BR112021009806B1

BR112021009806B1 - Aparelho de tubulação, método de monitoramento de uma condição de um fio de armadura fornecido em um aparelho de tubulação, e método de formação de um aparelho de tubulação

Info

Publication number: BR112021009806B1
Application number: BR112021009806-2A
Authority: BR
Inventors: John McNab; Philip Nott; Andrew McCormick; Neville Dodds
Original assignee: Baker Hughes Energy Technology UK Limited
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2024-03-12
Also published as: CN113167413A; EP3899340A1; US20220065726A1; BR112021009806A2; CN113167413B; WO2020128470A1; GB201820787D0

Abstract

munitoramento de defeitos em tubulação. trata-se de um aparelho de tubulação que compreende um corpo de tubo. o corpo de tubo inclui uma cavidade anular entre as camadas de barreira anulares impermeáveis a fluido mais internas e mais externas. o corpo de tubo inclui adicionalmente uma pluralidade de fios de armadura que se estendem ao longo de pelo menos parte do comprimento do corpo de tubo na cavidade anular. a pluralidade de fios de armadura inclui um primeiro fio de armadura que é eletricamente isolado dos outros fios de armadura ao longo de pelo menos parte do comprimento dos fios de armadura. o corpo de tubo inclui também um dispositivo de medição que é disposto para se acoplar eletricamente ao primeiro fio de armadura em uma primeira extremidade do corpo de tubo. o dispositivo de medição é disposto para medir a impedância elétrica do primeiro fio de armadura, sendo que a variação da impedância elétrica do primeiro fio de armadura é indicativa de um defeito do primeiro fio de armadura.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção se refere ao monitoramento de defeitos em tubulação. Em particular, mas não exclusivamente, a presente invenção se refere a um aparelho de tubulação que inclui um dispositivo de medição disposto para detectar possíveis defeitos no fio de armadura.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] Tradicionalmente, um tubo flexível é utilizado para transportar fluidos de produção, como óleo e/ou gás e/ou água, de um local para outro. O tubo flexível é particularmente útil na conexão de um local submarino (que pode ser profundamente subaquático) a um local no nível do mar. O tubo pode ter um diâmetro interno de tipicamente até cerca de 0,6 metros (por exemplo, os diâmetros podem estar na faixa de 0,05 m até 0,6 m). O tubo flexível é geralmente formado como um conjunto de um corpo de tubo flexível e um ou mais encaixes de extremidade. O corpo de tubo é tipicamente formado como uma combinação de materiais em camadas que formam um conduto contendo pressão. A estrutura do tubo permite grandes deflexões sem causar tensões de flexão que prejudicam a funcionalidade do tubo durante sua vida útil. O corpo de tubo é, em geral, construído como uma estrutura combinada incluindo camadas de polímero e/ou metálicas e/ou compósitas. Por exemplo, um corpo de tubo pode incluir camadas de polímero e metal, ou camadas de polímero e compósitas, ou camadas de polímero, metal e compósitas.

[0003] A prática recomendada pelo Instituto Americano de Petróleo (API - "American Petroleum Institute") 17B fornece diretrizes para o design, análise, fabricação, teste, instalação e operação de tubos flexíveis e sistemas de tubos flexíveis para aplicações onshore, submarinas e marinhas.

[0004] A especificação API 17J intitulada "Specification for Unbonded Flexible Pipe" define os requisitos técnicos para tubos flexíveis seguros, dimensional e funcionalmente intercambiáveis, que são projetados e fabricados de acordo com padrões e critérios uniformes.

[0005] Em muitos designs de tubos flexíveis conhecidos, o corpo de tubo inclui uma ou mais camadas da armadura de pressão. A carga primária sobre tais camadas é formada a partir de forças radiais. As camadas da armadura de pressão frequentemente têm um perfil em seção transversal específico para se intertravar de modo a ser capaz de manter e absorver forças radiais resultantes da pressão externa ou interna no tubo. O perfil em seção transversal dos fios enrolados que, dessa forma, evita que os tubos se retraiam ou se rompam como resultado da pressão é às vezes chamado de perfis resistentes à pressão. Quando camadas de armadura de pressão são formadas a partir de fios enrolados em formato helicoidal formando componentes de arco, as forças radiais provenientes da pressão externa ou interna no tubo fazem com que os componentes de arco se expandam ou contraiam, colocando uma carga de tração nos fios.

[0006] Em muitos designs de tubo flexível conhecidos, o corpo de tubo inclui uma ou mais camadas de armadura de tração. A carga primária em tal camada é tensão. Em aplicações de alta pressão, como em ambientes de águas profundas e ultraprofundas, a camada de armadura de tração experimenta cargas de alta tensão a partir de uma combinação da carga de tampão de pressão interna e o peso autossuportado do tubo flexível. Isso pode causar falha no tubo flexível uma vez que tais condições são experimentadas durante períodos prolongados de tempo.

[0007] O tubo flexível não ligado tem sido usado para desenvolvimentos em águas profundas (menos que 1005,84 metros (3300 pés)) e águas ultraprofundas (mais que 3300 pés). É a demanda crescente por petróleo que está fazendo com que a exploração ocorra em profundidades cada vez maiores, onde fatores ambientais são mais extremos. Por exemplo, em tais ambientes de água profunda e ultraprofunda, a temperatura do leito marinho aumenta o risco de resfriamento dos fluidos de produção a uma temperatura que pode levar ao bloqueio do tubo. Profundidades aumentadas também aumentam a pressão associada ao ambiente no qual o tubo flexível precisa operar. Por exemplo, um tubo flexível pode ser necessário para operar com pressões externas na faixa de 0,1 MPa a 30 MPa atuando sobre ele. Igualmente, o transporte de óleo, gás ou água pode dar origem a altas pressões atuando sobre o tubo flexível a partir de dentro, por exemplo, com pressões internas na faixa de 0 a 140 MPa do fluido do furo atuando sobre o tubo. Como resultado, a necessidade de altos níveis de desempenho das camadas do corpo de tubo flexível é aumentada.

[0008] O tubo flexível pode também ser usado para aplicações em água rasa (por exemplo, menos que cerca de 500 metros de profundidade) ou mesmo para aplicações em terra (por terra).

[0009] Uma maneira de melhorar a resposta da carga e, dessa forma, o desempenho das camadas de armadura é fabricar as camadas a partir de materiais mais espessos e mais fortes e, dessa forma, mais robustos. Por exemplo, para camadas de armadura de pressão nas quais as camadas são frequentemente formadas a partir de fios enrolados com enrolamentos adjacentes no intertravamento de camada, a fabricação dos fios a partir de material mais espesso resulta no aumento adequado da resistência. Entretanto, à medida que mais material é usado, o peso do tubo flexível aumenta. Por fim, o peso do tubo flexível pode se tornar um fator limitante no uso do tubo flexível. Adicionalmente, a fabricação de tubos flexíveis com o uso de materiais cada vez mais espessos aumenta os custos do material substancialmente, o que também é uma desvantagem.

[0010] Independentemente das medidas tomadas para melhorar o desempenho das camadas de armadura dentro de um corpo de tubo, permanece um risco de ocorrência de defeitos dentro de um tubo flexível. Um defeito pode compreender danos a uma parede externa de um corpo de tubo flexível, resultando no ingresso de água do mar em um anel dentro do corpo de tubo, de modo que a água do mar preencha os espaços vazios entre os fios da camada de armadura e outros elementos estruturais do tubo. Alternativa ou adicionalmente, gás pode ser vazado para a camada de armadura, incluindo gases corrosivos que causam degradação dos fios da camada de armadura. Os fios da camada de armadura e outros elementos estruturais são tipicamente fabricados a partir de aço ou outros materiais metálicos, que são vulneráveis à corrosão acelerada mediante o contato com água do mar e gases corrosivos. Vazamentos de sulfeto de hidrogênio no anel podem causar tensofissuramento de sulfeto e altos níveis de dióxido de carbono podem causar craqueamento por corrosão sob estresse na superfície do fio. Se tal defeito não for detectado prontamente, então, a integridade estrutural do corpo de tubo pode ficar comprometida. Anteriormente, a detecção de defeitos exigia com frequência a inspeção visual do corpo de tubo, o que pode ser perigoso, em particular para instalações em águas profundas e águas ultraprofundas.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0011] Certos exemplos da invenção fornecem a vantagem de que um defeito dentro de um corpo de tubo ou corrosão de um fio de armadura de tração pode ser detectado sem a necessidade de inspeção visual periódica. Os defeitos podem, então, ser reparados, ou o corpo de tubo pode ser substituído. Defeitos detectáveis incluem corrosão dos fios de armadura metálicos de tração. Certos exemplos podem também fornecer uma indicação de alterações na condição do corpo de tubo durante a vida útil do tubo, por exemplo, mediante a medição de uma condição dos fios de armadura de tração ao longo do tempo e o uso das ditas medições para prever a corrosão futura dos fios de armadura de tração.

