BRPI0314294B1 - processo e dispositivo de monitoramento da resistência de um conduto flexível de transporte de fluido sob pressão ao nível de uma ponteira terminal - Google Patents

Abstract

"PROCESSO E DISPOSITIVO DE MONITORIZAÇÃO DA RESISTÊNCIA DE UM CONDUTO FLEXÍVEL DE TRANSPORTE DE FLUIDO SOB PRESSÃO AO NÍVEL DE UMA PONTEIRA TERMINAL". Esse dispositivo de monitorização da resistência de um conduto flexível (2) de transporte de fluido sob pressão ao nível de uma ponteira terminal (1), o dito conduto compreendendo notadamente uma bainha interior de pressão (6), lonas de fios de armaduras de tração (7) e uma bainha exterior (8) solidarizadas à ponteira, é caracterizado pelo fato de que ele compreende meios de monitorização da evolução de um fenômeno ligado à desorganização das lonas de armaduras consecutiva a uma ruptura de vários fios de armadura de tração no interior da ponteira. Esses meios de monitorização são meios (20) de detecção de um aumento da torção do conduto na proximidade da ponteira.

Description

[0001] A presente invenção se refere a um processo de monitoramento de um conduto flexível para veicular em grandes distâncias um fluido sob pressão e se for o caso sob alta temperatura, tal como um gás, petróleo, água ou outros fluidos. A invenção visa mais precisamente monitorar e prevenir os problemas ligados a uma ruptura dos fios de armadura do conduto flexível na proximidade ou no interior da ponteira terminal, onde eles são ancorados, notadamente em uma ponteira terminal para um conduto ascendente ("riser") flexível destinado a uma exploração petrolífera no mar. A presente invenção se refere também a um dispositivo associado ao processo de monitoramento.

[0002] Os condutos flexíveis utilizados no mar apresentam configurações variadas em função de sua utilização precisa, mas respondem em geral aos critérios construtivos definidos notadamente nas recomendações API 17 B e API 17 J estabelecidas pelo American Peroleum Institute sob o título "Recommended Practice for Flexível Pipe" and "Specification for Unbonded Flexível Pipe". Eles compreendem do interior para o exterior: - uma bainha de estanqueidade interne ou bainha de pressão, feita de matéria plástica geralmente polimérica, resistente à ação química do fluido a transportar; - eventualmente uma abóbada de pressão resistente principalmente à pressão desenvolvida pelo fluido dentro da bainha de estanqueidade e constituída pelo enrolamento em hélice com passo curto (quer dizer com um ângulo de enrolamento próximo de 90°) em torno da bainha interna, de um ou vários fios metálicos de forma grampeados (auto-grampeáveis ou não); os fios de forma têm uma seção em Z ou em T ou seus derivados (teta ou zeta), em U, ou em I ; a dita abóbada de pressão pode também compreender um guarnecimento ; - pelo menos uma lona (e geralmente pelo menos duas lonas cruzadas) de armaduras de tração enroladas com passo longo; o ângulo de armação medido no eixo longitudinal do conduto é inferior a 60°; e - uma bainha de proteção e de estanqueidade externa feita de polímero.

[0003] Uma tal conduto pode ser de passagem interna lisa quando a passagem é diretamente formada pela bainha de estanqueidade (ele é nesse caso dito "smooth bore") ou de passagem não lisa ("rough bore") quando é prevista por outro lado no interior da bainha de estanqueidade interna uma carcaça constituída por exemplo de uma folha grampeada que serve para impedir o esmagamento do conduto sob a pressão externa.

[0004] As ponteiras dos condutos, destinadas a suas conexões entre si ou com equipamentos terminais, são também definidas nas recomendações API 17J, e devem ser realizadas em condições que asseguram ao mesmo tempo uma boa solidarização e uma boa estanqueidade. Essas últimas são geralmente obtidas por um encastramento da bainha, quer dizer por uma penetração radial parcial de um elemento rígido na bainha.

