BR112019001414B1

BR112019001414B1 - Sistema de tubo flexível e método de detecção de pelo menos um parâmetro

Info

Publication number: BR112019001414B1
Application number: BR112019001414-4A
Authority: BR
Inventors: Bo Asp Møller Andersen; Michael Eilersen; Nicky Weppenaar
Original assignee: National Oilwell Varco Denmark I/S
Priority date: 2016-07-25
Filing date: 2017-07-05
Publication date: 2023-05-02
Also published as: AU2017302735B2; WO2018019346A1; CA3031216C; EP3487757B1; AU2017302735A1; EP3487757A4; US11092264B2; EP3487757A1; US20190162336A1; CA3031216A1; BR112019001414A2

Abstract

Um sistema de tubo flexível compreendendo um tubo flexível não ligado (15) conectado a uma unidade flutuante (1) e um sistema de sensores com uma fibra óptica integrados no tubo flexível não ligado. O equipamento interrogador (20) transmite sinais ópticos na fibra, recebe sinais ópticos refletidos da fibra e detecta um parâmetro do tubo flexível não ligado. Uma torre de ancoragem (4) conecta o tubo flexível de modo rotativo a uma unidade flutuante por meio de um dispositivo de junta rotativa (22) que provê uma passagem de transferência de fluido entre a torre e a unidade. O equipamento interrogador está disposto na torre de ancoragem e é ainda configurado para transferir sinais indicadores dos parâmetros detectados ao equipamento de recepção (27) na unidade flutuante. Desta forma, os sinais ópticos refletidos a partir da fibra pode alcançar o equipamento interrogador sem distorção na junta rotativa, de modo que os parâmetros podem ser detectados com qualidade suficiente também para unidades flutuantes equipados com um sistema de torre de ancoragem.

Description

Campo técnico

[01] A invenção refere-se a um sistema de tubo flexível compreendendo um tubo flexível não ligado com pelo menos uma fibra óptica integrada em uma camada de blindagem, em que o tubo flexível não ligado está conectado rotativamente a uma unidade flutuante através de uma torre de ancoragem e um dispositivo de junta rotativa. A invenção também se refere a um método de detecção de pelo menos um parâmetro em um tubo flexível não ligado tendo pelo menos uma camada de blindagem.

Arte anterior

[02] Tubos flexíveis não ligados são bem conhecidos na técnica, em particular para o transporte de líquidos ou gases “offshore” (fora da costa). Eles podem ser usados por exemplo para o transporte de fluidos onde existem pressões muito elevadas ou variáveis de água ao longo do eixo longitudinal do tubo. Este é o caso, por exemplo, para os assim chamados tubos “risers” (tubos ascendentes) que se prolongam em parte ou totalmente a partir do leito do mar até uma instalação na ou perto da superfície do mar, por exemplo, sob a forma de uma unidade flutuante ou uma plataforma, ou para tubos para o transporte de líquidos e gases entre instalações, tubos que estão localizados em grandes profundidades no leito do mar, ou tubos entre as instalações perto da superfície do mar.

[03] Tais tubos geralmente compreendem um número de camadas concêntricas, incluindo um revestimento interior, muitas vezes também referido como uma bainha de selagem interior ou uma bainha interior, que forma uma barreira contra o fluxo de saída do fluido que é transportado através do tubo, e uma ou mais camadas de blindagem sobre o lado exterior do revestimento interior. Tipicamente, pelo menos uma das camadas de blindagem compreende uma pluralidade de elementos de blindagem alongados enrolados helicoidalmente dispostos em torno da bainha de selagem interior. Uma bainha exterior pode ser provida para prover uma proteção mecânica e/ou para formar uma barreira contra a entrada de fluidos do ambiente circundante aos tubos para as camadas de blindagem.

[04] Neste contexto, o termo "não ligado" refere- se ao fato de que pelo menos duas das camadas incluindo as camadas de blindagem e as camadas de bainha não são ligadas uma à outra. Na prática, um tubo flexível não ligado compreende normalmente pelo menos duas camadas de blindagem localizadas fora da bainha de selagem interior, onde as camadas de blindagem não estão ligadas umas às outras ou a outras camadas, direta ou indiretamente através de outras camadas ao longo do tubo. As camadas de tubos podem, por conseguinte, mover-se relativamente uma à outra, e, assim, o tubo torna-se altamente dobrável, utilizável para aplicações dinâmicas, por exemplo como risers, e suficientemente flexível para enrolar para transporte, mesmo quando as camadas são relativamente espessas. Isto é necessário para tubos de alta resistência, que devem ser capazes de suportar as diferenças de alta pressão sobre as camadas do tubo, por exemplo, diferenças de pressão entre a pressão no interior do furo do tubo e a pressão sobre o lado exterior do tubo.

[05] Os tubos flexíveis não ligados podem ser muito longos, e uma vez que a produção de petróleo é realizada a profundidades de água cada vez maiores, o comprimento, bem como o requisito de resistência do tubo flexível não ligado são aumentados também. Uma razão principal para o aumento dos requisitos é que quanto maior for a profundidade onde um tubo flexível é usado, maior serão os requisitos de resistência contra colapso devido à pressão externa. Além disso, o peso do tubo durante a implantação e uso podem resultar em elevadas forças de tração, o que aumenta com o comprimento do tubo e a profundidade no local da implantação. Quanto maior for a resistência que tem que ser provida, mais torna-se crítica a integridade dos elementos de blindagem de tração individuais.

[06] Portanto, as camadas de blindagem devem ser monitoradas quanto a rupturas potenciais nos elementos de blindagem, que poderiam ocorrer durante o uso, mesmo o uso normal do tubo, devido à tensão que o tubo flexível não ligado é submetido durante seu uso, em particular quando usado como um riser.

[07] Uma forma de detectar uma ruptura de um elemento de blindagem alongada de um tubo flexível não ligado é a utilização de um sistema de tubo flexível, no qual o tubo flexível não ligado tem um sistema sensor baseado no uso de uma ou mais fibras ópticas pelo menos parcialmente integradas em pelo menos uma camada de blindagem do tubo flexível não ligado.

[08] Tipicamente, o sistema sensor compreende equipamento interrogador colocado sobre a instalação de superfície do mar, e uma pluralidade de sensores de fibra óptica integrados em um ou mais dos elementos alongados de blindagem de uma camada de blindagem. Cada um destes elementos de blindagem tem integrado nele pelo menos uma fibra óptica compreendendo uma pluralidade de sensores de fibra óptica. Os sensores de fibra óptica se estendem ao longo de uma seção de comprimento de monitoração do tubo flexível, e eles estão dispostos para medir ou determinar uma mudança na tensão dos respectivos elementos de blindagem através da transmissão de um sinal de luz a partir de um transmissor óptico, no equipamento interrogador, na fibra óptica e medir em um detector óptico a luz que é refletida a partir da fibra para o equipamento interrogador. No detector óptico, ou uma unidade de computação ao qual está conectado, os sinais ópticos refletidos são processados para determinar alterações e, por exemplo, na intensidade, fase, polarização, comprimento de onda, ou tempo de trânsito da luz na fibra, o que indica uma mudança na tensão e/ou de temperatura ao longo da fibra ou em um dos sensores.

[09] Desta forma, o sistema de tubo flexível pode detectar alterações na tensão que os elementos de blindagem alongados experimentam, por exemplo, devido aos movimentos das ondas, etc., alteração na pressão interna, alteração da flutuação do tubo, ou outras influências. Um caso especial de mudança repentina na tensão é a quebra de um elemento de blindagem alongada. Tal falha reduz a resistência residual do tubo flexível e pode, em última instância resultar em danos catastróficos ao tubo. Portanto, em geral, um tubo flexível deve ser substituído após um elemento de blindagem alongado ter sido quebrado, uma vez que isto poderia indicar que outros elementos de blindagem podem estar em risco de quebrar em breve.

[010] Tipicamente, vários sensores são multiplexados ao longo do comprimento da fibra óptica, por exemplo, pelo uso do deslocamento do comprimento de onda de luz para cada sensor, ou através da detecção do intervalo de tempo que um pulso de luz passa ao longo da fibra através de cada sensor. Além de determinar uma alteração na tensão, as fibras ópticas podem também ser usadas como sensores para medir a temperatura, pressão e outras quantidades modificando uma fibra assim que a quantidade a ser medida, por exemplo modula a intensidade, a fase, a polarização, o comprimento de onda, ou o tempo de trânsito da luz na fibra.

