BRPI0906778B1

BRPI0906778B1 - veículo de conduto interno, e, método para realizar operações dentro de uma tubulação

Info

Publication number: BRPI0906778B1
Application number: BRPI0906778A
Authority: BR
Inventors: Beck Esben
Original assignee: Helix Tecnologies As
Priority date: 2008-01-25
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2019-09-03
Also published as: RU2010130703A; EP2245359A1; AU2009206835A1; WO2009093915A1; US20110011299A1; EP2245359A4; RU2474750C2; NO328066B1; BRPI0906778A2; JP2011509883A; AU2009206835B2; NO20080478L; CA2711953A1

Abstract

veículo de conduto interno, e, método para realizar operações dentro de uma tubulação a presente invenção se refere a um veículo de conduto interno, também chamado um veículo de tubulação. o veículo compreende primeiro (2a) e segundo conjuntos de rodas (2b) que são girados em direções opostas para mover o veículo ao longo da tubulação ou mutuamente independentes para realizar um movimento mais complexo. cada conjunto de rodas (2a, 2b) inclui um número de rodas (5) em uma extremidade livre de braços de roda (4), cada roda (5) tendo um eixo de giro que é angulado em relação a um eixo do chassi (1). cada roda (5) é configurada como um corpo simétrico de rotação com uma extremidade grande e uma extremidade pequena, e é unilateralmente montado em um braço de roda (4) por sua extremidade grande.

Description

VEÍCULO DE CONDUTO INTERNO, E, MÉTODO PARA REALIZAR OPERAÇÕES DENTRO DE UMA TUBULAÇÃO

Campo da Invenção [001] A presente invenção se refere a um veículo de conduto interno, também chamado um trator de tubulação ou veículo de tubulação, que é um dispositivo que se desloca no interior de uma tubulação transportando instrumentos de medida e ferramentas. Tais dispositivos estão em particular em uso na indústria de petróleo e gás, mas podem também ser usados em outros campos, tais como para inspecionar e limpar tubos de água, esgotos ou tubos de ventilação. De acordo com um segundo aspecto, a presente invenção se refere a um método para realizar operações em uma tubulação por uso de um veículo de tubulação.

Antecedentes [002] Inúmeras variedades de veículos de tubulação foram feitas no passado com base em diferentes tecnologias. Algumas usam o fluido escoando na tubulação para propulsão (obturadores) ou se movem juntamente com movimentos similares a parafuso sem-fim. Outros usam rodas ou correias para se moverem ao longo da tubulação.

[003] Da patente US 5.551.349 de Bodzin é conhecido um veículo de tubulação compreendendo dois conjuntos de rodas coaxialmente alinhados, montados em cada extremidade de um chassi. Cada conjunto de rodas inclui um número de rolos alongados (rodas) posicionados a um ângulo em torno de um cubo. Os rolos são suspensos em ambas as extremidades por um conjunto de mola que comprime os rolos contra a parede de tubulação. Os rolos em cada conjunto de rodas são angulados em direções opostas, e são girados por motores no interior do chassi em direções opostas. Isto cria um movimento de translação no interior da tubulação.

[004] Os veículos de tubulação atuais têm um número de deficiências: Uma é que eles têm uma força de tração um tanto baixa, principalmente devido a

Petição 870190042252, de 06/05/2019, pág. 7/48 / 10 pequena área de contato das rodas contra a parede. Isto significa que eles podem se comportar bem em tubulações horizontais, mas têm uma capacidade muito limitada de subir em tubulações escalonadas. Isto também significa que eles podem somente suportar cargas de trabalho muito limitadas, isto é, eles não podem arrastar ferramentas ou cabos pesados ao longo de uma tubulação. Outra deficiência é que eles são muito restritos quando se trata de passar por curvas ou seções em T em uma tubulação, na qual os elementos que suportam as rodas podem ser bloqueados contra os diferentes ângulos ou paredes de partida.

Objetivos [005] É um objetivo da presente invenção prover um veículo de conduto interno que pode se deslocar ao longo de faixas escalonadas em uma tubulação.

