BRPI0608498A2 - sistema e método para detectar de maneira remota propriedades de uma estrutura submarina - Google Patents

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Abstract

SISTEMA E METODO PARA DETECTAR DE MANEIRA REMOTA PROPRIEDADES DE UMA ESTRUTURA SUBMARINA. Um sistema (100) para detectar de maneira remota propriedades de uma estrutura submarina (108) em um corpo de água (102) que compreende um sensor (110) conectável à estrutura; um primeiro receptor (116) que pode ser posicionado na ou próximo a uma superficie superior do corpo de água na proximidade da estrutura; um primeiro transmissor (114) para transmitir informação de propriedade a partir do sensor para o primeiro receptor; e um segundo transmissor (118) para transmitir a informação de propriedade para um segundo receptor (122) que pode ser localizado em uma localização remota.

Description

"SISTEMA E MÉTODO PARA DETECTAR DE MANEIRA REMOTAPROPRIEDADES DE UMA ESTRUTURA SUBMARINA"
CAMPO DA INVENÇÃO
Esta invenção é relativa, genericamente, a sistemas paradetectar propriedades tais como tensão, deformação ou temperatura que atuamsobre uma estrutura. Mais especificamente, esta invenção é relativa a umsistema para detecção remota de propriedades de uma estrutura submarina.
FUNDAMENTO DA INVENÇÃO
Em alguns ambientes é necessário ou desejável monitorar alocalização e a magnitude de fatores ambientais, tais como cargasselecionadas e/ou temperaturas que atuam sobre uma estrutura física,tipicamente monitorando uma pluralidade de transdutores de força outermopares montados ao longo do comprimento da estrutura. Por exemplo, éaltamente desejável localizar e quantificar tensões localizadas e/oudeformações e/ou temperaturas às quais uma tubulação de petróleo ou gásestá submetida, de forma primária como uma resultante de variações noambiente da tubulação, tal como correntes submarinas ou vibração induzidapor vórtice, de modo que medidas reparadoras possam ser tomadas antes derompimento da tubulação.
Uma maneira de monitorar o desempenho estrutural é medir aresposta de deformação à carga. Deformação pode ser comparada compredições de projeto, e monitorar a mudança em deformação durante serviçopode ser um indicador de degradação estrutural devido a sobrecarga, impacto,degradação ambiental, ou outros fatores.
Forças e/ou temperatura que atuam sobre uma estruturasubmarina podem ser monitoradas localmente com uma conexão direta entreum detector de força e o monitor. Quando o número de localizações queprecisam ser monitoradas aumenta, é necessário haver um aumento nonúmero de monitores locais para determinar o nível de força e/ou temperaturaque atua em cada uma das localizações. Conseqüentemente, existe umanecessidade na técnica por fornecer um sistema prático e efetivo paramonitorar de maneira remota propriedades de uma estrutura submarina.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Um aspecto da invenção fornece um sistema para detectar demaneira remota propriedades da uma estrutura submarina em um corpo deágua, que compreende um sensor conectável à estrutura; um primeiro receptorque pode ser posicionado na ou próximo a uma superfície superior do corpode água na proximidade da estrutura; um primeiro transmissor para transmitirinformação de propriedade a partir do sensor para o primeiro receptor; e umsegundo transmissor para transmitir a informação de propriedade para umsegundo receptor que pode ser localizado em uma localização remota.
Um outro aspecto da invenção fornece um método de detectarde maneira remota propriedades de uma estrutura submarina, que compreendecoletar informação de propriedade em um sensor conectado à estrutura;transmitir a informação a partir do sensor para um primeiro receptor na oupróximo à superfície superior de um corpo de água, e transmitir a informaçãoa partir do primeiro receptor para um segundo receptor posicionado em umalocalização remota.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
A Figura 1 ilustra um sistema para detectar de maneira remotapropriedades de uma estrutura submarina.
A Figura 2 ilustra um sistema para detectar de maneira remotapropriedades de uma estrutura submarina.
A Figura 3 ilustra um sistema para detectar de maneira remotapropriedades de uma estrutura submarina.
A Figura 4 ilustra um conjunto conector.A Figura 5 ilustra um sistema para detectar de maneira remotapropriedades de uma estrutura submarina.A Figura 6 ilustra um sistema para detectar de maneira remotapropriedades de uma estrutura submarina.
A Figura 7 ilustra uma vista em seção transversal de um cabo.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Em uma configuração é divulgado um sistema para detectar demaneira remota propriedades de uma estrutura submarina em um corpo deágua, que compreende um sensor conectável à estrutura; um primeiro receptorque pode ser posicionado na ou próximo a uma superfície superior do corpode água na proximidade da estrutura; um primeiro transmissor para transmitirinformação de propriedade a partir do sensor para o primeiro receptor, e umsegundo transmissor para transmitir a informação de propriedade para umsegundo receptor que pode ser localizado em uma localização remota. Emalgumas configurações o sensor compreende um cabo de fibra óptica. Emalgumas configurações o sistema também inclui um umbilical que podeconectar o primeiro transmissor e/ou o sensor ao primeiro receptor. Emalgumas configurações o primeiro receptor pode ser posicionado em umobjeto flutuante, por exemplo, uma bóia ou um barco. Em algumasconfigurações o segundo transmissor compreende um dispositivo adaptadopara transmitir um sinal no espectro eletromagnético, tal como umtransmissor de radiofreqüência e uma antena; um grande mostrador visívelque pode ser lido da localização remota; uma fonte de luz que pode sermodulada tal como para transmitir código Morse; um transmissor demicroondas e um dispositivo de modulação a laser. Em algumasconfigurações o sensor compreende um cabo de fibra óptica e umapluralidade de grade mentos Bragg. Em algumas configurações o sensorcompreende um cabo de fibra óptica e uma pluralidade de transdutores demicro-dobra. Em algumas configurações a estrutura submarina compreendeuma tubulação, um empilhamento, ou uma fundação. Em algumasconfigurações a localização remota compreende uma plataforma fora da costa.Em algumas configurações o sensor compreende um cabo de fibra óptica, ocabo de fibra óptica sendo conectável a uma fonte de luz, a um receptor deluz, e a um processador para processar a informação. Em algumasconfigurações o sensor compreende um primeiro cabo de fibra óptica ligável àestrutura; um segundo cabo de fibra óptica capaz de atuar como umareferência; uma fonte de luz que pode ser colocada em uma primeiraextremidade do primeiro cabo de fibra óptica e em uma primeira extremidadedo segundo cabo de fibra óptica; e um receptor de luz que pode ser colocadoem uma segunda extremidade do primeiro cabo de fibra óptica e em umasegunda extremidade do segundo cabo de fibra óptica; e um comparador paracomparar os sinais de luz que podem ser recebidos dos primeiro e segundocabos de fibra óptica.
Em uma configuração é divulgado um método de detectar demaneira remota propriedades de uma estrutura submarina, que compreendecoletar informação de propriedade em um sensor conectado à estrutura;transmitir a informação a partir do sensor para um primeiro receptor na oupróximo à superfície superior de um corpo de água, e transmitir a informaçãoa partir do primeiro receptor para um segundo receptor posicionado em umalocalização remota. Em algumas configurações o sensor compreende um cabode fibra óptica. Em algumas configurações transmitir a informação a partir dosensor para o primeiro receptor compreende transmitir por meio de umumbilical. Em algumas configurações o sensor é conectado à estrutura antesque a estrutura seja instalada sob a água. Em algumas configuraçõestransmitir a informação a partir do primeiro receptor para localização remotacompreende alimentar a informação para um transmissor de radiofreqüêncialocalizado na ou próximo a uma superfície superior de um corpo de água, cujotransmissor de radiofreqüência radiodifunde a informação com uma antena.