[011] Em princípio, qualquer tipo de sensor de tensão de fibra óptica pode ser empregado, mas as grades de Bragg em fibra são particularmente vantajosas para este uso, porque os sensores de fibra óptica usando grades de Bragg de fibra podem medir a temperatura e tensão co- localizada simultaneamente com alta precisão. Como uma alternativa a uma pluralidade de sensores de fibra óptica dispostos ao longo de uma fibra integrada em um dos elementos de blindagem alongados de uma camada de blindagem, também podem ser usados sensores de temperatura distribuídos ao longo de uma fibra óptica, que utiliza o retro-espalhamento Raman deslocado (Raman-shifted backscatter) de pulsos de laser para determinar a temperatura ao longo da fibra óptica. Os sistemas de detecção de temperatura distribuídos medem temperaturas por meio do funcionamento da fibra óptica, como um sensor linear. As temperaturas são registradas ao longo da fibra óptica, ou seja, não em pontos, mas como um perfil contínuo.

[012] Por grandes profundidades de água e/ou em áreas remotas do mar, a unidade flutuante com a instalação da superfície do mar para os risers usando tubos flexíveis não ligados podem ser tipicamente uma unidade flutuante de produção, armazenamento e transferência (FPSO), que é uma instalação flutuante ou navio ao qual os risers que vêm do leito do mar estão conectados. O FPSO é equipado com o equipamento de processamento para a separação e o tratamento do fluido chegando a bordo a partir da instalação submarina através dos risers. Devido ao tamanho de um FPSO, a unidade precisa ser capaz de rodar livremente em direção horizontal de acordo com as direções dos ventos, ondas e correntes de mar, enquanto os risers permanecem conectados a uma parte fixa no leito do mar, e o material é ainda permitido passar através. A rotação livre do FPSO de acordo com as condições de clima também é referido como “wheatervaning” (alinhamento com o ambiente). O FPSO normalmente irá alinhar com o ambiente predominante.

[013] Para permitir a rotação livre, um FPSO é equipado com um sistema de torre de ancoragem, que é normalmente montado dentro e integrado em um eixo substancialmente vertical, câmara ou o compartimento, no casco do FPSO. Uma torre de ancoragem, que é tipicamente cilíndrica, é ancorada ao fundo do mar com correntes, cabos e/ou âncoras, e mancais permitem a livre e irrestrita rotação de 360° do FPSO em torno da torre, que é assim, a parte geostática do sistema de torre de ancoragem. Os risers estão conectados à torre de ancoragem geostática, e um caminho de transferência de fluido entre a torre de ancoragem e a livre rotação do FPSO “weathervaning” em torno da torre de ancoragem é provida por um dispositivo de junta rotativa. O sistema de torre de ancoragem é completamente passivo e não requer controle ativo de posição da unidade ou sistemas de rotação ativos na torre de ancoragem ou no dispositivo de junta rotativa.

[014] O dispositivo de junta rotativa pode também ser disposto para transmitir sinais elétricos entre a torre de ancoragem e o FPSO de giro livre. Alguns dispositivos de junta rotativa também permitem que os sinais ópticos sejam transferidos entre a torre de ancoragem e o FPSO, tipicamente usando uma junta rotativa de fibra óptica tendo uma pluralidade de transmissores ópticos e/ou uma pluralidade de receptores ópticos dispostos sobre um rotor e um estator, respectivamente. Em um tal sistema de entrada plural/captação plural, um aumento e queda da intensidade do sinal óptico recebido durante a rotação é inerente em combinação com uma grande perda de inserção e uma grande variação na perda e polarização. Isto significa que embora os dispositivos de juntas rotativas usando juntas rotativas de fibra óptica possam prover um desempenho aceitável para a transmissão de sinais ópticos digitalizados, o desempenho para a transmissão de sinais ópticos analógicos através do dispositivo de junta rotativa é muito pobre, porque os sinais são distorcidos pela junta rotativa de fibra óptica.

[015] Assim, os sinais ópticos refletidos de uma fibra sensora integrada em um tubo flexível não ligado ao equipamento interrogador colocado no FPSO não pode ser passado através de um dispositivo de junta rotativa sem ser distorcido a um grau que evite o sistema sensor de detectar alterações na tensão e/ou temperatura no tubo flexível não ligado. Isto significa que em unidades flutuantes equipados com um sistema de torre de ancoragem para permitir a rotação livre horizontal da unidade de acordo com as condições de clima, sistemas de sensores baseados em fibras ópticas integradas em uma camada de blindagem de um tubo flexível não ligado não podem ser usados com resultados satisfatórios.

Resumo

[016] Portanto, é um objetivo das formas de realização da invenção, prover um sistema de tubo flexível compreendendo um sistema sensor tendo uma fibra óptica integrada em uma camada de blindagem de um tubo flexível não ligado, que também pode ser usado para detectar alterações em um parâmetro, tal como a tensão e/ou temperatura no tubo flexível não ligado em unidades flutuantes equipadas com um sistema de torre de ancoragem flutuante.

[017] De acordo com formas de realização da invenção o objetivo é atingido de forma que um sistema de tubo flexível compreende um tubo flexível não ligado compreendendo pelo menos uma camada de blindagem e conectado a uma unidade flutuante; um sistema sensor compreendendo pelo menos uma fibra óptica integrada na pelo menos uma camada de blindagem do tubo flexível não ligado; e equipamento interrogador tendo um transmissor óptico configurado para transmitir sinais ópticos na dita pelo menos uma fibra óptica; e um detector óptico configurado para receber sinais ópticos refletidos a partir da dita pelo menos uma fibra óptica e para detectar a partir da mesma, pelo menos um parâmetro no dito tubo flexível não ligado; uma torre de ancoragem para conectar rotativamente o tubo flexível não ligado à unidade flutuante, a dita torre de ancoragem sendo suportada por um eixo substancialmente vertical na unidade flutuante e compreendendo uma conexão de extremidade para terminar e segurar o dito tubo flexível não ligado à torre de ancoragem; e um dispositivo de junta rotativa para conectar rotativamente a torre de ancoragem ao eixo da unidade flutuante e prover a passagem de transferência de fluido entre a torre de ancoragem e a unidade flutuante, em que o dito equipamento interrogador está disposto na dita torre de ancoragem e é ainda configurado para transferir sinais indicadores do dito pelo menos um parâmetro detectado para o equipamento de recepção na dita unidade flutuante.

[018] Quando o equipamento interrogador está disposto na torre de ancoragem, é conseguido que os sinais ópticos refletidos da fibra possam alcançar o equipamento interrogador sem serem distorcidos em um dispositivo de junta rotativa, de modo que os parâmetros para o tubo flexível não ligado possam ser detectados com uma qualidade suficiente também nos casos em que uma unidade flutuante está equipada com um sistema de torre de ancoragem. A possibilidade de transferência de sinais indicadores do parâmetro detectado no equipamento interrogador para o equipamento de recepção na unidade flutuante assegura que os parâmetros do tubo flexível não ligado possam ainda ser monitorados, por exemplo, através de um equipamento ou pessoal de monitoração em uma sala de controle a bordo da unidade flutuante.

[019] Em uma forma de realização, o equipamento interrogador compreende um transmissor para transmitir os ditos sinais indicadores do dito pelo menos um parâmetro detectado para o equipamento de recepção na dita unidade flutuante.

[020] Neste caso, o sistema de tubo flexível pode ser configurado para transmitir os ditos sinais através do dito dispositivo de junta rotativa, e o transmissor para transmitir os ditos sinais indicadores pode ser configurado para transmitir os sinais como sinais elétricos analógicos, sinais elétricos digitais ou sinais ópticos digitais. No caso de sinais ópticos digitais ou elétricos digitais, o transmissor para transmitir os ditos sinais indicadores pode ser configurado para transmitir os sinais como sinais Ethernet.

[021] Alternativamente, o transmissor para transmitir os ditos sinais indicadores pode ser configurado para transmitir os sinais como sinais sem fios, ou o equipamento interrogador pode compreender um meio de armazenamento para armazenar os ditos sinais indicadores para subsequente recuperação manual.

[022] Vantajosamente, o equipamento de recepção pode ser disposto em uma sala de instrumentação local na dita unidade flutuante, em que os parâmetros detectados podem ser monitorados pelo equipamento ou pessoal de monitoração a bordo da unidade flutuante.

[023] Em uma forma de realização, o dito equipamento interrogador está disposto em um invólucro que é certificado de acordo com ATEX Zona 1 e grau de proteção IP68. Isso protege o equipamento contra o meio ambiente muito severo no compartimento da torre de ancoragem.

[024] Em uma forma de realização, a unidade flutuante é uma unidade flutuante de produção, armazenamento e transferência, FPSO.

[025] A torre de ancoragem pode ser uma torre interna localizada no casco da dita unidade flutuante. Esta forma de realização é mais útil em ambientes relativamente severos, entre outras coisas porque as forças de amarração podem ser transferidas mais facilmente no casco da unidade flutuante.

[026] Alternativamente, a torre de ancoragem pode ser uma torre externa localizada em uma projeção estendendo-se a partir do casco da dita unidade flutuante. Esta forma de realização é usada principalmente em águas relativamente calmas, e pode ser facilmente montada por exemplo sobre um navio-tanque, a fim de converter o navio- tanque em um FPSO.

