, em particular, seções próximas à costa.

[0015] Em tubulações submersas, é possível detectar, apenas, a presença de impactos que podem causar danos ao cano, determinando-se vazamento de fluido sendo transportado, o que corresponde a uma falta ou diminuição de pressão do mesmo na extremidade de recepção, ou pela observação de vazamento emergindo à superfície.

[0016] Os sistemas conhecidos para detecção de impactos em tubulações para transporte de fluidos, além disso, não podem ser aplicados a tubulações com acesso apenas por um lado, como, por exemplo, tubos ascendentes em linhas de produção provenientes de reservatórios submersos Nessas tubulações, uma seção de detecção, com as duas extremidades acessíveis, em correspondência com as quais os sensores acústicos podem ser instalados, não é de fato disponível.

[0017] Um objetivo da presente invenção é a de superar as limitações descritas acima e, em particular, conceber um sistema de detecção contínua de impactos em tubulações para que o transporte de fluidos também possa ser efetivamente aplicado em instalações de tubulações submersas.

[0018] Outro objetivo da presente invenção é o de prover um sistema de detecção contínua de impactos sobre tubulações para o transporte de fluidos, que possa ser facilmente instalado e não requeira o posicionamento de sensores ao longo das seções de tubulação posicionada no leito do mar.

[0019] Outro objetivo da presente invenção é o de prover um sistema para a detecção contínua de impactos nas tubulações para o transporte de fluidos que possa, também, ser usado para tubulações acessíveis somente por um lado.

[0020] Por último, mas, não menos importante, o objetivo da presente invenção é o de conceber um método para a detecção contínua de impactos nas tubulações para o transporte de fluidos que garanta uma alta precisão de detecção tanto da posição na qual o impacto ocorreu como também do instante e intensidade do impacto, com objetivo de determinar a dimensão do dano sofrido pela tubulação.

[0021] Esses e outros objetivos de acordo com a presente invenção proporcionam um sistema e um método para a detecção contínua de impactos nas tubulações para o transporte de fluidos, tal como especificado nas reivindicações independentes.

[0022] Outras características do sistema e métodos são objetos das reivindicações dependentes.

[0023] As características e vantagens de um sistema e método para a detecção contínua de impacto em tubulação para transporte de fluidos, de acordo com a presente invenção, aparecerão de forma mais evidente na descrição ilustrativa e não limitantes a seguir, com referências aos desenhos esquemáticos anexos, nos quais:

[0024] - figura 1a é uma representação esquemática de uma detecção de impacto em uma tubulação subaquática monitorada por meio de um primeiro sistema conhecido, baseado no uso de hidrofones, para revelar impactos em tubulações para transporte de fluidos;

[0025] - figura 1b é uma representação esquemática de uma detecção de impacto em uma tubulação subaquática monitorada por meio de um segundo sistema conhecido, baseado no uso de acelerômetros, para revelar impactos em tubulações para transporte de fluidos;

[0026] - figura 2 é uma representação esquemática da detecção de impacto emuma tubulação monitorada por meio de um sistema de detecção de impacto em tubulações para transporte de fluidos de acordo com a presente invenção;

[0027] - figura 3 é uma ilustração esquemática do sistema da figura 2 instaladoem uma tubulação tendo uma seção subaquática;

[0028] - figura 4 é um diagrama de blocos do método para a detecção deimpactos em tubulações para transporte de fluidos de acordo com a presente invenção.

[0029] Com referência às figuras, elas mostram um sistema para a detecção contínua de impactos nas tubulações para o transporte de fluidos, indicado, como um todo, por 10.

[0030] O sistema 10 de acordo com a presente invenção compreende ao menos dois sensores 11, 12, cada um instalado em correspondência com pelo menos uma extremidade de um comprimento de seção (x) de uma tubulação 13, onde um primeiro sensor 12, de pelo menos dois dos sensores, é adequado para detectar primeiras ondas acústicas 14 que se propagam ao longo do manto da tubulação 13, e um segundo sensor 11, dos pelo menos dois sensores, adequado para detectar segundas ondas acústicas 15 que se propagam no fluido dentro da tubulação.

