BR112020022523A2

BR112020022523A2 - sinal de pig de tubulação não invasivo usando sensores de vibração, método para detectar um pig de tubulação dentro de uma tubulação e mé-todo para determinar uma frequência de assina-tura de um trecho selecionado da tubulação

Info

Publication number: BR112020022523A2
Application number: BR112020022523-1A
Authority: BR
Inventors: Roger L. Poe
Original assignee: Tdw Delaware, Inc.
Priority date: 2018-05-24
Filing date: 2019-05-24
Publication date: 2021-02-02
Also published as: CA3096517A1; KR20210015765A; US11686408B2; WO2019226994A1; IL277756A; US11181208B2; EA202092058A1; AU2019274601A1; EP3781914A1; JP2021524915A; US20190360611A1; CA3096517C; US20220112968A1; MX2020012457A

Abstract

sinal de pig de tubulação não invasivo usando sensores de vibração, método para detectar um pig de tubulação dentro de uma tubulação e método para determinar uma frequência de assinatura de um trecho selecionado da tubulação. um sistema e método para detectar a passagem de um pig de tubulação, sendo que o sistema e o método incluem um detector de impulso passivo (10) que possui um alojamento (13); uma conexão não intrusiva (15) do alojamento com uma parede externa (17) de uma tubulação (p), pelo menos um sensor de vibração (11) alojado no alojamento, e processamento de sinal (23) incluindo pelo menos um filtro passa-banda (27) configurado para receber dados coletados pelo sensor de vibração, sendo o sensor de vibração e filtro passa banda configurados para monitorar frequências em uma faixa predeterminada que indica o impulso; as frequências selecionadas devem ser as detectáveis mais facilmente acima da frequência de base (assinatura ou ressonância natural) da seção da tubulação que está sendo monitorada; em algumas modalidades, as frequências selecionadas são frequências mais baixas; nenhuma porção do sinal de pig de tubulação passivo invade o interior da tubulação.

Description

1 / 19 “SINAL DE PIG DE TUBULAÇÃO NÃO INVASIVO USANDO SEN- SORES DE VIBRAÇÃO, MÉTODO PARA DETECTAR UM PIG DE

TUBULAÇÃO DENTRO DE UMA TUBULAÇÃO E MÉTODO PARA DETERMINAR UMA FREQUÊNCIA DE ASSINATURA DE UM TRE- CHO SELECIONADO DA TUBULAÇÃO” HISTÓRICO

[001] Esta revelação pertence ao campo de dispositivos comumente conhecidos como sinais de pig que são utilizados para detectar a pre- sença ou a localização de pigging ou de uma ferramenta de inspeção, conforme a ferramenta se desloca entre um lançador e um receptor da tubulação.

[002] Sinais de pig da técnica anterior utilizam um gatilho mecânico ou um gatilho magnético, o que cria a necessidade de um mecanismo detector invasivo. Outros dispositivos de sinalização de pig combi- nam assinaturas de fluxo e acústicas para comparar os limites de pressão e a passagem de um pig. Nenhum dos sinais da técnica an- terior usa diferenciação de ressonância para determinar a passagem de um pig com relação ao tempo.

[003] Por exemplo, a patente da Roxar Flow Measurement AS, U.S.

8.127.621, intitulada “Locking Mechanism with Acoustic Barrier for Mounting a Sensor on a Pipe”, e a patente norueguesa no. 321704 concedida para um sensor a ser recebido no mecanismo de trava- mento, revelam um dispositivo para monitoramento da velocidade de fluxo de fluido, quantidade de partículas no fluxo de fluido e fração de gás/vórtice no fluxo de fluido. Um transdutor acústico é adaptado

2 / 19 para recebimento e envio simultâneos ou alternados de sinais acús- ticos. Ao usar dois ou mais transdutores associados ao mesmo leme (tubo), os dados coletados pela escuta passiva desses dois podem ser correlacionados para encontrar a diferença de tempo entre os eventos no leme (tubo) e, portanto, a velocidade do fluido no leme (tubo). Nesse caso, dois transdutores são montados na mesma uni- dade (transmissor acústico), com uma distância selecionada um do outro. Um dos transdutores pode então ser equipado para escuta passiva limpa e contínua. A faixa de frequência estará tipicamente dentro do intervalo de 20 kHz a 1 MHz.

[004] O ruído da areia batendo na parede do leme (tubo) é caracteri- zado por ter um espetro de frequência relativamente plano de baixas frequências (<100 kHz) a altas frequências (> 1 MHz). O ruído do fluido/gás transferido para a parede do leme é mais forte em frequên- cias abaixo de 100 kHz e diminui em frequências mais elevadas. Isso permite que a taxa de vazão seja determinada dividindo o sinal rece- bido em várias faixas de frequência, e analisando-as usando técnicas conhecidas de processamento de sinal. A taxa de vazão também pode ser encontrada ao analisar os sinais recebidos no domínio do tempo. Parâmetros estatísticos, como variância e valor absoluto, va- riam tanto com as composições (relação gás/líquido) como com a ve- locidade do meio do fluxo, e, portanto, poderão entrar em um modelo matemático para derivar esses valores.