[027] Vantajosamente, a torre de ancoragem pode ter uma forma cilíndrica. Isto facilita a rotação no eixo da unidade flutuante.

[028] Em uma forma de realização, a torre de ancoragem é configurada para ser separada ao longo de um plano de desconexão em uma parte inferior para receber o tubo flexível não ligado e uma parte superior compreendendo o equipamento interrogador. Isto permite que a unidade flutuante libere a parte inferior da torre e mova-se para uma outra posição, por exemplo, no caso de uma situação de emergência, tal como um ciclone ou um iceberg, ou apenas para ser conectada a uma outra torre de ancoragem em outra posição.

[029] Em uma forma de realização, a torre de ancoragem está configurada para conectar uma pluralidade de tubos flexíveis não ligados à unidade flutuante. Isso aumenta consideravelmente a capacidade da unidade.

[030] Em uma forma de realização, uma pluralidade de sensores de fibras ópticas é disposta ao longo da dita fibra óptica. A pluralidade de sensores de fibra óptica pode ser sensores intrínsecos integrados na dita fibra óptica, e cada um dos ditos sensores intrínsecos pode então compreender uma grade de Bragg em fibra. Alternativamente, a pluralidade de sensores de fibra óptica pode ser sensores extrínsecos conectados à dita fibra óptica.

[031] O sistema sensor pode compreender uma pluralidade de fibras ópticas integradas nos elementos de blindagem correspondentes de uma camada de blindagem do tubo flexível não ligado, e cada uma da dita pluralidade de fibras ópticas pode compreender uma pluralidade de sensores de fibra óptica dispostos com distâncias iguais entre si ao longo da fibra, de modo que uma pluralidade de sensores de fibras ópticas são dispostos em coincidentes seções transversais do tubo flexível não ligado. Isto melhora a precisão das medições no tubo flexível não ligado.

[032] Em formas de realização em que uma pluralidade de sensores de fibras ópticas é disposta ao longo da dita fibra óptica, o sistema sensor pode compreender pelo menos uma outra fibra óptica integrada em um elemento de blindagem de uma camada de blindagem do tubo flexível não ligado, e o dito equipamento interrogador pode ser configurado para realizar detecção de temperatura distribuída, pela transmissão de pulsos de laser na dita fibra adicional e determinar temperaturas ao longo da dita fibra adicional baseadas em retro-espalhamento Raman deslocado (Raman-shifted backscatter) a partir dos ditos pulsos de laser. Isto permite a fibra com uma pluralidade de sensores de fibra óptica ser usada para a detecção de tensão e a fibra adicional ser usada para a detecção de temperatura.

[033] Em outras formas de realização, o equipamento interrogador pode ser configurado para realizar a detecção de temperatura distribuída pela transmissão de pulsos de laser na dita fibra óptica e determinação de temperaturas ao longo da dita fibra óptica baseada em retro-espalhamento Raman deslocado (Raman-shifted backscatter) a partir dos ditos pulsos de laser.

[034] Conforme mencionado, a invenção refere-se ainda a um método de detecção de pelo menos um parâmetro em um tubo flexível não ligado tendo pelo menos uma camada de blindagem de um sistema de tubo flexível, compreendendo ainda uma torre de ancoragem para conectar rotativamente o tubo flexível não ligado a uma unidade flutuante, a dita torre de ancoragem sendo suportada por um eixo substancialmente vertical no interior na unidade flutuante e compreendendo uma conexão de extremidade para terminar e segurar o dito tubo flexível não ligado à torre de ancoragem; um dispositivo de junta rotativa para conectar rotativamente a torre de ancoragem ao eixo da unidade flutuante e prover uma passagem de transferência de fluido entre a torre e a unidade flutuante; e um sistema sensor compreendendo pelo menos uma fibra óptica integrada na pelo menos uma camada de blindagem do tubo flexível não ligado, o método compreendendo as etapas de transmitir sinais ópticos na dita pelo menos uma fibra óptica a partir de um transmissor óptico de equipamento interrogador disposto na dita torre de ancoragem; receber os sinais ópticos refletidos da dita pelo menos uma fibra óptica e detectar a partir da mesma, pelo menos um parâmetro no dito tubo flexível não ligado em um detector óptico do dito equipamento interrogador disposto na dita torre de ancoragem; e transferir sinais indicadores do dito pelo menos um parâmetro detectado ao equipamento de recepção na dita unidade flutuante a partir do dito equipamento interrogador disposto na dita torre de ancoragem.

[035] Quando os sinais ópticos refletidos a partir da fibra óptica são recebidos e, pelo menos um parâmetro no dito tubo flexível não ligado é detectado a partir do mesmo em um detector óptico de equipamento interrogador disposto na torre de ancoragem, é conseguido que os sinais ópticos refletidos a partir da fibra possam alcançar o equipamento interrogador sem serem distorcidos em um dispositivo de junta rotativa, de modo que os parâmetros para o tubo flexível não ligado podem ser detectados com uma qualidade suficiente também nos casos em que uma unidade flutuante é equipada com um sistema de torre de ancoragem. Transferir sinais indicadores do parâmetro detectado para o equipamento de recepção a bordo da unidade flutuante a partir do equipamento interrogador disposto na torre de ancoragem assegura que os parâmetros do tubo flexível não ligado podem ainda ser monitorados, por exemplo, através de equipamento ou pessoal de monitoração em uma sala de controle a bordo da unidade flutuante.

[036] Em uma forma de realização, o método ainda compreende a etapa de transmitir os ditos sinais indicadores do dito, pelo menos um parâmetro detectado ao equipamento de recepção na dita unidade flutuante a partir do dito equipamento interrogador disposto na dita torre de ancoragem.

[037] Neste caso, o método pode ainda compreender a etapa de transmitir os ditos sinais indicadores através do dito dispositivo de junta rotativa, e os sinais indicadores podem ser transmitidos como sinais elétricos analógicos, sinais elétricos digitais ou sinais ópticos digitais. No caso de sinais elétricos digitais ou sinais ópticos digitais, os sinais indicadores podem ser transmitidos como sinais Ethernet.

[038] Alternativamente, os sinais indicadores podem ser transmitidos como sinais sem fios, ou os sinais indicadores podem ser armazenados em um meio de armazenamento no dito equipamento interrogador para subsequente recuperação manual.

Breve descrição dos desenhos

[039] Formas de realização da invenção serão agora descritas abaixo mais completamente com referência aos desenhos, nos quais: a Figura 1 mostra uma unidade flutuante de produção, armazenamento e transferência (FPSO) tendo uma torre de ancoragem na qual o equipamento interrogador é disposto para a realização de medições em uma fibra óptica integrada em um tubo flexível não ligado conectado à torre de ancoragem; a Figura 2 mostra um exemplo de um tubo flexível não ligado compreendendo um número de camadas concêntricas; a Figura 3 mostra um exemplo de uma fibra óptica com uma pluralidade de sensores de fibra óptica integrados em um elemento de blindagem enrolado helicoidalmente em uma camada de blindagem no tubo flexível não ligado da Figura 2; a Figura 4 mostra um exemplo de equipamento interrogador para a realização de medições na fibra da Figura 3; a Figura 5 mostra uma vista lateral esquemática em corte transversal de um exemplo de uma conexão de extremidade para terminar um tubo flexível não ligado na torre de ancoragem da Figura 1; a Figura 6 mostra um tubo flexível não ligado tendo quatro fibras ópticas com os sensores de fibra óptica integrados nos elementos de blindagem de uma camada de blindagem; a Figura 7 mostra o tubo flexível não ligado da Figura 6, tendo uma fibra adicional integrada em um elemento de blindagem enrolado helicoidalmente de uma das camadas de blindagem, que é usado para detecção distribuída de temperatura; a Figura 8 mostra um exemplo de equipamento interrogador para a realização de medições nas fibras do tubo flexível não ligado da Figura 7; a Figura 9 mostra uma unidade flutuante de produção, armazenamento e transferência (FPSO) tendo uma torre de ancoragem na qual o equipamento interrogador está disposto para realizar medições em fibras ópticas integradas em quatro tubos flexíveis não ligados conectados à torre de ancoragem; a Figura 10 mostra uma unidade flutuante de produção, armazenamento e transferência (FPSO) tendo uma torre de ancoragem, que pode ser separada ao longo de um plano de desconexão em uma parte inferior para receber os tubos flexíveis não ligados e uma parte superior compreendendo o equipamento interrogador; a Figura 11 mostra a torre de ancoragem da Figura 10, quando a parte superior e a parte inferior foram separadas uma da outra; a Figura 12 mostra uma unidade flutuante de produção, armazenamento e transferência (FPSO) tendo uma torre de ancoragem externa, onde a torre de ancoragem na qual o equipamento interrogador é disposto está localizada no lado exterior do casco do navio; e a Figura 13 mostra um fluxograma que ilustra um método de detecção de um parâmetro em um tubo flexível não ligado a partir do equipamento interrogador disposto em uma torre de ancoragem em uma unidade flutuante de produção, armazenamento e transferência (FPSO).

