BR112020022426A2

BR112020022426A2 - enrijecedor à flexão

Info

Publication number: BR112020022426A2
Application number: BR112020022426-0A
Authority: BR
Inventors: Austin Harbison; Hussain Mohammed Bilal
Original assignee: Trelleborg Offshore Uk Limited
Priority date: 2018-05-04
Filing date: 2019-05-02
Publication date: 2021-02-09
Also published as: GB2587522A; US20210071480A1; WO2019211612A1; GB201807370D0; GB2587522B; US11530578B2; GB202016932D0; NO20201166A1

Abstract

A invenção se refere a um enrijecedor à flexão (10, 32) para proteger localmente um membro flexível alongado (14) de curvatura excessiva quando o membro flexível alongado é implantado na água. O enrijecedor à flexão compreende um corpo do enrijecedor alongado (34) que tem uma extremidade de raiz, uma extremidade livre e uma passagem (36) que se estende através do corpo do enrijecedor da extremidade de raiz até a extremidade livre para receber e abraçar o membro flexível. Um acoplamento (16) na, ou em direção à, extremidade da raiz do corpo do enrijecedor serve para montar o corpo do enrijecedor. O corpo do enrijecedor é suficientemente flexível para curvar um pouco junto com o membro flexível quando o membro flexível sofre uma carga de flexão e porta um módulo do sensor que é localizado próximo à extremidade livre do enrijecedor à flexão e é configurado para detectar inclinação e/ou orientação e/ou movimento da extremidade livre do enrijecedor à flexão.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: “ENRIJECEDOR À FLEXÃO”

[001] A presente invenção se refere ao monitoramento de membros submarinos flexíveis alongados.

Especificamente, se refere ao monitoramento de tais membros usando um enrijecedor à flexão portando um arranjo do sensor adequado.

[002] Membros subaquáticos flexíveis incluem tubos submarinos, como tubos ascendentes usados para conduzir hidrocarbonetos de uma cabeça de poço no fundo do mar para uma plataforma de produção, mas a invenção é aplicável em relação a qualquer um de uma ampla faixa de tubos ascendentes, tubulações, linhas de fluxo, umbilicais, cabos, cabos de energia ou semelhantes.

[003] Membros alongados implantados debaixo d'água podem sofrer tensão de flexão variável e consequente deformação variável (flexão) que pode causar fadiga e, portanto, limitar sua vida útil de operação. Eles também podem sofrer danos se flexionarem mais do que seu raio de curvatura mínimo. Considere o exemplo de um tubo ascendente de gás ou óleo que vai do fundo do mar a uma plataforma flutuante. A ação das ondas causa flexão e inflexão cíclicas, especialmente nas proximidades da terminação do tubo ascendente na plataforma. As correntes de água podem impor cargas laterais no tubo ascendente, criando tensão de flexão.

[004] A falha de tubos ascendentes pode ser por colapso, ruptura de linhas internas ou mesmo ruptura de camadas externas levando à liberação de hidrocarbonetos para o meio ambiente, e pode resultar de danos de fadiga de longo prazo ou de um único caso de flexão excessiva catastrófica. Assim, os tubos ascendentes e seus acessórios precisam ser projetados levando-se em consideração as condições operacionais esperadas para fornecer a vida útil de projeto necessária, que pode ser superior a vinte anos.

O estado do tubo ascendente pode ser avaliado periodicamente como base para decisões sobre manutenção, ação corretiva ou substituição.

[005] Os tubos ascendentes podem ser visitados e inspecionados periodicamente, por mergulhadores ou por um veículo operado remotamente equipado com câmera (“ROV”), mas a inspeção em si não é uma solução completa para monitorar o estado do tubo ascendente.

[006] Houve propostas no passado para o uso de sensores para monitorar a flexão de tubos ascendentes, o que é desejável não apenas como base para tal avaliação periódica, mas também como uma forma de melhorar o projeto de futuros tubos ascendentes e suas estruturas relacionadas.

[007] A US 2011/0176125 (Smith et al.) descreve um sistema para monitorar a flexão de um tubo ascendente flexível que usa um conduto alongado amarrado ao tubo ascendente. Em uma forma de realização, o conduto tem fibras ópticas embutidas incorporando grades de Bragg usadas para medir a deformação das fibras e, assim, detectar a flexão do conduto.

[008] US9388642B2 (Mangal et al.) divulga um arranjo tendo um “aparelho portador de sensor” formado como dois meios tubos montados em torno do tubo ascendente e novamente usando medidores de deformação de grade de Bragg de fibra óptica para medir a flexão. Esse documento também propõe fornecer o aparelho portador de sensor de um inclinômetro.

[009] Esses arranjos usando itens adicionais presos ao tubo ascendente, tal como o aparelho portador de Mangal, aumentam as despesas e a complexidade da instalação como um todo e do trabalho envolvido em sua implantação.

[0010] GB2506001B (Silixa Ltd. e Chevron USA Inc.) divulga uma abordagem para monitorar o perfil de um tubo ascendente usando sensores acústicos distribuídos de fibra óptica capazes de detectar som em intervalos curtos ao longo do comprimento do tubo ascendente. O sistema é um tanto elaborado, envolvendo a emissão de sinais acústicos de várias fontes implantadas em posições conhecidas em relação ao tubo ascendente. As posições dos sensores são calculadas a partir dos sinais acústicos recebidos para permitir que o perfil do tubo ascendente seja determinado.

O custo de implementação e manutenção de tal sistema é considerado potencialmente grande.

