BR112023002369B1 - Método de monitoramento do carregamento de um sistema de produção submarino - Google Patents

Abstract

MÉTODO DE MONITORAMENTO DO CARREGAMENTO DE UM SISTEMA DE PRODUÇÃO SUBMARINO. Método para monitorar a condição de uma conexão entre dois corpos conectados usando um conector, o conector caracterizado pelo fato de que compreende um conjunto de sensores, o conjunto de sensores sendo operável para fornecer uma saída representando o grau de movimento de um ou ambos os corpos aos quais o conector é fixado, em que o método compreende as etapas de a) instalar o conector e os corpos em uma posição de uso na qual o conector une os dois corpos, b) usar a saída do conjunto de sensores e um modelo numérico para determinar uma força medida em um ou ambos os corpos e/ou a condição do conector, o modelo numérico tendo sido obtido testando o conector ou um conector de teste tendo a mesma configuração que o conector aplicando uma força de teste de magnitude conhecida a um elemento de teste fixado ao conector / conector de teste, registrando a saída do conjunto de sensores enquanto a força de teste é aplicada, repetindo este processo para uma pluralidade de forças de teste e usando os dados assim obtidos para criar um modelo numérico relacionando a saída (...).

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um método de monitoramento do carregamento de um sistema de produção submarino ou sistema de recondicionamento incluindo pelo menos dois módulos conectados entre si por tubulação.

[0002] Um sistema de produção submarino, tipicamente compreende vários módulos conectados em conjunto com a tubulação. Por exemplo, pode compreender um módulo distribuidor que está conectado a um módulo de satélite através de um comprimento de tubulação conhecido como um jumper de linha de fluxo. O módulo de satélite pode ser uma árvore submarina, lançador/receptor de pig, terminação de extremidade de tubulação, distribuidor de extremidade de tubulação, base de riser, UTH, módulo de sistema de bomba e controle ou uma unidade de armazenamento submarina. Cada extremidade da tubulação é conectada ao seu respectivo módulo usando um conector de conexão. Tais conectores também podem ser usados para conectar as extremidades de seções adjacentes de tubulação.

[0003] Várias configurações de conectores são conhecidas por serem usadas nessas aplicações, incluindo braçadeiras, pinças integrais e conectores de pinças não integrais. Um conector integral inclui um mecanismo de acionamento mecânico que é operável para travar as duas partes a serem conectadas juntas, o mecanismo de acionamento sendo integral ou fixado de forma não liberável a uma das duas partes. Em um conector não integral, o mecanismo de atuação pode ser removido de ambas as partes.

[0004] É necessário fornecer um mecanismo de vedação que garanta que o fluido que flui ao longo da tubulação não possa vazar na conexão com a parte adjacente. A vedação pode ser fornecida entre o conector e as duas partes que estão conectadas entre si, ou diretamente entre as duas partes, o conector simplesmente servindo para manter as duas partes juntas e energizar a vedação.

[0005] A tubulação pode se estender entre módulos no fundo do mar e, assim, se estender geralmente horizontalmente. Alternativamente, em um sistema de recondicionamento, a tubulação pode formar uma conexão rígida entre um módulo distribuidor em uma sonda ou embarcação e uma cabeça de poço submarina. Neste caso, a tubulação forma assim um riser geralmente vertical que fornece acesso ao poço para realizar operações de completação e/ou recondicionamento em poços submarinos de petróleo e gás.

[0006] Em uso, a tubulação pode estar sujeita a carregamento externo, e isso pode afetar a confiabilidade do sistema. Quando a tubulação está conectada a um módulo fornecido em uma sonda ou embarcação flutuante, a ondulação do oceano pode causar movimento significativo da sonda ou embarcação e isso faz com que cargas dinâmicas sejam aplicadas à tubulação. As ondas e a corrente marítima também podem carregar a tubulação diretamente. As cargas na tubulação também podem ser transferidas para o módulo de satélite submarino ou cabeça de poço. Em casos extremos, esse carregamento pode danificar a própria tubulação, seja como um evento único ou por danos por fadiga causados por ciclos repetidos de carregamento, e comprometer a integridade do conector e/ou a vedação entre a tubulação e a parte à qual está conectada. Como tal, é vantajoso quantificar as cargas experimentadas pela tubulação e usar essas informações na modelagem numérica para determinar o tempo médio de falha ou a janela operacional da tubulação ou para estabelecer se mais testes do sistema são necessários.

[0007] É conhecido por monitorar as forças em uma tubulação usando extensômetros montados no próprio tubo. Isso, no entanto, não fornece uma medida da resposta real do conjunto mecânico (resposta não linear), mas sim uma carga aplicada da equação estática da seção do tubo.

[0008] Outros sistemas de monitoramento de carga do estado da técnica incluem EP 2.954.155, que divulga um método e sistema associado de estimativa de cargas em um componente submarino, como um sistema de cabeça de poço, árvore submarina, pacote de desconexão de emergência ou pacote de riser inferior com base em medições realizadas em pelo menos duas posições / seções na parte inferior de um riser conectado ao componente submarino. A parte inferior do riser é provida de pelo menos dois sensores que medem a tensão/momento fletor e/ou a inclinação, deslocamento de duas partes diferentes da parte inferior do riser. Um sensor adicional é montado no pacote de desconexão de emergência ou pacote de riser inferior que mede a inclinação ou aceleração desta parte do sistema. As leituras desses três sensores são usadas para analisar o carregamento do riser e do componente submarino associado.

