BR112021004676A2 - método para determinar o volume livre de um espaço anular de um tubo flexível e sistema para regular e controlar um tubo flexível - Google Patents
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Abstract
método para determinar o volume livre de um espaço anular de um tubo flexível e sistema para regular e controlar um tubo flexível. este método consiste nas seguintes etapas: - despressurizar e isolar o espaço anular (24); - registrar uma primeira pressão e temperatura prevalecente no espaço anular (24); - injetar uma quantidade determinada de um gás de medição dentro do espaço anular (24) e isolar o espaço anular (24), o espaço anular (24) permanecendo sob pressão negativa após a injeção e isolamento; - medir a quantidade determinada de gás de medição; - registrar uma segunda pressão no espaço anular (24) após o isolamento do espaço anular (24); e - determinar o volume livre do espaço anular (24) com base na primeira pressão, na segunda pressão, na temperatura e na medição da quantidade determinada de gás de medição.
Description
[001] A presente invenção se refere a um método para determinar o volume livre de um espaço anular de um tubo flexível, o tubo flexível definindo uma passagem interna central para a circulação de um fluido, o espaço anular contendo pelo menos uma camada de armadura de tração, o método compreendendo pelo menos um ciclo de medição compreendendo: - aspirar o espaço anular e isolar o espaço anular; e - medir uma primeira pressão no espaço anular e a temperatura no espaço anular, após isolar o espaço anular.
[002] O tubo flexível é conforme descrito, em particular, nos documentos normativos publicados pelo American Petroleum Institute (API), API 17J “Specification for Unbonded Flexible Pipe” 4ª Edição de maio de 2014, e API RP 17B “Prática Recomendada para Tubo Flexível” 5ª Edição de Maio de 2014.
o tubo flexível é um riser e/ou um flowline colocado no fundo do mar.
[003] O tubo se destina ao transporte de hidrocarbonetos em águas profundas, por exemplo, e, portanto, é provável que seja usado em altas pressões, acima de 10.000 kPa (100 bar) ou mesmo até 100.000 kPa (1000 bar), e em altas temperaturas, acima de 130°C ou mesmo 170°C, por longos períodos de tempo, ou seja, vários anos, normalmente 30 anos.
[004] Os tubos flexíveis consistem em um conjunto de seções flexíveis ou uma única seção flexível. Eles geralmente compreendem uma jaqueta protetora externa definindo um volume interno e pelo menos uma jaqueta interna impermeável disposta dentro do volume interno.
[005] Esta jaqueta interna é tipicamente uma jaqueta de pressão delineando uma passagem de fluxo de fluido.
[006] O fluido é um hidrocarboneto, em particular, contendo gases corrosivos, como dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio.
[007] As jaquetas interna e externa delimitam um espaço anular entre elas. As camadas de armadura de tração formadas por camadas de fios geralmente metálicos são dispostas no espaço anular para garantir uma boa resistência à tração do tubo flexível.
[008] Em alguns casos, o espaço anular contendo as camadas da armadura de tração é submetido a hidrocarbonetos e gases ácidos, como hidrogênio (H2), sulfeto de hidrogênio (H2S) e dióxido de carbono (CO2) dos fluidos sendo transportados, que possuem uma pressão parcial relativamente alta.
[009] Na presença de água proveniente da água contida no hidrocarboneto transportado que permeou através da jaqueta interna e, em seguida, condensou no espaço anular, ou do corpo d’água no caso de um rasgo na jaqueta externa, as camadas das armaduras de tração estão sujeitas à corrosão que, dependendo da severidade do ambiente no espaço anular, pode levar a uma perda de integridade das propriedades mecânicas do tubo flexível e, finalmente, à sua ruína.
[0010] Além disso, a combinação do ambiente corrosivo relacionado à carga mecânica pode levar à formação de vários mecanismos de corrosão, incluindo corrosão sob tensão (stress corrosion craking - SCC).
[0011] Para amenizar esse problema, e para manter a resistência mecânica das camadas de armadura, é necessário reduzir e/ou interromper os fenômenos de corrosão.
[0012] Uma possível solução consiste em extrair os gases ácidos do anel anular, bombeando-os para fora. Para isso, uma bomba de vácuo pode ser conectada ao anel medidor. A bomba de vácuo é acionada para evitar a condensação do vapor d’água difundido pelo anel do medidor, para evaporar a água líquida já presente no anel e para reduzir a pressão parcial do gás ácido.
[0013] O documento WO 2014/000760 descreve um método do tipo acima mencionado. Este método é realizado por meio de uma bomba de vácuo diretamente conectada à saída do espaço anular, cujo refluxo é enviado para um respiradouro.
[0014] Outro parâmetro importante para monitorar a integridade das camadas de armadura é a determinação do volume livre do espaço anular.
Na verdade, o espaço anular é uma área muito confinada em que um volume livre está presente nos interstícios definidos entre os fios de armadura de uma camada de armadura, ou entre duas camadas de armadura distintas, como a câmara de pressão e uma camada de armadura.
[0015] Como mencionado acima, é provável que o espaço anular seja pelo menos parcialmente preenchido com água. Nesse caso, o volume livre diminui.
[0016] Portanto, vale a pena medir o volume livre presente no espaço anular em intervalos regulares para determinar se a água está presente no espaço anular e tomar a ação corretiva apropriada.
[0017] Para medir o volume livre, o documento WO 2014/000760 prevê que a pressão no espaço anular aumente pela difusão de gases da passagem de fluxo de fluido, em seguida, evacua o espaço anular, medindo a quantidade de material bombeado para fora do espaço anular e relacionando-o à diferença de pressão observada durante o bombeamento, usando a lei dos gases perfeitos, para deduzir desta o volume livre do espaço anular.
[0018] Esse método não é totalmente satisfatório. Na verdade, deve ser implementado quando uma quantidade significativa de gás escapou para o espaço anular através da jaqueta interna. Para jaquetas internas relativamente impermeáveis, portanto, é longo e às vezes tedioso obter uma quantidade suficiente de gás para realizar um teste de volume livre que forneça resultados significativos.
[0019] Além disso, a pequena quantidade de gás bombeado torna a medição imprecisa, o que pode levar a erros significativos na estimativa do volume livre.