[0012] De acordo com uma primeira realização da presente invenção, é fornecido um aparelho de tubulação que compreende: um corpo de tubo que inclui: uma cavidade anular entre as camadas de barreira anulares impermeáveis a fluidos mais internas e mais externas e uma pluralidade de fios de armadura que se estendem ao longo de pelo menos parte do comprimento do corpo de tubo na cavidade anular, a pluralidade dos fios de armadura incluindo um primeiro fio de armadura eletricamente isolado dos outros fios de armadura ao longo de pelo menos parte do comprimento dos fios de armadura; e um dispositivo de medição disposto para se acoplar eletricamente ao primeiro fio de armadura em uma primeira extremidade do corpo de tubo e para medir a impedância elétrica do primeiro fio de armadura; sendo que a variação da impedância elétrica do primeiro fio de armadura é indicativa de um defeito do primeiro fio de armadura.

[0013] O aparelho de tubulação pode compreender adicionalmente pelo menos um membro de isolamento disposto de modo a isolar o primeiro fio de armadura do restante da pluralidade de fios de armadura ao longo de pelo menos parte de seu comprimento.

[0014] O dispositivo de medição pode ser configurado para fornecer corrente contínua ou corrente alternada de frequência variável para o primeiro fio de armadura.

[0015] O aparelho de tubulação pode compreender adicionalmente um encaixe de extremidade acoplado à primeira extremidade do corpo de tubo, sendo que o dispositivo de medição se acopla ao primeiro fio de armadura através do encaixe de extremidade.

[0016] O primeiro fio de armadura pode ser eletricamente conectado a pelo menos um outro fio de armadura em uma parte do corpo de tubo distal à primeira extremidade do corpo de tubo; sendo que o dispositivo de medição pode ser adicionalmente disposto para se acoplar eletricamente a pelo menos um outro fio de armadura na primeira extremidade do corpo de tubo, de modo que a impedância seja medida através de um circuito que compreende o primeiro fio de armadura e o pelo menos um outro fio de armadura conectados em série.

[0017] O aparelho de tubulação pode compreender adicionalmente fios de detecção dispostos em uma configuração de detecção de quatro terminais, sendo que os fios de detecção são eletricamente conectados ao primeiro fio de armadura na primeira extremidade do corpo de tubo e uma parte do corpo de tubo distal à primeira extremidade do corpo de tubo, para medir a impedância do primeiro fio de armadura.

[0018] Os fios de detecção podem ser fornecidos adjacentes a e paralelos ao primeiro fio de armadura na cavidade anular.

[0019] O dispositivo de medição pode compreender um sensor de corrente disposto para medir uma corrente através do primeiro fio de armadura e um sensor de tensão disposto para medir uma tensão através do primeiro fio de armadura.

[0020] De acordo com uma segunda realização da presente invenção, é fornecido um método de monitoramento de uma condição de um fio de armadura fornecido em um aparelho de tubulação, sendo que o método compreende: acoplar um dispositivo de medição a um primeiro fio de armadura entre uma pluralidade de fios de armadura que se estendem ao longo de pelo menos parte do comprimento de um corpo de tubo em uma cavidade anular do corpo de tubo do aparelho de tubulação e eletricamente isolados dos outros fios de armadura ao longo de pelo menos parte do comprimento dos fios de armadura, a cavidade anular sendo definida entre as camadas de barreira anulares impermeáveis a fluido mais internas e mais externas, o dispositivo de medição sendo acoplado ao primeiro fio de armadura em uma primeira extremidade do corpo de tubo; e medir a impedância do primeiro fio de armadura; sendo que a variação da impedância elétrica do primeiro fio de armadura é eletricamente indicativa de um defeito do primeiro fio de armadura.

[0021] A corrente fornecida ao primeiro fio de armadura pode ser corrente contínua ou corrente alternada.

[0022] O método pode compreender adicionalmente: variar a frequência da corrente fornecida para o primeiro fio de armadura; medir a impedância do primeiro fio de armadura em duas ou mais frequências diferentes e determinar um perfil de impedância através da seção transversal do primeiro fio de armadura.

[0023] O método pode compreender adicionalmente: determinar uma taxa de alteração da impedância do primeiro fio de armadura.

[0024] O método pode compreender adicionalmente: identificar um tipo de defeito do primeiro fio de armadura com base em uma frequência de corrente alternada fornecida ao primeiro fio de armadura e a impedância medida do primeiro fio de armadura.

[0025] De acordo com uma terceira realização da presente invenção, é fornecido um método de formação de um aparelho de tubulação, sendo que o método compreende: fornecer um corpo de tubo que inclui: uma cavidade anular entre as camadas de barreira anulares impermeáveis a fluidos mais internas e mais externas e uma pluralidade de fios de armadura que se estendem ao longo de pelo menos parte do comprimento do corpo de tubo na cavidade anular, a pluralidade dos fios de armadura incluindo um primeiro fio de armadura eletricamente isolado dos outros fios de armadura ao longo de pelo menos parte do comprimento dos fios de armadura; e acoplar um dispositivo de medição ao primeiro fio de armadura em uma primeira extremidade do corpo de tubo, o dispositivo de medição sendo disposto para medir a impedância elétrica do primeiro fio de armadura; sendo que a variação da impedância elétrica do primeiro fio de armadura é eletricamente indicativa de um defeito do primeiro fio de armadura.

[0026] O método pode compreender adicionalmente adaptar o aparelho de tubulação de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 8.

[0027] Certos exemplos da invenção fornecem a vantagem de que a corrosão ou defeitos no corpo de tubo, em particular, dos fios de armadura de tração, podem ser detectados sem inspeção visual do corpo de tubo, o que pode ser desafiador quando o aparelho da tubulação é empregado em ambientes como ambientes submarinos.

[0028] Certos exemplos de um aparelho de tubulação, de acordo com a invenção, fornecem a vantagem de que a condição de um fio de armadura de tração pode ser monitorada com acesso sendo necessário apenas em uma extremidade do fio de armadura de tração. Isso é particularmente benéfico em ambientes onde ao menos parte do fio de armadura de tração é submerso.

[0029] Certos exemplos de um aparelho de tubulação, de acordo com a invenção, fornecem a vantagem de que a impedância de um fio de tração pode ser monitorada ao longo do tempo, e a taxa de alteração da impedância ao longo do tempo fornece informações sobre uma alteração nas condições dentro do anel do corpo de tubo ou uma alteração na taxa de corrosão dos fios de armadura de tração. Tais informações podem ser usadas para melhorar as previsões da vida útil dos fios de armadura ou do corpo de tubo.

[0030] Certos exemplos de um aparelho de tubulação, de acordo com a invenção, fornecem a vantagem de que fios de detecção em uma configuração de detecção de quatro terminais fornecem uma trajetória de retorno para sinais elétricos sem exigir mais de um fio de armadura de tração para conduzir o sinal elétrico. A impedância de tais fios de detecção pode ser baixa em comparação com a impedância do fio de armadura de tração. A medição da impedância de um circuito que inclui fios de detecção e um único fio de armadura de tração é, portanto, uma indicação precisa da impedância do fio de armadura de tração. Além disso, os fios de detecção podem também agir para isolar eletricamente o fio de armadura de tração de outros fios de armadura de tração, reduzindo a necessidade de fornecer isolamento elétrico adicional.

[0031] Certos exemplos de um aparelho de tubulação, de acordo com a invenção, fornecem a vantagem de que a impedância de um primeiro fio de armadura de tração pode ser medida na superfície do fio de armadura de tração ou em uma profundidade predeterminada a partir da superfície do fio de armadura de tração correspondente a uma frequência de uma corrente alternada fornecida ao fio de armadura de tração de acordo com o efeito da pele. As medições de impedância em diferentes profundidades podem ser usadas para criar um perfil de impedância do fio de armadura de tração através de sua seção transversal. A variação na impedância em profundidades específicas na seção transversal do fio de armadura de tração pode ser indicativa de tipos diferentes de corrosão em relação ao fio de armadura de tração.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0032] Exemplos, de acordo com a invenção, são adicionalmente descritos mais adiante neste documento com referência aos desenhos em anexo, nos quais:

[0033] A Figura 1 ilustra um corpo de tubo flexível;

[0034] A Figura 2 ilustra um conjunto de riser que incorpora um corpo de tubo flexível;

[0035] A Figura 3 ilustra um dispositivo de medição acoplado a um corpo de tubo flexível de acordo com um aparelho de tubulação exemplificador;

[0036] A Figura 4 ilustra um dispositivo de medição acoplado a um corpo de tubo flexível de acordo com um aparelho de tubulação exemplificador;

[0037] A Figura 5 ilustra um dispositivo de medição acoplado a um corpo de tubo flexível de acordo com um aparelho de tubulação exemplificador;

[0038] A Figura 6 é um diagrama de circuito que ilustra uma configuração de circuito de um dispositivo de medição acoplado a um fio de armadura de tração em um exemplo de um corpo de tubo flexível;

[0039] A Figura 7 ilustra o efeito da variação da frequência da corrente fornecida a um condutor sobre a distribuição da densidade de corrente;

[0040] A Figura 8 é um fluxograma que ilustra um método de monitoramento de um aparelho de tubulação exemplificador; e

[0041] A Figura 9 é um fluxograma que ilustra um método de monitoramento de um aparelho de tubulação exemplificador.