Em algumas configurações coletar informação de propriedade no sensorcompreende a dobrar um cabo de fibra óptica com uma pluralidade degradeamentos Bragg e medir uma resposta ao dobramento. Em algumasconfigurações coletar informação de propriedade no sensor compreende medira saída de uma pluralidade de transdutores de micro-dobra. Em algumasconfigurações o sensor compreende um cabo de fibra óptica, uma fonte deluz, um receptor de luz e um processador; o método ainda compreendendoenviar um sinal de luz para o cabo de fibra óptica a partir da fonte de luz;receber um sinal de luz modificado a partir do cabo de fibra óptica para oreceptor de luz; e processar o sinal de luz modificado com o processador. Emalgumas configurações o sensor compreende um primeiro cabo de fibra ópticaligado à estrutura e um segundo cabo de fibra óptica que atua como umareferência, um receptor de luz, um processador, e um comparador, o métodoainda compreendendo enviar sinais de luz para os primeiro e segundo cabosde fibra óptica em uma primeira extremidade do primeiro cabo de fibra ópticae uma primeira extremidade do segundo cabo de fibra óptica; receber os sinaisde luz modificados a partir dos primeiro e segundo cabos de fibra óptica noreceptor de luz em uma segunda extremidade do primeiro cabo de fibra ópticae em uma segunda extremidade do segundo cabo de fibra óptica; processar ossinais de luz modificados com processador, e comparar os sinais de luzmodificados recebidos a partir dos primeiro e segundo cabos de fibra ópticacom um comparador.
Fazendo referência agora à Figura 1, em uma configuração dainvenção está ilustrado o sistema 100 para detectar de maneira remotapropriedades de uma estrutura. O sistema 100 inclui um corpo de água 102com um fundo 104 que inclui uma porção canal 106. A estrutura submarina108, por exemplo uma tubulação ou uma fundação, corre ao longo do fundo104 e cruza o canal 106. Porções do corpo de água 102 estão acima daestrutura 108 e abaixo da estrutura 108 dentro do canal 106. O sensor 110, porexemplo, um cabo de fibra óptica, acelerômetros, ou termopares estãoconectados a estruturas 108 na área da estrutura 108 que cruza o canal 106. Osensor 110 é ligado ao conector 112. O primeiro transmissor 114, porexemplo, um umbilical ou cabo de fibra óptica, é ligado ao conector 112 eprimeiro receptor 116, que pode ser localizado em um objeto flutuante, porexemplo, uma bóia ou um barco. O primeiro receptor 116 pode ser conectadoao segundo transmissor 118, por exemplo, um transmissor RP conectado auma antena ou um prato satélite, que transmite informação sobre aspropriedades da estrutura 108 coletadas pelo sensor 110 para a plataforma120, a qual tem receptor 122, por exemplo uma antena ou prato satélite parareceber a informação.
Em algumas configurações da invenção o sensor 110 é umcabo de fibra óptica e o conector 112 inclui uma fonte de luz para transmitirluz para o cabo de fibra óptica 110, e um receptor para coletar e analisarreflexões a partir do cabo de fibra óptica 110.
Em algumas configurações da invenção o sensor 110 e oprimeiro transmissor 114 são um cabo de fibra óptica, e o primeiro receptor116 inclui uma fonte de luz e um receptor de luz para passar e receber umafonte de luz através do primeiro transmissor 114 e cabo de fibra óptica 110,para analisar propriedades da estrutura 108.
Em algumas configurações da invenção o conector 112 e oprimeiro transmissor 114 incluem um mecanismo para transmissão sem fio dainformação de deformação para o primeiro receptor 116, por exemplotransmissão acústica, tal como telemetria através do corpo de água 102.
Em algumas configurações da invenção o primeiro receptor116 e o segundo transmissor 118 são adaptados para transmitir informaçãopara um outro receptor e/ou antena na costa.
Em algumas configurações da invenção o primeiro receptor116 inclui uma fonte de luz e um receptor de luz para transmitir um sinal deluz através do primeiro transmissor 114 e sensor 110, que podem ser cabos defibra óptica separados ou um único cabo de fibra óptica alimentado através doconector 112.
Em algumas configurações da invenção o sistema de medição100 incorpora fibras ópticas de vidro ou fibras ópticas de plástico de grandedeformação 110, ligados de maneira integrada ao exterior de uma estruturametálica ou composta 108, utilizando um agente de ligação tal como epóxi ouum suporte ou grampo e protegidas do ambiente que inclui água do mar edanos de serviços por meio do agente de ligação e opcionalmente umacamada adicional de polímero, ou material como borracha.
Em algumas configurações da invenção deformações axiaispodem ser medidas utilizando um método de fibra óptica de ReflectrometriaÓptica no Domínio de Tempo (OTDR) colocando fibras ópticas 110 ao longodo eixo da estrutura 108, começando em uma extremidade e atravessando atéa outra extremidade e, se necessário, fornecer resolução maior de deformação;enrolar a fibra óptica 110 para trás e para frente quantas vezes necessário paraamplificar a magnitude do deslocamento.
Em algumas configurações da invenção um método que utilizaReflectrometria Óptica no Domínio de Tempo (OTDR) com fibra óptica éfornecido para medir deformações médias em uma estrutura metálica outubular composta 108 que inclui medição de deformações circunferenciaismédias, bem como deformações axiais médias sobre um longo comprimentoda estrutura 108 que inclui de extremidade para extremidade.
Em algumas configurações da invenção, um método de fibraóptica de Gradeamento de Difração Bragg é utilizado para medir deformaçõeslocais em uma estrutura 108 em qualquer direção, seja circunferencial ouaxial, ou em qualquer ângulo com o eixo do tubo, determinada por projeto outeste como sendo críticas.
Em algumas configurações da invenção o sistema 100 éfornecido para determinar concentrações de deformação e anomalias locaismedindo deformações médias, sejam circunferenciais ou axiais, ou qualquerângulo com o eixo da estrutura 108 utilizando o método de medição dedeformação de Reflectometria Óptica no Domínio de Tempo (OTDR) comfibra óptica. Em algumas configurações da invenção a fibra óptica 110 éligada à estrutura 108 utilizando um agente de ligação tal como epóxi ou umgrampo, e para proteger a fibra óptica 110 por meio do agente de ligação ecom uma camada protetora exterior adicional de polímero ou material comoborracha.
Em algumas configurações da invenção pode ser fornecido umtrajeto contínuo de fibra óptica até a superfície, por exemplo, até umprocessador em um objeto flutuante, que também inclui primeiro receptor116. Em algumas configurações da invenção o processador pode estarlocalizado no conector 112 e uma fiação 114 ou telemetria remota pode serutilizada para transferir o sinal óptico até a superfície, por exemplo, para oprimeiro receptor 116. O primeiro receptor 116 e o segundo transmissor 118podem ser utilizados para transferir e amplificar o sinal, por exemplo, para aplataforma 120 com uma antena 122.
Em algumas configurações da invenção sensores de fibraóptica com gradeamentos Bragg podem ser utilizados. O sistema 100 podeincluir uma fibra óptica 110 enrolada ao longo de uma linha helicoidal sobre otubo 108. A fibra óptica 110 pode ser dotada de um número de sensores, porexemplo gradeamentos Bragg, ou transdutores adaptados para refletir luz comdiferentes comprimentos de onda. Uma fonte de luz no conector 112 emite luzcom uma grande faixa de comprimentos de onda para a fibra 110. Quando osdiferentes gradeamentos Bragg refletem luz, por exemplo, de volta para oconector 112, com diferentes comprimentos de onda, mudanças induzidas pordeformação em diferentes gradeamentos irão indicar amplitude e a posição dadeformação fornecida como mudanças no espectro da luz refletida.
