FR2536533A1 - Procede et appareil, tel qu'un piston racleur, pour controler la courbure d'une canalisation - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN APPAREIL ET UN PROCEDE POUR LA DETECTION DE DEFORMATIONS LE LONG D'UN PIPELINE. PLUSIEURS MESURES D'ATTITUDE INERTIELLE SONT REALISEES LE LONG DU PIPELINE, DANS LE TEMPS, AU MOYEN D'UN DISPOSITIF COMPRENANT DES CAPTEURS 64, 66, 68, 70 PORTES PAR UN PISTON RACLEUR10. ENSUITE, EN COMPARANT LES UNES AUX AUTRES LES DIFFERENTES MESURES EFFECTUEES DANS LE TEMPS, ON PEUT LOCALISER ET IDENTIFIER AVEC PRECISION LES POINTS DE FLEXION DU PIPELINE. DOMAINE D'APPLICATION : CONTROLE ET SURVEILLANCE DES PIPELINES ET AUTRES CANALISATIONS DE GRANDES LONGUEURS.

Description

L'invention concerne un procédé et un appareil

pour détecter des déformations localisées de canalisations.

L'invention concerne plus particulièrement la mise en

oeuvre de techniques utilisant la sensibilité à l'atti-

tude pour détecter de telles déformations. Le contràle ou la surveillance de la flexion d'une canalisation avec le temps apporte une aide précieuse

à la protection de l'environnement écologique ambiant.

Des variations de courbure localisée d'une canalisation peuvent résulter de diverses conditions du sol, de la

température et de forces exogènes (telles qu'iin tremble-

ment de terre> et ces variations, apparaissant avec le temps, fournissent une indication précoce des contraintes et de la fatigue imposées à la canalisation et pouvant entraîner sa rupture Une détection rapide de zones présentant des problèmes, le long d'une canalisationg

permet souvent d'effectuer à un coût minimal une répara-

tion telle que le "relèvement" d'un segment fléchi de la canalisation En localisant avec précision les points de flexion excessive, une maintenance préventive peut souvent être rapidement effectuée, évitant ainsi une

détérioration supplémentaire de la canalisation.

Dans les régions arctiques telles que l'Alaska,

une canalisation peut présenter des conditions non sta-

tiques sur une longueur de 1700 km, pouvant résulter de l'écoulement de pétrole à des températures comprises entre -70 C et 630 C dans une canalisation ou un pipeline entouré d'un sol gelé en permanence (pergélisol) Un tel écoulement peut provoquer un dégel du sous-sol à proximité du pipeline et/ou de diverses structures-de support, entraînant un enfoncement ou un déplacement de sections du pipeline qui prennent des attitudes ayant pour résultat des courbures localisées supérieures aux tolérances souhaitées Les basses températures associées au gaz liquéfié soulèvent des problèmes de pipeline analogues. Il est donc très souhaitable de détecter les courbures excessives affectant des pipelines avant leur défaillance et un certain nombre d'appareils ont été proposés à cet effet Deux procédés sont devenus d'une grande importance dans la mesure de courbures le long de pipelines relativement longs Le premier procédé consiste à souder plusieurs barres régulièrement espacées le long du pipeline, Les barres dépassent à la surface du sol, donnant une indication de la hauteur de la section de pipeline à laquelle elles sont soudées Des techniques topographiques déterminent les variations de la hauteur des barres avec le temps, indiquant des changements de courbure en des points choisis à l'avance le long du pipeline Ce procédé est relativement coûteux

et, en raison de l'utilisation de techniques topographi-

ques manuelles, il est sujet à l'erreur humaine De plus, le positionnement de barres en plusieurs points de la longueur du pipeline donne des données qui sont évidemment discontinues Par conséquent, il faut utiliser un grand

nombre de barres pour éviter la probabilité d'une non-

détection de points non contrôlés entre les barres De plus, des conditions climatiques rudes gênent les efforts

fournis pour obtenir des levés topographiques précis.