[0020] Além disso, o acúmulo de gases corrosivos no espaço anular antes do bombeamento pode levar à corrosão.
[0021] Um objetivo da invenção é, portanto, obter um método de monitoramento que garanta uma vida útil melhorada para um tubo flexível, a fim de limitar a corrosão de armadura de metal em particular.
[0022] Para este fim, o objeto da invenção é um método do tipo acima mencionado, caracterizado pelas seguintes etapas: - injetar dentro do espaço anular uma quantidade determinada de um gás de medição não proveniente da passagem central interna e isolar o espaço anelar, o espaço anelar permanecendo sob vácuo após a injeção e o isolamento; - medir a quantidade determinada de gás de medição injetado no espaço anular; - medir uma segunda pressão no espaço anelar depois que o espaço anular foi isolado; e - determinar o volume livre do espaço anelar com base na primeira pressão, na segunda pressão, na temperatura e na medição da quantidade determinada de medição de gás.
[0023] O método de acordo com a invenção pode compreender uma ou mais das seguintes características, tomadas isoladamente ou em qualquer combinação tecnicamente possível: - ele compreende, após a etapa de injeção do gás de medição e isolamento do espaço anular, uma etapa de estabilização da pressão no espaço anular, sendo a segunda pressão medida após a etapa de estabilização; - a pressão no espaço anular medida pelo sensor de pressão após a etapa de injeção atinge um máximo abaixo da pressão atmosférica, a pressão no espaço anular medida pelo sensor de pressão diminuindo durante a etapa de estabilização; - as etapas de medição da primeira pressão e da segunda pressão são realizadas por um sensor de pressão localizado fora do espaço anular e conectado ao espaço anular ou por um sensor de pressão localizado dentro do espaço anular; - o fornecimento de um gás de medição fora do tubo flexível, a injeção de gás de medição compreendendo o fluxo de gás de medição do lado de fora do tubo flexível para o espaço anular; - um medidor de fluxo é interposto entre a parte externa do tubo flexível e o espaço anular, a medição da quantidade determinada de gás de medição sendo realizada com base em pelo menos uma medição fornecida pelo medidor de fluxo; - a aspiração do espaço anular é realizada por uma bomba de vácuo conectada ao espaço anular em paralelo com o fornecimento de gás de medição; - o gás de medição é um gás neutro, como o nitrogênio.
- ele compreende uma etapa, após a medição da segunda pressão no espaço anular, de bombear o gás presente no espaço anular, de modo a aspirar o espaço anelar de novo; - ele compreende pelo menos um ciclo de medição adicional após aspiração renovada, compreendendo as seguintes etapas: * medir uma nova primeira pressão no espaço anelar e a temperatura no espaço anular, depois do espaço anular ter sido isolado;
* injetar uma nova quantidade determinada de um gás de medição não proveniente da passagem central interna dentro do espaço anular e isolar o espaço anelar, o espaço anelar permanecendo sob vácuo depois do isolamento; * medir a nova quantidade determinada de gás de medição injetado para dentro do espaço anular; * medir uma nova segunda pressão no espaço anular após o isolamento do espaço anelar; * determinar um novo volume livre do espaço anelar com base na nova primeira pressão, na nova segunda pressão, na temperatura, e na nova quantidade determinada de gás de medição; - ele compreende a manutenção de uma pressão, entre cada ciclo de medição, inferior a 100 Pa (1 barA), de preferência entre 500 Pa (5 mbarA) e 100000 Pa (1000 mbarA) no ponto mais baixo do espaço anular; e - o gás de medição é fornecido por um reservatório de gás de medição ou por uma rede de fornecimento de gás fornecida em um conjunto de superfície.
[0024] A invenção também se refere a um sistema para regular e controlar um tubo flexível capaz de medir o volume livre de um espaço anular do tubo flexível, o tubo flexível definindo uma passagem interna central para a circulação de um fluido, o espaço anular contendo pelo menos um camada de armadura de tração, o sistema compreendendo: - um aparelho para aspirar o espaço anular; - uma válvula de isolamento para isolar o espaço anular interposto entre o aparelho de aspiração e o espaço anular; - um sensor de pressão para medir uma pressão no espaço anular e um sensor de temperatura para medir uma temperatura no espaço anular localizado no espaço anular e/ou localizado fora do espaço anular enquanto está conectado ao espaço anular;
caracterizado por: - um conjunto para injetar gás de medição no espaço anular; - uma unidade de controle adaptada para controlar o aparelho de aspiração para gerar um vácuo do espaço anular, para controlar a válvula de isolamento para isolar o espaço anular após o vácuo ter sido gerado, para ler uma primeira pressão no espaço anular por meio da pressão sensor, e para ler uma temperatura no espaço anular por meio do sensor de temperatura após o espaço anular ter sido isolado; a unidade de controle sendo adaptada para controlar o conjunto de injeção para injetar dentro do espaço anular uma determinada quantidade de um gás de medição que não vem da passagem central interna e controlar a válvula de isolamento para isolar o espaço anular e manter o espaço anular sob vácuo após o isolamento; a unidade de controle sendo adaptada para ler a quantidade determinada de gás de medição injetado no espaço anular e detectar uma segunda pressão no espaço anular por meio do sensor de pressão após o espaço anular ter sido isolado; e o sistema compreende uma unidade de cálculo adaptado para determinar o volume livre do espaço anular, com base na primeira pressão, na segunda pressão, na temperatura, e na quantidade determinada de gás de medição.
[0025] A invenção será melhor compreendida após a leitura da seguinte descrição, dada apenas como um exemplo, e feita com referência aos desenhos anexos, nos quais: - A Figura 1 é uma vista em perspectiva explodida de um primeiro tubo flexível destinado a ser monitorado pelo método de monitoramento de acordo com a invenção;
- A Figura 2 é uma vista esquemática que mostra os principais componentes de um sistema de regulação e controle para a implementação do método de acordo com a invenção; e - A Figura 3 é um gráfico que mostra a pressão medida no espaço anular em função do tempo, tomada sucessivamente quando o espaço anular é aspirado e depois durante um ciclo de teste.
[0026] A Figura 2 ilustra esquematicamente um primeiro sistema (8) para regular e controlar um tubo flexível (10), um exemplo do qual é ilustrado parcialmente na Figura 1.