[0005] São conhecidos vários tipos de ponteiras para os condutos flexíveis que utilizam o princípio do encastramento da bainha interna, notadamente pelos documentos FR 2 214 852 ou WO 99/19655 ou ainda pelo documento WO97/25564 em nome da requerente e pelo documento PCT/FR01/03305 também em nome da Requerente. Esse último documento descreve notadamente uma ponteira de fixação para um conduto tubular flexível que compreende uma primeira parte anular (geralmente chamada de abóbada da ponteira) sobre a qual pode se apoiar um primeiro flange de encastramento munido de um cone de encastramento da bainha interior e uma segunda parte anular (geralmente chamada de capô) que circunda e que prolonga na direção da parte de trás a primeira parte anular e sobre a qual pode se apoiar um segundo flange de encastramento munido de um cone de encastramento da bainha externa que opera junto com uma cânula traseira de apoio de encastramento, a segunda parte anular definindo com a primeira parte anular um espaço anular no qual são dispostas as armaduras de tração de maneira a que elas sejam descoladas radialmente da bainha interna a fim de passar em torno do primeiro flange de encastramento e da primeira parte anular para serem fixadas aí; a ponteira compreende um colar de bloqueio das armaduras entre o primeiro flange de encastramento e o segundo flange de encastramento; o espaço anular precitado é destinado a ser preenchido com uma matéria de preenchimento tal como uma resina que vem bloquear os diversos elementos compreendidos dentro desse espaço.

[0006] É conhecido monitorar no tempo a boa resistência de um conduto e de uma ponteira de conduto por diversos processos e dispositivos com o objetivo de detectar certas anomalias.

[0007] São conhecidos assim processos de inspeção do interior de um conduto, com o auxílio de "camundongos" de inspeção que percorrem o conduto e que dão, por exemplo, imagens de vídeo ou então que detectam um eventual recuo da carcaça ao nível de uma ponteira por um sistema de correntes de Foucault e de sensores associados (cf. o documento FR 2790087 em nome da Requerente). Tais processos, além de que eles informam sobre a carcaça, mas não diretamente sobre a bainha (no caso dos condutos "rough bore"), têm o inconveniente de exigir a paralisação provisória da exploração para enviar o camundongo dentro do conduto.

[0008] Também são conhecidos processos para a detecção de vazamentos nas canalizações (FR 2 626 974, US 4 775 855) ou processos de detecção da ruptura iminente de conduto por elementos sensores dispostos no conduto (GB 2 057 696).

[0009] Também foram desenvolvidos processos mais especificamente ligados ao monitoramento das ponteiras porque foi percebido que elas são o foco de certas alterações no tempo. É útil poder detectar a tempo essas alterações para poder intervir de modo programado sobre o conduto e a ponteira e proceder aos consertos ou modificações necessários.

[0010] Em especial, é conhecido e é importante monitorar a posição da bainha de pressão por uma inspeção regular.

[0011] Para poder efetivamente ter acesso a uma informação de deslocamento que se refere à bainha, foi proposto no documento WO 98/12545 de prover o elemento a controlar de marcadores cujo deslocamento pode ser detectado por raios X, com o auxílio de um detector de raios X ou de um filme fotográfico sensível aos raios X. Em todos os casos, isso necessita de um equipamento pesado e também a paralisação da produção para que se possa dispor o detector no lugar em torno do conduto.

[0012] A Requerente também propôs no pedido francês n° 02 02 155 um processo de detecção e uma ponteira associada que possam fornecer uma indicação sobre o deslocamento da bainha de pressão ou de outras camadas do conduto sem necessitar a paralisação da produção. A ponteira é adaptada à detecção devido ao fato de que se equipa diretamente a ponteira com um sensor de detecção do deslocamento de uma camada dada do conduto, notadamente da bainha de pressão.

[0013] O documento US 3 972 223 se refere a um processo e a um dispositivo de monitoramento da resistência de um conduto em seu comprimento ou no comprimento de cada um de seus segmentos. O documento prevê dispor na espessura da parede de camadas múltiplas do conduto bexigas alongadas cheias com um fluido sob pressão, e que se comunicam por tubos com um ou vários manómetros. Impactos no comprimento do conduto, ou uma destruição das camadas da parede do conduto acarretam uma variação de pressão do fluido contido nas bexigas e são detectados pelo ou pelos manómetros. No entanto esse documento não mostra de nenhuma forma que esse processo possa ser utilizado para o monitoramento das próprias ponteiras.