[0009] US2006/065401 divulga um conjunto de monitoramento de riser para uso em um riser que se estende entre um pacote de riser marítimo inferior montado em uma cabeça de poço, para uma embarcação flutuante. Compreende dois módulos de medição de riser, incluindo giroscópios e acelerômetros lineares que são montados em locais discretos adjacentes à parte superior e/ou inferior do riser. O sistema também é fornecido com um módulo de instrumento de medição de cabeça de poço que é montado em uma porção rígida do pacote de riser marítimo inferior para fornecer uma medição da inclinação da cabeça de poço e um módulo de instrumento de medição de embarcação 121 que é montado em uma porção rígida da embarcação para medir o ângulo de inclinação e direção da embarcação. Os sinais destes módulos de instrumento são processados para determinar, em tempo real, a posição relativa e orientação das porções inferior, superior e medial do riser e, com um determinador de modelo de riser, usado para determinar um modelo do riser representando sua forma em tempo real. Também é especificado que esses dados podem ser usados para determinar a tensão e o carregamento das seções do riser e, portanto, a fadiga no riser. Medições das vibrações no riser também podem ser usadas nesta determinação de tensão.

[0010] É um objetivo da invenção fornecer um método alternativo de monitoramento da integridade de um sistema incluindo pelo menos dois elementos tubulares que são conectados por um conector.

[0011] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, fornecemos um método para monitorar a condição de uma conexão entre dois corpos conectados usando um conector, havendo um conjunto de sensores montado ou integrado ao conector, o conjunto de sensores sendo operável para fornecer uma saída representando o grau de movimento de um ou ambos os corpos aos quais o conector é fixado, em que o método compreende as etapas de a) instalar o conector e os corpos em uma posição de uso na qual o conector une os dois corpos, b) comparar a saída do conjunto de sensores com um modelo numérico para determinar uma força medida em um ou ambos os corpos e/ou a condição do conector, o modelo numérico tendo sido obtido testando o conector ou um conector de teste tendo a mesma configuração que o conector aplicando uma força de teste de magnitude conhecida a um elemento de teste fixado ao conector / conector de teste, registrando a saída do conjunto de sensores enquanto a força de teste é aplicada, repetindo este processo para uma pluralidade de forças de teste e usando os dados relacionando a saída do conjunto de sensores à força no elemento de teste assim obtido para criar o modelo numérico.

[0012] O método pode compreender emitir um aviso se a força medida exceder um nível de limiar predeterminado.

[0013] O conjunto de sensores pode fornecer uma saída que representa uma ou ambas as tensões do corpo do conector e o deslocamento de um dos corpos em relação ao conector.

[0014] O método pode compreender ainda as etapas de, ao longo do tempo, usar as forças medidas determinadas a partir de leituras do conjunto de sensores em uma pluralidade de momentos diferentes para obter uma indicação da força cumulativa no conector e emitir um aviso quando a força cumulativa exceder um limiar cumulativo predeterminado.

[0015] O nível do limiar predeterminado pode variar de uma maneira predeterminada, dependendo da força cumulativa no conector.

[0016] O conjunto de sensores pode compreender um extensômetro montado no corpo do conector.

[0017] O conjunto de sensores pode compreender um sensor de deslocamento que é configurado para medir o deslocamento linear ou angular de um dos corpos em relação ao corpo do conector.

[0018] Os corpos podem ser corpos de fluxo de fluido e dispostos na etapa de modo que o conector e os corpos de fluxo de fluido encerrem uma passagem de fluxo contínuo que se estende de um corpo de fluxo de fluido para o outro.

[0019] Pode haver duas vedações que fornecem uma barreira ao fluxo de fluido para fora da passagem de fluxo - uma vedação primária que fornece uma primeira barreira que impede o vazamento de fluido para fora da passagem de fluxo na junta entre os dois corpos de fluxo de fluido e uma vedação secundária que fornece uma barreira adicional ao vazamento de fluido da passagem de fluxo pela vedação primária no caso de a vedação primária falhar, havendo uma cavidade de vedação entre as duas vedações e os dois corpos de fluxo de fluido ou entre as duas vedações, um ou ambos os corpos de fluxo de fluido e o conector. Neste caso, o conjunto de sensores pode compreender um sensor de pressão que mede a pressão do fluido na cavidade de vedação. Alternativamente, o conjunto de sensores pode compreender um sensor de deslocamento que é configurado para medir o movimento de um pistão em um cilindro que está conectado de forma fluida à cavidade de vedação.

[0020] Um dos corpos pode ter um eixo longitudinal e a força de teste pode ser aplicada geralmente paralela ao eixo longitudinal na conexão entre os dois corpos. Alternativamente, ou adicionalmente, a força de teste pode ser um momento fletor aplicado geralmente perpendicular ao eixo longitudinal na conexão entre os dois corpos.

[0021] Um ou ambos os corpos podem ser uma seção de tubulação.

[0022] Um ou ambos os corpos podem ser um dos seguintes: um distribuidor, um riser, um carretel de fluxo, um pacote de desconexão de emergência, uma árvore submarina, um conector de adaptador de árvore de Natal, um pacote de controle de poço, um lançador/receptor de pig, uma terminação de extremidade de tubulação, um distribuidor de extremidade de tubulação, uma base de riser, um UTH, um módulo de sistema de bomba e controle ou uma unidade de armazenamento submarina.

[0023] De acordo com um segundo aspecto da invenção, fornecemos um sistema submarino compreendendo dois corpos conectados usando um conector, o conector compreendendo um conjunto de sensores, o conjunto de sensores sendo operável para fornecer um sinal de saída representando o grau de movimento de um ou ambos os corpos aos quais o conector é fixado, um aparelho de armazenamento de dados que está conectado e armazena sinais de saída do conjunto de sensores, um processador que está conectado ao aparelho de armazenamento de dados e que está configurado para usar um sinal de saída do conjunto de sensores e um modelo numérico para determinar uma força medida em um ou ambos os corpos e/ou a condição do conector, o modelo numérico relacionando a saída do conjunto de sensores à força no elemento de teste e tendo sido obtido testando o conector ou um conector de teste tendo a mesma configuração que o conector aplicando uma força de teste de magnitude conhecida a um elemento de teste fixado ao conector /conector de teste, registrando a saída do conjunto de sensores enquanto a força de teste é aplicada, repetindo este processo para uma pluralidade de forças de teste e usando os dados assim obtidos para criar o modelo numérico.