[0027] O tubo flexível (10) destina-se a ser colocado através de um corpo d’água (não ilustrado) em uma instalação para a exploração de fluidos, em particular hidrocarbonetos.
[0028] O corpo d’água é um mar, um lago ou um oceano, por exemplo. A profundidade do corpo d’água em frente ao tubo flexível (10) está entre 50 m e 4000 m, por exemplo.
[0029] A instalação de exploração de fluido consiste em um conjunto de superfície, geralmente flutuante, e um conjunto de fundo que são geralmente conectados pelo tubo flexível (10). O tubo flexível (10) também pode ser usado para conectar conjuntos de fundo uns aos outros, ou conjuntos de superfície uns aos outros.
[0030] O tubo flexível (10) tem uma seção central, ilustrada em parte na Figura 1, e em cada extremidade axial da seção central, uma tampa de extremidade não ilustrada.
[0031] O tubo flexível (10) neste exemplo é um tubo “não ligado”.
[0032] Pelo menos duas camadas adjacentes deste tubo flexível (10) são livres para se mover longitudinalmente uma em relação à outra ao dobrar o tubo (10).
[0033] Vantajosamente, todas as camadas adjacentes deste tubo flexível (10) são livres para se mover em relação umas às outras. Um tal tubo é descrito por exemplo, nos documentos normativos publicados pelo American Petroleum Institute (API), 17J API (Maio de 2014, 4ª edição) e RP17B API (Maio de 2014, 5ª Edição).
[0034] O tubo flexível (10) se estende ao longo de um eixo A-A’.
[0035] Ao longo do seguinte, os termos “fora” e “dentro” são geralmente entendidos como radiais ao eixo A-A’ do tubo flexível (10), com o termo “fora” sendo entendido como estando relativamente radialmente mais longe do eixo A- A’ e o termo “dentro” sendo entendido como sendo relativamente radialmente mais próximo ao eixo A-A’ do tubo flexível (10).
[0036] Conforme ilustrado na Figura 1, o tubo flexível (10) define uma pluralidade de camadas concêntricas em torno do eixo A-A’, que se estendem continuamente ao longo do tubo flexível (10) para as extremidades do tubo flexível (10).
[0037] Em particular, o tubo flexível (10) compreende uma jaqueta tubular interna (12), pelo menos uma camada de armadura de tração (16, 17) e uma jaqueta externa (22). Vantajosamente, o tubo flexível (10) compreende adicionalmente uma câmara de pressão (14) e/ou um invólucro interno (20).
[0038] De uma maneira conhecida, a jaqueta interna (12) se destina a confinar firmemente o meio transportado no tubo flexível (10). A jaqueta interna (12) é preferencialmente feita de um material polimérico, por exemplo, com base em uma poliolefina, tal como polietileno ou polipropileno, com base em uma poliamida, como PA11 ou PA12, ou à base de um polímero fluorado, como fluoreto de polivinilideno (PVDF).
[0039] Alternativamente, a jaqueta interna (12) é formada com base em um polímero de alto desempenho, como poliariletercetona (PAEK), como poliéterétercetona (PEK), poliéteréterétercetona (PEEK),
poliéterétercetonacetonacetona (PEEKK), poliétercetonacetonacetona (PEKK) ou poliéterétercetonacetonacetona (PEKEKK), poliamida-imida (PAI), poliéterimida (PEI), polissulfona (PSU), polifenilsulfona (PPSU), poliétersulfona (PES), poliarilsulfona (PAS), éter de polifenileno (PPE), sulfeto de polifenileno (PPS), polímeros de cristal líquido (LCP), poliftalamida (PPA), derivados fluorados, tais como politetrafluoroetileno (PTFE), perfluoropoliéter (PFPE), perfluoroalcoxi (PFA) ou etileno clorotrifloroetileno (ECTFE) e/ou misturas dos mesmos.
[0040] A espessura da jaqueta interna (12) é, por exemplo, entre 5 mm e 20 mm.
[0041] A jaqueta interna (12) define internamente uma passagem de fluxo de fluido central com eixo A-A’.
[0042] O invólucro (20) consiste em uma tira de metal perfilada, enrolada em um espiral. As bobinas da tira são vantajosamente agrafadas umas às outras, o que permite absorver as forças de esmagamento radiais. Neste exemplo, o invólucro (20) está disposto dentro da jaqueta interna (12) na passagem central. Devido à geometria do invólucro (20), o tubo flexível (10) é referido como “furo liso”.
[0043] Em uma realização alternativa (não ilustrada), o tubo flexível (10) não tem invólucro interno e é, portanto, referido como “furo liso”.
[0044] A jaqueta externa (12) está localizada fora da jaqueta interna (12). A jaqueta externa (12) define um volume interno no qual o invólucro (20), a jaqueta interna (12), a câmara de pressão (14) e a ou cada camada da armadura de tração (16, 17) estão localizados.
[0045] Juntamente com a jaqueta interna (12), a jaqueta externa (22) define um espaço anular (24).
[0046] O espaço anular (24) é definido no volume interno. O espaço anular (24) está sujeito a ser inundado por um líquido, em particular por água do corpo d’água ou água contida no fluido transportado que se difundiu e então condensou através da jaqueta interna (12) para dentro do espaço anular (24).
[0047] A jaqueta externa (22) tem tipicamente a forma de um cilindro girando em torno do eixo A-A’. A jaqueta externa (22) geralmente tem um diâmetro entre 50 mm (2 polegadas) e 500 mm (20 polegadas), de preferência entre 120 mm (5 polegadas) e 330 mm (13 polegadas), e uma espessura entre 0,5 mm e 20 mm, de preferência entre 4 mm e 15 mm.
[0048] A câmara de pressão (14) está localizada no espaço anular (24), fora da jaqueta interna (12). A câmara de pressão (14) é configurada para absorver as forças radiais relacionadas à pressão dentro da jaqueta interna (12).
[0049] A câmara de pressão (14) é vantajosamente formada por um fio de perfil metálico (25) enrolado helicoidalmente em torno da jaqueta interna (12). O fio de perfil (25) tem de preferência uma geometria em forma de Z. A geometria Z melhora a resistência mecânica geral e reduz a massa do tubo flexível (10).
