MX2010010142A - Administracion de flujo y tubo usando medicion de perfil de velocidad y/o espesor de pared de tubo y monitoreo de desgaste. - Google Patents

Abstract

La presente invención proporciona técnicas de gas para medición no invasiva y en tiempo real del perfil de velocidad de flujo de nodos en tubos horizontales, así como la medición y tendencia de desgaste de tubo sobre línea de lodos. En el primer caso, esta información se puede utilizar para determinar el enfoque e inicio de deposición de sólidos sobre el fondo del tubo. Teniendo esta información en tiempo real se puede habilitar la operación de velocidades menores o mayores concentraciones de sólidos, o ambas cosas, mientras se evita la deposición de sólidos u obstrucción y sus costos operacionales asociados. En el segundo caso, la presente invención utiliza un anillo instalado de manera permanente o semipermanente de transductores ultrasónicos cómodos sujetados sobre el exterior del tubo. Estos transductores utilizan para mediar el espesor del tubo bajo sus ubicaciones respectivas.

Description

ADMINISTRACION DE FLUJO Y TUBO USANDO MEDICION DE PERFIL VELOCIDAD Y/O ESPESOR DE PARED DE TUBO Y MONITOREO DE DESGASTE CAMPO DE LA INVENCION Esta invención se relaciona con una técnica para medición no invasiva y en tiempo real de un perfil de velocidad de un medio que fluye en un tubo.

Esta invención también se relaciona con una técnica para medición y tendencia de desgaste de tubo del medio que fluye en un tubo.

Más particularmente, esta invención también se relaciona con el uso de estas técnicas en relación a medios tales como lodos .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Históricamente, las mediciones de flujo en la industria de procesamiento de minerales han presentado algunas limitaciones de la tecnología de medidor de flujo disponible previamente que incluyen instrumentos utilizados comúnmente tales como medidores ultrasónicos, medidores electromagnéticos, medidores de turbina, medidores de placa de orificio, medidores de flujo de remolino, medidores tipo Coriolis y medidores tipo Venturi. La tecnología de medición de flujo de disposición de sonar, la cual introdujo la industria de procesamiento de minerales hacia aproximadamente Ref . :213997 cuatro años, ha corregido muchas de estas limitaciones. El desarrollo de esta tecnología, hace aproximadamente diez años con el objetivo específico de medir de manera no invasiva flujos de fase múltiple en la industria del petróleo. Esta misma tecnología posteriormente se adapta a la industria de procesamiento de minerales en donde ha experimentado una adopción rápida.

A modo de ejemplo, ha existido antecedentes durante mucho tiempo de uso de equipos ultrasónicos basados en pruebas no destructivas para determinar los espesores de pared de tubos metálicos. Hasta la fecha este método de determinación del espesor de pared ha sido costoso, poco confiable y de uso limitado para tendencias de velocidades de desgaste .

En vista de esto, existe la necesidad en la industria de reducir los elevados costos de trabajo asociados con este método y disminuir la variación que se encuentra en estas mediciones realizadas manualmente.

SUMARIO DE LA INVENCION La presente invención proporciona técnicas nuevas para medición no invasiva y en tiempo real del perfil de velocidad del flujo de lodos en tubos horizontales. Esta información se puede utilizar para determinar el enfoque e inicio de deposición de sólidos en el fondo del tubo. Teniendo esta información en tiempo real puede permitirse el funcionamiento a velocidades menores o una concentración de sólidos mayores o ambos y al mismo tiempo se evita la deposición u obstrucción por sólidos y sus costos operacionales asociados.

Además, la presente invención proporciona avances en técnicas nuevas en la medición y tendencia de desgaste de tubos en líneas de lodos. En contraste con los métodos manuales conocidos, la presente invención utiliza un anillo instalado de manera permanente o semipermanente de transductores ultrasónicos conformables sujetados en el exterior del tubo. Estos transductores se utilizan para medir el espesor del tubo bajo sus ubicaciones respectivas. Esto resulta en una mejor capacidad de repetición, precisión y predicción de fallas, junto con costos de trabajo reducidos. El beneficio es un monitoreo de desgaste de tubos mejorado de manera significativa en tuberías con sólidos abrasivos. Esto proporciona una mejora en la capacidad para asegurar la operación segura y se evita el daño operacional y ambiental costoso debido a fugas causadas por desgaste del tubo.

La tecnología de sensor específico, basada en sensores de película piezoeléctricas proporciona capacidades de medición únicas. La primera de estas es la capacidad de medir de manera no invasiva esfuerzos internos localizados en las paredes de los tubos. Combinado con los algoritmos de procesamiento de disposición de sonar, una disposición axial de los sensores puede medir velocidades de flujo dentro de un tubo. Utilizando este principio, los conjuntos de estas disposiciones de sensor axial arreglados en lugares circunferenciales diferentes de un tubo pueden medir varias velocidades de fluido a diversas alturas en el tubo y de esta manera proporcionar un perfil de velocidad en tiempo real.

Una segunda aplicación de esta tecnología de sensor piezoeléctrico una vez más utiliza una disposición circunferencial de sensores de película piezoeléctricos montados permanentemente pero sin componentes de disposición axiales. Mediante la excitación activa de los sensores de película piezoeléctricos se pueden obtener mediciones múltiples del espesor de pared de tubo en una ubicación axial individual, y de esta manera proporcionar un medio altamente preciso y repetible de monitoreo del desgaste del tubo debido al flujo de lodos abrasivos.

MEDICION DEL ESPESOR DE PARED DE TUBO En aplicaciones relacionadas con mediciones de espesor de pared de tubo, la presente invención puede adquirir la forma de un aparato que presenta uno o más módulos configurados para responder a información que contiene señalización acerca de la onda propagada a través de una pared de un tubo y proporcionar una señal correspondiente que contiene información acerca de una determinación relacionada con el espesor de pared del tubo. En este caso, el aparato es un procesador de señal que procesa señalización recibida del módulo transductor montado en la pared del tubo.

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, uno o más módulos se pueden configurar para realizar la determinación en base, por lo menos parcialmente, en una cantidad del tiempo que las sondas se propagan a través de la pared del tubo, que incluyen el tiempo en que una onda de esfuerzo interno de desplazamiento se desplaza y se refleja de regreso desde una pared interna del tubo.

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, el aparato puede incluir además un módulo transductor montado sobre la pared del tubo que incluye un módulo transductor ultrasónico configurado de manera separada o junto con el aparato de procesamiento de señal descrito en lo anterior.

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, uno o más módulos se pueden configurar para proporcionar una señal de entrada al módulo transductor que incluye una señal de entrada eléctrica y el módulo transductor se puede configurar para propagar la onda a través de la pared del tubo.

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, el módulo transductor puede incluir una serie, un anillo o una disposición circunferencial de transductores que se montan de manera permanente o semipermanente alrededor del perímetro de la pared del ubo. Cada transductor se puede configurar para que responda a una señal introducida desde uno o más de los módulos y proporcionar la onda que se propaga a través de la pared del tubo y también se pueden configurar para que responda a la onda reflejada sobre una superficie interna de la pared del tubo y que regresa nuevamente a cada transductor, y proporcionar la señalización en forma de una señal de salida que contiene información acerca de la misma que puede ser utilizada para determinar el espesor de la pared del tubo nuevamente a uno o más módulos, por ejemplo, del aparato de procesamiento de señal descrito antes .

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, uno o más módulos se pueden configurar para determinar el espesor de la pared de un tubo de acero o un tubo de polímero.

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, uno o más módulos se pueden configurar para determinar un espesor absoluto de la pared del tubo o un espesor relativo de la pared del tubo, que incluye una tendencia de espesor de pared de tubo con base en una comparación del espesor de la pared del tubo realizada en dos períodos de tiempo diferentes.

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, uno o más módulos se pueden configurar para proporcionar la señal correspondiente que contiene información acerca de una gráfica para proporcionar una indicación visual del espesor de la pared del tubo. El gráfico puede ser una gráfica polar que proporciona el espesor de la pared del tubo con una función de la distancia angular a partir de un punto de referencia establecido del tubo .

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, uno o más módulos se pueden configurar para determinar una interpolación de los espesores de la pared del tubo entre uno o más pares de puntos sensores en la serie, en un anillo o en una disposición circunferencial de transductores .

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, el módulo transductor puede incluir un elemento piezoeléctrico que incluye uno elaborado de material PVDF así como otros tipos de clase de material ya sea conocido ahora o desarrollado posteriormente en el futuro.