[0014] O documento GB 2 148 447 mostra uma ponteira de conexão. Um espaço anular compreendido entre duas camadas de armadura vê sua pressão medida com o auxílio de um manómetro ao qual o espaço anular é ligado por uma passagem. Esse manómetro pode detectar anomalias da vazão de vazamento que podem assinalar um dano das armaduras, esse dano não sendo necessariamente localizado ao nível da ponteira. Esse documento também não ensina, portanto, um monitoramento ao nível da ponteira terminal.

[0015] Todos esses processos de monitoramento contribuem para uma melhor prevenção dos incidentes de exploração de conduto. No entanto, certas causas de alteração do conduto flexível ao nível da ponteira não podem ser detectadas pelos processos existentes. Esse é notadamente o caso das rupturas de alguns dos fios que formam as lonas de armadura de tração. Essas rupturas de fios, progressivas no tempo, podem levar a uma destruição da ponteira e, portanto, do conduto quando o número de fios danificados aumenta. Assim, a presente invenção visa melhorar o monitoramento das ponteiras terminais de conduto flexível a fim de prevenir as paralisações brutais de produção. Ela consiste essencialmente em monitorar e em prevenir incidentes potenciais ligados à resistência dos fios das lonas de armadura de tração no interior da ponteira.

[0016] A invenção atinge seu objetivo graças a um processo de monitoramento da resistência de um conduto flexível de transporte de fluido sob pressão ao nível de uma ponteira terminal, o dito conduto compreendendo notadamente uma bainha interior de pressão, lonas de fios de armaduras de tração e uma bainha exterior solidarizadas à ponteira, caracterizado pelo fato de que ele consiste em monitorar a resistência das armaduras de tração na ponteira monitorando para isso a evolução da torção do conduto flexível como fenômeno ligado à desorganização das lonas de armaduras consecutiva a uma ruptura de vários fios de armadura de tração no interior da ponteira. No conhecimento da Requerente, nunca até agora tinha sido proposto monitorar a resistência das armaduras na ponteira de conduto, nem nunca examinado os fenômenos anunciadores da degradação das ditas lonas de armaduras de tração, notadamente a torção do conduto.

[0017] Assim de acordo com a invenção, para monitorar a resistência das armaduras, monitora-se a torção do conduto flexível na proximidade da ponteira, por exemplo, com o auxílio de calibres de deformação, notadamente um ou vários calibres extensométricos. Esses calibres podem notadamente ser dispostos sobre ou em contato com a bainha externa do conduto, na proximidade da ponteira terminal. De fato, a quebra dos fios de armadura ao nível da ponteira acarreta um desequilíbrio das forças e das tensões nas lonas superpostas que se traduz por uma torção do conduto. Esse último tem desse modo tendência a tomar uma forma dita em "saca-rolhas" ou em "rabo de porco" na proximidade da ponteira onde se produziu a quebra dos fios de armadura e é essa torção ou pelo menos seu aparecimento progressivo que é possível monitorar de acordo com esse primeiro modo de realização.

[0018] É vantajoso cumular essa detecção de torção com o monitoramento de um ou vários parâmetros ligados ao escapamento de gás ao nível da ponteira, e mais precisamente ao nível de uma das válvulas de descarga previstas na ponteira e mais correntemente chamadas de válvulas de retenção de drenagem de gás. De fato, quando o conduto flexível transporta um fluido que contém gases (fluido polifásico), alguns gases se difundem no anular que existe entre a bainha de pressão e a bainha exterior. Esses gases são drenados no anular até as ponteiras onde eles são evacuados por essas válvulas de retenção (geralmente em número de três nas ponteiras). A ruptura dos fios de armadura na ponteira acarreta uma elongação do conduto que solicita a bainha de estanqueidade ao ponto de provocar a ruptura da barreira de estanqueidade da passagem interna do conduto e, portanto, o aumento da passagem gasosa para o anular. Essa realização adicional é, portanto, utilizável em condutos montantes de produção de hidrocarboneto ou de injeção de gás ("gas lift risers"), mas não em condutos montantes de injeção de água. O monitoramento do escapamento gasoso pode ser feito medindo-se para isso um ou vários parâmetros ligados ao escapamento gasoso tais como a freqüência de descarga e/ou o tempo de descarga e/ou a vazão da válvula de retenção por exemplo.