[0031] O primeiro sensor 12 é, preferencialmente, um sensor vibro-acústico, por exemplo, um sensor de fibra ótica ou um acelerômetro longitudinal e/ou transversal, capaz de detectar movimentos vibratórios 14, propagados ao longo do manto da tubulação 13, gerados por um impacto 16 dentro de uma faixa de detecção x tendo, por exemplo, um comprimento de até cerca de 50km.

[0032] Analogamente, o segundo sensor 11 é um hidrofone capaz de detectar a presença de uma frente de onda 15 também gerada pelo mesmo impacto 16, que se propaga no interior do fluido ao longo da extensão da tubulação 13.

[0033] A instalação dos pelo menos dois sensores 11,12 adequados para detectar ondas acústicas tendo diferentes características de onda e, em particular, diferentes taxas de propagação e/ou graus de atenuação, à medida que são propagados em diferentes meios, permite um impacto acidental 16 ser detectado, que tenha ocorrido na referida seção x da tubulação 13, em termos de posição, instante e intensidade também de impacto quando ambos os sensores 11, 12 são posicionados na mesma extremidade de comprimento de seção x como ilustrado na figura 2.

[0034] Em particular, a seção sujeita à detecção x monitorada tem um comprimento igual à capacidade dos mencionados sensores 11,12.

[0035] A posição, instante de geração e intensidade de impacto 16 são determinados por meio de uma correlação entre os sinais registrados por ambos os sensores 11,12.

[0036] As ondas, de fato, são propagadas no fluido e ao longo do manto da tubulação 13 com diferentes taxas de propagação e graus de atenuação, atingindo, assim, os respectivos sensores 11, 12 em diferentes momentos e intensidades, também quando esses estão substancialmente situados na mesma posição.

[0037] Se as taxas de propagação v1 e v2 e os graus de atenuação das ondas vibro-acústicas nos dois meios (fluido e manta) forem conhecidos, é possível determinar a distância relativa entre o ponto de impacto 16 e os mencionados sensores 11,12, além do instante de formação e intensidade inicial do mesmo 16, com base na diferença do tempo e diferença de intensidade dos sinais revelados pelos dois sensores 11,12.

[0038] As taxas de propagação e graus de atenuação das ondas vibro-acústicas estão ligadas ao tipo de material no qual são difundidas e podem ser medidas, a priori, para cada um destes.

[0039] Os sensores 11, 12 são, preferencialmente, colocados na mesma posição da tubulação, mas o sistema também funciona perfeitamente quando os sensores 11, 12 ficam a uma distância um do outro, por exemplo, se forem posicionados em lados opostos da seção submetida à detecção x.

[0040] O sistema 10 de acordo com a presente invenção pode compreender também um grande número de sensores de detecção 11, 12, substancialmente posicionados correspondentes a pelo menos uma extremidade da seção sujeita à detecção x, a fim de aumentar o grau de precisão dos registros.

[0041] A figura 3 ilustra uma possível aplicação do sistema 10 para a detecção de impacto em tubulações subaquáticas para transporte de fluidos de acordo com a presente invenção, onde uma tubulação 13 tem pelo menos uma primeira seção subterrânea 13a a montante, uma segunda seção 13b próxima ao nível do chão e posicionada em correspondência com a margem, e também uma terceira seção subaquática 13c.

[0042] Usando o simples posicionamento dos dois sensores 11, 12, adequados para detectar ondas acústicas tendo diferentes características de onda em correspondência com a segunda seção da tubulação 13b, é possível detectar a posição, instante de geração e intensidade de possíveis impactos que ocorram na seção subaquática 13c.

[0043] Possíveis impactos ao longo da primeira seção subterrânea da tubulação 13a podem ser possivelmente revelados por meio de um sistema tradicional de tipo conhecido, como, por exemplo, os ilustrados nas figuras 1a e 1b.

[0044] Além disso, para a instalação do sistema 10, é preferível, mas não necessário, que haja uma seção da tubulação 13b emergindo do chão, já que os sensores 11, 12 podem também ser instalados em uma seção subterrânea da tubulação 13a.

[0045] O funcionamento do sistema 10 para a detecção contínua de impactos em tubulações para transporte de fluidos é descrito abaixo com base no modo de realização ilustrado, onde ambos os sensores 11, 12 são situados substancialmente na mesma posição, em correspondência com a mesma extremidade de seção sujeita à detecção x.