[0011] É convencional proteger um tubo ascendente de flexão excessiva local na região de sua terminação na plataforma por uso de um enrijecedor à flexão. Uma forma conhecida de enrijecedor à flexão 10 é representada, de forma simplificada, na Figura 1 e compreende um corpo do enrijecedor troncocônico 12 com uma passagem atravessante cilíndrica (que é um detalhe interno não visto nesse desenho) recebendo e abraçando um tubo ascendente flexível 14 passando pelo enrijecedor à flexão. A estrutura de aço 16 serve para montar uma raiz mais larga 18 do enrijecedor à flexão em alguma estrutura de terminação (não mostrada), tal como um tubo “I” de uma plataforma de produção. Dessa forma, o corpo do enrijecedor 12 é montado em modo de cantiléver, a sua raiz 18 sendo fixada e a sua extremidade 20 mais estreita, livre, podendo mover-se à medida que o corpo do enrijecedor 12 e o tubo ascendente 14 dentro dele flexionam sob uma carga de flexão. O desenho mostra que o corpo do enrijecedor 12 é curvo, mas este é o efeito de tal carregamento, na ausência do qual o corpo do enrijecedor 12 é reto nesse exemplo. A rigidez do corpo troncocônico reduz progressivamente da raiz 18 para a extremidade livre 20 e,

dessa forma, o enrijecedor à flexão distribui um momento de flexão ao longo de seu comprimento, garantindo que o tubo ascendente não seja submetido a um momento de flexão localizada - e potencialmente grande quando emerge da plataforma.

[0012] O membro alongado sendo protegido se estende na água. O enrijecedor à flexão pode ele próprio estar submerso ou pode estar acima da superfície da água, por exemplo, no que é referido como a “zona de respingo”.

[0013] Nem todos os enrijecedores de curvatura são montados dessa forma em cantiléver e nem todos são implantados na superfície da água ou próximo a ela. Os enrijecedores de flexão de “linha média” servem para proteger as regiões de um membro subaquático de sua terminação.

[0014] O WO 2015/189291 divulga um enrijecedor à flexão fornecido na sua extremidade da raiz com uma série de medidores de deformação que aparecem a partir dos desenhos para serem embutidos no corpo do enrijecedor na sua extremidade da raiz. A partir das deformações medidas, e com base em uma característica de flexão predeterminada do enrijecedor, é dito que pode ser determinado se o enrijecedor se flexionou além de um raio mínimo de curvatura. O documento também sugere medições de temperatura nesse contexto. Mas incorporar sensores na porção da raiz altamente tensionada do enrijecedor é potencialmente problemático, pois pode afetar a vida útil de fadiga do próprio enrijecedor, e pode criar concentração de tensão local levando à propagação de rachaduras ou fendas no material enrijecedor. A abordagem descrita envolve o uso de vários sensores espaçados circunferencialmente sobre o enrijecedor à flexão e conectados pelo que parece ser um cabeamento para componentes eletrônicos, incluindo uma unidade de processamento uma e memória. Esse é um arranjo indesejavelmente complexo e a acomodação do cabeamento e dos componentes eletrônicos na extremidade da raiz tensionada do enrijecedor envolveria novamente a possibilidade de comprometer o tempo de vida à fadiga do enrijecedor.

[0015] Um meio melhorado de monitorar membros flexíveis subaquáticos é, portanto, desejado.

Desejavelmente, deve ser simples e robusto na fabricação e não deve aumentar a complexidade de implantação do membro alongado.

[0016] De acordo com a presente invenção, há um enrijecedor à flexão para proteger localmente um membro flexível alongado de curvatura excessiva quando o membro flexível alongado é implantado na água, o enrijecedor à flexão compreendendo um corpo do enrijecedor alongado que tem uma extremidade da raiz, uma extremidade livre, e uma passagem que se estende através do corpo do enrijecedor da extremidade da raiz até a extremidade livre para receber e abraçar o membro flexível, o enrijecedor à flexão compreendendo adicionalmente um acoplamento na, ou em direção à, extremidade da raiz do corpo do enrijecedor para montar o corpo do enrijecedor, o corpo do enrijecedor sendo suficientemente flexível para se curvar um pouco junto com o membro flexível quando o membro flexível sofre uma carga de flexão e portando um módulo do sensor que está próximo da extremidade livre do enrijecedor à flexão e é configurado para detectar inclinação e/ou orientação e/ou movimento da extremidade livre do enrijecedor à flexão.

[0017] De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, há um corpo do enrijecedor para um enrijecedor à flexão, para proteger localmente um membro flexível alongado de curvatura excessiva quando o membro flexível alongado é implantado na água, o corpo do enrijecedor compreendendo uma extremidade da raiz, uma extremidade livre, e uma passagem que se estende através do corpo do enrijecedor da extremidade da raiz até a extremidade livre para receber e abraçar o membro flexível, o corpo do enrijecedor tendo uma porção de ponta na, ou próxima à, extremidade livre que é configurada para receber e montar um módulo do sensor.

[0018] As formas de realização específicas da presente invenção serão agora descritas, apenas a título de exemplo, com referência aos desenhos anexos, nos quais: a Figura 1 é uma vista simplificada de um enrijecedor à flexão visto de um lado e recebendo um tubo ascendente; a Figura 2a representa parte de um enrijecedor à flexão que concretiza a presente invenção; a Figura 2b é similar à Figura 2a, exceto que o enrijecedor à flexão é mostrado cortado em um plano perpendicular ao seu eixo, para revelar detalhes internos; a Figura 2c representa parte de um outro enrijecedor à flexão que concretiza a presente invenção; as Figuras 3a e 3b representam, respectivamente, um outro enrijecedor à flexão que concretiza a presente invenção e um módulo do sensor para uso com ele; a Figura 4 representa um outro enrijecedor à flexão que concretiza na presente invenção que é cortado em um plano axial para revelar detalhes interiores; as Figuras 5a e 5b representam parte de um enrijecedor à flexão adicional que concretiza a presente invenção e diferem em que na Figura 5b o enrijecedor é cortado em um plano axial para revelar detalhes internos; a Figura 5c é uma vista detalhada, mais uma vez cortada em um plano axial, do mesmo enrijecedor à flexão;

a Figura 6a representa parte de um outro enrijecedor à flexão que concretiza a presente invenção; a Figura 6b representa um módulo do sensor usado no enrijecedor à flexão; a Figura 6c é uma vista detalhada de parte do mesmo enrijecedor à flexão do qual o módulo do sensor é omitido;

a Figura 7a representa parte de um outro enrijecedor à flexão que concretiza a presente invenção; a Figura 7b representa uma braçadeira usada com o enrijecedor à flexão;