[0019] É possível e mesmo recomendado cumular os dois sistemas de monitoramento para reforçar a segurança da detecção.

[0020] No aparecimento de uma anomalia no monitoramento efetuado, se pode concluir à alteração da resistência das lonas de armaduras de tração devida à ruptura de vários fios que as constituem e assim prevenir o risco de quebra próximo do conduto ao nível da ponteira de maneira a tomar as medidas de proteção e de salvaguarda que se impõem.

[0021] A invenção também se refere ao dispositivo associado ao processo da invenção. Esse dispositivo de monitoramento da resistência de um conduto flexível de transporte de fluido sob pressão ao nível de uma ponteira terminal, o dito conduto compreendendo notadamente uma bainha interior de pressão, lonas de fios de armaduras de tração e uma bainha exterior solidarizadas à ponteira, é caracterizado pelo fato de que ele compreende meios de monitoramento da evolução de um fenômeno ligado à desorganização das lonas de armaduras consecutiva a uma ruptura de vários fios de armadura de tração no interior da ponteira. Esses meios de monitoramento são meios de detecção de um aumento da torção do conduto na proximidade da ponteira.

[0022] Os meios de monitoramento compreendem vantajosamente uma unidade informática encarregada de recuperar e de analisar o sinal enviado pelos meios de detecção de torção do conduto. A mesma unidade informática pode servir para monitorar vários condutos montantes equipados com os ditos meios de monitoramento e para disparar um alarme quando meios de detecção detectaram uma anomalia em um dos condutos monitorados.

[0023] Outras vantagens e características serão colocados em evidência com a leitura da descrição que se segue, em referência à figura anexa que representa esquematicamente uma ponteira terminal de conduto, com destaque parcial, equipada com meios de detecção de acordo com a invenção.

[0024] A figura mostra bastante esquematicamente uma ponteira 1, simétrica em torno de seu eixo longitudinal XX' que coincide com o eixo central do conduto 2. A ponteira, parcialmente recoberta por uma luva enrijecedora 12 (correntemente chamada de "stiffener"), compreende um flange de conexão 3 que permite a fixação a uma plataforma 4. O conduto 2 compreende de maneira conhecida uma carcaça 5 e sua bainha de pressão 6, armaduras de tração 7 e uma bainha exterior 8. Esses diferentes elementos constitutivos são fixados e encastrados no interior da ponteira 1 por diversos meios conhecidos em si, notadamente pelo documento WO 02/39003 ou pelo documento US 6 039 083. Por exemplo, as armaduras podem ser mantidas por colares 7' e embutidas em uma resina. Por outro lado os gases que aparecem no anular do conduto 2 são reunidos em uma linha 9 que se comunica com o exterior por uma válvula escalonada 10 ou válvula de retenção de drenagem de gás (foi representada uma só das três válvulas de retenção habitualmente presentes). Uma válvula de retenção diferencial com estágios é conhecida, por exemplo, pelo documento FR 2 777 966 ou pelo documento US 2 420 370. Esses elementos que são conhecidos em si não necessitam de descrição mais detalhada. Além disso, a invenção não depende da configuração precisa da ponteira e do conduto, mas sim ela pode ser executada em outros tipos de ponteira e de conduto diferentes daquele ilustrado aqui. A descrição da ponteira só é dada a título indicativo de um modo de realização possível no qual pode ser executada a invenção, do mesmo modo que o conduto flexível pode apresentar uma estrutura interna diferente tanto ao nível do número de camadas que o constitui quanto na natureza das mesmas.

