FR2667159A1 - Magnetometer device for the dynamic measurement of an electric current flowing in the wall of a conducting pipe - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention est relative à un dispositif magnétométrique de mesure dynamique d'un courant électrique circulant dans la paroi d'un tube conducteur. The present invention relates to a magnetometric device for dynamic measurement of an electric current flowing in the wall of a conductive tube.
Plus particulièrement, l'invention concerne une application d'un tel dispositif à la détection de défauts de protection contre la corrosion d'oléoducs ou autres tubages utilisés dans l'industrie pétrolière.More particularly, the invention relates to an application of such a device to the detection of protection defects against corrosion of pipelines or other casings used in the petroleum industry.
On sait que pour protéger les oléoducs sous-marins contre la corrosion due à des réactions d'oxydoréduction avec l'eau de mer, ceux-ci sont recouverts d'un revêtement isolant et équipés d'anodes en contact avec la partie métallique de l'oléoduc. Ces anodes sont réalisées en un métal fortement électronégatif tel du zinc, de manière que les pertes de métal dues aux réactions d'oxydoréduction soient concentrées sur les anodes. We know that to protect underwater pipelines against corrosion due to redox reactions with seawater, these are covered with an insulating coating and equipped with anodes in contact with the metallic part of the 'pipeline. These anodes are made of a highly electronegative metal such as zinc, so that the metal losses due to redox reactions are concentrated on the anodes.
Celles-ci sont distribuées régulièrement sur l'oléoduc, à quelques centaines de mètres les unes des autres, de manière à établir une circulation de courant dans le tube, entre deux anodes consécutives.These are distributed regularly on the pipeline, a few hundred meters from each other, so as to establish a current flow in the tube, between two consecutive anodes.
On se réfère à la figure 1 du dessin annexé où l'on a représenté en coupe axiale la paroi tubulaire 1 métallique d'un oléoduc. Pour la clarté du dessin on n'a représenté ni les anodes de protection "cathodique" ni le revêtement isolant. On conçoit que, si le revêtement isolant est sans défaut, l'intensité du courant total Ia circulant dans une section annulaire Sa du tube doit être égale à l'intensité 1b dans une section Sb distante axialement de la première. Referring to Figure 1 of the accompanying drawing where there is shown in axial section the tubular metal wall 1 of an oil pipeline. For clarity of the drawing, neither the "cathode" protective anodes nor the insulating coating have been shown. It is understood that, if the insulating coating is free from defects, the intensity of the total current Ia flowing in an annular section Sa of the tube must be equal to the intensity 1b in a section Sb axially distant from the first.
Si par contre le revêtement présente au moins un défaut entre les sections a et Sb, un courant de fuite If s'établira au niveau du défaut, tel que
If = Ia f a b
On pourrait donc par des méthodes électrocinétiques, mesurer des gradients de courant et déduire de ces mesures la position du défaut d'isolement de l'oléoduc en vue d'une réparation de ces défauts pour prévenir toute corrosion de la partie conductrice de l'oléoduc, en dehors des anodes de protection.If, on the other hand, the coating has at least one defect between sections a and Sb, a leakage current If will be established at the level of the defect, such that
If = Ia fab
One could therefore by electrokinetic methods, measure current gradients and deduce from these measurements the position of the insulation fault of the pipeline with a view to repairing these faults to prevent any corrosion of the conductive part of the pipeline , apart from the protective anodes.
Les méthodes connues consistent à faire réaliser des mesures statiques de potentiel sur le tube, soit par un plongeur, soit à l'aide d'un submersible. Les deux méthodes sont très coûteuses. Elles ne permettent pas de réaliser des mesures en continu. Le submersible, par sa grande masse métallique, perturbe en outre la mesure et les corrections applicables sont incertaines. The known methods consist in making static measurements of potential on the tube, either by a plunger, or using a submersible. Both methods are very expensive. They do not allow continuous measurements. The submersible, by its large metallic mass, also disturbs the measurement and the applicable corrections are uncertain.
La présente invention a donc pour but de réaliser un dispositif de mesure du courant circulant dans la paroi d'un tube conducteur tel que celui d'un oléoduc sousmarin, qui ne présente pas les inconvénients des procédés et des dispositifs de mesure de la technique antérieure. The object of the present invention is therefore to provide a device for measuring the current flowing in the wall of a conductive tube such as that of a submarine pipeline, which does not have the drawbacks of the methods and devices for measuring the prior art. .
La présente invention a aussi pour but de réaliser un tel dispositif permettant d'exécuter intérieurement au tube des mesures de gradient d'intensité de courant en continu, pour le but localiser des défauts d'isolement électrique de la paroi d'un oléoduc. The present invention also aims to achieve such a device for executing inside the tube continuous current intensity gradient measurements, for the purpose of locating faults in the electrical insulation of the wall of an oil pipeline.