A Figura 7c representa o enrijecedor à flexão sem a braçadeira;

a Figura 8a representa parte de ainda um outro enrijecedor à flexão que concretiza a presente invenção; a

Figura 8b representa uma braçadeira usada com o enrijecedor à flexão; a Figura 8c representa o enrijecedor à flexão sem a braçadeira;

a Figura 9a representa um enrijecedor à flexão que concretiza a presente invenção e que transporta um módulo do sensor, o módulo do sensor sendo cortado em um plano axial para revelar detalhes internos; a Figura 9b representa o enrijecedor à flexão sem o módulo do sensor; a

Figura 9c representa o módulo do sensor sem o enrijecedor à flexão;

a Figura 10 é uma seção em um plano axial através de um enrijecedor à flexão que concretiza o presente invento que porta um módulo do sensor;

a Figura 10 representa parte de um outro enrijecedor à flexão que concretiza a presente invenção;

a Figura 11a é uma seção em um plano axial através de um enrijecedor à flexão e uma braçadeira com mola que concretiza a presente invenção, a braçadeira tendo uma configuração aberta; a Figura 11b é similar à Figura 11a,

mas mostra a braçadeira com mola em uma configuração fechada; a Figura 11c representa o mesmo conjunto visto de um lado;

a Figura 12 representa um outro enrijecedor à flexão que concretiza a presente invenção;

a Figura 13 representa ainda um outro enrijecedor à flexão que concretiza a presente invenção;

as Figuras 14a e 14b representam ainda um outro enrijecedor à flexão que concretiza a presente invenção;

a Figura 15 representa ainda um outro enrijecedor à flexão que concretiza a presente invenção;

a Figura 16 representa ainda um outro enrijecedor à flexão que concretiza a presente invenção;

a Figura 17 representa outro enrijecedor à flexão que concretiza a presente invenção;

as Figuras 18a e 18b são representações laterais e parcialmente em seção, respectivamente, de um módulo do sensor que concretiza a presente invenção; a Figura 19 representa um outro módulo do sensor que concretiza a presente invenção; e a Figura 20 representa ainda um outro módulo do sensor que concretiza a presente invenção.

[0019] As Figuras 2a e 2b ilustram uma primeira forma de realização da presente invenção, que tem um módulo do sensor 30 portado por uma porção de ponta bulbosa 38 de um enrijecedor à flexão 32.

[0020] O enrijecedor à flexão 32 pode ser de qualquer tipo adequado para a aplicação particular. Pode, como o exemplo representado na Figura 1, ter estrutura de aço 16 ou alguma outra forma de acoplamento em sua extremidade de raiz para acoplar a uma estrutura de terminação que pode ser, por exemplo, um tubo “I” ou um tubo “J”, ou pode levar qualquer outra forma adequada. A estrutura de aço pode ser, por exemplo, o tipo de acoplamento do tipo bola e rampa divulgado em WO2017/093725, Trelleborg Offshore GB Ltd., (o conteúdo do qual é incorporado nesse documento por referência) para a montagem de um enrijecedor à flexão na perna de uma turbina eólica. Nesse contexto, o membro subaquático flexível alongado sendo protegido é o cabo elétrico usado para transmissão de energia. O enrijecedor à flexão 32 compreende um corpo do enrijecedor flexível 34 que, nesse exemplo, compreende elastômero moldado. O poliuretano é um material adequado, embora outros possam ser usados. O corpo do enrijecedor 34 é moldado para receber e abraçar um membro subaquático flexível alongado e para protegê-lo de flexão excessiva. Nesse exemplo, tem para este efeito uma passagem axial atravessante 36 de seção transversal circular. O corpo do enrijecedor 34 do presente exemplo é de construção unitária, de modo que o membro seja protegido deve ser passado através da passagem 36 para montar o enrijecedor à flexão 32. Outras construções são, no entanto, possíveis. Por exemplo, alguns enrijecedores à flexão conhecidos são divididos ao longo de seu comprimento para permitir que o membro seja introduzido lateralmente.

Embora uma construção unitária seja atraente em termos de vida útil à fadiga e evitação de concentração de tensão localizada, o corpo do enrijecedor 34 pode, em alguns casos, ser formado a partir de duas metades de conchas para montagem em torno do membro alongado. Embora os desenhos mostrem apenas parte do corpo do enrijecedor 34, esse componente está no presente exemplo de forma geralmente troncocônica (semelhante ao exemplo na Figura 1) afunilando de uma extremidade de raiz relativamente larga para uma extremidade de ponta mais estreita, para fornecer um perfil de flexão desejado que evita a concentração de carga de flexão no membro alongado onde emerge do corpo do enrijecedor 34. Outros perfis podem ser usados em outras formas de realização.

[0021] De acordo com um aspecto da presente invenção, o perfil do corpo do enrijecedor 34 inclui a porção de ponta bulbosa 38 que acomoda o módulo do sensor

30.

[0022] O módulo do sensor 30 da presente forma de realização é uma unidade independente tendo uma fonte de alimentação a bordo. Possui um alojamento externo que pode ser vedado contra a entrada de água. Na presente forma de realização, é montado de forma removível no corpo do enrijecedor 34. Na presente forma de realização, é acessível do exterior do corpo do enrijecedor 34. O módulo do sensor 30 pode ser montado de uma maneira que permite que seja convenientemente destacado do enrijecedor à flexão por meio de um veículo operado remotamente. Uma faixa de diferentes arranjos para montar o módulo do sensor no corpo do enrijecedor 34 será discutida abaixo.

