BR112016028951B1

BR112016028951B1 - Esticador e processo de monitoramento do comportamento de um esticador

Info

Publication number: BR112016028951B1
Application number: BR112016028951-0A
Authority: BR
Inventors: Pedro Queiros; Henri Morand
Original assignee: Technip N-Power
Priority date: 2014-06-11
Filing date: 2015-06-10
Publication date: 2022-05-31
Also published as: EP3155204B1; EP3155204A1; WO2015189291A1; FR3022291B1; BR112016028951A8; FR3022291A1; DK3155204T3; BR112016028951A2

Abstract

ESTICADOR E PROCESSO DE MONITORAMENTO DO COMPORTAMENTO DE UM ESTICADOR O esticador (16) da invenção compreende: um corpo (20) que delimita uma abertura central (32) de passagem do elemento alongado (14), de eixo central (A-A'), um conjunto (22; 24) de reforço do corpo (20), pelo menos parcialmente recebido no corpo (20), o conjunto de reforço (22; 24) que compreende pelo menos uma região circunferencial que se estende em torno do eixo central (A-A'), pelo menos um sensor de medida (60) de uma deformação no interior do esticador (16); o ou cada sensor de medida de deformação (60) é portado pelo conjunto de reforço (22; 24) do corpo (20).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção trata de um esticador de curvatura para um elemento alongado destinado a ser introduzido em uma extensão de água, que compreende: - um corpo que delimita uma abertura central de passagem do elemento alongado, de eixo central; - um conjunto de reforço do corpo, pelo menos parcialmente recebido no corpo, o qual conjunto de reforço compreende pelo menos uma região circunferencial que se estende em torno do eixo central; - pelo menos um sensor de medida de uma deformação no interior do esticador.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Um esticador se destina a ser montando em torno de um elemento alongado destinado a ser introduzido pelo menos parcialmente em uma extensão de água, para limitar a curvatura local de uma região desse elemento.

[003] O elemento alongado é, por exemplo, um conduto flexível, em particular um conduto flexível de tipo não ligado ("unbonded") destinado ao transporte de hidrocarbonetos através de uma extensão de água, tal como um oceano, um mar, um lago ou um rio.

[004] Um conduto flexível é, por exemplo, realizado de acordo com os documentos normativos API 17J (Specification for Unbonded Flexível Pipe) e API RP 178 (Recommended Practice for Flexível Pipe) elaborados pelo American Petroleum Institute.

[005] O conduto flexível é geralmente formado de um conjunto de camadas concêntricas e superpostas. Ele é considerado "não ligado" no sentido da presente invenção pelo fato de que pelo menos uma das camadas do conduto está apta a se deslocar longitudinalmente em relação às camadas adjacentes durante uma flexão do conduto. Em particular, um conduto não ligado é um conduto desprovido de materiais aglutinantes que conectam as camadas que formam o conduto.

[006] O conduto está geralmente disposto através de uma extensão de água, entre um conjunto de fundo, destinado a recolher o fluido explorado no fundo da extensão de água e um conjunto de superfície flutuante destinado a coletar e a distribuir o fluido. O conjunto de superfície pode ser uma plataforma semissubmersível, um FPSO ou outro conjunto flutuante.

[007] Quando o conduto é submetido aos efeitos do marulho e das correntes marítimas, ele é suscetível de se deformar localmente. Esse é particularmente o caso na conexão do conduto flexível no conjunto de superfície ou no conjunto de fundo, em virtude dos movimentos relativos entre o conduto e o conjunto no qual ele está conectado.

[008] Para que o conduto conserve um raio de curvatura superior a seu raio de curvatura mínimo aceitável ("MBR" para "minimum bending radius" em inglês), um esticador, formado, por exemplo, por um corpo de polímero está montado em torno do conduto. O esticador limita localmente os deslocamentos do conduto e garante a ausência de deformação local para além de um limite aceitável.

[009] Entretanto, o conduto permanece fortemente solicitado, mesmo no nível do esticador. É, portanto, conveniente monitorar ao longo do tempo a evolução das deformações sofridas pelo esticador e pelo conduto para garantir a integridade do conduto.

[0010] Para monitorar a evolução das deformações sofridas pelo esticador, é conhecido, por exemplo, de WO 2009/156486 montar em torno do esticador uma sucessão de sensores dispostos em um chicote.

[0011] Tal montagem é muito trabalhosa de realizar, perturba as operações de instalação do conduto e não reflete ainda a deformação exata do esticador, e menos ainda do conduto.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0012] Um finalidade da presente invenção é fornecer um sistema pouco intrusivo de monitoramento das deformações de um esticador disposto em torno de um elemento alongado ou/e de um elemento alongado ao nível de um esticador.

[0013] Para esse fim, a presente invenção tem por objeto um esticador do tipo precitado, caracterizado pelo fato de que o ou cada sensor de medida de deformação é portado pelo conjunto de reforço do corpo.