La présente invention a encore pour but de réaliser un tel dispositif qui permet de s'affranchir de l'effet perturbateur du magnétisme rémanent d'un acier ferromagnétique dans lequel est constituée la partie métallique de l'oléoduc. The present invention also aims to achieve such a device which overcomes the disruptive effect of the residual magnetism of a ferromagnetic steel in which is formed the metal part of the pipeline.
On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la présente description, avec un dispositif magnétométrique de mesure dynamique d'un courant électrique circulant dans la paroi d'un tube conducteur, caractérisé en ce qu'il comprend a) au moins une bobine électromagnétique, b) des moyens de support de ladite bobine au voisinage de la paroi interne du tube, l'axe de la bobine étant incliné sur la section droite du tube, c) un moteur pour faire tourner les moyens de support et la bobine autour de l'axe médian du tube, et d) des moyens de traitement du signal de tension induit dans la bobine par le champ magnétique créé par la circulation du courant dans le tube, pour mesurer l'intensité de ce courant au point de mesure. These aims of the invention are achieved, as well as others which will appear on reading the present description, with a magnetometric device for dynamic measurement of an electric current flowing in the wall of a conductive tube, characterized in that '' it comprises a) at least one electromagnetic coil, b) means for supporting said coil in the vicinity of the internal wall of the tube, the axis of the coil being inclined on the cross section of the tube, c) a motor for making rotate the support means and the coil around the median axis of the tube, and d) means for processing the voltage signal induced in the coil by the magnetic field created by the flow of current in the tube, to measure the intensity of this current at the measuring point.
Le champ magnétique créé par la circulation du courant dans le tube induit ainsi dans la bobine tournante une tension qui est fonction de l'intensité du courant créateur du champ magnétique, ce qui permet d'atteindre cette intensité. Des mesures de l'intensité échelonnées sur l'axe du tube permettent de mettre en évidence d'éventuelles fuites radiales If de courant. Dans un oléoduc, celles-ci sont révélatrices de défauts locaux d'isolement électrique que l'invention permet ainsi de détecter. The magnetic field created by the circulation of current in the tube thus induces in the rotating coil a voltage which is a function of the intensity of the current creating the magnetic field, which makes it possible to reach this intensity. Measurements of the intensity staggered on the axis of the tube make it possible to highlight possible radial leakages If of current. In an oil pipeline, these are indicative of local electrical insulation faults which the invention thus makes it possible to detect.
Suivant une variante du dispositif selon l'invention, celui-ci comprend en outre au moins une deuxième bobine électromagnétique écartée axialement de la première et tournant avec celle-ci pour fournir aux moyens de traitement un deuxième signal de tension combiné au premier signal par ces moyens pour mesurer le gradient d'intensité du courant dans le tube. Le relevé de ce gradient, suivant 1 ' axe du tube, permet de repérer avec netteté les zones du tube qui présentent des défauts d' isolement. According to a variant of the device according to the invention, it further comprises at least one second electromagnetic coil spaced axially from the first and rotating with the latter to provide the processing means with a second voltage signal combined with the first signal by these means for measuring the intensity gradient of the current in the tube. The recording of this gradient, along the axis of the tube, makes it possible to clearly identify the zones of the tube which have insulation faults.
Pour la mesure d'un gradient de courant dans un tube conducteur constitué en un matériau présentant un magnétisme rémanent, la distance axiale des deux bobines est telle que les tensions induites dans ces deux bobines par le magnétisme rémanent du tube sont sensiblement de même valeur et disparaissent par soustraction de la mesure de gradient réalisée par le dispositif. On s'affranchit ainsi d'un phénomène parasite qui atteindrait autrement défavorablement la précision des mesures réalisées. For the measurement of a current gradient in a conductive tube made of a material having a remanent magnetism, the axial distance of the two coils is such that the voltages induced in these two coils by the remanent magnetism of the tube are substantially of the same value and disappear by subtracting the gradient measurement performed by the device. This eliminates a parasitic phenomenon which would otherwise adversely affect the precision of the measurements made.
Dans un mode de réalisation préféré du dispositif selon l'invention, celui-ci comprend en outre des moyens pour faire circuler axialement dans le tube l'ensemble bobine-moyen de support-moteur, les moyens de traitement étant conçus pour assurer le relevé des mesures d'intensité ou de gradient d'intensité de courant dans le tube en fonction de la position axiale de l'ensemble. In a preferred embodiment of the device according to the invention, it further comprises means for axially circulating in the tube the coil-motor support means assembly, the processing means being designed to ensure the reading of the intensity or gradient measurements of current intensity in the tube as a function of the axial position of the assembly.
Lorsque le dispositif doit circuler dans un tube convoyeur de fluide, comme c'est le cas d'un oléoduc par exemple, la circulation peut être obtenue simplement en établissant une différence de pression de fluide de part et d'autre du dispositif, dans le tube. Le dispositif comprend en outre des moyens de saisie de la position axiale de l'ensemble en déplacement dans le tube, de manière que les moyens de traitement puissent établir un relevé axial de l'intensité électrique mesurée ou du gradient de cette intensité.When the device must circulate in a fluid conveyor tube, as is the case of a pipeline for example, the circulation can be obtained simply by establishing a difference in fluid pressure on either side of the device, in the tube. The device further comprises means for entering the axial position of the assembly moving in the tube, so that the processing means can establish an axial reading of the electrical current measured or the gradient of this current.