[0050] Alternativamente, o fio de perfil (25) tem uma geometria em forma de T, U, K, X ou I.
[0051] A câmara de pressão (14) é enrolada helicoidalmente com um passo curto em torno da jaqueta interna (12). O ângulo da hélice tem um valor absoluto próximo a 90° em relação ao eixo A-A’ do tubo flexível (10), tipicamente entre 75° e 90°.
[0052] O tubo flexível (10) é opcionalmente equipado com um disco de contração (26).
[0053] O disco de contração (26), quando presente, consiste em um enrolamento em espiral de pelo menos um fio de seção transversal preferencialmente retangular em torno da câmara de pressão (14). A sobreposição de vários fios enrolados em torno da câmara de pressão (14) pode substituir vantajosamente uma dada espessura total do disco de contração (26).
Isso aumenta a resistência à ruptura do tubo flexível (10). O enrolamento de pelo menos um fio é de passo curto em torno do eixo A-A’ do tubo flexível (10), ou seja, com um ângulo de hélice absoluto próximo a 90°, é tipicamente entre 75° e 90°.
[0054] Em uma forma de realização alternativa da invenção, a câmara de pressão (14) e o disco de contração (26) são substituídos por uma câmara de pressão (14) de maior espessura formada a partir de um fio de metal perfilado (25) tendo uma geometria na forma de T, U, K, X ou I e/ou de pelo menos uma tira de aramida de alta resistência (Technora® ou Kevlar®) e/ou de pelo menos uma tira compósita que compreende uma matriz termoplástica na qual fibras de carbono ou fibras de vidro são incorporadas.
[0055] Cada camada de armadura de tração (16, 17) está localizada no espaço anular (24), fora da câmara de pressão (14).
[0056] No exemplo ilustrado na Figura 1, o tubo flexível (10) tem pelo menos um par de camadas de armadura de tração (16, 17).
[0057] Cada par consiste em uma primeira camada de armadura de tração (16) aplicada à câmara de pressão (14), à jaqueta interna (12) ou outro par de camadas de armadura de tração (16, 17) e uma segunda camada de armadura de tração (17), disposta em torno da primeira camada de armadura de tração (16).
[0058] Cada camada de armadura de tração (16, 17) tem pelo menos um elemento de armadura longitudinal (28) enrolado helicoidalmente em um passo longo em torno do eixo A-A’ do tubo flexível (10). O valor da hélice é menor ou igual a 60°, e está tipicamente entre 10)° e 60°.
[0059] Os elementos de armadura (28) de uma primeira camada de armadura de tração (16) são geralmente enrolados em um ângulo oposto aos elementos de armadura (28) de uma segunda camada de armadura de tração (17). Assim, se o ângulo de enrolamento dos elementos de armadura (28) da primeira camada de armadura de tração (16) é igual a + α, com α estando entre 10° e 60°, o ângulo de enrolamento dos elementos de armadura (28) da segunda camada de armadura de tração (17) disposta em contato com a primeira camada de armadura de tração (16) é, por exemplo, - α, com α estando entre 10° e 60°.
[0060] Os elementos de armadura (28) são feitos de metal ou fios compósitos ou fitas de alta resistência, por exemplo.
[0061] Neste exemplo, cada camada de armadura de tração (16, 17) é suportada por pelo menos uma tira resistente ao desgaste (não ilustrada).
A tira de desgaste é feita de plástico, por exemplo, à base de poliamida, fluoreto de polivinilideno (PVDF), politetrafluoroetileno (PTFE), poli(éter-éter-cetona) (PEEK) ou polifenilsulfona (PPSU). Ela tem uma espessura inferior à espessura de cada jaqueta.
[0062] Vantajosamente, uma fita de retenção, como uma fita de aramida de alta resistência (Technora® ou Kevlar®) é enrolada em torno da segunda camada da armadura de tração (17) mais externa do eixo A-A’, para fornecer suporte mecânico para as camadas de armadura de tração (16, 17) Alternativamente, as fibras de aramida são substituídas por fibras de vidro ou carbono.
[0063] O sistema (8) para a regulação e controle do tubo flexível (10) é ilustrado na Figura 2. Com referência a esta figura, o sistema (8) consiste em um tubo de acesso (50) no espaço anular (24), um sensor de pressão (52) para medir a pressão no espaço anular (24), aqui montado no tubo de acesso (50) e um sensor de temperatura (54) para medir a temperatura no espaço anular (24).
[0064] O sistema (8) também compreende um conjunto de aspiração (56) para aspirar o espaço anular (24) e um conjunto (58) para injetar um gás de medição no espaço anular (24).
[0065] Aspiração significa a ação de diminuir a pressão de um determinado meio, criando um vácuo parcial por meio do uso de um dispositivo como uma bomba.
[0066] Além disso, o sistema (8) tem uma unidade de controle (60) capaz de fazer medições do sensor de pressão (52) e do sensor de temperatura (54), e de controlar a unidade de aspiração (56) e o conjunto de injeção de gás de medição (58). Além disso, o sistema (8) tem uma unidade de cálculo (62) para calcular um volume livre do espaço anular (24) com base nas medições feitas pela unidade de controle (60).
[0067] O tubo de acesso (50) para o espaço anular (24) está localizado acima do solo. Ele se abre para o espaço anular (24) por meio de uma peça de extremidade (não ilustrada) do tubo flexível (10).
[0068] Aqui, o sensor de pressão (52) está conectado à linha de acesso (50). É adequado para medir uma pressão absoluta do espaço anular (24) na superfície.
[0069] Alternativamente, o sensor de pressão (52) é colocado no espaço anular (24) do tubo flexível (10).
[0070] O sensor de temperatura (54) está disposto no espaço anular (24) para medir a temperatura do espaço anular (24).
[0071] O sensor de temperatura (54) compreende pelo menos uma fibra óptica disposta no espaço anular (24). A pelo menos uma fibra óptica é conectada em uma extremidade à unidade de controle (60), tal como um dispositivo de detecção e avaliação de sinal, a fim de exibir e, assim, medir a temperatura no espaço anular (24) em tempo real.