[005] O sistema e o método das patentes ‘621 e ‘704 não são adaptados para detectar um pig na tubulação, incluem pelo menos um sensor ativo que transmite um sinal através do produto da tubu-

3 / 19 lação em um ângulo reto ou oblíquo à tubulação, dependem da fre- quência – operando em uma faixa de 20 kHz a 1 MHz e, especifica- mente, buscando eventos que tenham um espectro de frequência na- tural ou plano dentro dessa faixa – nem são projetados para detectar um impulso ou uma série de impulsos em uma direção axial, radial ou axial e radial do tubo nas frequências abaixo de 20 Hz.

SUMÁRIO

[006] Um sistema e método desta revelação para detectar a passa- gem de pig de tubulação detectam uma série de impulsos que indi- cam a passagem do pig em uma área ou seção de uma tubulação. O impulso pode detectar o uso de um detector não intrusivo desta re- velação que inclui um sensor de vibração, sendo que o sensor de vibração detecta o impulso. O impulso pode ser detectado pelo sen- sor antes de o pig da tubulação passar sob o detector e pode conti- nuar a detectar o impulso conforme o pig se afasta do detector. Ne- nhuma porção do detector de impulso invade o interior da tubulação.

[007] O detector pode incluir um alojamento; uma conexão não intru- siva do alojamento com uma parede externa da tubulação, pelo me- nos um sensor de vibração alojado no alojamento e configurado para detectar o impulso; e processamento de sinal incluindo pelo menos um filtro passa-banda configurado para receber dados coletados por pelo menos um sensor de vibração. O sensor e o filtro passa-banda podem ser determinados com base em frequências específicas que funcionam melhor em uma seção de interesse da tubulação especí- fica. O filtro selecionado pode passar frequências acima ou abaixo da frequência de base da seção da tubulação (assinatura ou resso- nância natural), que pode ser determinada por teste de rotina. Em

4 / 19 algumas aplicações, isso pode significar um filtro passa-baixo que passa por frequências selecionadas. Em outras aplicações, isso pode significar um filtro passa-alto.

[008] O impulso pode ser em uma direção axial, radial ou axial e ra- dial da tubulação e é distinguível acima da frequência de base da seção da tubulação. O impulso independe da frequência de base da seção da tubulação e pode ser detectado em uma ampla faixa dessas frequências de base. De modo geral, e independentemente da fre- quência de base da seção da tubulação, a amplitude do impulso di- minui geralmente conforme sua frequência aumenta, tornando mais fácil a detecção de frequências mais baixas e exigindo menos ampli- ficação, quando comparada com a detecção do impulso em frequên- cias mais altas. O sistema e o método podem ser configurados para detectar um número predeterminado de dois ou mais impulsos (pi- cos) dentro de um período de tempo determinado para diferenciar a passagem de pig de um evento, como, entre outros, a abertura ou fechamento de uma válvula.

[009] Nas modalidades, a tubulação pode ter uma primeira seção com uma primeira frequência de base, uma segunda seção com uma segunda frequência de base diferente, e uma terceira seção com uma terceira frequência de base diferente, o impulso sendo detectá- vel acima da primeira, segunda e terceira frequências de base dife- rentes. A título de exemplo não limitador, a primeira seção pode ser uma distância significativa das fontes de vibração, como, entre ou- tros, os equipamentos da tubulação ou perturbações ambientais ou climáticas, tornando a velocidade do produto da tubulação a fonte primária da assinatura de base. A segunda seção pode estar em uma

5 / 19 área de processamento que inclui bombas ou compressores ou pode estar situada próximo de uma área de tráfego aéreo ou terrestre pe- sado ou de construção (ou ambas as bombas e compressores e pró- ximo a tráfego pesado e construção). A terceira seção pode estar em uma área de lançamento ou recebimento de pig da tubulação. Nova- mente, independentemente da frequência de base da seção da tubu- lação, o impulso é detectável.

[010] As modalidades desta revelação fornecem um dispositivo de sinalização de pig não invasivo para o qual não é necessário corte ou soldagem, raio X, teste hidráulico ou identificação positiva de material da tubulação. Nas modalidades, o dispositivo de sinalização de pig inclui um alojamento com uma base mecânica (por exemplo, soldá- vel) ou uma base magnética, o alojamento contendo um sensor de vibração juntamente com uma bateria ou unidade de bateria para ali- mentar o sensor. Um sensor desta revelação é passivo e não trans- mite uma frequência ou som para o tubo, ou para o produto ou pig da tubulação, mas, ao contrário, recebe ou detecta um impulso para a tubulação acima da ressonância natural ou ruído de fundo devido ao fluxo de produto e equipamento, como, bombas, compressores, mo- tores e válvulas. Além disso, um sistema e método desta revelação não dependem da frequência tampouco monitoram o tubo para de- tectar uma certa frequência natural ou vibração do tubo ou fluxo do produto (típico de abordagens acústicas). Em vez disso, o sistema e método monitoram o tubo para detectar uma perturbação em uma direção axial, independentemente da frequência do ruído de fundo inerente ou apresentado pelo tubo a partir de outras fontes. O sensor de vibração pode ser um ou mais acelerômetros enquanto também

6 / 19 mantém vários contatos de relé de comutação, um transmissor, bem como a capacidade de integrar mecanismos de contagem e dados em série em relação ao dispositivo de pigging. Quando acoplado com uma capacidade de comunicação, o sinal de pig pode então entrar em contato com um sistema de controle no local ou fora do local, para identificar atributos-chave em relação ao pig conforme passa o dis- positivo de sinalização.