D'autres caractéristiques et avantages du dispositif suivant l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel
- la figure 1 est un schéma en coupe axiale du dispositif suivant l'invention,
- la figure 2 est une vue axiale d'un disque de
support de bobines électromagnétiques, formant
partie du dispositif de la figure 1,
- la figure 3 est un diagramme fonctionnel
illustrant le traitement des signaux de mesure
fourni par le dispositif selon l'invention,
- la figure 4 illustre une application du dispositif
suivant l'invention à la détermination de défauts
d'isolement d'un oléoduc installé dans un milieu
conducteur d'électricité tel que de l'eau de mer,
et
- la figure 5 illustre une autre application du
dispositif suivant 1 invention, à la localisation
d'éventuels défauts d'isolement d'un tube de
forage pétrolier.Other characteristics and advantages of the device according to the invention will appear on reading the description which follows and on examining the appended drawing in which
FIG. 1 is a diagram in axial section of the device according to the invention,
- Figure 2 is an axial view of a disc of
support of electromagnetic coils, forming
part of the device of FIG. 1,
- Figure 3 is a functional diagram
illustrating the processing of measurement signals
provided by the device according to the invention,
- Figure 4 illustrates an application of the device
according to the invention to the determination of faults
isolation of a pipeline installed in an environment
conductor of electricity such as sea water,
and
- Figure 5 illustrates another application of
device according to 1 invention, localization
possible insulation faults in a tube
oil drilling.
On se réfère à la figure 1 du dessin annexé où il apparaît que le dispositif selon l'invention comprend essentiellement un moteur 2, électrique par exemple, qui porte sur un arbre de sortie 3 un disque 4 constituant un moyen de support d'au moins une bobine électromagnétique 5. Referring to Figure 1 of the accompanying drawing where it appears that the device according to the invention essentially comprises a motor 2, for example electric, which carries on a output shaft 3 a disc 4 constituting a support means of at least an electromagnetic coil 5.
Suivant une caractéristique importante du dispositif selon l'invention, celui-ci est conçu et dimensionné de manière à pouvoir être installé à l'intérieur d'un tube 1 et à pouvoir se déplacer axialement dans celui-ci, comme on le verra plus loin. According to an important characteristic of the device according to the invention, it is designed and dimensioned so as to be able to be installed inside a tube 1 and to be able to move axially in it, as will be seen below. .
Le moteur 2, l'arbre 3, le disque 4 et la bobine 5 constitue un ensemble protégé par deux capots d'extrémité 6, 6' fixés sur l'arbre 3. The motor 2, the shaft 3, the disc 4 and the coil 5 constitute an assembly protected by two end covers 6, 6 'fixed on the shaft 3.
Par hypothèse non limitative, un courant électrique circule dans la paroi cylindrique du tube 1 constitué en un matériau conducteur tel que de l'acier, comme c'est le cas d'un oléoduc sous-marin par exemple, équipé d'anodes de protection cathodique. La circulation du courant dans cette paroi crée un champ magnétique qui induit dans la bobine 5 tournant dans ce champ sous l'action du moteur 2, une tension électrique qui est fonction de l'intensité totale du courant dans la section du tube qui se trouve au droit de la bobine. Ainsi dans la section Sa où l'intensité totale du courant est Ira t la tension électrique induite est Va, . cette tension Va étant représentative de l'intensité du courant Ia que l'on peut ainsi atteindre. By non-limiting hypothesis, an electric current flows in the cylindrical wall of the tube 1 made of a conductive material such as steel, as is the case of an underwater pipeline for example, equipped with protective anodes cathodic. The circulation of current in this wall creates a magnetic field which induces in the coil 5 rotating in this field under the action of the motor 2, an electric voltage which is a function of the total intensity of the current in the section of the tube which is to the right of the coil. Thus in section Sa where the total intensity of the current is Ira t the induced electric voltage is Va,. this voltage Va being representative of the intensity of the current Ia which can thus be reached.