Descrição detalhada

[040] Como um exemplo de uma unidade flutuante, no qual a invenção pode ser usada, a Figura 1 mostra uma unidade flutuante de produção, armazenamento e transferência (FPSO) 1 que pode ser usada como uma instalação de superfície do mar, na indústria de petróleo e gás offshore, para separação, tratamento e armazenamento de líquidos e/ou gases que chegam a bordo a partir de, por exemplo, poços de petróleo submarino através de tubos flexíveis não ligados, que atuam como os chamados risers. O casco 2 do FPSO 1 é provido com um eixo, câmara ou compartimento 3 substancialmente vertical, tendo tipicamente, uma forma cilíndrica para receber e suportar uma torre de ancoragem 4. A torre de ancoragem 4 tipicamente cilíndrica está ancorada ao leito do mar por correntes ou cabos 5, 6, 7 e 8, assegurando que a torre de ancoragem pode manter uma posição geostática. A torre de ancoragem 4 tem também mancais 10, 11, 12 e 13 entre a torre e o eixo de suporte 3, permitindo que o FPSO 1 rode 360° em um plano horizontal, livremente e sem restrições em torno da torre geostática 4 de acordo com as direções dos ventos, ondas e correntes marinhas. A rotação livre do FPSO 1, de acordo com as condições climáticas é também referida como “weathervaning”. Um riser, na forma de um tubo flexível não ligado 15 vindo do leito do mar é conectado à torre de ancoragem 4 por meio de uma conexão de extremidade 16.

[041] Um exemplo de um tubo flexível não ligado 15, compreendendo um número de camadas concêntricas é ilustrado na Figura 2. O tubo flexível 15 compreende uma bainha de selagem interior 32 impermeável a líquido, definindo um furo conforme indicado com a seta em negrito. A bainha de selagem interior 32, frequentemente também chamada um revestimento interior, pode ser feita de um material polimérico apropriado para formar a tal barreira impermeável a líquidos. A bainha de selagem interior 32 tem a finalidade de impedir o fluxo de saída do fluido transferido no furo do tubo, indicado com a seta em negrito.

[042] Dentro da bainha de selagem interior 32, o tubo flexível não ligado compreende uma camada de blindagem interior 31, chamada uma carcaça, que é normalmente de metal e tem como principal finalidade reforçar o tubo flexível não ligado contra colapso.

[043] No lado exterior da bainha de selagem interior 32, o tubo flexível não ligado compreende três camadas de blindagem exteriores 33, 34 e 35. A camada de blindagem exterior 33 mais próxima da bainha de selagem interior 32 é uma camada de blindagem de pressão 33, que é frequentemente feita de elementos de blindagem enrolados helicoidalmente, de metal ou material composto, que é enrolado com um passo curto, isto é, com um ângulo agudo em relação ao eixo central do tubo flexível não ligado, por exemplo, cerca de 90 graus. A camada de blindagem de pressão 33 não é estanque a líquidos.

[044] Em torno da camada de blindagem de pressão 33, o tubo flexível não ligado compreende duas camadas de blindagem de tração enroladas cruzadas 34, 35 enroladas de elementos de blindagem alongados, por exemplo, perfis e/ou tiras feitas de material composto e/ou metal. Por exemplo, os elementos de blindagem alongados na camada de blindagem de tração mais interior 34 são enrolados com um grau de enrolamento de cerca de 55 graus ou menos ao eixo do tubo flexível não ligado em uma primeira direção de enrolamento, enquanto que a camada de blindagem de tração mais exterior 35 é enrolada com um grau de enrolamento de cerca de 60 graus ou menos ao eixo do tubo flexível não ligado em uma segunda direção de enrolamento, que é a direção oposta à direção do primeiro enrolamento. As duas camadas de blindagem com tais direções de enrolamento opostas são normalmente referidas como sendo enroladas cruzadas.

[045] O tubo flexível não ligado compreende ainda uma bainha de selagem exterior 36 impermeável a líquido, que protege as camadas de blindagem mecanicamente e contra a entrada de água do mar.

[046] Este tipo de tubo flexível é chamado não ligado, porque, pelo menos duas das camadas incluindo as camadas de blindagem e camadas de bainha não são ligados uma a outra. Na prática, as camadas de blindagem não são ligadas uma a outra ou a outras camadas, direta ou indiretamente através de outras camadas ao longo do tubo. As camadas de tubos podem, por conseguinte, mover-se em relação uma a outra, e assim, o tubo torna-se altamente dobrável, utilizável para aplicações dinâmicas, por exemplo como risers, e suficientemente flexíveis para enrolar para transporte, mesmo quando as camadas são relativamente espessas.

[047] A fim de ser capaz de monitorar as camadas de blindagem, por exemplo, uma das camadas 33, 34 e 35 do tubo flexível não ligado 15 a potenciais rupturas nos elementos de blindagem enrolados helicoidalmente, o que poderia ocorrer durante o uso do tubo devido ao stress que o tubo flexível não ligado é submetido durante o seu uso, o tubo flexível não ligado pode ser provido com uma ou mais fibras ópticas, pelo menos parcialmente integradas em um ou mais elementos de blindagem de pelo menos uma camada de blindagem do tubo flexível não ligado.

[048] A Figura 3 mostra um exemplo de uma fibra óptica 41 integrada em um tubo flexível não ligado 15. Uma vez que a fibra 41 está integrada em um elemento de blindagem enrolado helicoidalmente de uma das camadas de blindagem 33, 34 e 35, o passo das fibras 41, ou seja, o ângulo com o eixo central do tubo flexível não ligado, corresponde a aquele do elemento de blindagem. Ao longo da fibra 41, uma pluralidade de sensores de fibra óptica 42 estão dispostos para medir ou detectar alterações em por exemplo, tensão ou temperatura do elemento de blindagem em seus respectivos locais. Os sensores de fibra óptica 42 são dispostos com distâncias iguais entre eles de forma que as medições podem ser realizadas em seções transversais correspondentes 43 do tubo flexível não ligado 15.

[049] A medição ou detecção de mudanças na tensão ou temperatura ao longo da fibra 41 é realizada através da transmissão de um sinal de luz em uma extremidade da fibra e detecção da luz que é refletida a partir da fibra. Para este propósito, o equipamento interrogador é usado. A Figura 4 ilustra um exemplo de equipamento interrogador 20 conectado à fibra 41. Um transmissor óptico 51 gera um sinal óptico e transmite-o para a fibra 41. Tal como descrito em maior detalhe abaixo, a luz é refletida a partir de cada sensor 42 na fibra 41 e, em seguida, recebida e processada em um detector óptico 52. A luz refletida a partir dos sensores de fibra óptica individuais 42 pode ser distinguida usando, por exemplo deslocamento de comprimento de onda de luz para cada sensor ou através da detecção do intervalo de tempo como um pulso de luz que passa ao longo da fibra 41 através de cada sensor. Um controlador 53 controla o transmissor óptico 51 para transmitir luz, ou seja, pulsos de luz ou luz contínua e o comprimento de onda da luz, e o receptor óptico 52 para receber a luz refletida, por exemplo, no tempo certo e com os comprimentos de onda certos. O controlador 53 pode também analisar a luz refletida, a fim de determinar os parâmetros a serem medidos, tais como temperatura e tensão ao longo do tubo flexível não ligado, ou pode simplesmente converter os valores de luz recebidos para um tipo de sinal mais robusto e transmiti-los para computação adicional em outro lugar no FPSO 1, por exemplo, em uma sala de instrumentação local. Para ser capaz de transmitir sinais que representam parâmetros determinados ou valores de luz recebidos para outro local, o equipamento interrogador 20 compreende ainda um comutador Ethernet 54 conectado a um cabo 55, que pode ser um par torcido ou um link de fibra óptica. Em outras formas de realização, os sinais representando determinados parâmetros ou valores de luz recebidos podem ser transmitidos para a sala de instrumentação de acordo com outros tipos de protocolos ou como sinais elétricos analógicos ou sinais ópticos. Outra possibilidade é transmitir os sinais sem fios para a sala de instrumentação. Alternativamente, os dados podem ser armazenados em um meio de armazenamento ou de memória 57 no equipamento interrogador 20 e, subsequentemente, recuperados manualmente a uma certa frequência. O meio de armazenamento 57 pode ser qualquer meio de armazenamento adequado para o armazenamento de dados. Como exemplos podem ser mencionados os cartões de memória, pen drives, CD-ROMs, DVDs ou um disco rígido.