[0023] O módulo do sensor 30 da forma de realização da Figura 2 tem um alojamento na forma de um cilindro com extremidades hemisféricas, que é uma forma bem adequada para suportar a pressão hidrostática. No caso de enrijecedores à flexão de linha média, o módulo do sensor

30 pode sofrer pressão significativa. O módulo do sensor 30 pode, assim, constituir um vaso de pressão, mantendo a pressão interna em torno de um nível escolhido (por exemplo, atmosférico), apesar da pressão hidrostática externa.

[0024] O módulo do sensor 30 pode assumir outras formas. Pode ter extremidades planas no lugar das extremidades hemisféricas representadas. Pode assumir a forma de meia concha ou concha parcial estendendo-se circunferencialmente em torno do corpo do enrijecedor, que pode fornecer um grande volume para carregar a bateria sem excesso de projeção radial.

[0025] O módulo do sensor 30 compreende sensores para monitorar a orientação e/ou o movimento do corpo do enrijecedor 34 e, portanto, do membro alongado dentro do mesmo. Esses podem assumir qualquer forma adequada, mas na presente forma de realização o módulo do sensor 30 compreende, em particular, um sensor ou uma matriz de sensor (não mostrado(a)) que responde à orientação do módulo do sensor 30 em relação à gravidade, de modo que a inclinação do módulo do sensor 30 pode ser monitorado.

Dispositivos sensores adequados são muito bem conhecidos. A presente forma de realização usa um arranjo do sensor de rastreamento de movimento de nove eixos que compreende um magnetômetro de três eixos, um acelerômetro de três eixos e 14 um giroscópio de três eixos. Eles são implementados usando a tecnologia MEMS (microeletromecânica) em uma matriz de silício. Dispositivos adequados são bem conhecidos e amplamente disponíveis. Outras tecnologias de detecção de movimento ou orientação ou posição podem ser substituídas em outras formas de realização.

[0026] Ao detectar a inclinação e/ou a orientação e/ou o movimento da porção de ponta 38 do corpo do enrijecedor 34, o módulo do sensor 30 torna possível determinar o grau de flexão do corpo do enrijecedor 34 e do membro alongado que ele aloja.

[0027] Outros sensores podem ser incorporados no módulo do sensor 30. Esses podem ser para monitorar aspectos adicionais do ambiente de trabalho do enrijecedor à flexão 32 e do membro alongado. Um ou mais de sensores de temperatura podem ser incluídos.

[0028] O módulo do sensor 30 é, de acordo com a presente forma de realização, configurado para perfilar dados de sensor para recuperação subsequente. Para isso inclui um microprocessador e uma memória (não mostrado(a) nos desenhos). Um grau de processamento da saída do sensor pode ser realizado no módulo do sensor 30, por exemplo, para comprimir os dados ou selecionar a partir dos mesmos o suficiente para permitir que os dados do sensor de um período prolongado (que pode ser meses ou anos) sejam armazenados na memória.

[0029] A provisão é feita para que os dados do sensor do módulo do sensor 30 sejam recuperados para processamento em um sistema remoto. O módulo do sensor 30 fornece uma interface de dados para essa finalidade. A recuperação de dados pode envolver a recuperação física do módulo do sensor 30, cujos dados de sensor armazenados podem então ser lidos a partir do mesmo. Isso pode ser realizado usando um veículo operado remotamente.

Adicionalmente ou alternativamente, a interface de dados do módulo do sensor pode compreender um arranjo para transmissão de dados para um receptor sem uma conexão com fio. Isso pode ser adequado para a transmissão dos dados para um receptor portado em um veículo ou mergulhador operado remotamente, de modo que os dados possam ser recuperados em visitas de inspeção à instalação. A interface em questão pode: fornecer uma saída óptica adequadamente modulada, transmitida através da água circundante. Os sistemas de comunicação óptica adequados são conhecidos e são disponíveis comercialmente; fornecer uma saída acústica transmitida ao receptor pela água. Modems acústicos subaquáticos adequados são conhecidos na técnica; e/ou empregar um enlace de rádio adequado, que pode ser um rádio de baixa frequência onde o módulo do sensor está submerso, ou nos casos em que o módulo do sensor está acima da água na zona de respingo, pode empregar um protocolo de radiocomunicações mais convencional, tal como RFID, Bluetooth® etc.

[0030] Em tais casos, a recuperação de dados será, em alguns casos, possível sem a remoção física do módulo do sensor 30 do enrijecedor à flexão.

[0031] Uma interface de dados adicional ou alternativa pode ser fornecida para a troca de dados com o módulo do sensor 30 na superfície, especialmente antes de sua implantação ou após sua recuperação, e pode, por exemplo, usar um protocolo de rádio, por exemplo, BluetoothÒ, ou uma conexão com fio acessível abrindo o alojamento do módulo.

[0032] Os dados recuperados do módulo do sensor 30 podem ser usados de várias maneiras. Eles podem ser usados para avaliar o histórico e a condição do membro alongado e/ou do enrijecedor à flexão 32. Os dados podem ser usados, por exemplo, para determinar quando esses componentes precisam ser renovados, retirados ou submetidos à ação corretiva. Tal avaliação pode levar em conta casos acumulativos de flexão, interferindo na vida útil à fadiga e/ou casos individuais de flexão excessiva, que podem ser uma razão para uma renovação ou para ação corretiva ser tomada. Os dados do sensor podem ser usados para informar o processo de configuração em relação a futuras instalações.

Pode, por exemplo, ser usado para validar a modelagem usada no processo de configuração, determinando, por exemplo, se a amplitude e a frequência do movimento experimentadas no mundo real correspondem ao modelo. A confiança nos modelos de configuração assim obtidos pode tornar possível ser menos conservador ao projetar instalações subsequentes.

[0033] Os dados do sensor podem ser usados para informar as decisões sobre a extensão da vida útil dos componentes, incluindo o próprio tubo ascendente. Um operador pode desejar estender a vida útil de uma instalação além do que foi originalmente pretendido e planejado, e as vantagens comerciais ao fazer isso podem ser muito grandes. A realidade pode ser que um determinado tubo ascendente sofreu apenas um estresse leve durante sua vida útil de operação e pode permanecer em serviço com segurança, e os dados do sensor podem ser usados para fazer essa determinação, de modo que esse planejamento não precise ser realizado em uma base desnecessariamente conservadora.