[006] Outro objetivo é prover um veículo que pode passar através de curvas fechadas ou passar em curvas em T, sem bloqueio.

[007] Ainda, um outro objetivo é prover um veículo que se desloca mais rápido e com um grau de precisão mais alto que as unidades existentes.

[008] É ainda um outro objetivo prover um veículo que, em relação a seu peso, provê uma capacidade de força de arraste mais alta e até mesmo provê características de interpolação.

Sumário da Invenção [009] Isto é obtido em um veículo de conduto interno como reivindicado em reivindicação 1.

[0010] De acordo com um segundo aspecto, a invenção provê um método para realizar operações em um veículo de tubulação como definido pela reivindicação 19.

[0011] Formas de construção preferidas da invenção são reveladas pelas reivindicações dependentes.

[0012] De acordo com a invenção, o veículo é equipado com rodas

Petição 870190042252, de 06/05/2019, pág. 8/48 / 10 simétricas em rotação com uma extremidade grande e uma pequena, isto é, sendo configuradas em forma de cone ou de taça, que são montadas sobre braços de roda em suas extremidades grandes.

[0013] Formas de construção vantajosas da invenção incluem rodas feitas de um material macio com propriedades elásticas e a montagem de duas rodas parte traseira-com-parte traseira sobre cada braço de roda.

[0014] Por extremidade livre de um braço de roda no sentido usado aqui é entendida a extremidade do braço de roda não afixado ao cubo, isto é, a extremidade na qual a(s) roda (s) é(são) afixada(s). Por pluralidade no sentido usado aqui é entendido mais que um.

Breve descrição dos desenhos [0015] A invenção será agora descrita em detalhe em referência aos desenhos anexos, nos quais:

a figura 1 é a perspective desenho mostrando um veículo de tubulação de acordo com a presente invenção, a figura 2 mostra uma vista em perspectiva de outra forma de construção de um veículo de tubulação de acordo com a presente invenção.

a figura 3 mostra o veículo da figura 1 com uma roda removida, para mostrar detalhes da estrutura de montagem, a figura 4 mostra uma superfície imaginária envolvendo o veículo de acordo com a forma de construção da invenção mostrada na figura 1, a figura 5 ilustra um veículo passando por um ramo em T em uma tubulação.

a figura 6 mostra três projetos de detalhe alternativos de rodas apropriadas para todas das formas de construção do veículo de tubulação de acordo com a presente invenção.

as figuras 7a e 7b mostram, em duas situações, a funcionalidade do braço de roda e roda para uma forma de construção

Petição 870190042252, de 06/05/2019, pág. 9/48 / 10 particular do veículo de tubulação de acordo com a presente invenção. Descrição Detalhada [0016] A figura 1 mostra uma forma de construção da invenção quando está passando por uma curva em uma tubulação. O veículo inclui um chassi 1 com um primeiro conjunto de rodas 2a montado em uma extremidade e um segundo conjunto de rodas 2b montado na outra extremidade. Cada conjunto de rodas 2a, b inclui um cubo 3a, b (figura 3) suportando um número de braços de roda 4 que se projetam como raios de roda a partir de cada cubo. Sobre cada braço de roda 4 está montada pelo menos uma roda 5 que gira livremente. Acionamentos por motor no interior do chassi são adaptados para girar os conjuntos de rodas em direções contrárias para propulsionar o veículo ao longo do tubo.

[0017] Cada roda 5 é um corpo simétrico de rotação com uma extremidade pequena e uma extremidade grande. Isto significa que a roda pode ser configurada, por exemplo, como um cone truncado, uma metade de elipsoide ou taça. As rodas mostradas na figura 2 são configuradas como taças de semi-elipsoide. Este desenho particular das rodas, que são preferivelmente feitas a partir de um material elástico, atua para distribuir a pressão, aumentando a área de contato sobre a parede de tubo, mas de uma maneira suave, impedindo danos sobre o tubo.