[0014] A ponta de acordo com a presente invenção pode compreender uma ou mais das características a seguir, considerada(s) isoladamente ou de acordo com qualquer combinação tecnicamente possível: - o conjunto de reforço compreende uma estrutura pelo menos parcialmente imersa no corpo, a qual estrutura compreende órgãos longitudinais de reforço, e os órgãos longitudinais de reforço estão vantajosamente conectados entre si por um órgão de ligação circunferencial, sendo que pelo menos um sensor de medida de deformação é portado pela estrutura; . pelo menos um órgão longitudinal de reforço porta um sensor de medida de deformação; - o conjunto de reforço delimita um orifício de recepção do sensor de medida de deformação, o qual sensor de medida de deformação está disposto no orifício de recepção , - ele compreende uma pluralidade de sensores de medida de deformação no interior do esticador, espaçados entre si no conjunto de reforço; pelo menos dois sensores de medida de deformação estão espaçados longitudinalmente no conjunto de reforço; - pelo menos dois sensores de medida de deformação estão espaçados radial ou angularmente em relação ao eixo central no conjunto de reforço; - ele compreende pelo menos uma linha de sensores de medida de deformação que se estendem axial, radial ou circunferencialmente em torno do eixo central no conjunto de reforço; - o ou cada sensor de medida de deformação compreende uma extensômetro próprio para ser alimentado eletricamente; - o conjunto de reforço é metálico , - ele compreende pelo menos um sensor de medida da temperatura portado pelo conjunto de reforço.

[0015] A presente invenção tem igualmente por objeto um processo de monitoramento do comportamento de um esticador disposto em torno de um elemento alongado, o processo compreende as seguintes etapas: - fornecimento de um esticador tal como definido acima em torno do elemento alongado; - medida de uma deformação sofrida pelo esticador por meio do ou de cada sensor de medida de deformação; - vantajosamente, determinação de uma curvatura local do esticador, com base na tensão determinada a partir das medidas efetuadas pelo ou por cada sensor de medida de deformação.

[0016] O processo de acordo com a presente invenção pode compreender uma ou mais das características a seguir, considerada(s) isoladamente ou de acordo com qualquer combinação tecnicamente possível: - o esticador compreende uma pluralidade de sensores de medida de deformação espaçados no conjunto de reforço, e o processo compreende a medida da deformação sofrida por cada sensor de medida de deformação, - ele compreende uma etapa de divisão da tensão obtida a partir das medidas efetuadas pelos sensores de medida de deformação em três componentes de tensão que compreendem um componente de membrana, um componente de flexão, e um componente de pico, vantajosamente por um método matemático de linearização de tensão; - ele compreende uma etapa de validação de um perfil de curvatura do esticador determinado com base nas tensões obtidas a partir das medidas de deformação efetuadas por meio do ou de cada sensor de medida de deformação, e a etapa de validação compreende a determinação de um tipo de carga aplicada sobre o esticador a partir de pelo menos um dos componentes de tensão obtidas na etapa de divisão - ele compreende uma etapa de filtragem dos valores de tensão obtidas a partir das medidas efetuadas pelo ou por cada sensor de medida de deformação, para obter valores filtrados de tensão, e depois uma etapa de determinação de uma deformação local do esticador com base nos valores filtrados de tensão.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0017] A presente invenção será mais bem compreendida com a leitura da descrição a seguir, dada unicamente a título de exemplo, e feita em relação aos desenhos anexos, nos quais: - a figura 1 é uma vista parcial, considerada em corte ao longo de um plano axial mediano, das partes relevantes de uma instalação de exploração de fluido que compreende um esticador de curvatura de acordo com a presente invenção; - a figura 2 é uma vista parcial em perspectiva da estrutura interna do esticador de curvatura da figura 1; - a figura 3 é uma vista de lado de um órgão longitudinal de reforço da estrutura da figura 2, dotado de uma pluralidade de sensores de medida de deformação espaçados longitudinalmente uns dos outros; - a figura 4 é uma seção ao longo de um plano transversal dos órgãos longitudinais de reforço da estrutura da figura 2, dotados, cada um, de uma pluralidade de sensores de medida de deformação espaçados angularmente em torno do eixo longitudinal; - a figura 5 é uma vista análoga à figura 4, na qual cada órgão longitudinal é dotado de uma pluralidade de sensores de medida de deformação espaçados radialmente em torno do eixo longitudinal; - a figura 6 ilustra um sensor de medida de deformação formado por uma sonda elétrica de tensão macroscópica, - a figura 7 ilustra um sensor de medida de deformação formado por uma sonda elétrica de tensão micrométrica ou nanométrica; - a figura 8 ilustra a divisão da tensão calculada a partir das medidas efetuadas por uma série de sensores de medida de deformação em três componentes, por meio de um método de linearização de tensão, em um primeiro processo de tratamento de acordo com a presente invenção; e - a figura 9 é uma vista parcial, considerada em corte ao longo de um plano axial mediano, das partes relevantes de uma instalação de exploração de fluido que compreende um esticador de curvatura, de acordo com uma variante de realização da presente invenção.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[0018] As partes relevantes de uma primeira instalação 10 de exploração de fluido de acordo com a presente invenção através de uma extensão de água 12 estão ilustradas na figura 1.

[0019] A extensão de água 12 é, por exemplo, um mar, um lago ou um oceano. A profundidade da extensão de água 12 perpendicularmente à instalação 10 de exploração de fluido está, por exemplo, compreendida entre 500 m e 3000 m.

[0020] A instalação de exploração de fluido 10 compreende um conjunto de superfície, em particular flutuante, e um conjunto de fundo (não representados).