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, la serie, anillo o la disposición circunferencial de transductores puede estar separado por igual circunferencialmente alrededor del perímetro de manera que proporciona una imagen completa del espesor de la pared del tubo. La serie, anillo o la disposición circunferencial de transductores puede incluir transductores ultrasónicos así como otros tipos de clase de sensores ya sea conocidos ahora o desarrollados posteriormente en el futuro.

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, uno o más módulos se pueden configurar para formar parte ya sea de un dispositivo portátil transportado manualmente a la serie, anillo o disposición circunferencial de transductores, o se puede configurar para montarse cerca o aledaño a la serie, anillo o disposición circunferencial de transductores, por ejemplo en un sitio del cliente. El alcance de la invención no se pretende que esté limitado al tipo o clase de dispositivo en el cual uno o más módulos pueden ser configurados o implementados .

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, el módulo transductor se puede configurar como un transmisor y receptor de señal ultrasónica que recibe una señal de entrada de uno o más módulos y que proporciona la señalización que contiene información acerca de la onda propagada a través de la pared del tubo de regreso a uno o más módulos .

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, el módulo transductor se puede configurar como un transductor doble que tiene un transductor configurado para recibir una señal de entrada desde uno o más módulos y que tiene otro transductor configurado para proporcionar la señalización que contiene información acerca de la onda propagada a través de la pared del tubo de regreso a uno o más módulos . El módulo transductor también se puede configurar en dos partes, una primera parte es una parte transductora y una segunda parte es un separador opcional. La parte transductora se puede configurar para inyectar la onda o pulso en el separador opcional de manera que se desplace a una parte de la pared interna del tubo de manera que la onda o pulso incida sobre la pared extensa del tubo y cierta cantidad de la misma se refleje de regreso junto con una reflexión de otra cantidad de la parte de pared interna del tubo cierto tiempo después y en donde la diferencia entre estas dos ondas o pulsos detectados es proporcional al espesor de la pared del tubo. La parte transductora se puede configurar para inyectar la onda o pulso en la pared del tubo que continuará rebotando hacia atrás y hacia adelante produciendo una serie, anillo o disposición circunferencial de pulsos separados por igual y en donde los espesores de la pared del tubo se determinan por el tiempo entre pulsos sucesivos que son medidos de manera que se elimine al requerimiento de sincronización absoluta basada en el pulso inyectado. La parte transductora se configura para detectar pulsos recibidos con cualquiera de una o más técnicas de procesamiento de señal que incluyen una detección de pico único, así como desmodulación de cuadratura, homodina o heterodina.

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, uno o más módulos se pueden configurar para determinar una predicción de espesor de pared sustancialmente continuo alrededor del perímetro.

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, uno o más módulos se pueden configurar para determinar una predicción de condición de tubo futuro alrededor del perímetro que incluye la predicción de condición de tubo futuro que está basada en la orientación del tubo.

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, uno o más módulos se pueden configurar para realizar la determinación con base en la orientación de la serie, anillo o disposición circunferencial de transductores alrededor del perímetro. Uno o más módulos también se pueden configurar para realizar la determinación con base en el recordatorio de datos relacionados con la orientación de la serie, anillo o disposición circunferencial de transductores alrededor del perímetro.

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, el aparato puede incluir una banda configurada y arreglada para comprimir la serie, anillo o disposición circunferencial de transductores contra la pared del tubo, que incluye una banda metálica.

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, el aparato puede incluir un material de soporte flexible que incluye caucho, configurado y distribuido entre la banda y la serie o anillo de transductores para acojinar y permitir que la serie, anillo o disposición circunferencial de transductores se conforme a la forma de la pared del tubo.

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, uno o más de la serie, anillo o disposición circunferencial de transductores se puede acoplar a la pared del tubo utilizando un acoplante que adquiera la forma de un gel sólido, un gel líquido o alguna combinación de los mismos, de manera que elimine sustancialmente bolsas de aire u maximice una trayectoria de señal entre la serie, anillo o disposición circunferencial de transductores y la pared del tubo .

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, uno o más módulos se pueden configurar para interpolarse con base en cualquier ranura cúbica o técnicas de regresión polinomiales , o una técnica de descomposición de Fourier que son rutinas de ajuste de curvas conocidos. Cuando se implementa la técnica de descomposición de Fourier, uno o más módulos se pueden configurar para determinar varios componentes de Fourier necesarios para crear una curva la cual incluye todos los puntos de muestra o de sensor y determinar ubicaciones intermedias entre los puntos de muestra o de sensor. Uno o más módulos también se pueden configurar para utilizar coeficientes de ponderación adecuados y adaptados sobre los componentes de Fourier. Uno o más módulos también se pueden configurar para limitar la magnitud de uno o más componentes de Fourier derivados para puntos de valor físicamente realistas de manera que identifiquen y desechen un componente de Fourier derivado de un conjunto de datos.

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, uno o más módulos se pueden configurar para determinar la predicción de condición de tubo futura utilizando una técnica de extrapolación que incluye determinar un modelo o perfil de desgaste calculado utilizando cierta combinación de, por ejemplo, extrapolación polinomial de mínimos cuadrados y extrapolación de componente de Fourier. Uno o más módulos también se pueden configurar para determinar un procedimiento de tiempo de duración o un procedimiento de rotación para el tubo, para optimizar sustancialmente el tiempo de duración viable del tubo que incluye el momento en que el tubo deba hacerse girar y/o el ángulo en el cual se distribuye sustancialmente igual el desgaste del tubo alrededor de la pared interna del tubo. Uno o más módulos también se pueden configurar para determinar puntos de activación que se pueden utilizar para predecir ciertas configuraciones de espesor de pared que requieren intervención del personal de mantenimiento.

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, uno o más módulos se pueden configurar para proporcionar una señal de entrada que contiene información acerca de un ajuste a la frecuencia de la onda propagada a través de la pared del tubo en base por lo menos parcialmente en la relación señal a ruido de la señal.

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, el aparato comprendido puede incluir un pulsador y receptor de señal ultrasónica configurado para ajustar la frecuencia de la onda propagada a través de la pared del tubo al modular la fase de una señal ultrasónica con un código de secuencia m. El pulsador y receptor de señal ultrasónica puede estar configurado para correlacionar el código de secuencia m con un código conocido y detectar una señal deseada del ruido del sistema y otras reflexiones no coherentes .

La presente invención también puede adquirir la forma de un método que realiza las etapas de responder en uno o más módulos a información que contiene señalización acerca de una onda propagada a través de una pared de un tubo y proporcionar una señal correspondiente que contiene información acerca de una determinación relacionada con el espesor de la pared del tubo. El alcance de la invención también está destinado a incluir el método que también tiene una o más etapas relacionadas con otras características establecidas en lo anterior en relación a la descripción del aparato general descrito en la presente.

La presente invención también puede adquirir la forma de un sistema que presenta una serie, un anillo o una disposición circunferencial de transductores montados de manera permanente o semipermanente alrededor del perímetro de la pared del tubo y un dispositivo de procesador de señal, en donde la serie, el anillo o la disposición circunferencial de los transductores está configurada para proporcionar la señalización que contiene información acerca de una onda propagada a través de una pared de un tubo, y en donde el dispositivo de procesador de señal está configurado para responder a la señalización y proporcionar una señal correspondiente que contiene información acerca de una determinación relacionada con el espesor de la pared del tubo. El alcance de la invención también se pretende que el sistema que tiene una o más de otras características establecidas en lo anterior en relación al aparato descrito en la presente.

La presente invención también puede adquirir la forma de un medio de almacenamiento legible en computadora que tiene componentes ejecutables en computadora para realizar un método que comprende: las etapas de responder en uno o más módulos a señalización que contiene información acerca de una onda propagada a través de una pared de un tubo; y proporcionar una señal correspondiente que contiene información acerca de una determinación relacionada con el espesor de la pared del tubo. El alcance de la invención también está diseñado para incluir el medio de almacenamiento legible en computadora que tiene una o más etapas relacionadas con las otras características establecidas en lo anterior en relación a la descripción del método y aparato descrito en la presente.

Una ventaja de la presente invención es que resulta en costos de trabajo disminuidos, una mejor capacidad de repetición de las mediciones y resultados de medición de desgaste de tubo más oportunos . También permite que las mediciones de pared del tubo se realicen cuando los inspectores no pueden realizar de manera segura y fácil estas mediciones actualmente.

MEDICION DE PERFIL DE VELOCIDAD Además, en aplicaciones relacionadas con mediciones de perfil de velocidad, la presente invención puede adquirir la forma de un aparato que presenta uno o más módulos configurados para responder a señalización que contiene información acerca de alteraciones coherentes de un medio que fluye en un tubo y proporcionar una señal correspondiente que contiene información acerca de una medición de un perfil de velocidad del medio que fluye en el tubo. En este caso, el aparato es un procesador de señal que procesa señalización recibida desde sensores montados en la pared del tubo.