[0072] Alternativamente, o sensor de temperatura (54) inclui software de cálculo e simulação para obter uma estimativa da temperatura no espaço anular (24).
[0073] Assim, a pressão prevalecente no espaço anular (24) e a temperatura no espaço anular (24) são medidas por meio dos sensores (52, 54),
que podem ser dispostos no espaço anular (24) ou fora do espaço anular (24) e conectados ao espaço anular (24).
[0074] O conjunto de aspiração (56) compreende uma bomba de vácuo (64), um tubo (66) para conexão ao espaço anular (24), uma primeira válvula de fechamento (68) e um respiradouro (70).
[0075] A bomba de vácuo (64) tem uma entrada conectada à linha de conexão (66) e uma saída conectada ao respiradouro (70). É capaz de aspirar bombeando fluido entre a entrada e a saída. Ela é conectada e controlada pela unidade de controle (60).
[0076] Neste exemplo, a linha de conexão (66) abre para a linha de acesso (50) e está conectada ao espaço anular (24) através da linha de acesso (50). Alternativamente, a linha de conexão (66) abre diretamente para o espaço anular (24), sem passar pela linha de acesso (50).
[0077] A primeira válvula de fechamento (68) é instalada na linha de conexão (66) entre a bomba de vácuo (64) e o espaço anular (24). É controlada pela unidade de controle (60).
[0078] O conjunto de injeção de gás de medição (58) consiste em um reservatório de gás de medição (72), uma linha de injeção (74), uma segunda válvula de fechamento (76) e um medidor de fluxo (78) para o gás de medição injetado.
[0079] O recipiente de gás de medição (72) é um cilindro, por exemplo, ou um reservatório que contém o gás de medição. De preferência, o gás de medição é um gás inerte, como o nitrogênio.
[0080] O gás de medição não se origina da passagem central interna do tubo flexível (10) e tem uma composição diferente desta.
[0081] A linha de injeção (74) está conectada ao reservatório (72). Neste exemplo, ela se abre na linha de acesso (50), paralela à linha de conexão (66), e está conectada ao espaço anular (24) através da linha de acesso (50).
Alternativamente, a linha de injeção (74) abre diretamente para o espaço anular (24) sem passar pela linha de acesso (50).
[0082] A segunda válvula de fechamento (76) é montada na linha de injeção (74) entre o reservatório de nitrogênio (72) e o espaço anular (24). É controlada pela unidade de controle (60).
[0083] O medidor de fluxo (78) é instalado entre o reservatório (72) e a segunda válvula de fechamento (76). É capaz de gerar uma medição da quantidade de gás de medição que passou pelo medidor de fluxo (78), em particular por meio de um índice de fluxo, comumente referido como totalizador ou medidor.
[0084] É conectado à unidade de controle (60) para permitir que a medição, em particular o índice de fluxo, seja lido pela unidade de controle (60).
[0085] Como será visto abaixo, a unidade de controle (60) pode ser ativada para realizar ciclos de aspiração no espaço anular (24) e, entre os ciclos de aspiração, ciclos para medir o volume livre do espaço anular (24).
[0086] Para cada ciclo de aspiração, a unidade de controle (60) está adaptada para abrir a primeira válvula de fechamento (68), ativando a bomba de vácuo (64) e detectando a pressão medida pelo sensor de pressão (52) para determinar um estado estacionário de vácuo do espaço anular (24).
[0087] Para cada ciclo de medição, a unidade de controle (60) fecha a primeira válvula de fechamento (68), desativa a bomba de vácuo (64) e abre a segunda válvula de fechamento (76) para permitir que uma certa quantidade de gás de medição seja injetada no espaço anular (24).
[0088] A unidade de controle (60) também é capaz de ler a medição do sensor de pressão (52), para cada ciclo de medição, para manter a pressão no espaço anular (24) abaixo da pressão atmosférica quando a injeção da quantidade determinada de gás de medição é realizada.
[0089] A unidade de controle (60) também é capaz de registrar a pressão (P1) e o índice de fluxo (N1) antes da injeção para cada ciclo de medição e, em seguida, a pressão (P2) e o índice de fluxo (N2) após a injeção, quando a medição de pressão é estável. A unidade de controle (60) também é capaz de medir a temperatura (T) no espaço anular (24) após a injeção.
[0090] A unidade de cálculo (62) é capaz de adquirir as medições de pressão (P1, P2), índice de fluxo (N1, N2) antes e depois da injeção e a temperatura (T) no espaço anular (24) e calcular o volume livre (V) pela lei dos gases perfeitos: V = (N2 - N1) x R x T / (P2 - P1) (1), em que R é a constante de gás perfeita.
[0091] Em uma realização alternativa, o gás de teste é fornecido por uma rede de fornecimento de gás inicialmente fornecida no nível de montagem de superfície. A linha de injeção (74) através da linha de acesso (50) conecta a rede do conjunto de superfície diretamente ao espaço anular (24) do tubo flexível (10).
[0092] O medidor de fluxo (78), a unidade de controle (60) e a unidade de cálculo (62) operam da mesma maneira que antes, para o uso de um reservatório (72).
[0093] Um método para operar o sistema de regulação e controle (8) de acordo com a invenção, para realizar um método para determinar o volume livre de um espaço anular (24) de um tubo flexível (10), será agora descrito.
[0094] Quando o tubo flexível (10) está em operação, uma sucessão de ciclos de aspiração é realizada. Conforme descrito acima, a unidade de controle (60) abre a primeira válvula de fechamento (68), mantém a segunda válvula de fechamento (76) fechada e ativa a bomba de vácuo (64).
[0095] Conforme ilustrado pela referência (100) na Figura 3, a pressão no espaço anular (24) então diminui gradualmente.
[0096] A unidade de controle (60) lê a pressão medida pelo sensor de pressão (52) e verifica se um estado de vácuo estacionário do espaço anular (24) foi atingido.
[0097] Quando o estado estacionário é alcançado, a unidade de controle (60) desliga a bomba de vácuo (64) e fecha a primeira válvula de fechamento (68). O espaço anular (24) é então isolado. A pressão absoluta no espaço anular (24), medida na superfície, é então vantajosamente inferior a 100000 Pa (1 barA), de preferência entre 500 Pa (5 mbarA) e 80000 Pa (800 mbarA). A pressão absoluta no espaço anular depende do tipo de estrutura do tubo flexível controlado (10).
