BR112016030800B1 - Corpo de tubo flexível, método de detecção da forma e método de formação do mesmo, equipamento de duto e seu método de formação - Google Patents

Abstract

corpo de tubo flexível e método de detecção a presente invenção se refere a um corpo de tubo flexível que compreende um sensor de curvatura alongado e uma camada de blindagem de tração. o sensor de curvatura alongado incorpora um sensor de tensão disposto para proporcionar uma indicação da tensão de flexão aplicada ao sensor de curvatura. a camada de blindagem de tração compreende fios de blindagem à tração helicoidalmente enrolados. o sensor de curvatura é posicionado dentro da camada de blindagem de tração helicoidalmente enrolada adjacente a pelo menos um fio de blindagem de tração, de modo que a tensão de flexão aplicada ao corpo de tubo flexível é transmitida para o sensor de curvatura. o sensor de curvatura é menor do que um fio de blindagem de tração adjacente em pelo menos um dentre a largura e a profundidade, e disposto para deslizar longitudinalmente em relação ao fio de blindagem de tração adjacente.

Description

[0001] A presente invenção se refere a um sensor de curvatura e a um método de detecção de curvatura. Em particular, a presente invenção se refere a um corpo de tubo flexível, incorporando um sensor de curvatura e um método de detecção apropriado para monitorar a curvatura de um corpo de tubo flexível.

[0002] Tradicionalmente, o tubo flexível é utilizado para transportar fluidos de produção, tais como petróleo e/ou gás e/ou água, de um local para outro. Um tubo flexível é particularmente útil para conectar um local submarino (que pode ser subaquático profundo, a 1000 metros de profundidade ou mais) a um local ao nível do mar. O tubo pode ter um diâmetro interno de tipicamente até cerca de 0,6 m (por exemplo, os diâmetros podem variar de 0,05 m até 0,6 m). O tubo flexível é geralmente formado como uma montagem de corpo de tubo flexível e um ou mais terminais conectores. O corpo do tubo flexível é tipicamente formado como uma combinação de materiais em camadas que formam um canal sob pressão. A estrutura do tubo permite grandes deflexões sem causar tensões de flexão que prejudicam a funcionalidade do tubo flexível ao longo de sua vida útil. O corpo do tubo é geralmente construído como uma estrutura combinada, incluindo polímero e/ou camadas metálicas e/ou compostas. Por exemplo, um corpo do tubo pode incluir camadas de polímero e metal, ou camadas de polímero e compósito, ou camadas de polímero, metal e compósito.

[0003] Em muitos designs conhecidos de tubo flexível, o corpo do tubo inclui uma ou mais camadas de blindagem de pressão. A carga primária sobre tais camadas é formada a partir de forças radiais. As camadas de blindagem de pressão geralmente têm um perfil de seção transversal específico para bloqueio, de modo a ser capaz de manter e absorver forças radiais resultantes da pressão externa ou interna do tubo. O perfil transversal dos cabos enrolados que, assim, evitam que o tubo entre em colapso ou rompa como resultado da pressão são, às vezes, chamados de perfis resistentes à pressão. Quando as camadas de blindagem de pressão são formadas a partir de componentes de fio enrolados em hélice formadores de argola, as forças radiais de pressão externa ou interna sobre o tubo fazem com que os componentes da argola se expandam ou contraiam, colocando uma carga de tração sobre os fios.

[0004] Em muitos designs conhecidos de tubo flexível, o corpo do tubo inclui uma ou mais camadas de blindagem à tração. A carga primária em tal camada de blindagem à tração é tensão. Em aplicações de alta pressão, tais como em ambientes de águas profundas e ultraprofundas, a camada de blindagem à tração experimenta altas cargas de tensão a partir de uma combinação da carga da extremidade de pressão interna e do peso autossustentado do tubo flexível. Isso pode causar uma falha no tubo flexível, uma vez que tais condições são experimentadas ao longo de períodos prolongados de tempo.

[0005] O tubo flexível não conectado tem sido utilizado para desenvolvimentos em águas profundas (menos de 3.300 pés (1.005,84 metros)) e em águas ultraprofundas (mais de 3.300 pés). A crescente demanda por petróleo está fazendo com que a exploração ocorra a profundidades cada vez mais profundas, onde os fatores ambientais são mais extremos. Por exemplo em tais ambientes de águas profundas e ultraprofundas, a temperatura do leito oceânico aumenta o risco de arrefecimento dos fluidos de produção até uma temperatura que pode causar o bloqueio da tubulação. Profundidades maiores também aumentam a pressão associada com o ambiente no qual o tubo flexível deve operar. Por exemplo, um tubo flexível pode ser necessário para operar com pressões externas que variam de 0,1 MPa a 30 MPa atuando sobre o tubo. Da mesma forma, o transporte de petróleo, gás ou água também pode dar origem a altas pressões atuando sobre o tubo flexível de dentro, por exemplo, com pressões internas variando de zero a 140 MPa do fluido do poço, atuando sobre o tubo. Como resultado, a necessidade de altos níveis de desempenho das camadas do corpo de tubo flexível está aumentando. O tubo flexível também ser utilizado para aplicações de águas rasas (por exemplo, a menos de 500 metros de profundidade), ou até mesmo para aplicações de costa (terrestres).

[0006] Uma maneira de melhorar a resposta de carga e, assim, o desempenho das camadas de blindagem, é fabricar as camadas usando materiais mais espessos e mais fortes e, portanto, mais robustos. Por exemplo, para camadas de blindagem de pressão nas quais as camadas são geralmente formadas a partir de cabos enrolados com enrolamentos adjacentes na camada de intertravamento, a fabricação de fios a partir de materiais mais espessos resulta no aumento adequado da força. No entanto, quanto mais material é usado, o peso do tubo flexível aumenta. Por fim, o peso do tubo flexível pode se tornar um fator limitante na utilização do tubo flexível. Além disso, a fabricação de tubo flexível usando materiais cada vez mais grossos aumenta sensivelmente os custos de material, o que também é uma desvantagem.

[0007] Os terminais conectores de um tubo flexível podem ser usados para conectar segmentos do corpo de tubo flexível ou para conectá-los aos equipamentos terminais, como estruturas subaquáticas rígidas ou instalações flutuantes. Como tal, entre outros usos variados, o tubo flexível pode ser usado para fornecer um conjunto de elevação para transportar fluidos de uma linha de fluxo submarina para uma estrutura flutuante. Em tal conjunto de elevação, um primeiro segmento do tubo flexível pode ser conectado a um ou mais outros segmentos de tubo flexível. Cada segmento de tubo flexível inclui pelo menos um encaixe de extremidade. A Figura 2 ilustra um conjunto de elevação 200 adequado para transportar o fluido de produção, como um óleo e/ou gás e/ou água, de um local submarino 201 para uma instalação de produção flutuante 202.

[0008] Os tubos flexíveis podem se estender a uma distância considerável. Além disso, na superfície do mar, eles podem ser acoplados a plataformas de produção flutuantes que são livres para se mover dentro de um intervalo limitado amarradas. Por conseguinte, os tubos flexíveis podem mover- se consideravelmente ao longo do tempo. O movimento pode incluir dobra o tubo flexível. Eles também podem ser dinâmicos ou apresentar movimento periódico (incluindo de dobra), como resultado da ação das ondas. Tal movimento do tubo flexível pode representar o risco de danos ao tubo flexível, particularmente onde a dobra excede a capacidade da estrutura do corpo do tubo de absorver aquela flexão. Um tubo flexível pode ser particularmente suscetível a danos em consequência da tensão de flexão em um encaixe de extremidade acoplado a um corpo de tubo flexível. Consequentemente, é desejável medir a curvatura de um tubo flexível. Se a curvatura for monitorada ao longo do tempo, alterações que podem expor o tubo a danos podem ser detectadas conforme elas ocorrem. O monitoramento da curvatura pode incluir o monitoramento contínuo da curvatura de um tubo flexível e, portanto, observação da flexão conforme ela ocorre. Alternativamente, o monitoramento pode ser periódico, para determinar a forma atual do tubo flexível no momento da medição.

[0009] O documento EP-2065551-A2 (Schlumberger Holdings Limited (GB), Tortola (VG)) divulga um tubo flexível com um sensor de tensão de argola incorporado para detectar a formação e a localização de uma obstrução dentro do tubo pela detecção de uma variação de diâmetro do corpo do tubo localizada devido a um aumento na pressão de fluido. Embora alterações localizadas da tensão podem indicar flexão, tubos flexíveis são sujeitos a tensão ao longo do comprimento do tubo flexível, e isso pode dificultar os efeitos da flexão, dificultando ou impossibilitando a determinação da verdadeira curvatura de um tubo flexível.

[0010] Certas concretizações da invenção proporcionam a vantagem de que a curvatura de um tubo flexível pode ser determinada. Em certas concretizações da invenção, a curvatura do tubo flexível pode ser medida ao longo de uma parte ou de todo o comprimento do tubo flexível. A medição da curvatura de um tubo flexível pode possibilitar a detecção da excessiva flexão do tubo flexível. A excessiva flexão pode gerar um defeito no corpo de tubo flexível, e então, uma vez detectado, deve-se adotar medidas de reparação. De acordo com certas concretizações da presente invenção, um sensor de curvatura é instalado dentro da estrutura de um corpo de tubo flexível e um detector de curvatura é acoplado ao sensor de curvatura através de um encaixe de extremidade superior a bordo de uma plataforma de produção.