Des mesures de la tension aux bornes de la bobine 5, opérées point par point, permettent alors d'établir un relevé suivant l'axe du tube de la variation du courant dans le tube et de mettre ainsi en évidence des discontinuités de cette intensité, révélatrices de la présence de fuites de courant dues à des défauts d'isolement d'un tube 1 recouvert d'un revêtement isolant, comme ctest le cas d'un oléoduc. Comme on l'a vu plus haut en préambule, un oléoduc est en outre équipé d'anodes en zinc par exemple, régulièrement distribuées sur la longueur de l'oléoduc, à quelques centaines de mètres les unes des autres, ces anodes étant directement en contact avec la partie conductrice de l'oléoduc.C'est à ces anodes et aux réactions d'oxydoréduction dont on a parlé plus haut, qu'est due la circulation d'un courant dans le tube, courant dont les fuites radiales repérées à l'aide du dispositif selon l'invention, topèrent là où il y a défauts d'isolement de la paroi conductrice du tube. Measurements of the voltage at the terminals of the coil 5, carried out point by point, then make it possible to establish a reading along the axis of the tube of the variation of the current in the tube and thus to highlight discontinuities of this intensity, indicative of the presence of current leaks due to insulation faults in a tube 1 covered with an insulating coating, as is the case with an oil pipeline. As we saw above in the preamble, a pipeline is also equipped with zinc anodes for example, regularly distributed along the length of the pipeline, a few hundred meters from each other, these anodes being directly in contact with the conductive part of the pipeline. It is to these anodes and to the redox reactions which we mentioned above, that the circulation of a current in the tube is due, current whose radial leaks identified at using the device according to the invention, locate where there are insulation faults in the conductive wall of the tube.
Dans le cas d'un oléoduc posé sur un fond marin, la densité du courant dans une section du tube n'est pas homogène du fait du milieu géoélectrique considéré qui ne l'est pas non plus (envasement non symétrique de l'oléoduc, distribution non uniforme des sites des réactions d'oxydoréduction, en particulier là où il y a défaut d'isolement du tube métallique de l'oléoduc, etc...). La répartition non symétrique de révolution du champ électrique que l'on observe réellement dans une section du tube crée un champ magnétique susceptible d'induire une tension non nulle dans la bobine électromagnétique de mesure. In the case of an oil pipeline laid on a seabed, the density of the current in a section of the tube is not homogeneous because of the geoelectric medium considered which is not either (non-symmetrical siltation of the pipeline, non-uniform distribution of the sites of redox reactions, in particular where there is a defect in the isolation of the metal tube of the pipeline, etc.). The non-symmetrical distribution of revolution of the electric field that is actually observed in a section of the tube creates a magnetic field capable of inducing a non-zero voltage in the electromagnetic measurement coil.
Comme on l'a vu plus haut, les fuites radiales de courant If sont responsables d'un gradient de courant dans le tube tel que If = Ia
f a b
Suivant 1 invention, on peut relever directement ce gradient en ajoutant au dispositif un deuxième disque 4' fixé sur l'arbre 3 du moteur et portant une deuxième bobine 5' espacée axialement de la première et tournant avec celle-ci.On conçoit que les bobines 5, 5', dans la mesure où elles sont identiques et agencées à la même distance de la paroi du tube, suivant des inclinaisons axiales égales vis-à-vis des sections a et Sb, fournissent à leur borne des tensions Va et Vb respectivement, fonction des courants Ia et 1b dans les sections de tube a et S situées au droit des bobines 5,
b 5' respectivement. Un relevé selon l'axe du tube du gradient de tension (Va - Vb) fait ainsi apparaître directement les parties du tube où il existe un courant de fuite If dû à un défaut d'isolement.As we saw above, the radial leaks of current If are responsible for a current gradient in the tube such that If = Ia
fab
According to 1 invention, this gradient can be raised directly by adding to the device a second disc 4 'fixed to the shaft 3 of the motor and carrying a second coil 5' axially spaced from the first and rotating with the latter. coils 5, 5 ', insofar as they are identical and arranged at the same distance from the wall of the tube, according to equal axial inclinations with respect to sections a and Sb, supply voltages Va and Vb at their terminal respectively, function of the currents Ia and 1b in the sections of tube a and S located to the right of the coils 5,
b 5 'respectively. A reading along the axis of the tube of the voltage gradient (Va - Vb) thus directly shows the parts of the tube where there is a leakage current If due to an insulation fault.
On tire ce gradient d'un montage différentiel des enroulements des bobines 5, 5', comme schématisé à la figure 3, où ces enroulements sont connectés aux entrées d'un amplificateur différentiel 8 par l'intermédiaire de résistances de charge 7, 7' respectivement. Le signal délivré par l'amplificateur 8 est fourni à des moyens de traitement de signaux 9, que l'on décrira en plus de détail dans la suite. This gradient is drawn from a differential arrangement of the windings of the coils 5, 5 ', as shown diagrammatically in FIG. 3, where these windings are connected to the inputs of a differential amplifier 8 via load resistors 7, 7' respectively. The signal delivered by the amplifier 8 is supplied to signal processing means 9, which will be described in more detail below.
Un tel montage différentiel s ' avère particulièrement avantageux lorsque le dispositif selon 1' invention est utilisé dans un tube constitué en un matériau présentant du magnétisme rémanent, comme c'est le cas notamment des aciers dans lesquels on réalise les oléoducs. Such a differential arrangement proves to be particularly advantageous when the device according to the invention is used in a tube made of a material having remanent magnetism, as is the case in particular of the steels in which the pipelines are produced.