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, las alteraciones coherentes pueden incluir variaciones de densidad, variaciones de temperatura o frecuencias parásitas turbulentas.

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, el perfil de velocidad puede incluir varias velocidades de ruido a varias alturas en el tubo.

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, el aparato también describe una disposición axial de sensores configurados para responder a las alteraciones coherentes del medio que fluye en el tubo y proporcionar la señalización que contiene información acerca de las alteraciones coherentes del medio que fluye en el tubo. La disposición axial de sensores se puede configurar por separado o junto con el aparato de procesamiento de señal descrito en lo anterior. La disposición axial de sensores se puede configurar para responder a los esfuerzos internos localizados en el interior de la pared del tubo causado por alteraciones coherentes y proporciona la señalización. La disposición axial de sensores también puede ser envuelta parcial o completamente alrededor del tubo. Los sensores también pueden estar separados una distancia predeterminada entre sí a lo largo de la dirección axial del tubo. La separación entre los sensores en la disposición axial puede v ser más corta que la longitud de las alteraciones coherentes, por lo que resulta en firmas de voltaje similares desde cada sensor en la disposición con solo un retraso en tiempo.

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, uno o más módulos se pueden configurar para aplicar un algoritmo de procesamiento de disposición de sonar para transmitir señales de la disposición axial de los sensores y determinar la velocidad a la cual pasan las alteraciones coherentes a través de la disposición axial de sensores.

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, el aparato también puede presentar disposiciones múltiples de sensores localizadas en posiciones circunferenciales diferentes en una banda única para medir el perfil de velocidad del medio que fluye en el tubo, en donde cada disposición está configurada para responder a las alteraciones coherentes del medio que fluye en el tubo y proporcionar la señalización que contiene información acerca de las alteraciones coherentes del medio que fluye en el tubo.

La presente invención también puede adquirir la forma de un método que presenta etapas de responder en uno o más módulos para señalización que contiene información acerca de alteraciones coherentes de un medio que fluye en un tubo y proporcionar una señal correspondiente que contiene información acerca de una medición de un perfil de velocidad del medio que fluye en el tubo. El alcance de la invención también está diseñado para incluir el método que tiene una o más etapas relacionadas con otras características establecidas en lo anterior en relación a la descripción del aparato general descrito en la presente .

La presente invención también adquiere la forma de un sistema que presenta uno o más transductores montados alrededor de un perímetro de la pared del tubo y un dispositivo procesador de señal, en donde uno o más transductores están configurados para proporcionar señalización que contiene información acerca de alteraciones coherentes de un medio que fluye en un tubo, y en donde el dispositivo procesador de señal está configurado para responder a la señalización y proporcionar una señal correspondiente que contiene información acerca de una medición de un perfil de velocidad del medio que fluye en el tubo. El alcance de la invención también está diseñado para incluir el sistema que tiene una o más de otras características establecidas en lo anterior en relación al aparato descrito en la presente.

La presente invención también puede adquirir la forma de un medio de almacenamiento legible en computadora que tiene componentes ejecutables en computadora para realizar un método que comprende: etapas de responder en uno o más módulos a señalización que contiene información acerca de alteraciones coherentes de un medio que fluye en un tubo y proporcionar una señal correspondiente que contiene información acerca de una medición de un perfil de velocidad del medio que fluye en el tubo. El alcance de la invención también está diseñado para incluir el medio de almacenamiento legible en computadora que tiene una o más etapas relacionadas con las otras características establecidas en lo anterior en relación a la descripción del método y aparato descrito en la presente.

De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, uno o más módulos están configurados para determinar la distancia vertical sobre la cual el flujo se promedia para cada disposición con base en el tamaño de los elementos de disposición, el tamaño del tubo y la ubicación circunferencial de cada disposición en el tubo.

BREVE DESCRIPCION DE LOS FIGURAS Se incluyen la figura 1 a la figura 34, las cuales no están dibujadas a escala, como sigue: La figura 1 es una vista despiezada de un tubo bajo una banda de sensor de disposición de sonar que ilustra frecuencias parásitas turbulentas.

La figura 2 es una ilustración de una señal detectada por sensores pasivos en una disposición de una colección de frecuencias parásitas turbulentas.

La figura 3a, la figura 3b, la figura 3c y la figura 3d muestra diversos flujos en un tubo que incluyen flujo homogéneo (figura 3a) ; flujo heterogéneo con partículas completamente suspendidas (figura 3b) ; flujo heterogéneo con lecho móvil (figura 3c) y flujo heterogéneo con lecho estacionario (figura 3d) .

La figura 4 es un diagrama de una instalación de circuito de prueba de lodos.

La figura 5 es una gráfica de velocidad (en m/s) y calibración de densidad (en kg/m3) versus tiempo (en h:min:seg) que muestra un perfil de velocidad de un lodo de minería de 89 micrómetros .

La figura 6 es una gráfica de velocidad (en m/s) y un estado de alarma y calibrador de densidad (en kg/m3) versus tiempo (en h:min:seg) que muestra un estado de alarma de un lodo de minería de 89 micrómetros.

La figura 7a muestra una gráfica de altura (en diámetros) versus una velocidad normalizada para flujo principalmente homogéneo, partículas suspendidas y la figura 7b muestra una gráfica de altura (en diámetros) versus una velocidad normalizada para un flujo principalmente homogéneo con partículas suspendidas.

La figura 8 muestra una gráfica de altura (en diámetros) versus una velocidad normalizada para un flujo heterogéneo con un lecho de sólidos estacionario.

La figura 9 es una gráfica de velocidad de flujo (en m/s) y densidad (en kg/m3) versus tiempo (en h:min:seg) que muestra una deposición de sólido de lodos de 186 micrómetros detectada por medidor de sonar, densitómetro y delta-presión (diferencial de presión) .

La figura 10 es una gráfica de altura normalizada (en diámetros) en relación al flujo (en m/s) que muestra los perfiles de velocidad versus una velocidad de referencia.

La figura 11 es una gráfica de los perfiles de velocidad tridimensionales y contornos de velocidad en un flujo heterogéneo.

La figura 12a y la figura 12b son una ilustración de un sistema de monitoreo de perfil de velocidad en una operación en un sitio.

La figura 13 es una gráfica de velocidad (en pies/segundos) y factor de enarenado versus tiempo (en h:min:seg) que muestra la detección de un lecho de arena y el desarrollo de un lecho de arena en una tubería de lodo en el campo .

La figura 14 es una gráfica de velocidad (en pies/seg) versus tiempo (en h:min:seg) que muestra la detección de descarga de agua (sin estratificación) y deposición de lecho de arena en una tubería de lodos en el campo .

La figura 15a es una ilustración de un sistema de operación en un sitio y la figura 15b es una ilustración de una distribución conceptual de un sistema; la figura 15c es un diagrama de bloques de un pulsador/receptor ultrasónico y un procesador de señal de acuerdo con la presente invención.

La figura 16 es una ilustración de una comparación de puntos de medición de espesor de pared del tubo de acuerdo con la presente invención y una técnica convencional.

La figura 17 es una gráfica del espesor de pared de tubo (en mm) versus una posición angular (en grados) desde la parte superior que muestra una medición de espesor de pared de tubo ultrasónico convencional versus una medición de acuerdo con la presente invención.

La figura 18a es una gráfica del espesor de pared de tubo (en mm) versus una posición angular (en grados) desde la parte superior que muestra una medición de acuerdo con la presente invención, y la figura 18b, la cual es una vista de un perfil de tubo con los datos de la figura 18a.

La figura 19 es una gráfica de porcentaje de presentación (en %) versus una variación de repetibilidad (en %) que muestra una dispersión pequeña de datos sobre un intervalo de temperatura de 90°C y sobre tres sensores.

La figura 20 es una gráfica de espesor de pared (en mm) versus posición en el tubo (ángulo desde la parte superior de acuerdo con la instalación inicial) que muestra una medición del espesor de pared del tubo como una función de la posición angular y el tiempo.

La figura 21a, la figura 21b y la figura 21c muestran irregularidades de la superficie interna que se observan en un tubo desgastado de cromo-acero.

El conjunto de la figura 22a y la figura 22b muestran dos gráficas que presentan el impartir ciclos de temperatura sobre la medición de espesor de pared y amplitud de señal (-40°C a +40°C con retención de 10 horas), la figura 22a es una gráfica del espesor de pared del tubo (en mm) versus tiempo (en días) en donde los tiempos ti, t2, t3, t4 tienen una diferencia de aproximadamente 25 días, la figura 22b es una gráfica del nivel de señal versus microsegundos .