[0034] O módulo do sensor 30 está de acordo com a presente forma de realização fornecido com uma bateria a bordo para alimentar os sensores e o microprocessador associado e a memória. Isso pode ser selecionado para dar uma vida útil prolongada da bateria de meses ou anos, a fim de evitar as despesas envolvidas na renovação frequente da bateria.

[0035] Em algumas formas de realização, o módulo do sensor 30 é configurado para coletar energia de seu ambiente para estender a vida útil da bateria. Essa energia pode ser térmica (no caso de instalação em um tubo ascendente de óleo, tipicamente há uma diferença pronunciada entre a temperatura do tubo ascendente e a da água circundante que pode ser explorada para a captação de energia) ou cinética (o módulo do sensor 30 se move e a energia cinética resultante pode ser colhida, por exemplo, por meio de um gerador triboelétrico). Uma faixa de dispositivos adequados para a captação de energia é conhecida na técnica e os detalhes não são fornecidos nesse documento.

[0036] A montagem do módulo do sensor 30 no enrijecedor à flexão (em vez de em algum dispositivo de montagem separado adicional ao enrijecedor à flexão) significa que a implantação do módulo do sensor 30 não envolve qualquer processo ou complexidade adicional durante a implantação.

[0037] O módulo do sensor 30 está montado na porção de ponta 38 do corpo do enrijecedor 34. Isto é vantajoso.

Posicionar o módulo do sensor 30 na ponta do corpo do enrijecedor 34 significa que ele experimenta a mais ampla faixa de movimento e de mudanças na inclinação (uma vez que a ponta do corpo do enrijecedor 34 se move e gira mais do que sua raiz). Posicionar o módulo do sensor 30 na porção de ponta do corpo do enrijecedor 34 também pode evitar o risco de que sua incorporação possa comprometer as características de fadiga do corpo do enrijecedor 34, uma vez que em alguns enrijecedores à flexão a porção de ponta não é necessária para sustentar cargas de flexão significativas.

[0038] Na forma de realização ilustrada nas Figuras 2a e 2b, o corpo do enrijecedor 34 é moldado para fornecer em sua extremidade livre (sua ponta) a porção de ponta alargada ou bulbosa acima mencionada 38, que acomoda o módulo do sensor 30. Na verdade, essa forma de realização não usa um sensor módulo 30, mas três deles, em intervalos circunferenciais em torno do corpo do enrijecedor 34.

Várias unidades podem fornecer redundância.

Alternativamente ou adicionalmente, cada um pode ser ativado por um período diferente de tempo, para prolongar a vida útil da bateria da instalação como um todo. Por exemplo, se as baterias instaladas em cada módulo do sensor 30 são capazes de fornecer um ano de perfilação de dados ativa, então um primeiro módulo pode estar ativo por um primeiro ano, um segundo módulo pode estar ativo por um segundo ano (sendo ativado no final de o primeiro ano, por exemplo, por um temporizador ou por um sinal de bateria fraco do primeiro módulo) e um terceiro módulo (ativado de forma similar no final do segundo ano) podem perfilar dados até o terceiro ano. Dessa forma, a instalação como um todo é capaz de perfilar dados ao longo de um ciclo de três anos, talvez entre visitas de inspeção em um intervalo de tempo similar por um veículo operado remotamente (ROV).

[0039] Os módulos de sensor 30 são recebidos em respectivos rebaixos abertos radialmente para fora 40 formados na porção de ponta 38. Nessa forma de realização, os módulos de sensor 30 formam um encaixe por pressão em seus rebaixos 40, que são de seção parcialmente circular e um pouco rebaixados. Uma ferramenta adequada transportada por um ROV pode ser usada para retirar os módulos do sensor de seus rebaixos para recuperação. Uma variante é representada na Figura 2c, onde no lugar da configuração de encaixe por pressão os módulos de sensor 30 são retidos em seus respectivos rebaixos por meio de uma tira 42 colocada em torno dos mesmos. Em ambos os casos, os módulos de sensor 30 são retidos de modo preso, mas, no entanto, são recuperáveis diretamente usando um ROV.

[0040] Um modo alternativo de montagem é representado na Figura 3, onde os módulos de sensor 30a são fornecidos com uma rosca de parafuso grossa em seu exterior, e uma face de extremidade 44 do corpo do enrijecedor 34a tem rebaixos rosqueados internamente complementares 46, de modo que os módulos de sensor 30a podem ser aparafusados no corpo do enrijecedor 34 e, subsequentemente, desaparafusados dele para remoção. Em outras formas de realização, os módulos de sensor podem ser recebidos em rebaixos voltados radialmente do corpo do enrijecedor 34.

[0041] A Figura 4 ilustra uma forma de realização na qual os módulos de sensor 30b são recebidos em rebaixos na face de extremidade do corpo do enrijecedor 34 e são retidos no mesmo por uma cobertura removível 48. Nesse exemplo, uma única cobertura 48 de forma anular cobre todos os rebaixos e é presa com fixadores roscados 50.

[0042] O(s) módulo(s) do sensor pode(m) ser retido(s) de forma removível no corpo do enrijecedor 34 por meio de um arranjo de grampo de mola. A Figura 5 fornece um exemplo no qual a porção de ponta 38 do corpo do enrijecedor 34 tem rebaixos voltados radialmente para fora 52 para receber respectivos módulos de sensor 30c, cada rebaixo tendo um grampo de mola resiliente 54 que é um pouco deformado após a inserção do módulo do sensor 30c e molas de volta para engatar e retê-lo. Nesse exemplo, um tubo 56 é formado em uma extremidade do módulo do sensor 30c para engatar no grampo de mola. A outra extremidade do módulo do sensor 30c é recebida em um orifício raso 58 e assim retida. O grampo de mola 54 pode ser empurrado para trás para desengatá-lo do tubo 56 e permitir a remoção do módulo do sensor 30c. Essa operação pode ser realizada usando uma ferramenta de um ROV.

