BRPI1103826A2

BRPI1103826A2 - mÉtodo e aparelho monitoramento da operaÇço de equipamento localizado em nÍvel subaquÁtico

Info

Publication number: BRPI1103826A2
Application number: BRPI1103826-8A
Authority: BR
Inventors: Stuart Guy Holley
Original assignee: Vetco Gray Controls Ltd
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2011-08-18
Publication date: 2013-01-15
Also published as: SG178700A1; EP2423429A1; CN102383755A; US20120051186A1; AU2011213746A1

Abstract

MÉTODO E APARELHO PARA MONITORAMENTO DA OPERAÇçO DE EQUIPAMENTO LOCALIZADO EM NÍVEL SUBAQUÁTICO. Um método para monitoramento da operação de equipamento localizado em nível subaquático, que compreende os seguintes passos: i) proporcionar um sensor, sendo que o sensor compreende pelo menos um de um sensor de acústica e um acelerômetro, ii) localizar o sensor próximo ao equipamento para permitir a detecção pelo sensor de componentes acústicos e/ou de aceleração produzidos pela operação do equipamento, e iii) produzir sinais elétricos de saída dependendo dos componentes detectados.

Description

"MÉTODO E APARELHO PARA MONITORAMENTO DA OPERAÇÃO DE EQUIPAMENTO LOCALIZADO EM NÍVEL SUBAQUÁTICO"

Esta invenção diz respeito a um método para monitoramento de operação de equipamento localizado em nível subaquático e a um aparelho de monitoramento para equipamento localizado em nível subaquático.

Instalações subaquáticas, por exemplo, poços submarinos de produção de hidrocarboneto, normalmente incluem componentes vitais que, se os mesmos falhassem, poderiam causar problemas significativos. É, portanto importante que se monitore a operação de tais componentes, o que pode não ser feito diretamente para tais componentes localizados remotamente. Por exemplo, um método essencial para controlar o fluxo do fluido de produção de uma cabeça de poço submarina é através do uso de pelo menos uma válvula de controle da válvula de produção, encaixada em uma árvore submarina, que pode ser aberta ou fechada conforme necessário. Geralmente estas válvulas são operadas hidraulicamente. Um conhecido, convencional método para medir a posição de tal uma válvula é através do uso de pelo menos um transdutor de pressão que é conectado a pelo menos um dos fornecimentos hidráulicos ou linha de retorno da válvula. O ou cada transdutor é usualmente encaixado na tubagem coletora da instalação, e sinais elétricos de saída do transdutor são passados para os meios de controle na superfície via um cabo umbilical. A pressão medida real proporciona uma indicação do estado da abertura ou fechamento da válvula, permitindo assim' que a mesma seja controlada da superfície. A Informação proporcionada pelo transdutor de pressão também permite uma avaliação limitada a ser feita da condição e desempenho da válvula, mas isto pode ser afetado por vários fatores, por exemplo, temperaturas de fluido, cavitação do fluido e outros efeitos e vazamentos do fluxo do fluido.

Recentemente, esforços foram feitos a fim de melhorar tanto a extensão quanto a confiabilidade da informação disponível através da avaliação dos sinais produzidos pelos sensores submarinos, um exemplo sendo o sistema de monitoramento de condição conhecido através da aplicação de patente pendente n- GB 0916421.1.

Descobriu-se agora que o uso de disposições de monitoramento

do transdutor de pressão conhecidos proporcionam informação insuficiente para permitir uma análise completa dos equipamento, como uma válvula conforme a descrita acima, usando técnicas de monitoramento de condição.

É um objetivo de a presente invenção proporcionar um sistema de monitoramento para equipamento remotamente localizados, o que proporciona informação e confiabilidade otimizados. Este objetivo é alcançado pelo uso da acústica ou equipamento de detecção de aceleração para obter informação na condição dos equipamento.

De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção há um método proporcionado para monitoramento da operação de equipamento localizado em nível subaquático, que compreende os seguintes passos:

i) proporcionar um sensor, sendo que o sensor compreende pelo menos um de um sensor de acústica e um acelerômetro,

ii) localizar o sensor próximo do equipamento a fim de permitir a detecção pelo sensor de componentes acústicos e/ou de aceleração

produzidos pela operação dos equipamento, e

iii) produzir sinais elétricos de saída dependendo dos componentes detectados.

De acordo com um segundo aspecto da presente invenção é proporcionado um aparelho de monitoramento para equipamento localizado em nível subaquático que compreende um sensor para monitoramento da operação dos equipamento, sendo que o sensor compreende pelo menos um de um sensor de acústica e um acelerômetro e é operado para a saída de sinais elétricos dependendo dos componentes acústicos e/ou de aceleração produzidos pela operação dos equipamento.