[0098] “Isolado” ou “isolamento” significa a ação de separar um meio de outro a fim de evitar qualquer transferência de material e/ou fluido, por meio de meios de separação como, por exemplo, uma válvula, uma aba, um plugue, um parede.
[0099] Conforme ilustrado pela referência (102) na Figura 3, a pressão no espaço anular (24), então, aumenta progressivamente sob o efeito da difusão de gases através da jaqueta interna (20) para o espaço anular (24).
[00100] Mais precisamente, a pressão medida no espaço anular (24) aumenta progressivamente, mas de forma não linear, normalmente de acordo com uma curva exponencial. Assim que se observa que a curva se torna substancialmente linear, o espaço anular (24) é considerado substancialmente estabilizado, embora a difusão de gás continue homogeneamente.
[00101] Quando um ciclo de medição tem que ser iniciado, a unidade de controle (60) lê uma primeira pressão (P1) no espaço anular (24), conforme medido pelo sensor de pressão (52), e lê uma primeira medição de índice de fluxo (N1) do medidor de fluxo (78). A unidade de controle (60) também lê o valor de temperatura (T) no espaço anular (24).
[00102] Então, como ilustrado pela referência (104) na Figura
3, a unidade de controle (60) abre a segunda válvula de fechamento (76) para permitir que uma certa quantidade de gás de medição seja injetada através da linha de injeção (74) para o espaço anular (24).
[00103] Ao injetar o gás de medição, a unidade de controle (60) mede o aumento de pressão no espaço anular (24) e controla esse aumento de pressão de modo que permaneça abaixo da pressão atmosférica, em particular abaixo de 100000 Pa (1 barA), de preferência entre 5000 Pa (50 mbarA) e 80000 (800 mbarA).
[00104] Mais precisamente, o aumento da pressão no espaço anular está ligado tanto à injeção do gás de medição quanto à difusão natural dos gases contidos no fluido que flui pela passagem central interna.
[00105] Quando a injeção é concluída, a unidade de controle (60) fecha a segunda válvula de fechamento (76) para isolar o espaço anular (24).
[00106] A pressão medida no espaço anular (24) após a etapa de injeção atinge um máximo abaixo da pressão atmosférica.
[00107] A unidade de controle (60), então, mantém o espaço anular (24) isolado por um período de tempo correspondente a uma estabilização de pressão, como ilustrado na referência (106).
[00108] A pressão medida no espaço anular (24) diminui durante a etapa de estabilização devido à homogeneização do gás de medição ao longo do tubo (10).
[00109] Especificamente, a pressão medida no espaço anular (24) diminui do máximo abaixo da pressão atmosférica para um ponto baixo. Ao longo de um período de tempo Δt, o gás de teste que foi injetado no espaço anular (24) do tubo (10) da área de superfície superior deve progredir ao longo dos fios de armadura (28) das camadas de armadura de tração (16, 17) para sua parte inferior no corpo d’água.
[00110] O período de tempo Δt varia dependendo do comprimento e diâmetro do tubo (10). Normalmente, Δt está entre várias dezenas de minutos e algumas horas.
[00111] Durante este período de tempo Δt, em combinação com o fenômeno de homogeneização do gás de medição ao longo do tubo (10), os gases contidos no fluido que circula na passagem central interna continuam a se difundir através da jaqueta interna (12) para o espaço anular (24).
[00112] Quando a pressão medida pelo sensor (52) estabiliza ou atinge um valor mínimo, a unidade de controle 60 lê um segundo valor de pressão (P2) no espaço anular (24) a partir do sensor de pressão (52) e um segundo índice de fluxo (N2), a partir do medidor de fluxo (78).
[00113] Quando isto é feito, a unidade de cálculo (62) recupera o primeiro valor de pressão (P1), o segundo valor de pressão (P2), o primeiro índice de fluxo (N1), o segundo índice de fluxo (N2) e o valor de temperatura medido (T) e calcula o volume (V) livre do espaço anular (24) pela equação acima (1).
[00114] Conforme indicado pela referência (108) na Figura 3, a pressão no espaço anular (24) aumenta novamente sob o efeito dos gases difundidos da jaqueta interna (20).
[00115] A unidade de controle (60), então, inicia um novo ciclo de aspiração, conforme descrito acima, conforme ilustrado pela referência (110) na Figura 3.
[00116] Este ciclo de aspiração pode ser seguido por pelo menos um ciclo de medição adicional, conforme descrito acima.
[00117] Graças à invenção que acabamos de descrever, é possível combinar ciclos de aspiração com ciclos de medição para avaliar o volume livre do espaço anular (24) com muita precisão. A avaliação do volume livre é realizada com uma quantidade significativa de gás de medição, o que permite obter resultados precisos em horários escolhidos pelo operador, sem ter que esperar que uma quantidade significativa de gás se difunda no espaço anular (24), e eliminando o risco de corrosão devido ao gás difundido.
[00118] O sistema de regulação e controle (8) pode ser facilmente e automaticamente instalado conectando-o permanentemente ao espaço anular (24) do tubo flexível (10), de preferência na extremidade superior.
[00119] O sistema de controle e regulação (8) é, assim, colocado em uma instalação de superfície com uma abertura no tubo flexível (10) ou em um suporte portátil e é capaz de evaporar a água líquida do espaço anular (24) quando o espaço anular (24) foi inundado.
[00120] Desta forma, é possível monitorar a presença de água no espaço anular (24), a fim de prevenir ou pelo menos reduzir a corrosão e intervir o mais rapidamente possível quando a água é detectada. A vida útil dos componentes contidos no espaço anular (24), como as camadas de armadura (16, 17) ou câmara (14) é aumentada.
[00121] O sistema de regulação e controle (8) também permite que a vida útil do tubo flexível (10) seja estimada com precisão, levando em consideração os fenômenos de corrosão.
[00122] Em uma variante, sensores adicionais são dispostos no espaço anular (24) e/ou no tubo de acesso (50) para monitorar o conteúdo do espaço anular (24). Esses sensores são, por exemplo, sensores para medir hidrogênio, dióxido de carbono, sulfeto de hidrogênio, metano e/ou volume de água extraído.