L'autre procédé principalement utilisé est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 3 882 606 Il est indiqué dans ce brevet qu'un "pistôn racleur" de pipeline comporte plusieurs roues sur ses côtés opposés Les roues, qui assument la fonction de roues de captage, parcourent la surface intérieure de la canalisation La courbure du pipeline est déterminée par comparaison des distances parcourues par les roues disposées sur des côtés opposés du piston racleur Dans le cas o une section de pipeline présente une courbure, celle-ci se traduit par une différence entre les longueurs parcourues par les roues opposées Ce procédé est soumis à un certain nombre de facteurs générateurs d'erreurs comprenant le glissement des roues, les irrégularités de la canalisation et les erreurs de piste De plus, des plissements répartis régulièrement le long de la surface intérieure de la conduite peuvent affecter la précision

de la mesure de la courbure par ce procédé.

Il est donc souhaitable de disposer d'un appa-

reil et d'un procédé perfectionnés pour mesurer des cour-

bures localisées le long d'un pipeline.

L'invention concerne un appareil et un procédé perfectionnés qui éliminent les inconvénients de l'art antérieur indiqués précédemment et autres Conformément

au procédé de l'invention, plusieurs mesures de l'atti-

tude d'un pipeline en fonction de la position sont prises

dans le temps Ces mesures ayant été prises, des compa-

raisons portant sur l'attitude du pipeline en fonction de la position sont ensuite réalisées pour localiser is les points de flexion situés le long du pipeline Un appareil réalisé conformément à l'invention comprend un

dispositif destiné à effectuer plusieurs mesures d'atti-

tude sur la longueur du pipeline et un dispositif destiné à comparer les différentes mesures pour localiser des

changements d'attitude.

Conformément à l'invention, il est également prévu un piston racleur pour courbures comprenant unoerps cylindrique Au moins une coupelle entoure le corps afin qu'un écoulement de fluide-dans le pipeline provoque un déplacement du piston racleur Il est en outre prévu un dispositif destiné à détecter l'attitude du pipeline

par rapport à un espace inertiel.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels:

la figure 1 est une vue schématique d'un appa-

reil à inertie destiné à mesurer la courbure d'un pipeline selon l'invention;

la figure 2 est une élévation avec coupe par-

tielle d'un piston racleur de pipeline conçu pour mesurer la courbure d'un pipeline selon l'invention;

la figure 3 est une élévation avec coupe par-

tielle, à échelle agrandie, montrant en détail la partie avant d'un piston racleur selon l'invention; et les figures 4 a, 4 b et 4 c sont respectivement une élévation, une vue de face et une coupe transversale

d'un capteur selon l'invention.

En se référant à présent aux dessins, la figure 1 représente schématiquement un appareil de mesure de la courbure d'un pipeline selon l'invention Les éléments fonctionnels d'un tel appareil comprennent plusieurs organes transportables, intérieurs à un piston racleur 10 de pipeline, par ailleurs classique, et un appareil

12 de traitement de données qui est "hors ligne", c'est-à-

dire qui n'est pas transporté par le piston racleur 10.

Ce dernier est propulsé dans le pipeline 14 par -l'coule-

ment du fluide approprié transporté par la canalisation, par exemple du pétrole ou du gaz on peut voir sur la vue en coupe qu'un tel piston racleur selon l'invention, montré sur la figure 2, comporte des "coupelles" en polyuréthanne au moyen desquelles l'écoulement du fluide 16 engendre un mouvement du piston racleur 10 dans le

pipeline 14.

Un dispositif 18 de commande de roulis iest prévu pour stabiliser le piston racleur 100 Le dispositif 18, qui peut comprendre l'un quelconque d'un certain nombre de moyens classiques de stabilisation, établit une référence fiable pour les mesures d'attitude entre le piston racleur et le pipeline et entre le piston racleur et-un espace inertiel, ces mesures étant prises par des capteurs montés sur le piston racleur 10, pendant que ce dernier parcourt le pipeline 14 De tels capteurs

sont décrits plus en détail ci-après.