Em algumas configurações da invenção um grande número demonitores de deformação, por exemplo, transdutores de micro-dobra ouacelerômetros, podem ser monitorados a partir de uma única estação demonitoramento. O comprimento da estrutura 108 que pode ser monitorado,pode ser uma função da qualidade da fibra óptica 110, do número detransdutores instalados ao longo da fibra, e da intensidade do sinal de luz. Emalgumas configurações da invenção uma pluralidade de fibras ópticasparalelas são fornecidas ao longo da estrutura 108. A pluralidade de fibraspode ser monitorada simultaneamente ou em seqüência com um únicorefiectômetro óptico no domínio de tempo comutando o sinal de luz pulsadode uma fibra para uma outra e refletindo a luz dispersada para trás a partir detodas as fibras para um fotodetector.
Em algumas configurações da invenção monitores dedeformação adequados incluem transdutores de micro-dobra, por exemplo talcomo divulgado na Patente U.S. 4.477.725 aqui incorporada para referênciaem sua totalidade. Em algumas configurações da invenção transdutores demicro-dobra podem operar movendo um feixe flexível ligado à estrutura 108em resposta à presença da força que atua sobre a estrutura em relação a umaviga rígida que não se move. Quando esta força move a viga flexível nosentido da vida rígida, blocos transdutores podem ser movidos no sentido oupara longe um do outro, para engatar e dobrar a fibra óptica 110. Taldobramento ou micro-dobramento provoca a atenuação localizada de luztransmitida e dispersada para trás, onde uma porção da luz pode serdispersada a partir de um núcleo de fibra para um revestimento de fibra. Aatenuação de luz dispersada para trás pode ser localizada e quantificada pormeio de um fotodetector ou um refiectômetro óptico no domínio de tempo.
Em algumas configurações da invenção a fibra óptica 110inclui um núcleo transparente de um material vidro ou plástico adequado, quepode ser carregado dentro de um revestimento cilíndrico relativamente finoque tem um índice de refração menor do que o índice de refração do núcleo.
Quando um sinal de luz tal como um feixe colimado gerado por um laser 112é focalizado sobre uma extremidade da fibra, o núcleo da fibra funciona comouma guia de onda para transmitir ou propagar um sinal de luz através donúcleo, com perdas internas de intensidade relativamente pequenas outransmissão do sinal para o revestimento. Voltas graduais ou dobras na fibra110 podem ter um pequeno ou nenhum efeito sobre a transmissão do sinal deluz, permitindo com isto transmissão do sinal de luz através da fibra 110 paraemissão na extremidade oposta da fibra, a despeito do número de dobras evoltas. Dobras relativamente curtas na fibra óptica 110 podem ter um efeitosignificativo sobre a transmissividade do núcleo de fibra. A presença de umadobra curta que tem um período da ordem de alguns milímetros, comumentereferida como uma micro-dobra, pode resultar em uma atenuação do sinal deluz propagado que surge por dispersão de uma porção do sinal a partir donúcleo de fibra para o revestimento, a partir de onde a maior parte da porçãode luz dispersada é perdida finalmente para o ambiente circundante.
Em algumas configurações o conceito micro-dobramento defibra óptica 110 pode ser utilizado como um mecanismo transdutor parasensoriar e quantificar essa força que atua sobre a estrutura física 108. Nestetipo de aplicação, um transdutor de micro-dobra é montado na estrutura 108para movimento com ela em resposta à força para induzir micro-dobramentoda fibra óptica 110. O micro-dobramento provoca uma atenuação detectável eum sinal de luz que atravessa as fibras 110, e no qual o grau de atenuação éindicativo da magnitude da força.
Em algumas configurações a fibra óptica 110 pode serutilizada para fornecer um método confiável "in situ" para medir não somentevalores de deformação de pico, mas também a resposta dinâmica impostadurante carregamento, por exemplo, devido às fortes correntes oceânicas taiscomo correntes em alça ou tensão da linha de amarração. A fibra óptica 110também pode ser utilizada para medir a temperatura, o que pode ser deinteresse para operações de exploração e produção. Tecnologia de fibra ópticaadequada inclui Reflectrometria Óptica no Domínio de Tempo (OTDR) emétodos de difração de gradeamento Bragg para medição "in situ" dedeformação e/ou temperatura. Gradeamentos Bragg podem ser utilizados parafazer medições locais de tensão e/ou temperatura, enquanto o método deReflectrometria Óptica no Domínio de Tempo pode ser utilizado para fazermedições de deformação global, tal como deformação média sobre ocomprimento de uma estrutura. Uma OTDR pode medir posições espaciais aolongo de uma fibra óptica lançando breves pulsos de luz em uma extremidadeda fibra e então detectando as reflexões subseqüente em interfaces físicasinseridas ao longo do comprimento da fibra. Medindo o tempo de trânsito dospulsos refletidos e conhecendo a velocidade na qual a luz viaja na fibra óptica,uma medida muito precisa da distância até cada interface refletora pode serconseguida. Se uma seção de medição sofre uma deformação, daí muda aposição espacial da interface ao longo da fibra, medição da mudança decomprimento é uma medição indireta da deformação média no componente.
Uma única fibra óptica pode ser utilizada para medir deformações em mais doque uma localização impondo superfícies refletoras adicionais ao longo docomprimento da fibra óptica em combinação com algoritmos de software sobmedida para medir deformação entre cada interface refletora adjacente.
Medição da deformação longitudinal em uma estrutura de tubo forneceinformação valiosa a respeito do estado de "adequação para serviço" daestrutura quando comparada à permissões de projeto e condições esperadas.
Movimentos dinâmicos induzidos por vórtice podem ser impostos porcorrentes oceânicas em estruturas submarinas. Ambas as técnicas, OTDR eGradeamento de Difração Bragg, podem ser utilizadas para medir asdeformações de dobramento impostas por VIV em estruturas marinhas fora dacosta. Colocando um ou mais sensores de fibra óptica em diferenteslocalizações, por exemplo, em lados diametralmente opostos do tubo, oudeslocadas por um ângulo desde 90 até 270 graus, pode-se determinar asdeformações devido ao dobramento, que ocorrem durante a vibração dinâmicaimposta pelas correntes oceânicas, por exemplo VIV. Uma vez que a direçãode dobramento não é conhecida, diversas fibras ópticas podem serintroduzidas no tubo para ser assegurada a obtenção do efeito de dobramentomáximo.
Em algumas configurações da invenção um extrator de modo éfornecido com fibra óptica 110, por exemplo, em uma localização de umamicro-dobra ou gradeamento para extrair a porção da luz dispersada para orevestimento de fibra, e com isto impedir reflexão desta luz de volta para onúcleo de fibra. Este extrator de modo pode ser uma substância que tem umaconfiguração externa genericamente irregular e um índice de refraçãogenericamente correspondido com, ou maior do que o índice de refração dorevestimento de fibra, tal que a luz propagada no revestimento é transmitidapara a substância extratora, onde ela é finalmente perdida. Alternativamente,o extrator de modo pode ser fornecido na forma de um revestimentosuperficial oticamente negro colocado diretamente sobre a fibra 110, porexemplo, na micro-dobra ou gradeamento, para absorver a porção da luzdispersada para o revestimento de fibra.
Em algumas configurações da invenção é ainda desejávelimpedir dobramento da fibra óptica 110 além de uma amplitude selecionada,para impedir tensão excessiva sobre a fibra e para impedir atenuaçãoexcessiva que poderia obscurecer a detecção de micro-dobramento induzidopor outros transdutores ao longo do comprimento da fibra. Este controle podeser fornecido por um ou mais batentes.