[0043] O(s) módulo(s) do sensor pode(m) ser retido(s) de forma removível no corpo do enrijecedor 34 por meio de uma trava de volta parcial. A Figura 6 fornece um exemplo no qual um rebaixo 58 tem uma face interna 60 incorporando um canal de travamento moldado 62 com um retorno curvo 64. A face oposta 66 do rebaixo 58 é formada de forma similar, embora apenas a extremidade de seu canal de travamento seja vista nos desenhos. As faces de extremidade do módulo do sensor correspondente 30d têm, cada uma, nesse exemplo, um par de seguidores 68, 70, um situado no eixo do módulo do sensor cilíndrico 30d e um deslocamento a partir do mesmo. Para inserir o módulo do sensor 30d no rebaixo, os seguidores 68, 70 são recebidos nos canais de travamento 62. Quando o módulo 30d está totalmente inserido, pode ser girado, fazendo com que o seguidor de deslocamento 70 se mova ao longo do retorno 64 para travar o módulo do sensor 30d no lugar. Para destravar e remover o módulo do sensor 30d, ele deve primeiro ser girado na direção reversa. O giro inadvertido e a liberação do módulo podem ser resistidos deslocando seu centro de gravidade de seu eixo e/ou (se o módulo não for um cilindro plano) deslocando seu centro de flutuabilidade de seu eixo.

[0044] O(s) módulo(s) do sensor pode(m) ser preso(s) no corpo do enrijecedor 34 através de uma parte intermediária, em vez de engatar diretamente com o material do corpo do enrijecedor 34. A parte intermediária pode compreender uma tira ou braçadeira em torno do corpo do enrijecedor 34. A Figura 7 fornece um exemplo que compreende uma braçadeira 72 formada a partir de duas conchas de braçadeira semicirculares 74, 76 acopladas através de um arranjo de dobradiça 77. O exterior de uma das conchas de braçadeira 74 carrega um único módulo do sensor 30e usando um arranjo de aros 78. Nesse exemplo, a porção de ponta 38 do corpo do enrijecedor 34e tem uma porção de diâmetro reduzido 80 para localizar axialmente a braçadeira 72, e a rotação da braçadeira 72 é impedida pelas linguetas 82 formadas no corpo do enrijecedor 34 recebido em aberturas complementares 84 da braçadeira 72.

[0045] A Figura 8 representa outra forma de realização na qual os módulos de sensor 30f são portados em uma forma de braçadeira de anel. Nesse exemplo, existem três conchas de braçadeira 85 acopladas de forma articulada e cada uma formada para envolver um respectivo módulo do sensor 30f, esses módulos sendo recebidos em respectivos rebaixos abertos radialmente para fora 86 no exterior do corpo do enrijecedor 34f. Os módulos de sensor 30f são presos na braçadeira de modo que possam ser recuperados como uma única unidade, sem o risco de que módulos individuais possam ser perdidos durante a recuperação.

[0046] O módulo do sensor pode ser configurado para engatar por rosca com o corpo do enrijecedor. A Figura 9 fornece um exemplo no qual a superfície externa da porção de ponta 38g do corpo do enrijecedor 34 é formada com uma ranhura helicoidal 92 formando uma rosca de parafuso externa grande e grossa no próprio corpo do enrijecedor. O módulo do sensor 30g nesse exemplo é de forma tubular e tem uma ranhura helicoidal 94 em sua superfície interna, formando uma rosca interna igualmente grande e grossa. A montagem do módulo do sensor 30g envolve, portanto, avançá- lo sobre o corpo do enrijecedor e alinhá-lo adequadamente para engatar as roscas, em seguida girar o módulo do sensor 30g para aparafusá-lo no lugar. A remoção envolve girar o módulo do sensor 30g na direção oposta. Esses processos podem ser realizados por um ROV.

[0047] O módulo do sensor pode ser alojado ou compreender uma cobertura de material que é relativamente macio em comparação com o corpo do enrijecedor 34. O material da cobertura pode ser um elastômero. Pode ser um elastômero polimérico. Ele pode ter um módulo de elasticidade que é pequeno em relação ao do material do corpo do enrijecedor 34. Isso pode garantir que a adição do módulo do sensor não altere inaceitavelmente as propriedades mecânicas (rigidez à flexão, vida útil à fadiga etc.) do próprio corpo do enrijecedor 34.

[0048] Um(a) cobertura ou alojamento para o módulo do sensor pode ser formada(o) no corpo do enrijecedor 34 por sobremoldagem. Isto pode ser realizado após a moldagem da parte principal do corpo do enrijecedor 34. A sobremoldagem é vantajosa porque (a) em certas formas de realização permite que a(o) cobertura ou alojamento para o módulo do sensor seja formada(o) de um material diferente daquele do próprio corpo do enrijecedor 34 (o(a) alojamento ou cobertura pode ser relativamente macio(a), como explicado imediatamente acima); (b) evita complicações da moldagem da parte principal do corpo do enrijecedor 34 e possível comprometimento das propriedades mecânicas do corpo; e (c) no caso de uma falha na moldagem das partes relativamente complexas que cobrem ou alojam o módulo do sensor, essas peças podem ser removidas e o processo de sobremoldagem pode ser repetido, sem qualquer necessidade de raspar a parte principal do corpo do enrijecedor 34, que é um item caro de fabricar.

[0049] Na forma de realização ilustrada na Figura 10, o módulo do sensor compreende ou é transportado por uma capa 110 montada sobre a extremidade livre do corpo do enrijecedor 34. A capa 110 pode ser formada in situ por sobremoldagem. Alternativamente, pode ser um encaixe por pressão no corpo do enrijecedor 34. O corpo do enrijecedor 34 nessa forma de realização é formado com uma cabeça alargada 112 com um ressalto 114. A capa 110 é de seção circular e tem um retorno dirigido radialmente para dentro 116 engatável com o ressalto 114 para reter a cobertura 110 no lugar. Se a capa for um encaixe por pressão, seu material é suficientemente flexível para permitir que o retorno 116 passe sobre a cabeça 112.