[050] Normalmente, os sensores de fibra óptica 42 são integrados na própria fibra 41 como os chamados sensores intrínsecos. Podem ser empregados diferentes tipos de sensores de fibra óptica, mas redes de Bragg em fibra são particularmente vantajosos para este uso, porque os sensores de fibra óptica, usando redes de Bragg em fibra, podem medir a temperatura e tensão co-localizadas simultaneamente com alta precisão. Uma rede de Bragg em fibra é um refletor de Bragg distribuído construído em um curto segmento da fibra óptica que reflete comprimentos de onda particulares de luz e transmite todos os outros. Isto é conseguido por uma variação periódica no índice de refração do núcleo da fibra, o que provê um espelho dielétrico de um comprimento de onda específico. O comprimento de onda Bragg é sensível à tensão, bem como à temperatura. Assim, as redes de Bragg em fibra podem ser usadas como elementos sensores para um destes parâmetros em sensores de fibra óptica, porque os parâmetros causam um deslocamento no comprimento de onda de Bragg, que pode então ser detectada no detector óptico 52.

[051] Em vez de usar sensores intrínsecos integrados na própria fibra 41, a fibra pode também ser usada apenas como um meio de retransmissão de sinais de sensores ópticos não fibra remotos para o equipamento interrogador, que são referidos como sensores extrínsecos. Como mostrado na Figura 1, o tubo flexível não ligado 15 está conectado a ou recebido pela torre de ancoragem 4 por meio de uma conexão de extremidade 16. Nesta forma de realização, a torre de ancoragem 4 compreende ainda um tubo 17 conectado à conexão de extremidade 16 por meio de um flange 18, de modo que o fluxo de líquidos e/ou gases chegando a bordo do FPSO 1 a partir, por exemplo, de poços de petróleo no leito do mar através do tubo flexível não ligado 15, continua através do tubo 17. Uma plataforma 19 na qual o equipamento interrogador 20 pode ser disposto está conectado ao tubo 17. Alternativamente, o equipamento interrogador 20 pode ser disposto diretamente na parte superior da própria torre de ancoragem 4 próxima ao flange 18.

[052] O ambiente no compartimento da torre de ancoragem pode ser severo, e por conseguinte, o equipamento interrogador 20 é disposto em um invólucro 56 que é certificado de acordo com ATEX Zona 1, ou seja, um lugar no qual uma atmosfera explosiva consistindo de uma mistura de ar com substâncias perigosas sob a forma de gás, vapor ou névoa é provável que ocorra ocasionalmente em operação normal. O invólucro 56 tem adicionalmente grau de proteção IP68, e é projetado com uma temperatura ambiente variando de -40 °C a 60 °C.

[053] Para conectar a fibra 41 ao equipamento interrogador na extremidade do tubo flexível não ligado 15, a conexão de extremidade 16 pode ser provido com uma cavidade de saída de fibra com meios para conectar a fibra 41 através da conexão de extremidade 16 ao equipamento interrogador ou a um outro guia de ondas que conduz ao equipamento interrogador.

[054] A Figura 5 ilustra uma vista lateral esquemática em corte transversal de um exemplo de uma montagem do tubo flexível 15 e a conexão de extremidade 16, em que a fibra óptica tem um prolongamento na cavidade de saída de fibras da conexão de extremidade. Como na Figura 2, o tubo flexível não ligado 15 compreende uma bainha de selagem exterior 36 circundando duas camadas de blindagem de tração enroladas cruzadas 34 e 35. No interior das camadas de blindagem de tração enroladas cruzadas 34 e 35, o tubo compreende um número de outras camadas, incluindo por exemplo, a carcaça 31, a bainha de selagem interior 32 e a camada de blindagem de pressão 33. As camadas 31, 32 e 33 dentro das camadas de blindagem de tração enroladas cruzadas 34 e 35 serão normalmente terminadas individualmente, como mostrado esquematicamente no desenho com a unidade de terminação 61.

[055] A conexão de extremidade 16 compreende uma estrutura de corpo de conexão de extremidade anelar 62 e um invólucro exterior anelar 63. A estrutura do corpo de conexão de extremidade 62 compreende um corpo de conexão de extremidade 64 com uma seção estreita 65, uma cavidade de alojamento 66, e um flange de montagem 67 com furos 68 para a montagem a uma outra parte, por exemplo, a torre de ancoragem 4. A cavidade de alojamento 66 é formada entre o corpo de acessório de extremidade 64 e o invólucro exterior 63. A bainha de selagem exterior 36 é terminada em um ponto de terminação 69 de uma maneira bem conhecida. Os elementos de blindagem de tração das camadas de blindagens de tração 34 e 35 são terminados e seguros pelo material de fixação na cavidade de alojamento 66 da conexão de extremidade 16. A conexão de extremidade 16 compreende ainda uma cavidade de saída de fibra 71 com uma extremidade de entrada 72 e uma abertura de saída 73 através da qual a fibra 41 pode sair. A fibra é aplicada em um prolongamento na cavidade de saída de fibra 71, o que significa que a seção de fibra óptica na cavidade de saída 71 é maior do que o comprimento a partir da extremidade de entrada 72 à abertura de saída 73 da cavidade de saída.

[056] Nesta forma de realização, a conexão de extremidade 16 compreende uma tampa 74 cobrindo a abertura de saída 73. A fibra óptica 41 é terminada na cavidade de saída 71 na medida em que é, pelo menos, temporariamente fixada à tampa 74. A conexão de extremidade 16 compreende uma unidade de guia de fibra 75 disposta na cavidade de alojamento 66 e a fibra óptica 41 está passando através da dita unidade de guia de fibra 75. Alternativamente, a fibra pode ser terminada dentro da cavidade de saída 71 e montada com um conector para a montagem rápida e simples, por exemplo, ao equipamento interrogador 20 ou uma guia de ondas conduzindo ao equipamento interrogador 20. A tampa pode então cobrir a cavidade de saída 71 na sua abertura de saída 73 para proteger a fibra contra a poeira e sujeira e garantindo simultaneamente uma proteção mecânica. Em uso, a tampa pode ser removida e o conector de fibra pode ser retirado para a conexão ao equipamento interrogador 20.

[057] Na Figura 1, uma fibra óptica 21, ou outro tipo de guia de ondas ópticas, conecta a fibra óptica 41 ao equipamento interrogador 20, mas, como mencionado, o prolongamento da fibra 41 na cavidade de saída 71 também pode ser suficientemente longo para conectar a fibra 41 diretamente ao equipamento interrogador 20. Uma vez que o equipamento interrogador 20 é colocado sobre a torre de ancoragem geoestacionária 4, uma conexão de qualidade suficiente entre a fibra óptica 41 e o equipamento interrogador 20 é assegurado, mesmo quando o FPSO 1 roda em torno da torre de ancoragem 4 de acordo com a mudança das condições climáticas.

[058] Um dispositivo de junta rotativa 22 junta o tubo 17 na torre de ancoragem geoestacionária 4 com um outro tubo 23, que é uma parte do FPSO 1 e, assim, capaz de rodar em relação à torre de ancoragem geoestacionária 4. O tubo 23 conduz ao equipamento de processamento e/ou armazenamento no FPSO. Desta forma, o dispositivo de junta rotativa 22 provê um caminho de transferência de fluidos entre a torre de ancoragem 4 e o weathervaning livre FPSO 1 quando o FPSO roda em torno da torre de ancoragem. Através de um anel deslizante 24, o dispositivo de junta rotativa 22 pode transmitir sinais elétricos entre a torre de ancoragem 4 e o FPSO 1. Neste caso, um sinal elétrico de saída do equipamento interrogador 20, pode ser transmitido através da conexão elétrica 25, o anel de deslizamento 24 e a conexão elétrica 26 a uma sala de instrumentação local 27 colocados a bordo do FPSO 1. Esta conexão pode, naturalmente, também ser usada para controlar o equipamento interrogador 20 a partir da sala de instrumentação local 27. Como mencionado acima, esta conexão pode ser tipicamente uma conexão Ethernet.

[059] Note-se que o anel de deslizamento 24 pode também permitir que os sinais ópticos sejam transferidos entre a torre de ancoragem e o FPSO, tipicamente pelo uso de uma junta rotativa de fibra óptica tendo uma pluralidade de transmissores ópticos e/ou uma pluralidade de receptores ópticos dispostos em um rotor e um estator, respectivamente. No entanto, em um tal sistema de entrada plural/captação plural, um aumento e queda da intensidade do sinal óptico recebido durante a rotação é inerente em combinação com uma grande perda de inserção e uma grande variação na perda e polarização. Isto significa que, apesar de um dispositivo de junta rotativa usando uma junta rotativa de fibra óptica poder prover um desempenho aceitável para a transmissão de sinais ópticos digitalizados, por exemplo, sinais Ethernet, o desempenho para a transmissão de sinais ópticos analógicos através do dispositivo de junta rotativa é muito pobre, porque os sinais são distorcidos pela junta rotativa de fibra óptica. Assim, os sinais ópticos refletidos a partir da fibra sensora 41 integrada no tubo flexível não ligado 15 não podem ser passados através de um dispositivo de junta rotativa sem serem distorcidos a um grau que impede o sistema sensor detectar mudanças na tensão e/ou temperatura no tubo flexível não ligado 15. Este problema é evitado pela colocação do equipamento interrogador 20 na torre de ancoragem geoestacionária 4.