Em algumas configurações da invenção diversos transdutorespodem ser instalados em uma relação em cascata e espaçada de maneirapróxima sobre uma estrutura 108, na qual os transdutores em cascata sãoadaptados para resposta para movimento da tubulação em diferentes direções.Se desejado, indicadores de posição tais como acoplamentos de fibra quecriam pontas de reflexão para detecção pelo foto-detector, podem serinterpostos entre transdutores selecionados para permitir a identificaçãoprecisa do transdutor particular que responde a movimento da tubulação.
Em algumas configurações da invenção o sistema 100 incluiprimeiro receptor 116 que inclui um computador e uma caixa óptica negra112 localizada no fundo do mar e uma cabo óptico multi-feixe 110 que seestende para baixo pelo comprimento da estrutura. Uma pluralidade desensores pode ser conectada ao cabo óptico 110 para registrar as deformaçõesna estrutura 108, as quais são transferidas para a caixa óptica negra 112 ecomputador em tempo real. A magnitude e direção da deformação principal, eo número de ciclos de tensão-deformação podem ser comparados eacumulados como fadiga total. A fadiga acumulada pode ser comparada acurvas SN conhecidas de metais, estabelecidas para produzir umapercentagem de vida fatigada utilizada. O computador pode ser umcomputador pessoal de prateleira (PC) ou tipo estação de trabalho DAQ (deaquisição de dados) que depende da quantidade de interpretação de dados,manipulação, ou armazenagem requeridas. A caixa óptica negra 112 pode serconstruída sob medida, comprada ou pode ser obtida de companhias comoAstro Technology, uma especialista em tecnologia de fibra óptica baseada emHouston, Texas, USA. Ela pode fornecer a fonte de luz, interrogar o sinal paraentender as mudanças em freqüências que podem estar relacionadas de volta amudanças instantâneas nas fibras ópticas (e medidores de deformação) e podecompensar efeitos conhecidos nos sinais provocados por efeitos detemperatura. O cabo óptico de diversos filamentos 110 pode ser montado decomponentes filamentos de fibra óptica é reforçado e protegido podendo serobtido de companhias de cabos como McArtney em Houston, Texas, USA, detal modo que ele é protegido para o ambiente projetado, em diâmetrospráticos de cerca de 1 até 2 cm, e comprimentos de cerca de 10 até cerca de5.000 metros, como a localização particular requeira.Em algumas configurações da invenção o primeiro transmissor114 pode fornecer energia para o conector 112 e sensor 110. Em algumasconfigurações da invenção podem ser fornecidos diversos umbilicais,conectores, e monitores de deformação ligados a um único primeiro receptor116. Em algumas configurações da invenção o conector 112 e sensor 110podem ter uma fonte de energia local, por exemplo, uma bateria ou um cabode energia, ou podem ser conectados a um dispositivo submarino de geraçãode energia.
Em algumas configurações da invenção um objeto flutuanteque abriga o primeiro receptor 116 pode ser conectado a amarrações, porexemplo, cabos de aço ou cabos de poliéster. Em algumas configurações dainvenção as amarrações de bóia podem ser conectadas ao fundo 104 ouancoradas a uma estrutura ou estrutura 108.
Em algumas configurações da invenção o primeiro receptor116 pode incluir hidrofones para ouvir sinais a partir do conector 112, bateriasou um gerador para fornecer energia, e/ou transmissores para enviar sinaispara a plataforma 120 e/ou para a praia.
Transmissores podem ser qualquer transmissorcomercialmente disponível RF (de radiofreqüência) capaz de transmitir umsinal de dados no mínimo cerca de 5 quilômetros, por exemplo cerca de 10 a50 km.
Em algumas configurações da invenção o primeiro receptor116 pode incluir um reservatório de um hidrato inibidor e um umbilical parainjetar o inibidor na estrutura 108.
Fazendo referência agora à Figura 2, em algumasconfigurações da invenção o sistema 200 está ilustrado. O sistema 200 incluium corpo de água 202 que tem um fundo 204 que define um canal 206. Aestrutura 208 corre através do canal 206. O sensor 210 é conectado à estrutura208 na área de canal 206, e o monitor de referencia 200 também correadjacente ao sensor 210. O sensor 210 e a referência 211 são conectados naprimeira extremidade ao conector 213A e na segunda extremidade aoconector 213B. O umbilical 214 é conectado ao conector 213B e bóia 216. Abóia 216 inclui antena 218 para transmitir informação de deformação relativaà estrutura 208 para a antena 222 na plataforma remota 220.
Em algumas configurações da invenção o conector 213 A podeincluir uma fonte de luz para transmitir luz para o sensor 210 e referencia 211,e o conector 213B pode incluir um receptor de luz para receber sinal de luz apartir do sensor 210 e referencia 211, e um comparador para comparar ossinais de luz para determinar deformação na estrutura 208.
Em algumas configurações da invenção um ou mais do sensor210, referencia 211 e/ou umbilical 214, são cabos de fibra óptica.
Fazendo referência agora à Figura 3, em algumasconfigurações da invenção, o sistema 300 para monitorar propriedades deuma estrutura, está ilustrado. O sistema 300 inclui corpo de água 302 que temfundo 304 com canal 306. A estrutura 308 cruza o canal 306. O cabo 310 éconectado à estrutura 308 e sensores 308 são fornecidos ao longo docomprimento do cabo 310. A saída dos sensores 311 é alimentada através docabo 310 para o conector 312. O umbilical 314 é conectado ao conector 312 ebóia 316 que tem antena 318. Informação da estrutura 380 é passada daantena 318 para a antena 322 na plataforma remota 320.
Em algumas configurações da invenção sensores 311 podemser gradeamentos Bragg conectados a um cabo de fibra óptica 310.
Em algumas configurações da invenção sensores 311 podemser acelerômetros. Em algumas configurações da invenção sensores 311podem ser termopares ou termômetros.
Em algumas configurações da invenção sensores 311 podemser transdutores de micro-dobra conectados à fibra óptica 310.
Em algumas configurações da invenção existem cerca de 10até 25 sensores 311 por fibra óptica 310. Cada sensor 311 pode medir adireção da deformação, seja circunferencialmente e/ou longitudinalmente, e amagnitude da deformação para a estrutura 308 em tensão e/ou emcompressão. Um espaçamento adequado entre cada um dos sensores 311 podeser cerca de 2 até 100 m.
Em algumas configurações da invenção sensores 311 podemser instalados em uma estrutura existente 308 utilizando uma placa encurvadainstrumentada, que é ligada à estrutura 308 com epóxi submarino. As placaspodem ser colocadas ao longo do comprimento da estrutura 308 manualmenteou utilizando um ROV submarino (veículo operado de maneira remota). Aplaca encurvada deveria ser de um material compatível, tal como açoresistente à corrosão ou alumínio, e espaçada em distâncias tais como cerca de3 até 15 metros.
Em algumas configurações da invenção os sensores 311podem ser instalados submarinos utilizando um conceito de retro-limpeza. Oconceito de retro-limpeza utiliza grampos, instrumentados com sensores 311,que são fixados à estrutura existente 308. O grampo fornece força decompressão suficiente para atuar como uma seção composta com as estruturas308. Com este método os sensores 311 no grampo podem monitorar asdeformações experimentadas pelos grampos. As deformações sobre osgrampos são registradas, permitindo que a amplitude e o número de ciclos detensão-deformação da estrutura 308 sejam calculados. A amplitude e onúmero de ciclos de tensão-deformação juntamente com a curva SN (tensãocontra número de ciclos para falha) da estrutura 308 permitem que a fadiga evida restante da estrutura 308 sejam calculadas. Em geral, a avaliação defadiga pode rastrear o número (eixo-"N" na curva SN) de faixas de tensão(eixo "S" na curva SN) durante um período de tempo para determinar aacumulação de dano ou fadiga. A curvas SN podem ser determinadasexperimentalmente de relações de falha por fadiga entre faixa de tensão enúmero de ciclos. Existem inúmeros tipos de curvas SN que podem ser umafunção do material (tipo de aço) ou detalhe (como a parede de tubo oulocalização de solda).