Un dispositif inertiel 20 de référence d'attitude et de cap et un capteur 22 d'attitude du piston racleur

par rapport à la canalisation fournissent en continu,-

pendant le fonctionnement, des données concernant le piston racleur par rapport à l'espace inertiel et le piston racleur par rapport à l'attitude de la canalisation -(azimut et inclinaison) De plus, un transducteur 24 de mise à jour de position détecte des données 26 de-référence de position permettant à l'utilisateur de référencer

toutes les données d'attitude à l'emplacement du pipeline.

Comme montré, les données 26 de référence de position se présentent sous la forme de plusieurs soudures disposées à travers le pipeline 14 Ces soudures constituent des discontinuités du profil de l'intérieur du pipeline 14

et ces discontinuités sont captées sous forme de perbur-

bations affectant le signal de sortie du transducteur 24

de mise à jour de position Les données acquises d'atti-

tude et de position sont transmises en continu à un dis-

positif 28 d'enregistrement Un dispositif 30 d'alimen-

tation en énergie, embarqué dans le piston régleur 10

alimente les divers capteurs électriques.

La figure 2 est une coupe longitudinale d'un piston racleur de courbure selon l'invention, qui réalise

les fonctions indiquées en regard du schéma de la figure 1.

Le piston racleur 10 comprend un corps sensiblement cylin-

drique 32 divisé en parties avant et arrière par une

cloison circulaire 34 Les coupelles 36 et 38 en poly-

uréthanne, fixées à des plaques extrêmes métalliques 40 et 42, sont dimensionnées de manière que, lorsque le piston racleur est introduit dans un pipeline, elles soient comprimées contre la surface cylindrique intérieure du pipeline pour supporter le piston racleur Les diamètres

extérieurs des coupelles 36 et 38 sont légèrement supé-

rieurs au diamètre intérieur de la canalisation Par consé-

quent, les coupelles 36 et 38 sont appliquées de manière étanche contre la surface intérieure de la canalisation pendant le fonctionnement Plusieurs trous ménagés dans la coupelle arrière 38 permettent à l'écoulement de fluide 16 de passer à travers cette dernière Cet écoulement

n'est arrêté que par la coupelle avant 'non perforée" 36.

La pression du fluide 16 agit donc sur la coupelle 36

afin qu'elle "tire" le piston racleur dans le pipeline.

En agençant ainsi le mécanisme de propulsion du piston racleur, on améliore la manoeuvrabilité de ce dernier par rapport à celle d'un piston racleur "poussé" dans un pipeline par un écoulement de fluide 16 agissant contre

la coupelle arrière 38.

Un dispositif 44 de navigation par inertie qui assume la fonction du dispositif 20 de référence de cap et d'attitude du piston racleur, est fixé à un plateau 46 disposé dans la partie avant du piston racleur Le dispositif 44 de navigation est un dispositif abaisseur qui détecte l'attitude du piston racleur et produit une information de cette attitude par rapport à un espace inertiel Le dispositif 44 de navigation peut être un dispositif de navigation par inertie du type à gyroscope à laser à anneau "LN-i 90 B commercialise par la firme Litton Systems Inc, Guidance and Control Systems Division, Wqoodland 1 ills, Californie Un tel dispositif comporte un gyroscope à laser à anneau qui assure une détection précise de mouvements angulaires sur trois axes Le dispositif 44 comprend un complexe

électronique capable d'enregistrer des données.

Un servomoteur 48, qui reçoit des signaux de stabilisation au roulis du dispositif 44 de navigation à inertie, est boulonné sur une plaque avant 50 du piston racleur 10 La figure 3 représente partiellement à échelle agrandie la partie avant du piston racleur 10 et on peut voir qu'un arbre 52 de sortie du moteur 48, présentant une denture d'engrenage, passe à travers la plaque avant

50 et est en prise avec une couronne 54 à denture inté-

rieure La plaque extrême avant 40 est boulonnée sur un support 56 de forme torique qui est mobile par rapport à un bâti 58 de support de palier fixé à la plaque avant Un palier 60, intérieur au bâti 58, facilite les mouvements relatifs entre les plaques 40 et 50 Un ballast ou contrepoids 62 est fixé à la plaque avant 40

de manière que le servomoteur 48 puisse réagir, en coopé-

ration avec le frottement des coupelles extrêmes contre les parois de la canalisation, pour maintenir le piston racleur en position droite Les deux coupelles avant et arrière utilisent des anneaux extrêmes identiques et des paliers identiques aux fins de stabilisation contre

le roulis.