[0011] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é fornecido um corpo de tubo flexível compreendendo: um sensor de curvatura alongado, incorporando um sensor de tensão disposto para fornecer uma indicação da tensão de flexão aplicada ao sensor de curvatura; e uma camada de blindagem de tração, que compreende fios de blindagem à tração helicoidalmente enrolados, sendo o sensor de curvatura posicionado dentro da camada de blindagem de tração helicoidalmente enrolada adjacente a pelo menos um fio de blindagem de tração, de modo que a tensão de flexão aplicada ao corpo de tubo flexível seja transmitida ao sensor de curvatura; em que o sensor de curvatura é menor do que um fio de blindagem de tração adjacente em pelo menos um dentre a profundidade e a largura, e disposto para deslizar longitudinalmente em relação ao fio de blindagem de tração adjacente.

[0012] O sensor de curvatura pode compreender: um corpo sensor flexível e alongado; e um primeiro e segundo sensores de tensão alongados dispostos ao longo do corpo do sensor; em que o primeiro sensor de tensão pode ser disposto dentro de um plano neutro do corpo do sensor, de modo que a flexão do corpo do sensor em um plano estendendo-se ao longo do comprimento do corpo e normal ao plano neutro não aplica tensão ao primeiro sensor de tensão; em que o segundo sensor de tensão pode ser deslocado do plano neutro; e em que a tensão sentida pelo primeiro sensor de tensão pode ser um indicativo da tensão de tração aplicada ao longo do comprimento do corpo do sensor e a tensão detectada pelo segundo sensor de tensão pode ser indicativa da combinação da tensão de tração aplicada ao longo do comprimento do corpo do sensor e da tensão induzida pela flexão do corpo do sensor no plano se estendendo ao longo do comprimento do corpo do sensor e normal ao plano neutro.

[0013] De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, é fornecido um equipamento de duto que compreende: um corpo de tubo flexível, conforme descrito acima; um encaixe de extremidade acoplado a pelo menos uma extremidade do corpo do tubo; e um equipamento de detecção acoplado ao primeiro e segundo sensores de tensão do sensor de curvatura através do encaixe de extremidade; em que o equipamento de detecção é disposto para medir um perfil de tensão ao longo de cada um dos sensores de tensão.

[0014] De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção, é fornecido um método de detecção da forma de um corpo de tubo flexível, o corpo de tubo flexível compreendendo um sensor de curvatura alongado incorporando pelo menos um sensor de tensão disposto para fornecer uma indicação da tensão de flexão aplicada ao sensor de curvatura, e uma camada de blindagem de tração compreendendo fios de blindagem à tração helicoidalmente enrolados, com o sensor de curvatura sendo posicionado dentro da camada de blindagem de tração helicoidalmente enrolada adjacente a pelo menos um fio de blindagem de tração, de modo que a tensão de flexão aplicada ao corpo de tubo flexível é transmitida ao sensor de curvatura, em que o corpo do sensor de curvatura é menor do que um fio de blindagem de tração adjacente em pelo menos uma dentre a largura e a profundidade, e disposto para deslizar longitudinalmente em relação ao fio de blindagem de tração adjacente, o método compreendendo: calcular um perfil de tensão de flexão para o sensor de tensão; e determinar a forma do sensor de curvatura a partir do perfil de tensão de flexão; em que a forma determinada do sensor de curvatura é indicativa da forma do corpo de tubo flexível.

[0015] O sensor de curvatura pode compreender: um corpo sensor flexível e alongado; e um primeiro e segundo sensores de tensão alongados dispostos ao longo do corpo do sensor; em que o primeiro sensor de tensão pode ser posicionado dentro de um plano neutro do corpo do sensor, de modo que a flexão do corpo do sensor em um plano estendendo- se ao longo do comprimento do corpo do sensor e normal ao plano neutro não aplica tensão ao primeiro sensor de tensão; em que o segundo sensor de tensão pode ser deslocado do plano neutro; e em que a tensão sentida pelo primeiro sensor de tensão pode ser um indicativo da tensão de tração aplicada ao longo do comprimento do corpo do sensor e a tensão detectada pelo segundo sensor de tensão pode ser indicativa da combinação da tensão de tração aplicada ao longo do comprimento do corpo do sensor e da tensão induzida pela flexão do corpo do sensor no plano se estendendo ao longo do comprimento do corpo do sensor e normal ao plano neutro; e em que o método pode compreender ainda medir um perfil de tensão para cada um do primeiro e segundo sensores de tensão dispostos ao longo de um corpo sensor flexível e alongado; e em que o cálculo de um perfil de tensão de flexão pode compreender calcular um perfil de tensão de flexão indicativo da tensão de flexão aplicada ao sensor de curvatura dos perfis de tensão do primeiro e do segundo sensores de tensão.

[0016] De acordo com um quarto aspecto da presente invenção, é fornecido um método de formação de um corpo de tubo flexível, o método compreendendo: enrolar helicoidalmente os fios de blindagem à tração para formar uma camada de blindagem de tração; em que um sensor de curvatura alongado é helicoidalmente enrolado dentro da camada de blindagem de tração adjacente a pelo menos um fio de blindagem de tração, de modo que a tensão de flexão aplicada ao corpo de tubo flexível é transmitida para o sensor de curvatura, com o sensor de curvatura compreendendo um sensor de tensão disposto para fornecer uma indicação da tensão de flexão aplicada ao sensor de curvatura; em que o corpo do sensor de curvatura é menor do que um fio de blindagem de tração adjacente em pelo menos uma dentre a largura e a profundidade, e disposto para deslizar longitudinalmente em relação ao fio de blindagem de tração adjacente.

[0017] O sensor de curvatura pode compreender: um corpo sensor flexível e alongado; e um primeiro e segundo sensores de tensão alongados dispostos ao longo do corpo do sensor; em que o primeiro sensor de tensão pode ser posicionado dentro de um plano neutro do corpo do sensor, de modo que a flexão do corpo do sensor em um plano estendendo- se ao longo do comprimento do corpo do sensor e normal ao plano neutro não aplica tensão ao primeiro sensor de tensão; em que o segundo sensor de tensão pode ser deslocado do plano neutro; e em que a tensão sentida pelo primeiro sensor de tensão pode ser um indicativo da tensão de tração aplicada ao longo do comprimento do corpo do sensor e a tensão detectada pelo segundo sensor de tensão pode ser indicativa da combinação da tensão de tração aplicada ao longo do comprimento do corpo do sensor e da tensão induzida pela flexão do corpo do sensor no plano se estendendo ao longo do comprimento do corpo do sensor e normal ao plano neutro.

[0018] De acordo com um quinto aspecto da presente invenção, é fornecido um método de formação de um equipamento de duto, o método compreendendo: formar um corpo de tubo flexível, conforme descrito acima; acoplar um encaixe de extremidade a pelo menos uma extremidade do corpo do tubo; e acoplar um equipamento de detecção ao sensor de curvatura através do encaixe de extremidade; em que o equipamento de detecção é disposto para: calcular um perfil de tensão de flexão indicativo da tensão de flexão aplicada ao sensor da curvatura dos perfis de tensão do primeiro e segundo sensores de tensão; e determinar a forma do corpo de tubo flexível a partir do perfil de tensão de flexão.

[0019] É adicionalmente divulgado um sensor de curvatura que compreende: um corpo flexível e alongado; e um primeiro e segundo sensores de tensão alongados dispostos ao longo do corpo; em que o primeiro sensor de tensão é disposto dentro de um plano neutro do corpo, de modo que a flexão do corpo em um plano que se estende ao longo do comprimento do corpo e normal ao plano neutro não aplica tensão ao primeiro sensor de tensão; em que o segundo sensor de tensão é deslocado do plano neutro; e em que a tensão sentida pelo primeiro sensor de tensão é um indicativo da tensão de tração aplicada ao longo do comprimento do corpo e a tensão detectada pelo segundo sensor de tensão é indicativa da combinação da tensão de tração aplicada ao longo do comprimento do corpo e da tensão induzida pela flexão do corpo no plano se estendendo ao longo do comprimento do corpo e normal ao plano neutro.

[0020] Cada sensor de tensão pode compreender um sensor de tensão de fibra ótica acoplado ao corpo, de modo que a tensão de tração aplicada ao corpo é transmitida a ambos os sensores de tensão e a tensão de flexão aplicada ao corpo é transmitida para o segundo sensor de tensão.

[0021] O sensor de curvatura pode compreender ainda um sensor de temperatura disposto ao longo do corpo. O sensor de temperatura pode compreender um sensor de temperatura de fibra ótica acoplado ao corpo, de modo que a tensão de tração e a tensão de flexão aplicadas ao corpo não sejam transmitidas para a fibra ótica.