[0018] Na figura 1, cada conjunto de rodas é mostrado com duas rodas 5 montadas aos pares sobre cada braço de roda 4, na maneira de parte traseiracom-parte traseira, isto é, as extremidades grandes das rodas de cada par voltadas uma para a outra. Esta maneira de montagem das rodas será uma vantagem quando elas passam através das curvas na tubulação, pois não existe nenhuma estrutura de montagem na extremidade pequena de cada roda que possa tocar a parede de tubulação. Como mostrado na figura 1, está presente um conjunto de rodas 2a/ 2b em cada extremidade do veículo. Mesmo nesta forma de construção, cada uma de quaisquer de duas rodas (gêmeas) de um

Petição 870190042252, de 06/05/2019, pág. 10/48 / 10 par de rodas, montadas com porção traseira-com-porção traseira sobre qualquer dado braço de roda está livre para girar em torno de seu respectivo pino 6 independente da rotação de sua gêmea. Quando que se desloca em seções de tubulação retas, a velocidade de rotação de cada uma das rodas gêmeas será aproximadamente a mesma, enquanto está passando em curvas, a rotação de cada roda gêmea pode variar independentemente.

[0019] Como melhor visto na figura 3, as rodas 5 são montadas sobre pinos 6 que se projetam a partir de cada braço de roda 4 e cada roda 5 é separadamente livre para girar em torno de seu respectivo pino 6. As rodas 5 podem ser fixadas aos braços de roda 4 ou pinos 6 por meio de um mecanismo de liberação rápida. Como uma alternativa, um tal mecanismo de liberação rápida pode estar conectando os braços de roda ao cubo ou o cubo a um dispositivo de energização, tal como um eixo acionado de motor. Um tal mecanismo será manuseável no campo quando o operador tiver que trocar as rodas para a adequação às condições encontradas, tais como diferentes diâmetros de tubo, se existir curvas fechadas na tubulação, ou se a parede de tubulação estiver encoberta por alguma vegetação deslizante.

[0020] A figura 2 mostra uma forma de construção para a qual o veículo é provido com somente uma roda montada sobre cada braço de roda. Nesta forma de construção estão presentes dois conjuntos de rodas 2al e 2a2 na extremidade dianteira do veículo, tipicamente operando com rotação mutuamente oposta e estão presentes dois conjuntos de rodas 2bl e 2b2 na extremidade traseira do veículo, tipicamente operando com rotação mutuamente oposta. O conjunto duplo de conjuntos de rodas é não uma exigência no caso de uma roda por braço de roda, mas provê uma força de tração mais alta e é, por conseguinte, preferido para algumas aplicações. Uma pessoa versada na arte entenderá que o conjunto duplo de conjuntos de rodas requer conjunto duplo de cubos, um parcialmente envolvendo o outro.

[0021] O número de braços de roda sobre um conjunto de rodas pode

Petição 870190042252, de 06/05/2019, pág. 11/48 / 10 variar de acordo com o tamanho (diâmetro) da tubulação, da aplicação particular, do número de conjuntos de rodas sobre o veículo, etc. Geralmente estão presentes pelo menos dois braços de roda sobre um conjunto de rodas e raramente mais que doze. Três a seis braços de roda por conjunto de rodas é usualmente preferido.

[0022] Quando o veículo de acordo com a presente invenção é para ser usado em uma tubulação com curvas fechadas, aos conjuntos de rodas deve ser dado um desenho particular, no qual um envoltório imaginário circunscrevendo as rodas é configurado como um elipsoide mais compacto, ou uma esfera. Deve ser notado que uma esfera é, de fato, um caso especial de uma elipsoide. No caso em que o veículo deve ser usado somente em extensões bem retilíneas, o envoltório pode ser cilíndrico ou próximo a cilíndrico. No caso geral, o “envoltório” de roda pode ser dito que tem um formato elipsoidal. Deve ser notado que este envoltório imaginário está circunscrevendo as rodas quando elas são comprimidas contra a parede de tubulação e seu formato foi correspondentemente deformado.

[0023] Isto está ilustrado na figura 4. As áreas negras 7 são as áreas de contato ou áreas de superfície ocupadas por cada roda sobre a parede de tubulação. As esferas cinza são os envoltórios imaginários circunscrevendo cada conjunto de rodas 2a, b.