[0021] A instalação 10 compreende um elemento alongado 14 que conecta o conjunto de fundo ao conjunto de superfície e pelo menos um esticador de curvatura 16 de acordo com a presente invenção, montado em torno de um segmento do elemento alongado 14.

[0022] O conjunto de superfície compreende um conector (não representado) destinado à conexão do elemento alongado 14, e vantajosamente, como ilustrado na figura 1, um elemento de montagem 18 do esticador 16, sobre o qual o esticador 16 se destina a ser fixado.

[0023] O elemento de montagem 18 é, por exemplo, um tubo de guia do elemento alongado 14, tal como um tubo em I ou um tubo em J, que se projeta para baixo na extensão de água 12.

[0024] Nesse exemplo, o elemento alongado 14 é um conduto flexível.

[0025] Exemplos de condutos flexíveis estão descritos no documentos normativos publicados pelo American Petroleum Institute (API), API 17J, e API RPI 7 B.

[0026] O conduto flexível delimita uma pluralidade de camadas concêntricas em torno do eixo A-A', em particular pelo menos uma primeira luva à base de material polimérico que constitui vantajosamente uma luva de pressão e pelo menos uma camada de armações de tração disposta externamente em relação à primeira luva.

[0027] O esticador de curvatura 16 compreende um corpo 20 de revolução em torno de um eixo A-A' do elemento alongado 14.

[0028] Ele compreende ainda um conjunto de reforço do corpo 20, que compreende uma estrutura interna 22 metálica de reforço do corpo 20, pelo menos parcialmente imersa no corpo 20, e vantajosamente, um inserto periférico 24 disposto no corpo 20.

[0029] Vantajosamente, o esticador de curvatura 16 compreende ainda uma alça 26 de conexão ao elemento de montagem 18, fixada sobre a estrutura interna 22 e sobre o inserto 24.

[0030] De acordo com a presente invenção, o esticador de curvatura 16 compreende uma instrumentação 27 de monitoramento da deformação local do corpo 20, portada parcialmente pelo conjunto de reforço.

[0031] O corpo 20 é realizado em um material mais rígido que o elemento alongado 14. Ele é, por exemplo, realizado de matéria plástica, em particular de poliuretano.

[0032] O corpo 20 se destina a limitar a amplitude de flexão do elemento alongado 14 ao nível do segmento recebido no corpo 20, para definir um raio mínimo de curvatura sem deformação plástica (ou "MBR") mínimo ao nível desse segmento.

[0033] O raio de curvatura mínimo é, por exemplo, superior a 3 m.

[0034] O corpo 20 compreende aqui um segmento superior 28 sensivelmente cilíndrico e um segmento inferior 30 troncônico, de seção transversal decrescente afastando-se do segmento superior 28.

[0035] O comprimento do corpo 20, considerado ao longo do eixo A-A' está, por exemplo, compreendido 5 entre 500 mm e 8 m.

[0036] O corpo 20 delimita uma abertura axial 32 transversa de passagem do elemento alongado 14, que termina nas extremidades axiais do corpo 20.

[0037] A estrutura 22 está pelo menos parcialmente imersa no corpo 20. Ela é realizada em metal. A estrutura 22 compreende uma pluralidade de órgãos longitudinais 34 de reforço mantidos em posição uns em relação aos outros por fixação na alça de conexão 26 (isto é, cuja posição relativa é mantida por fixação na alça de conexão 26).

[0038] Os órgãos de reforço 34 estão separados angularmente uns dos outros. Eles delimitam entre si espaços intermediários preenchidos pelo corpo 20.

[0039] Opcionalmente, no exemplo particular ilustrado na figura 2, a estrutura 22 compreende ainda um órgão circunferencial de ligação 36 que conecta os órgãos longitudinais 34 entre si.

[0040] Cada órgão longitudinal 34 se estende ao longo de um eixo B-B' (visível na figura 3) sensivelmente paralelo ao eixo A-A'. Ele está disposto de preferência na parte cilíndrica 28 do corpo 20.

[0041] Cada órgão longitudinal 34 compreende uma base 38, uma carcaça longitudinal 40, e uma cabeça 42 de montagem da alça 26, que delimita a extremidade livre do órgão longitudinal 34.

[0042] Nesse exemplo, a base 38 se afina à distância da alça de conexão 26.

[0043] A carcaça longitudinal 40 está imersa no corpo 20, à distância da superfície 25 periférica interna e da superfície periférica externa do corpo 20.

[0044] A cabeça 42 se projeta a partir da carcaça 40 para fora do corpo 20. Ela compreende vantajosamente uma rosca, para permitir a fixação de um parafuso 44 de retenção da alça 26, visível na figura 1.

[0045] No exemplo da figura 2, quando está presente, o órgão circunferencial de 30 ligação 36 compreende um toro fechado de eixo A-A'.

[0046] O órgão circunferencial de ligação 36 forma uma região circunferencial do conjunto de reforço.

[0047] A região circunferencial se estende em torno do eixo A-A' sobre uma extensão angular superior a 90°, em particular superior a 180° e aqui igual a 360°. Ela está situada à distância radialmente do eixo A-A'.