[0024] O processador pode ser configurado para comparar um sinal de saída do conjunto de sensores com o modelo numérico para determinar a carga em um ou ambos os corpos.

[0025] O processador pode ser configurado para comparar sinais de saída do conjunto de sensores em uma pluralidade de momentos diferentes com o modelo numérico para obter um conjunto de dados que representa o carregamento de um dos corpos ao longo do tempo.

[0026] O processador pode estar em um local do topside.

[0027] O processador pode ser um processador submarino e ser configurado para comparar um sinal de saída do conjunto de sensores com uma representação estatística do modelo numérico para determinar se o carregamento em um dos corpos atingiu um nível de limiar.

[0028] O processador pode ser configurado para transmitir um sinal de aviso para um local do topside ou para um ROV/AUV se o carregamento em um ou ambos ou nos corpos tiver atingido um nível de limiar.

[0029] O sistema pode ainda compreender um processador no topside que é configurado para comparar um sinal de saída do conjunto de sensores com o modelo numérico para determinar o carregamento em um ou ambos os corpos.

[0030] As modalidades da invenção serão agora descritas, apenas a título de exemplo, com referência às figuras a seguir, nas quais,

[0031] A FIGURA 1 é uma ilustração esquemática de um sistema de produção submarino adequado para uso no método inventivo,

[0032] A FIGURA 2 é uma ilustração esquemática de um sistema de recondicionamento submarino adequado para usar o método inventivo,

[0033] A FIGURA 3 é uma ilustração esquemática de uma seção transversal longitudinal através de uma primeira modalidade de conexão entre duas seções adjacentes de tubulação adequadas para uso no método inventivo,

[0034] As FIGURAS 4a e 4b são ilustrações esquemáticas de uma seção transversal longitudinal através de uma segunda modalidade de conexão entre duas seções adjacentes de tubulação adequadas para uso no método inventivo, com a) o conector em uma configuração de liberação e b) o conector em uma configuração de travamento,

[0035] A FIGURA 5 é uma ilustração esquemática de uma seção transversal longitudinal através de uma terceira modalidade de conexão entre duas seções adjacentes de tubulação adequadas para uso no método inventivo, e

[0036] A FIGURA 6 é uma ilustração esquemática de um processador adequado para uso nos sistemas de produção ou recondicionamento ilustrados nas Figuras 1 ou 2, e

[0037] A FIGURA 7 é uma ilustração esquemática de um sistema de monitoramento de carga adequado para o método inventivo.

[0038] Com referência agora à Figura 1, é mostrada uma ilustração esquemática de parte de um sistema de produção submarino 10 incluindo um módulo distribuidor 12 conectado a uma pluralidade de módulos de satélite 14 (três neste exemplo), cada um dos quais está conectado ao módulo distribuidor 12 por meio de uma tubulação 16. O módulo de satélite pode ser uma árvore submarina, lançador/receptor de pig, terminal de extremidade de tubulação, distribuidor de extremidade de tubulação, base de riser, UTH, um módulo de sistema de bomba e controle ou uma unidade de armazenamento submarina, por exemplo, para armazenamento de fluidos de poço, produtos químicos, fluidos hidráulicos ou pneumáticos pressurizados ou eletricidade. A tubulação 16 pode ser o que é conhecido como um jumper de linha de fluxo, jumper de poço ou carretel. Há uma conexão entre cada extremidade de cada tubulação 16 e seu respectivo módulo 12 / 14 que é feita por meio de um conector 18.

[0039] Com referência agora à Figura 2, é mostrada uma ilustração esquemática de um sistema de recondicionamento submarino 100, compreendendo um riser 110 que está conectado a uma cabeça de poço 120. Neste exemplo, o riser 110 é conectado à cabeça de poço 120 via, em ordem crescente, uma árvore de Natal 130, um pacote de riser inferior 140 e um pacote de desconexão de emergência 150. Cada uma dessas partes envolve uma passagem para o fluxo de fluido, e uma conexão é feita entre cada parte e suas partes adjacentes, de modo que as passagens nas duas partes sejam conectadas para fornecer um caminho de fluxo contínuo para o fluido fluir de uma parte para a outra e fornece uma vedação que substancialmente estanque o fluido entre as duas partes para evitar qualquer vazamento significativo de fluido para fora do caminho de fluxo na interface entre as duas partes. Para conseguir isso, cada uma dessas partes é conectada à parte adjacente por meio de um conector 18. Como tal, um conector 18 é fornecido entre a cabeça de poço 120 e a árvore de Natal 130, a árvore de Natal 130 e o pacote de controle de poço 140 e o pacote de controle de poço 140 e o pacote de desconexão de emergência 150. Além disso, o riser 110 é composto por uma pluralidade de seções de tubulação e as extremidades de seções adjacentes de tubulação também são conectadas por meio de um conector 18.