[0050] Uma braçadeira com mola pode ser usada para montar o módulo do sensor. A porção de ponta do corpo do enrijecedor 34 pode ser moldada para localizar a braçadeira com mola. Isso pode tornar desnecessário o aperto excessivo da braçadeira contra o corpo do enrijecedor. A Figura 11 representa uma braçadeira com mola 120 que pode ser usada para portar o módulo do sensor 30h e para facilitar sua remoção e recuperação usando um ROV. Nessa forma de realização, a braçadeira com mola 120 tem forma parcialmente circular e tem um par de patilhas ou saliências projetando-se radialmente para fora 122.

Empurrar as saliências 122 juntas faz com que o material flexione entre as mesmas e as porções em forma de “C” 124 da braçadeira em ambos os lados das saliências 122 se afastem, abrindo a braçadeira e permitindo que seja encaixada no corpo do enrijecedor 34. A liberação das saliências 122 permite que a braçadeira 120 feche em torno do corpo do enrijecedor 34, prendendo-se no lugar. O módulo do sensor 30h é transportado pela braçadeira 120, sendo disposto entre as saliências 122 na presente forma de realização. A porção de ponta 38h do corpo do enrijecedor tem um rebaixo circunferencial 126 no qual a braçadeira 120 é recebida, para localizar a braçadeira 120 axialmente. Ele também tem um(a) suporte ou lingueta 128 que é recebido em um(a) rebaixo ou abertura complementar da braçadeira 120 (Figura 11b) para localizar a braçadeira 120 rotacionalmente.

[0051] Alguns enrijecedores à flexão (incluindo aqueles cuja configuração é referida na técnica como “acionados por base”) são relativamente flexíveis e levemente tensionados em sua ponta, de modo que a incorporação do módulo do sensor 30 próximo à ponta não comprometa significativamente as características do enrijecedor ou sua vida útil à fadiga. Alguns enrijecedores à flexão (incluindo aqueles cuja configuração é referida na técnica como “acionado por ponta") são formados para sustentar tensões mais altas na ponta.

[0052] Pode ser indesejável submeter a porção de ponta do corpo do enrijecedor que carrega para o módulo do sensor a tensões de flexão. Para aliviar quaisquer desses problemas, a porção de ponta 38 pode ser acoplada ao restante do corpo do enrijecedor 34 através de um gargalo flexível, de modo que a porção de ponta 38 seja relativamente livre para mudar sua inclinação junto com o membro alongado dentro, sem estar submetida a cargas de flexão suportadas pelo restante do corpo do enrijecedor.

Nessas formas de realização, a porção de ponta 38 é eficazmente isolada e aliviada dos momentos de flexão sustentados pelo restante do corpo do enrijecedor 34.

[0053] A Figura 12 representa uma dessas formas de realização em que uma ranhura circunferencial 87 é fornecida entre a porção de ponta 38 e o restante 34 do corpo do enrijecedor, formando um tipo de dobradiça viva que separa as duas partes.

[0054] A Figura 13 representa outra dessas formas de realização em que os recortes 86 formam uma região de gargalo flexível entre a parte de ponta 38b e o restante 34b do corpo do enrijecedor, essa região sendo ligada em ponte por braços 88 entre os recortes.

[0055] A Figura 14 representa adicionalmente outra tal forma de realização na qual a porção de ponta 38c é acoplada ao restante 34c do corpo do enrijecedor através de uma formação helicoidal 90 formando o gargalo flexível.

[0056] Os recortes 130, para tornar a porção do gargalo suficientemente flexível, podem ser de qualquer forma adequada, e podem, por exemplo, ser redondos (Figura 15), ovais ou elípticos (Figura 16), ou podem assumir a forma de fendas que se estendem circunferencialmente - ver Figura 17, onde as fendas 130a em questão são axialmente e circunferencialmente espaçadas ao longo da porção do gargalo.

[0057] O módulo do sensor 30 pode compreender um vaso de pressão vedável com uma camisa externa. A camisa pode servir para proteger o vaso de pressão de danos por impactos. Ele pode ter recursos através dos quais o módulo do sensor pode ser montado no corpo do enrijecedor. A integridade de longo prazo do vaso de pressão pode ser melhorada usando a camisa para isolar o vaso de pressão dos meios usados para montá-lo. A Figura 18 fornece um exemplo.

O vaso de pressão é o item 140 e é circundado pela camisa

142. Um rebaixo circunferencial 144 na camisa facilita sua montagem, nesse exemplo.

[0058] O vaso de pressão pode ser fornecido com uma alça ou outro recurso configurado para ser agarrado por um manipulador ou ferramenta transportada por um ROV. As Figuras 19 e 20 fornecem exemplos. Na Figura 19, o módulo do sensor 30i carrega um manípulo vertical em forma de “n” 150 e na Figura 20 o módulo do sensor 30j porta um manípulo triangular 152.

[0059] As formas de realização anteriores são apresentadas a título de exemplo e não de limitação. A invenção pode ser colocada em prática de várias maneiras diferentes. Por exemplo, o módulo do sensor 30 não precisa, em certas formas de realização, ser destacável do corpo do enrijecedor. Em vez disso, pode ser incorporado ao corpo do enrijecedor. O módulo do sensor 30 pode ser afixado ao corpo do enrijecedor com alguma forma adequada de fixador, tal como um fixador roscado. Módulos de sensor montados permanentemente no corpo do enrijecedor podem ser configurados para coletar energia como descrito acima, a fim de fornecer uma vida útil de operação suficiente.

[0060] Enquanto os enrijecedores à flexão descritos acima são montados em um ponto onde o membro alongado entra em uma estrutura de suporte, a invenção pode ser implementada em relação aos enrijecedores à flexão de linha média.