[0048] O órgão circunferencial de ligação 36 está aqui totalmente imerso no corpo 20 estando disposto à distância da superfície periférica interna, da superfície periférica externa e da superfície transversal superior do corpo 20.

[0049] Nesse caso particular, a base 38 de cada órgão longitudinal 34 é solidária do órgão circunferencial. Cada órgão longitudinal 34 se projeta axialmente a partir do órgão circunferencial 36.

[0050] O inserto periférico 24 é vantajosamente metálico. Ele compreende uma aba interna 50 disposta no corpo 20 na periferia da abertura axial 32, no segmento superior 28 do corpo 20, uma aba externa 52 disposta sobre a superfície periférica externa do corpo 20, e uma parede externa transversal 54 que conecta a aba interna 50 com a aba externa 52.

[0051] As abas 50, 52 são de revolução em torno do eixo A-A', de modo circunferencial em torno do eixo A-A'.

[0052] Elas estão conectadas entre si por suas bordas externas, por meio da parede externa 54. A parede externa 54 está aplicada sobre a superfície transversal externa do corpo 20.

[0053] Cada aba 50, 52 forma uma região circunferencial do conjunto de reforço.

[0054] A região circunferencial se estende em torno do eixo A-A' sobre uma extensão angular superior a 90°, em particular superior a 180° e aqui igual a 360°. Ela está situada afastada radialmente do eixo A-A'.

[0055] A alça de conexão 26 compreende aqui um flange cilíndrico 56 aplicado contra a aba interna 50 do inserto 24, e um flange de conexão 58, de revolução em torno do eixo A-A'. A base cilíndrica 56 e o flange de conexão 58 formam uma única peça.

[0056] As cabeças 42 dos órgãos longitudinais 34 estão inseridas através da parede externa 54 e do flange 58. Os parafusos 44 mantêm o inserto 24 e a alça de conexão 26 aplicadas contra a superfície transversal externa do corpo 20.

[0057] Como especificado acima, a alça de conexão 26 forma um órgão de ligação circunferencial entre os órgãos de reforço 34.

[0058] A instrumentação 27 compreende uma pluralidade de sensores 60 de medida de deformação, que são aqui portados pela estrutura 22, e uma unidade de tratamento 62 conectada ao sensores de medida de deformação 60.

[0059] Os sensores de medida de deformação 60 são sensores elétricos ou óticos. Eles são próprios para gerar um sinal elétrico ou ótico representativo da deformação local gerada por uma (ou) tensão(ões) que são aplicadas sobre o esticador 16.

[0060] No exemplo ilustrado pela figura 6, cada sensor de medida de deformação 60 é formado por uma sonda macroscópica de deformação ou sonda extensométrica resistiva, de tamanho superior a 1 mm, e vantajosamente inferior a 30 mm, que é recebida em um orifício praticado na estrutura 22. Por exemplo, a sonda extensométrica resistiva é uma sonda com tramas metálicas ou então com semicondutores.

[0061] Em uma variante representada na figura 7, os sensores são microssensores ou nanossensores que estão integrados em forma de uma camada metálica sobre a superfície ou no corpo da estrutura 22. Os sensores são, por exemplo, pontes de Wheatstone 66 ou resistências 68 com circuito integrado.

[0062] Além disso, cada sensor de medida de deformação 60 do tipo sensor ótico é, por exemplo, um sensor de fibras óticas nas quais estão impressas redes de Bragg.

[0063] Em outra variante, cada sensor de medida de deformação 60 é um sensor de deslocamento de tipo indutivo tal como um sensor do tipo transformador diferencial com variação linear ou LVDT ("Linear Variable Differential Transformer" em inglês), um sensor de tipo frequencial tal como um sensor à corda vibrante ou ainda um sensor de tipo capacitivo.

[0064] Os limites de uso de cada um do sensores são principalmente definidos por suas qualidades de precisão e de resolução.

[0065] A precisão de um sensor é definida pela diferença em porcentagem que pode ser obtida entre o valor real e o valor medido na saída do sensor. Quanto menor for essa diferença, mais preciso será o sensor.

[0066] Além disso, a resolução de um sensor corresponde à menor variação da grandeza a ser medida, que o sensor é capaz de detectar.

[0067] Por exemplo, se considerarmos um sensor de medida de deformação 60 do tipo corda vibrante, levando em conta seus limites de uso bem como as propriedades mecânicas do elemento sobre ou no qual ele está disposto, no nosso caso, o corpo da estrutura 22 ou os órgãos longitudinais 64, é possível deduzir a precisão bem como a resolução que pode ser obtida.

[0068] De acordo com o tipo de medidas que desejarmos adquirir, a qualidade de precisão que é possível obter para esse tipo de sensor está compreendida em uma faixa de valores da ordem de ± 0,5%, em particular ± 0,25%. Além disso, a qualidade da resolução que pode ser obtida é da ordem de alguns décimos de micrômetros, em particular da ordem de 1 micrômetro.

[0069] Nos modos de realização ilustrados pelas figuras 3 a 5, os sensores de medida de deformação 60 são portados pelos órgãos longitudinais 34.

[0070] No exemplo representado na figura 3, os sensores de medida de deformação 60 estão espaçados longitudinalmente uns do outro ao longo do eixo B-B' de cada órgão longitudinal 34. Nesse exemplo, os sensores de medida de deformação 60 estão ainda dispostos ao longo de uma linha paralela ou confundida com o eixo B-B'.