[0042] Nos desenhos numerais, números de referência similares indicam partes similares.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[0043] Ao longo desta descrição, será feita referência a um tubo flexível. Será entendido que um tubo flexível é um conjunto de uma porção do corpo de tubo e um ou mais encaixes de extremidade em cada um dos quais uma respectiva extremidade do corpo de tubo é terminada. A Figura 1 ilustra um exemplo de como o corpo de tubo 100 é formado a partir de uma combinação de materiais em camadas que formam um conduto contendo pressão. Embora várias camadas específicas sejam ilustradas na Figura 1, deve-se compreender que o corpo do é amplamente aplicável a estruturas coaxiais incluindo duas ou mais camadas fabricadas a partir de uma variedade de materiais possíveis. Por exemplo, o corpo de tubo pode ser formado a partir de camadas de polímero, camadas metálicas, camadas compósitas ou uma combinação de materiais diferentes. Deve-se observar ainda que as espessuras de camada são mostradas apenas para propósitos ilustrativos. Para uso na presente invenção, o termo "compósito" é usado para se referir amplamente a um material que é formado a partir de dois ou mais materiais diferentes, por exemplo, um material formado a partir de um material de matriz e fibras de reforço.

[0044] Conforme ilustrado na Figura 1, um corpo de tubo inclui uma camada de carcaça mais interna opcional 101. A carcaça fornece uma construção intertravada que pode ser usada como a camada mais interna para evitar, total ou parcialmente, o achatamento de uma bainha de pressão interna 102 devido à descompressão do tubo, pressão externa e pressão da armadura de tração e cargas de esmagamento mecânico. A camada da carcaça é frequentemente uma camada metálica, formada de aço inoxidável, por exemplo. A camada da carcaça poderia, também, ser formada de compósito, polímero ou outro material, ou uma combinação de materiais. Será entendido que certos exemplos são aplicáveis a operações de "orifício liso" (isso é, sem uma camada de carcaça) bem como a aplicações de "orifício rugoso" (com uma camada de carcaça).

[0045] A bainha de pressão interna 102 age como uma camada de retenção de fluido e compreende uma camada de polímero que assegura a integridade interna do fluido. Deve-se compreender que essa camada pode, por si só, compreender várias subcamadas. Será reconhecido que quando a camada de carcaça opcional é utilizada, a bainha de pressão interna é frequentemente chamada pelos técnicos no assunto de camada de barreira. Em uma operação sem tal carcaça (a assim chamada operação de orifício liso), a bainha de pressão interna pode ser chamada de forro.

[0046] Uma camada de armadura de pressão opcional 103 é uma camada estrutural que aumenta a resistência do tubo flexível à pressão interna e externa e às cargas de esmagamento mecânico. A camada também suporta estruturalmente a bainha de pressão interna e pode tipicamente ser formada a partir de uma construção intertravada de fios enrolados com um ângulo de assentamento próximo a 90°. A camada de armadura de pressão é frequentemente uma camada metálica, formada de aço carbono, por exemplo. A camada de armadura de pressão poderia também ser formada a partir de compósito, polímero ou outro material, ou uma combinação de materiais.

[0047] O corpo de tubo flexível inclui também uma primeira camada armadura de tração opcional 105 e uma segunda camada de armadura de tração opcional 106. Cada camada de armadura de tração é usada para sustentar cargas de tração e pressão interna. A camada de armadura de tração é frequentemente formada a partir de uma pluralidade de fios (para conferir resistência à camada) que estão localizados sobre uma camada interna e são enrolados em formato helicoidal ao longo do comprimento do tubo a um ângulo de camada tipicamente entre cerca de 10° e 55°. As camadas de armadura de tração são frequentemente giradas na direção oposta em pares. As camadas de armadura de tração são frequentemente camadas metálicas, formadas a partir de aço carbono, por exemplo. As camadas de armadura de tração também poderiam ser formadas a partir de compósito, polímero ou outro material, ou uma combinação de materiais.

[0048] O corpo de tubo flexível mostrado também inclui camadas opcionais de fita 104 que ajudam a conter as camadas subjacentes e, até certo ponto, evitar a abrasão entre as camadas adjacentes. A camada de fita pode ser um polímero ou compósito ou uma combinação de materiais.

[0049] O corpo de tubo flexível também inclui tipicamente camadas opcionais de isolamento 107 e uma bainha externa 108, que compreende uma camada de polímero usada para proteger o tubo contra a penetração de água do mar e outros ambientes externos, corrosão, abrasão e danos mecânicos.

[0050] A camada de armadura de tração pode ter um formato anular e pode ser chamada de camada anular ou cavidade anular. Os fios de armadura de tração podem ser formados de um material eletricamente condutivo e podem, de outro modo, ser conhecidos como membros eletricamente condutivos.

[0051] Cada tubulação flexível compreende pelo menos uma porção, às vezes, chamada de segmento ou seção do corpo de tubo 100 junto com um encaixe de extremidade localizada em pelo menos uma extremidade do tubo flexível. Um encaixe de extremidade fornece um dispositivo mecânico que forma a transição entre o corpo de tubo flexível e um conector. As diferentes camadas do tubo, conforme mostrado, por exemplo, na Figura 1, são terminadas no encaixe de extremidade de modo a transferir a carga entre o tubo flexível e o conector.

[0052] A Figura 2 ilustra um conjunto de riser 200 adequado para transportar fluidos de produção como óleo e/ou gás e/ou água de um local submarino 201 para uma instalação flutuante. Por exemplo, na Figura 2, a localização submarina 201 inclui uma linha de fluxo submarina. A linha de fluxo flexível 205 compreende um tubo flexível, total ou parcialmente, repousando sobre o leito marinho 204 ou enterrado abaixo do leito marinho e usado em uma aplicação estática. A instalação flutuante pode ser fornecida por uma plataforma e/ou boia ou, conforme ilustrado na Figura 2, um navio 200. O conjunto de riser 200 é fornecido como um riser flexível, ou seja, um tubo flexível 203 que conecta o navio à instalação do leito marinho. O tubo flexível pode estar em segmentos do corpo de tubo flexível com encaixes de extremidade de conexão.

[0053] Será reconhecido que existem diferentes tipos de risers, como é bem conhecido pelos técnicos no assunto. Aparelhos de tubulação exemplificadores podem ser usados com qualquer tipo de riser, como um riser livremente suspenso (riser catenário, livre), um riser restrito até certo ponto (boias, correntes), riser totalmente restrito ou encerrado em um tubo (tubos I ou J).

[0054] A Figura 2 também ilustra como porções do tubo flexível podem ser utilizadas como uma linha de fluxo 205 ou jumper 206.

[0055] O anular do corpo de tubo é ocupado por componentes estruturais metálicos como as camadas de armadura de tração 105, 106 da Figura 1. Tais componentes são frequentemente formados a partir de aço ou outros metais e são suscetíveis à corrosão rápida na presença de água do mar ou gases como sulfeto de hidrogênio, o que pode causar tensofissuramento de sulfeto, e dióxido de carbono, o que pode causar craqueamento por corrosão por estresse na superfície dos componentes metálicos como as camadas de armadura de tração ou fios de armadura.

[0056] Serão agora descritos exemplos de um aparelho de tubulação que inclui um corpo de tubo flexível e um dispositivo de medição, que pode monitorar a condição de um fio de armadura dentro do anular do corpo de tubo flexível, que pode ser indicativo de corrosão ou defeitos dos fios de armadura. Tais exemplos oferecem um meio de monitoramento de falha precoce da tubulação. Certos exemplos fornecem um meio para direcionar camadas específicas dos fios de armadura de tração ou criar um perfil através de toda a seção transversal de um fio de armadura de tração. A corrosão dos fios de armadura de tração flexíveis pode ser monitorada e prevista durante a vida útil do tubo em serviço.

[0057] A Figura 3 ilustra uma vista em perspectiva expandida de um corpo de tubo incluindo uma cavidade de armadura anular 310, ou camada anular, que compreende uma pluralidade de fios de armadura de tração 302, incluindo um primeiro fio de armadura de tração 304. Um dispositivo de medição 308 é disposto para se acoplar à primeira armadura de tração 304 em uma primeira extremidade do corpo de tubo.

[0058] A Figura 3 mostra um tubo flexível, que, conforme discutido acima, pode formar um riser. O tubo é ao menos parcialmente cercado por água do mar. Os elementos estruturais metálicos, por exemplo, as camadas de armadura de tração 105 e 106 da Figura 1, são projetados para satisfazer as propriedades puramente mecânicas da estrutura do corpo de tubo. Entretanto, desde pelo menos dois dos componentes metálicos, por exemplo, fios de armadura de tração individuais ou camadas de fio de armadura separadas, conforme mostrado na Figura 3, são eletricamente isolados um do outro por um meio isolante, por exemplo, as camadas de fita 104 da Figura 1, então, pode ser considerado que esses componentes são membros eletricamente condutivos que se estendem ao menos parcialmente ao longo do comprimento de um corpo de tubo flexível. Ou seja, os fios de armadura de tração 302, 304 podem conduzir sinais elétricos e podem fazer parte de um circuito. Os fios de armadura de tração 302, 304 também terão uma resistência ou impedância elétrica associada. Será compreendido pelo técnico no assunto que uma corrente elétrica pode ser fornecida aos fios de armadura de tração 302, 304 e conduzida através dos fios de armadura de tração 302, 304. Em um exemplo, os fios de armadura de tração 302, 304 também podem ser isolados uns dos outros ao longo do comprimento do corpo de tubo. Em alguns exemplos, isso pode ser obtido fornecendo-se membros isolantes, como hastes de polímero flexíveis, ao longo do comprimento do corpo de tubo entre os fios de armadura de tração 302, 304. Será entendido que quaisquer meios ou materiais adequados podem ser usados para isolar eletricamente um dentre uma pluralidade de fios de armadura.