[0024] A figura 5 ilustra que o veículo de tubulação inventivo tem a capacidade de passar um T sem ficar preso. Isto é devido à distribuição particular de pontos de contato sobre a parede de tubo. Como mencionado anteriormente, as rodas em um e no mesmo braço de roda podem pelo menos temporariamente exibir diferente velocidade de rotação, e, quando passa por um T, uma roda de um par gêmeo poderia até mesmo temporariamente passar ao repouso (não tendo contato com a parede de tubo) enquanto a outra roda no mesmo braço de roda ainda está girando.

[0025] Para obter as propriedades desejadas, as rodas são

Petição 870190042252, de 06/05/2019, pág. 12/48 / 10 preferivelmente feitas a partir de um material elástico, tal como um material de polímero elástico. Este material de polímero poderia ser espumante. O material poderia também ser um compósito com fibras de reforço. Alternativamente ou adicionalmente, as rodas podem incluir materiais apropriados para afetar as propriedades mecânicas das rodas, como fricção, resistência mecânica e resistência ao desgaste. Um exemplo não limitativo é incluir pequenas partículas duras para aumentar a fricção contra certas superfícies. Tais partículas poderiam ser de quaisquer materiais apropriados, como metal, óxidos de metal, e cascas de nozes esmagadas, para citar alguns. [0026] A figura 6 mostra três configurações diferentes de roda que são úteis para todas das formas de construção do veículo de tubulação da presente invenção. A roda A é substancialmente compacta e tem uma superfície um tanto lisa. A roda B é provida com um rebaixo anular 9 que contribui para as propriedades deformáveis da roda, isto é, ela é desejavelmente enfraquecida para permitir que um grau mais alto de deformação quando sujeita a pressão. Sua superfície externa é provida com ranhuras. Outros padrões diferentes de ranhuras podem também ser aplicados, por exemplo, para aumentar a fricção contra a parede de tubulação. A roda C tem similaridades com roda B, mas tem um número de furos discretos 10 em lugar do rebaixo anular 9 para melhorar as propriedades deformáveis. Também, a roda C tem ranhuras em sua superfície externa para melhorar suas características mecânicas, em particular com relação à fricção. Um desenho não mostrado poderia ser um com raios de roda, o qual, em princípio, seria muito similar ao desenho C exceto que os furos poderiam têm um perfil que se desvia de um furo circular. Em termos gerais, rodas do veículo de acordo com a presente invenção podem preferivelmente incluir pelo menos uma cavidade em torno de seu eixo de giro.

[0027] Quando deformadas, as rodas obterão uma grande área de contato contra a parede de tubulação. Devido à grande área de contato, cada

Petição 870190042252, de 06/05/2019, pág. 13/48 / 10 roda pode contribuir para uma grande força de tração na parede de tubulação. Com este método de propulsão, a pressão contra a parede lateral aumentará em proporção com a necessidade de força de tração. Ainda que a força de tração disponível seja aumentada em comparação com veículos de tubulação da arte anterior, as rodas macias impedirão danos sobre a parede de tubo.

[0028] Um outro benefício deste tipo de rodas é que, dada à área de contato maior, elas requererão menos pré-tensão contra a parede interna do tubo. Por sua vez, isto reduzirá a quantidade de energia total requerida para acionar o veículo.

[0029] Para aumentar ainda mais a flexibilidade do veículo, cada braço de roda pode ser resiliente, por exemplo formado como uma mola plana. Alternativamente, cada braço pode ser articulado ao cubo, e carregado com uma mola, e/ou cada roda pode ser conectada ao braço em um suporte de mola.

[0030] Em uma variante preferida, ver a figura 7, o desenho do braço de roda compreende uma junta pivotante 11 permitindo ao braço de roda 4 a liberdade de movimento (inclinação) em uma definida direção. Quando projetada apropriadamente, esta liberdade de movimento não afetará negativamente a capacidade do veículo se mover. Em uma situação onde o veículo está se deslocando na ausência de qualquer carga pesada, os braços de roda exibirão insignificante ou pouca inclinação, como mostrado pela figura 7a. Chamamos particularmente a atenção para a linha de ajuda H que em 7a é paralela com a parede de tubulação acima. A direção de movimento é para a direita.