[011] Considerando que a vibração do fluido é fixa com a tubulação e a velocidade do fluido, qualquer desvio positivo da vibração pode ser detectado e confirmado pelo sensor. O sensor pode ser ajustado para identificar o limite acima do qual qualquer aumento de movi- mento, quando comparado ao tempo, indicaria a passagem de um pig. Pode presumir-se que qualquer coisa abaixo desse limite é a ressonância natural da interação da tubulação com o fluido. O detec- tor pode ficar no modo de suspensão ou de potência reduzida até que o impulso seja detectado, e voltar para esse modo assim que o pig passar pelo detector e o impulso não for mais detectável pelo sensor.

[012] Comparadas aos sinais de pig da técnica anterior, as modali- dades desta revelação fornecem um meio relativamente barato de confirmar o lançamento, recebimento ou passagem de um pig. Con- siderando que a instalação do sinal em uma tubulação é não intru- siva, a instalação é mais econômica do que os sinais da técnica an- terior que requerem teste, recorte e soldagem de material da tubula- ção. E considerando que a parte interna do alojamento não está em comunicação fluida ou exposta ao conteúdo de fluido da tubulação, evitam-se problemas associados a resíduos e sujeira na tubulação.

7 / 19 A segurança também é maior porque não há caminho de vazamento potencial criado pelo diferencial de pressão de dentro da tubulação para a pressão ambiente externa (diferentemente do caminho de va- zamento mecânico típico criado por um ponto de aplicação flangeado ou rosqueado invasivo).

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[013] A Figura 1 é uma modalidade de um detector de impulso desta revelação contendo um sensor de vibração e uma unidade de bateria para alimentar o sensor. O detector pode ser configurado como um sinal de pig de tubulação. O alojamento se conecta à tubulação por meio de uma base mecânica ou magnética permanente.

[014] A Figura 2 é um exemplo de impressão de assinatura inferida indicando a passagem de um pig por uma modalidade de um sensor de detecção de vibração desta revelação. Veja também os dados mostrados nas Figuras 3 e 4. O impulso gerado a partir da passagem do pig é detectável em uma ampla faixa de frequências da tubulação (ruído de fundo). O limite para detecção pode ser definido em qual- quer frequência que indica, de maneira confiável, a passagem para uma determinada seção da tubulação.

[015] A Figura 3 é um gráfico exemplificador dos cálculos de trans- formação rápida de Fourier (“FFT”) utilizados para analisar uma se- quência de dados de movimento do pig obtida durante uma rodada de teste usando um sensor de vibração dimensionado de modo a isolar e medir melhor o impulso oriundo do pig. Os cálculos ajudaram a determinar a melhor frequência ou a frequência ideal para monito- rar na aplicação em particular. Os cálculos de FFT mostram que o pig é observado como mais como um impulso do que uma imagem

8 / 19 acústica. Observe os dados da Figura 3 e da Figura 4, que são de quando um pig passa, não a saída bruta total do sinal de pig desta revelação.

[016] A Figura 4 é um gráfico exemplificador de uma sequência de dados de movimentação de pig típica da Figura 3. Toda vez que o pig avança, ele cria um pico de impulso transferido para o tubo. Essa troca de impulso cria uma onda axial no tubo, que é um evento men- surável. A troca também pode criar uma força radial no tubo.

[017] A Figura 5 é uma vista esquemática de uma modalidade de sis- tema e método usando um sinal de pig não intrusivo desta revelação acoplado à filtragem passa-banda para detectar a passagem de pig em uma faixa de 1 Hz a 10 Hz. Este não é um exemplo limitador. O filtro passa-banda pode ser configurado para passar frequências se- lecionadas, diferentes daquelas deste exemplo, dependendo da se- ção da tubulação que está sendo monitorada.

[018] A Figura 6 é outra modalidade de um detector desta revelação, configurado como um sinal de pig de tubulação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[019] Uma tubulação gera uma vibração ou ressonância natural con- forme o fluido interno passa através da tubulação. Equipamentos como bombas, motores e válvulas criam vibração adicional, assim como eventos climáticos, como vento, e eventos relacionados à construção, como cavar nas proximidades da tubulação ou o contato do tubo com um equipamento. Um pig que se move na tubulação pode fornecer desvio positivo a partir dessa ressonância natural. Por exemplo, quando o pig está sendo lançado em uma tubulação, ele pode atingir um ou mais redutores excêntricos durante o cenário de

9 / 19 lançamento. Quando o pig é recebido no final da sua jornada, ele pode bater em outros pigs ou em uma porta da armadilha receptora. A vibração causada pelo impacto com outros pigs ou com a porta geralmente tem menor magnitude (amplitude) do que a causada pelo pig que atinge os redutores, mas é maior que a ressonância natural do fluxo de fluido. Além disso, conforme o pig percorre a tubulação, ele oscila, desacelerando e acelerando constantemente conforme se movimenta contra o atrito e cordões de solda ao longo da tubulação. Essa alteração do impulso é enviada para a tubulação na forma de uma mudança momentânea da ressonância, conforme o pig passa por uma seção da tubulação. As modalidades desta revelação apro- veitam essas alterações da ressonância para detectar a presença de um pig de tubulação, como, dentre outros, um pig de inspeção ou um pig de limpeza. O aumento dos dados para incluir os cordões de solda permite detectar pigs a uma distância significativa do lançador ou recebedor.