[0059] O dispositivo de medição 308 é configurado para medir a impedância do primeiro fio de armadura de tração 304. Embora esta descrição se refira a medições de impedância, o técnico no assunto compreenderá que as medições de resistência também podem ser obtidas por tal dispositivo, e que a resistência e a impedância são propriedades distinguidas pela natureza da corrente que flui através de um material condutor.

[0060] O dispositivo de medição 308 pode ser qualquer dispositivo de medição de impedância conhecido, e se acopla ao primeiro fio de armadura de tração 304. Em alguns exemplos, o dispositivo de medição 308 se acopla ao primeiro fio de armadura de tração 304 na primeira extremidade do corpo de tubo. Em particular, esse acoplamento pode ser fornecido em um encaixe terminal, que será discutido mais em relação à Figura 4. Em alguns exemplos, o dispositivo de medição 308 pode ser uma unidade portátil que é conectável de modo removível ao primeiro fio de armadura de tração 304, de modo que as medições da impedância do primeiro fio de armadura de tração 304 possam ser obtidas com facilidade na primeira extremidade do corpo de tubo, e, então, o dispositivo de medição 308 possa ser removido e usado para obter medições de impedância de outros fios de armadura de tração ou de outros fios de armadura de tração de outros tubos. Alternativamente, o dispositivo de medição 308 pode ser acoplado ao primeiro fio de armadura de tração 304 por um tempo estendido ou permanentemente e usado para obter medições contínuas ou periódicas da impedância do primeiro fio de armadura de tração 304.

[0061] O dispositivo de medição 308 pode ser disposto de modo a fornecer uma corrente elétrica ao primeiro fio de armadura de tração 304, ou uma corrente elétrica pode ser fornecida ao primeiro fio de armadura de tração 304 por um dispositivo separado. A corrente elétrica pode ser fornecida como corrente contínua (CC) ou corrente alternada (CA). A corrente elétrica pode ser fornecida contínua ou um pulso pode ser fornecido. A frequência da corrente elétrica fornecida pode ser variada. Em alguns exemplos, a corrente elétrica e/ou a tensão elétrica aplicada ao primeiro fio de armadura pode ser mantida relativamente baixa para evitar interferência com as funções normais da tubulação.

[0062] O dispositivo de medição 308 pode incluir seu próprio processador que está disposto para gerar e emitir sinais elétricos, e para medir a impedância e emitir os valores de impedância medidos. Alternativamente, um processador separado pode ser fornecido para a medição de impedância e/ou emissão dos valores de impedância medidos. Em ambos os exemplos, o dispositivo de medição 308 pode ser controlado para obter medições periódicas ou únicas de impedância e para fornecer corrente elétrica em uma variedade de frequências. Adicionalmente, o dispositivo de medição 308 pode ser disposto para monitorar os valores de impedância ao longo do tempo e disparar um alarme ou emitir uma mensagem se a impedância variar em uma quantidade maior que um limiar predeterminado.

[0063] A impedância do primeiro fio de armadura de tração 304 é indicativa de corrosão ou defeitos do primeiro fio de armadura de tração 304, que por si só, é indicativa de corrosão ou defeitos de cada um dos outros fios de armadura de tração, que são expostos a condições similares e que supostamente são corroídos ou se danificam de maneira similar. Por exemplo, a impedância de um novo fio de armadura de tração, ou fios de armadura de tração, pode ser conhecida ou medida no momento da instalação de um novo aparelho de tubulação ou corpo de tubo. A impedância do primeiro fio de armadura de tração 304 pode ser monitorada.

[0064] Alterações na impedância do primeiro fio de armadura de tração 304 são indicativas de corrosão do primeiro fio de armadura de tração 304, já que a corrosão da superfície dos fios decorrente de causas como vazamentos de gás leva a rachaduras e desgaste da superfície dos fios, o que altera as propriedades elétricas do fio. Portanto, uma alteração na impedância do primeiro fio de armadura de tração 304 é indicativa de uma alteração na condição do primeiro fio de armadura de tração 304, por exemplo, devido à corrosão do primeiro fio de armadura de tração 304. A corrosão do primeiro fio de armadura de tração 304, ou de fato outras alterações em sua condição, pode servir para alterar a área em seção transversal eficaz do primeiro fio de armadura de tração 304. Particularmente, a corrosão pode reduzir a área em seção transversal do primeiro fio de armadura de tração 304 que pode causar um aumento proporcional na impedância. Para um tipo específico de fio de armadura de tração, esse aumento proporcional na impedância pode ser quantificado e usado em uma situação de teste para estimar a redução na área em seção transversal e, portanto, estimar o efeito da corrosão.

[0065] Em alguns exemplos, tipos diferentes de corrosão ou defeito podem ser identificados pela alteração na impedância do primeiro fio de armadura de tração 304, uma vez que um tipo específico de corrosão ou extensão de corrosão pode ser associado a uma alteração de impedância conhecida. Essa associação pode ser baseada em dados históricos, experimentais ou teóricos usados para modelar alterações de impedância dos fios de armadura de tração devido a níveis variáveis de corrosão. Conforme será discutido com referência à Figura 7, uma camada específica ou profundidade dos fios de armadura de tração através de sua área em seção transversal pode ser direcionada com o uso de pulsos de CA de frequência específica.

[0066] O dispositivo de medição 308 pode ser um medidor de miliohms altamente preciso para medir pequenas alterações na impedância do primeiro fio de armadura de tração 304.

[0067] A Figura 4 ilustra um exemplo de aparelho de tubulação. O aparelho de tubulação inclui um corpo de tubo que inclui uma cavidade anular 310, que abriga os fios de armadura de tração 302, 304. O corpo de tubo termina em um encaixe terminal 404, através do qual um dispositivo de medição 308 pode ser acoplado aos fios de armadura de tração 302, 304. O aparelho de tubulação da Figura 4 é substancialmente igual ao da Figura 3 e, portanto, uma descrição de componentes comuns será omitida por uma questão de brevidade.

[0068] O aparelho de tubulação da Figura 4 compreende também um elemento condutivo 402 disposto de modo a conectar eletricamente, ou entrar em curto-circuito, o primeiro fio de armadura de tração 304 a pelo menos um outro fio de armadura de tração 302. Em alguns exemplos, o elemento condutivo 402 pode ser uma haste de metal como uma haste de aço fornecida para se conectar entre o primeiro fio de armadura de tração 304 e pelo menos um outro fio de armadura de tração 302. O elemento condutivo 402 pode conectar eletricamente o primeiro fio de armadura de tração 304 a todos os outros fios de armadura de tração no corpo de tubo, ou a uma pluralidade de outros fios de armadura de tração. Em alguns exemplos, o elemento condutivo 402 pode não ser fornecido como uma haste como tal, mas pode ser implementado como um disco ou uma placa condutiva disposta para se conectar eletricamente entre os fios de armadura de tração. Alternativamente, um encaixe de extremidade na extremidade do corpo de tubo distal em relação ao dispositivo de medição pode compreender o elemento condutivo 402.

[0069] O dispositivo de medição 308 é também acoplado ao menos a um outro fio de armadura de tração 302 que é conectado ao primeiro fio de armadura de tração 304 através do elemento condutivo 402. O dispositivo de medição 308 pode ser acoplado a pelo menos um outro fio de armadura de tração 302 em uma primeira extremidade do corpo de tubo. Esta pode ser a mesma extremidade do corpo de tubo do acoplamento do dispositivo de medição 308 ao primeiro fio de armadura de tração 304. Em alguns exemplos, o dispositivo de medição 308 pode ser acoplado a pelo menos um outro fio de armadura de tração 302 através de um encaixe de extremidade 404, conforme descrito abaixo.

[0070] O elemento condutivo 402 é disposto para conectar eletricamente, ou fazer curto circuito, com o primeiro fio de armadura de tração 304 a pelo menos um outro fio de armadura de tração, formando assim um circuito que inclui o primeiro fio de armadura de tração 304 e pelo menos um outro fio de armadura de tração, o elemento condutivo 402 e o dispositivo de medição 308.

[0071] O elemento condutivo 402 pode ser fornecido em uma extremidade do corpo de tubo distal à extremidade do corpo de tubo onde o dispositivo de medição 308 se conecta ao primeiro fio de armadura de tração 304. O circuito formado pela conexão do primeiro fio de armadura de tração 304 com pelo menos um outro fio de armadura de tração 302 pode, portanto, incluir substancialmente todo o comprimento do primeiro fio de armadura de tração 304. Em outro exemplo, o elemento condutivo 402 pode ser fornecido em outro ponto ao longo do corpo de tubo.