[0061] Os corpos de enrijecimento à flexão são em algumas instalações acoplados uns aos outros, como representado e descrito, por exemplo, em WO2017/093725 (pedido PCT/GB2016/053758, requerente Trelleborg Offshore Reino Unido Ltd). A presente invenção pode ser implementada em relação aos corpos dos enrijecedores desse tipo de enrijecedor à flexão, o módulo do sensor tipicamente (mas não exclusivamente) sendo encaixado em uma porção de ponta do último corpo de enrijecedor à flexão na montagem.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Enrijecedor à flexão para proteger localmente um membro flexível alongado de curvatura excessiva quando o membro flexível alongado é implantado na água, o enrijecedor à flexão, caracterizado pelo fato de que compreende um corpo do enrijecedor alongado que tem uma extremidade da raiz, uma extremidade livre, e uma passagem que se estende através do corpo do enrijecedor da extremidade da raiz até a extremidade livre para receber e abraçar o membro flexível, o enrijecedor à flexão compreendendo adicionalmente um acoplamento na, ou em direção à, extremidade da raiz do corpo do enrijecedor para montar o corpo do enrijecedor, o corpo do enrijecedor sendo suficientemente flexível para se curvar um pouco junto com o membro flexível quando o membro flexível sofre uma carga de flexão e portando um módulo do sensor que está próximo da extremidade livre do enrijecedor à flexão e é configurado para detectar inclinação e/ou orientação e/ou movimento da extremidade livre do enrijecedor à flexão.

2. Enrijecedor à flexão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o módulo do sensor é um dispositivo autônomo com um alojamento vedável, uma fonte de alimentação a bordo e uma memória para perfilar os dados do sensor.

3. Enrijecedor à flexão, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o módulo do sensor é montado de forma removível no corpo do enrijecedor.

4. Enrijecedor à flexão, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o corpo do enrijecedor se afunila para dentro a partir de sua raiz em direção à sua extremidade livre, mas compreende uma porção de ponta alargada portando o módulo do sensor.

5. Enrijecedor à flexão, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o módulo do sensor compreende qualquer um de um acelerômetro, um inclinômetro e um sensor giroscópico.

6. Enrijecedor à flexão, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o módulo do sensor compreende um acelerômetro de três eixos.

7. Enrijecedor à flexão, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o corpo do enrijecedor tem um rebaixo que está voltado radialmente para fora em relação a um eixo que se estende ao longo do comprimento do corpo do enrijecedor e que recebe o módulo do sensor.

8. Enrijecedor à flexão, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o módulo do sensor é encaixado por pressão no rebaixo.

9. Enrijecedor à flexão, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que um grampo de mola resiliente é fornecido para reter o módulo do sensor no rebaixo.

10. Enrijecedor à flexão, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que uma configuração de trava de volta parcial é fornecida para reter o módulo do sensor no rebaixo.

11. Enrijecedor à flexão, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma faixa ou uma braçadeira para prender o módulo do sensor no rebaixo.

12. Enrijecedor à flexão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o módulo do sensor porta uma rosca de parafuso e o corpo do enrijecedor compreende uma rosca de parafuso complementar para receber e engatar o módulo do sensor, de modo que o módulo do sensor seja engatável/desengatável do corpo do enrijecedor por rotação do módulo do sensor.

13. Enrijecedor de curvatura, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o corpo do enrijecedor compreende uma porção que se afunila para dentro de sua raiz em direção à sua extremidade livre, uma porção de ponta portando o módulo do sensor, e uma porção de gargalo flexível que acopla a porção afunilada à porção de ponta.

14. Enrijecedor à flexão, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a porção de gargalo flexível compreende recortes e/ou uma região de diâmetro reduzido e/ou uma porção helicoidal.

15. Enrijecedor à flexão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o módulo do sensor é coberto por uma camada que é sobremoldada sobre o corpo do enrijecedor.

16. Enrijecedor à flexão, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o módulo do sensor tem um manípulo ou outro recurso de engate configurado para ser agarrado por uma ferramenta de um ROV.

17. Enrijecedor à flexão, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o módulo do sensor compreende um vaso de pressão tendo uma camisa externa.

18. Enrijecedor à flexão, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende vários módulos de sensores configurados para serem ativos em momentos diferentes.

19. Corpo do enrijecedor para um enrijecedor à flexão, para proteger localmente um membro flexível alongado de curvatura excessiva quando o membro flexível alongado é implantado na água, o corpo do enrijecedor caracterizado pelo fato de que compreende uma extremidade da raiz, uma extremidade livre, e uma passagem que se estende através do corpo do enrijecedor da extremidade da raiz até a extremidade livre para receber e abraçar o membro flexível, o corpo do enrijecedor tendo uma porção de ponta na, ou próxima à, extremidade livre que é configurada para receber e montar um módulo do sensor.

20. Corpo do enrijecedor, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a porção de ponta é acoplada ao restante do corpo do enrijecedor através de uma porção de gargalo flexível.

21. Corpo do enrijecedor, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a porção de gargalo flexível compreende recortes e/ou uma região de diâmetro reduzido e/ou uma porção helicoidal.

22. Corpo do enrijecedor, de acordo com a reivindicação 20 ou reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que a porção de ponta do enrijecedor à flexão compreende pelo menos um rebaixo para receber o módulo do sensor.

23. Corpo do enrijecedor, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o rebaixo porta uma rosca de parafuso.

24. Corpo do enrijecedor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 23, caracterizado pelo fato de que a porção de ponta é de seção alargada em relação à parte vizinha do enrijecedor à flexão.

25. Corpo do enrijecedor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 24, caracterizado pelo fato de que a porção de ponta é moldada para localizar o módulo do sensor axialmente e/ou radialmente.

26. Corpo do enrijecedor, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que a porção de ponta tem um rebaixo circunferencial para localizar o módulo do sensor.

27. Corpo do enrijecedor, de acordo com a reivindicação 25 ou reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que a porção de ponta tem uma lingueta ou outra forma de suporte para locar o módulo do sensor.