En effet, si on utilise alors un dispositif à une seule bobine, il est clair que ce magnétisme rémanent induit dans la bobine une composante d/dt de la tension qui croît avec la vitesse du véhicule et qui s'ajoute à la tension due au champ créé par le courant circulant dans le tube . Des mesures ont montré que le champ dû au magnétisme rémanent est de l'ordre de plusieurs microvolts/mètre, tout comme celui induit par la circulation du courant de protection. Ainsi le signal utile est-il masqué par une composante parasite de tension du même ordre de grandeur, ce qui fausse très largement les relevés. En outre, le magnétisme rémanent des tubes utilisés pour constituer un oléoduc change d'un tube à l'autre du fait de leurs "histoires" magnétiques différentes. Indeed, if a device with a single coil is then used, it is clear that this remanent magnetism induces in the coil a d / dt component of the voltage which increases with the speed of the vehicle and which is added to the voltage due to the field created by the current flowing in the tube. Measurements have shown that the field due to remanent magnetism is of the order of several microvolts / meter, just like that induced by the circulation of the protective current. Thus the useful signal is masked by a parasitic voltage component of the same order of magnitude, which very much distorts the readings. In addition, the remanent magnetism of the tubes used to form a pipeline changes from one tube to another due to their different magnetic "stories".
Suivant 1' invention on a observé que le champ magnétique dû au magnétisme rémanent du tube restait sensiblement constant sur des distances de l'ordre de quelques dizaines de centimètres, alors qu'un défaut d'isolement induit un gradient de tension sensible sur cette même distance. According to the invention, it has been observed that the magnetic field due to the remanent magnetism of the tube remains substantially constant over distances of the order of a few tens of centimeters, while an insulation fault induces a significant voltage gradient on this same distance.
On tire partie de cette observation dans le montage différentiel de bobines décrit ci-dessus, en disposant les bobines 5, 5' à quelques dizaines de centimètres l'une de l'autre, suivant l'axe du tube. Ainsi, les composantes de tension d/dt induites par le magnétisme rémanent dans les deux bobines 5, 5', se soustraient exactement l'une de l'autre dans le signal différentiel d'entrée de l'amplificateur différentiel 8. Le signal de sortie de cet amplificateur se trouve ainsi très avantageusement débarrassé, suivant 1 ' invention, d ' une composante parasite qui entacherait autrement très fortement les mesures réalisées. We take advantage of this observation in the differential assembly of coils described above, by placing the coils 5, 5 'a few tens of centimeters from each other, along the axis of the tube. Thus, the voltage components d / dt induced by the remanent magnetism in the two coils 5, 5 ', subtract exactly from each other in the differential input signal of the differential amplifier 8. The signal of The output of this amplifier is thus very advantageously free, according to the invention, of a parasitic component which would otherwise very strongly taint the measurements made.
Les bobines électromagnétiques utilisées dans le dispositif selon l'invention comprennent de préférence un noyau en matériau ferromagnétique pour accroître le signal utile délivré. On peut encore accroître la résolution du dispositif en multipliant, comme représenté sur la vue axiale de la figure 2, le nombre des bobines fixées sur les disques 4, 4' grâce à l'imbrication des trajectoires hélicoïdales décrites par les diverses bobines. I1 faut alors pratiquer un traitement électronique séparé des signaux fournis par chaque paire de bobines appariées, associées chacune à un amplificateur différentiel tel que 8. The electromagnetic coils used in the device according to the invention preferably comprise a core made of ferromagnetic material to increase the useful signal delivered. The resolution of the device can be further increased by multiplying, as shown in the axial view in FIG. 2, the number of coils fixed on the discs 4, 4 ′ by virtue of the interlocking of the helical paths described by the various coils. It is then necessary to practice a separate electronic processing of the signals supplied by each pair of matched coils, each associated with a differential amplifier such as 8.
Pour un flux maximum dans les bobines, les axes de celles-ci peuvent être parallèles à l'arbre 3 qui est supporté tangentiellement à l'axe médian du tube 1. On pourrait adopter d'autres inclinaisons des axes des bobines par rapport au plan des disques 4, 4' en fonction de résultats d'essais, par exemple. For a maximum flow in the coils, the axes of these can be parallel to the shaft 3 which is supported tangentially to the median axis of the tube 1. Other inclinations of the axes of the coils could be adopted relative to the plane disks 4, 4 'depending on test results, for example.
Des circuits préamplificateurs 10, 10' peuvent être connectés aux sorties des enroulements des bobines 5, 5' respectivement. Ces circuits peuvent être commodément fixés sur les disques 4, 4', comme représenté. L'arbre 3 du moteur contient alors avantageusement les fils d'alimentation électrique de ces circuits préamplificateurs et du moteur, ainsi que des fils de transmission des signaux délivrés par les circuits préamplificateurs ou de signaux de commande du moteur. Des contacts électriques tournants 11, 11' assurent la transmission des courants et signaux entre l'arbre 3 et les disques 4, 4'. En variante des transmetteurs optiques peuvent remplacer ces contacts, pour supprimer tout frottement mécanique à ce niveau. Preamplifier circuits 10, 10 'can be connected to the outputs of the windings of the coils 5, 5' respectively. These circuits can be conveniently fixed to the disks 4, 4 ', as shown. The motor shaft 3 then advantageously contains the electrical supply wires of these preamplifier circuits and of the motor, as well as wires for transmitting the signals delivered by the preamplifier circuits or of motor control signals. Rotating electrical contacts 11, 11 'ensure the transmission of currents and signals between the shaft 3 and the discs 4, 4'. As a variant, optical transmitters can replace these contacts, to eliminate any mechanical friction at this level.