[0071] A densidade lineica de sensores 60 ao longo do eixo B-B' está, por exemplo, compreendida entre 1 sensor por milímetro e 1 sensor por 10 milímetros.

[0072] A presença de uma pluralidade de sensores de medida de deformação 60 espaçados longitudinalmente uns dos outros enriquece as informações obtidas por meio da instrumentação 27, para determinar um perfil de tensão que se aplica ao longo de cada órgão longitudinal 34.

[0073] Vantajosamente, os sensores de medida de deformação 60 estão ainda espaçados angularmente em torno do eixo A-A' em uma seção transversal em relação ao eixo B-B', como ilustrado pela figura 4.

[0074] Em uma variante, ou como complemento, os sensores de medida de deformação 60 estão espaçados radialmente em relação ao eixo A-A' em uma seção transversal em relação ao eixo B-B', como ilustrado pela figura 5.

[0075] Vantajosamente, pelo menos um primeiro grupo de sensores de medida de deformação 60, situados em uma primeira altura ao longo do eixo BB', está disposto de acordo com a configuração da figura 4, com um espaçamento angular em torno do eixo A-A'. Pelo menos um segundo grupo de sensores de medida de deformação 60, situados em uma segunda altura ao longo do eixo B-B', está disposto de acordo com a configuração da figura 5, com um espaçamento radial entre os sensores 60.

[0076] Em outra variante não representada, os sensores de medida de deformação 60 são portados pelo órgão circunferencial de ligação 36.

[0077] Em relação à figura 1, a unidade de tratamento 62 compreende um processador de tratamento e uma memória que contém um módulo 80 de recepção das medidas instantâneas de deformação tomadas pelos sensores de medida de deformação 60, um módulo 82 de armazenamento das medidas recebidas, e um módulo 84 de cálculo de uma curvatura local instantânea do esticador 16, com base nas medidas recebidas.

[0078] A unidade de tratamento 62 compreende ainda vantajosamente um módulo 86 de linearização de tensão ao longo das seções sucessivas de cada órgão longitudinal 34, e um módulo 88 de validação dos dados obtidos pelo módulo de cálculo 84 com base da linearização de tensão efetuada ao longo das seções sucessivas.

[0079] O módulo de recepção 80 é próprio para receber, em uma frequência escolhida, compreendida por exemplo entre uma medida por segundo e cem medidas por segundo, as medidas recebidas de cada sensor de medida de deformação 60 da instrumentação 27.

[0080] Ele é próprio para atribuir a cada uma das medidas recebidas uma informação de localização do sensor 60 e uma informação relativa ao instante no qual a medida é efetuada.

[0081] O módulo de armazenamento 82 é próprio a armazenar o conjunto das medidas instantâneas recebidas pelo módulo 80, em vista de seu tratamento instantâneo ou ulterior.

[0082] O módulo de cálculo 84 é próprio para estabelecer a partir das medidas efetuadas por cada sensor 60 em um instante dado um mapeamento das tensões sofridas por e ao longo dos órgãos longitudinais 34 e, portanto, para determinar o perfil de curvatura do esticador 16 ao longo de cada órgão longitudinal 34 nesse instante dado, com base em um modelo matemático.

[0083] Vantajosamente, o módulo de cálculo 84 compreende um filtro de dados, próprio para eliminar das medidas de amplitude inferior em um limiar de tensão predefinido, a fim de limitar o tempo de tratamento pelo processador, em particular para um tratamento instantâneo.

[0084] O módulo de linearização 86 é próprio para dividir a tensão total obtida a partir das medidas de cada sensor 60 em um instante dado em três componentes que compreendem um componente de membrana M, um componente de flexão B, e um componente de pico P (visíveis na figura 8), por um método matemático de linearização de tensão.

[0085] O módulo de validação 88 é próprio para determinar o tipo de carga inicial aplicado em um instante dado sobre o esticador 16, com base nos valores dos três componentes M, B, P obtidos a partir do módulo de linearização 86.

[0086] O módulo de validação 88 está assim apto para determinar se a carga aplicada é axial ou transversal. Por exemplo, um perfil de curvatura plano e dominado pelo componente de membrana M é representativo de uma carga axial. Ao contrário, um perfil de curvatura 25 curvo e dominado pelo componente de flexão B é representativo de uma carga transversal.

[0087] O módulo de validação 88 está assim apto a eliminar eventual ambiguidade sobre o perfil de curvatura calculado a partir das tensões estabelecidas a partir das medidas efetuadas por cada sensor de medida de deformação 60, no caso de vários perfis de curvatura serem suscetíveis de gerar uma mesma distribuição de tensão, em função do tipo de carga aplicada.

[0088] Em uma variante, a partir do momento em que o tipo de carga inicial aplicado em um instante dado sobre o esticador 16 foi determinado pelo módulo de validação 88, esse dado é introduzido nos parâmetros de entrada de um programa de um software de cálculo por elementos finitos (ou FEA "Finite Element Analysis" em inglês). O programa é em seguida iniciado, e os resultados da análise são esperados. Esses resultados permitem modelizar e calcular as deformações, geradas pela carga determinada anteriormente e, portanto,, o perfil de curvatura do esticador 16.