[0025] De acordo com o processo de acordo com a invenção de monitoramento da resistência dos fios de armadura 7 ou de sua ancoragem no interior da ponteira, monitora-se a torção suscetível de ser gerada no conduto em razão da desorganização das lonas de armadura, a dita torção do conduto podendo ser detectada ao nível da bainha 8 do conduto 2, na proximidade da ponteira 1. Para isso, equipa-se o conduto flexível 2 com calibres ou extensômetros lineares destinados a detectar a torção do conduto. Esses calibres podem, por exemplo, tomar a forma de uma barra 20 (correntemente chamada de "Smart Rod"®) que é equipada de fibras ópticas de rede de Bragg. O conduto 2 pode assim ser equipado com uma ou várias barras 20 que compreendem cada uma delas vários calibres de deformação e que são destinadas a fornecer a um dispositivo de análise 23 ao qual elas estão ligadas, informações sobre a forma que o conduto flexível 2 toma na proximidade da ponteira. A colocação no lugar da ou das barras e a natureza das mesmas dependem essencialmente das condições de utilização do conduto e da sensibilidade desejada para a detecção. De acordo com o exemplo ilustrado na figura 1, o dispositivo de monitoramento compreende uma barra 20 montada deslizante em colares 21, os ditos colares sendo em número de três e espaçados respectivamente de um passo A (passo da lona de armadura externa) e de um meio passo A/2. Essa barra 20 que é equipada de extensômetros (de rede de Bragg) permite dar informações sobre sua flexão existente em cada um dos intervalos entre os colares 21, informações das quais é possível deduzir a existência ou não de uma torção do conduto 2. O número de barras necessário para o monitoramento de um conduto e a instalação das mesmas ao longo da bainha 8 na proximidade da ponteira 1 depende essencialmente da fineza das informações necessárias para o monitoramento. Essa ou essas barras 20 são ligadas por uma conexão 22 ao dispositivo de análise 23 que por comparação com um limite dado, permite detectar uma torção anormal do conduto 2 e gera um alarme que permite que o usuário antecipe a quebra do conduto flexível ao nível de sua ponteira terminal e portanto preveja uma paralisação de produção e operações de manutenção adaptadas. Essa torção detectada graças aos sensores de extensometria da ou das barras 20 traduz um fenômeno de degradação da resistência dos fios das lonas de armadura 7.

[0026] O princípio dos calibres lineares é bem conhecido, notadamente sob a forma de fibras ópticas de rede de Bragg. Será possível recorrer aos documentos FR 2 791 768 ou WO 99/32862.

[0027] A unidade informática 24 que constitui o núcleo do dispositivo de análise 23 ligado aos calibres lineares situados na barra 20 é programada para fazer a distinção entre deformações pontuais ou transitórias do conduto, ligadas a suas condições de exploração (vagalhão, corrente, ...) e as deformações permanentes que são sintomáticas de uma torção do conduto 2 ligada à degradação das lonas de armadura de tração 7 no interior da ponteira terminal 1.

[0028] A figura representa uma barra 20 munida de calibres lineares que é colocada no exterior do conduto e mesmo parcialmente acima da luva enrijecedora, o que é mais cômodo para colocar o dispositivo de monitoramento em uma instalação existente. Se o dispositivo de monitoramento é previsto desde a origem, é possível integrar o mesmo entre a luva enrijecedora e a bainha externa do conduto. Também é possível integrar os meios de detecção (calibres lineares, ...) no próprio interior do conduto, como no seio das lonas de armaduras ou em outro lugar no conduto na proximidade da ponteira.

[0029] Naturalmente, outros meios de detecção de torção diferentes dos calibres extensométricos são possíveis.

[0030] É possível notadamente combinar a detecção de torção que acaba de ser aplicada com uma detecção de uma variação nos parâmetros ligados ao escapamento do gás drenado no anular do conduto 2. Esse escapamento é efetuado ao nível de uma das válvulas de retenção de drenagem de gás 10 que estão situadas na ponteira terminal 1. Esse monitoramento é efetuado com o auxílio de um dispositivo que compreende meios de detecção 25 (por exemplo, pressostatos) ligados a um dispositivo de análise 23 suscetível de gerar um alarme quando uma variação da freqüência, da vazão ou do tempo de descarga e mesmo da pressão que reina dentro do anular é sintomática de um problema de degradação das lonas de armadura de tração. De fato, essa degradação implica uma ruptura progressiva da estanqueidade da bainha interna ao nível de seu encastramento na ponteira, aumentando o fluxo gasoso do interior da bainha interna para o anular e portanto uma modificação sensível dos parâmetros ligados ao escapamento do gás. Os meios de detecção 25 podem ser constituídos por sensores de pressão ou de vazão suscetíveis de fornecer em tempo real ao dispositivo de análise (unidade informática) informações ligadas a esse escapamento dos gases drenados. Esses sensores 25 podem também medir todos os tipos de parâmetros ligados a esse escapamento que permitem deduzir um aumento significativo do volume de gás drenado para o exterior através da válvula de retenção de drenagem de gás 10. Assim, eles podem medir diretamente o volume de gás drenado ou medir a freqüência de descarga da válvula de retenção e mesmo o tempo de abertura da dita válvula de retenção por exemplo. Por exemplo, os sensores 25 medem a freqüência de descarga e a unidade informática 24 efetua um comparativo nas cinco últimas descargas para deduzir daí informações sobre um possível aumento da freqüência ligado a uma degradação das lonas de armadura de tração.