On peut voir sur la figure 2 que des paires d'éléments de captage 64, 66, 68 et 70 sont disposées

aux extrémités avant et arrière du piston racleur, res-

pectivement Bien que cela ne soit pas représenté sur la figure 2, des paires analogues d'éléments de captage, orientés à 900 par rapport aux éléments montrés sur la figure 2, sont placées aux deux extrémités avant et

arrière du piston racleur 10.

Chaque élément de captage comporte un bras rappelé par ressort Les éléments sont disposés de manière que leurs bras portent contre la paroi intérieure du pipeline pour produire des indications continues de l'orientation relative du piston racleur 10 par rapport à l'intérieur de la canalisation Les mesures réalisées par les éléments de captage sont traitées pour déterminer l'attitude du piston racleur par rapport à la canalisation et sa position dans la canalisation Un certain nombre

de-configurations d'éléments de captage peuvent être -

utilisées pour déterminer l'orientation du piston racleur

par rapport à la canalisation Ces configurations compren-

nent, entre autres, des synchro/séparateurs intégrés à des contacts glissants ou roues rappelés par ressort sur des bras de levier, afin de mesurer l'angle formé entre les bras de levier et le piston racleur 10, et des transducteurs de déplacement linéaire qui mesurent les déplacements des bras de levier par rapport au piston racleur Des informations d'inclinaison et de limiteé du piston racleur par rapport à- la canalisation peuvent être obtenues dans le dernier cas à partir des différences de séparation entre le piston racleur et la canalisation, détectées par les éléments de captage avant et arrière (l'orientation des éléments de captage à 900 par rapport à ceux montrés sur la figure 2 permet au dispositif de captage de détecter l'azimut en plus de l'inclinaison le dispositif précité de stabilisation du roulis assure le maintien de l'orientation du piston racleur sur toute la longueur du pipeline afin de permettre une détection de l'inclinaison et de l'azimut "vrais" du piston racleur

par rapport à la canalisation).

Les figures 4 a et 4 b sont respectivement une élévation et une vue arrière d'un dispositif capteur du type à séparation Chacun des huit éléments de captage comprend une culasse 72, un bras sensible 74 rappelé par un ressort et un séparateur 76 La figure 4 c, qui est une coupe partielle à échelle agrandie de l'ensemble capteur suivant la ligne 4 c-4 c de la figure 4 a, montre que le séparateur 76 comporte un soufflet d'accouplement 78 destiné à éliminer toutes les excentricités du bras sensible et du séparateur Le soufflet 78 est très rigide en rotation, mais souple en translation, ce qui minimise

l'importance des concentricités d'origine.

Outre qu'ils fournissent des données permettant de calculer l'attitude du piston racleur par rapport à la canalisation, les éléments de captage détectent la position du piston racleur à l'intérieur du pipeline en décelant de brusques variations de la distance comprise entre le piston racleur et l'intérieur de la canalisation, ces variations apparaissant périodiquement, au passage

du piston racleur sur les points de soudure du pipeline.

Ces points apparaissent sous la forme de pointes de tension dans le signal de sortie du transducteur associé aux éléments de captage, constituant ainsi, dans les données de-sortie, des repères de référence La sortie

du dispositif 44 de navigation à inertie est convenable-

ment synchronisée sur celle des éléments de captage afin que les données de détection de position puissent être appliquées aux données d'attitude inertielle du piston racleur pour qu'il soit possible de déterminer la courbure du pipeline par rapport à l'espace inertiel

dans diverses positions.