[0072] O dispositivo de medição 308 é disposto para medir a impedância do circuito. Em particular, um sinal elétrico pode ser fornecido ao circuito pelo dispositivo de medição 308 ou por um componente separado. O dispositivo de medição 308, sendo eletricamente conectado entre o primeiro fio de armadura de tração 304 e ao menos um outro fio de armadura de tração 302, é adaptado para medir a impedância do circuito. A medição da impedância é indicativa de corrosão do primeiro fio de armadura de tração 304. Embora cada um dos fios de armadura de tração possa ser corroído, em um caso em que o primeiro fio de armadura de tração 304 está eletricamente conectado a uma pluralidade de outros fios de armadura de tração, a contribuição da impedância do primeiro fio de armadura de tração 304 dominará a medição, já que pode haver um número significativo de fios de armadura no feixe de retorno. A impedância do circuito, portanto, se aproxima da impedância do primeiro fio de armadura de tração 304. Conforme discutido acima, isso é indicativo de dano ou corrosão ao primeiro fio de armadura de tração 304, e por associação, aos outros fios de armadura de tração.

[0073] O encaixe de extremidade 404 do tubo flexível pode ser usado para conectar segmentos do corpo de tubo flexível entre si ou para conectá-los ao equipamento terminal como estruturas submarinas rígidas ou instalações flutuantes. Como tal, entre outros usos variados, o tubo flexível pode ser usado para fornecer um conjunto de riser para transportar fluidos de uma linha de fluxo submarina para uma estrutura flutuante. Em tal conjunto de riser, um primeiro segmento de tubo flexível pode ser conectado a um ou mais segmentos adicionais de tubo flexível. Cada segmento de tubo flexível inclui ao menos uma conexão de extremidade 404.

[0074] O dispositivo de medição 308 pode se conectar ao primeiro fio de armadura de tração 304 através do encaixe de extremidade 404.

[0075] O encaixe de extremidade 404 inclui um corpo de encaixe de extremidade, que inclui um orifício interno que se estende ao longo de seu comprimento. O corpo de encaixe de extremidade é feito de aço ou de outro material rígido similar. Em uma extremidade do corpo de encaixe de extremidade está um conector. O conector pode ser conectado diretamente a um conector correspondente de um corpo de encaixe de extremidade adicional de um segmento adjacente do corpo de tubo flexível. Isso pode ser feito com o uso de parafusos ou alguma outra forma de mecanismo de preensão. Alternativamente, o conector pode ser conectado a uma estrutura flutuante ou estacionária, como um navio, uma plataforma ou outra estrutura similar. Várias camadas do corpo de tubo flexível são introduzidas no conjunto de encaixe terminal, cortadas no comprimento adequado, e engatadas a uma porção específica do encaixe terminal 404 de modo que o corpo de tubo e o encaixe de extremidade 404 sejam vedados juntos. Exemplos de configurações de encaixe de extremidade podem ser vistos em EP1867906 e EP2864749.

[0076] A Figura 5 ilustra outro exemplo de aparelho de tubulação. Na Figura 5, o aparelho de tubulação é fornecido sem um elemento condutivo para encurtar o primeiro fio de armadura de tração 304 para os outros fios de armadura de tração. Em vez disso, um circuito é formado fornecendo-se fios de detecção elétrica separados 502 para se conectar a ambas as extremidades do primeiro fio de armadura de tração 304. Em alguns exemplos, o primeiro fio de armadura de tração 304 é isolado de outros fios de armadura de tração ao longo de todo o comprimento do corpo de tubo. Em um outro exemplo, os fios de armadura de tração 302 e 304 são eletricamente conectados por hastes ou bandas de curto-circuito fornecidas na extremidade do corpo de tubo distal ao encaixe de extremidade 404 formado na fabricação. Nesse caso, os fios de detecção 502 podem ser conectados ao primeiro fio de armadura de tração 304 no encaixe de extremidade 404 e substancialmente na outra extremidade do corpo de tubo, antes de o primeiro fio de armadura de tração 304 ser eletricamente conectado aos outros fios de armadura de tração.

[0077] Os fios de detecção 502 podem ser isolados e usados para isolar eletricamente o primeiro fio de armadura de tração 304 de outros fios de armadura de tração ao longo do comprimento do corpo de tubo. Isso pode ser fornecido no lugar do isolamento discutido com referência às Figuras 3 e 4, ou como isolamento adicional entre o primeiro fio de armadura de tração 304 e os fios de armadura de tração restantes.

[0078] Os fios de detecção 502 são fornecidos em uma configuração de quatro fios estendidos (ou quatro terminais ou medição Kelvin), conforme é explicado com mais detalhes com referência ao diagrama de circuito da Figura 6. Nesse caso, a impedância do primeiro fio de armadura de tração 304 é medida com a medição tanto da corrente através do primeiro fio de armadura de tração 304 quanto a tensão através do mesmo. Nesse exemplo, o dispositivo de medição 308 pode compreender tanto um amperímetro como um voltímetro. Essa configuração de circuito é conhecida por fornecer medições de impedância altamente precisas.

[0079] Conforme mostrado na Figura 5, os fios de detecção 502 são dispostos de modo a fornecer duas conexões em cada extremidade do primeiro fio de armadura de tração 304.

[0080] Vantajosamente, o aparelho de tubulação exemplificador da Figura 5 fornece medições de impedância altamente precisas do primeiro fio de armadura de tração 304, sem a necessidade de uma trajetória de retorno através dos outros fios de armadura de tração. Portanto, uma medição da impedância obtida pelo dispositivo de medição 308 no exemplo da Figura 5 é uma medição verdadeira da impedância do primeiro fio de armadura de tração 304, e não é afetada pela condição de outros fios de armadura de tração. Adicionalmente, os fios de detecção 502 fornecem isolamento elétrico do primeiro fio de armadura de tração 304 dos fios outros fios de armadura de tração, reduzindo assim os requisitos de fabricação do corpo de tubo, reduzindo a necessidade de hastes isolantes de propósito único.

[0081] Os fios de detecção 502 da Figura 5 podem ter uma impedância baixa em comparação com aquela dos fios de armadura de tração, como o primeiro fio de armadura 304. Portanto, conforme será discutido em maiores detalhes com referência à Figura 6, a disposição exemplificadora da Figura 5 fornece um meio de obtenção de medições de impedância precisas do primeiro fio de armadura 304.

[0082] A Figura 6 é um diagrama de circuito que mostra a configuração do circuito da Figura 5. O circuito inclui uma fonte de alimentação 602, um amperímetro 604, um voltímetro 606 e um objeto 608 mostrando alguma resistência. A fonte de alimentação 602, o amperímetro 604 e o voltímetro 606 podem ser todos implementados como parte do dispositivo de medição 308 ou podem ser dispositivos separados. O objeto 608 é mostrado como um resistor na Figura 6, mas no contexto da presente invenção pode compreender o primeiro fio de armadura de tração 304, uma vez que é a entidade para a qual a resistência ou impedância é calculada. Sabe-se que a resistência ou impedância do objeto 608 pode ser calculada dividindo-se a medição do voltímetro 606 pela medição do amperímetro 604.

[0083] O amperímetro 604 é fornecido em série com o objeto 608 para medir a corrente através do circuito. O voltímetro 606 é disposto para medir a tensão através do objeto 608. Embora os fios que conectam o voltímetro 606 ao objeto 608 introduzam resistência no circuito, esses fios transportam uma pequena quantidade de corrente e, dessa forma, a indicação do voltímetro 606 é altamente precisa. Adicionalmente, uma queda de tensão através da corrente principal que transporta fios elétricos conectados entre a fonte de alimentação 602, o amperímetro 604 e o objeto 608 não é medida pelo voltímetro 606 e, consequentemente, não é levada em conta em um cálculo de resistência. Portanto, vantajosamente, esse circuito fornece um meio para medir a resistência ou impedância de um objeto 608 localizado a uma distância do voltímetro 606 e do amperímetro 604. Ou seja, tanto o amperímetro 604 quanto o voltímetro 606 podem ser fornecidos a uma distância do objeto 608 sem introduzir grandes erros na medição da impedância do objeto 608 devido ao uso de fios longos. No contexto da Figura 5 e da presente invenção, isso significa que o dispositivo de medição 308 que compreende o amperímetro 604 e o voltímetro 606 pode ser fornecido a uma distância ao primeiro fio de armadura de tração 304. Conforme observado acima, no exemplo da Figura 5, o objeto 608 pode ser o primeiro fio de armadura de tração 304. A impedância do primeiro fio de armadura de tração 304 pode, portanto, ser medida com uma alta precisão, mesmo com acesso a apenas uma extremidade do primeiro fio de armadura de tração 304 no encaixe de extremidade 404, se os fios elétricos 502 já estiverem no lugar. Há, portanto, uma necessidade reduzida de remover o corpo de tubo ou de usar técnicas de monitoramento submarinas para monitorar a condição do corpo de tubo e, em particular, os fios de armadura de tração.

[0084] O técnico no assunto estará ciente de que o circuito da Figura 6 é mostrado de uma forma simples para o entendimento, e pode ser adicionalmente adaptado ou aprimorado pela introdução de componentes adicionais ou disposição dos conectores entre componentes diferentemente. Por exemplo, erros de precisão podem ser reduzidos mediante a substituição do amperímetro por um resistor padrão usado como uma derivação da medição da corrente, ou com o uso de clipes Kelvin conhecidos.