[0089] O método por linearização de tensão funciona tanto como uma ferramenta de comparação e validação quando ele é usado paralelamente com um software de cálculo por elementos finitos, quanto como uma ferramenta de primeira ordem que permite a obtenção direta do perfil de curvatura do esticador 16 quando é utilizado de modo sinérgico com o software de cálculo por elementos finitos.

[0090] Um processo de monitoramento do comportamento de um esticador 16 de acordo com a presente invenção, disposto em torno de um elemento alongado 14, vai ser descrito agora.

[0091] Inicialmente, um esticador 16 tal como descrito acima é fornecido e é instalado em torno do elemento alongado 14. O esticador 16 está imobilizado sobre o elemento de montagem 18.

[0092] Vantajosamente, o elemento alongado 14 está conectado a um conector sobre o conjunto de superfície.

[0093] Durante a instalação, ou depois dela, o processo compreende, a cada instante de medida a uma frequência vantajosamente compreendida entre uma medida por segundo e cem medidas por segundo, uma etapa de medida das deformações, locais sofridas pelo esticador 16, por meio de cada sensor de medida de deformação 60, e a recepção de cada medida efetuada pelo módulo de recepção 80 da unidade de tratamento 62. As medidas recebidas pelo módulo de recepção 80 são então armazenadas na memória pelo módulo de armazenamento 82 para poder ser utilizadas quer de modo instantâneo em tempo real, seja ulteriormente, em terra, se o conjunto das medidas recebidas pelo módulo de recepção 80 for muito extenso para ser utilizado em tempo real.

[0094] Se um tratamento em tempo real for desejado, uma etapa de filtragem dos dados é vantajosamente efetuada por meio de um filtro para reter as medidas de valor superior, por exemplo, a um valor de tensão dado. Assim, a potência de cálculo necessária no processador da unidade de tratamento 62 é reduzida.

[0095] Em seguida, uma etapa de cálculo de um perfil de curvatura do esticador 16 é realizada. Um modelo matemático é utilizado pelo módulo de cálculo 84 para determinar 30 um perfil de curvatura do esticador 16 em torno da estrutura 22, vantajosamente ao longo de cada órgão longitudinal 34, com base em um mapeamento das tensões estabelecido a partir das medidas obtidas pelos sensores de medida de deformação 60 espaçados ao longo do órgão longitudinal 34.

[0096] Para esse fim, em pelo menos um instante de medida dado, a curvatura local do esticador 16 é calculada, com base nos valores individuais medidos por cada sensor de medida de deformação 60 em cada posição determinada ao longo do órgão longitudinal 34.

[0097] Isso permite obter um perfil de curvatura do esticador 16 ao longo de cada órgão longitudinal 34.

[0098] Paralelamente, cada tensão total obtida a partir das medidas realizadas por um sensor de medida de deformação 60 é dividida em vários componentes M, B, P, por um método matemático de linearização de tensão.

[0099] Para cada posição dada de um sensor de medida de deformação 60, no instante dado, o módulo de linearização 86 divide a tensão total obtida em três componentes, ou seja, um componente de membrana M, um componente de flexão B, e um componente de pico P, por um método matemático de linearização de tensão.

[00100] Assim, o módulo de linearização 86 estabelece um perfil de cada componente M, B, P ao longo do órgão longitudinal 34, como ilustrado pela figura 8.

[00101] Em seguida, uma etapa de validação do perfil de curvatura calculado pelo módulo de cálculo 84 na etapa de cálculo é efetuada.

[00102] O módulo de validação 88 estabelece primeiramente o tipo de carga aplicada longitudinalmente sobre o esticador 16.

[00103] Essa escolha é efetuada com base base nos componentes M, B, P obtidas por linearização na etapa de divisão. O valor de cada componente M, B, P, bem como sua distribuição ao longo do órgão longitudinal 34 é vantajosamente correlacionado com o tipo de carga inicial.

[00104] O tipo de carga inicial é escolhido, por exemplo, entre uma carga axial e uma carga transversal.

[00105] Uma carga axial apresenta geralmente um componente de membrana M de valor superior ao dos componentes de flexão B e de pico P, e uma distribuição sensivelmente plana.

[00106] Inversamente, uma carga transversal apresenta geralmente um componente de flexão B superior aos outros componentes M, P e uma distribuição curva.

[00107] O módulo de validação 88 atribui, portanto, um tipo de carga aplicada ao perfil de tensão determinado a partir das medidas de deformação realizadas pelos sensores de medida de deformação 60, com base nos componentes M, B, P obtidos por linearização na etapa de divisão. Isso elimina a eventual ambiguidade sobre o perfil de curvatura possível que resulta do perfil de tensão medida.

[00108] Assim, mesmo que diferentes perfis de curvatura possam resultar da mesma distribuição de tensões ao longo do órgão longitudinal 34, a determinação do tipo de carga que é aplicada sobre o órgão longitudinal 34 permite diferenciar entre os diferentes perfis de curvatura possível.

[00109] O perfil de curvatura calculado, depois de validado, permite monitorar continuamente o grau de tensões aplicadas sobre o esticador 16, durante a vida do esticador 16, e deduzir eventualmente a fadiga do esticador e/ou do elemento alongado 14 recebido no esticador 16, por modelização.