Comme représenté également sur la figure 2, le sous-ensemble d'alimentation en énergie comprend deux batteries 80 et 82 Elles sont montées sur un plateau 84 placé dans la partie arrière du corps 32 du piston racleur La cloison 34 sépare des circuits électroniques de détection ce dispositif de support de la source d'alimentation en énergie L'énergie délivrée par les batteries est transmise par un câblage qui aboutit à un connecteur traversant la cloison Une trappe 86 d'accès, située à la partie supérieure du compartiment des batteries, permet d'accéder à un connecteur pour

recharger les batteries pendant toute période d'immobi-

lisation du piston racleur.

Un dispositif électronique classique 88 d'enre-

gistrement et un dispositif 90 d'entraînement de bande

constituent le sous-ensemble d'enregistrement Le dispo-

sitif 90 d'entraînement de bande est monté dans une posi-

tion verticale au-dessous d'une plaque 92 d'accès qui permet de retirer la cartouche à bande pour un traitement ultérieur des informations Le dispositif électronique 88 est monté à proximité du dispositif de référence à inertie

afin de réduire la complexité du câblage.

En fonctionnement, le piston racleur 10 tel que

décrit dans le présent mémoire est chargé dans un pipe-

line au moyen d'un lanceur de pistons racleurs à vannes appropriées Une fois mis en place, il peut parcourir la longueur du pipeline le long duquel il est entraîné par la force du fluide 16 en écoulement Pendant que le piston racleur parcourt le pipeline, deux groupes de

mesures sont enregistrés simultanément par le sous-

ensemble précité d'enregistrement Des données d'attitude

du piston racleur par rapport à la canalisation (incli-

naison et azimut) sont regroupées par la détection des flexions des bras des éléments de captage, ces flexions se produisant lorsque l'attitude du piston racleur par rapport à la canalisation change De plus, comme mentionné précédemment, la position du piston racleur dans le

pipeline est détectée par l'émission de pointes périodi-

ques dans le signal de sortie des capteurs, indiquant le passage par un point de soudure,(Il convient de noter qu'il n'est pas nécessaire que les soudures soient placées dans des positions espacées régulièrement mais que, pourvu que l'opérateur connaisse ces points, des données de

position peuvent en être dérivées).

1 O Enmême temps que l'attitude du piston racleur par rapport à la canalisation est détectée, l'attitude du piston racleur par rapport à un espace inertiel est détectée au moyen du dispositif 44 de navigation Les deux groupes de données d'attitude sont enregistrés par le sous-ensemble d'enregistrement et mémorisées sur une bande pour permettre une analyse ultérieure, hors ligne, par l'appareil 12 de traitement de données, Le calcul de la courbure de la canalisation par rapport à un espace inertiel, à partir des paramètres détectés, est direct, consistant 2 N un simple calcul de différence entre

les attitudes du piston racleur par rapport à la canali-

sation et du piston racleur'par rapport à l'espace iner-

tiel Pour détecter une flexion le long du pipeline, plu-

sieurs "passes" sont effectuées dans le temps En utili-

sant les données provenant de ces passes et en les comparant, l'opérateur peut détecter des points de flexion du pipeline d'après son évolution dans le temps Cette information concernant le comportement du pipeline permet à l'opérateur de procéder rapidement à des réparations, évitant ainsi de nuire à l'environnement et d'avoir à effectuer des réparations coûteuses De plusu pourvu que le module d'élasticité de la section d'un pipeline ne soit pas dépassé, une section peut être "relevée" et réinsérée avec une économie importante sur le coût de réparation. Il apparaît donc que l'invention apporte au

domaine du contrôle des pipelines un procédé et un appa-

reil perfectionnés pour la détection de flexions En utilisant les informations données dans le présent mémoire,

on peut localiser avec précision et de façon sûre l'appa-

rition de points de contraintes le long d'un pipeline

bien avant qu'une dégradation soit occasionnée à l'envi-

ronnement, une telle dégradation pouvant se produire dans

le cas o une telle flexion n'est pas détectée.