[060] Na Figura 3, foi mostrado um tubo flexível não ligado 15 com uma única fibra óptica 41 integrada em um elemento de blindagem enrolado helicoidalmente de uma das camadas de blindagem. Para melhorar as medições de tensão e/ou temperatura no tubo, um tubo flexível não ligado pode ser provido com várias fibras ópticas integradas nos elementos de blindagem correspondente. Como um exemplo, a Figura 6 mostra um tubo flexível não ligado 80 tendo quatro fibras ópticas 81, 82, 83 e 84 integradas nos elementos de blindagem.

[061] Ao longo de cada fibra, uma pluralidade de sensores de fibra óptica 85 está disposta para medir ou detectar alterações em por exemplo, tensão ou temperatura do elemento de blindagem em seus respectivos locais. Como na Figura 3, os sensores de fibra óptica 85 de cada uma das fibras estão dispostos com distâncias iguais entre si, e nesta forma de realização, os sensores 85 pertencentes a diferentes fibras ópticas são dispostos de modo que as medições possam ser realizadas em seções transversais coincidentes 86 do tubo flexível não ligado 80. Para executar as medições de tensão e/ou temperatura ao longo das quatro fibras 81, 82, 83 e 84, o transmissor óptico 51 e o receptor óptico 52 do equipamento interrogador 20 podem ser multiplexados entre as fibras, ou o equipamento interrogador 20 pode ter transmissores e receptores separados para cada fibra.

[062] Em vez de, ou como um suplemento a, o uso de fibras tendo uma pluralidade de sensores de fibra óptica dispostos ao longo da fibra integrados em um dos elementos de blindagem alongada de uma camada de blindagem, como mostrado nas Figuras 3 e 6, sensores de temperatura distribuídos ao longo de uma fibra óptica, que utiliza retro-espalhamento Raman deslocado (Raman-shifted backscatter) a partir de pulsos de laser para determinar a temperatura ao longo da fibra óptica pode também ser usado. Os sistemas sensores de temperatura distribuídos medem temperaturas por meio do funcionamento da fibra óptica, como um sensor linear. As temperaturas são registradas ao longo da fibra óptica, ou seja, não em pontos, mas como um perfil contínuo.

[063] O sensor de temperatura distribuído é baseado no fato de que as dimensões de medição físicas, tais como temperatura ou pressão e forças de tração, podem afetar a fibra de vidro e localmente alterar as características de transmissão de luz na fibra. Como um resultado do amortecimento da luz na fibra de vidro de quartzo por meio de dispersão da luz, também conhecida como dispersão Raman, que ocorre na fibra óptica, a localização de um efeito físico externo pode ser determinada de modo que a fibra óptica pode ser empregada como um sensor linear. A fibra óptica é passiva na natureza e não tem pontos de detecção individuais.

[064] Assim, a Figura 7 mostra um tubo flexível não ligado 90 tendo uma fibra adicional 91 em adição às quatro fibras 81, 82, 83 e 84 da Figura 6. Tal como as quatro fibras 81, 82, 83 e 84, a fibra 91 é integrada em um elemento de blindagem enrolado helicoidalmente de uma das camadas de blindagem, mas em contraste com as fibras 81, 82, 83 e 84, a fibra 91 não tem quaisquer sensores de fibra óptica dispostos ao longo do comprimento da fibra. Em vez disso, a fibra 91 é usada para detecção de temperatura distribuída conforme descrito acima.

[065] A Figura 8 mostra um exemplo de um equipamento interrogador 92 para uso com o tubo flexível não ligado 90 tendo fibras 81, 82, 83 e 84 com sensores de fibra óptica dispostos ao longo do comprimento da fibra, bem como uma fibra 91 usada para detecção de temperatura distribuída. O equipamento interrogador 92 compreende um interrogador de tensão 93 para a detecção de variações de tensão através das fibras 81, 82, 83 e 84 e um interrogador de sensor de temperatura distribuída (DTS) 94 para a detecção de variações de temperatura através da fibra 91. De modo similar ao equipamento interrogador 20 da Figura 4, o interrogador de tensão 93 compreende um transmissor óptico 51, um detector óptico 52 e um controlador 53 para controlar o transmissor óptico 51 para transmitir a luz e o receptor óptico 52 para receber a luz refletida a partir de sensores de fibra óptica 85 das fibras 81, 82, 83 e 84. O interrogador DTS 94 compreende um transmissor óptico 95 para gerar pulsos de laser e emiti-los na fibra 91 e um detector óptico 96 para receber sinais ópticos refletidos a partir da fibra 91. A partir de um perfil de retardo dos sinais refletidos no detector óptico 96 pode-se determinar as variações de temperatura ao longo da fibra 91 e, assim, ao longo do tubo flexível não ligado 90. Um controlador 97 controla as funções do transmissor óptico 95 e o detector óptico 96.

[066] Na Figura 8, as fibras 81, 82, 83, 84 e 91 são mostradas como sendo diretamente conectadas ao equipamento interrogador 92, o que significa que cada uma destas fibras tem um prolongamento em uma cavidade de saída da conexão de extremidade 16 que é suficientemente longo para conectar a fibra diretamente ao equipamento interrogador 92. Alternativamente, uma fibra óptica separada, ou outro tipo de guia de ondas óptico, pode conectar cada uma das fibras 81, 82, 83, 84 e 91 ao equipamento interrogador 20 usando conectores ópticos nas cavidades de saída da conexão de extremidade 16. É também notado que, nesta situação, a linha representando a fibra 21 na Figura 1 representa as cinco fibras conectadas às fibras 81, 82, 83, 84 e 91, respectivamente, nas cavidades de saída da conexão de extremidade 16.

[067] Para ser capaz de transmitir sinais que representam parâmetros determinados ou valores de luz recebidos para computação adicional em outro lugar no FPSO 1, por exemplo, em uma sala de instrumentação local, o equipamento interrogador 92 também compreende um comutador Ethernet 54 conectado a um cabo 55, que pode ser um par torcido ou um link de fibra óptica. O comutador Ethernet 54 também é conectado aos controladores 53 e 97 de modo que a sala de instrumentação pode receber informação a partir de e enviar instruções para o interrogador de tensão 93, bem como o interrogador de DTS 94.

[068] Em algumas formas de realização, vários risers na forma de tubos flexíveis não ligados provenientes do leito do mar podem ser conectados à mesma torre de ancoragem. Um exemplo disto é mostrado na Figura 9, onde a torre de ancoragem 104 recebe quatro tubos flexíveis não ligados 105, 106, 107 e 108. De forma semelhante à Figura 1, cada tubo flexível não ligado 105, 106, 107 e 108 é conectado a ou recebido pela torre de ancoragem 104 por meio de uma conexão de extremidade 116. Um tubo 117 é conectado a cada conexão de extremidade 116, de modo que o fluxo de líquidos e/ou gases chegando a bordo do FPSO 1 a partir, por exemplo, de poços de petróleo submarinos através dos tubos flexíveis não ligados 105, 106, 107 e 108 continua através dos tubos correspondentes 117. Os quatro tubos 117 são combinados ao tubo principal 17, de modo que o fluxo de líquidos e/ou gases a partir de todos os quatro tubos flexíveis não ligados 105, 106, 107 e 108 pode ser transferido através do tubo 17, o dispositivo de junta rotativa 22 e o tubo 23 para o equipamento de processamento e/ou armazenamento no FPSO.

[069] Como na Figura 1, cada uma das fibras ópticas de um dos tubos flexíveis não ligados 105, 106, 107 e 108 está conectada ao equipamento interrogador 120 por uma conexão óptica 121, por exemplo, uma fibra óptica ou outro tipo de guia de ondas óptico, ou o prolongamento da fibra na cavidade de saída 71 da correspondente conexão de extremidade 116 pode ser suficientemente longo para conectar a fibra diretamente ao equipamento interrogador 120. Assim, como exemplos, se um tubo flexível não ligado 15 tendo apenas uma fibra integrada 41 como mostrado na Figura 3 é usado, a conexão óptica 121 pode ser uma única fibra óptica, ao mesmo tempo que pode consistir de cinco fibras ópticas conectadas às fibras 81, 82, 83, 84 e 91, respectivamente, se é usado o tubo flexível não ligado 90 tendo cinco fibras integradas, como mostrado na Figura 7. O equipamento interrogador 120 pode compreender interrogadores para cada um dos quatro tubos flexíveis não ligados 105, 106, 107 e 108, ou equipamento interrogador separado pode ser usado para cada tubo flexível não ligado.