[00110] O esticador 16 de acordo com a presente invenção é instrumentado sem alterar a estrutura do corpo 20 do esticador 16 ou a estrutura do elemento alongado 14. Assim, a geometria e as dimensões do esticador 16 são mantidas constantes, o que facilita o uso prático do esticador e evita pelo menos certas etapas de requalificação.

[00111] A disposição dos sensores 60 no interior da estrutura 22, e em particular nos órgãos longitudinais 34 da estrutura 22 permite uma determinação precisa do campo de tensão, e consequentemente das variações do perfil de curvatura sofridas ao longo do tempo pelo esticador 16.

[00112] O processo de acordo com a presente invenção é aplicado indiferentemente em qualquer posição do esticador 16, quer o esticador 16 esteja sob a água ou na superfície.

[00113] O monitoramento das variações de curvatura do esticador 16 é vantajosamente validado pela determinação dos componentes linearizados M, B, P da tensão, efetuando uma linearização de tensão.

[00114] Em uma variante, os cálculos de determinação do perfil de curvatura são efetuados a posteriori, à distância do esticador 16 em uma unidade de tratamento 62 deportada em relação ao esticador 16. Nesse caso, os dados de medida não são necessariamente filtrados.

[00115] Em uma variante, pelo menos um sensor de medida da temperatura, por exemplo um sensor à corda vibrante, um termopar ou ainda um sensor de temperatura resistivo está disposto na estrutura 22 e/ou no inserto 50 nas proximidades de um sensor de medida de deformação 60 para fornecer dado de temperatura ao modelo matemático de cálculo dos perfis de curvatura. O sensor de medida da temperatura permite estimar a partir de qual valor de temperatura o esticador 16 começa a se degradar.

[00116] Em uma variante, os sensores 60 estão dispostos no inserto 50, em particular na aba 50, estando espaçados longitudinal e/ou angularmente em torno do eixo A-A'.

[00117] De acordo com uma variante de realização da instalação de exploração de fluido, visível na figura 9, o esticador de curvatura 16 montado em torno do segmento do elemento alongado 14 compreende pelo menos um elemento de inserto 23 solidário da estrutura interna 22.

[00118] O elemento de inserto 23 é realizado a partir de um material que possui boas propriedades mecânicas de flexão e/ou alongamento, uma boa resistência à fadiga e que seja resistente ao fenômeno de corrosão galvânica.

[00119] De modo vantajoso, é escolhido o mesmo material que o que é utilizado para realizar a estrutura 22, ou seja, o metal. De preferência, o metal possui um revestimento. O elemento de inserto 23 solidário da estrutura interna 22 está por exemplo fixado sobre a estrutura interna 22 por soldagem ou então por parafusação.

[00120] O número de elementos de inserto 23 que o esticador de curvatura 16 compreende depende de suas dimensões. Vantajosamente, o esticador de curvatura compreende um número mínimo de quatro elementos de inserto 23.

[00121] O elemento de inserto 23 é, por exemplo, uma haste metálica com qualquer seção transversal. De preferência, a geometria da haste é escolhida de forma que ela afete o menos possível o comportamento em flexão do esticador de curvatura 16.

[00122] Vantajosamente, a haste metálica apresenta uma seção transversal circular.

[00123] No exemplo representado na figura 9, cada elemento de inserto 23 se estende linearmente paralelamente ao eixo A-A'. Cada elemento de inserto 23 está situado radialmente entre o eixo A-A' e um órgão longitudinal 34 sobre o qual ele está fixado.

[00124] De modo análogo aos órgãos longitudinais 34 da estrutura metálica 22, os elementos de inserto 23 portam uma pluralidade de sensores de medida de deformação 60'.

[00125] Da mesma maneira que os sensores de medida de deformação 60 portados pelos órgãos longitudinais 34, os sensores de medida de deformação 60' portados pelos elementos de inserto 23 estão espaçados longitudinal e/ou angular e/ou radialmente em relação ao eixo A-A' ao longo de cada elemento de inserto 23.

[00126] A densidade lineica de sensores 60' ao longo dos elementos de inserto 23 está por exemplo compreendida entre 1 sensor por milímetro e 1 sensor por 10 milímetro.

[00127] A presença de uma pluralidade de sensores de medida de deformação 60' espaçados longitudinal e/ou angular e/ou radialmente em relação ao eixo A-A' enriquece as informações obtidas por meio da instrumentação 27 e permite aumentar ainda um pouco mais a precisão do método de determinação do perfil de tensão dos esforços que são aplicados sobre e ao longo do elemento alongado 14.

[00128] Os sensores de medida de deformação 60' são idênticos aos do tipo precitados.

[00129] O comprimento do elemento de inserto 23 é função do comprimento do esticador de curvatura 16. O comprimento mínimo escolhido é tal que permite a obtenção de medidas de deformação utilizáveis. Além disso, o comprimento máximo escolhido é tal que ele não perturba o comportamento em flexão do esticador de curvatura.

[00130] No exemplo representado na figura 9, o elemento de inserto 23 apresenta um comprimento superior ao do órgão longitudinal sobre o qual está fixado. Ele se projeta para baixo para além do órgão longitudinal no corpo 20, vantajosamente até o segmento inferior 30.