[0022] É adicionalmente divulgado um corpo de tubo flexível incluindo um sensor de curvatura, conforme descrito acima, sendo o sensor de curvatura incorporado na estrutura do corpo de tubo flexível ao longo de pelo menos parte do seu comprimento, de modo que a tensão de flexão aplicada ao corpo de tubo flexível seja transmitida para o sensor de curvatura.

[0023] O sensor de curvatura pode ser disposto de modo que a flexão do corpo de tubo flexível faz com que o corpo do sensor de curvatura se curve no plano que se estende ao longo do comprimento do corpo e normal ao plano neutro.

[0024] O sensor de curvatura pode ser helicoidalmente enrolado em torno do eixo longitudinal do corpo de tubo flexível.

[0025] O corpo do tubo flexível pode compreender ainda uma camada de blindagem de tração; em que a camada de blindagem de tração compreende fios de blindagem à tração helicoidalmente enrolados e o sensor de curvatura é posicionado dentro da camada de blindagem de tração helicoidalmente enrolada adjacente a pelo menos um fio de blindagem de tração.

[0026] O corpo do sensor de curvatura pode ser menor do que um fio de blindagem de tração adjacente em pelo menos um dentre a largura e a profundidade, e disposto para deslizar longitudinalmente em relação ao fio de blindagem de tração adjacente.

[0027] É adicionalmente divulgado um equipamento de duto que compreende: um corpo de tubo flexível, conforme descrito acima; um encaixe de extremidade acoplado a pelo menos uma extremidade do corpo do tubo; e um equipamento de detecção acoplado ao primeiro e segundo sensores de tensão do sensor de curvatura através do encaixe de extremidade; em que o equipamento de detecção é disposto para medir um perfil de tensão ao longo de cada um dos sensores de tensão.

[0028] O equipamento de detecção pode ser disposto para calcular um perfil de tensão de flexão indicativo da tensão de flexão aplicada ao sensor de curvatura dos perfis de tensão do primeiro e do segundo sensores de tensão.

[0029] O equipamento de detecção pode ser adicionalmente disposto para medir um perfil de temperatura ao longo do sensor de temperatura e para ajustar o cálculo do perfil de tensão de flexão para contabilizar o efeito da temperatura sobre os perfis de tensão para cada um dos sensores de tensão.

[0030] O equipamento de detecção pode ser adicionalmente disposto para determinar a forma do corpo de tubo flexível a partir do perfil de tensão de flexão.

[0031] É adicionalmente divulgado um método de detecção de curvatura, que compreende: medir um perfil de tensão para cada um do primeiro e do segundo sensores de tensão dispostos ao longo de um corpo flexível e alongado; em que o primeiro sensor de tensão é disposto dentro de um plano neutro do corpo, de modo que a flexão do corpo em um plano que se estende ao longo do comprimento do corpo e é normal ao plano neutro não aplica tensão ao primeiro sensor de tensão; em que o segundo sensor de tensão é deslocado do plano neutro; e em que a tensão detectada pelo primeiro sensor de tensão é indicativa da tensão de tração aplicada ao longo do comprimento do corpo e a tensão detectada pelo segundo sensor de tração é indicativa da combinação da tensão de tração aplicada ao longo do comprimento do corpo e da tensão induzida pela flexão do corpo no plano que se estende ao longo do comprimento do corpo e normal ao plano neutro; o método compreendendo ainda: calcular um perfil de tensão de flexão indicativo da tensão de flexão aplicada ao sensor de curvatura a partir dos perfis de tensão do primeiro e do segundo sensores de tensão; e determinar a forma do sensor de curvatura a partir do perfil de tensão de flexão.

[0032] O sensor de curvatura pode ser incorporado na estrutura de um corpo de tubo flexível ao longo de pelo menos parte do seu comprimento, de modo que a tensão de flexão aplicada ao corpo de tubo flexível é transmitida para o sensor de curvatura; em que a forma da curvatura é indicativa da forma do corpo de tubo flexível.

[0033] É adicionalmente divulgado um método de formação de um corpo de tubo flexível, o método compreendendo: incorporar um sensor de curvatura na estrutura de um corpo de tubo flexível ao longo de pelo menos parte do seu comprimento, de modo que a tensão de flexão aplicada ao corpo de tubo flexível é transmitida para o sensor de curvatura, o qual compreende: um corpo flexível alongado/ e um primeiro e segundo sensores de tensão alongados dispostos ao longo do corpo; em que o primeiro sensor de tensão é disposto dentro de um plano natural do corpo, de modo que a flexão do corpo em um plano que se estende ao longo do comprimento do corpo e normal ao plano neutro não aplica tensão ao primeiro sensor de tensão; em que o segundo sensor de tensão é deslocado do plano neutro; e em que a tensão detectada pelo primeiro sensor de tensão é indicativa da combinação da tensão de tração aplicada ao longo do comprimento do corpo e a tensão induzida pela flexão do corpo no plano que se estende ao longo do comprimento do corpo e normal ao plano neutro.

[0034] O método pode compreender ainda: enrolar helicoidalmente os fios de blindagem à tração para formar uma camada de blindagem de tração; em que o sensor de curvatura é helicoidalmente enrolado dentro da camada de blindagem de tração adjacente a pelo menos um fio de blindagem de tração.

[0035] É adicionalmente divulgado um método de formação de um aparelho de duto, o método compreendendo: formar um corpo de tubo flexível, conforme descrito acima; acoplar um encaixe de extremidade a pelo menos uma extremidade do corpo do tubo; e acoplar um equipamento de detecção ao sensor de curvatura através do encaixe de extremidade; em que o equipamento de detecção é disposto para: calcular um perfil de tensão de flexão indicativo da tensão de flexão aplicada ao sensor da curvatura a partir dos perfis de tensão do primeiro e segundo sensores de tensão; e determinar a forma do corpo de tubo flexível a partir do perfil de tensão de flexão.

[0036] O tubo pode ser para uso sob alta pressão na extração de petróleo e gás.

[0037] As concretizações da invenção serão adicionalmente descritas com referência aos desenhos associados, em que:

[0038] A Figura 1 ilustra um corpo de tubo flexível;

[0039] A Figura 2 ilustra um conjunto de riser que incorpora um corpo de tubo flexível;

[0040] A Figura 3 ilustra um sensor de curvatura formando parte de um corpo de tubo flexível de acordo com uma concretização da presente invenção;

[0041] A Figura 4 ilustra uma seção transversal do sensor de curvatura da Figura 3;

[0042] A Figura 5 ilustra um detector de curvatura acoplado a um corpo de tubo flexível, incorporando o sensor de curvatura da Figura 3 de acordo com uma concretização da presente invenção;

[0043] A Figura 6 ilustra a implantação do sensor de curvatura da Figura 3 ao longo de um corpo de tubo flexível de acordo com uma concretização da presente invenção; e

[0044] A Figura 7 é um fluxograma ilustrando um método de medição da curvatura de um corpo de tubo flexível de acordo com uma concretização da presente invenção.

[0045] Nos desenhos, números de referência semelhantes se referem a partes semelhantes.

[0046] Em toda essa descrição, será feita referência a um tubo flexível. Será compreendido que um tubo flexível é uma montagem de uma porção de um corpo de tubo flexível e um ou mais terminais conectores em cada um dos quais uma respectiva extremidade do corpo do tubo é terminada. A Figura 1 ilustra como o corpo do tubo 100 é formado de acordo com uma concretização da presente invenção a partir de uma combinação de materiais em camadas que formam um canal sob pressão. Embora várias camadas particulares sejam ilustradas na Figura 1, deve ser compreendido que a presente invenção é amplamente aplicável a estruturas do corpo do tubo coaxiais, incluindo duas ou mais camadas fabricadas a partir de uma variedade de possíveis materiais. Por exemplo, o corpo do tubo pode ser formado a partir de camadas poliméricas, camadas metálicas, camadas compósitas ou uma combinação de diferentes materiais. Deve ser adicionalmente notado que as espessuras da camada são mostradas apenas para fins ilustrativos. Como usado na presente invenção, o termo “compósito” é usado para referir-se, em geral, a um material que é formado por dois ou mais materiais diferentes, por exemplo, um material formado a partir de um material de matriz e fibras de reforço.

[0047] Conforme ilustrado na Figura 1, um corpo de tubo inclui uma camada de carcaça mais interna opcional 101. A carcaça fornece uma construção unida que pode ser usada como a camada mais interna para impedir, total ou parcialmente, o colapso de uma bainha de pressão interna 102 devido à descompressão do tubo, pressão externa e pressão de blindagem de tração e cargas de esmagamento mecânico. A camada de carcaça é, geralmente, uma camada metálica, formada a partir de, por exemplo, aço inoxidável. A camada de carcaça também pode ser formada a partir de compósito, polímero ou outro material, ou a partir de uma combinação de materiais. Será notado que certas concretizações da presente invenção são aplicáveis às operações de “poço regular” (ou seja, sem uma carcaça), bem como tais aplicações de “tubo rugoso” (com uma carcaça).