[070] Em outra forma de realização, uma torre de ancoragem pode ser separada em duas partes, que é ilustrada com a torre de ancoragem 124 na Figura 10, que pode ser separada ao longo do plano de desconexão 125 em uma parte inferior 126 para receber os tubos flexíveis não ligados 105, 106, 107 e 108 nas conexões de extremidade 116 e uma parte superior 127 compreendendo os tubos 17 e 117 e a plataforma 19 para o equipamento interrogador 120. Isto permite que o FPSO libere a parte inferior 126 da torre de ancoragem e mova-se para uma outra posição, por exemplo, em caso de uma situação de emergência, tal como um ciclone ou um iceberg, ou apenas para ser conectado a outra torre de ancoragem em outra posição. A parte inferior 126 da torre de ancoragem será então afundada sob as ondas e pode ser reconectada depois.

[071] Para facilitar tal desconexão, cada tubo flexível não ligado 105, 106, 107 e 108 é provido com uma válvula 128, que permite o fluxo de líquidos e/ou gases daquele tubo ser cortado antes da desconexão. Além disso, cada fibra óptica 121 conectando a conexão de extremidade 116 ao equipamento interrogador 120 está disposta para ser desconectada dividindo a fibra em duas seções que podem ser conectadas uma a outra por meio de conectores ópticos 129. Uma vez que as partes conectoras do conector óptico 129 podem ser deixadas abaixo da água quando desconectada, devem ser usados os chamados conectores molhados (Wet-mate) submarinos.

[072] Em uma situação em que a parte inferior 126 da torre de ancoragem 124 deve ser separada do FPSO 1, as válvulas 128 são fechadas e a parte superior 127 e a parte inferior 126 são então separadas uma da outra, conforme ilustrado na Figura 11. Normalmente, a parte superior 127 permanecerá no FPSO 1.

[073] Nas formas de realização descritas acima, a invenção é descrita em relação a uma chamada torre de ancoragem interna, onde a torre está localizada no casco de uma unidade, isto é, neste caso o FPSO 1. Normalmente, a torre de ancoragem está localizada na extremidade dianteira do FPSO, mas em alguns casos, a torre de ancoragem pode ser encontrada no meio do navio. No entanto, a invenção também pode ser usada em combinação com uma torre de ancoragem externa, onde a torre está localizada do lado de fora do casco do navio, por exemplo, na proa ou popa da unidade.

[074] Um exemplo disto é mostrado como o FPSO 131 na Figura 12. O casco 132 do FPSO 131 é provido com uma projeção 135, por exemplo, na proa do FPSO 131. Esta projeção 135 tem um eixo câmara ou o compartimento substancialmente vertical 133 para receber e suportar a torre de ancoragem 134. Similarmente à torre de ancoragem 4 na Figura 1, a torre de ancoragem 134 está ancorada ao leito do mar por correntes ou cabos 5, 6, 7 e 8 assegurando que a torre pode manter uma posição geostática, e um riser, na forma de um tubo flexível não ligado 15 vindo do leito do mar é conectado à torre de ancoragem 134 por meio de uma conexão de extremidade 16. A parte superior da torre de ancoragem 134 compreende um tubo 17 conectado à conexão de extremidade 16, de forma que o fluxo de líquidos e/ou gases chegando a bordo do FPSO 131 a partir de, por exemplo, poços de petróleo submarinos através do tubo flexível não ligado 15, continua através do tubo 17. Uma plataforma 19 na qual o equipamento interrogador 20 pode ser disposto é ligada ao tubo 17. Alternativamente, o equipamento interrogador 20 pode ser disposto diretamente no lado superior da própria torre de ancoragem 134.

[075] Uma fibra óptica 21, ou outro tipo de guia de ondas óptico, conecta a fibra óptica do tubo flexível não ligado 15 ao equipamento interrogador 20, mas como mencionado anteriormente, o prolongamento da fibra 41 na cavidade de saída 71 da conexão de extremidade 16 pode também ser suficientemente longo para conectar a fibra 41 diretamente ao equipamento interrogador 20. Uma vez que o equipamento interrogador 20 é colocado sobre a torre de ancoragem geoestacionária 134, é assegurada uma conexão de qualidade suficiente entre a fibra óptica 41 e o equipamento interrogador 20, mesmo quando o FPSO 131 gira em torno da torre de ancoragem 134 de acordo com a mudança das condições climáticas.

[076] Um dispositivo de junta rotativa 22 junta o tubo 17 na torre de ancoragem geoestacionária 4 com um outro tubo 23, que é uma parte do FPSO 131 e, assim, capaz de rodar em relação à torre de ancoragem geoestacionária 134. O tubo 23 conduz a um equipamento de processamento e/ou armazenamento no FPSO. Desta forma, o dispositivo de junta rotativa 22 provê um caminho para transferência de fluidos entre a torre de ancoragem 134 e a weathervaning livre FPSO 131 quando o FPSO gira em torno da torre de ancoragem. Por meio de um anel deslizante, o dispositivo de junta rotativa 22 pode transmitir sinais elétricos entre a torre de ancoragem 134 e o FPSO 131. Neste caso, um sinal de saída elétrico do equipamento interrogador 20, pode ser transmitido através da conexão elétrica 25, o dispositivo de junta rotativa 22 e a conexão elétrica 26 a uma sala de instrumentação local 27 colocados a bordo do FPSO 131. Esta conexão pode, naturalmente, também ser usada para controlar o equipamento interrogador 20 a partir da sala de instrumentação local 27. Como mencionado acima, esta conexão pode ser, tipicamente, uma conexão Ethernet.

[077] A Figura 13 mostra um diagrama de fluxo 200 ilustrando um método de detecção de um parâmetro, tal como um valor de temperatura ou tensão, em um tubo flexível não ligado tendo uma ou mais fibras ópticas integradas em uma camada de blindagem, em que o tubo flexível não ligado é conectado rotativamente a uma unidade flutuante através de uma torre de ancoragem e um dispositivo de junta rotativa, tal como descrito acima. Na etapa 201, os sinais ópticos são transmitidos em uma ou mais fibras ópticas a partir de um transmissor óptico em equipamento interrogador que está disposto na torre de ancoragem, de modo que a fibra óptica pode ser conectada ao equipamento interrogador sem ter que passar através de um dispositivo de junta rotativa. Na etapa 202, os sinais ópticos refletidos a partir da fibra óptica, em resposta aos sinais ópticos transmitidos à fibra na etapa 201 são recebidos em um detector óptico no equipamento interrogador que está disposto sobre a torre de ancoragem, e o parâmetro do tubo flexível não ligado é detectado a partir dos sinais ópticos recebidos a partir da fibra. Finalmente, na etapa 203, os sinais indicadores do parâmetro detectado são transferidos ao equipamento de recepção colocados a bordo da unidade flutuante a partir do equipamento interrogador que está disposto na torre de ancoragem. Como descrito acima, isto pode ser feito por meio de transmissão através do dispositivo de junta rotativa, por meio de transmissão sem fios ou através do armazenamento dos dados em um meio de armazenamento, no equipamento interrogador para subsequente recuperação manual a uma certa frequência.

[078] Embora diversas formas de realização da presente invenção tenham sido descritas e mostradas, a invenção não está restringida a isso, mas pode também ser realizada de outras maneiras dentro do escopo do objeto definido nas reivindicações seguintes.

Claims

1. SISTEMA DE TUBO FLEXÍVEL, compreendendo: • um tubo flexível não ligado (15; 80; 90; 105, 106, 107, 108) compreendendo pelo menos uma camada de blindagem (31, 33, 34, 35) e conectado a uma unidade flutuante (1; 131); • um sistema sensor adaptado para detectar alterações na tensão e/ou temperatura no tubo flexível não ligado compreendendo: ■ pelo menos uma fibra óptica (41; 81, 82, 83, 84; 91) integrada na pelo menos uma camada de blindagem (31, 33, 34, 35) do tubo flexível não ligado (15; 80; 90; 105, 106, 107, 108); e ■ equipamento interrogador (20; 92; 120) tendo um transmissor óptico (51; 95) configurado para transmitir sinais ópticos na dita pelo menos uma fibra óptica (41; 81, 82, 83, 84; 91); e um detector óptico (52; 96) configurado para receber sinais ópticos refletidos da dita pelo menos uma fibra óptica (41; 81, 82, 83, 84; 91) e para detectar daí, pelo menos um parâmetro no dito tubo flexível não ligado (15; 80; 90; 105, 106, 107, 108); caracterizado pelo fato de que o sistema de tubo flexível compreende • uma torre de ancoragem (4; 104; 124; 134) para conectar rotativamente o tubo flexível não ligado (15; 80; 90; 105, 106, 107, 108) à unidade flutuante (1; 131), a dita torre de ancoragem (4; 104; 124; 134) sendo suportada por um eixo substancialmente vertical (3; 133) na unidade flutuante (1; 131) e compreendendo uma conexão de extremidade (16; 116) para terminar e segurar o dito tubo flexível não ligado (15; 80; 90; 105, 106, 107, 108) à torre de ancoragem (4; 104; 124; 134); e • um dispositivo de junta rotativa (22) para conectar rotativamente a torre de ancoragem (4; 104; 124; 134) ao eixo (3; 133) da unidade flutuante (1; 131) e prover uma passagem de transferência de fluido entre a torre de ancoragem (4; 104; 124; 134) e a unidade flutuante (1; 131), em que o dito equipamento interrogador (20; 92; 120) está localizado na dita torre de ancoragem (4; 104; 124; 134) para estabelecer que sinais ópticos refletidos da fibra possam alcançar o equipamento interrogador sem serem distorcidos no dispositivo de junta rotativa e é ainda configurado para transferir sinais indicadores do dito pelo menos um parâmetro detectado ao equipamento de recepção (27) na dita unidade flutuante (1; 131) e em que dito equipamento interrogador (20; 92; 120) compreende um transmissor (54) para transmitir os ditos sinais indicadores do dito pelo menos um parâmetro detectado para o equipamento de recepção (27) na dita unidade flutuante (1; 131) e em que o sistema de tubo flexível está configurado para transmitir ditos sinais como sinais sem fios através do dito dispositivo de junta rotativa (22).