Desta forma, um sensor de acústica ou acelerômetro é empregado, que pode ser montado em uma instalação hospedeira subaquática, por exemplo, uma árvore de poço submarino, e capaz de capturar continuamente sinais de acústica/aceleração e o espectro de freqüência da acústica/aceleração associados. Estes podem então ser retransmitidos para um local à superfície, onde os dados podem ser comparados com assinaturas conhecidas da acústica/aceleração para os equipamentos relevantes, por exemplo, vários estados de válvula, e usadas para determinar o estado da operação dos equipamentos, por exemplo, abertura e fechamento da válvula.

A condição, quantidade de degradação e desempenho dos equipamento podem ser medidos ao usar técnicas de reconhecimento padrão, a fim de predizer a condição e deduzir as causas das falhas e perda de desempenho. Isto é alcançado ao comparar assinaturas com dados históricos e resultados de modelagem das condições de vários equipamento. A informação pode ser usada para determinar o tempo ideal a fim de realizar a manutenção e isto em troca irá reduzir o tempo para a realização de reparos inesperados. Estes dados podem ser usados em conjunção com a informação nas operações do sistema de controle para detectar e monitorar a condição e desempenho de equipamento submarinos.

A presente técnica permite o monitoramento de hardware submarino e no caso de fluxo de fluido, por exemplo, poderia ser usado para confirmar os movimentos de válvula e bloqueamento, monitorar mudanças no perfil operacional, detectar cavitações no fluxo de fluido e outros regimes de fluxo, detectar vazamento de fluido e monitorar o fluxo nas tubulações de fluido. A técnica tem aplicação geral para equipamento submarinos que geram uma freqüência espectro/aceleração mensurável. Diversas peças de equipamento, por exemplo, válvulas e bloqueadores, podem ser envolvidos no controle do fluxo de fluido de um poço e mais mecanismos como válvulas de proteção da tubulação de alta integridade, podem ser monitorados para garantir a segurança operacional.

Cada um destes poderia ser encaixado com um sensor de acústica/acelerômetro, ou alternativamente um único sensor de acústica/acelerômetro pode ser usado para monitorar múltiplos itens de equipamento (por exemplo, válvulas / bloqueadores).

Algumas vantagens, incluindo as seguintes, podem resultar da implementação da presente invenção:

- identificação precoce de falhas potenciais;

- Oportunidade para alterar equipamento deteriorantes durante operações normais;

- Redução em operações imprevistas;

- Custos de reparo e inatividade reduzidos;

- Vida útil de equipamento estendida;

- Melhor controle das peças sobressalentes, reduzindo assim

custos;

- Redução em produção perdida;

- A possibilidade de proporcionar informação valiosa para

sistemas de manutenção preventiva; e

- A habilitação de otimização das condições do fluxo de fluido.

A invenção será agora descrita com referência aos desenhos que acompanham, nos quais: A Fig. 1 mostra esquematicamente uma modalidade da presente

invenção usando um sensor de acústica; e

A Fig. 2 mostra esquematicamente uma segunda modalidade da presente invenção usando um acelerômetro. Uma primeira modalidade da invenção, usando um sensor de acústica, é mostrada esquematicamente na Fig. 1. Aqui o equipamento que é monitorado é uma válvula de controle de produção localizada em uma árvore submarina de um poço de produção de hidrocarboneto.

Um sensor de acústica, neste exemplo um hidrofone 1, é

encaixado em uma válvula de controle de produção submarina 2, que é montada em uma árvore submarina 3. A válvula 2 é controlada por sinais operacionais recebidos de um módulo de controle submarino (SCM) 4 via linha 5. A válvula 2 pode ser operada hidraulicamente ou eletricamente. O hidrofone é conectado eletricamente a um módulo de eletrônica

submarina (SEM) 6, alojado no SCM 4, via um cabo 7. O SCM 4 e SEM 6 ficam em comunicação com um sistema de controle da cabeça de poço 8, que é proporcionada em uma localidade na superfície (referida como "topside" na técnica), por exemplo, em terra, ou em uma embarcação ou plataforma, via um cabo umbilical 9, como é conhecido na técnica.

O hidrofone 1 é adaptado para captura da assinatura acústica da válvula de controle de produção 2 e converte os dados para um sinal elétrico associado. O termo "assinatura acústica", como usado aqui, refere-se à resposta de freqüência como medida em um período de tempo associado com a operação da válvula. O sinal elétrico é passado via cabo 7 para SEM 6. O SEM 6 em troca transfere o mesmo via cabo umbilical 9 para o sistema de controle da cabeça de poço 8 para análise de dados.