[0048] A bainha de pressão interna 102 atua como uma camada de retenção de fluido e é composta por uma camada de polímero que garante a integridade interna do fluido. Deve ser compreendido que essa camada pode, em si, compreender várias subcamadas. Será notado que quando a camada de carcaça opcional é utilizada, a bainha de pressão interna é muitas vezes referida pelas pessoas versadas na técnica como uma camada de barreira. Em operação sem tal carcaça (chamada operação de poço liso), a bainha de pressão interna pode ser referida como um revestimento.

[0049] Uma camada de blindagem de pressão opcional 103 é uma camada estrutural que aumenta a resistência do tubo flexível à pressão interna e externa e às cargas mecânicas de esmagamento. A camada também suporta, estruturalmente, a bainha de pressão interna, e tipicamente pode ser formada a partir de uma construção unida de fios enrolados com um ângulo de posicionamento em uma construção unida de fios com um ângulo de posicionamento próximo de 90°. A camada de blindagem de pressão é, geralmente, uma camada metálica, formada a partir de, por exemplo, aço carbono. A camada de blindagem de pressão também pode ser formada a partir de compósito, polímero ou outro material, ou a partir de uma combinação de materiais.

[0050] O corpo de tubo flexível também inclui uma primeira camada de blindagem de tração opcional 105 e uma segunda camada de blindagem de tração opcional 106. Cada camada de blindagem de tração é usada para sustentar as cargas de tração e a pressão interna. A camada de blindagem de tração é geralmente formada a partir de uma pluralidade de fios metálicos (para conferir resistência à camada) que estão localizados em uma camada interna e que estão helicoidalmente enrolados ao longo do comprimento do tubo a um ângulo de posicionamento tipicamente entre cerca de 10° a 55°. As camadas de blindagem à tração são geralmente contraenroladas em pares. As camadas de blindagem à tração são, em geral, camadas metálicas, formadas a partir de, por exemplo, aço carbono. As camadas de blindagem à tração também poderiam ser formadas a partir de compósito, polímero ou outro material, ou a partir de uma combinação de materiais.

[0051] O corpo de tubo flexível mostrado também inclui camadas opcionais de fita 104, que ajudam a conter camadas subjacentes e, em certa medida, evitam a abrasão entre as camadas adjacentes. A camada de fita pode ser um polímero ou compósito, ou uma combinação de materiais.

[0052] O corpo de tubo flexível também inclui, tipicamente, camadas opcionais de isolamento 107 e uma bainha externa 108, que compreende uma camada polimérica usada para proteger o tubo contra a penetração da água do mar e outros ambientes externos, corrosão, abrasão e danos mecânicos.

[0053] Cada tubo flexível compreende pelo menos uma porção, às vezes referida como um segmento ou seção do corpo de tubo flexível 100 juntamente com um encaixe de extremidade localizado em uma extremidade ou em ambas as extremidades do tubo flexível. Um encaixe de extremidade fornece um dispositivo mecânico que forma a transição entre o corpo de tubo flexível e um conector. As camadas de tubo diferentes, conforme indicado, por exemplo, na Figura 1, são terminadas no encaixe de extremidade, de modo a transferir a carga entre o tubo flexível e o conector.

[0054] A Figura 2 ilustra um conjunto de elevação 200 adequado para transportar o fluido de produção, como um óleo e/ou gás e/ou água, de um local submarino 201 para uma instalação flutuante 202. Por exemplo, na Figura 2, o local submarino 201 inclui uma linha de fluxo submarina 205. A linha de fluxo flexível 205 compreende um tubo flexível, apoiado total ou parcialmente sobre o leito do mar 204 ou enterrado abaixo do fundo do mar, e usado em uma aplicação estática. A instalação flutuante pode ser dotada de uma plataforma e/ou boia ou, como ilustrado na Figura 2, um navio. A montagem de elevação 200 é fornecida como um elevador flexível, ou seja, como um tubo flexível 203 conectando o navio à instalação do leito do mar. O tubo flexível pode estar em segmentos do corpo de tubo flexível, com terminais conectores de ligação. A Figura 2 também ilustra como as porções do tubo flexível podem ser utilizadas como uma linha de fluxo 205 ou ponte 206. Será notado que há diferentes tipos de tubos de subida, tal como é bem conhecido pelas pessoas versadas na técnica. As concretizações da presente invenção podem ser utilizadas com qualquer tipo de elevador, com um elevador livremente suspenso (elevador livre, catenário), um elevador em certa medida restrito (boias, correntes), um elevador totalmente restrito ou incluído em um tubo (tubos em formato de I ou J).

[0055] De acordo com uma concretização da presente invenção, a curvatura de um tubo flexível pode ser medida usando um sensor de curvatura que é posicionado dentro da estrutura do corpo de tubo flexível. Por exemplo, um sensor de curvatura alongado pode ser substituído por um componente estrutural do corpo de tubo flexível (por exemplo, um fio de tração dentro de uma camada de blindagem de tração 105, 106). No entanto, será notado que o sensor de curvatura pode ser incorporado na estrutura do tubo flexível dentro de uma camada diferente ou pode ser acoplado ao tubo flexível de outras maneiras, por exemplo, por acoplamento para fora ou para dentro do tubo flexível. Vantajosamente, a incorporação dentro de uma camada de blindagem de tração proporciona um grau de proteção para o sensor de curvatura. Além disso, é importante evitar a sobrecarga do sensor de curvatura, o que poderia ocorrer se o sensor de curvatura fosse rigidamente acoplado a um tubo flexível que é, em seguida, submetido a um alto grau de flexão sobre um comprimento relativamente curto. Como será descrito mais detalhadamente abaixo, a incorporação do sensor de curvatura em uma camada de blindagem de tração, de modo que o sensor possa deslizar em relação aos fios de blindagem à tração adjacentes, permite que o sensor suporte um elevado grau de flexão.

[0056] De acordo com uma concretização da presente invenção, o sensor de curvatura alongado pode compreender pelo menos um sensor de tensão disposto para fornecer uma indicação da tensão de flexão aplicada ao sensor de curvatura. Em certas concretizações descritas abaixo, o sensor de curvatura alongado compreende um primeiro e um segundo sensores de tensão. Um primeiro sensor de tensão é posicionado dentro de um plano neutro de um corpo do sensor de curvatura, de modo que ele não seja tensionado pela flexão do sensor de curvatura. Especificamente, para um sensor alongado, o plano neutro compreende um plano que se estende através do sensor geralmente paralelo ao eixo longitudinal do sensor para o qual a flexão dentro de um plano perpendicular, que também é paralelo ao eixo longitudinal do sensor, não causa uma alteração no comprimento (e, portanto, na tensão) para um sensor de tensão posicionado dentro daquele plano neutro. De acordo com as propriedades materiais do corpo do sensor de curvatura, o plano neutro pode ser geralmente posicionado dentro do meio do corpo. Consequentemente, isto significa que a tensão detectada pelo primeiro sensor de tensão resulta apenas da tensão aplicada ao longo do comprimento do sensor de curvatura.

[0057] Pelo menos um segundo sensor de tensão é posicionado deslocado do plano neutro do sensor de curvatura, geralmente ao longo do comprimento do sensor. O segundo sensor de tensão sente a tensão aplicada ao longo do comprimento do sensor de curvatura, mas também sente a tensão resultante da flexão do sensor de curvatura em um plano perpendicular, que também é paralelo ao eixo longitudinal do sensor. Se o sensor de curvatura for acoplado a um corpo de tubo flexível, então a flexão do sensor de curvatura resulta da flexão do tubo flexível e, portanto, a tensão de flexão medida é indicativa da flexão do tubo flexível (e, portanto, a curvatura do tubo pode ser determinada). A tensão detectada pelo primeiro sensor de tensão pode ser usada para compensar a tensão de tração detectada pelo segundo sensor de tensão a fim de calcular a tensão causada apenas pela flexão do corpo de tubo flexível. Será notado que é possível gerar redundância ao fornecer vários primeiros e/ou segundos sensores de tensão.

[0058] De acordo com certas concretizações da presente invenção, o primeiro e o segundo sensores de tensão podem compreender sensores de tensão óticos. No entanto, a presente invenção não se limita ao uso dos sensores de tensão óticos. Pelo contrário, a presente invenção abrange o uso de qualquer tecnologia de detecção de tensão conhecida pela pessoa versada na técnica que permite que a tensão seja detectada continuamente ou em locais discretos, espaçados ao longo do comprimento de um sensor alongado que pode ser implantado ao longo do comprimento de um corpo de tubo flexível. De preferência, os sensores de tensão fornecem um perfil contínuo da tensão detectada ao longo de seu comprimento. Além disso, certas concretizações da presente invenção serão descritas em conjunto com um sensor de tensão de curvatura implantado dentro de uma camada de blindagem de tração de um corpo de tubo flexível. No entanto, a presente invenção não se limita a isso e um sensor de tensão de curvatura adequado poderia ser implantado em qualquer lugar dentro da estrutura de um corpo de tubo flexível, ou acoplado a um corpo de tubo flexível. O único requisito é que haja pelo menos um primeiro e um segundo sensores de tensão, com um sensor sendo posicionado dentro de um plano neutro de um sensor de curvatura e um posicionado deslocado do plano neutro.