[0031] Esse processo de monitoramento da resistência de um conduto flexível ao nível de sua ponteira terminal e notadamente de um conduto de tipo "conduto ascendente" (conduto que liga um equipamento submarino a uma instalação de superfície), assim como os dispositivos de detecção associados, encontram vantajosamente sua aplicação nos sistemas de exploração petrolífera offshore existentes sem os quais uma pluralidade de condutos montantes é utilizada. De fato, cada conduto ascendente pode ser equipado de meios de detecção do tipo precedentemente descrito, meios destinados a monitorar a torção do conduto flexível e eventualmente a descarga dos gases ao nível de uma válvula de retenção de descarga da ponteira. O conjunto dos ditos meios de detecção é então ligado a um dispositivo de análise comum que permite a análise dos sinais recebidos para gerar se for necessário um alarme em caso de degradação constatada de uma ou várias lonas de armadura de tração no interior de uma ponteira terminal de um dos condutos montantes.

Claims (8)

1. Processo de monitoramento da resistência de um conduto flexível (2) de transporte de fluido sob pressão ao nível de uma ponteira terminal (1), o dito conduto (2) compreendendo notadamente uma bainha interior de pressão (6), lonas de fios de armaduras de tração (7) e uma bainha exterior (8) solidarizadas à ponteira (1), caracterizadopelo fato de que consiste em monitorar a resistência das armaduras de tração (7) na ponteira (1) monitorando para isso a evolução da torção do conduto flexível (2) na proximidade da ponteira (1) como fenômeno ligado à desorganização das lonas de armaduras consecutiva a uma ruptura de vários fios de armadura de tração no interior da ponteira, o dito monitoramento sendo realizado usando meios para detectar um aumento na torção na proximidade da ponteira.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que monitora-se a torção do conduto flexível (2) com o auxílio de pelo menos um calibre de deformação (20) disposto na bainha externa (8) do conduto.

3. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, para o monitoramento de um conduto flexível (2) cuja ponteira (1) compreende também uma válvula de retenção de drenagem de gás (10), caracterizadopelo fato de que o processo consiste em monitorar a quantidade de escapamento de gás ao nível válvula de retenção (10).

4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizadopelo fato de que esse monitoramento é efetuado medindo-se para isso a variação da freqüência de descarga e/ou do tempo de descarga.

5. Dispositivo de monitoramento da resistência de um conduto flexível (2) de transporte de fluido sob pressão ao nível de uma ponteira terminal (1), o dito conduto compreendendo notadamente uma bainha interior de pressão (6), lonas de fios de armaduras de tração (7) e uma bainha exterior (8) solidarizadas à ponteira, caracterizadopelo fato de que compreende meios de monitoramento da evolução de um fenômeno ligado à desorganização das lonas de armaduras (7) consecutiva a uma ruptura de vários fios de armadura de tração no interior da ponteira (1), esses meios de monitoramento (20, 25) sendo meios de detecção de um aumento da torção do conduto na proximidade da ponteira.

6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que os ditos meios de detecção de um aumento da torção do conduto compreendem calibres de deformação (20).

7. Dispositivo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que os calibres de deformação (20) estão sob a forma de fibras ópticas de rede de Bragg.

8. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado pelo fato de que os ditos meios de monitoramento (20, 25) compreendem uma unidade informática (24) que pode gerar um alarme em função das anomalias detectadas.

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