La figura 23 es una gráfica de amplitud de señal versus tiempo que muestra una prueba a alta temperatura y a largo plazo que tiene gráficas de amplitud de señal para los tiempos ti, t2, t3 , en donde el tiempo t2 es aproximadamente un mes después del tiempo ti y en donde el tiempo t3 es aproximadamente tres meses después del tiempo ti.

La figura 24 es una ilustración de un tubo que tiene un sensor de acuerdo con la presente invención.

La figura 25a y la figura 25b muestran dos modalidades de la presente invención que tienen un separador opcional colocado entre la pared del tubo.

La figura 26 es una gráfica de amplitud de señal versus tiempo de un pulso inyectado en una pared de tubo y el reborde hacia atrás y hacia adelante.

La figura 27a y la figura 27b muestran modalidades de la presente invención que utilizan un transductor ultrasónico tradicional y un transductor ultrasónico de área grande PVDF.

La figura 28a y la figura 28b muestran modalidades de la presente invención que utilizan un acoplador entre una pared de tubo y un sensor PVDF o un material de soporte flexible entre el sensor de PVDF o un material de soporte flexible entre el sensor de PVDF y una banda o una combinación de los mismos .

La figura 29a y la figura 29b incluyen gráficas en coordenadas polares de una tubería y un tubo de flujo inferior que muestras espesores de pared de tubo (en mm) como una función de la posición angular desde la parte superior del tubo en dos tubos diferentes.

La figura 30 muestra mediciones de 12 puntos alrededor de una pared de un tubo que pueden ser utilizadas para interpolar datos de medición en puntos entre los mismos.

La figura 31 es una gráfica del espesor de pared medico versus posición angular alrededor de un tubo, que muestra un caso en donde el espesor de pared medido no puede describirse por un conjunto de componentes de Fourier limitados .

La figura 32 es una gráfica de velocidad de desgaste (en mm/día) versus grados desde un sensor que muestra un modelo de desgaste calculado para un tubo.

La figura 33 es un diagrama de una trayectoria de una señal ultrasónica a través del material de la pared del tubo .

La figura 34 muestra una modalidad en la cual un sensor de orientación o rotación se integra en un tablero de sensor junto con los dispositivos de medición de espesor de pared de tubo .

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN I. Figura 1 a figura 14: Medición de perfil de velocidad no invasivo Principio de Operación para Disposición Pasiva Basada en Medición de Flujo Utilizando Algoritmos de Procesamiento de Sonar Los medidores basados en disposición de sonar siguen y miden las velocidades medias de alteraciones coherentes que se desplazan en la dirección axial de un tubo. Estas alteraciones pueden adquirir muchas formas diferentes y pueden propagarse a velocidades diferentes. Su método de propagación y velocidades incluyen convección con el flujo (velocidad más baja - flujo de fluido) programación en el fluido o lodo (velocidad de intervalo medio - acústica) y propagación en las paredes del tubo (velocidad rápida vibraciones) . Los medidores basados en disposición de sonar diferencian entre los tres modos de propagación a través de una combinación de diferencias de frecuencia y velocidad.

En primer lugar, los focos de descripción sobre las alteraciones que realizan convección con el flujo. Estas alteraciones pueden ser variaciones de densidad, variaciones de temperatura, frecuencias parásitas turbulentas u otros. Dentro de la mayor parte de los procedimientos industriales, la alteración de flujo más común es turbulencia. Las frecuencias parásitas turbulentas o vórtices están presentes de manera natural en regímenes de flujo en donde los números de Reynolds son mayores de 4000. El número de Reynolds representa la relación de fuerzas de inercia respecto a fuerzas viscosas y números mayores de 4000 se afirma que son turbulentos y menores de 2300 se considera que son laminares. Cuanto mayor es el número de Reynolds más amplio es el intervalo de frecuencias parásitas turbulentas dentro del flujo. El principio fundamental de medición de flujo de sonar se basa en seguimiento de estas frecuencias parásitas turbulentas conforme pasan a través de una disposición de sensores (Gysling, D. y Mueller, E., (2004). Application of Sonar-Based Clamp-On Flow Measurement in Oils and Processing. ISA 2004 Exhibit and Conference) . Una ilustración despiezada de estas frecuencias parásitas turbulentas dentro de un tubo bajo una banda de sensor de disposición de sonar se muestra en la figura 1.

Mediante la combinación de una disposición de sensores pasivos y algoritmos de procesamiento de disposición de sonar se obtienen el promedio de velocidades axiales de una conexión de vórtices. La secuencia de eventos que se produce para hacer posible esta medición son los siguientes: • Conforme estas corrientes parásitas turbulentas pasan por cualquier ubicación fija en el tubo, ejercerán una tensión dinámica pequeña sobre el interior de la pared del tubo · Los esfuerzos internos inducidos en la pared del tubo a partir de estas fluctuaciones de tensión dinámica se convierten en una señal eléctrica a través de un sensor pasivo que envuelve parcial o completamente alrededor del tubo (la figura 2 muestra de manera exagerada) - no se requieren geles acoplantes o líquidos dado que estos son esfuerzos internos mecánicos de baja frecuencia y no ultrasónicos • La única señal eléctrica de cada recolección de frecuencias parásitas turbulentas se detecta por cada elemento en la disposición de sensores. Estos sensores están separados a una distancia establecida con precisión entre sí a lo largo de la dirección axial del tubo.

• La separación entre los sensores en la disposición es más corta que la longitud de coherencia de las frecuencias parásitas turbulentas lo que resulta en firmas de voltaje similares desde cada sensor en la disposición con solo un retraso en tiempo. Cuando se aplica el procesamiento de disposición de sonar a las señales de salida de la disposición, se determina la velocidad a la cual estas frecuencias parásitas turbulentas pasan a través de la disposición y por lo tanto proporcionan la velocidad de propagación del fluido dentro del tubo (Nelson, R.O., (2001). Sonar Signal Processing, Artech House Inc., Norwood, MA, USA, ISBN 0-89006-453-9) .

Este procedimiento se ilustra con una colección de frecuencias parásitas turbulentas en la figura 2, pero en la práctica se aplica a colecciones numerosas de frecuencias parásitas turbulentas. En la figura 2, el aparato o sistema, indicado generalmente con el número 10, muestra una disposición 12 de sensor distribuida en relación a un tubo 14; amplificadores y digitilizadores 16 que reciben señalización de disposición de sensor que contiene información acerca de alteraciones coherentes 14a de un medio que fluye en el tubo 14 y el amplificador y digitalizador de señalización de disposición de sensor; y uno o más módulos 18 configurados para responder a señalización que contiene información acerca de alteraciones 14a coherentes y que proporciona una señal correspondiente a lo largo de la línea 18a que contiene información acerca de una medición de un perfil de velocidad del medio que fluye en el tubo.

A modo de ejemplo y de manera concordante con lo que se describe aquí, la funcionalidad de uno o más módulos 18 se puede implementar utilizando elementos físicos, un programa, programa imborrable o una combinación de los mismos, aunque el alcance de la invención no se pretende que esté limitado por alguna modalidad particular de los mismos. En una implementación de programa típico, uno o más módulos 18 serán una o más arquitecturas basadas en microprocesador que tengan un microprocesador, una memoria de acceso aleatorio (RAM) , una memoria de solo lectura (ROM) , dispositivos de entrada/salida y de control, enlaces comunes de datos y de dirección que conecten a los mismos. Una persona experta en la técnica será capaz de programar la implementación basada en microprocesador para realizar la funcionalidad descrita en la presente, sin experimentación indebida. El alcance de la invención no se pretende que esté limitado a alguna implementación particular utilizando tecnología conocida ahora o desarrollada posteriormente en el futuro. Además, el alcance de la invención se pretende que incluya uno o más módulos 18 que son un módulo autosustentable , como se muestra, o en combinación con otro circuitaje para implementación de otro módulo. Además, la parte en tiempo real se puede implementar en elementos físicos, mientras que la parte que no es en tiempo real se puede realizar en un programa.

PERFIL DE VELOCIDAD EN TUBERIAS HORIZONTALES En aplicaciones de minería y arenas de petróleo la mayor parte de productos y secuencias de transporte se realizan como lodos. Los regímenes de flujo de flujos horizontales se puede clasificar en cuatro grupos distintos: flujo homogéneo con partículas completamente suspendidas, flujo heterogéneo con todas las partículas suspendidas, flujo con un lecho móvil y flujo con un lecho estacionario (Véase Cheremisinoff , N.P., (1986). Encyclopedia of Fluid Mechanics . Vol. 5, Slurry Flow technology, Golf Pub. Co.). El régimen de flujo depende de las propiedades del lodo tales como el tamaño de partícula, densidad, velocidad de flujo, viscosidad y distribución de tamaño de partícula así como atributos físicos de la tubería tal como el diámetro y rugosidad de superficie. La figura 3a-3d muestra la distribución de partícula para cada uno de esos regímenes.