Em algumas configurações da invenção um problema deestruturas submarinas 308 é a vibração induzida por vórtice (VIV). Umamaneira de reduzir VIV é aumentar o amortecimento inerente da estrutura.Buchas complacentes podem ser incluídas na interface entre juntas de tubo.Cristas helicoidais, capotas ou diversos arranjos de coifas ou outrosdispositivos de supressão de vórtice podem ser instalados ao redor daestrutura 308. Dispositivos de supressão de vórtice podem ser utilizados emconjunto com a fibra óptica 310 onde um canal ou sulco para a fibra ópticapode ser fornecido sob as cristas helicoidais ou sob as capotas.
Fazendo referência agora à Figura 4, em algumasconfigurações da invenção o conector 412 está ilustrado. O conector 412inclui fonte de luz 412a, receptor de luz 412B, espelho de um sentido 412C econector 412D. Em operação, a fonte de luz 412A passa um feixe de luzatravés do espelho 412C para o cabo de fibra óptica 410. Reflexões a partir docabo de fibra óptica 410 são recebidas no conector 412 r refletidas peloespelho 412C para o receptor de luz 412B. O receptor de luz 412B entãopassa resultados pela conexão 412D para o umbilical 414.
Em algumas configurações da invenção a fonte de luz 412Aproduz uma luz pulsada, por exemplo em um intervalo constante, tal como umlaser pousado ou uma luz estroboscópica.
Em algumas configurações da invenção a fonte de luz 412Aproduz uma corrente de luz constante, por exemplo um laser ou uma ampolade luz.
Em algumas configurações da invenção o receptor de luz 412Binclui um mecanismo para decodificar feixe de luz recebido e produzirinformação que pode ser passada para o conector 412D.Em algumas configurações da invenção o receptor de luz 412Bé conectado ao cabo de fibra óptica 412D e o cabo de fibra óptica 414 parapassar luz recebida da fibra óptica 410 diretamente para um umbilical 414.
Em algumas configurações da invenção um refiectômetroóptico no domínio de tempo (OTDR) 412 inclui uma fonte de luz 412a paralançar um sinal de luz pulsado através da fibra 410, e um foto-detector 412bpara detectar a intensidade da luz dispersada para trás refletida de voltaatravés da fibra 410 como uma função de tempo, para fornecer uma indicaçãode intensidade de luz dispersada para trás para cada ponto ao longo docomprimento da fibra 410.
Em algumas configurações da invenção uma ou mais micro-dobras e/ou gradeamentos Bragg podem ser fornecidos na fibra 410, fazendocom que uma porção da luz transmitida e dispersada para trás seja perdidae/ou refletida a partir da fibra 410 em cada micro-dobra e/ou gradeamento.
Esta atenuação e/ou reflexão na intensidade em luz dispersada de volta emcada micro-dobra e/ou gradeamento pode ser sensoriada pelo foto-detector412b que indica a localização e magnitude da mudança, identificando comisto a localização e magnitude da força que atua sobre a estrutura.
Fazendo referência agora à Figura 5 que é uma vista lateral dotubo metálico composto 508 que indica o posicionamento do aparelho de fibraóptica 510 utilizado para fornecer medições de deformação e/ou detemperatura. A fibra óptica axial 510 é posicionada ao longo do eixo do tubometálico ou de composto 508, onde a fibra óptica de vidro ou plástico 510pode ser gravada para fornecer capacidades consistentes com cada mediçãoou de reflectometria óptica no domínio de tempo ou gradeamento de difraçãoBragg. A fibra óptica de reflectometria óptica no domínio de tempo 510 podeter uma interface refletora 512 na extremidade da fibra tornando possível umcomprimento de medição de todo o comprimento do tubo metálico ou decomposto 508. O gradeamento de difração Bragg 514 é um gradeamentolocalizado da ordem de cerca de 1 a 10 cm em comprimento e assim fornecemedições de deformação local. A fibra óptica circunferencial 516 é localizadapara fornecer dados de deformação ao redor das direções circunferencial oufora de eixo em relação à orientação axial do tubo 508. Como com a fibraóptica orientada axialmente 510, medições de deformação podem ser feitasutilizando ou técnicas de Reflectometria Óptica no domínio de tempo outécnicas de gradeamento de difração Bragg e gravações de fibra óptica.
As fibras ópticas 510, 516 pode ser colocadas sobre o exteriorde um tubo metálico ou de composto 508 que segue a fabricação estrutural dotubo. As fibras ópticas 510 e 516 podem ser ligadas utilizando um adesivo talcomo epóxi diretamente ao tubo 508, e uma camada externa protetora ebarreira a fluido 518 pode ser depositada sobre as fibras ópticas 510 e 516para protegê-las ainda mais de impacto e do ambiente. Proteção similar podeser fornecida na transição das fibras ópticas 510 e 516 para a caixa deconexão de fibra óptica 520, por exemplo, superpondo as fibras ópticas commaterial polimérico ou elastomérico.
Um tubo metálico ou de composto 508 pode ser conectado atubos adjacentes utilizando uma conexão extrema rosqueada, uma solda, ouum outro método de conexão adequado. Em uma proximidade junto a umaextremidade está localizada uma caixa de conexão de fibra óptica 520, a qualserve como um ponto de terminação para fibras ópticas e/ou serve como ajunção de conexão para transferir sinais ópticos a partir de um tubo para opróximo tubo, e eventualmente para a superfície para um processador, porexemplo, se um instrumento de reflectometria óptica no domínio de tempo ougradeamento de difração Bragg é utilizado para processar os dados. Emalgumas configurações da invenção um processador é localizado na caixa deconexão 520, por exemplo, um Instrumento Óptico no Domínio de Tempo ouum instrumento de Gradeamento de Difração Bragg, cujo processador entãodigitaliza os dados e os envia para a superfície, por exemplo, com telemetriaeletrônica ou fiação.
Fibras ópticas de vidro ou poliméricas 510 podem serposicionadas em localizações selecionadas na superfície exterior da estruturade tubo metálico ou de composto 508. Genericamente fibras de vidro têmatenuação mais baixa do que fibras poliméricas e podem ser utilizadas paramedir pequenas deformações (menores do que aproximadamente 1 por cento)enquanto fibras ópticas plásticas tais como poli metil metacrilato ouperfluorocarboneto, que têm capacidades de deformação excedendo 5 porcento e atenuação relativamente baixa para fibra óptica polimérica, podem serutilizadas para medições de deformação maior.