[0040] Será apreciado que os sistemas ilustrados nas Figuras 1 e 2 são meramente exemplos de sistemas submarinos nos quais tais conectores 18 poderiam ser empregados. O sistema de produção submarino 10 pode incluir mais ou menos de três módulos de satélite 14, e estes podem compreender um ou mais dos seguintes: uma árvore submarina, lançador/receptor de pig, terminação de extremidade de tubulação, distribuidor de extremidade de tubulação, base de riser, UTH, módulo de sistema de bomba e controle ou unidade de armazenamento submarina. Da mesma forma, o sistema de recondicionamento 100 pode incluir diferentes elementos entre o riser 110 e a cabeça de poço 120, tal como um BOP, elo fraco, junta de tensão ou válvula do inriser. Além disso, tais conectores 18 poderiam igualmente ser usados onde um riser 110 é usado em um sistema de perfuração submarino.

[0041] Será apreciado, portanto, que a invenção poderia ser usada onde o conector 18 é usado para fornecer uma conexão a um sistema de tubulação horizontal ou geralmente horizontal, ou a um conector usado para fornecer uma conexão a uma tubulação vertical ou geralmente vertical.

[0042] Em todos os casos mencionados acima, o conector 18 conecta mecanicamente dois corpos de fluxo de fluido, cada um envolvendo uma passagem para o fluxo de fluido, de modo que as passagens nos dois corpos sejam conectadas para fornecer um caminho de fluxo contínuo para o fluido fluir de um corpo para o outro e auxiliando no fornecimento de uma vedação que substancialmente estanque o fluido entre os dois corpos para evitar qualquer vazamento significativo de fluido para fora do caminho de fluxo na interface entre os dois corpos. Como tal, qualquer configuração de conector que possa conseguir isso, poderia ser usada, e a invenção não está restrita ao uso com qualquer configuração particular de conector adequado. O conector 18 pode ser integral com um dos corpos de fluxo de fluido ou destacável de ambos.

[0043] Por exemplo, um ou mais dos conectores 18 podem compreender um conector de braçadeira anular, como ilustrado esquematicamente na Figura 3 conectando duas seções da tubulação 20 juntas. Cada seção da tubulação 20 encerra uma passagem com um eixo longitudinal A, e tem um flange 20a que se estende radialmente para fora em uma extremidade da mesma, e estes são imprensados entre os dois braços 18a do conector 18 de modo que, quando no lugar, o conector 18 evita a separação das duas seções da tubulação 20. A fim de ser fixado em torno dos flanges 20a, o conector 18 pode ser dividido em duas, três ou mais partes separáveis, que se juntam para formar um espaço anular. Os braços 18a se estendem a partir de um corpo principal 24 do conector, de modo que cada parte do conector tenha uma seção transversal geralmente em forma de U.

[0044] Alternativamente, um ou mais dos conectores 18 podem compreender um conector de pinça, como ilustrado esquematicamente nas Figuras 4a e 4b também conectando duas seções da tubulação 20 juntas. Novamente, cada seção da tubulação 20 tem um flange 20a que se estende radialmente para fora em uma extremidade do mesmo. Neste exemplo, o conector 18 compreende um conjunto de dedos de pinça 28 que podem ser deformados pelo movimento axial de um anel de travamento anular móvel 30 de modo que os flanges 18a sejam fixados entre duas partes de travamento dos dedos de pinça 28. O conector 18 está então em uma configuração de travamento como ilustrado na Figura 4b. O movimento axial do anel de travamento 30 pode ser obtido usando uma ferramenta externa ou por meio de um arranjo de pistão. O conector de pinça 18 é ilustrado na Figura 4a em uma configuração liberada na qual as duas seções de tubulação 20 podem ser separadas.

[0045] Nestas modalidades, uma das seções da tubulação 20 tem uma extensão que fica com a passagem delimitada pela outra seção da tubulação 20 e uma vedação 26 é fornecida entre a superfície radialmente voltada para fora da extensão e a superfície radialmente voltada para dentro da seção da tubulação 20 na qual a extensão está alojada. Será apreciado, no entanto, que este não precisa ser o caso, e a vedação 26 pode ser fornecida em um local diferente - entre os flanges 20a das seções de tubulação 20, por exemplo, ou no conector de braçadeira ilustrado na Figura 3, entre cada um dos dois braços 18a do conector 18 e o flange 20a adjacente.

[0046] Além disso, é possível fornecer duas vedações - uma vedação primária que fornece a primeira barreira evitando vazamento de fluido para fora da passagem de fluxo na junta entre as duas seções da tubulação 20 e uma vedação secundária (ou vedação traseira). A vedação primária tem um lado interno que, em uso, em contato com o fluido da passagem de fluxo e um lado externo oposto. A vedação traseira está localizada no lado externo da vedação primária. Em uso, a vedação traseira atua assim para evitar que a água do mar entre em contato com o lado externo da vedação primária, mas é tipicamente fornecido para teste de vedação primária, fornecendo fluido pressurizado na cavidade entre a vedação primária e a vedação traseira.

[0047] Tal arranjo de conexão é ilustrado na Figura 5. Esta modalidade usa um conector 18 de braçadeira como descrito acima, mas neste caso, existem duas vedações 26a, 26b fornecidas entre as duas seções da tubulação 20. Uma cavidade de vedação 27 é, portanto, formada entre os dois flanges 20a e as vedações 26a, 26b. Será apreciado que uma ou ambas as vedações poderiam igualmente ser providas para vedar entre as seções da tubulação 20 e o conector 18, caso em que a cavidade de vedação seria formada entre as tubulações 20, o conector 18 e duas vedações 26a, 26b.

[0048] Deve ser apreciado, no entanto, que a invenção não está restrita ao uso em conexão com um conector que conecta uma tubulação rígida e também pode ser usada onde o conector está conectado a uma mangueira flexível ou umbilical. Da mesma forma, a invenção não é restrita ao uso em conexão com um conector que conecta dois corpos de fluxo de fluido. Pode ser usado para monitorar a condição de qualquer conexão entre partes não tubulares que esteja sujeita a carregamento cíclico - como a conexão entre um módulo elétrico e um cabo elétrico, ou entre duas seções adjacentes do cabo elétrico.