[0059] Há um desejo crescente para o monitoramento contínuo de vários parâmetros de tubos flexíveis, tais como tensão, temperatura e acústica, para ajudar as alterações que afetam o tubo flexível. Tais alterações poderiam resultar na falha estrutural do tubo flexível, por exemplo, em vazamento, quebra de fio, excesso de flexão na tubulação (flexão acima do nível máximo permitido sem o risco de danos) e interação entre a tubulação e o ambiente externo, como por exemplo, colisões com outros objetos. Uma maneira que foi sugerida para monitorar os parâmetros dos tubos flexíveis é o uso de um sistema de fibra ótica. Como um método de monitoramento da tensão, da temperatura e da acústica nos tubos flexíveis, há a incorporação de fibras óticas desencapadas e/ou de fibras em tubos de metal (FIMTs) dentro de um canal protetor ao longo do comprimento de um corpo de tubo flexível e conectado a um detector de interrogação fora do tubo flexível. Uma fibra ótica pode ser usada como um elemento sensorial ou sensor. A fibra é usada como uma fibra ótica para transmitir luz, e é geralmente feita de vidro. As fibras óticas podem ser usadas, por exemplo, como medidores de tensão, termômetros e indicadores de temperatura. Medições de temperatura ou tensão podem ser feitas, que são localizadas, distribuídas ou semidistribuídas dependendo da maneira com a qual a fibra ótica é interrogada e de como as regiões/sensores na fibra ótica estão dispostos(as). A tensão pode ser detectada incluindo um FIMT, que é ligado a um canal que apoia o FIMT, de modo que a tensão aplicada ao canal seja transferida para o FIMT. A temperatura pode ser monitorada incluindo um FIMT que não é ligado ao interior do canal e que é, portanto, capaz de registrar a temperatura independentemente da tensão.

[0060] Referindo-se agora às Figuras 3 e 4, um sensor de curvatura 300 de acordo com uma concretização da invenção será agora descrito. O sensor de curvatura 300 é apropriado para detectar a tensão causada pela flexão do sensor de curvatura 300 (e, portanto, a flexão de um corpo de tubo flexível incorporando o sensor de curvatura 300). A Figura 4 é uma seção transversal do sensor de curvatura 300 da Figura 3, olhando para a extremidade do sensor de curvatura 300 na vista em perspectiva da Figura 3. O sensor de curvatura 300 compreende um corpo 301. Um perfil de corpo retangular é mostrado, no entanto, a forma pode variar. Por exemplo, os cantos podem ser arredondados. O sensor de curvatura 300 é moldado de modo que ele pode tomar o lugar de um fio de blindagem de tração 306 de uma camada de blindagem de tração 105, 106, dentro de um corpo de tubo flexível. O corpo 301 pode ser formado a partir de um polímero. Um polímero de baixo atrito pode ser selecionado, de modo que o corpo pode deslizar em relação aos fios de blindagem à tração adjacentes 306. De preferência, o sensor de curvatura 300 não é ligado à estrutura de tubulação para evitar a sobrecarga do sensor de curvatura 300. Para um sensor de curvatura 300 incorporado em uma camada de blindagem de tração, de preferência o sensor de curvatura 300 é ligeiramente menor do que os fios de blindagem à tração adjacentes 306 em pelo menos uma dimensão. Por exemplo, para os fios de armadura que são de aproximadamente 12 mm por 7 mm, o sensor de curvatura 300 pode ser de aproximadamente 12 mm por 6,8 mm. O resultado da profundidade reduzida é que o sensor de curvatura 300 pode deslizar em relação aos fios de blindagem à tração adjacentes 306, de modo que a tensão aplicada por um alto grau de flexão localizada pode ser aliviada e distribuída ao longo do comprimento do sensor de curvatura 300.

[0061] O sensor de curvatura 300 encapsula o primeiro e o segundo sensores de tensão 302, 304. O primeiro e o segundo sensores de tensão 302, 304 podem compreender FIMTs sensores de tensão. Cada FIMT compreende um tubo metálico 310 para proteger a fibra ótica e que está ligado ao corpo do sensor 301, ou de outra forma, firmemente preso ao corpo do sensor de curvatura, de modo que a tensão aplicada ao sensor de curvatura 300 na tensão ou flexão é transferida diretamente para cada FIMT. Dentro de cada FIMT, a fibra ótica 312 é incorporada em um gel ou outros compostos 314, de modo que a tensão aplicada ao tubo metálico 310 é transferida para a fibra ótica 312. Desta forma, a tensão aplicada ao sensor de curvatura pode ser medida pelo monitoramento da transmissão e da reflexão da luz ao longo da fibra ótica 312, conforme será descrito abaixo.

[0062] O sensor de curvatura 300 é disposto para detectar a flexão de um tubo flexível, que compreende a flexão do tubo sobre de um eixo que é perpendicular ao eixo longitudinal do tubo flexível. Referindo-se à seção transversal da Figura 4, quando acoplado a um corpo de tubo flexível, o eixo Y está na direção radial do tubo flexível, e o eixo X é geralmente circunferencial sobre o tubo flexível (para um sensor de curvatura que é geralmente disposto ao longo do eixo longitudinal do tubo flexível). Será notado que, em certas concretizações, o sensor de curvatura 300 pode ser helicoidalmente enrolado em torno do corpo de tubo flexível, de modo que o eixo X não seja verdadeiramente circunferencial. O sensor de curvatura 300 pode ser helicoidalmente enrolado com uma inclinação fixa. A flexão do tubo flexível faz com que o sensor de curvatura 300 se dobre sobre o eixo X. Na seção transversal da Figura 4, o primeiro sensor de tensão 302 está posicionado dentro do plano neutro 308 do sensor de curvatura 300.

[0063] Conforme discutido acima, o plano neutro 308 é um plano dentro do qual não há alteração no comprimento causado pela flexão do sensor de curvatura 300 em um plano paralelo ao eixo Y e ao eixo longitudinal do sensor de curvatura 300. A flexão fará com que o corpo do sensor 301 em um lado do eixo neutro 308 seja comprimido e o corpo do sensor 301, do outro lado do eixo neutro 308, seja esticado. Será notado, portanto, que quando o sensor de curvatura 300 se dobra, o primeiro sensor de tensão 302 não muda de comprimento e, assim, nenhuma tensão é detectada. O primeiro sensor de tensão 302, portanto, detecta apenas a tensão de tração estendendo-se ao longo do comprimento do sensor de curvatura 300. Será notado que pode haver um segundo plano neutro dentro do sensor de curvatura 300 a 90° em relação ao primeiro plano neutro 308 resultante da consideração de como o sensor de curvatura 300 se curva quando é dobrado sobre o eixo Y. No entanto, quando o sensor de curvatura 300 está posicionado dentro de uma camada de blindagem de tração 105, 106, a flexão do sensor de curvatura 300 no plano do primeiro plano neutro é substancialmente evitada pela construção do corpo de tubo flexível e, então, para certas concretizações do sensor de curvatura 300, ela não é necessária para o primeiro sensor de tensão 302 ser posicionado dentro do segundo plano neutro. O primeiro sensor de tensão 302 pode ser deslocado do centro do sensor de curvatura 300, como mostrado nas Figuras 3 e 4, contanto que ele permaneça no plano neutro 308.

[0064] O segundo sensor de tensão 304 é deslocado do plano neutro 308 e, em seguida, quando o sensor de curvatura se curva, o segundo sensor de tensão 304 é esticado ou comprimido, resultando em uma tensão mensurável. Será notado que pode ser fornecido outro segundo sensor de tensão 304 no lado oposto do plano neutro, de modo que quando o sensor é dobrado, um segundo sensor de tensão 304 será esticado e o outro será comprimido. O segundo sensor de tensão 304 também detecta a tensão de tração que se estende ao longo do comprimento do sensor de curvatura, o que poderia mascarar a tensão devido à flexão. No entanto, ao medir separadamente a tensão de tração usando o primeiro sensor de tensão 302, os efeitos da tensão de tração podem ser compensados. Essa compensação pode ser realizada subtraindo-se a tensão medida pelo primeiro sensor de tensão 302 da tensão detectada pelo segundo sensor de tensão 304, de modo que a tensão causada apenas pela flexão pode ser calculada.

[0065] O limite de tensão do sensor de curvatura é limitado pela capacidade dos sensores de tensão para detectar a tensão. Nesse sentido, uma técnica de detecção adequada é selecionada de acordo com a faixa de tensão esperada. Para um corpo de tubo flexível do tipo descrito acima, de acordo com a Figura 1, espera-se que a faixa de tensão que poderia ser experimentada devido à tensão de tração e a tensão de flexão resulte em uma alteração menor do que 1% do comprimento dos sensores de tensão até mesmo para o mais alto grau de flexão previsto: ou seja -1% (compressão) a +1% (tensão). Tal faixa de detecção de tensão pode ser adequadamente detectada usando um detector de Brillouin acoplado aos sensores de tensão (ou detectores de Brillouin separados acoplados a cada sensor de tensão).