[00123] Em uma variante, os ciclos para a circulação de gases neutros, em particular nitrogênio, no espaço anular (24) são implementados após um ciclo de aspiração.
[00124] Em uma forma de realização alternativa da invenção, o método para determinar o volume livre inclui uma etapa adicional.
[00125] Após a etapa de aspirar e isolar o espaço anular (24), uma pressão de referência (Pr) é medida. A pressão de referência (Pr) corresponde ao mínimo da curva ilustrada na Figura 3, no final da fase referenciada (100).
[00126] Os gases contidos no fluido que circula na passagem central interna são então permitidos a se difundir naturalmente através da jaqueta interna (12) para dentro do espaço anular (24), por um período de tempo definido Δt.
[00127] Δt varia de acordo com o comprimento e o diâmetro do tubo (10).
[00128] Δt está entre algumas dezenas de minutos e algumas horas, por exemplo, entre 15 minutos e 4 horas, de preferência entre 30 minutos e 2 horas.
[00129] Assim que a pressão medida no espaço anular (24) pelo sensor (52) descreve uma curva exponencial e a última descreve uma inclinação substancialmente linear, no final do período de tempo Δt o meio é considerado estabilizado e a difusão de gás continua homogeneamente.
[00130] Uma primeira pressão (P1) no espaço anular (24) e a temperatura (T) no espaço anular (24) são medidas.
[00131] Quando um ciclo de medição deve ser iniciado, a unidade de controle (60) detecta uma primeira pressão (P1) no espaço anular (24), conforme medido pelo sensor de pressão (52), e detecta uma primeira medição de índice de fluxo (N1) do medidor de fluxo (78). A unidade de controle (60) também lê o valor de temperatura (T) no espaço anular (24).
[00132] Uma quantidade determinada de gás de teste é então injetada através da linha de injeção (74) no espaço anular (24).
[00133] Ao injetar o gás de medição, a unidade de controle (60) mede o aumento de pressão no espaço anular (24) e controla esse aumento de pressão de modo que permaneça abaixo da pressão atmosférica, em particular abaixo de 100000 Pa (1 barA), de preferência entre 5000 Pa (50 mbarA) e 80000 Pa (800 mbarA).
[00134] Quando a injeção é concluída, a unidade de controle (60) fecha a segunda válvula de fechamento (76) para isolar o espaço anular (24).
[00135] A pressão medida no espaço anular (24) após a etapa de injeção atinge um máximo abaixo da pressão atmosférica.
[00136] A unidade de controle (60), então, mantém o espaço anular (24) isolado por um período de tempo correspondente à estabilização de pressão.
[00137] A pressão medida no espaço anular (24) diminui durante a etapa de estabilização devido à homogeneização do gás de medição ao longo do tubo (10).
[00138] Quando a pressão medida pelo sensor (52) estabiliza ou atinge um mínimo, a unidade de controle (60) lê um segundo valor de pressão (P2) no espaço anular (24) do sensor de pressão (52) e um segundo índice de fluxo (N2) do medidor de fluxo (78).
[00139] Quando isso é feito, a unidade de cálculo (62) recupera o valor da pressão de referência (Pr), o primeiro valor de pressão (P1), o segundo valor de pressão (P2), o primeiro índice de fluxo (N1), o segundo índice de fluxo (N2) e o valor de temperatura medido (T) e calcula o volume livre (V) do espaço anular (24) da equação acima (1). Isto leva a: V = (N2 - N1) x R x T/ (P2 - (P1 - Pr)), onde R é a constante dos gases perfeitos.
[00140] Ao subtrair, no cálculo do volume livre, o componente de pressão (P1 - Pr) ligado à difusão dos gases contidos no fluido circulando na passagem central interna e tendo se difundido pela jaqueta interna (12) para o espaço anular (24), apenas o componente de pressão (P2) ligado à injeção de gás neutro (nitrogênio) permanece.
[00141] Assim, a determinação do volume livre do espaço anular (24) é melhorada. Para os ciclos subsequentes, as leituras de medição de pressão e, portanto, a determinação do volume livre aumentam em precisão.
[00142] De fato, conhecendo o aumento de pressão devido à difusão natural dos gases que se difundiram da passagem central interna para o espaço anular durante o período de tempo Δt, é possível que as seguintes medições subtraiam este diferencial de pressão ao tomar a leitura de pressão (P2), após injeção do gás de medição, para o mesmo intervalo de tempo Δt. A partir de então, apenas o diferencial de pressão relacionado à injeção do gás de medição é medido.
[00143] A determinação do volume livre do espaço anular (24) do tubo (10) é assim calculada com precisão. Isso é especialmente verdadeiro porque a difusão natural dos gases contidos no meio que flui através da passagem central interna é importante.
[00144] Embora esta forma de realização alternativa da invenção se refira a um método de determinação do volume livre de um espaço anular de um tubo flexível em que todas as pressões medidas são inferiores à pressão atmosférica, é perfeitamente concebível transpô-lo para um ou mais métodos de determinação do volume livre de um espaço anular de um tubo flexível em que todas as pressões medidas são superiores à pressão atmosférica.
[00145] Esta etapa adicional é realizada antes e depois das etapas de implementação de pelo menos um ciclo de medição de volume livre.
[00146] Após as etapas de realização de pelo menos um ciclo de medição de volume livre, a etapa de manter o isolamento do espaço anular (24) pode possivelmente ser seguida por uma etapa de aspirar o espaço anular (24) de modo que a pressão dentro do anular não atinja o limite pressão na qual o fenômeno SCC comece.