[020] Em execuções experimentais que utilizam as modalidades de um sistema e método da presente revelação, foram feitas medições de vibração em um circuito de teste contendo um pig, e analisadas usando cálculos de transformação rápida de Fourier (“FFT”). Os cál- culos de FFT mostram que o pig que avança através da linha em jorros é observado mais como um impulso do que como uma imagem acústica. O movimento de início e parada do pig permite que o im- pulso seja transferido para o tubo como um pulso na direção axial, radial ou axial e radial. O sistema e método desta revelação detectam esse impulso, e série de impulsos, conforme o pig se aproxima do sensor, passa por ele e se afasta, indicando uma passagem de pig.

10 / 19 Os impulsos são então usados como uma assinatura eletrônica de que um pig passou pelo sensor. O impulso independe da frequência de base (assinatura ou frequência natural) do trecho da tubulação e pode ser detectado em uma ampla gama dessas frequências de base.

[021] Com relação ao movimento de parada e início do pig, periodi- camente, o pig para conforme a pressão diferencial cai com o desvio do fluido e o atrito sobe com a temperatura. Conforme o movimento do pig diminui de velocidade ou para, a pressão por trás do pig se acumula para romper o atrito novamente. Conforme o pig começa a se mover, sua velocidade aumenta rapidamente devido ao alto gra- diente de pressão momentânea. O pig continua a se mover para frente por várias frações de segundo e novamente acumula calor de- vido ao atrito. Quando o pig aquece, ele se torna um pouco pegajoso, o que aumenta a força de atrito do pig. Quando isso acontece, a força de atrito se eleva e causa novamente a parada do movimento do pig. Toda vez que o pig avança, ele cria um pico de impulso transferido para o tubo. Essa troca de impulso cria uma onda axial no tubo, que é um evento mensurável. A onda é basicamente em uma direção axial, mas também pode ser em direção radial. Conforme discutido acima, esse evento é observável como um impulso para o tubo, como mostrado nos cálculos de FFT. Além disso, esse impulso é observá- vel através de uma ampla faixa de frequências de tubulação.

[022] O processamento do sinal, que inclui pelo menos um filtro passa-banda, é configurado para receber dados coletados pelo sen- sor de vibração e passar frequências em uma faixa predeterminada. O filtro passa-banda pode ser determinado com base nas frequências

11 / 19 específicas que funcionam melhor em uma seção de interesse da tu- bulação específica. O filtro selecionado pode passar frequências acima ou abaixo da frequência de base da seção da tubulação (assi- natura ou ressonância natural), que pode ser determinada por teste ou experimentação de rotina. Em algumas aplicações, isso pode sig- nificar um filtro passa-baixo que passa por frequências selecionadas. Em outras aplicações, isso pode significar um filtro passa-alto. Ainda em outras aplicações, o filtro pode passar frequências de médio al- cance. De modo geral, e independentemente da frequência de base da seção da tubulação, a amplitude do impulso diminui geralmente conforme sua frequência aumenta, tornando mais fácil a detecção de frequências mais baixas e exigindo menos amplificação, quando comparada com a detecção do impulso em frequências mais altas. Vários filtros poderiam ser utilizados e, em algumas condições, inter- ruptores DIP podem ser incluídos para tornar o sensor mais sintoni- zável para uma aplicação específica, quando necessário.

[023] Em algumas modalidades, a frequência selecionada está em uma faixa de 0,1 Hz a 35 kHz, 0,5 Hz a 10 Hz, 20 Hz, 30 Hz, 40Hz ou 50 Hz; 50 Hz a 100 Hz; 100 Hz a 200 Hz, 300 Hz, 400 Hz ou 500 Hz; 500 Hz a 1 kHz; 1 kHz a 5 kHz, 10 kHz, 15 kHz ou 20 kHz; maior que 20 kHz a 30 kHz, 40 kHz, 50 kHz, 60 kHz, 70 kHz, 80 kHz, 90 kHz ou 100 kHz, 100 kHz a 200 kHz, 300 kHz, 400 kHz, 500 kHz, 600 kHz, 700 kHz, 800 kHz, 900 kHz ou 1.000 kHz ou alguma outra faixa até o limite acústico detectável, com subfaixas ou faixas sobrepostas, as faixas maiores aqui listadas. Nos testes, por exemplo, o impulso era observável em uma faixa de 0,1 Hz a 35 kHz. É esperado que o impulso seja observável acima de 35 kHz; contudo, esse foi o limite

12 / 19 superior testado pelo inventor. O filtro ou filtros passa-banda podem ser configurados para uma faixa de frequência selecionada que, com base em uma seção de interesse da tubulação, é melhor para detec- ção de impulso.