[0049] De acordo com a invenção, a fim de monitorar a condição das conexões descritas acima, cada conector 18 é provido com um conjunto de sensores 32 que é operável para prover uma saída representando o grau de movimento de uma ou ambas as partes fixadas ao conector 18. O conjunto de sensores 32 pode compreender um sensor ou mais de um sensor e a saída do conjunto de sensores 32 pode ser uma ou ambas as tensões experimentadas pelo conector 18 ou o deslocamento de uma das partes que formam a conexão em relação ao conector 18. Exemplos do tipo de conjunto de sensores 32 que poderiam ser usados são descritos abaixo.

[0050] Por exemplo, o conjunto de sensores 30 pode compreender um sensor de deslocamento, tal como um sensor de deslocamento de baixa tensão, que pode ser montado no conector 18 para medir o deslocamento de uma ou ambas as partes unidas pelo conector 18 em relação ao conector 18. O sensor de deslocamento pode ser configurado para medir o deslocamento longitudinal da peça em questão em relação ao conector 18 (isto é, movimento linear geralmente paralelo ao eixo longitudinal A) resultante de uma força atuando na peça paralela ao eixo longitudinal A) e/ou deslocamento angular, ou pivotamento, da peça em questão em relação ao conector 18 resultante de uma força atuando na peça perpendicular ao eixo longitudinal A.

[0051] O movimento pode ser alongamento ou compressão do conector 18 e, portanto, alternativamente ou adicionalmente, um ou mais extensômetros podem ser montados no conector 18.

[0052] Na modalidade do conector 18 ilustrada na Figura 3, um extensômetro pode ser montado no corpo principal 24 do conector 18 e/ou um ou ambos os braços do conector 18a. Na modalidade do conector 18 ilustrado nas Figuras 4a e 4b, um extensômetro pode ser montado em um ou mais dos dedos da pinça 28 e ou no anel de travamento 30.

[0053] Vantajosamente, o conjunto de sensores 32 inclui sensores suficientes para medir o movimento do, ou de cada, corpo de fluxo em três direções ortogonais. Por exemplo, pode compreender uma matriz de três extensômetros que são configurados para medir a deformação no conector ao longo de três eixos ortogonais.

[0054] Em modalidades nas quais duas vedações 26a, 26b e uma cavidade de vedação 27 estão presentes, tal como a modalidade ilustrada na Figura 5, o conjunto de sensores 32 pode ser conectado à cavidade de vedação 27 e pode compreender um sensor de pressão para medir a pressão na cavidade de vedação 27. Será apreciado que qualquer movimento de uma ou ambas as seções da tubulação 20 faria com que o volume da cavidade de vedação 27 mudasse. Onde a cavidade de vedação 27 está fechada, isso resultará em uma mudança na pressão do fluido na cavidade de vedação 27. Alternativamente, o conector pode compreender um cilindro e um arranjo de pistão flutuante, o pistão flutuante dividindo o volume fechado pelo cilindro em dois volumes, um primeiro dos quais é ventilado para a atmosfera e um segundo dos quais é conectado à cavidade de vedação 27. Qualquer alteração no volume da cavidade de vedação 27 faria com que o pistão se movesse no cilindro para alterar os tamanhos relativos do primeiro e do segundo volume. Neste caso, o conjunto de sensores 32 pode compreender um sensor de deslocamento que é configurado para medir o deslocamento linear do pistão em relação ao cilindro.

[0055] O conjunto de sensores 32 pode compreender uma combinação de dois ou mais dos tipos de sensores acima.

[0056] Antes do uso do conector 18 ou conectores 18, ou um conector de teste, que tem a mesma configuração que o conector 18 a ser usado no sistema em questão é calibrado, conectando-o a um elemento de teste da mesma maneira que o conector 18 será conectado em uso, aplicando uma faixa de forças de teste pré-determinadas ao elemento de teste e registrando a saída do conjunto de sensores 32 durante cada força de teste aplicada. A saída do conjunto de sensores 32 também é vantajosamente registrada após a força de teste ser liberada, pois, se a força de teste for suficientemente alta, ela pode causar mudanças permanentes na condição ou estado do conector 18, o que poderia resultar na saída do conjunto de sensores 32 quando nenhuma força é aplicada ao elemento de teste (a saída zero) mudando de antes da força de teste ser aplicada para depois.

[0057] As forças de teste podem variar em magnitude e direção e serão escolhidas dependendo das forças que provavelmente serão aplicadas às peças presas ao conector 18 em uso.

[0058] Desta forma, um modelo numérico ligando a saída do conjunto de sensores 32 à força que atua sobre o elemento de teste é criado.

[0059] Será apreciado que o carregamento repetido de um ou ambos os corpos conectados ao conector 18 pode causar mudanças permanentes na condição ou no estado do conector 18 que resultam em mudanças na saída zero e/ou na saída do conjunto de sensores 32 quando carregado. Isso pode significar que, por exemplo, a primeira aplicação de uma força a um dos conectores de corpos ao conector 18 pode resultar na saída do conjunto de sensores α, β, Y, mas após carregamento repetido e prolongado, a mesma saída do conjunto de sensores pode ser gerada quando uma força diferente é aplicada a esse corpo. Isso pode resultar em imprecisões significativas na conversão da saída do conjunto de sensores em uma força ao longo do tempo.