[0046] Quando impactos 16 ocorrem, as ondas acústicas são geradas, e se propagam tanto no fluido dentro da tubulação 14, como também ao longo do manto da mencionada tubulação 13. Quando propagadas ao longo do manto da tubulação 13, uma primeira onda acústica 14 atinge o primeiro sensor 12 que, por ser continuamente perceptivo, detecta a chegada da primeira onda acústica 14 e gera um primeiro sinal correspondente (fase 110).

[0047] Depois de um intervalo de tempo Δt, quando ocorre a chegada de uma segunda onda acústica 15 que se propaga através do fluido dentro da tubulação 13, o segundo sensor 11 - também continuamente perceptivo - detecta a mencionada chegada e gera (fase 120) um segundo sinal.

[0048] O intervalo de tempo Δt de chegada das duas ondas acústicas 14, 15 é, então, determinado (fase 130) e, usando-se o mesmo Δt, o impacto 16 é localizado (fase 140), determinando-se a distância d entre os dois sensores 11, 12 e o ponto no qual o impacto ocorreu.

[0049] Na configuração particular da figura 2, na qual o primeiro sensor 12 e o segundo sensor 11 estão substancialmente na mesma posição, a distância d é calculada com base na seguinte equação:

[0050] onde v1 e v2 são as taxas de propagação das ondas acústicas ao longo do manto da tubulação 13 e no fluido no interior da própria tubulação 13, respectivamente, e Δv é a diferença entre as velocidades v1, v2.

[0051] Uma vez que a distância d tenha sido determinada, é possível determinar o instante de geração do início do impacto, partindo, por exemplo, do instante de chegada da primeira onda acústica 14 em correspondência com o primeiro sensor 12 e subtraindo o intervalo determinado pela relação entre a distância calculada d e a velocidade de propagação v1 da onda acústica ao longo do manto da tubulação 13 (fase 150).

[0052] Analogamente, é possível determinar a intensidade inicial do impacto 16 adicionando-se à intensidade revelada a atenuação na respectiva fase de propagação, calculada multiplicando-se o índice de atenuação da mencionada fase pela distância calculada d (fase 160).

[0053] Com base na intensidade revelada e posição inicial do impacto, em adição aos fatores atenuantes das primeiras e segundas ondas (14, 15), é finalmente possível estimar a dimensão do dano na tubulação 12 (fase 170).

[0054] As características do sistema e métodos para uma detecção contínua dos impactos nas tubulações para transporte de fluidos, objeto da presente invenção, como também as vantagens relativas, são evidentes a partir da descrição acima.

[0055] Pelo uso contemporâneo dos sensores perceptivos de pelo menos dois tipos de ondas, como por exemplo, sensores que detectam as ondas se propagando ao longo do fluido transportado e outros que detectam as ondas propagadas ao longo da tubulação, e por um processamento adequado dos dados conhecidos, os quais são revelados pelos sensores, é possível localizar o impacto, mesmo que, para prover os registros, eles sejam providos no mesmo lado do ponto de impacto.

[0056] Esse sistema pode, portanto, também ser bem aplicado com sucesso para o monitoramento de seção costeira de tubulações ou tubos ascendentes subaquáticos na linha de produção, sem a necessidade de instalação de sensores no fundo do oceano.

[0057] Devido a uma sincronização de tempo precisa dos sensores de detecção, níveis de precisão elevados são atingidos na medição de diferença de tempo que o sensor detecta as ondas geradas após o impacto com elas. Desse modo, uma igualmente elevada precisão é obtida na localização do impacto e toda a informação derivada da mesma, como intensidade do impacto e prováveis efeitos. Finalmente, a distância e a intensidade obtidas permitem determinar com boa aproximação a dimensão do impacto e dar indicações do tipo de dano.

[0058] Analogamente, o sistema e método para a detecção contínua de impacto em tubulações para transporte de fluidos, objeto da presente invenção, podem também ser convenientemente aplicados a tubulações instaladas em terra, provando ser particularmente vantajoso no caso de tubulações com acesso não uniforme ao longo de toda sua extensão, por exemplo, para instalação de hidrofones. Neste caso, o uso do sistema misto de acordo com a presente invenção é particularmente favorável.