[0066] O espalhamento de Brillouin ocorre quando a luz transmitida ao longo de uma fibra ótica interage com variações de tempo e espaço periódicas no índice de refração da fibra ótica. Para feixes de luz intensos que se deslocam ao longo de uma fibra ótica, variações no campo elétrico do feixe luminoso produzem ondas acústicas dentro da fibra ótica através da pressão de eletrostrição ou radiação. O feixe sofre espalhamento de Brillouin dessas vibrações, sendo a luz espalhada normalmente refletida na direção oposta ao feixe de entrada em um processo conhecido como espalhamento de Brillouin estimulado. A luz dispersa refletida pode ser detectada. O espalhamento de Brillouin é fortemente dependente tanto da temperatura da fibra ótica como da densidade de material da fibra ótica (que é afetada pela tensão aplicada na fibra ótica). Ao analisar a luz dispersa de um pulso de luz transmitido ao longo da fibra ótica que retornou e, em particular, o atraso de tempo da luz espalhada recebida, variações no espalhamento de Brillouin e, portanto, variações de tensão e temperatura ao longo do comprimento da fibra ótica podem ser detectadas. Pode ser estabelecido um perfil linear de mudanças na dispersão ao longo das fibras óticas. Presume-se que a pessoa versada na técnica estará familiarizada com os detalhes dos detectores de Brillouin.

[0067] Será apreciado que, como o espalhamento de Brillouin é afetado pela tensão e pela temperatura, pode ser difícil ou impossível separar as duas medições utilizando os sensores de tensão 302, 304 por si mesmos. Consequentemente, para contabilizar o efeito das variações de temperatura ao longo do comprimento do sensor de curvatura, um outro sensor de temperatura 316 é fornecido para medir a temperatura. O sensor de temperatura 316 pode compreender um FIMT preenchido livre, de modo que as fibras óticas 318 dentro do tubo metálico 320 não estejam tensionadas pela flexão do sensor de curvatura ou tensão de tração aplicada ao sensor de curvatura. Para garantir que as fibras óticas 308 não estejam tensionadas, as fibras óticas podem ser inseridas, de modo que o comprimento das fibras exceda ligeiramente o comprimento do tubo metálico para garantir que as fibras óticas permanecem soltas. Três fibras óticas 318 são mostradas dentro do sensor de temperatura 316. Será notado que uma fibra ótica 318 é suficiente, no entanto, o fornecimento de várias fibras óticas 318 possibilita redundância em caso de dano a uma das fibras óticas 318 e também pode permitir que um componente FIMT padrão seja incorporado no sensor de curvatura.

[0068] A fim de detectar alterações na temperatura ao longo do sensor de temperatura, uma vez que essas podem ser usadas para corrigir os efeitos de alterações na temperatura para as medições do sensor de tensão, estas mudanças de temperatura podem ser medidas diretamente pela utilização do sensor de temperatura. Uma dessas abordagens conhecidas usando um sistema de fibra ótica é chamada de detecção de temperatura distribuída (DTS). Vantajosamente, o DTS permite que mudanças de temperatura sejam detectadas e localizadas ao longo do comprimento de uma fibra ótica. Em algumas formas de DTS, um perfil de temperatura absoluto pode ser estabelecido ao longo da fibra ótica (e, portanto, ao longo do corpo de tubo flexível) bem como a detecção de alterações transitórias de temperatura. O uso de DTS é particularmente atraente para o uso na indústria de petróleo e gás, uma vez que ele não exige o uso de componentes eletrônicos ou a passagem de sinais elétricos dentro do corpo de tubo flexível. De fato, o único componente eletrônico compreende a instrumentação de detecção acoplada a uma extremidade da fibra ótica, e que pode ser posicionada em uma extremidade do corpo de tubo flexível fora do anel do corpo do tubo.

[0069] O DTS funciona por meio da transmissão de pulsos de curta duração de luz ao longo da fibra ótica e pelo monitoramento do retorno da luz refletida. Os pulsos de luz interagem com o reticulado cristalino da fibra de vidro e o deslocamento de frequência da luz retroespalhada depende da temperatura do vidro. O tempo no qual cada porção da luz que retorna chega, em relação ao tempo dos pulsos transmitidos, pode ser usado para determinar a localização ao longo da fibra da qual a luz é espalhada. Um perfil de temperatura ao longo do comprimento da fibra pode ser definido. Presume-se que a pessoa versada na técnica estará familiarizada com os detalhes do DTS convencional.

[0070] Sistemas DTS para medição e monitoramento dos perfis de temperatura ao longo das fibras óticas estão comercialmente disponíveis e são bem utilizados na indústria de petróleo e gás. Tipicamente, um sistema DTS pode localizar uma medição de temperatura para uma resolução espacial de 1 m e com uma precisão de 1°C. Um único sistema DTS pode monitorar uma fibra ótica, estendendo-se ao longo de um duto por até 30 Km. Um sistema DTS compreende um reflectômetro ótico acoplado a uma fibra ótica, juntamente com a fonte de alimentação associada e o equipamento de monitoramento. Ele pode compreender também reflectometria ótica de domínio temporal (OTDR) ou a reflectometria ótica no domínio da frequência (OFDR).

[0071] Referindo-se agora à Figura 5, um detector de curvatura 500 será descrito agora. A Figura 5 ilustra o detector de curvatura 500 acoplado a um corpo de tubo flexível 502, que pode ser do tipo indicado na Figura 1. O detector de curvatura 500 é disposto para medir a curvatura do corpo de tubo flexível 502 ao longo de seu comprimento através do monitoramento do sensor de curvatura 300, ao qual ele é acoplado através de um encaixe de extremidade 504.

[0072] O monitor de curvatura 500 pode compreender pelo menos um reflectômetro ótico. A curvatura da Figura 5 mostra o sensor ótico acoplado às fibras óticas 312 e 318 para cada um do primeiro e segundo sensores de tensão 302 e 304, e o sensor de temperatura 316 através de um multiplexador 508. O multiplexador 508 permite que cada fibra ótica seja monitorada uma após a outra. No entanto, será notado que, alternativamente, pode haver um reflectômetro ótico separado para cada fibra ótica, de modo que todas elas possam ser monitoradas simultaneamente.

[0073] O reflectômetro ótico compreende um laser 506 disposto para gerar pulsos de luz. O laser 506 é acoplado ao multiplexador 508 através de um espelho parcialmente refletor 510. A luz que retornou espalhada ou dispersa passa pelo multiplexador 508 antes de ser desviada do trajeto de luz original pelo espelho parcialmente refletor 510. A luz que retornou passa para um analisador 512. O analisador 512 é disposto para comparar os pulsos de luz transmitidos e a luz que retornou para fornecer um perfil de temperatura ao longo do comprimento da fibra ótica 318 ou um perfil de tensão ao longo do comprimento de uma das fibras óticas 312. O processador 514 é disposto para determinar a flexão ao longo do comprimento do monitor de curvatura 300, conforme medida pelo segundo sensor de tensão 304 depois de subtrair os efeitos da tensão de tração ao longo do comprimento do sensor de curvatura 300 usando o perfil de tensão obtido do primeiro sensor de tensão 302 e depois de contabilizar os efeitos da temperatura ao longo do comprimento do sensor de curvatura 300 usando a temperatura perfilada obtida pelo sensor de temperatura 316.

[0074] Como indicado acima, para que a invenção funcione de maneira eficaz, a quantidade de tensão gerada pela flexão do sensor de curvatura 300 em torno do seu eixo neutro precisa estar dentro da faixa mensurável do instrumento de Brillouin interrogador. Referindo-se à Figura 6, esta mostra um exemplo de uma instalação de sensor de curvatura. Um sensor de curvatura 300 se move em espiral dentro de uma camada de blindagem de tração de um corpo de tubo flexível 600 com um ângulo de posicionamento 602 (em relação ao eixo longitudinal 604 do corpo do tubo 600) de 40°. O sensor de curvatura 300 é mostrado semitransparente, onde ele está atrás do corpo de tubo flexível 600. O corpo de tubo flexível 600 tem um diâmetro 606 de 0,4 m (para a camada de blindagem de tração, onde o monitor de curvatura é posicionado, medido até o ponto do sensor de curvatura mais próximo ao centro do corpo do tubo). O corpo de tubo flexível 600 é mostrado curvado com um raio de curvatura 608 típico de 3,5 m (até o centro do corpo de tubo flexível 600). Com referência à seção transversal do sensor de curvatura 300 na Figura 4, em uma concretização, o sensor de curvatura pode ser de 6,8 mm de espessura na direção radial (eixo Y), com o eixo neutro 308 estando no ponto médio do sensor de curvatura 300, e o deslocamento do segundo sensor de tensão 304 pode ser 2,5 mm (de modo que o segundo sensor de tensão 304 esteja 2,5 mm mais para fora do centro do corpo de tubo flexível 600 do que o primeiro sensor de tensão 302).