En flujos de líquido homogéneos desarrollados completamente, el perfil es simétrico alrededor del eje de tubo y no representa el peligro de desarrollar un lecho de arena el cual puede llevar potencialmente a obstrucción de la tubería. En este tipo de flujo, el perfil tiene una dependencia de posición radial. Algunos flujos de lodo serán flujos completamente homogéneos. La mayor parte de flujos de lodo se encontrarán en la categoría de flujo heterogéneo en donde algunos contienen las características de flujo tanto homogéneo como heterogéneo. En flujos heterogéneos existe una estratificación de los sólidos con una concentración mayor de sólidos en el fondo del tubo. Para el mismo tamaño de partícula, densidad, viscosidad, distribución de tamaño de partícula y atributos físicos de la tubería, la velocidad del flujo determinará el tipo de flujo heterogéneo si se ha desarrollado o no un lecho de arena y las características de el lecho de arena. En flujos líquidos heterogéneos el perfil no es simétrico alrededor del eje del tubo. En vez de esto, es simétrico alrededor del eje horizontal pero asimétrico alrededor del eje vertical debido a la distribución vertical de las partículas.

MEDIDOR DE DETERMINACION DE PERFIL DE VELOCIDAD DE DISPOSICION DE SONAR El medidor de flujo que se sujeta estándar se basa en el uso de una disposición de elementos múltiples individuales los cuales proporcionan una medición de la velocidad de flujo promedio en un tubo. Esta tecnología de sujeción se ha extendido al implementar disposiciones múltiples localizadas en posiciones circunferenciales diferentes en una banda única, para medir el perfil de velocidad del fluido. Esta herramienta nueva proporciona a los operadores de procedimiento una herramienta de medición no invasiva con la capacidad de monitorear y controlar el perfil de su flujo de proceso. Las siguientes secciones resumen los resultados de pruebas de circuito de flujo y pruebas de campo realizadas en un sistema de determinación de perfil de disposición de sonar y demuestra algunos de los beneficios potenciales, uno de los cuales es la capacidad para detectar el inicio de condiciones de enarenado. La detección temprana de esta condición permite a los operadores el tiempo para aplicar acciones correctivas y evitar interrupciones de procedimiento catastróficas. Además, el monitoreo del perfil puede proporcionar información útil acerca de las propiedades del fluido de proceso lo cual puede permitir a los operadores ajustar las variables de producción para optimizar el proceso.

El medidor de perfil de velocidad utiliza arreglos que se localizan circunferencialmente en el exterior del tubo en la parte superior, 45 grados desde la parte superior, en un lado, 135 grados desde la parte superior y en el fondo del tubo. La ubicación circunferencial de las disposiciones de sensor se muestra en la figura 5. El tamaño de los elementos de disposición, el tamaño del tubo y la ubicación circunferencial de cada disposición en el tubo determina la distancia vertical sobre la cual se promedia el flujo para cada disposición. La prueba de esta tecnología se ha llevado a cabo en varios sitios del cliente y en instalaciones de investigación.

CIRCUITO DE FLUJO SRC y PRUEBA Se llevó a cabo una serie de pruebas en un circuito de prueba de flujo, que se muestra en la figura 4, en el Pipe Flo Technology Center o de Saskatchewan Research Counsil (SRC) en Canadá. El alcance de esta prueba es probar lodos representativos de procesos diferentes y diferentes etapas en un proceso. Para la primera prueba de lodo se seleccionó un tamaño de partícula 89 m d50 con una densidad de mezcla de 1300 kg/m3. La segunda prueba de lodo se llevó a cabo con partículas m. La arcilla y las piedras más grandes son lodo de arena más gruesa que contiene 186 agregado posteriormente a la mezcla. Se llevó a cabo una prueba de frenado de velocidad para cada tipo de lodo para medir el perfil de velocidad como una función de la velocidad.

RESULTADOS DE PRUEBA DE LODO - LODO DE 89 MICROMETROS En la figura 5 se grafican los resultados de la prueba de lodo de 89 micrómetros . La velocidad se fue disminuyendo en los siguientes incrementos para desarrollar un lecho de arena - 4 m/s , 3 m/seg, 2 m/s , 1.75 m/s, 1.5 m/s, 1.4 m/s, 1.3 m/s, 1.2 m/s, 1.1 m/s, 1.0 m/seg, 0.9 m/s, 0.8 m/s, y 0.7 m/s. El flujo se mantuvo en cada caudal por un período de 5 minutos para permitir al ciclo estabilizarse. Se registraron los datos de flujo continuo durante la totalidad del tiempo de prueba. La figura 5 muestra la disminución en la velocidad de flujo y las velocidades correspondientes medidas en cada una de las cinco posiciones de la disposición de sensores. También se muestra la salida de un densitómetro colocado cerca del fondo (y/D = 0.05) del tubo para medir sólidos que estratifican en el fondo. Para obtener una velocidad de flujo de referencia, se instaló un medidor de flujo separado en una sección de ciclo de 20 cm (8") en donde la velocidad de flujo más alta evita la deposición de sólidos. Este caudal después se convierte a una velocidad "equivalente de 25.4 cm (10 pulgadas)" y se gráfica con los datos de perfil de velocidad mostrados en la figura 5.

Conforme disminuye el caudal, el perfil de velocidad cambia para reflejar los cambios de estratificación dentro del tubo. Se puede ver que conforme disminuye el caudal, la lectura del densitómetro aumenta solo ligeramente hasta aproximadamente 1.5 m/s . A esta velocidad, la lectura de densidad experimenta un cambio súbito que refleja un incremento de sólidos en el fondo del tubo.

Se puede observar una buena concordancia entre el incremento rápido en la lectura de gama densitómetro (ajustada para medir la densidad a través del fondo del tubo) y las velocidades relativas de los dos sensores inferiores. Ambos indican la formación de un lecho al mismo tiempo. Cuando el caudal disminuye por debajo de la velocidad de deposición se comienza a formar un lecho en el fondo del tubo y el gama densitómetro detecta el incremento rápido en densidad. El sensor del fondo en el medidor de perfil típicamente lee una velocidad menor de un sensor de 135 grados debido a la estratificación del lodo que resulta en capas más densas y que se mueven más lentamente cerca del fondo. Cuando el lecho del fondo deja de moverse, el sensor del fondo detecta señales desde la parte más alta en el tubo en donde la velocidad es más rápida. Esta condición puede provocar que las velocidades reportadas en el fondo y los sensores de 135 grados se vuelvan más similares. La figura 6 muestra condiciones de alarma que se pueden generar con base en las diferencias de velocidad medidas por las diferentes bandas de sensor. En la figura 7a y en la figura 7b y en la figura 8 se muestran perfiles de velocidad medidos en tres velocidades de flujo diferentes, en donde cada uno muestra tres regímenes de flujo distintos: principalmente homogéneo con todas las partículas suspendidas (figura 7a) , flujo heterogéneo con todas las partículas suspendidas (figura 7b) y flujo heterogéneo con un lecho estacionario (figura 8) . En este último, la señal características observada desde una deposición de lecho de arena se detecta y la velocidad calculada para las alturas del tubo en el fondo o cerca del fondo del tubo se establece en cero.

RESULTADOS DE PRUEBA DE LODO - LODO 186 Para comparación con el lodo de 89 micrómetros descrito previamente, la figura 9 muestra una prueba de frenado con un lodo con un tamaño de partícula d50 de 186 micrómetros. Una vez más, el caudal disminuye los cambios en el perfil de velocidad para reflejar los cambios de estratificación dentro del tubo. Se puede ver que conforme disminuye el caudal, la lectura del densitómetro permanece relativamente constante a aproximadamente 1600-1700 kg/m3, hasta que aproximadamente 2.4 m/s súbitamente experimenta un cambio repentino que refleja un incremento de sólidos en el fondo del tubo. Adicionalmente , la figura 9 muestra una caída de presión medida a través del medidor de perfil de velocidad, la cual en este caso muestra un incremento súbito que coincide con el incremento en el densitómetro y la velocidad se superpone en el fondo y las disposiciones de 135 grados del medidor de perfil de velocidad. Por lo tanto, la formación del lecho de sólidos estacionario se detecta por el medidor de velocidad de sonar y se confirma tanto por las mediciones de densidad como de presión diferencial.