[0059] Finalmente, o sistema e método concebidos podem, obviamente, sofrer numerosas modificações e variantes, todas incluídas na invenção; além disso, todos os detalhes podem ser substituídos por elementos tecnicamente equivalentes. Na prática, os materiais usados, assim como, dimensões, podem variar de acordo com requisitos técnicos.

Claims

1. Método para a detecção contínua de impactos em tubulações para o transporte de fluidos, que compreende as seguintes etapas:- detectar (110) a chegada de primeiras ondas acústicas (14) geradas por um impacto (16) ocorrido em uma seção (x) sujeita à detecção de uma tubulação (13) através de um primeiro sensor (12) instalado em correspondência com uma extremidade da mencionada seção (x) sujeita à detecção;- detectar (120) a chegada de segundas ondas acústicas (15) geradas pelo mencionado impacto (16) ocorrido na mencionada seção (x) sujeita à detecção da mencionada tubulação (13) através de um segundo sensor (11) instalado em correspondência com uma extremidade da mencionada seção (x) sujeita à detecção;- determinar (130) a diferença de tempo (Δt) entre as chegadas das mencionadas primeiras e segundas ondas acústicas (14, 15);- localizar (140) o mencionado impacto (16) através da identificação de sua posição ao longo da mencionada tubulação (13) com base na mencionada diferença de tempo (Δt) determinada;caracterizado pelo fato de que a mencionada primeira onda acústica se propaga em uma fase de transmissão de primeira onda acústica ao longo do manto da primeira tubulação (13) e a mencionada segunda onda acústica se propaga em uma fase de transmissão de segunda onda acústica através do fluido dentro da tubulação (13), as ditas segundas ondas acústicas tendo diferentes características de onda com respeito às ditas primeiras ondas acústicas, os primeiro e segundo sensores (11, 12) sendo instalados em correspondência com a mesma extremidade da mencionada seção (x) sujeita à detecção.

2. Método para a detecção contínua de impactos em tubulações para o transporte de fluidos de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a mencionada etapa de localização (140) do mencionado impacto (16) consiste em calcular a distância (d) dos mencionados primeiro e segundo sensores de acordo com a equação d = ((v1 * v2 / Δv) * Δt, em que v1 e v2 são taxas de propagação das ondas acústicas ao longo do manto da tubulação (13) e no fluido no interior da própria tubulação (13) e Δv é a diferença entre as duas taxas v1 e V2.

3. Método para a detecção contínua de impactos em tubulações para o transporte de fluidos de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que as mencionadas primeira e segunda ondas acústicas diferem nas diferentes taxas de propagação (v1, v2).

4. Método para a detecção contínua de impactos em tubulações para o transporte de fluidos de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que as mencionadas primeira e segunda ondas acústicas diferem nos diferentes índices de atenuação.

5. Método para a detecção contínua de impactos em tubulações para o transporte de fluidos de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende determinar (150) o instante de geração das mencionadas primeiras e segundas ondas acústicas (14, 15) geradas pelo mencionado impacto (16) com base na posição do mencionado impacto (16) determinada na mencionada fase de localização (140), e as taxas de propagação das mencionadas primeiras e segundas ondas acústicas (14, 15) ao longo da mencionada tubulação (13).

6. Método para a detecção contínua de impactos em tubulações para o transporte de fluidos de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que compreende determinar (160) a intensidade detectada das mencionadas primeiras e segundas ondas acústicas (14, 15) geradas pelo mencionado impacto (16) com base na posição do mencionado impacto (16) determinado na mencionada etapa de localização (140) e fatores de atenuação das mencionadas primeiras e segundas ondas acústicas (14, 15) ao longo da mencionada tubulação (13).

7. Método para a detecção contínua de impactos em tubulações para o transporte de fluidos de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende estimar (170) a dimensão do mencionado impacto (16) com base na intensidade detectada das mencionadas primeiras e segundas ondas acústicas (14, 15), a posição do mencionado impacto (16) determinado na mencionada etapa de localização (140) e os índices de atenuação das mencionadas primeiras e segundas ondas acústicas (14, 15) ao longo da mencionada tubulação (13).