[0085] A Figura 7 mostra uma ilustração de como o efeito da pele pode ser usado para o monitoramento direcionado do primeiro fio de armadura de tração 304. De acordo com o efeito cutâneo, quando uma corrente alternada flui através de um condutor, a densidade de corrente é maior próximo à superfície do condutor, diminuindo com a profundidade em direção ao centro do condutor, com a corrente elétrica fluindo principalmente em uma camada entre a superfície do condutor e um nível conhecido como a profundidade da pele. O efeito da pele se deve às correntes opostas induzidas pela alteração do campo magnético resultante da corrente alternada. Em frequências mais altas, a corrente oposta se torna maior e a profundidade da pele se torna reduzida. Em contrapartida, quando uma corrente contínua flui através de um condutor, a densidade de corrente é aproximadamente uniforme por todo o condutor.

[0086] A Figura 7 mostra três seções transversais exemplificadoras do primeiro fio de armadura de tração 304 suprido com correntes elétricas diferentes. Uma área 700, 702, 704 é mostrada para cada uma pelas linhas diagonais, na qual a densidade de corrente é maior. A medição da impedância do primeiro fio de armadura de tração 304 é indicativa da condição do primeiro fio de armadura de tração 304 ou corrosão do mesmo na faixa ou área em seção transversal na qual a densidade de corrente é maior.

[0087] No exemplo A, uma corrente contínua é fornecida ao primeiro fio de armadura de tração 304 e a densidade de corrente é igualmente distribuída através da seção transversal do primeiro fio de armadura de tração 304, resultando em uma área 700 que é igual à seção transversal do primeiro fio de armadura de tração 304. Portanto, se for desejado monitorar a impedância total ou média do primeiro fio de armadura de tração 304 através de toda a sua seção transversal (e, portanto, uma indicação média de corrosão ou da condição do fio), então, uma corrente contínua é fornecida ao primeiro fio de armadura de tração 304.

[0088] No Exemplo B da Figura 7, uma corrente alternada é fornecida ao primeiro fio de armadura de tração 304, e devido ao efeito da pele, a densidade de corrente é maior em uma área da seção transversal 702, formada como um anel ou disco excluindo uma porção central do primeiro fio de armadura de tração 304. Portanto, uma corrente alternada pode ser fornecida ao primeiro fio de armadura de tração 304 para monitorar a impedância e, assim, a condição do primeiro fio de armadura de tração 304 para uma camada ou profundidade específica do fio.

[0089] No Exemplo C da Figura 7, uma corrente alternada de uma frequência mais alta que o Exemplo B é fornecida ao primeiro fio de armadura de tração 304. Isso resulta em uma área menor 704 do que a área 702 do Exemplo B, em que a densidade de corrente é a mais alta em uma faixa mais estreita mais próxima à superfície do primeiro fio de armadura de tração 304. Portanto, a frequência de uma corrente alternada fornecida ao primeiro fio de armadura de tração 304 pode ser aumentada a fim de direcionar as medições de impedância para uma camada mais próxima da superfície do primeiro fio de armadura de tração 304.

[0090] Conforme mostrado na Figura 7, a impedância do primeiro fio de armadura de tração 304 a uma profundidade específica a partir da superfície pode ser medida fornecendo-se uma corrente alternada de frequência específica ao primeiro fio de armadura de tração 304. Vantajosamente, o monitoramento de tipos específicos de corrosão pode ser realizado direcionando-se uma profundidade conhecida do primeiro fio de armadura de tração 304. Adicionalmente, a profundidade ou extensão das rachaduras, desgaste ou corrosão da superfície dos fios de armadura de tração pode ser aproximada obtendo-se uma pluralidade de medições de impedância em profundidades crescentes ou decrescentes a partir da superfície do primeiro fio de armadura de tração 304. Um perfil de impedância do primeiro fio de armadura de tração 304 pode ser construído obtendo-se uma pluralidade de medições de impedância com frequência variável de corrente elétrica fornecida.

[0091] A Figura 8 é um fluxograma mostrando um método de monitoramento da condição de um fio de armadura de tração de acordo com um exemplo. Por exemplo, este método pode ser usado com qualquer uma das Figuras 3 a 5 para medir a impedância do primeiro fio de armadura de tração 304, e a medição de impedância ou uma variação na medição de impedância em comparação com as medições anteriores, ou um valor conhecido é indicativo de dano ou corrosão no primeiro fio de armadura de tração 304.

[0092] O método começa na etapa 800, com o acoplamento de um dispositivo de medição como o dispositivo de medição 308 da Figura 3 no primeiro fio de armadura de tração 304. Na etapa 802, a corrente elétrica é fornecida ao primeiro fio de armadura de tração 304. A corrente elétrica pode ser corrente contínua ou corrente alternada e pode ser fornecida em uma frequência específica se for desejado medir a impedância do primeiro fio de armadura de tração 304 em uma profundidade específica a partir da superfície do primeiro fio de armadura de tração 304.

[0093] Na etapa 804, a impedância do primeiro fio de armadura de tração 304 é medida. Isso pode ser realizado como na Figura 4, formando um circuito por curto-circuito do primeiro fio de armadura de tração 304 até pelo menos um outro fio de armadura de tração em uma extremidade do corpo de tubo distal ao encaixe de extremidade 404 a fim de criar uma trajetória de retorno para a corrente elétrica para o dispositivo de medição 308. Alternativamente, a medição pode ser feita como no exemplo da Figura 5, com o uso de uma configuração de detecção de retorno de quatro fios para completar um circuito sem a necessidade de uma trajetória de retorno através de outros fios de armadura de tração.

[0094] A impedância medida pode, então, ser comparada com a medição anterior da impedância. Uma alteração na impedância do primeiro fio de armadura de tração 304 é indicativa de corrosão do primeiro fio de armadura de tração 304, por exemplo, devido a um vazamento de gás. Alternativa ou adicionalmente, a impedância medida pode ser comparada com um valor esperado com base na idade do primeiro fio de armadura de tração 304 ou corpo de tubo.

[0095] A Figura 9 é um fluxograma mostrando um método de monitoramento da condição de um fio de armadura de tração de acordo com um outro exemplo. Por exemplo, este método pode ser usado com qualquer uma das Figuras 3 a 5 para medir a impedância do primeiro fio de armadura de tração 304.

[0096] Na etapa 900, um dispositivo de medição, como o dispositivo de medição 308 da Figura 3, é acoplado ao primeiro fio de armadura de tração 304 no encaixe de extremidade 404 de um corpo de tubo. A corrente elétrica em uma primeira frequência é fornecida ao primeiro fio de armadura de tração 304 na etapa 902. O dispositivo de medição 308, então, mede a impedância do primeiro fio de armadura de tração 304 na etapa 904. Dependendo da frequência da corrente elétrica fornecida na etapa 902, a impedância medida é indicativa da condição do primeiro fio de armadura de tração 304, por exemplo, incluindo qualquer corrosão do primeiro fio de armadura de tração 304, a uma profundidade do primeiro fio de armadura de tração 304 através de sua área em seção transversal.

[0097] Na etapa 906, a frequência da corrente fornecida ao primeiro fio de armadura de tração 304 é variada. Por exemplo, a frequência de uma corrente alternada pode ser aumentada ou diminuída. A impedância do primeiro fio de armadura de tração 304 é medida novamente na etapa 908. A impedância medida na segunda frequência é indicativa da condição de uma profundidade diferente do primeiro fio de armadura de tração 304, conforme explicado na Figura 7.

[0098] Na etapa 910, um perfil de impedância é determinado através da seção transversal do primeiro fio de armadura de tração 304 com base nos valores de impedância medidos. Embora na Figura 9 apenas duas frequências diferentes sejam usadas e apenas duas medições de impedância sejam obtidas, o técnico no assunto entenderia que esse processo poderia ser repetido para se obter mais medições.

[0099] O perfil de impedância pode indicar diferentes tipos de corrosão para o primeiro fio de armadura de tração 304, à medida que a impedância muda em diferentes profundidades a partir da superfície do primeiro fio de armadura de tração 304 pode ser associada a diferentes tipos ou severidade de corrosão. Por exemplo, se a impedância muda bruscamente quando uma corrente alternada de alta frequência é usada para direcionar o nível de superfície do primeiro fio de armadura de tração 304, mas a impedância permanece amplamente inalterada a uma profundidade maior, o primeiro fio de armadura de tração 304 pode ter um nível de corrosão apenas. Se a impedância for alterada de um valor esperado ou medição anterior para um nível mais profundo do primeiro fio de armadura de tração 304, a corrosão pode ser mais grave ou rachaduras maiores podem ter sido formadas.

[0100] O perfil de impedância de um fio de armadura de tração pode ser monitorado e atualizado ao longo do tempo tomando-se medições repetidas da impedância. Isso permite o monitoramento de corrosão conhecida no primeiro fio de armadura de tração 304, a fim de ver se a corrosão está piorando ou se estabilizou. Por exemplo, uma taxa de corrosão pode ser prevista no início da vida útil de um tubo. Essa taxa de corrosão pode ser comparada a alterações no perfil de impedância para determinar se os fios de armadura de tração estão sendo corroídos a uma taxa que é diferente da esperada. A detecção precoce de falha da tubulação é possibilitada, e modelos de corrosão podem ser aprimorados.