[024] Com referência aos desenhos, nas modalidades de um detec- tor de impulsos 10 desta revelação, um ou mais sensores de vibração 11 podem ser alojados no interior de um alojamento 13 dotado de meios de fixação mecânicos não intrusivos 15, conectáveis com a parede externa 17 da tubulação P. Por exemplo, o detector 10 pode ser encaixado, se soldado diretamente no tubo, e pode incluir um ele- mento rosqueado (que seria angulado para facilitar uma solda típica). O detector 10 pode ser configurado como um sinal de pig de tubula- ção. Vários detectores 10 podem ser espaçados um do outro ao longo de uma tubulação ou seção da tubulação. O detector 10 inclui uma fonte de alimentação 21 e meios de processamento de sinal 23 com recurso de filtragem e um amplificador para permitir que peque- nos sinais sejam prontamente utilizados. O detector 10 não invade nem passa a parede interna 19 da tubulação. O alojamento 13 pode ser um alojamento de duas partes incluindo uma face de ranhura para vedação O-ring 14, uma seção de tampa superior 13A e uma seção de corpo inferior 13B, a seção de tampa superior 13A sendo o O-ring vedado. O alojamento 13 também pode incluir uma porta de comuni- cação E/S 16. Pode ser incluída uma bateria ou unidade de bateria 21 para alimentar o sensor 11. O detector 10 pode também incluir uma caixa de sinalização 31 e sinalização 33. A caixa de sinalização 31 pode incluir uma porção de janela transparente 35. A sinalização 33 pode ser uma sinalização rotativa iluminada por LED. Além disso,

13 / 19 o detector 10 pode ser configurado para entrar em contato com uma sala de controle remota para confirmar a passagem do pig e seu nú- mero. A sala de controle pode estar a vários quilômetros de distância do detector. Para possibilitar essa comunicação, o detector 10 pode usar tecnologia de comunicação por modem ou celular. O detector 10 também pode ser projetado com um controle portátil de onda in- fravermelha ou ultravioleta que permitiria que contratados ou opera- dores e técnicos da tubulação reiniciassem o dispositivo de uma ca- minhonete em vez de se aproximar do sensor e reiniciar o instru- mento manualmente. O uso de um dispositivo remoto para reiniciar e armar o detector 10 pode economizar tempo significativo para opera- dores em campo.

[025] A título de exemplo não limitador, os meios de fixação mecânica 15 podem incluir uma base soldada ou magnética permanente ou seu equivalente. Os meios podem incluir uma base de fixação 18. A fixa- ção à tubulação pode ser uma conexão soldada em uma porção plana 20 da base de fixação, uma conexão magnética (que pode ser parte da solda) ou uma conexão química ou com epóxi para garantir uma conexão positiva e que não seja facilmente removida. Como o sinal de pig 10 é direcionado às medições tipo impulso, é importante garantir que as superfícies conectivas sejam colocadas de maneira sólida, de forma que seja criado pouco ou nenhum amortecimento em função da metodologia empregada.

[026] Um sensor 11 desta revelação não transmite uma frequência ou som para o tubo, ou para o produto da tubulação, mas, ao contrá- rio, recebe ou detecta um impulso para o tubo devido ao movimento de início e parada do pig conforme se aproxima, passa e se afasta

14 / 19 do detector 10. O sensor 11 é selecionado para detectar um nível de vibração e faixas de frequência acima daquela da ressonância natu- ral do fluido na tubulação. O que está sendo detectado é uma pertur- bação causada pelo pig e evidenciada pelo aumento de amplitude acima daquela do ruído de fundo. A frequência selecionada deve ser uma que seja pelo menos sensível ao ruído de fundo ou frequência da seção da tubulação. Por exemplo, em áreas em que a seção da tubulação inclui bombas ou motores, a frequência selecionada pode ser acima ou abaixo daquela na qual as bombas ou compressores operam (por exemplo, acima ou abaixo de 30 Hz a 55 Hz, combi- nando com uma faixa operacional de 1800 rpm a 3300 rpm).

[027] Nas modalidades, o sensor 11 pode ser um ou mais acelerô- metros. Outros instrumentos de medição de vibração de um tipo co- nhecido na técnica de detecção de vibração podem ser usados desde que o instrumento seja sensível o suficiente para detectar um desvio positivo da vibração acima daquele do fluxo de fluido. Como um sen- sor da presente revelação não emite nenhum tipo de assinatura acús- tica para detectar o pig, o sensor pode ficar latente por horas ou dias no fim aguardando o ruído de impulso de menor nível indicar que um pig é eminente. Essa vibração ou impulso de nível mais baixo pode ser usada para despertar o sinal do pig da tubulação, em cuja ocasião o sensor seria energizado e aguardaria o formato de onda adequado, conforme observado nos testes, para designar a passagem de um pig. A economia de consumo de energia se torna então significativa, permitindo que a célula de energia dure anos em vez de semanas.