A deformação axial no corpo do tubo 508 pode ser medida emuma região local discreta utilizando Gradeamentos de Difração Bragg 514,enquanto a deformação média sobre uma seção mais longa do tubo 508 podeser medida utilizando um método de medição de deformação deReflectometria Óptica no Domínio de Tempo (OTDR). O método OTDRmede o tempo de vôo para luz refletida de interfaces refletoras colocadas emlocalizações selecionadas ao longo do comprimento da fibra óptica 510, eassim mede diretamente, através de calibração, a mudança no comprimentoentre as duas interfaces. Estas interfaces de reflexão de luz podem sercolocadas para fornecer medições de deformação de comprimentos curtos,bem como de comprimentos longos. Em algumas configurações da invençãoas interfaces refletoras poderiam ser colocadas em cada extremidade da fibraóptica 510 posicionadas desde uma extremidade até outra extremidade dotubo 508, e assim fornecer uma medição de deformação da deformação médiasobre todo o comprimento do tubo 508. Em algumas configurações dainvenção, se precisão maior é necessária, a fibra óptica 510 poderia atravessarpara trás e para frente de extremidade para extremidade do tubo 508, tantasvezes quanto necessário para fornecer um comprimento de medição maior emais longo.Gradeamentos de Difração Bragg 514 podem ser gravados emuma fibra óptica 510, a qual pode ser utilizada para medir anomalias dedeformação locais em localizações selecionadas ao longo do comprimento dotubo 508. Uma única fibra óptica 510 pode ter diversos gradeamentos dedifração 514 gravados sobre ela, por exemplo, desde cerca de 0 até 20, atécerca de 2 até 15. Como é conhecido na técnica, o sistema de aquisição dedados pode interrogar individualmente cada gradeamento 514 e assimfornecer diversas medições de deformação local utilizando a mesma fibraóptica 510.
Em algumas configurações da invenção luz será refletida degradeamentos Bragg 514 e a luz refletida é alimentada através da fibra 510 nosentido do conector 520 que mede o espectro do sinal refletido. Ocomprimento de onda destas reflexões é exclusivamente o fornecido peloperíodo do gradeamento 514, e assim a deformação da estrutura 508 adjacentea cada gradeamento Bragg 514. O efeito da deformação no gradeamentoBragg pode ser determinado antecipadamente por meio de calibração. Destamaneira, cada gradeamento Bragg 514 irá funcionar como um sensor dedeformação. Se a reflexão sem estimulação externa dos sensores ougradeamento de Bragg 514 é conhecida, mudanças na reflexão podem serutilizadas para detectar mudanças de deformação nos gradeamentos 514 e/ouestruturas 508.
Em algumas configurações da invenção gradeamentos Bragg514 podem ser fornecidos com características de reflexão diferentes, porexemplo, fornecidas por diferentes constantes de gradeamento, de modo quecada mudança pode indicar em que sensor e assim em que posição ao longoda estrutura 508 houve a mudança.
Em algumas configurações da invenção o sinal emitido a partirdo conector 520 pode ser pulsado, de modo que o tempo de chegada para opulso recebido pode indicar a posição ao longo da estrutura 508. Isto poderequerer alguma filtragem de sinais não desejados, uma vez que podemocorrer algumas reflexões entre os gradeamentos Bragg 514.
Em algumas configurações da invenção a extremidade da fibra512 pode ser dotada de dispositivo para evitar reflexões de volta para oconector 520. Em outras configurações da invenção, uma vez que a distânciaaté a extremidade 512 pode ser bem definida, esta reflexão se o sinal emitidoé pulsado, pode ser removida no sistema detector.
Em algumas configurações da invenção um número de fibrasópticas pode ser utilizado, no qual cada uma compreende um ou maissensores. Estas fibras e o sensores podem ser superpostas longitudinalmente.
Em algumas configurações da invenção métodos adequadospara fazer gradeamentos Bragg 514 em uma fibra óptica 510 incluem difusão,utilização de laser, e outros, como são conhecidos na técnica.
Em algumas configurações da invenção sensores deGradeamento de Fibra Bragg (FBG) 514 registram deformações em pontosespecíficos na fibra óptica 510. Pequenos sulcos podem ser cortados nasuperfície da fibra 510 o que faz um sensor que tem cerca de 1 até 5 cm decomprimento. Quando uma deformação é aplicada ao sensor 514 a freqüênciade luz que atravessa o sensor é deslocada. O deslocamento em freqüência éproporcional à deformação aplicada, a luz pode ser interrogada e adeformação no sensor 514 calculada. Cada sensor pode ser sensível a umabanda de freqüência particular. Multiplexação confere a sensores freqüênciasdiferentes que permitem que diversos sensores sejam colocados em cadafibra. Utilizando multiplexação e diversas fibras ópticas, centenas de sensorespodem ser utilizados em cada sistema para registrar medição de deformaçãopróxima de contínua ao longo da estrutura 508.
Fazendo referência agora à Figura 6, em algumasconfigurações da invenção o sistema de fibra óptica 600 está ilustrado parautilização na detecção localização e quantificação de forças que atuam aolongo do comprimento de uma estrutura alongada 608. O sistema 600 estáilustrado de modo particular para utilização no monitoramento de forças taiscomo tensões estruturais que atuam ao longo do comprimento de umatubulação de petróleo ou gás, embora o sistema 600 possa ser adaptado paramonitorar outros tipos de forças e outros tipos de estruturas. Como mostrado,o sistema de fibra óptica 600 inclui uma pluralidade de monitores dedeformação 611, por exemplo, transdutores de micro-dobra e/ougradeamentos Bragg, montados em posições discretas espaçadaslongitudinalmente ao longo do comprimento da estrutura 608, em umamaneira de induzir uma mudança de uma fibra óptica 610 em resposta àpresença de tensão e/ou deformação localizada que atua sobre a tubulação608. Esta mudança da fibra 610 resulta em uma atenuação e/ou reflexão deluz guiada através da fibra 610, na qual a mudança de luz em um ou mais dosmonitores 611 é localizada e quantificada simultaneamente por umprocessador 612b, por exemplo, um reflectômetro óptico no domínio detempo (OTDR) ou um computador posicionado em uma estação demonitoramento conveniente 612.
Em algumas configurações da invenção o sistema de fibraóptica 100 pode ser utilizado para medição remota de forças tais como tensõesem número de posições discretas ao longo do comprimento da tubulação 608.Forças localizadas, às quais a tubulação 608 está submetida, podem sermonitoradas, tais como tensões estruturais que atuam sobre a tubulação, queresultam de maneira primária de uma combinação de condições ambientaismutantes e/ou deslocamento graduais em elevação, de modo que a açãocorretiva adequada pode ser tomada para aliviar a tensão antes de arriscar aquebra da tubulação. Este tipo de sistema de monitoramento pode serutilizado com tubulações que passam através de áreas remotas.
Em algumas configurações da invenção o sistema óptico 600fornece um sistema prático e efetivo para monitoramento da tubulação 608em um grande número de posições individualmente selecionadas 611espaçadas ao longo de um comprimento da tubulação, no qual as posiçõespodem ser monitoradas por meio da utilização de um dispositivo demonitoramento 612 para identificar a localização e magnitude da tensão.
Quando tensão excessiva é detectada em uma dada localização, operadorespodem prosseguir diretamente para a localização indicada, para tomar a açãoapropriada para aliviar a tensão.
Em algumas configurações da invenção o sistema 600 se apóiana utilização de fibra óptica em combinação com monitores de deformaçãorelativamente simples e confiáveis 611, por exemplo, transdutores de micro-dobra e/ou gradeamentos Bragg. A fibra óptica 610 se estende ao longo docomprimento da tubulação 608 através de uma pluralidade de monitores dedeformação 611. Estes monitores de deformação 611 são montadosfisicamente na tubulação 608, em posições selecionadas espaçadaslongitudinalmente, para fornecer resposta para a tensão da tubulação e onúmero de localizações discretas ao longo da tubulação. O espaçamento entremonitores de deformação adjacentes 611 pode variar desde menos do quecerca de 1 metro até cerca de 50 metros ou mais, por exemplo, cerca de 5 até10 metros dependendo da necessidade determinada para monitoramento detensão ao longo de comprimentos particulares da tubulação. O número demonitores de deformação 611 instalados ao longo da fibra 610 pode variardesde cerca de 2 até cerca de 100 ou mais, por exemplo desde cerca de 5 até 10.