[0075] A tensão de tração aplicada ao segundo sensor de tensão como resultado da flexão de um corpo de tubo flexível 600, conforme indicado na Figura 6, será maior para aquelas porções do sensor de curvatura 300 do lado de fora da curva do corpo do tubo. Será notado que a tensão de compressão aplicada ao segundo sensor de tensão no interior de cada curva será substancialmente igual.

[0076] A tensão (ε) é um parâmetro adimensional calculado levando-se em consideração a mudança de comprimento (y) de um componente em relação ao comprimento total (l) de um componente: ε = y/l

[0077] A tensão de flexão aplicada ao segundo sensor de tensão é igual à quantidade pela qual o segundo sensor de tensão é esticado (ou comprimido) dividido pelo comprimento daquela porção do segundo sensor de tensão antes da flexão ser aplicada. O comprimento ao longo de um arco é igual ao raio do arco (R) multiplicado pelo ângulo (x) do arco em radianos: comprimento do arco = x*R

[0078] Para o sensor de curvatura 300, uma vez que o primeiro sensor de tensão encontra-se ao longo do eixo neutro, o seu comprimento não se altera na medida em que o sensor de curvatura é dobrado. Portanto, assumindo temporariamente que o sensor de curvatura se desloca na direção longitudinal ao longo do comprimento do tubo flexível, o deslocamento do segundo sensor de pressão é r e o raio da curva para o primeiro sensor de tensão é R, e então, a mudança de comprimento (y) ao longo de um arco pode ser calculada como: y = x*(r+R) - x*R = x*r

[0079] O comprimento original do segundo sensor de tensão é igual ao comprimento do primeiro sensor de tensão ao longo do arco (x*R), de modo que o comprimento total (I) do segundo sensor de tensão esticado pode ser calculado como: I = x*r + x*R = x*(r+R)

[0080] A tensão ao longo do arco pode, portanto, ser calculada como ε = y/l = (x*r)/x*(r+R) = r/(r+R)

[0081] No exemplo da Figura 6: r = 2,5 mm R = raio de curva do tubo mais metade do diâmetro do corpo do tubo, mais metade da espessura do monitor de curvatura: 3500 + 200 + 3,4 = 3703,4 mm. Portanto: ε = y/l = r/(r+R) = 2,5 / (3500 + 200 + 3,4 + 2,5) = 6,74 * 10-4

[0082] Para um sensor de curvatura que é helicoidalmente enrolado sobre o eixo longitudinal do corpo de tubo flexível, conforme indicado na Figura 6, a flexão inclui a flexão causada pelo enrolamento helicoidal. Apenas uma proporção da tensão aplicada ao segundo sensor de tensão é um resultado da flexão do tubo flexível. A tensão causada pela flexão do corpo de tubo flexível 600 é a porção da tensão medida pelo segundo sensor de tensão 304 que se desloca ao longo do eixo longitudinal do corpo de tubo flexível: Tensão de flexão = cos 40° * 6,74 * 10-4 = 5,16 * 10-4

[0083] Essa tensão de flexão está dentro do intervalo de medição para um sensor de Brillouin.

[0084] Referindo-se agora à Figura 7, um fluxograma descrevendo um método de medição da curvatura de um corpo de tubo flexível será agora descrito. Na etapa 700, um detector de curvatura, por exemplo, como mostrado na Figura 5, é acoplado a um sensor de curvatura, por exemplo, como mostrado nas Figuras 3 e 4, que é disposto ao longo do comprimento pelo menos parte de um corpo flexível, por exemplo, como mostrado na Figura 6. Na etapa 702, o detector de curvatura mede a tensão detectada pelo primeiro e pelo segundo sensores de tensão e a temperatura detectada pelo sensor de temperatura dentro do sensor de curvatura. Em concretizações particulares da invenção, a tensão e a temperatura medidas compreendem os perfis de tensão e temperatura ao longo de uma parte ou de todo o comprimento da fibra ótica que forma cada sensor. Na etapa 704, os perfis de tensão e temperatura são processados para determinar a curvatura do sensor de curvatura ao longo do seu comprimento. Dado o conhecimento da disposição inicial do sensor de curvatura em relação ao corpo de tubo flexível (por exemplo, que é helicoidalmente enrolado sobre o eixo longitudinal do corpo de tubo flexível), a curvatura do tubo flexível pode ser determinada por comparação da curvatura medida do sensor de curvatura com a curvatura esperada do sensor de curvatura para uma tubulação linear.

[0085] Será notado que uma concretização específica de um sensor de curvatura foi descrita neste documento com base no uso da detecção de tensão de Brillouin e a tecnologia de detecção de temperatura distribuída. No entanto, a presente invenção não está limitada a isto. De fato, para um sensor de curvatura com base no uso dos sensores de tensão baseados em fibra ótica, embora a tecnologia do detector de Brillouin é adequada devido à faixa de tensão esperada para o exemplo específico de uma instalação de tubo flexível, outras técnicas de detecção de tensão ótica podem ser igualmente adequadas ou preferíveis, dependendo do cenário de implantação particular. Presume-se que a pessoa versada na técnica esteja bem familiarizada com as técnicas de detecção ótica e seja capaz de selecionar uma abordagem adequada, dependendo do cenário de implantação. Técnicas de detecção de tensão ótica alternativas podem não ser afetadas pela temperatura e, portanto, a separação da detecção e a compensação de temperatura pode não ser necessária. Onde a detecção da temperatura é necessária ou desejável para separar os efeitos em uma fibra ótica da tensão e da temperatura, podem ser utilizadas outras técnicas adequadas para detecção da temperatura do sensor de curvatura, e essas não precisam ser óticas.

[0086] Com efeito, embora as técnicas de detecção de tensão ótica sejam descritas no presente relatório descritivo, o primeiro e o segundo sensores de tensão não precisam ser sensores óticos. Embora a detecção da tensão pelo método de Brillouin tenha certas propriedades vantajosas para o cenário de implantação específico descrito no presente relatório descritivo (incluindo que nenhum sinal elétrico é aplicado ao corpo de tubo flexível, e que é adequada para proporcionar um perfil de tensão ao longo de uma distância estendida), qualquer outra técnica de detecção de tensão pode ser usada, seja ela elétrica ou não. Desejavelmente, os sensores de tensão fornecem um perfil contínuo de tensão ao longo de seu comprimento (que pode se estender para todo ou apenas parte de um tubo flexível), porém, em outras concretizações, a detecção de tensão discreta pode ser aplicada, a qual fornece uma medida da tensão nos pontos discretos ao longo do comprimento do sensor de curvatura.

[0087] As técnicas de medição descritas no presente relatório descritivo podem ser usadas para monitorar continuamente a curvatura de um tubo flexível, ou elas podem ser usadas periodicamente ou sob demanda para medir a curvatura atual do tubo flexível. O conhecimento da curvatura do tubo flexível, ao longo do seu comprimento, pode ser usado para determinar o local preciso de cada parte do tubo flexível.

[0088] Conforme observado acima, o sensor de curvatura pode incorporar sensores de tensão adicionais, tanto para fins de redundância como para o caso do segundo sensor de tensão, de modo que a compressão e o alongamento do sensor de curvatura, em qualquer lado do eixo neutro, possam ser comparados. Uma técnica particular para incorporar o sensor de curvatura na estrutura de um tubo flexível foi descrita, no entanto, tudo o que é necessário é que o sensor de curvatura esteja acoplado de alguma forma ao tubo flexível, de modo que, conforme o tubo flexível se curva, assim o faz o sensor de curvatura. O enrolamento helicoidal do sensor de curvatura sobre o eixo longitudinal da tubulação permite vantajosamente a compressão do segundo sensor de tensão para aquelas porções no interior da curva da tubulação, para ser comparada com o estiramento do segundo sensor de tensão para aquelas porções do lado de fora da curva da tubulação. Alternativamente, ou além disso, dois ou mais sensores de curvatura podem ser fornecidos, de modo que a mesma flexão da tubulação possa ser percebida em dois ou mais locais diferentes em torno da circunferência da tubulação. Como um exemplo, dois sensores de curvatura podem ser fornecidos e helicoidalmente enrolados em direções opostas dentro de camadas de blindagem à tração diferentes.

[0089] Ficará claro para uma pessoa versada na técnica que as características descritas em relação a qualquer uma das concretizações descritas acima podem ser aplicáveis indistintamente entre as diferentes concretizações. As concretizações descritas acima são exemplos para ilustrar as várias características da invenção.

[0090] Ao longo de toda a descrição e das reivindicações desse relatório descritivo, as palavras "compreendem" e "contêm", e variações das mesmas significam "incluindo, mas sem se limitar” e elas não se destinam a (e não) excluem outras porções, aditivos, componentes, números inteiros ou etapas. Ao longo de toda a descrição e as reivindicações desse relatório descritivo, o singular engloba o plural, a não ser que o contexto indique de outra forma. Em particular, onde o artigo indefinido é usado, a especificação deve ser interpretada como contemplando a pluralidade, bem como a singularidade, a menos que o contexto indique de outra forma.