[0060] Para explicar isso, além de aplicar forças de teste de magnitude e direção variáveis, a mesma força de teste pode ser aplicada repetidamente e a saída dos sensores registrada durante e após cada aplicação da força de teste. Desta forma, pode ser determinado se a aplicação repetida da mesma força de teste causa mudanças permanentes na condição ou estado do conector 18 que resultam em mudanças na saída zero e/ou na saída do conjunto de sensores 32 durante a aplicação da força de teste dependendo do número de aplicações da força de teste. Ao fazer isso, o efeito da carga histórica / cumulativa do conector 18 na saída corrente do conjunto de sensores 32 é levado em consideração pelo modelo numérico.

[0061] Para produzir o modelo numérico completo, pode ser necessário realizar este processo usando mais de um conector de teste. Por exemplo, um primeiro conector de teste pode ser usado para mapear as saídas do conjunto de sensores para uma faixa de magnitudes de forças longitudinais aplicadas, um segundo conector de teste usado para mapear as saídas do conjunto de sensores para uma faixa de magnitudes de momentos de flexão aplicados, um terceiro conector de teste usado para mapear as saídas do conjunto de sensores 32 após a aplicação repetida de uma força de teste etc etc.

[0062] Quando o conector 18 ou conectores 18 está/estão prontos para uso, como ilustrado nas Figuras 1 ou 2, cada conjunto de sensores 32 está conectado a um aparelho de armazenamento de dados submarino 34a, sem fio ou usando uma conexão com fio, e todos os sinais do conjunto de sensores 32 são armazenados no aparelho de armazenamento de dados submarino 34a. Nesta modalidade, o aparelho de armazenamento de dados submarino 34a também está conectado a um aparelho de armazenamento de dados do topside 34b, seja por conexão com fio ou sem fio, ou ambos. O aparelho de armazenamento de dados do topside 34b pode ser armazenamento em nuvem. Um processador de dados submarino 36a está conectado ao aparelho de armazenamento de dados submarino 34a e um processador de dados do topside 36b está conectado ao aparelho de armazenamento de dados do topside 34b. Uma unidade de exibição do topside 38 está conectada ao processador de dados do topside 36b

[0063] A Figura 6 é uma ilustração esquemática de um sistema de processador submarino que poderia ser usado para implementar a presente invenção. Neste caso, os sensores 32 fornecidos para cada conector 18 são extensômetros e estes estão conectados a um aparelho de armazenamento submarino combinado e processador de dados 34a/36a. Isto compreende uma bateria 40, controlador de energia 42, memória 44, uma unidade central de processamento (CPU) e microcontrolador (MCU) 46 e uma LAN de comunicações 48. Os extensômetros são conectados à CPU/MCU 46 por meio de um amplificador 50 e a CPU/MCU é, por sua vez, conectada à memória para armazenamento dos sinais dos sensores 32. Um acelerômetro 52 e outros sensores ambientais 54, como sensores de temperatura e pressão, também estão conectados à CPU / MCU 46. A PCU / MCU 46 também está conectada à LAN de comunicações 48 que está conectada ao armazenamento em nuvem 56 e ao processador do topside 36B e GUI 38 por meio de uma conexão de internet sem fio.

[0064] O aparelho de armazenamento de dados 34 pode ser conectado a cada conjunto de sensores através de uma conexão com ou sem fio, ou através de transferência de dados submarinos via ROV/AUV. O aparelho de armazenamento de dados poderia igualmente ser uma unidade do topside, novamente conectado ao aparelho de armazenamento de dados 34 por meio de uma conexão com ou sem fio.

[0065] A Figura 7 ilustra um exemplo do processamento que poderia ser realizado para monitorar a condição dos conectores 18. Isso mostra um conector 18 e seu conjunto de sensores 32 associados.

[0066] Nesta modalidade, o aparelho de armazenamento de dados 34 está conectado a um processador submarino 36a e a um processador do topside 36b, seja por uma conexão com ou sem fio.

[0067] O processador submarino 36a tem acesso a uma representação estatística do modelo numérico e que ele usa para derivar a força aplicada e é habilitado com um sinal de aviso que é enviado para o topside ou sinal ao vivo enviado para o topside para rastreamento ao vivo das forças aplicadas e nível de condição atual do conjunto.

[0068] A análise dos sinais dos sensores 32 usando o modelo numérico pelo processador submarino 36a pode ser muito demorada para produzir resultados em tempo real. É por isso que, nesta modalidade, o processador submarino 36a tem acesso a um modelo estatístico que é derivado pela realização de uma análise multivariada do modelo numérico para obter uma faixa de limites de limiar para as saídas de sensores que, quando atingidas, indicam que o carregamento de pelo menos um dos corpos atingiu um nível de limiar. O mecanismo de análise estatística do processador submarino 36a é programado usando esta representação estatística do modelo numérico para determinar quando um dos corpos a serem conectados ao conector 18 é exposto a cargas acima de um nível aceitável ou a condição de cada conector 18 está abaixo de um nível aceitável devido ao efeito de cargas externas aplicadas aos corpos conectados ao conector 18.

[0069] Em outras palavras, o processador submarino 36a é programado para comparar a saída de cada conjunto de sensores 32 com o modelo estatístico para determinar se a força em qualquer um dos corpos excedeu um nível de limiar de falha predeterminado. O nível de limiar de falha pode representar um limite de força acima do qual é provável que haja falha catastrófica (por exemplo, ruptura) do corpo ou do conector 18, mas, onde o conector 18 conecta dois corpos de fluxo de fluido, poderia representar de forma mais útil um limite de força acima do qual a força aplicada compromete a integridade da vedação entre os dois corpos de fluxo de fluido e permite o vazamento de fluido para fora do caminho de fluxo na interface entre os dois corpos. Por exemplo, na modalidade do conector 18 ilustrada na Figura 3, a aplicação de um momento fletor suficientemente grande (isto é, uma força geralmente perpendicular ao eixo longitudinal A) a uma das seções da tubulação 20 poderia fazer com que a vedação 26 se separasse de uma das superfícies contra as quais deveria vedar. Da mesma forma, se a vedação fosse fornecida entre os dois flanges 20A como descrito acima, o mesmo poderia acontecer se uma força suficientemente grande fosse aplicada a uma das seções da tubulação 20 geralmente paralela ao eixo longitudinal A puxando-o para longe da outra seção da tubulação 20.