[028] Considerando que um pig de tubulação acelera e desacelera rapidamente, conforme se desloca junto com o fluxo de produto na

15 / 19 tubulação, cria uma perturbação ou impulso em uma direção axial do tubo que pode ser detectada em uma ampla faixa de frequências. (Observe que há um impulso relativamente menor na direção radial e também na direção axial.

A direção axial é, contudo, consideravel- mente mais alta do que a radial, mas a radial pode ser usada nas modalidades.) Esse impulso pode parecer ter uma amplitude 3X a 4X a do ruído de fundo e, nas modalidades, pode ser amplificado para um múltiplo acima disso (por exemplo, mais 3X a 5X, tornando o sinal cerca de 10X a 20X acima daquele do ruído de fundo ou por algum outro múltiplo de X preferido). Filtragem de passa-banda alta ou baixa pode ser usada para permitir que o impulso passe acima da frequên- cia de fundo da seção tubulação a fim de detectar o impulso devido à passagem de um pig.

Em algumas modalidades, essa faixa é de 0,1 Hz a 10 Hz, havendo subfaixas dentro dessa faixa mais ampla.

Pode ser usada uma faixa acima até cerca de 20 Hz, mas a detecção não é tão robusta em frequências mais elevadas na ampla faixa de frequências de 0 Hz a 35 kHz.

A título de exemplo não limitador, um pig de tubulação pode operar em uma faixa de frequência de 3Hz a 7Hz, com equipamento motorizado, como bombas e compressores operando dentro de uma faixa de frequência de 30 Hz a 55 Hz (com- binando com uma faixa operacional de 1800 rpm a 3300 rpm). Outros componentes da tubulação, como válvulas, podem ser isolados como um pulso único ou onda de vibração tipo choque e prontamente iden- tificado.

O sensor 11 pode ser configurado para detectar vibração ou impulso para o tubo em uma faixa de 0,1 Hz a 10 Hz.

Novamente, podem ser usados outros limites detectáveis.

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[029] O sensor 11 pode estar em comunicação de rede ou eletrônica com meio de processamento computadorizado de sinal 23 incluindo um microprocessador e software associado. Todo ou uma porção do meio de processamento de sinal 23 pode ser incluído no sensor 11 ou detector 10. Nas modalidades, o meio de processamento de sinal 23 inclui um amplificador 25 e filtros passa-banda 27. A filtragem e a amplificação permitem que o sensor 11 identifique a passagem do pig. O filtro de desvio 27 pode ser dimensionado para uso e localizado de modo integrado ao sensor 11 ou detector 10. Em algumas moda- lidades, o amplificador 25 e o filtro 27 podem ser colocados na parte externa, por exemplo, em um local de gabinete de controle na seção da tubulação. Os testes podem ser feitos para pigs específicos quando em operação com velocidades operacionais para isolar me- lhor as frequências do pig. Em muitos casos, espera-se que o pig opere em uma faixa de 1 Hz a 10 Hz, 2 Hz a 9Hz, 3 Hz a 8Hz, 4 Hz a 7Hz, havendo subfaixas dentro dessas faixas mais amplas. Como o sensor 11 é conectado à tubulação P, qualquer aumento da vibra- ção acima da ressonância natural da interação do fluxo de fluido com a parede da tubulação 17, 19 e outros equipamentos serão detecta- dos e confirmados. O sensor 11 é, portanto, sintonizado para permitir que a vibração discreta do fluido seja uma frequência de operação normal. Por exemplo, quando a tubulação aumenta em vibração de- vido ao movimento de um pig, a amplitude do sinal se eleva acima do ponto ou nível do filtro pré-definido. Essa elevação indica a passa- gem de um pig.

[030] O meio de processamento de sinal 21 pode ser usado para transmitir dados em série a partir do pig, manter uma contagem de

17 / 19 pigs que passam por um corredor, usar relés dentro do sinal do pig para acender indicadores ou mover a sinalização para indicar que um pig passou para alguém a uma distância, que pode estar usando re- conhecimento visual. Também podem ser usados relés temporizados para reiniciar automaticamente o interruptor, alterar luzes ou fechar a sinalização para rearmar o sinal de pig para a próxima passagem de uma ferramenta na tubulação. O dispositivo de tubulação 10 pode permitir que o pessoal no local da tubulação veja que um pig passou enquanto também permite que os operadores em uma sala de con- trole a centenas de quilômetros de distância façam o mesmo. Con- troles portáteis infravermelho ou ultravioleta também podem ser im- plementados em modalidades para permitir que os técnicos reiniciem e confirmem, remotamente, a passagem do pig como parte da rotina de trabalho. Permitir que o sensor seja confirmado e/ou reiniciado a partir de uma caminhonete permite economia de tempo significativa. Também permite que haja segurança, pois, a reinicialização do ins- trumento pode ser feita à distância, possibilitando que o técnico nunca esteja na área de trabalho da tubulação onde as altas pres- sões, H2S e o escape de fluidos podem ser um problema em poten- cial para o técnico.