Il convient de souligner que, dans des canali-

sations relativement droites, on peut supprimer la sta-

bilisation en roulis en réalisant le piston racleur de façon qu'il soit pendulaire afin qu'il parcoure la canalisation toujours de la même façon D'une manière similaire, on peut supprimer les capteurs donnant la position du piston racleur par rapport à la canalisation en faisant suivre à ce piston racleur le même cheminement le long d'une canalisation Dans ce cas, le dispositif de navigation à inertie mesure directement la déformation

de la canalisation.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé et à l'appareil décrits

et représentés sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1 Procédé pour contrôler la courbure longi-

tudinale d'un pipeline ( 14), caractérisé en ce qu'il

consiste à prendre plusieurs mesures de l'attitude inertiel-

le du pipeline et à comparer lesdites mesures afin

de localiser des changements de ladite attitude.

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la prise de plusieurs mesures de l'attitude inertielle du pipeline consiste, pour chaque mesure, à mesurer l'attitude d'un piston racleur ( 10) par rapport à un espace inertiel, pendant que ce piston racleur parcourt le pipeline, à mesurer l'attitude du piston racleur par rapport audit pipeline pendant qu'il parcourt

ce dernier, puis à calculer la différence entre les atti-

tudes du piston racleur par rapport à l'espace inertiel et

du piston racleur par rapport au pipeline.

3 Procédé selon le revendication 2, caractérisé en ce que la mesure de l'attitude du piston racleur par rapport au pipeline consiste en outre à monter plusieurs capteurs ( 64, 66, 68, 70) destinés à mesurer l'écartement

entre le piston racleur et le pipeline.

4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé

en ce que les calculs sont effectués au moyen d'un calcu-

lateur numérique.

5 Procédé selon l'une des revendications 3 et

4, caractérisé en ce que chaque capteur comprend un bras

( 74) rappelé par ressort et en ce que la mesure de l'atti-

tude du piston racleur par rapport au pipeline consiste

à mesurer les flexions des bras.

v 30 6 Appareil pour contrôler la courbure longi-

tudinale d'un pipeline ( 14), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif destiné à prendre plusieurs mesures de l'attitude inertielle du pipeline, et un dispositif

destiné à comparer les mesures pour localiser des change-

ments d'attitude le long du pipeline.

7 Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de prise de plusieurs mesures de l'attitude inertielle du pipeline comprend un piston

racleur ( 10) de pipeline.

8 Appareil selon la revendication 7, caracté-

risé en ce que le dispositif destiné à prendre plusieurs mesures de l'attitude inertielle du pipeline comprend en outre plusieurs capteurs ( 64, 66, 68, 70) destinés à mesurer l'attitude du piston racleur par rapport au pipeline, et un dispositif ( 44) de navigation en inertie qui est monté, de même que les capteurs, sur le piston racleur.

9 Appareil selon la revendication 8, caracté-

risé en ce que chacun desdits capteurs comprend un bras

( 74) chargé par un ressort.

Appareil selon la revendication 9, caracté-

risé en ce qu'il comporte en outre un dispositif ( 48-62)

de stabilisation au roulis du piston racleur.

11 Piston racleur destiné à mesurer la courbure d'un pipeline ( 14), caractérisé en ce qu'il comporte un corps cylindrique ( 32), au moins une coupelle ( 36 ou 38) entourant le corps afin d'utiliser l'écoulement d'un fluide dans le pipeline pour déplacer le piston racleur,

et un dispositif destiné à détecter l'attitude du pipe-

line par rapport à un espace inertiel.

12 Piston racleur selon la revendication 11, caractérisé en ce que le dispositif destiné à détecter l'attitude du pipeline par rapport à l'espace inertiel comprend en outre un dispositif ( 44) de navigation destine à détecter l'attitude du piston racleur par rapport à l'espace inertiel, et au moins un capteur ( 64, 66, 68 ou 70) destiné à détecter l'attitude du piston racleur

par rapport au pipeline.

13 Piston racleur selon la revendication 12, caractérisé en ce que chaque capteur comprend au moins

un bras ( 74) rappelé par un ressort.

14 Piston racleur selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif

( 48-62) de stabilisation au roulis dudit piston racleur.