[0101] Adicionalmente, a taxa de alteração da impedância pode ser monitorada. A taxa de alteração da impedância é indicativa de uma taxa de corrosão dos fios de armadura de tração. Dessa forma, previsões podem ser feitas quanto ao tempo até que um limiar de corrosão seja atingido, e o reparo ou a substituição dos fios de armadura de tração seja necessária. Evita-se manutenção ou substituição desnecessária. Além disso, uma alteração na taxa de alteração da impedância pode indicar que uma fonte adicional de corrosão ou um defeito adicional ocorreu na estrutura do tubo. Por exemplo, uma alteração na taxa de alteração da impedância pode indicar um vazamento de gás ou a entrada de água no anular do tubo flexível.

[0102] Os exemplos descritos acima assumem que o anular está seco. Entretanto, devido a vazamentos ou outros defeitos, a água do mar pode vazar para dentro da camada anular e estar em contato com os fios de armadura de tração. A presença de água no ânulo afetará as leituras de impedância dos fios de armadura de tração. Portanto, a entrada de água no anular pode também ser detectada pelos métodos de monitoramento elétrico da presente invenção, uma vez que alterações na impedância do primeiro fio de armadura de tração 304 também serão detectadas devido à presença de água no anular. A entrada de água no anular resulta em uma alteração de impedância que é diferente da alteração resultante da corrosão para o primeiro fio de armadura de tração 304 e, consequentemente, os dois eventos podem ser distinguidos um do outro. Adicionalmente, se for conhecido que a água entrou na camada anular, seu efeito sobre as medições de impedância pode ser descontado se essas forem conhecidas através da análise de dados coletados com o uso da presente invenção.

[0103] Conforme explicado com referência às figuras anteriores, o primeiro fio de armadura de tração 304 pode ser conectado ao dispositivo de medição 308 como parte de um circuito que inclui outros fios de armadura de tração ou fios de detecção 502 fornecidos dentro da cavidade anular. Portanto, pode ser vantajoso fornecer esses componentes no momento da fabricação, uma vez que pode ser difícil ou impossível adaptar tubos existentes para incluir alguns elementos dos exemplos discutidos acima, como a haste condutiva 402 ou fios de detecção 502 que são fornecidos dentro do corpo de tubo, que podem ser submersos na água do mar.

[0104] Um método de fabricação de um aparelho de tubulação, de acordo com qualquer um dos exemplos descritos acima, inclui a formação do aparelho de tubulação, de acordo com os exemplos discutidos em relação às Figuras 1 e 2, e o fornecimento de uma haste condutiva 402 para encurtar um dos fios de armadura de tração a pelo menos um outro fio de armadura de tração, ou fios elétricos 502 para configurar um circuito em uma configuração de retorno de quatro fios a fim de formar um circuito que inclui ao menos um dentre os fios de armadura de tração e o dispositivo de medição 308, de modo que o dispositivo de medição 308 possa medir a impedância do ao menos um fio de armadura de tração. A configuração de retorno de quatro fios pode também ser conhecida como detecção de quatro terminais, detecção de quatro fios, detecção de quatro pontos ou detecção Kelvin.

[0105] Várias modificações das disposições detalhadas, conforme descrito acima, são possíveis. Por exemplo, o técnico no assunto entenderia que qualquer uma das Figuras 3 a 5 pode ser combinada com as técnicas descritas em relação à Figura 7 do uso de correntes elétricas variadas incluindo correntes alternadas com frequências diferentes.

[0106] Adicionalmente, o técnico no assunto entenderia que não é necessário que as técnicas e aparelhos de monitoramento aqui descritos sejam usados isoladamente, e podem ser combinados com outras técnicas como monitoramento de respiro de gás e ultrassom submarino. Essas técnicas podem ser combinadas para se obter uma confiança maior em valores de impedância medidos e corrosão estimada, e como parte de um processo de calibração para correlacionar valores ou variações de impedância com tipos de corrosão ou defeitos no tubo.

[0107] Foi discutido que um fio de armadura de tração em um corpo de tubo é monitorado com o uso de técnicas de monitoramento elétrico da presente invenção, e que a corrosão do dito fio único é indicativa de corrosão ou defeitos de outros fios no corpo de tubo, que estão sujeitos a condições similares às do fio monitorado e são, portanto, propensos a serem corroídos de maneira similar e com uma velocidade similar. Entretanto, o técnico no assunto entenderia que, em alguns exemplos da presente invenção, mais de um único fio pode ser monitorado. Por exemplo, o dispositivo de medição 308 pode ser acoplado a uma pluralidade de diferentes fios de armadura de tração separadamente, a fim de evitar medições que não sejam indicativas da impedância média dos fios de armadura de tração no corpo de tubo.

[0108] Com a disposição descrita acima, é possível monitorar a condição de um fio de armadura de tração dentro de um corpo de tubo quanto à corrosão ou outros defeitos. Vantajosamente, o acesso ao corpo de tubo só é necessário no encaixe de extremidade 404, que é tipicamente fornecido em um local acessível, como um navio ou um local no nível do mar. A condição do tubo pode, portanto, ser monitorada durante o uso, e o uso do tubo não é interrompido pelo monitoramento.

[0109] Uma vantagem adicional da presente invenção é facilitar o monitoramento contínuo ou a longo prazo do tubo, devido ao fato de que o acesso ao tubo é necessário apenas nos encaixes de extremidade e o funcionamento do tubo não ser afetado pelo processo de monitoramento. Modelos de corrosão dos fios de armadura de tração podem ser aprimorados e predições podem ser feitas quanto ao ciclo de vida esperado da tubulação.

[0110] Vantajosamente, os fios de armadura de tração são medidos diretamente pelas técnicas de monitoramento da presente invenção, em oposição a técnicas conhecidas como monitoramento de respiro de gás que mede os gases de escape do anelar, mas não os efeitos internos da corrosão.

[0111] Ficará claro para o técnico no assunto que os recursos descritos em relação a qualquer um dos exemplos descritos acima podem ser aplicáveis de forma intercambiável entre os diferentes exemplos. Os exemplos descritos acima são exemplos para ilustrar várias características da invenção.

[0112] Ao longo da descrição e das reivindicações, as palavras "compreender" e "conter" e variações das mesmas significam "incluindo mas não se limitando a" e não devem excluir (e não excluem) outras porções, aditivos, componentes, números inteiros ou etapas. Ao longo da descrição e das reivindicações no presente relatório descritivo, o singular abrange o plural, a menos que o contexto indique diferentemente. Em particular, quando o artigo indefinido é usado, o relatório descritivo deve ser entendido como contemplando pluralidade, assim como singularidade, a menos que o contexto indique diferentemente.

[0113] Recursos, números inteiros, características, compostos, porções químicas ou grupos descritos em conjunto com uma realização ou exemplo específico da invenção devem ser entendidos como aplicáveis a qualquer outra realização ou exemplo aqui descrito, exceto quando incompatíveis com os mesmos. Todos os recursos revelados neste relatório descritivo (incluindo quaisquer reivindicações, resumo e desenhos anexos) e/ou todas as etapas de qualquer método ou processo aqui revelado podem ser combinadas em qualquer combinação, exceto combinações em que pelo menos alguns dos tais recursos e/ou etapas sejam mutuamente exclusivos. A invenção não se limita aos detalhes de quaisquer exemplos anteriormente mencionados. A invenção se estende a qualquer recurso inovador, ou combinação inovadora, dos recursos revelados no presente relatório descritivo (incluindo quaisquer reivindicações, resumo e desenhos anexos) ou qualquer etapa inovadora, ou qualquer combinação inovadora, das etapas de qualquer método ou processo aqui revelado.

[0114] A atenção do leitor é direcionada a todos os arquivos e documentos que são depositados simultaneamente com o presente relatório descritivo, ou anteriormente ao mesmo, em combinação com este pedido e que estão abertos à inspeção pública com o presente relatório descritivo, e o conteúdo de todos esses arquivos e documentos é incorporado no presente documento a título de referência.

Claims

1. Aparelho de tubulação, compreendendo: um corpo de tubo (100) que inclui: uma cavidade anular (310) entre as camadas de barreira anulares impermeáveis a fluido mais internas e mais externas; e uma pluralidade de fios de armadura (302, 304) que se estendem ao longo de pelo menos parte do comprimento do corpo de tubo (100) na cavidade anular (310), sendo que a pluralidade de fios de armadura (302, 304) inclui um primeiro fio de armadura (304) eletricamente isolado dos outros fios de armadura ao longo de pelo menos parte do comprimento dos fios de armadura; e um dispositivo de medição (308) disposto para se acoplar eletricamente ao primeiro fio de armadura (304) em uma primeira extremidade do corpo de tubo (100) e para medir a impedância elétrica do primeiro fio de armadura (304); o aparelho de tubulação sendo caracterizado pelo primeiro fio de armadura (304) ser eletricamente conectado a pelo menos um outro fio de armadura (302) em uma parte do corpo de tubo (100) distal à primeira extremidade do corpo de tubo (100); sendo que o dispositivo de medição (308) é adicionalmente disposto para se acoplar eletricamente a pelo menos um outro fio de armadura (302) na primeira extremidade do corpo de tubo (100), de modo que a impedância seja medida através de um circuito que compreende o primeiro fio de armadura (304) e o pelo menos um outro fio de armadura (302) conectados em série; sendo que a variação da impedância elétrica do primeiro fio de armadura (304) é indicativa de um defeito do primeiro fio de armadura (304).