[0070] O processador submarino 36B também pode ser programado para usar o modelo estatístico e a saída histórica dos conjuntos de sensores 32 para determinar se o carregamento dos corpos foi tal que a condição de qualquer um dos conectores 18 se deteriorou para um nível crítico como resultado das forças aplicadas a ele ao longo do tempo.

[0071] Em outras palavras, o processador submarino 36a também é programado para usar o modelo estatístico para determinar se um total em execução das saídas de cada conjunto de sensores 32 significa que as forças nos corpos ao longo do tempo (a força cumulativa total) excede um nível de limiar cumulativo predeterminado. A aplicação repetida de forças aos corpos de fluxo de fluido pode resultar na falha por fadiga de uma parte estrutural do conector 18, ou pode resultar na deformação do conector 18, o que, ao longo do tempo, causa a separação de uma das vedações 26 de uma das superfícies contra as quais deve vedar.

[0072] O nível de limiar de falha também pode ser afetado pela força total cumulativa. Por exemplo, aplicações repetidas de forças que não eram suficientemente altas para causar a falha imediata do conector 18 poderiam causar deformação do conector 18 de modo que a força necessária para causar a separação da vedação 26 de uma superfície de vedação seja menor do que era antes da deformação do conector 18 ocorrer. Nesse caso, o nível do limiar de falha diminuiria à medida que a força total cumulativa aumentasse. O modelo estatístico pode ser criado para levar isso em consideração.

[0073] O nível de limiar de falha, o nível de limiar cumulativo e a relação entre o nível de limiar de falha e a força cumulativa total são determinados empiricamente através do teste do conector de teste. Será apreciado que, como a falha do conector 18 durante o uso deve ser evitada, o nível de limiar de falha e o nível de limiar cumulativo devem ser definidos de modo a estar abaixo do nível de falha provável, de modo que o alerta possa ser emitido e o operador tenha a oportunidade de substituir ou reparar o conector 18 antes disso ou antes que a vedação 26 falhe.

[0074] Quando o processador submarino 36a determina que o nível de limiar de falha ou o nível de limiar cumulativo foram excedidos, ele pode ser programado para enviar um alerta para o topside, que pode ser um alerta audível ou um alerta visual exibido no aparelho de exibição 38.

[0075] O processador submarino 36a também pode usar os dados de carga do mecanismo de análise estatística para observar quaisquer tendências no carregamento dos corpos. As estatísticas de tendências resultantes podem ser comparadas com um conjunto de regras derivadas do comportamento esperado do sistema sob as condições iniciais aplicadas e o envelope operacional. O processador submarino 36a pode ser programado para emitir um sinal de aviso se as estatísticas de tendência mostrarem qualquer desvio ou desvio significativo do que era esperado. Um operador pode, assim, responder a este aviso e fazer as alterações apropriadas no envelope operacional.

[0076] O modelo numérico completo (em vez da representação estatística do modelo numérico) pode ser usado na análise dos sinais dos conjuntos de sensores 32 no topside, para fornecer uma análise mais detalhada ou precisa da carga nos corpos. Será apreciado, no entanto, que pode não ser possível fornecer informações de carregamento em tempo real dessa maneira. Por exemplo, os dados coletados dos conjuntos de sensores 32 podem ser processados (após serem transferidos para o aparelho de armazenamento de dados do topside 34b) comparando cada saída com o modelo numérico para determinar a força na peça ou peças fixadas a cada conector 18 a qualquer momento e criar uma representação precisa da condição de cada conector 18 e sua capacidade restante (ou seja, vazamento ou estrutural). Com base nesses dados, a necessidade de troca de peças ou manutenção futura pode ser determinada.

[0077] O processador do topside 36B também pode usar os dados de carga para determinar estatísticas de tendência e, assim como no processamento submarino, as estatísticas de tendência resultantes podem ser comparadas com um conjunto de regras derivadas do comportamento esperado do sistema sob as condições de partida aplicadas e envelope operacional. Se as estatísticas de tendência mostrarem qualquer desvio ou desvio significativo do que era esperado, um operador ou o controlador do sistema em um sistema automatizado pode responder a qualquer desvio e fazer as alterações apropriadas no envelope operacional.

[0078] Em uma situação de recondicionamento, por exemplo, usando o sistema ilustrado na Figura 2, as saídas ao vivo dos conjuntos de sensores 32 podem ser usadas para rastrear a carga aplicada versus o deslocamento da embarcação, e usar isso para determinar a janela de deslocamento aceitável para manter as forças no riser 110 em níveis aceitáveis. Uma vez que a janela de deslocamento aceitável é conhecida, um operador ou um controlador de sistema automatizado pode então tomar medidas para manter a embarcação dentro desta janela de deslocamento aceitável.

[0079] Adicionalmente ou alternativamente, os dados de força ao longo do tempo derivados da comparação dos sinais dos conjuntos de sensores 32 com o modelo numérico, podem ser examinados apenas para aprender mais sobre o desempenho do sistema e tomar decisões informadas sobre como operar esse ou um sistema equivalente no futuro. Por exemplo, se as forças em um ou ambos os corpos conectados ao conector 18 fizeram com que o conector 18 se degradasse a uma velocidade inaceitável, os parâmetros operacionais de um sistema semelhante poderiam ser limitados no futuro, a fim de evitar tal degradação.