Claims (14)
1. MÉTODO PARA DETERMINAR O VOLUME LIVRE DE UM ESPAÇO ANULAR (24) DE UM TUBO FLEXÍVEL (10), caracterizado pelo tubo flexível (10) definir uma passagem interna central para circulação de um fluido, o espaço anular (24) contendo pelo menos uma camada de armadura de tração (16, 17), o método compreendendo pelo menos um ciclo de medição compreendendo as seguintes etapas: - aspirar o espaço anular (24) e isolar o espaço anular (24); - medir uma primeira pressão (P1) no espaço anular (24) e a temperatura (T) no espaço anular (24) após o isolamento do espaço anular (24); em que tem as seguintes etapas: - injetar no espaço anular (24) uma quantidade determinada de um gás de medição que vem de uma fonte diferente da passagem central interna e isolar o espaço anular (24), o espaço anular (24) permanecendo sob vácuo após a injeção e o isolamento; - medir a quantidade determinada de gás de medição injetado no espaço anular (24); - medir uma segunda pressão (P2) no espaço anular (24) após o isolamento do espaço anular (24); e - determinar o volume livre do espaço anular (24) com base na primeira pressão (P1), na segunda pressão (P2), na temperatura (T) e na medição da quantidade determinada de gás de medição.
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender uma etapa, após a etapa de injeção do gás de medição e isolamento do espaço anular (24), de estabilização da pressão no espaço anular (24), sendo a segunda pressão (P2) medida após a etapa de estabilização.
3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pela pressão no espaço anular (24) medida pelo sensor de pressão (52) após a etapa de injeção atingir um máximo abaixo da pressão atmosférica, a pressão no espaço anular (24) medida pelo sensor de pressão (52) diminuindo durante a etapa de estabilização.
4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelas etapas de medição da primeira pressão (P1) e da segunda pressão (P2) serem realizadas por um sensor de pressão (52) localizado fora do espaço anular (24) e conectado ao espaço anular (24) ou por um sensor de pressão (52) localizado no espaço anular (24).
5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por compreender o fornecimento de um gás de medição fora do tubo flexível (10), a injeção de gás de medição compreendendo o fluxo de gás de medição do lado de fora do tubo flexível (10) para o espaço anular (24).
6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por um medidor de fluxo (78) ser interposto entre a parte externa do tubo flexível (10) e o espaço anular (24), a medição da quantidade determinada de gás de medição sendo realizada em com base em pelo menos uma medição fornecida pelo medidor de fluxo.
7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 6, caracterizado pela aspiração do espaço anular (24) ser realizada por uma bomba de vácuo (64) conectada ao espaço anular (24) em paralelo com o fornecimento de medição gás (72).
8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo gás de medição ser um gás neutro, por exemplo, nitrogênio.
9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por compreender uma etapa, após medir a segunda pressão (P2) no espaço anular (24), de bombear o gás presente no espaço anular (24) a fim de aspirar o espaço anular (24) novamente.
10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender pelo menos um ciclo de medição adicional após aspiração renovada, compreendendo as seguintes etapas: - medir uma nova primeira pressão (P1) no espaço anular (24) e a temperatura (T) no espaço anular (24), após o espaço anular (24) ter sido isolado; - injetar uma nova quantidade determinada de um gás de medição que não vem da passagem central interna no espaço anular (24) e isolar o espaço anular (24), o espaço anular (24) permanecendo sob vácuo após o isolamento; - medir a nova quantidade determinada de gás de medição injetada dentro do espaço anular (24); - medir uma nova segunda pressão (P2) no espaço anular (24) após o isolamento do espaço anular (24); e - determinar um novo volume livre do espaço anular (24) com base na nova primeira pressão (P1), na nova segunda pressão (P2), na temperatura (T) e na nova quantidade determinada de gás de medição.
11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por compreender manter uma pressão, entre cada ciclo de medição, inferior a 100000 Pa (1 barA), no ponto mais baixo do espaço anular (24).
12. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado por compreender, após a etapa de aspirar e isolar o espaço anular (24), e antes da primeira pressão (P1) ser medida, uma medição de uma pressão de referência (Pr), seguida por um retardo de tempo (Δt) para permitir que a difusão de gás ocorra da passagem central para o espaço anular (24), a determinação do volume livre do espaço anular (24) sendo realizada por meio do uso adicional da pressão de referência medida (Pr).
13. SISTEMA (8) PARA REGULAR E CONTROLAR UM TUBO
FLEXÍVEL (10) capaz de medir o volume livre de um espaço anular (24) do tubo flexível (10), o tubo flexível (10) definindo uma passagem interna central para circulação de um fluido, o espaço anular (24) contendo pelo menos uma camada de armadura de tração (16, 17), caracterizado pelo sistema (8) compreender:
- um aparelho (64) para aspirar o espaço anular (24);
- uma válvula de isolamento (68) para isolar o espaço anular (24)
interposta entre o aparelho de aspiração (64) e o espaço anular (24);
- um sensor de pressão (52) para medir uma pressão no espaço anular e um sensor de temperatura (54) para medir uma temperatura no espaço anular (24) localizado no espaço anular (24) ou/e localizado fora do espaço anular (24) enquanto está conectado ao espaço anular (24);
em que tem:
- um conjunto (58) para injetar gás de medição no espaço anular
(24);
- uma unidade de controle (60) adaptada para controlar o aparelho de aspiração (64) para gerar um vácuo do espaço anular (24), para controlar a válvula de isolamento (68) para isolar o espaço anular (24) após o vácuo ter sido gerado, para ler uma primeira pressão (P1) no espaço anular (24) por meio do sensor de pressão (52) e para ler uma temperatura (T) no espaço anular (24) por meio do sensor de temperatura (54) após o espaço anular (24) ter sido isolado;
a unidade de controle (60) sendo adaptada para controlar o conjunto de injeção (58) para injetar dentro do espaço anular (24) uma quantidade determinada de um gás de medição que vem de uma fonte diferente da passagem central interna e para controlar a válvula de isolamento (68) para isolar o espaço anular (24), e para manter o espaço anular (24) sob vácuo após o isolamento;
a unidade de controle (60) sendo adaptada para ler a quantidade determinada de gás de medição injetado no espaço anular (24), para ler uma segunda pressão (P2) no espaço anular (24) por meio do sensor de pressão (52) após o espaço anular (24) ter sido isolado; e o sistema (8) que compreende uma unidade de cálculo (62) adaptado para determinar o volume livre do espaço anular (24) com base na primeira pressão (P1), na segunda pressão (P2), na temperatura (T) e na quantidade determinada de gás de medição.
14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por compreender manter uma pressão, entre cada ciclo de medição, entre 500 Pa (5 mbarA) e 80000 (800 mbarA), no ponto mais baixo do espaço anular (24).
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