[0031] Na figura 7b é mostrada uma situação onde a carga pesada é tracionada por detrás do veículo, a direção de movimento ainda sendo para a direita. O braço de roda 4 está agora significantemente inclinado e a roda traseira de cada par de rodas é correspondentemente forçada contra a parede de tubulação com elevada pressão em comparação com a situação na figura

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a. Quanto mais a carga traciona sobre o veículo, tanto maior é a inclinação dos braços de roda e tanto maior é a adesão friccional entre as rodas e a parede de tubulação. Com um desenho apropriado e tamanho do veículo e rodas e com uma dureza/elasticidade apropriada das rodas, as rodas propriamente ditas empurrarão os braços de roda de volta para a posição neutra quando a ação de tração é terminada. Não existe assim nenhuma necessidade de uma mola manter ou re(posicionar) os braços de roda.

[0032]No caso do veículo de tubulação de acordo com a presente invenção ficar preso em uma tubulação, ou em uma curva ou em outras obstruções, é preferível que pelo menos alguns dos braços de roda sejam providos com uma ligação fraca, um pino de cisalhamento ou similar, que dará lugar a um certo nível de força de tração retrógrada, permitindo assim ao veículo ser tracionado para fora a força. É o mais preferido que a ligação fraca seja projetada em uma maneira que não deixa partes perdidas na tubulação, por exemplo, por permitir aos braços se dobrarem, não se romperem, quando a força de tração mencionada é aplicada. Em formas de construção nas quais os braços de roda são providos com uma articulação, a ligação fraca pode ter a forma de pelo menos um pino de cisalhamento em uma ou mais ligações para permitir que o(s) braço(s) em questão seja(m) dobrado(s) contra o chassi, por exemplo quando da tração do cabo umbilical com uma força que excede a resistência mecânica do(s) pino(s) de cisalhamento.

[0033]Em formas de construção preferidas da invenção, o veículo inclui dispositivo para interpolação, isto é, cada conjunto de rodas pode ser controlado individualmente, por exemplo, por um computador, para permitir que o veículo se mova de acordo com um padrão predeterminado. Um tal padrão poderia ser uma única volta em torno de seu eixo de comprimento, uma combinação de movimento axial e rotacional como tal, mas não limitado a movimento rotacional em torno de seu eixo de comprimento em combinação com um movimento para trás e para frente de modo a desenhar uma curva geométrica definida sobre o

Petição 870190042252, de 06/05/2019, pág. 15/48 / 10 interior da tubulação em que ele está posicionado. Aplicações relevantes que envolvem interpolação incluem, mas não são limitadas a, aplicações que envolvem inspeção ou manutenção dentro de uma tubulação, utilizando operações de unidade, tais como soldagem, brasagem, colagem, perfuração, corte por serra, aparafusamento, polimento, lavagem a jato e similares. Uma pessoa versada na arte reconheceria que para poder realizar tais operações, o veículo teria que ser provido com ferramentas correspondentemente apropriadas, tais ferramentas não fazendo parte da presente invenção. Quaisquer ferramentas apropriadas para esta finalidade podem ser usadas, desde que elas permitam a operação remota e que elas se ajustem dentro da tubulação.

[0034]Na forma de construção mostrada na figura 1, os braços são montados rígidos sobre o cubo de roda, isto é, provendo as rodas com um ângulo fixo em relação ao eixo do chassi (e tubulação). Este ângulo determina a relação de engrenagem do dispositivo, isto é, a velocidade por revolução do conjunto de rodas e a força de tração (ou um tanto o momento de tração).

[0035]Em uma outra forma de construção da invenção, o braço de roda é rotativamente montado sobre o cubo. Então, o braço pode ser livre para girar através de um ângulo limitado, e se ajusta propriamente ao tubo. Em adição ou como uma alternativa a isto, o ângulo de eixo de giro das rodas pode ser feito ajustável, ou pelo uso de um suporte mecânico apropriado que permite ao operador prover as rodas com um ângulo apropriado para a tarefa em questão antes do dispositivo ser lançado ao interior da tubulação, ou pela incorporação de um acionamento de motor operado remotamente no cubo, permitindo que o ângulo seja ajustado quando o dispositivo está se deslocando ao longo da tubulação.