[00131] No que diz respeito a o processo de monitoramento do comportamento do esticador 16, a presença de elementos de inserto 23 que compreendem sensores de medida de deformação 60' além dos sensores 60 portados pelos órgãos longitudinais 34 da estrutura interna 22 não modifica em nada o método utilizado para determinar o campo de tensão, e consequentemente as variações do perfil de curvatura sofridas ao longo do tempo pelo esticador 16.

[00132] Ao contrário, sua presença permite aumentar o número de medidas efetuadas e consequentemente melhorar significativamente a precisão do mapeamento das tensões sofridas por e ao longo os órgãos longitudinais 34.

[00133] Portanto, o perfil de curvatura do esticador 16 determinado por meio do modelo matemático ao longo de cada órgão longitudinal 34 e de cada elemento de inserto 23 a cada instante, é apurado e mais próximo ainda da realidade.

Claims

1. ESTICADOR (16) de curvatura para um elemento alongado (14) destinado a ser introduzido em uma extensão de água (12) que compreende: - um corpo (20) que delimita uma abertura central (32) de passagem do elemento alongado (14), de eixo central (A-A'); - uma pluralidade de sensores de medida (60) de uma deformação no interior do esticador (16); caracterizado pelo esticador (16) compreender um conjunto de metal (22; 24) de reforço do corpo (20) que é recebido pelo menos parcialmente no corpo (20), o conjunto de reforço de metal (22; 24) compreendendo pelo menos uma região circunferencial que se estende em torno do eixo central (A- A'); em que cada sensor da pluralidade de sensores de medida de deformação (60) ser portado pelo conjunto de reforço (22; 24) do corpo (20), em que os sensores de pluralidade de sensores de medida de deformação (60) estarem espaçados uns dos outros no conjunto de reforço (22; 24), e pelo esticador (16) de curvatura compreender pelo menos uma linha de sensores de medida de deformação (60) que se estendem axial, radial ou circunferencialmente em torno do eixo central (A-A') no conjunto de reforço (22; 24).

2. ESTICADOR (16), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo conjunto de reforço (22; 24) compreender uma carcaça (22) pelo menos parcialmente imersa no corpo (20), a carcaça (22) compreendendo órgãos longitudinais (34) de reforço, em que os órgãos longitudinais de reforço (34) estão conectados entre si por um órgão de ligação circunferencial (26, 36), e pelo menos um sensor de medida de deformação (60) é portado pela carcaça (22).

3. ESTICADOR (16), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por pelo menos um órgão longitudinal de reforço (34) portar um sensor de medida de deformação (60).

4. ESTICADOR (16), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo conjunto de reforço (22; 24) delimitar um orifício de recepção do sensor de medida de deformação (60), em que o sensor de medida de deformação (60) está disposto no orifício de recepção.

5. ESTICADOR (16), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por pelo menos dois sensores de medida de deformação (60) estarem espaçados longitudinalmente no conjunto de reforço (22; 24).

6. ESTICADOR (16), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por pelo menos dois sensores de medida de deformação (60) estarem espaçados radial ou angularmente em relação ao eixo central (A-A') no conjunto de reforço (22; 24).

7. ESTICADOR (16), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por o ou cada sensor de medida de deformação (60) compreender um extensômetro próprio para ser alimentado eletricamente.

8. ESTICADOR (16), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por compreender pelo menos um sensor de medida da temperatura portado pelo conjunto de reforço (22; 24).

9. PROCESSO DE MONITORAMENTO DO COMPORTAMENTO DE UM ESTICADOR (16) disposto em torno de um elemento alongado (14), caracterizado pelo processo compreender as seguintes etapas: - fornecimento de um esticador (16) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8 em torno do elemento alongado (14); - medida de uma deformação sofrida pelo esticador (16) por meio do ou de cada sensor de medida de deformação (60); - determinação de uma curvatura local do esticador (16), com base na tensão determinada a partir das medidas efetuadas pelo ou por cada sensor de medida de deformação (60).

10. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo esticador (16) compreender uma pluralidade de sensores de medida de deformação (60) espaçados no conjunto de reforço (22; 24), em que o processo compreende a medida da deformação sofrida por cada sensor de medida de deformação (60).

11. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por compreender uma etapa de divisão da tensão obtida a partir das medidas efetuadas pelos sensores de medida de deformação (60) em três componentes de tensão que compreendem um componente de membrana, um componente de flexão e um componente de pico, por um método matemático de linearização de tensão.

12. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado por compreender uma etapa de validação de um perfil de curvatura do esticador (16) determinado com base nas tensões obtidas a partir das medidas de deformação efetuadas por meio do ou de cada sensor de medida de deformação (60), em que a etapa de validação compreende a determinação de um tipo de carga aplicada sobre o esticador (16) a partir de pelo menos um dos componentes de tensão obtidos na etapa de divisão.

13. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 12, caracterizado por compreender uma etapa de filtração dos valores de tensão obtidos a partir das medidas efetuadas pelo ou por cada sensor de medida de deformação (60), para obter valores filtrados de tensão, e em seguida uma etapa de determinação de uma deformação local do esticador (16) com base nos valores filtrados de tensão.