[031] Nas modalidades de um método de uso do sinal de pig 10, o método inclui detectar um impulso acima daquele de uma vibração de base (assinatura ou ressonância natural), sendo a vibração de base causada pela interação do fluxo de fluido com uma tubulação, bem como outras fontes de vibração da tubulação, como bombas e compressores, sendo que o impulso é detectado por um detector 10 que contém pelo menos um sensor de vibração 11 em comunicação

18 / 19 com uma parede externa 17 da tubulação. O impulso pode ser detec- tado em uma ampla faixa de vibrações da tubulação. O método pode também incluir determinar essa frequência de assinatura para uma seção da tubulação a ser monitorada. Os cálculos de transformação rápida de Fourier ou seu equivalente podem ser usados para decidir a melhor faixa ou a faixa ideal na qual detectar o impulso. O sensor 11 pode então ser dimensionado para melhor isolar e medir o impulso oriundo do pig. O impulso pode ser primeiro detectável a uma distân- cia substancial a montante do detector 10. A título de exemplo não limitador e, dependendo da sensibilidade desejada do detector 10, o impulso pode ser primeiro detectável acima de 1.500 pés a 10 pés de distância do detector 10 [457 m a 3 m], havendo outros limites supe- riores e subfaixas dentro dessa faixa mais ampla (por exemplo 500 pés ou 152 m).

[032] Como discutido anteriormente, o processamento do sinal inclu- indo pelo menos um filtro passa-banda pode ser configurado para receber dados coletados pelo sensor de vibração 11 e passar fre- quências em uma faixa predeterminada. O filtro passa-banda 27 pode ser determinado com base em frequências específicas que fun- cionam melhor em uma seção de interesse da tubulação específica. O filtro selecionado pode passar frequências acima ou abaixo da fre- quência de base da seção da tubulação, o que pode ser determinado por teste ou experimentação de rotina. Em algumas aplicações, o fil- tro 27 pode passar baixas frequências selecionadas. Em outras apli- cações, ele pode passar frequências de médio alcance ou altas sele- cionadas.

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[033] As modalidades exemplificadoras aqui descritas podem estar sujeitas a modificação sem fugir do escopo das seguintes reivindica- ções. As reivindicações incluem toda a faixa de equivalentes aos quais cada elemento citado tem direito.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. “SINAL DE PIG DE TUBULAÇÃO NÃO INVASIVO USANDO SENSORES DE VIBRAÇÃO, caracterizado pelo fato de compreender: - um alojamento (13); - meios não intrusivos (15) para conectar o alojamento a uma parede externa (17) de uma tubulação (P), sendo que nenhuma porção do sinal de pig de tubulação passivo invade o interior da tubulação; - pelo menos um sensor de vibração (11) alojado no alojamento; e - meio de processamento de sinal (23) incluindo pelo menos um filtro passa-banda (27) configurado para receber pelo menos uma porção dos dados coletados por pelo menos um sensor de vibração; - o pelo menos um sensor de vibração e o filtro passa-banda configu- rados para monitorar frequências em uma faixa predeterminada indi- cando um impulso para a tubulação; - sendo que o impulso está acima de uma frequência de assinatura predeterminada de uma seção selecionada da tubulação a ser moni- torada.

2. “SINAL DE PIG DE TUBULAÇÃO NÃO INVASIVO USANDO SENSORES DE VIBRAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, carac- terizado pelo fato de que a faixa predeterminada inclui um conjunto de frequências na faixa de 0,1 Hz a 20 kHz.

3. “SINAL DE PIG DE TUBULAÇÃO NÃO INVASIVO USANDO SENSORES DE VIBRAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, carac- terizado pelo fato de que a faixa predeterminada inclui pelo menos uma frequência acima de 20 kHz.

4. “SINAL DE PIG DE TUBULAÇÃO NÃO INVASIVO USANDO SENSORES DE VIBRAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, carac- terizado pelo fato de que a faixa predeterminada inclui pelo menos uma frequência abaixo de 20 kHz.

5. “SINAL DE PIG DE TUBULAÇÃO NÃO INVASIVO USANDO SENSORES DE VIBRAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, carac- terizado por compreender adicionalmente meio de processamento de sinal (25) configurado para receber a porção dos dados coletados por pelo menos um sensor de vibração.

6. “SINAL DE PIG DE TUBULAÇÃO NÃO INVASIVO USANDO SENSORES DE VIBRAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, carac- terizado por compreender adicionalmente um meio não intrusivo inclu- indo uma base (18) conectável à parede externa da tubulação.

7. “SINAL DE PIG DE TUBULAÇÃO NÃO INVASIVO USANDO SENSORES DE VIBRAÇÃO, de acordo com a reivindicação 6, carac- terizado pelo fato de que a base é selecionada a partir do grupo que consiste em uma soldagem e um adesivo químico.

8. “SINAL DE PIG DE TUBULAÇÃO NÃO INVASIVO USANDO SENSORES DE VIBRAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, carac- terizado pelo fato de que o pelo menos um sensor de vibração inclui um acelerômetro.

9. “SINAL DE PIG DE TUBULAÇÃO NÃO INVASIVO USANDO SENSORES DE VIBRAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, carac- terizado por compreender adicionalmente um controle remoto em co- municação de sinal com o pelo menos um sensor.