Em algumas configurações da invenção monitores dedeformação 612 são projetados para atuação por suas porções localizadasassociadas da tubulação 608 em resposta à presença de tensão da tubulaçãoe/ou deformação da tubulação. Quando esta mudança ocorre, luz guiadaatravés da fibra 610 é atenuada ou refletida. A extensão desta mudança de luzaumenta com a amplitude decrescente de dobramento, pelo que umacodificação da mudança de luz fornece uma indicação da magnitude da tensãoe/ou deformação da tubulação.
Monitoramento dos monitores de deformação 611 ao longo docomprimento da fibra óptica 610 pode ser obtido por meio da utilização deum reflectômetro óptico no domínio de tempo na estação de monitoramento612. Mais especificamente, como visto na Figura 6, isto pode incluir fonte deluz 612a, por exemplo na forma de um laser ou estroboscópio para gerar umsinal de luz pulsado de duração relativamente curta, por exemplo cerca de 50a 100 nanossegundos, no qual pulsos mais curtos podem ser utilizados pararesolução de sistema mais elevada e pulsos mais longos podem ser utilizadospara comprimentos mais longos de fibra. O sinal de luz pulsado é incidentesobre a extremidade livre adjacente da fibra óptica 610 para passagem para ointerior e através da fibra óptica. Elementos lente apropriados (não mostrado)podem ser utilizados, se desejado, para focalizar o sinal de luz pulsado sobre aextremidade livre da fibra. O sinal de luz pode passar da fonte 612a sematenuação substancial através de um elemento óptico orientado de maneiraangular, tal como um espelho de um sentido 612c, ou qualquer outrodispositivo óptico de multiplexação para a fibra óptica 610.
Em algumas configurações da invenção o sistema de fibraóptica 600 pode ser utilizado para monitorar a deformação de tubulação apartir de uma única estação de monitoramento, uma vez que o reflectômetroóptico no domínio de tempo 612 pode monitorar a pluralidade de monitoresde deformação 611. Por exemplo, um transdutor pode não bloquear luzdispersada para trás refletida a partir de posições de jusante da fibra.
Conseqüentemente, o foto-detector 612b pode fornecer uma saída que podeindicar de maneira simultânea localização e magnitude de uma segunda outensão adicional que atua sobre a tubulação.
Em algumas configurações da invenção quando uma novaestrutura 608 deve ser monitorada, sensores 611 podem ser pré-instalados,isto é, sensores 611 podem ser fixados à estrutura 608 antes da instalação.
Este método permite que sensores de deformação 611 sejam cobertos porepóxi ou grampeados à estruturas 608 no canteiro da tubulação ou no convésdo navio de instalação. Os sensores 611 são então conectados ao cabo ópticoprincipal 610 quando a estrutura está sendo instalada, tal como em umaoperação de assentamento-J ou assentamento-S.
Em algumas configurações da invenção quando uma estruturaexistente 608 deve ser monitorada, os sensores 611 podem ser "pós-instalados", isto é, sensores 611 podem ser fixados à estrutura 608 sob a águautilizando um veículo operado de maneira remota (ROV). Diversos métodosde instalação são adequados. Um método adequado permite que o sensores611 sejam instalados sob a água em uma estrutura existente 608, utilizandoum conceito de retro-limpeza. O conceito de retro-limpeza utiliza gramposinstrumentados com sensores de deformação 611, que são fixados à estrutura608 com um ROV submarino. O grampo fornece força suficiente para atuarcomo uma seção composta com a estrutura 608.
Em algumas configurações da invenção um OTDR 612 analisaa luz dispersada para trás. Quando a luz atravessa a fibra 610 alguma luz éperdida passando para fora da fibra ou sendo refletida na direção oposta aomovimento da luz. Esta reflexão de luz para trás dentro de uma fibra óptica éa chamada dispersão para trás. Quando a fibra óptica 610 sofre umadeformação, uma porção maior da luz é dispersada para trás. Essa dispersãopara trás pode ser medida e convertida em uma deformação.
Em algumas configurações da invenção, fazendo referência àFigura 7, a fibra óptica 710 é ilustrada. A fibra óptica 710 inclui núcleocentral 712 e revestimento externo 714. Um sinal de luz pode ser guiadoatravés do núcleo central 712 da fibra 710, na qual o núcleo pode ser assimrevestido dentro de revestimento externo 714 que tem um índice de refraçãomenor do que o índice de refração do núcleo 712. Uma porção relativamentepequena desta luz guiada ou transmitida pode ser refletida de volta para aextremidade livre da fibra como resultado de imperfeições internas inerentesdentro da fibra óptica 610. Esta porção refletida da luz é referida como a luzdispersada para trás que tem uma intensidade decrescente ao longo docomprimento da fibra óptica 610. Esta intensidade de luz dispersada para trásdecrescente, é refletida de maneira angular para fora da face de jusante doespelho de um sentido 612c e para incidência sobre o foto-detector 612b quefaz parte do reflectômetro óptico no domínio de tempo 612. A fonte de luz612a, o espelho de um sentido 612c e o foto-detector 612b são conhecidos demaneira genérica daqueles versados na técnica.
Em operação, para cada sinal de luz pulsada o foto-detector612b pode fornecer uma saída que indica intensidade da luz dispersada paratrás como uma função de tempo, que pode ser correlacionada diretamentecom distância ao longo do comprimento da fibra 610. Por exemplo, comreferência à Figura 6, luz refletida dispersada para trás a partir de porções dafibra 610 próximo ao foto-detector 612b serão sensoriadas antes da luzrefletida dispersada para trás a partir da extremidade afastada da fibra 610.
Conseqüentemente, tempo de reflexão e posição longitudinal ao longo dafibra podem ser associados diretamente um ao outro, pelo que a saída do foto-detector é representativa da intensidade de luz dispersada para trás para cadaposição longitudinal ao longo da fibra 610. A intensidade da luz dispersadapara trás pode cair progressivamente com distância crescente ao longo docomprimento da fibra, como resultado de atenuação interna.
Quando um dos monitores de deformação 611 responde àtensão que atua sobre a tubulação 608, uma micro-dobra pode ser induzida nafibra, resultando em uma perda de uma porção detectável da luz transmitida edispersada para trás na micro-dobra. Mais especificamente, uma porção da luztransmitida e dispersada para trás é dispersado a partir do núcleo de fibra 712para o interior do revestimento de fibra 714, para escapar da fibra para oambiente circundante. Esta perda de luz dispersada para trás é sensoriada pelofoto-detector 612b como uma queda em intensidade de luz dispersada paratrás na posição longitudinal que corresponde à localização do monitor dedeformação 611. Esta atenuação de intensidade ao longo do comprimento dafibra onde a magnitude da atenuação pode corresponder com a magnitude dadeformação da tubulação, pelo que, a saída do foto-detector 612b pode serescalonada para fornecer uma leitura direta da magnitude da deformação.