[0036]O veículo de tubulação de acordo com a presente invenção não requer possibilidades de juste separadas, como molas ou similares, permitindo assim uma construção muito robusta. O material elástico das rodas absorverá variações de diâmetro ou de superfície das paredes da tubulação.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Veículo de conduto interno compreendendo:

um chassi (1) tendo um eixo de comprimento;

um primeiro conjunto de rodas (2a) montado em uma primeira extremidade do chassi (1);

um segundo conjunto de rodas (2b) montado em uma segunda extremidade do chassi (1);

cada conjunto de rodas (2a, 2b) incluindo um cubo (3) e um número braços de rodas (4) com rodas (5), cada roda (5) tendo um eixo de giro que é angulado em relação ao eixo de comprimento do chassi (1);

meios de rotação para girar o primeiro (2a) e o segundo (2b) conjunto de rodas em direções mutuamente independentes, caracterizado pelo fato de que cada roda (5) é configurada como um corpo simétrico de rotação com uma extremidade grande e uma extremidade pequena, enquanto cada roda (5) gira livremente e unilateralmente montada em sua extremidade grande sobre um braço de roda (4).
2. Veículo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as rodas (5) são montadas sobre pinos (6) aos pares em cada braço de roda (4), as extremidades grandes de duas rodas constituindo um par voltadas uma para a outra.
3. Veículo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um braço de roda (4) de cada conjunto de rodas (2a, 2b) é provido com uma junta pivotante (11) permitindo a uma extremidade livre do braço de roda (4) liberdade de movimento.
4. Veículo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as rodas (5) são arranjadas em cada conjunto de rodas (2a, 2b) de modo que as geratrizes das rodas (5) podem ser circunscritas por um envoltório elíptico imaginário.

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5. Veículo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as rodas (5) são feitas em um material flexível com propriedades elásticas inerentes.
6. Veículo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as rodas (5) incluem um núcleo e uma camada externa feita de materiais com diferentes características mecânicas.
7. Veículo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as rodas (5) incluem pelo menos uma cavidade (9, 10) em torno do eixo de giro.
8. Veículo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as rodas (5) são produzidas em um ou vários materiais de polímero, e incluindo ainda pelo menos um material apropriado para afetar as propriedades mecânicas da roda.
9. Veículo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as rodas (5) têm superfícies com padrões arranjados para aumentar a fricção de roda contra uma parede de tubulação.
10. Veículo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os braços de roda (4) são resilientes.
11. Veículo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui ainda elementos flexíveis que conectam cada braço de roda (4) a um cubo (3) no conjunto de rodas (2a, 2b).
12. Veículo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui ainda um mecanismo de liberação rápida para permitir a substituição fácil de rodas (5).
13. Veículo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui ainda dispositivos para ajustar o ângulo do eixo de giro em relação ao chassi (1).
14. Veículo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui ainda uma ligação fraca conectando os braços de roda

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3 / 3 (4) aos conjuntos de rodas (2a, 2b) e/ou às rodas (5).
15. Veículo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um dispositivo para interpolação é incluído, permitindo a cada conjunto de rodas (2a, 2b) ser controlado individualmente para permitir que o veículo se mova de acordo com um padrão predeterminado.
16. Veículo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o veículo adicionalmente é provido com pelo menos uma ferramenta apropriada para uma ou mais operações escolhidas dentre inspeção e manutenção da tubulação e calibração e reparo de equipamento posicionado na tubulação.
17. Método para realizar operações dentro de uma tubulação, caracterizado pelo fato de que um veículo de tubulação de acordo com a reivindicação 1 é usado como um dispositivo para o mesmo.
18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que as operações são escolhidas dentre inspeção e manutenção da tubulação bem como calibração e reparo de instrumentos ou equipamento posicionado na tubulação.