En la figura 10 se muestra el perfil de velocidad versus velocidad de flujo de referencia. Esta gráfica muestra que conforme se reduce el caudal, se producen dos cambios distintos en el perfil. El primer cambio es la velocidad detectada en el fondo del tubo, la cual es la velocidad más baja debido a la alta concentración de sólidos. Esta velocidad es menor en relación a la velocidad en el centro del tubo. De igual manera, las velocidades medidas en la sección superior del tubo comienzan a moverse más rápido en relación al centro del tubo. El segundo cambio es que, conforme disminuye aún más la velocidad, los sólidos se depositan en el fondo del tubo como se observa en los caudales de 1.9 m/s y 2.0 m/s.

La figura 11 es una representación del flujo derivado de los datos de perfil de velocidad cuando se acoplan con los modelos de perfil de flujo. Los cálculos de velocidad resultante en las orientaciones horizontal y vertical se pueden visualizar en un formato tridimensional y a través de los contornos .

IMPLEMENTACION DE CAMPO Un sistema de campo a sido monitorear el perfil de velocidad en una solución de lodo con una amplia gama de tamaños de partícula. Este sistema reporta directamente el perfil de flujo y la condición de enarenado. En las figuras 12a- 12b se muestra una imagen de este sistema en el campo. Los dispositivos de sensor múltiples se incorporan en una banda única que se coloca debajo de la cubierta que se observa en la figura. Este sistema monitorea y registra la velocidad en las posiciones circunferenciales descritas previamente, las cuales pueden ser procesadas para determinar las condiciones que llevan a una condición de desarrollo de lecho de arena potencial. En la figura 13, se muestran la velocidad y estados de alarma a partir de este sistema de campo. El grado de estratificación y otras indicaciones se utilizan para determinar en que momento un lecho de arena se ha desarrollado y en que momento es probable que se desarrolle un lecho de arena. El lodo es monitoreado como una distribución amplia de tamaños y como resultado de un alto nivel de estratificación se espera incluso a caudales relativamente altos experimentados por esta tubería. En la figura 14 se pueden observar tres estados, flujo heterogéneo, flujo homogéneo durante una descarga de agua y flujo heterogéneo con un lecho de arena.

II. FIGURA 15a A FIGURA 33; MONITOREO DEL ESPESOR DE PARED DEL TUBO La figura 15a a la figura 33 muestran una técnica nueva para monitoreo de espesor de pared de tubo no invasiva. La figura 15a muestra una distribución conceptual del aparato o sistema que muestra un tubo P, una caja de interconexión y una cubierta protectora; mientras que la figura 15b muestra el aparato o sistema de acuerdo con la presente invención indicado generalmente con el número 100 que presenta un pulsador/receptor ultrasónico y un procesador 102 de señales y transductores ultrasónicos conformables/flexibles indicados generalmente con el número 104 colocados en relación a un tubo 106 que tiene una superficie 108 interna.

La figura 15c muestra un diagrama de bloques del pulsador/receptor ultrasónico y del procesador 102 de señal que tiene uno o más módulos 102a y otros módulos 102b. En operación, uno o más módulos 102a están configurados para recibir o responder a una señal o señalización 110b que contiene información acerca de una onda propagada a través de una pared 112 del tubo 106 y para proporcionar una señal correspondiente que contiene información acerca de una determinación relacionada con el espesor de la pared 112 del tubo 106. En este caso, el aparato adquiere la forma de un procesador de señal que recibe o responde a la señal o señalización 110b que contiene información acerca de la onda propagada a través de la pared 112 del tubo 106 desde, por ejemplo, los transductores 104 ultrasónicos conformables/flexibles .

La señal correspondiente se puede proporcionar, por ejemplo, a los otros módulos 102b, aunque el alcance de la invención no se pretende que esté limitado a el lugar o cual dispositivo proporciona la señal correspondiente. Por ejemplo, la señal correspondiente se puede proporcionar por otros módulos adicionales 102b para proporcionar una indicación visual, por ejemplo, de datos o de un gráfico del espesor de la pared del tubo. La señal correspondiente también se puede proporcionar a algún otro circuito, módulo o procesador de señal ya sea conocido ahora o desarrollado posteriormente en el futuro, por ejemplo que incluye algún circuito, módulo o procesador de señal en algún lugar remoto.

En operación, uno o más módulos también están configurados para proporcionar o suministrar pulsos de una señal 110a de entrada a los transductores 104 los cuales pueden incluir una señal de entrada eléctrica. No obstante, el alcance de la invención no se pretende que esté limitado a los transductores 104 mismos que proporcionan o que emitan pulsos de la señal 110a de entrada. Se consideran modalidades en las cuales otro dispositivo proporciona o transmite pulsos a esta señal de entrada 110a.

El pulsador/receptor ultrasónico y el procesador 102 de señal pueden adquirir la forma de una unidad manual o puede adquirir la forma de una unidad que se una a un lugar físico de los transductores 104. También se consideran modalidades en las cuales el pulsador/receptor ultrasónico y el procesador 102 de señal están distribuidos en un lugar remoto y reciben señalización desde los transductores vía una conexión alámbrica, una interconexión inalámbrica o alguna combinación de las mismas. El alcance de la invención no se pretende que esté limitado a el lugar en donde el pulsador/receptor ultrasónico y el procesador 102 de señal estén localizados o de que manera se intercambie la señalización entre los transductores 104.

A modo de ejemplo y de manera concordante con lo que se describe en este documento, la funcionalidad de uno o más de los módulos 102a se puede implementar utilizando elementos físicos, programas, programas imborrables o una combinación de los mismos, aunque el alcance de la invención no se pretende que esté limitado por alguna modalidad particular de los mismos . En una implementación de programa típico, uno o más módulos 102a pueden ser una o más arquitecturas basadas en microprocesador que tengan un microprocesador, una memoria de acceso aleatorio (RAM) , una memoria de solo lectura (ROM) , dispositivos de entrada/salida y enlaces comunes de control, de datos y de dirección que conecten a los mismos. Una persona experta en la técnica será capaz de programar la implementación basada en microprocesador para realizar la funcionalidad descrita en la presente, sin experimentación indebida. El alcance de la invención no se pretende que esté limitado a alguna implementación particular utilizando tecnología conocida ahora o desarrollada posteriormente en el futuro. Además, el alcance de la invención se pretende que incluya uno o más módulos 18 que son módulos autosustentables , como se muestra, o en la combinación con otro circuitaje para implementación de otro módulo. Además, la parte en tiempo real se puede implementar en elementos físicos, mientras que la parte que no es en tiempo real se puede realizar en un programa.

Los otros módulos 102b también pueden incluir otros módulos, circuitos, dispositivos que no necesariamente forman parte de la invención subyacente por si misma, por ejemplo que incluyen un circuito por pulsos . La funcionalidad de los otros módulos, circuitos, dispositivos que no forman parte de la invención subyacente se conocen en el ámbito y no se describen con detalle en la presente.

PRINCIPIO DE OPERACION PARA MONITOREO DE ESPESOR DE PARED DE TUBO El sistema de monitoreo de desgaste de tubo nuevo de acuerdo con la presente invención utiliza una serie de transductores ultrasónicos conformables que se montan de manera permanente o semipermanente alrededor del perímetro de un tubo. Estos transductores están acoplados a un pulsador/receptor ultrasónico que envía una señal eléctrica al transductor ultrasónico. Los transductores ultrasónicos convierten la señal eléctrica en una onda de tensión de desplazamiento (onda ultrasónica) que se propaga a través de la pared del tubo, que se refleja desde la superficie interna del tubo y que regresa al transductor ultrasónico. El transductor ultrasónico después reconvierte esta onda de tensión de retorno en una señal eléctrica que se amplifica y es procesada por el pulsador/receptor ultrasónico. El pulsador/receptor ultrasónico después determina la cantidad de tiempo que se ha tomado la onda de tensión para desplazarse desde el transductor hasta la superficie interna del tubo y de regreso al transductor. Utilizando una velocidad bien conocida para estas ondas de tensión en el material de pared de tubo, se puede determinar con precisión el espesor de la pared del tubo. Este sistema se diseña para medir el espesor de tubos de pared de acero pero posiblemente se puede extender a tubos poliméricos, dependiendo del espesor de pared y de las propiedades acústicas del material.