2. Aparelho de tubulação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente pelo menos um membro de isolamento disposto para isolar o primeiro fio de armadura (304) do restante da pluralidade de fios de armadura ao longo de pelo menos parte de seu comprimento.

3. Aparelho de tubulação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo dispositivo de medição (308) ser configurado para fornecer corrente contínua ou corrente alternada de frequência variável para o primeiro fio de armadura (304).

4. Aparelho de tubulação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por compreender adicionalmente um encaixe de extremidade (404) acoplado à primeira extremidade do corpo de tubo (100), sendo que o dispositivo de medição (308) se acopla ao primeiro fio de armadura (304) através do encaixe de extremidade 404).

5. Aparelho de tubulação, compreendendo: um corpo de tubo (100) que inclui: uma cavidade anular (310) entre as camadas de barreira anulares impermeáveis a fluido mais internas e mais externas; e uma pluralidade de fios de armadura (302, 304) que se estendem ao longo de pelo menos parte do comprimento do corpo de tubo (100) na cavidade anular (310), sendo que a pluralidade de fios de armadura (302, 304) inclui um primeiro fio de armadura (304) eletricamente isolado dos outros fios de armadura ao longo de pelo menos parte do comprimento dos fios de armadura; e um dispositivo de medição (308) disposto para se acoplar eletricamente ao primeiro fio de armadura (304) em uma primeira extremidade do corpo de tubo (100) e para medir a impedância elétrica do primeiro fio de armadura (304); o aparelho de tubulação sendo caracterizado por compreender adicionalmente fios de detecção (502) conectados ao primeiro fio de armadura (304) na primeira extremidade do corpo de tubo (100) e uma parte do corpo de tubo (100) distal à primeira extremidade do corpo de tubo (100), de modo que a impedância seja medida através de um circuito formado pelos fios de detecção (502) e o primeiro fio de armadura (304); sendo que a variação da impedância elétrica do primeiro fio de armadura (304) é indicativa de um defeito do primeiro fio de armadura (304).

6. Aparelho de tubulação, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelos fios de detecção (502) serem dispostos em uma configuração de detecção de quatro terminais, e opcionalmente pelos fios de detecção (502) serem fornecidos adjacentes e paralelos ao primeiro fio de armadura (304) na cavidade anular (310).

7. Aparelho de tubulação, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo dispositivo de medição (308) compreender um sensor de corrente disposto para medir uma corrente através do primeiro fio de armadura (304) e um sensor de tensão disposto para medir uma tensão através do primeiro fio de armadura (304).

8. Método de monitoramento de uma condição de um fio de armadura fornecido em um aparelho de tubulação, sendo que o método compreende: acoplar um dispositivo de medição (308) a um primeiro fio de armadura (304) entre uma pluralidade de fios de armadura (302, 304) que se estendem ao longo de pelo menos parte do comprimento de um corpo de tubo (100) em uma cavidade anular (310) do corpo de tubo do aparelho de tubulação e eletricamente isolados dos outros fios de armadura ao longo de pelo menos parte do comprimento dos fios de armadura (302, 304), sendo que a cavidade anular (310) é definida entre as camadas de barreira anulares impermeáveis a fluido mais internas e mais externas, sendo que o dispositivo de medição (308) é acoplado ao primeiro fio de armadura (304) em uma primeira extremidade do corpo de tubo (100); o método de monitoramento caracterizado por: eletricamente conectar o primeiro fio de armadura (304) a pelo menos um outro fio de armadura (302) em uma parte do corpo de tubo (100) distal à primeira extremidade do corpo de tubo; acoplar eletricamente o dispositivo de medição (308) a pelo menos um outro fio de armadura (302) na primeira extremidade do corpo de tubo (100), de modo que a impedância seja medida através de um circuito que compreende o primeiro fio de armadura (304) e o pelo menos um outro fio de armadura (302) conectados em série; e medir a impedância do primeiro fio de armadura (304); sendo que a variação da impedância elétrica do primeiro fio de armadura (304) é eletricamente indicativa de um defeito do primeiro fio de armadura (304).

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela corrente fornecida ao primeiro fio de armadura (304) ser corrente contínua ou corrente alternada.

10. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por compreender adicionalmente: variar a frequência da corrente fornecida ao primeiro fio de armadura (304); medir a impedância do primeiro fio de armadura (304) em duas ou mais frequências diferentes; e determinar um perfil de impedância através da seção transversal do primeiro fio de armadura (304).

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado por compreender adicionalmente: determinar uma taxa de alteração da impedância do primeiro fio de armadura (304).

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado por compreender adicionalmente: identificar um tipo de defeito do primeiro fio de armadura (304) com base em uma frequência de corrente alternada fornecida ao primeiro fio de armadura (304) e na impedância medida do primeiro fio de armadura (304).

13. Método de monitoramento de uma condição de um fio de armadura fornecido em um aparelho de tubulação, sendo que o método compreende: acoplar um dispositivo de medição (308) a um primeiro fio de armadura (304) entre uma pluralidade de fios de armadura (302, 304) que se estendem ao longo de pelo menos parte do comprimento de um corpo de tubo (100) em uma cavidade anular (310) do corpo de tubo do aparelho de tubulação e eletricamente isolados dos outros fios de armadura ao longo de pelo menos parte do comprimento dos fios de armadura (302, 304), sendo que a cavidade anular (310) é definida entre as camadas de barreira anulares impermeáveis a fluido mais internas e mais externas, sendo que o dispositivo de medição (308) é acoplado ao primeiro fio de armadura (304) em uma primeira extremidade do corpo de tubo (100); o método de monitoramento caracterizado por: conectar fios de detecção (502) ao primeiro fio de armadura (304) na primeira extremidade do corpo de tubo (100) e uma parte do corpo de tubo (100) distal à primeira extremidade do corpo de tubo (100), de modo que a impedância seja medida através de um circuito formado pelos fios de detecção (502) e o primeiro fio de armadura (304); e medir a impedância do primeiro fio de armadura (304); sendo que a variação da impedância elétrica do primeiro fio de armadura (304) é eletricamente indicativa de um defeito do primeiro fio de armadura (304).

14. Método de formação de um aparelho de tubulação, sendo que o método compreende: fornecer um corpo de tubo (100) que inclui: uma cavidade anular (310) entre as camadas de barreira anulares impermeáveis a fluido mais internas e mais externas; e uma pluralidade de fios de armadura (302, 304) que se estendem ao longo de pelo menos parte do comprimento do corpo de tubo (100) na cavidade anular (310), sendo que a pluralidade de fios de armadura (302, 304) inclui um primeiro fio de armadura (304) eletricamente isolado dos outros fios de armadura ao longo de pelo menos parte do comprimento dos fios de armadura; e acoplar um dispositivo de medição (308) ao primeiro fio de armadura (304) em uma primeira extremidade do corpo de tubo (100), sendo que o dispositivo de medição (308) é disposto para medir a impedância elétrica do primeiro fio de armadura (304); o método de formação sendo caracterizado por: eletricamente conectar o primeiro fio de armadura (304) a pelo menos um outro fio de armadura (302) em uma parte do corpo de tubo (100) distal à primeira extremidade do corpo de tubo (100); acoplar eletricamente o dispositivo de medição (308) a pelo menos um outro fio de armadura (302) na primeira extremidade do corpo de tubo (100), de modo que a impedância seja medida através de um circuito que compreende o primeiro fio de armadura (304) e o pelo menos um outro fio de armadura (302) conectados em série; sendo que a variação da impedância elétrica do primeiro fio de armadura (304) é eletricamente indicativa de um defeito do primeiro fio de armadura (304).

15. Método de formação de um aparelho de tubulação, sendo que o método compreende: fornecer um corpo de tubo (100) que inclui: uma cavidade anular (310) entre as camadas de barreira anulares impermeáveis a fluido mais internas e mais externas; e uma pluralidade de fios de armadura (302, 304) que se estendem ao longo de pelo menos parte do comprimento do corpo de tubo (100) na cavidade anular (310), sendo que a pluralidade de fios de armadura (302, 304) inclui um primeiro fio de armadura (304) eletricamente isolado dos outros fios de armadura ao longo de pelo menos parte do comprimento dos fios de armadura; e acoplar um dispositivo de medição (308) ao primeiro fio de armadura (304) em uma primeira extremidade do corpo de tubo (100), sendo que o dispositivo de medição (308) é disposto para medir a impedância elétrica do primeiro fio de armadura (304); o método de formação sendo caracterizado por: conectar fios de detecção (502) ao primeiro fio de armadura (304) na primeira extremidade do corpo de tubo (100) e uma parte do corpo de tubo (100) distal à primeira extremidade do corpo de tubo (100), de modo que a impedância seja medida através de um circuito formado pelos fios de detecção (502) e o primeiro fio de armadura (304); sendo que a variação da impedância elétrica do primeiro fio de armadura (304) é eletricamente indicativa de um defeito do primeiro fio de armadura (304).