10. MÉTODO PARA DETECTAR UM PIG DE TUBULAÇÃO DEN- TRO DE UMA TUBULAÇÃO”, caracterizado por compreender: - detectar, por meio de um sinal de pig de tubulação passivo (10), um impulso acima daquele da frequência de assinatura de uma seção da tubulação (P) selecionada, sendo a frequência de assinatura causada por pelo menos o fluxo de fluido ou o fluxo de fluido e pelo menos outra fonte de vibração que interage com a seção da tubulação sele- cionada; sendo que o sinal de pig de tubulação passivo compreende: - um alojamento (13); - meios não intrusivos (15) para conectar o alojamento a uma parede externa de uma tubulação, sendo que nenhuma porção do sinal de pig de tubulação passivo invade o interior da tubulação; - pelo menos um sensor de vibração (11) alojado no alojamento; e - meio de processamento de sinal (23) incluindo pelo menos um filtro passa-banda (27) configurado para receber pelo menos uma porção dos dados coletados por pelo menos um sensor de vibração; - o pelo menos um sensor de vibração e o filtro passa-banda configu- rados para monitorar frequências em uma faixa predeterminada indi- cando o impulso.

11. MÉTODO PARA DETECTAR UM PIG DE TUBULAÇÃO DEN- TRO DE UMA TUBULAÇÃO, de acordo com a reivindicação 10, ca- racterizado pelo fato de que a faixa predeterminada inclui um conjunto de frequências na faixa de 0,1 Hz a 20 kHz.

12. MÉTODO PARA DETECTAR UM PIG DE TUBULAÇÃO DEN- TRO DE UMA TUBULAÇÃO, de acordo com a reivindicação 10, ca- racterizado pelo fato de que a faixa predeterminada inclui pelo menos uma frequência acima de 20 kHz.

13. MÉTODO PARA DETECTAR UM PIG DE TUBULAÇÃO DEN- TRO DE UMA TUBULAÇÃO, de acordo com a reivindicação 10, ca- racterizado pelo fato de que a faixa predeterminada inclui pelo menos uma frequência abaixo de 20 kHz.

14. MÉTODO PARA DETECTAR UM PIG DE TUBULAÇÃO DEN-

TRO DE UMA TUBULAÇÃO, de acordo com a reivindicação 10, ca- racterizado pelo fato de que o meio de processamento de sinal inclui pelo menos um amplificador (25) configurado para receber a porção dos dados coletados pelo ao menos um sensor de vibração.

15. MÉTODO PARA DETECTAR UM PIG DE TUBULAÇÃO DEN- TRO DE UMA TUBULAÇÃO, de acordo com a reivindicação 10, ca- racterizado pelo fato de que o meio não intrusivo inclui uma base (18) conectável à parede externa da tubulação.

16. MÉTODO PARA DETECTAR UM PIG DE TUBULAÇÃO DEN- TRO DE UMA TUBULAÇÃO, de acordo com a reivindicação 15, ca- racterizado pelo fato de que a base é selecionada a partir do grupo que consiste em uma soldagem e um adesivo químico.

17. MÉTODO PARA DETECTAR UM PIG DE TUBULAÇÃO DEN- TRO DE UMA TUBULAÇÃO, de acordo com a reivindicação 10, ca- racterizado pelo fato de que o pelo menos um sensor de vibração in- clui um acelerômetro.

18. MÉTODO PARA DETECTAR UM PIG DE TUBULAÇÃO DEN- TRO DE UMA TUBULAÇÃO, de acordo com a reivindicação 10, ca- racterizado pelo fato de que o impulso inclui uma série de impulsos em um período de tempo predeterminado.

19. MÉTODO PARA DETECTAR UM PIG DE TUBULAÇÃO DEN- TRO DE UMA TUBULAÇÃO, de acordo com a reivindicação 10, ca- racterizado por compreender adicionalmente os dados de transmissão do sinal de pig passivo indicando a passagem de um pig, um número total de pigs detectados ou tanto a passagem como o número.

20. MÉTODO PARA DETERMINAR UMA FREQUÊNCIA DE ASSI- NATURA DE UM TRECHO SELECIONADO DA TUBULAÇÃO”, ca- racterizado por compreender:

- detectar, por meio de um sinal de pig de tubulação passivo (10), lo- calizado em uma parede externa (17) da seção selecionada da tubu- lação (P), as vibrações de impulso causadas por pelo menos o fluxo de fluido através da seção selecionada da tubulação ou do fluxo de fluido e pelo menos outra fonte de vibração que interage com a seção selecionada da tubulação; e - analisar as vibrações de impulso para determinar uma faixa de fre- quência de assinatura da seção selecionada da tubulação; - sendo que o sinal de pig de tubulação passivo compreende: - um alojamento (13); - meios não intrusivos (15) para conectar o alojamento à parede ex- terna da tubulação, sendo que nenhuma porção do sinal de pig da tubulação passivo invade o interior da tubulação; - pelo menos um sensor de vibração (11) alojado no alojamento; e - meio de processamento de sinal [23] incluindo pelo menos um filtro passa-banda (27) configurado para receber pelo menos uma porção dos dados coletados pelo ao menos um sensor de vibração.