Claims (23)

1. Método para monitorar a condição de uma conexão entre dois corpos conectados usando um conector, o conector caracterizado pelo fato de que compreende um conjunto de sensores, o conjunto de sensores sendo operável para fornecer uma saída representando o grau de movimento de um ou ambos os corpos aos quais o conector é fixado, em que o método compreende as etapas de a) instalar o conector e os corpos em uma posição de uso na qual o conector une os dois corpos, b) usar a saída do conjunto de sensores e um modelo numérico para determinar uma força de um ou ambos os corpos, ou a condição do conector, o modelo numérico compreendendo um registro de uma pluralidade de forças de teste aplicadas a um elemento de teste fixado ao conector ou um conector de teste tendo a mesma configuração que o conector e a saída correspondente do conjunto de sensores do conector ou conector de teste durante e / ou após a aplicação de cada força de teste.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de emitir um aviso se a força exceder um nível de limiar predeterminado.

3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o conjunto de sensores fornece uma saída que representa uma ou ambas as tensões do corpo do conector e o deslocamento de um dos corpos em relação ao conector.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o método compreende ainda as etapas de, ao longo do tempo, usar as forças determinadas a partir de leituras do conjunto de sensores em uma pluralidade de momentos diferentes para obter uma indicação da força cumulativa no conector e emitir um aviso quando a força cumulativa exceder um limiar cumulativo predeterminado.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o nível de limiar predeterminado varia de uma maneira predeterminada, dependendo da força cumulativa no conector.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o conjunto de sensores compreende um extensômetro montado no conector.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o conjunto de sensores compreende um sensor de deslocamento que é configurado para medir o deslocamento linear ou angular de um dos corpos em relação ao conector.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que os corpos são corpos de fluxo de fluido e são dispostos na etapa de modo que o conector e os corpos de fluxo de fluido envolvam uma passagem de fluxo contínua que se estende de um corpo de fluxo de fluido para o outro.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que existem duas vedações que fornecem uma barreira ao fluxo de fluido para fora da passagem de fluxo - uma vedação primária que fornece uma primeira barreira que impede o vazamento de fluido para fora da passagem de fluxo na junta entre os dois corpos de fluxo de fluido e uma vedação secundária que está localizada no lado externo da vedação primária, havendo uma cavidade de vedação entre as duas vedações e os dois corpos de fluxo de fluido ou entre as duas vedações, um ou ambos os corpos de fluxo de fluido e o conector.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o conjunto de sensores compreende um sensor de pressão que mede a pressão do fluido na cavidade de vedação.

11. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o conjunto de sensores compreende um sensor de deslocamento que é configurado para medir o movimento de um pistão em um cilindro que está conectado de forma fluida à cavidade de vedação.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que um dos corpos tem um eixo longitudinal e a força de teste é aplicada geralmente paralela ao eixo longitudinal na conexão entre os dois corpos.

13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que um dos corpos tem um eixo longitudinal e a força de teste é um momento fletor aplicado geralmente perpendicular ao eixo longitudinal na conexão entre os dois corpos.

14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que um dos corpos tem um eixo longitudinal e a força de teste é torção aplicada para girar o corpo em torno de seu eixo longitudinal.

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que um ou ambos os corpos são uma seção de tubulação.

16. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que um ou ambos os corpos são um dos seguintes: um distribuidor, um riser, um carretel de fluxo, e pacote de desconexão de emergência, uma árvore submarina, um conector adaptador de árvore de Natal, um pacote de controle de poço, um lançador/receptor de pig, uma terminação de extremidade de tubulação, um distribuidor de extremidade de tubulação, uma base de riser, um UTH, um módulo de sistema de bomba e controle ou uma unidade de armazenamento submarina.

17. Sistema caracterizado pelo fato de que compreende dois corpos conectados usando um conector, os corpos e a conexão sendo localizados submarinos, o conector compreendendo um conjunto de sensores, o conjunto de sensores sendo operável para fornecer um sinal de saída representando o grau de movimento de um ou ambos os corpos aos quais o conector é fixado, um aparelho de armazenamento de dados que é conectado e armazena sinais de saída do conjunto de sensores, um processador que é conectado ao aparelho de armazenamento de dados e que é configurado para usar um sinal de saída do conjunto de sensores e um modelo numérico para determinar uma força em um ou ambos os corpos e/ou a condição do conector, o modelo numérico compreendendo um registro de uma pluralidade de forças aplicadas a um elemento de teste fixado ao conector ou um conector de teste tendo a mesma configuração que o conector e a saída correspondente do conjunto de sensores do conector ou conector de teste durante e / ou após a aplicação de cada força de teste.

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o processador é configurado para comparar um sinal de saída do conjunto de sensores com o modelo numérico para determinar a carga em um ou ambos os corpos.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o processador é configurado para comparar sinais de saída do conjunto de sensores em uma pluralidade de tempos diferentes com o modelo numérico para obter um conjunto de dados que representa o carregamento de um dos corpos ao longo do tempo.

20. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 19, caracterizado pelo fato de que o processador está em um local do topside.

21. Sistema, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o processador é um processador submarino e está configurado para comparar um sinal de saída do conjunto de sensores com uma representação estatística do modelo numérico para determinar se o carregamento em um dos corpos atingiu um nível de limiar.

22. Sistema, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o processador é configurado para transmitir um sinal de alerta para um local no topside ou para um ROV/AUV se o carregamento em um ou ambos ou os corpos atingir um nível de limiar.

23. Sistema, de acordo com a reivindicação 21 ou 22, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende ainda um processador no topside que é configurado para comparar um sinal de saída do conjunto de sensores com o modelo numérico para determinar o carregamento em um ou ambos os corpos.