[0091] As características, os números inteiros ou as características descritas em conjunto com um determinado aspecto, concretização ou exemplo da invenção devem ser interpretados como sendo aplicáveis a qualquer outro aspecto, concretização ou exemplo descrito na presente invenção, a menos que seja incompatível com isso. Todas as características divulgadas nesse relatório descritivo (incluindo quaisquer reivindicações, resumo e desenhos em anexo), e/ou todas as etapas de qualquer método ou processo então divulgado, podem ser combinadas em qualquer combinação, exceto em combinações onde pelo menos algumas de tais características e/ou etapas são mutuamente exclusivas. A invenção não é restrita aos detalhes de qualquer uma das concretizações anteriores. A invenção se estende a qualquer uma nova, ou a qualquer combinação das características divulgadas nesse relatório descritivo (incluindo quaisquer reivindicações, resumo e desenhos em anexo) ou a qualquer uma nova, ou qualquer combinação nova das etapas de qualquer método ou processo divulgado dessa forma.

[0092] A atenção do leitor é direcionada a todos os documentos que são depositados em concomitância com ou antes do presente relatório descritivo, juntamente com esse pedido, e que são abertos para a inspeção pública com esse relatório descritivo, e todo o conteúdo de tais documentos é incorporado na presente invenção por referência.

Claims (12)

1. Corpo de tubo flexível (502) caracterizado por compreender: um sensor de curvatura alongado (300); e uma camada de blindagem de tração que compreende fios de blindagem à tração helicoidalmente enrolados (306), com o sensor de curvatura (300) estando posicionado dentro da camada de blindagem de tração helicoidalmente enrolada adjacente a pelo menos um fio de blindagem de tração (306), de modo que a tensão de flexão aplicada ao corpo de tubo flexível (502) é transmitida ao sensor de curvatura (300); em que o sensor de curvatura (300) é menor do que um fio de blindagem de tração adjacente (306) em pelo menos um dentre a largura e a profundidade, e disposto para deslizar longitudinalmente em relação ao fio de blindagem de tração adjacente (306); em que o sensor de curvatura (300) compreende um corpo do sensor (301) flexível e alongado com um plano neutro (308) que se estende através do corpo do sensor (301) ao longo de um comprimento do corpo do sensor (301); e primeiro e segundo sensores de tensão alongados (302, 304) dispostos ao longo do corpo do sensor (301); em que o primeiro sensor de tensão (302) é colocado dentro do plano neutro (308) do corpo do sensor (301), de modo que a flexão do corpo do sensor (301) em um plano que se estende ao longo do comprimento do corpo (301) e normal ao plano neutro (308) não aplica tensão ao primeiro sensor de tensão (302); em que o segundo sensor de tensão (304) é deslocado do plano neutro (308); e em que a tensão detectada pelo primeiro sensor de tensão (302) é indicativa da tensão de tração aplicada ao longo do comprimento do corpo do sensor (301) e a tensão detectada pelo segundo sensor de tensão (304) é indicativa da combinação da tensão de tração aplicada ao longo do comprimento do corpo do sensor (301) e da tensão induzida pela flexão do corpo do sensor (301) no plano que se estende ao longo do comprimento do corpo do sensor (301) e normal ao plano neutro (308).

2. Corpo de tubo flexível (502), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada sensor de tensão (302, 304) compreender um sensor de tensão de fibra ótica (312) acoplado ao corpo do sensor (301), de modo que a tensão de tração aplicada ao corpo do sensor (301) é transmitida a ambos os sensores de tensão (302, 304) e a tensão de flexão aplicada ao corpo do sensor (301) é transmitida ao segundo sensor de tensão (304).

3. Corpo de tubo flexível (502), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por compreender ainda um sensor de temperatura (316) disposto ao longo do corpo do sensor (301).

4. Corpo de tubo flexível (502), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o sensor de temperatura (316) compreender um sensor de temperatura de fibra ótica (316) acoplado ao corpo do sensor (301), de modo que a tensão de tração e a tensão de flexão aplicadas ao corpo (301) não são transmitidas à fibra ótica (316).

5. Corpo de tubo flexível (502), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o sensor de curvatura (300) ser disposto de modo que a flexão do corpo de tubo flexível (502) faz com que o corpo do sensor (301) se curve no plano que se estende ao longo do comprimento do corpo do sensor (301) e normal ao plano neutro (308).

6. Equipamento de duto caracterizado por compreender: um corpo de tubo flexível (502) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6; um encaixe de extremidade (504) acoplado a pelo menos uma extremidade do corpo do tubo (502); e um detector de curvatura (500) acoplado ao primeiro e ao segundo sensores de tensão (302, 304) do sensor de curvatura (300) através do encaixe de extremidade (504); em que o detector de curvatura (500) é disposto para medir um perfil de tensão ao longo de cada um dos sensores de tensão (302, 304).

7. Equipamento de duto, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o detector de curvatura (500) ser disposto para calcular um perfil de tensão de flexão indicativo da tensão de flexão aplicada ao sensor de curvatura (300) a partir dos perfis de tensão do primeiro e do segundo sensores de tensão (302, 304).

8. Equipamento de duto, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o corpo de tubo flexível (502) compreender ainda um sensor de temperatura (316) disposto ao longo do corpo sensor (301) e em que o detector de curvatura (500) é adicionalmente disposto para medir um perfil de temperatura ao longo do sensor de temperatura (316) e para ajustar o cálculo do perfil de tensão de flexão para contabilizar o efeito da temperatura sobre os perfis de tensão para cada um dos sensores de tensão (302, 304).

9. Equipamento de duto, de acordo com a reivindicação 7 ou reivindicação 8, caracterizado por o detector de curvatura (500) ser adicionalmente disposto para determinar a forma do corpo de tubo flexível (502) a partir do perfil de tensão de flexão.

10. Método de detecção da forma de um corpo de tubo flexível (502) como definido na reivindicação 1 caracterizado por compreender: medir um perfil de tensão para cada um do primeiro e segundo sensores de tensão (302, 304); calcular um perfil de tensão de flexão indicativo da tensão de flexão aplicada ao sensor de curvatura (300) a partir dos perfis de tensão do primeiro e do segundo sensores de tensão (302, 304); e determinar (704) a forma do sensor de curvatura (300) a partir do perfil de tensão de flexão; em que a forma determinada do sensor de curvatura (300) é indicativa da forma do corpo de tubo flexível (502).

11. Método de formação de um corpo de tubo flexível (502) como definido na reivindicação 1 caracterizado por compreender: enrolar helicoidalmente os fios de blindagem à tração (306) para formar uma camada de blindagem de tração; em que um sensor de curvatura (300) alongado é helicoidalmente enrolado dentro da camada de blindagem de tração adjacente a pelo menos um fio de blindagem de tração (306), de modo que a tensão de flexão aplicada ao corpo de tubo flexível (502) é transmitida ao sensor de curvatura (300); em que o corpo do sensor de curvatura (300) compreende um corpo do sensor (301) flexível e alongado que é menor do que um fio de blindagem de tração (306) adjacente em pelo menos uma dentre a largura e a profundidade, e disposto para deslizar longitudinalmente em relação ao fio de blindagem de tração (306) adjacente; em que o sensor de curvatura (300) possui um plano neutro (308) que se estende através do corpo do sensor (301) ao longo de um comprimento do corpo do sensor (301) e o sensor de curvatura (300) compreende ainda primeiro e segundo sensores de tensão (302, 304) alongados dispostos ao longo do corpo do sensor (301); em que o primeiro sensor de tensão (302) é colocado dentro de um plano neutro (308) do corpo do sensor (301), de modo que a flexão do corpo do sensor (300) em um plano que se estende ao longo do comprimento do corpo do sensor (300) e normal ao plano neutro (308) não aplica tensão ao primeiro sensor de tensão (302); em que o segundo sensor de tensão (304) é deslocado do plano neutro (308); e em que a tensão detectada pelo primeiro sensor de tensão (302) é indicativa da tensão de tração aplicada ao longo do comprimento do corpo do sensor (301) e a tensão detectada pelo segundo sensor de tensão (304) é indicativa da combinação da tensão de tração aplicada ao longo do comprimento do corpo do sensor (301) e da tensão induzida pela flexão do corpo do sensor (301) no plano que se estende ao longo do comprimento do corpo do sensor (301) e normal ao plano neutro (308).

12. Método de formação de um equipamento de duto caracterizado por compreender: formar um corpo de tubo flexível (502) através do método como definido na reivindicação 11; acoplar um encaixe de extremidade (504) a pelo menos uma extremidade do corpo do tubo (502); e acoplar um detector de curvatura (500) ao sensor de curvatura (300) através do encaixe de extremidade (504); em que o detector de curvatura (500) é disposto para: medir um perfil de tensão para cada um do primeiro e segundo sensores de tensão (302, 304); calcular um perfil de tensão de flexão indicativo da tensão de flexão aplicada ao sensor de curvatura (300) dos perfis de tensão para cada um do primeiro e do segundo sensores de tensão (302, 304); e determinar (704) a forma do sensor de curvatura (300) a partir do perfil de tensão de flexão; em que a forma determinada do sensor de curvatura (300) é indicativa da forma do corpo de tubo flexível (502).

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