COMPARACION DE INSTRUMENTACION Y TECNICAS DE MEDICION DE ESPESOR ULTRASONICA CONVENCIONAL La técnica de medición de espesor de pared de tubo de valor inicial actual o conocida consiste de un transductor ultrasónico manual y un pulsador/receptor portátil. Una comparación entre el sistema de acuerdo con la presente invención y una herramienta de medición de espesor de pared de tubo ultrasónico manual sofisticada revela resultados similares. Las mediciones tomadas en los mismos puntos exactos no son posibles puesto que el sistema de acuerdo con la presente invención se instala antes de que puedan realizarse las mediciones ultrasónicas convencionales. La diferencia de ubicación puede estar en la dirección axial pero las ubicaciones circunferenciales se mantienen iguales que las mostradas en la figura 16.

Las pequeñas variaciones entre la técnica ultrasónica convencional y el sistema de acuerdo con la presente invención se deben a diferencias en la ubicación axial. La comparación se realizó en dos períodos de tiempo diferentes para determinar la capacidad para medir tendencias de espesor de pared de tubo. Estos resultados, que se muestran en la figura 17, muestran que existen ciertas diferencias en el espesor de pared absoluto medido pero, lo que es más importante, existen diferencias en las tendencias registradas entre los dos instrumentos. El sistema de acuerdo con la presente invención mide una reducción en el espesor de pared en todos los puntos, lo que se esperaba. En contraste, el enfoque ultrasónico convencional indica que ciertos puntos de medición no muestran desgaste o muestran un desgaste mínimo.

MEDICION Y VISUALIZACION DE DESGASTE DEL TUBO Las mediciones de espesor de pared de tubo se pueden graficar en una gráfica polar para proporcionar una indicación visual del espesor de pared como una función de la distancia angular a partir de un punto de referencia establecido en el tubo. Se ha implementado un programa nuevo que interpola entre puntos de sensor y proporciona robustez en la posibilidad de datos erróneos o un sensor con fallas. Los elementos físicos, el análisis y el manejo de datos toma en consideración rotaciones del tubo para monitorear tendencias de desgaste y se proyecta al punto en el tiempo en el cual el tubo ha atravesado los márgenes de seguridad de pared de tubo. Un ejemplo de la visualización del espesor de pared de tubo alrededor del tubo se muestra en las figuras 18a-18b. Véase también las figuras 29a-29b. En las gráficas, uno puede ver paredes de tubo más delgada en diversas ubicaciones angulares alrededor del tubo debido a rotaciones intencionales del tubo realizadas para incrementar el tiempo de duración del tubo. En otras situaciones, un desgaste de tubo irregular resultará de cambios en el perfil de flujo después de los codos u otros efectos de geometría del tubo.

EFECTOS DE TEMPERATURA A CORTO PLAZO Y CAPACIDAD DE REPETICION Este sistema ha experimentado pruebas para capacidad de repetición, impacto de cambios de temperatura ambiental y el impacto de la variabilidad de transductor a transductor. Los resultados de variación de estos tres factores se pueden consolidar en un conjunto de datos único, como se muestra en la figura 19. Un examen de la gráfica muestra que más de 81% de los datos están dentro de +/- 0.12% o +/- 0.013 mm y todos los resultados están dentro de +/-0.47% o +/- 0.05 mm. La capacidad de repetición está dentro de los requerimientos para determinar evitar fallas debido a adelgazamiento de pared del tubo o a velocidades de desgaste de seguimiento confiables.

MONITOREO DE TENDENCIA DE DESGASTE DEL TUBO En el campo se ha realizado una demostración de la capacidad para monitorear y cuantificar las velocidades de desgaste en una tubería. En la figura 20 la velocidad de desgaste en un ambiente de velocidad de desgaste elevada muestra una disminución rápida en el espesor de pared durante un período de 23 semanas.

SUPERFICIE DE TUBO, CICLOS TERMICOS Y EFECTOS DE TEMPERATURA ELEVADA A LARGO PLAZO Se debe esperar que la superficie interior del tubo tenga un impacto sobre la resistencia y forma de la señal ultrasónica reflejada. Los efectos a largo plazo incluyen ciclos de temperatura y degradación a alta temperatura los cuales también juegan un papel en la conflabilidad de estas mediciones. Se están llevando a cabo pruebas para comprender de manera completa el impacto de estos efectos. Hasta ahora, se han estudiado y probado con buenos resultados una diversidad de tubos de acero a cromo-acero con una diversidad de topologías de superficie interna, verificado con mediciones por calibrador. Tres de estas superficies se muestran en las figuras 21a-21c.

Los ciclos de temperatura desde -40°C hasta +40°C con tiempos de retención de 10 horas en un sistema de estilo semipermanente utilizando acoplante de gel ultrasónico se han iniciado y los resultados de los primeros 46 ciclos térmicos muestran que no hay diferencias discernibles entre los espesores de pared de tubo, como se observa en las figuras 22a-22b. Además una comparación de las amplitudes de las señales desde uno de los sensores indica que no hay degradación en la amplitud como se muestra en las figuras 22a-22b. Después de 46 ciclos, la amplitud de la señal aumentó en relación al pulso inicial y el pulso después de 6 ciclos .

Una prueba a largo plazo, a 50 °C hasta 70 °C no mostró cambio detectable en la medición de espesor de pared del tubo, es decir, sin cambio detectable en el tiempo de inicio del pulso activador a la detección de la señal ultrasónica reflejada. La amplitud de la señal la cual tiene un apoyo sobre la conflabilidad del sistema de detección y la señal al ruido muestra ligera degradación de menos de 20% de amplitud durante un período de tres meses, como se observa en la figura 23. Se ha implementado un diseño nuevo el cual se espera que observe cambios de amplitud mucho menores en las señales ultrasónicas durante la prueba similar a largo plazo. Además, un sistema de estilo permanente el cual no utiliza acoplante de gel ultrasónico se espera que vea cambios incluso menores.

FIGURA 24 A FIGURA 28b OTROS SISTEMAS DE MEDICION DE ESPESOR DE PARED DE TUBO Y MEJORAS Un problema común para las tuberías de todos los tipos es el potencial para corrosión y desgaste de las superficies internas de los tubos con el tiempo y el potencial de ruptura de tubería si la pared se vuelve demasiado delgada. La corrosión o desgaste en aplicaciones tales como el transporte de lodo es tan grave que en algunos casos los tubos deben ser sustituidos varias veces al año. En algunas aplicaciones en donde el desgaste y la corrosión no son uniformes (es decir, más desgaste en la parte interior inferior del tubo) , los tubos con frecuencia se rotan para uniformar el desgaste e incrementar el tiempo de duración general del tubo.

SISTEMA DE MEDICION DE ESPESOR DE PARED DEL TÜBO CON MEDICIONES DE AUTO-REFERENCIA Y CORRECCIÓN DE ORIENTACION DEL TUBO Actualmente, los operadores de tuberías monitorean la condición de las paredes de sus tubos utilizando calibradores ultrasónicos manuales que deben colocarse en contacto con el tubo para cada punto de medición. Este procedimiento debe repetirse para puntos múltiples en la misma ubicación del tubo puesto que se desea el perfil circunferencial completo del tubo. Esto consume mucho tiempo y es un procedimiento susceptible a errores realizado frecuentemente por una gran cantidad de ubicaciones de medición, algunas veces el número supera las decenas de miles de puntos . La unión permanente de los sensores ultrasónicos puede mejorar la conflabilidad de las mediciones, pero este enfoque no es práctico o rentable, particularmente en aplicaciones que requieren rotaciones o sustituciones frecuentes del tubo.

La presente invención proporciona un sistema de medición nuevo que se basa en el mismo principio de medición ultrasónico básico pero que representa una solución novedosa que elimina muchos de los problemas actuales. El transductor de detección básico es una serie de elementos piezoeléctricos (tales como PVDF) que se unen permanentemente a la pared del tubo. Véase la figura 24. Como se muestra allí, los sensores están separados por igual circunferencialmente alrededor del tubo para proporcionar un perfil completo del espesor de pared. No obstante, la separación o el número de sensores no necesita estar fijo.

Dado que los elementos piezoeléctricos elaborados de materiales como PVDF son baratos, la banda sensora se puede unir permanentemente lo que proporciona mediciones muy confiables y repetibles. La unidad de lectura electrónica puede ser portátil y transportada manualmente a la bandas de sensor o se puede montar de manera permanente cercana a la banda de sensor, recolectar datos y almacenar o retransmitir los datos de modo inalámbrica u otro medio a una estación de recuperación central.