A análise de dados performada dentro do sistema de controle da cabeça de poço utiliza algoritmos de reconhecimento de padrão para comparar os dados recebidos contra uma base de dados que contém histórico de dados. Normalmente o histórico de dados diz respeito à posição da válvula assim como assinaturas acústicas de condição de falha. Através de comparação adequada, a posição da válvula 2 pode ser determinada. Em adição, o * 6

processamento pode reconhecer se há comportamento anormal, ou seja, uma falha, da válvula. O processamento é performado em conjunção com retroalimentação de outra informação do sistema de controle, por exemplo, informação de monitoramento relacionada a outros equipamento ou componentes na árvore.

A Fig. 2 mostra uma segunda modalidade da presente invenção, que tem muita similaridade com a primeira modalidade e componentes similares são assinalados com os mesmos numerais de referência. Entretanto, nesta modalidade o sensor usado para monitorar a operação de válvula é um acelerômetro 10, que é conectado ao SEM 6 via um cabo 11.

O acelerômetro 10 poderá capturar sinais de movimento contínuo, causados por atuação física da válvula 2. Os dados de aceleração capturados pelo acelerômetro 10 podem ser comparados com assinaturas dè aceleração conhecidas dos estados da válvula e também podem ser usados para determinar o estado de abertura e fechamento da válvula.

As modalidades descritas acima são apenas para fins exemplares, e outras possibilidades e alternativas dentro do escopo da invenção ficarão aparentes àqueles versados na técnica. Por exemplo, apesar de os exemplos descritos acima usarem somente um único sensor, também é possível o uso de mais de um, por exemplo, tanto um acelerômetro quanto um sensor de acústica podem ser usados, ou, aliás, uma pluralidade de sensores de ambos os tipos e em qualquer combinação. Os dados dos sensores individuais podem ser agrupados pelo sistema de controle da cabeça de poço, e usados para melhorar a precisão ou confiabilidade do monitoramento. Além disso, o uso de sensores adicionais proporciona um nível de redundância, de tal forma que o monitoramento poderá estar ainda disponível para o caso de falha de um sensor.

O sistema de monitoramento poderia ser usado para monitorar qualquer item de equipamento que produz em uso uma saída ou movimento acústico.

O ou cada sensor de acústica/acelerômetro poderia ser localizado na árvore, ao invés de em um específico item de equipamento. Isto poderia permitir a saída de uma pluralidade de itens a ser monitorados.

Claims

1. MÉTODO PARA MONITORAMENTO DA OPERAÇÃO DE EQUIPAMENTO LOCALIZADO EM NÍVEL SUBAQUÁTICO, que compreende os seguintes passos: i) proporcionar um sensor, sendo que o sensor compreende pelo menos um de um sensor de acústica e um acelerômetro, ii) localizar o sensor próximo aos equipamento a fim de permitir a detecção pelos sensor de componentes acústicos e/ou de aceleração produzidos pela operação dos equipamento, e iii) produzir sinais elétricos de saída dependendo dos componentes detectados.

2. APARELHO DE MONITORAMENTO PARA EQUIPAMENTO LOCALIZADO EM NÍVEL SUBAQUÁTICO, que compreende um sensor para monitoramento da operação dos equipamentos, sendo que o sensor compreende pelo menos um de um sensor de acústica e um acelerômetro e é operável para sinais elétricos de saída dependendo dos componentes de acústica e/ou de aceleração produzidos pela operação dos equipamentos.

3. MÉTODO OU APARELHO, de acordo com ambas as reivindicações 1 e 2, em que o equipamento subaquático é localizado em uma árvore de poço submarina.

4. MÉTODO OU APARELHO, de acordo com a reivindicação 3, em que o sensor é localizado na árvore.

5. MÉTODO OU APARELHO, de acordo com a reivindicação 3, em que o sensor é encaixado nos equipamento.

6. MÉTODO OU APARELHO, de acordo com qualquer reivindicação precedente, em que o equipamento compreende uma válvula.

7. MÉTODO OU APARELHO, de acordo com a reivindicação -6, em que a válvula compreende uma válvula de controle de produção.

8. MÉTODO OU APARELHO, de acordo com quaisquer das reivindicações 3 a 7, em que o sensor é conectado em um módulo de eletrônica submarina para enviar sinais elétricos de saída a partir do mesmo.

9. MÉTODO, de acordo com quaisquer das reivindicações 1 e 3 a 8, que compreende o passo da passagem de sinais elétricos de saída para uma localidade na superfície para processamento.

10. MÉTODO OU APARELHO, de acordo com qualquer reivindicação precedente, em que o sensor é adaptado para detectar a assinatura acústica ou de aceleração do equipamento.

11. MÉTODO, de acordo com quaisquer das reivindicações 1 e 3 a 10, que compreende o passo de comparar o sinal de saída com um histórico de base de dados.