Bien entendu le dispositif est réalisé dans des matériaux conçus pour ne pas perturber les mesures. Ainsi les capots 6, 6' sont-ils constitués d'un matériau amagnétique tandis que les disques 4, 4' sont réalisés en un matériau isolant tel qu'une résine époxy. Of course, the device is made of materials designed not to disturb the measurements. Thus the covers 6, 6 'are made of a non-magnetic material while the discs 4, 4' are made of an insulating material such as an epoxy resin.
Une première application du dispositif suivant l'invention est illustrée à la figure 4 où ce dispositif est représenté dans son adaptation à la réalisation de mesures d'intensité de courant dans le tube conducteur d'un oléoduc pour le but de détecter d'éventuelles fuites de courant dues à des défauts du revêtement isolant de cet oléoduc. On retrouve à cette figure l'ensemble d'organes 2, 3, 4, 4', 5, 5', 6, 6' du dispositif représenté à la figure 1. Cet ensemble est enfermé dans une enceinte cylindrique 12 munie à une extrémité d'un nez 13. Des coupelles de propulsion 14 montées sur l'enceinte 12 centrent cette enceinte sur l'axe médian de la partie métallique 1 de l'oléoduc (le revêtement isolant et les anodes dont il a été question plus haut ne sont pas représentées sur la figure 4).On notera sur cette figure 4 que les bobines 5, 5' sont beaucoup plus écartées de la paroi du tube 1 qu'elles ne le sont sur le schéma de principe de la figure 1. S'il est souhaitable en effet que ces bobines soient assez proches de la paroi interne de ce tube, la circulation de l'enceinte 12 dans un oléoduc présentant des parties incurvées exige un certain espacement de la paroi de l'enceinte 12 par rapport à la paroi du tube. Les signaux produits par les bobines 5, 5', pour affaiblis qu'ils soient éventuellement par cet espacement n'en sont pas moins exploitables. A first application of the device according to the invention is illustrated in FIG. 4 where this device is shown in its adaptation to the realization of current intensity measurements in the conductive tube of a pipeline for the purpose of detecting possible leaks of current due to defects in the insulating coating of this pipeline. This figure shows the set of members 2, 3, 4, 4 ', 5, 5', 6, 6 'of the device shown in Figure 1. This set is enclosed in a cylindrical enclosure 12 provided at one end of a nose 13. Propulsion cups 14 mounted on the enclosure 12 center this enclosure on the median axis of the metal part 1 of the pipeline (the insulating coating and the anodes mentioned above are not not shown in Figure 4) .We will note in this Figure 4 that the coils 5, 5 'are much further from the wall of the tube 1 than they are on the block diagram of Figure 1. If It is desirable in fact that these coils are close enough to the internal wall of this tube, the circulation of the enclosure 12 in a pipeline having curved parts requires a certain spacing of the wall of the enclosure 12 relative to the wall of the tube. The signals produced by the coils 5, 5 ′, weakened as they may be by this spacing, are nonetheless exploitable.
L'enceinte 12 contient encore des cartes 15 de circuits électroniques consacrés à différentes fonctions d'amplification, de prétraitement de signaux, de stockage de données, d'asservissement et de régulation de la vitesse du moteur et de régulation d'une alimentation de puissance constituée par des batteries 16. The enclosure 12 also contains electronic circuit boards 15 dedicated to various amplification, signal preprocessing, data storage, servo and motor speed regulation and power supply regulation functions. consisting of batteries 16.
A l'arrière de l'enceinte 12 on trouve encore des roulettes 18, 18' portées par des bras 19, 19' qui les appliquent contre la paroi interne du tube 1. Ces roulettes font partie d'un compteur de distance ou odomètre délivrant aux moyens de traitement de signaux 9 un signal permettant de correler les mesures électriques réalisées avec la position du dispositif sur l'axe médian du tube. La corrélation permet de repérer les positions des défauts d'isolement détectés. Une corrélation des mesures de tension avec la vitesse du véhicule, tirée des mesures odométriques ou d'autres moyens, permettrait en outre un contrôle de qualité des mesures de tension. At the rear of the enclosure 12 there are also casters 18, 18 'carried by arms 19, 19' which apply them against the internal wall of the tube 1. These casters are part of a distance counter or odometer delivering to the signal processing means 9 a signal making it possible to correlate the electrical measurements made with the position of the device on the median axis of the tube. The correlation makes it possible to identify the positions of the detected insulation faults. A correlation of the voltage measurements with the speed of the vehicle, taken from the odometric measurements or other means, would also allow quality control of the voltage measurements.