Em algumas configurações da invenção a sensitividade eprecisão da saída do foto-detector 612 pode ser melhorada pelo fornecimentode dispositivo para extrair do revestimento de fibra 714 toda a luz que édispersada para o revestimento 714 como resultado do micro-dobramento dafibra. Este dispositivo de extração ou extrator de modo é posicionadodiretamente na micro-dobra de cada transdutor de micro-dobra para extraçãoimediata desta luz para impedir a propagação da luz ao longo dorevestimento, onde ela é submetida a reflexão parcial ou transmissão paratrás, e para o interior do núcleo de fibra de 712. Uma substância de refraçãoadequada compreende glicerina liquida que não restringe movimento dedobramento da fibra, mas que tem uma viscosidade suficiente. A substânciade refração pode ter uma configuração de superfície exterior oticamenteirregular, pelo que, a luz transmitida para a substância tende a ser absorvida eperdida sem reflexão de volta para o revestimento de fibra 714.Alternativamente, o extrator de modo pode ser fornecido na forma de umrevestimento superficial oticamente negro formado diretamente sobre a fibra610 na micro-dobra. Com este arranjo a superfície de revestimento oticamentenegra absorve a luz imediatamente a partir do revestimento de fibra 714 paraimpedir retransmissão de luz a partir do revestimento, de volta para o núcleode fibra 712.
Sistemas adequados para monitoramento de propriedades deuma estrutura estão divulgados na Publicação de Pedido de Patente U.S.Número 2004/0206187, Publicação de Pedido de Patente U.S. Número2004/0035216, Patente U.S. 6.784.983, Patente U.S. 5.026.141, Patente U.S.4.654.520, Patente U.S. 4.463.254, WO 97/36150, e Ep-B-0278143, os quaissão aqui incorporados para referência em sua totalidade.
Aqueles de talento na técnica irão apreciar que diversasmodificações e variações são possíveis em termos das modalidadesdivulgadas, configurações, materiais e métodos, sem se afastar de seu espíritoe escopo. Conseqüentemente, o escopo das reivindicações anexadas daquiadiante e de seus equivalentes funcionais, não deveriam ser limitados porconfigurações particulares aqui descritas e ilustradas, e estas são meramentetomadas como exemplo por natureza.

Claims (19)

1. Sistema para detectar de maneira remota propriedades deuma estrutura submarina em um corpo de água, caracterizado pelo fato decompreender:um sensor para medir uma tensão e/ou uma deformação daestrutura e conectável à estrutura;um primeiro receptor que pode ser posicionado na ou junto auma superfície superior do corpo de água na proximidade da estrutura;um primeiro transmissor para transmitir informação depropriedade a partir do sensor para o primeiro receptor; eum segundo transmissor para transmitir a informação depropriedade a partir do primeiro receptor para um segundo receptor, que podeser localizado em uma localização remota;em que a estrutura submarina compreende uma tubulação, umempilhamento ou uma fundação.
2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato do sensor compreender um cabo de fibra óptica.
3. Sistema de uma ou mais das reivindicações 1-2,caracterizado pelo fato de ainda compreender um umbilical adaptado paraconectar no mínimo um do primeiro transmissor e o sensor ao primeiroreceptor.
4. Sistema de uma ou mais das reivindicações 1-3,caracterizado pelo fato do primeiro receptor poder ser posicionado em umobjeto flutuante, por exemplo uma bóia ou um barco.
5. Sistema de uma ou mais das reivindicações 1-4,caracterizado pelo fato do segundo transmissor compreender um dispositivoadaptado para transmitir um sinal no espectro eletromagnético, tal como umtransmissor de radiofreqüência e uma antena; um grande mostrador visívelque pode ser lido a partir da localização remota; e uma fonte de luz que podeser modulada tal como para transmitir código Morse; um transmissor demicroondas e um dispositivo de modulação a laser.
6. Sistema de uma ou mais das reivindicações 1-5,caracterizado pelo fato do sensor compreender um cabo de fibra óptica e umapluralidade de gradeamentos Bragg.
7. Sistema de uma ou mais das reivindicações 1-6,caracterizado pelo fato do sensor compreender um cabo de fibra óptica e umapluralidade de transdutores de micro-dobra.
8. Sistema de uma ou mais das reivindicações 1-7,caracterizado pelo fato da localização remota compreender uma plataformafora da costa.
9. Sistema de uma ou mais das reivindicações 1-8,caracterizado pelo fato do sensor compreender um cabo de fibra óptica, ocabo de fibra óptica sendo conectável a uma fonte de luz, um receptor de luz eum processador para processar a informação.
10. Sistema de uma ou mais das reivindicações 1-9,caracterizado pelo fato do sensor compreender:um primeiro cabo de fibra óptica ligável à estrutura;um segundo cabo de fibra óptica capaz de atuar como umareferência;uma fonte de luz que pode ser colocada em uma primeiraextremidade do primeiro cabo de fibra óptica e uma primeira extremidade dosegundo cabo de fibra óptica;um receptor de luz que pode ser colocado em uma segundaextremidade do primeiro cabo de fibra óptica e em uma segunda extremidadedo segundo cabo de fibra óptica; eum comparador para comparar os sinais de luz que podem serrecebidos a partir dos primeiro e segundo cabos de fibra óptica.
11. Método para detectar de maneira remota propriedades deuma estrutura submarina, caracterizado pelo fato de compreendercoletar uma informação de tensão e/ou deformação em umsensor conectado à estrutura;transmitir a informação a partir do sensor para um primeiroreceptor na ou junto a uma superfície superior de um corpo de água; etransmitir a informação a partir do primeiro receptor para umsegundo receptor posicionado em uma localização remota;em que a estrutura submarina compreende uma tubulação, umempilhamento ou uma fundação.
12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizadopelo fato do sensor compreender um cabo de fibra óptica.
13. Método de uma ou mais das reivindicações 11-12,caracterizado pelo fato de transmitir a informação a partir do sensor para oprimeiro receptor compreender transmitir por meio de um umbilical.
14. Método de uma ou mais das reivindicações 11-13,caracterizado pelo fato do sensor ser conectado à estrutura antes que aestrutura seja instalada sob água.
15. Método de uma ou mais das reivindicações 11-14,caracterizado pelo fato de transmitir a informação a partir do primeiroreceptor para localização remota compreender alimentar a informação paraum transmissor de radiofreqüência localizado na ou junto a uma superfíciesuperior de um corpo de água, cujo transmissor de radiofreqüênciaradiodifunde a informação com uma antena.
16. Método de uma ou mais das reivindicações 11-15,caracterizado pelo fato de coletar informação de propriedade no sensorcompreender dobrar um cabo de fibra óptica com uma pluralidade degradeamentos Bragg e medir uma resposta ao dobramento.
17. Método de uma ou mais das reivindicações 11-16,caracterizado pelo fato de coletar informação de propriedade no sensorcompreender medir a saída a partir de uma pluralidade de transdutores demicro-dobra.
18. Método de uma ou mais das reivindicações 11-17,caracterizado pelo fato de que o sensor compreende um cabo de fibra óptica,uma fonte de luz, um receptor de luz e um processador, o método aindacompreendendo:enviar um sinal de luz para o cabo de fibra óptica a partir dafonte de luz;receber um sinal de luz modificado a partir do cabo de fibraóptica para o receptor de luz; eprocessar o sinal de luz modificado com o processador.
19. Método de uma ou mais das reivindicações 11-18,caracterizado pelo fato do sensor compreender:um primeiro cabo de fibra óptica ligado a uma estrutura e umsegundo cabo da fibra óptica que atua como uma referência, um receptor deluz, um processador e um comparador, o método ainda compreendendo:enviar sinais de luz para os primeiro e segundo cabos de fibraóptica em uma primeira extremidade do primeiro cabo de fibra óptica e umaprimeira extremidade do segundo cabo de fibra óptica;receber os sinais de luz modificados a partir dos primeiro esegundo cabos de fibra óptica no receptor de luz em uma segundaextremidade dos primeiros cabos de fibra óptica e em uma segundaextremidade dos segundos cabos de fibra óptica;processar os sinais de luz modificados com processador; ecomparar os sinais de luz modificados recebidos a partir dosprimeiro e segundo cabos de fibra óptica com um comparador.
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