2. SISTEMA DE TUBO FLEXÍVEL de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito equipamento interrogador (20; 92; 120) compreende um meio de armazenamento (57) para armazenar os ditos sinais indicadores para subsequente recuperação manual.

3. SISTEMA DE TUBO FLEXÍVEL de acordo com qualquer uma das reivindicações 1ou 2, caracterizado pelo fato de que o dito equipamento de recepção (27) é disposto em uma sala de instrumentação local na dita unidade flutuante (1; 131).

4. SISTEMA DE TUBO FLEXÍVEL de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o dito equipamento interrogador (20; 92; 120) é disposto em um invólucro (56) que está certificado de acordo com ATEX Zona 1 e grau de proteção IP68.

5. SISTEMA DE TUBO FLEXÍVEL de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a dita unidade flutuante (1; 131) é uma unidade flutuante produção, armazenamento e transferência, FPSO.

6. SISTEMA DE TUBO FLEXÍVEL de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a dita torre de ancoragem é uma torre interna de ancoragem (4; 104; 124) localizada no casco (2) da dita unidade flutuante (1).

7. SISTEMA DE TUBO FLEXÍVEL de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a dita torre de ancoragem é uma torre externa de ancoragem (134) localizada em uma projeção (135) que se estende a partir do casco (132) da dita unidade flutuante (131).

8. SISTEMA DE TUBO FLEXÍVEL de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a dita torre de ancoragem (4; 104; 124; 134) tem uma forma cilíndrica.

9. SISTEMA DE TUBO FLEXÍVEL de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a dita torre de ancoragem (124) é configurada para ser separada ao longo de um plano de desconexão (125) em uma parte inferior (126) para receber o tubo flexível não ligado e em uma parte superior (127), compreendendo o equipamento interrogador (120).

10. SISTEMA DE TUBO FLEXÍVEL de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a dita torre de ancoragem (104; 124) é configurada para conectar uma pluralidade de tubos flexíveis não ligados (105, 106, 107, 108) à unidade flutuante (1).

11. SISTEMA DE TUBO FLEXÍVEL de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de sensores de fibra óptica (42; 85) são dispostos ao longo da dita fibra óptica (41; 81, 82, 83, 84).

12. SISTEMA DE TUBO FLEXÍVEL de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a dita pluralidade de sensores de fibra óptica (42; 85) são sensores intrínsecos integrados na dita fibra óptica (41; 81, 82, 83, 84).

13. SISTEMA DE TUBO FLEXÍVEL de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que cada um dos ditos sensores intrínsecos (42; 85) compreende uma grade de Bragg em fibra.

14. SISTEMA DE TUBO FLEXÍVEL de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a dita pluralidade de sensores de fibra óptica (42; 85) são sensores extrínsecos conectados à dita fibra óptica (41; 81, 82, 83, 84).

15. SISTEMA DE TUBO FLEXÍVEL de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 14, caracterizado por • o sistema sensor compreender uma pluralidade de fibras ópticas (81, 82, 83, 84) integradas nos correspondentes elementos de blindagem de uma camada de blindagem do tubo flexível não ligado (80); e • cada uma da dita pluralidade de fibras ópticas (81, 82, 83, 84) compreender uma pluralidade de sensores de fibras ópticas (85) dispostos com distâncias iguais entre si ao longo da fibra, de modo que uma pluralidade de sensores de fibras ópticas (85) são dispostos em seções transversais coincidentes (86) do tubo flexível não ligado (80).

16. SISTEMA DE TUBO FLEXÍVEL de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 15, caracterizado por • o sistema sensor compreender pelo menos uma outra fibra óptica (91) integrada em um elemento de blindagem de uma camada de blindagem do tubo flexível não ligado (90); e • o dito equipamento interrogador (92) é configurado para executar detecção de temperatura distribuída através da transmissão de pulsos de laser na dita outra fibra (91) e determinar as temperaturas ao longo da dita outra fibra (91) baseado no retro-espalhamento Raman deslocado (Raman- shifted backscatter) a partir dos ditos pulsos de laser.

17. SISTEMA DE TUBO FLEXÍVEL de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o dito equipamento interrogador (92) é configurado para realizar detecção de temperatura distribuída através da transmissão de pulsos de laser na dita fibra óptica (91) e determinar as temperaturas ao longo da dita fibra óptica (91) baseado em retro- espalhamento Raman deslocado (Raman-shifted backscatter) dos ditos pulsos de laser.

18. MÉTODO DE DETECÇÃO DE PELO MENOS UM PARÂMETRO em um tubo flexível não ligado (15; 80; 90; 105, 106, 107, 108) tendo pelo menos uma camada de blindagem (31, 33, 34, 35) em um sistema de tubo flexível compreendendo ainda: • uma torre de ancoragem (4; 104; 124; 134) para rotativamente conectar o tubo flexível não ligado (15; 80; 90; 105, 106, 107, 108) a uma unidade flutuante (1; 131), a dita torre de ancoragem (4; 104; 124; 134) sendo suportada por um eixo substancialmente vertical (3; 133) na unidade flutuante (1; 131) e compreendendo uma conexão de extremidade (16; 116) para terminar e segurar o dito tubo flexível não ligado (15; 80; 90; 105, 106, 107, 108) à torre de ancoragem (4; 104; 124; 134); • um dispositivo de junta rotativa (22) para rotativamente conectar a torre de ancoragem (4; 104; 124; 134) ao eixo (3; 133) da unidade flutuante (1; 131) e prover uma passagem de transferência de fluido entre a torre de ancoragem (4; 104; 124; 134) e a unidade flutuante (1; 131); e • um sistema sensor para detectar dito pelo menos um parâmetro e compreendendo, pelo menos, uma fibra óptica (41; 81, 82, 83, 84; 91) integrado na pelo menos uma camada de blindagem (31, 33, 34, 35) do tubo flexível não ligado (15; 80; 90; 105, 106, 107, 108), em que dito pelo menos um parâmetro sendo as alterações na tensão e/ou temperatura no tubo flexível não ligado, o método caracterizado por compreender as etapas de: • transmitir (201) sinais ópticos na dita pelo menos uma fibra óptica (41; 81, 82, 83, 84; 91) a partir de um transmissor óptico (51; 95) de um equipamento interrogador (20; 92; 120) disposto sobre a dita torre de ancoragem (4; 104; 124; 134); • receber (202) sinais ópticos refletidos da dita pelo menos uma fibra óptica (41; 81, 82, 83, 84; 91) sem serem distorcidos no dispositivo de junta rotativa e detectar das mesmas, dito pelo menos um parâmetro no dito tubo flexível não ligado (15; 80; 90; 105, 106, 107, 108) em um detector óptico (52; 96) do dito equipamento interrogador (20; 92; 120) disposto sobre a dita torre de ancoragem (4; 104; 124; 134); e • transferir (203) os sinais indicadores do dito pelo menos um parâmetro detectado ao equipamento de recepção (27) na dita unidade flutuante (1; 131) a partir do dito equipamento interrogador (20; 92; 120) disposto sobre a dita torre de ancoragem (4; 104; 124; 134), em que o método compreende ainda a etapa de transmitir os ditos sinais indicadores do dito pelo menos um parâmetro detectado ao equipamento de recepção (27) na dita unidade flutuante (1; 131) a partir do dito equipamento interrogador (20; 92; 120) disposto sobre a dita torre de ancoragem (4; 104; 124; 134) como sinais sem fio e em que o método compreende ainda a etapa de transmitir os ditos sinais indicadores através do dito dispositivo de junta rotativa (22).

19. MÉTODO de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o método compreende ainda a etapa de armazenar os ditos sinais indicadores em um meio de armazenamento (57) no dito equipamento interrogador (20; 92; 120) para a subsequente recuperação manual.