Le dispositif ainsi décrit présente, du point de vue de sa structure mécanique, l'allure d'un "racleur", appareil bien connu dans l'industrie pétrolière pour le nettoyage de canalisations ou pour faire circuler dans ces canalisations des moyens de mesure. On propulse classiquement un tel racleur en établissant une pression différentielle dans les effluents qui baignent le racleur, de part et d'autre de celui-ci. C'est ainsi que circule le dispositif suivant l'invention, dont la position est relevée à chaque instant par l'odomètre (ou par tout autre moyen de mesure de distance, tel qu'une plate-forme inertielle par exemple). The device thus described has, from the point of view of its mechanical structure, the appearance of a "scraper", a device well known in the petroleum industry for cleaning pipes or for circulating measurement means in these pipes. Such a scraper is conventionally propelled by establishing a differential pressure in the effluents which bathe the scraper, on either side of the latter. This is how the device according to the invention circulates, the position of which is recorded at all times by the odometer (or by any other means of distance measurement, such as an inertial platform for example).
Le dispositif est raccordable à des moyens extérieurs de traitement d'informations 9 par un connecteur 17 prévu à l'arrière de l'enceinte 12. C'est par ce connecteur que transitent, au départ et à l'arrivée du racleur, par exemple les données odométriques ainsi que les ordres de mise en service du dispositif et de décharge des mémoires dans lesquelles sont conservées les mesures réalisées (voir cartes 15). The device can be connected to external information processing means 9 by a connector 17 provided at the rear of the enclosure 12. It is through this connector that transit, at the start and at the arrival of the scraper, for example the odometric data as well as the orders for putting the device into service and discharging the memories in which the measurements made are stored (see maps 15).
On retrouve l'odomètre sur le schéma de la figure 3 où une ligne 20 symbolise en outre une commande de la vitesse du moteur 3 par les moyens de traitement 9 extérieurs à l'enceinte 12 et raccordés au connecteur 17. The odometer is found in the diagram of FIG. 3 where a line 20 also symbolizes a control of the speed of the motor 3 by the processing means 9 outside the enclosure 12 and connected to the connector 17.
La commande symbolisée par la ligne 20 est rendue nécessaire par le fait que la vitesse du racleur, établie par une mise en pression différentielle des effluents (pétrole brut, boues, eau salée, etc...) contenus dans le tube, ne peut être contrôlée exactement. I1 est clair cependant que la résolution du signal délivré par les bobines 5, 5' est fonction de la vitesse du racleur. Pour rendre cette résolution indépendante de la vitesse du racleur, on asservit (ligne 20) la vitesse du moteur à celle du racleur de manière à compenser par un accroissement de l'une, une augmentation de l'autre et inversement. On peut jouer aussi sur la vitesse d'échantillonnage des moyens d'acquisition.The command symbolized by line 20 is made necessary by the fact that the speed of the scraper, established by differential pressurization of the effluents (crude oil, sludge, salt water, etc.) contained in the tube, cannot be controlled exactly. It is clear, however, that the resolution of the signal delivered by the coils 5, 5 ′ is a function of the speed of the scraper. To make this resolution independent of the speed of the scraper, the motor speed is slaved (line 20) to that of the scraper so as to compensate by an increase in one, an increase in the other and vice versa. We can also play on the sampling speed of the acquisition means.
La figure 5 illustre une autre application du dispositif suivant l'invention, à la mesure de défauts d'isolement d'un tube de forage pétrolier (et non plus d'un oléoduc). Un tel tube s'enfonce sensiblement verticalement dans le sol, vers le réservoir à explorer ou à exploiter. Il est constitué par un tube métallique doublé d'une gaine de béton réalisée par injection sous pression, gaine d'isolement qui peut présenter des défauts tout comme celle d'un oléoduc reposant sur un fond marin. FIG. 5 illustrates another application of the device according to the invention, to the measurement of insulation faults of an oil drilling tube (and no longer of an oil pipeline). Such a tube is inserted substantially vertically into the ground, towards the reservoir to be explored or exploited. It consists of a metal tube lined with a concrete sheath produced by pressure injection, an insulating sheath which can have faults just like that of an oil pipeline resting on a seabed.
Dans le cas d'un forage, on injecte un courant électrique dans le tube, les lignes de courant partant d'un déversoir ou lit d'anodes et se fermant sur le tube. In the case of drilling, an electric current is injected into the tube, the current lines leaving a weir or anode bed and closing on the tube.
Les défauts d'isolement de la gaine du tube sont à détecter pour la même raison que dans le cas d'un oléoduc, soit pour prévenir des corrosions, le sol dans lequel s'enfonce le tube étant lui-même propre à établir des réactions d'oxydoréduction au contact du tube. Un autre avantage très important consiste à contrôler la densité de courant en fond de puits car celle-ci diminue avec la profondeur et n'est pas contrôlable de l'extérieur.Insulation faults in the tube sheath are to be detected for the same reason as in the case of an oil pipeline, that is to prevent corrosion, the soil in which the tube sinks being itself capable of establishing reactions. oxidation-reduction in contact with the tube. Another very important advantage consists in controlling the current density at the bottom of the well since it decreases with depth and cannot be controlled from the outside.
On installe alors le dispositif suivant l'invention dans un véhicule semblable à celui d'une sonde de diagraphie. Une telle sonde comprend une enceinte 12' guidée verticalement dans le tube 1' par des centreurs 21, 21'. Un ensemble de mesure 22 tel que celui représenté à la figure 1 est installé verticalement dans l'enceinte 12'. Le véhicule est suspendu à un câble 23 qui permet de le faire descendre à une vitesse mesurée dans le tube 1'. The device according to the invention is then installed in a vehicle similar to that of a logging probe. Such a probe comprises an enclosure 12 'guided vertically in the tube 1' by centralizers 21, 21 '. A measuring assembly 22 such as that shown in FIG. 1 is installed vertically in the enclosure 12 '. The vehicle is suspended from a cable 23 which allows it to be lowered at a speed measured in the tube 1 '.
Un odomètre 24 permet de relever en continu la profondeur du véhicule. Des moyens de traitement de signaux 25 associés à un enregistreur 26, sont alimentés par les signaux de mesure en provenance du dispositif contenu dans l'enceinte 22, grâce à des conducteurs électriques prévus dans le câble 23 et par des signaux fournis par l'odomètre 24. Le traitement des signaux s'opère comme décrit précédemment. Cependant, l'asservissement de la vitesse de rotation du moteur peut n'être plus nécessaire du fait que la vitesse du véhicule peut être contrôlée exactement par une action sur la vitesse de défilement du câble de suspension 23.An odometer 24 makes it possible to continuously read the depth of the vehicle. Signal processing means 25 associated with a recorder 26, are supplied by the measurement signals coming from the device contained in the enclosure 22, thanks to electrical conductors provided in the cable 23 and by signals supplied by the odometer 24. Signal processing takes place as described above. However, the servo-control of the speed of rotation of the motor may no longer be necessary since the speed of the vehicle can be controlled exactly by an action on the running speed of the suspension cable 23.
I1 apparaît maintenant que la présente invention permet de localiser des défauts d'isolement dans des conduits d'exploration ou d'exploitation pétrolière à l'aide d'un équipement propulsé dans le conduit lui-même ce qui évite d'avoir recours au moyen de contrôle coûteux que constitue l'utilisation de plongeurs (d'ailleurs limitée en profondeur) ou de véhicules submersibles spécialisés. It now appears that the present invention makes it possible to locate insulation faults in oil exploration or exploitation conduits using equipment propelled in the conduit itself, which avoids having to resort to the means costly control that constitutes the use of divers (moreover limited in depth) or specialized submersible vehicles.
Le dispositif met en oeuvre un procédé de mesure par magnétométrie différentielle qui permet d'atteindre directement le gradient d'intensité de courant révélateur d'un défaut d'isolement du tube, et ceci en éliminant toute influence du magnétisme rémanent du tube sur les mesures. The device implements a measurement method by differential magnetometry which makes it possible to directly reach the gradient of current intensity indicative of a defect in the insulation of the tube, and this by eliminating any influence of the residual magnetism of the tube on the measurements. .
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. Ainsi, le dispositif suivant l'invention pourrait être utilisé pour mesurer des courants dans des milieux autres qu'un conduit en matériau métallique, ce dispositif étant sensible à tout courant électrique susceptible de créer un champ magnétique mesurable, dans un environnement suffisamment conducteur. Of course, the invention is not limited to the embodiments described and shown which have been given only by way of example. Thus, the device according to the invention could be used to measure currents in environments other than a conduit made of metallic material, this device being sensitive to any electric current capable of creating a measurable magnetic field, in a sufficiently conductive environment.
En outre, la vitesse de rotation de l'ensemble des bobines pourrait être modifiée en fonction de la résolution recherchée. Si on ne recherche qu'une mesure de la composante longitudinale du champ créé par la circulation du courant dans le tube, cette rotation de l'ensemble de bobines peut être supprimée, les mesures alors opérées permettant de reconstituer la courbe du potentiel de protection cathodique d'un oléoduc, par exemple. In addition, the rotational speed of all the coils could be modified depending on the desired resolution. If we are only looking for a measurement of the longitudinal component of the field created by the flow of current in the tube, this rotation of the set of coils can be suppressed, the measurements then performed making it possible to reconstruct the curve of the cathodic protection potential of a pipeline, for example.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2562333C1 (en) * | 2014-10-09 | 2015-09-10 | Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения"(АО"ВПК"НПО машиностроения") | Method for in-tube flow detection, and two-module flaw detector-shell |
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- 1990-09-24 FR FR9011744A patent/FR2667159B1/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2667159B1 (en) | 1993-01-22 |
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