La medición del espesor de pared se realizará por un método de envío-retención de elemento único bien conocido, en donde el PVDF sirve como un transmisor y receptor de señal ultrasónico (de manera alternativa se pueden utilizar dos elementos PVDF en un enfoque de transductor doble) . Se inyecta un pulso ultrasónico en el tubo por medio del sensor PVDF; el pulso después refleja la superficie de regreso de la pared del tubo y es detectada por el mismo sensor PVDF. La cantidad de tiempo que se requieran para que el pulso recibido a través de la pared del tubo es proporcional a dos veces el espesor de pared. No obstante, con frecuencia es difícil obtener la precisión requerida con este enfoque de refleja único dado que los dispositivos electrónicos deben inyectar una señal grande en el tubo y después ser lo suficientemente sensibles para detectar con rapidez un pulso de retorno respectivo débil. Esto se debe llevar a cabo con sincronización muy precisa para obtener una medición de espesor precisa.

Esta descripción utiliza un enfoque de auto-referencia que generalmente mejorará la precisión. Las figura 25a y la figura 25b muestran dos implementaciones , en la figura 25a) una vez que se produce el pulso es inyectado a un separador y desde aquí se desplaza a la pared del tubo. Una vez que el pulso incide en la pared del tubo exterior, una cantidad se reflejará de regreso, junto con el reflejo desde la pared de tubo interior, en cierto momento posterior. La diferencia entre estos dos pulsos detectados es proporcional al espesor de pared. Además, como se muestra en la figura 25b) , el pulso inyectado en la pared del tubo continuará rebotando hacia atrás y hacia adelante produciendo una serie de pulsos separados por igual, como se muestra en los datos en la figura 26. Para determinar el espesor de pared, se mide el tiempo entre pulsos sucesivos, eliminando el requerimiento de sincronización absoluta con base en el pulso inyectado. Los pulsos recibidos se pueden detectar con una variedad de técnicas de procesamiento de señal que varían desde la detección de pico único hasta desmodulación de cuadratura, homodina o heterodina.

Surge un problema único en aplicaciones en donde los tubos se hacen girar frecuentemente para igualar el desgaste interior y prolongar el tiempo de duración del tubo. En estos sistemas, los datos de espesor de pared que se obtienen se utilizan para intentar y predecir tanto el procedimiento de rotación del tubo junto con el procedimiento de sustitución. En el caso del sistema de sensor de banda que se presenta aquí, puesto que solo se miden puntos definidos (no continuos) , se deberán utilizar algoritmos para interpolación entre los sensores para obtener una predicción de espesor de pared completamente continua. Para predecir con precisión la condición futura del tubo y en cierta medida interpolar entre sensores, debe conocerse la orientación del tubo. Esta información se utilizará para calcular las velocidades de desgaste variables en posiciones diferentes en el tubo debido, por ejemplo, a materiales más pesados que se desplazan a lo largo del fondo del tubo y que inducen mayor desgaste en ese lugar. Se puede registrar la orientación del tubo mediante marcas relativas colocadas en el tubo y en la banda; no obstante, este sistema es susceptible de registrar errores. En vez de esto, en la presente se propone un sistema que utiliza sensores de orientación 2D sencillos y baratos que registran y orientan automáticamente los datos. Una cantidad de 2 o tres de estos sensores separados a lo largo de la banda y alrededor del tubo serán capaces de proporcionar con precisión datos de orientación. Sensores múltiples permitirán el refinamiento de los datos semiprecisos proporcionados por los sensores baratos para ajustar la orientación.

El sistema descrito aquí representa una manera sencilla de obtener con rapidez datos de espesor de pared de tubo confiables. La banda sensora se optimiza a bajo costo de manera que se puede unir permanentemente al tubo y eliminar cuando el tubo se deseche. Se trata de un dispositivo de bajo perfil que se puede colocar bajo aislamiento u otras cubiertas de tubo y se puede hacer girar con el tubo en aplicaciones en donde se requiera rotación del tubo.

Los datos de espesor de pared y orientación del tubo proporcionados por el sistema pueden optimizar en gran medida la orientación de las tuberías tanto respecto a minimización de rupturas de tubo así como ayudar a prolongar el tiempo de duración de los tubos a través de optimización de rotación y sustitución del tubo.

Mediciones de Espesor de Pared de Tubo con Sensores de Área Grande Cuando se mide el espesor de pared de tubo con transductores ultrasónicos tradicionales, el sistema con frecuencia puede confundirse cuando están presentes en la pared del tubo defectos de área pequeña o picaduras. Esta condición con frecuencia se puede encontrar en tubos revestidos de especialidad que se utilizan en ambientes de desgaste áspero. Son ejemplos típicos de este tipo de tubos los revestidos con Fedur y como. En el caso de tubos de líneas de cromo, un tubo de acero al carbono estándar se toma y se suelda un revestimiento de cromo de una manera espiral dentro del tubo estándar, lo que proporciona una capa interna sólida. Este tubo presenta características mejoradas de desgaste; no obstante, el procedimiento de soldadura generará un número grande de huecos pequeños, burbujas y defectos en la capa intermedia entre el cromo y el acero al carbono, exterior. Cuando se realizan mediciones de espesor de pared en el tubo, los defectos y huecos reflejarán la energía ultrasónica que incida en los mismos, lo que potencialmente proporciona una medición de espesor falsa. La figura 27a) muestra un diagrama de la manera en que esto puede suceder. El haz enfocado más pequeño de los sensores ultrasónicos tradicionales puede incidir en un defecto o en un conjunto de defectos pequeño y reflejar suficiente energía para proporcionar una lectura falsa. Con frecuencia el transductor se puede mover ligeramente para borrar la pequeña obstrucción, pero el operador no sabrá cuando necesita realizarse esto.

La presente invención proporciona una ventaja de una medición de espesor de pared de tubo basada en PVDF que ayuda a corregir este problema. Esto se puede llevar a cabo puesto que un sensor ultrasónico PVDF se puede adaptar fácilmente a una diversidad de formas y tamaños. Para tubos con capa interna típica los defectos pequeños están presentes en el límite entre las dos capas en una distribución relativamente uniforme, no obstante la mayor parte del área intermedia está libre de defectos. Mediante la utilización de un sensor ultrasónico PFDV el cual se dispersa sobre un área grande, se introduce un haz ultrasónico de área grande dentro de la pared del tubo. Los defectos reflejarán una porción de regreso de la señal ultrasónica, no obstante, una porción grande de la señal aún se desplazará a través y se reflejará por la pared interna del tubo verdadera. La señal recibida mostrará una amplitud pequeña cuando se detecte una señal reflejada por un defecto, no obstante, una señal grande se observará desde la pared de tubo interna. Ahora, se pueden observar tanto la cantidad de defectos como el verdadero espesor de la pared de tubo interna.

Se pueden utilizar varios procedimientos que resultan en señales para diferenciar las señales de defectos de las señales de pared interna. La señal que dice más es simplemente la amplitud. Puesto que los defectos están llenos en un tubo revestido típico, no obstante no cubren la mayor parte del área proporcionarán un perfil reflejado más pequeño .

Sistema de monitoreo de pared de tubo permanente con elementos sensores desechables .

Las mediciones de espesor de pared de tubo actuales se realizan con transductores de espesor y equipo electrónico manual. Esto requiere una unión manual del transductor de sensor al tubo cada vez que se desea una medición, lo que resulta en una capacidad de repetición y precisión pobres. La calidad de los datos que se obtienen depende mucho de la habilidad, entrenamiento y experiencia del operador. El sistema descrito aquí sustituye a las mediciones de espesor de pared de tubo manual con un sistema montado permanentemente que mejorará la capacidad de repetición y la precisión.

En su forma más sencilla, la cabeza sensora consiste de un anillo de sensores múltiples que se unen permanentemente al exterior del tubo que se va a medir. La figura 28a muestra una configuración aquí en donde las áreas claras representan los sensores reales.

Para obtener el bajo costo y flexibilidad necesarios se utiliza para los sensores un material PVDF piezoeléctrico (PZT) . Dado que PVDF no es tan sensible como los materiales PZT tradicionales par medición de espesor de pared, es importante que los sensores PVDF se coloquen en un contacto tan cercano con la pared del tubo como se pueda. En la figura 28b se muestran muestras y construcción, esta construcción tiene la ventaja de proteger el material PVDF sensible y al mismo tiempo proporciona la mejor vía de señal ultrasónica desde el sensor hasta la pared del tubo. En este ejemplo se utiliza una banda rugosa para comprimir los sensores sobre el exterior del tubo. Esta banda se puede elaborar de metal el cual imparte una fuerza de compresión para mantener el contacto entre los sensores y el tubo y al mismo tiempo proporciona la protección ambiental. Debajo de la banda se encuentra una pieza de material flexible (tal como caucho) unida en los lugares del sensor. Este material flexible se utiliza para acojinar el PVDF pero también permite que el PVDF se adapte a la forma de la superficie del tubo. Puesto que la superficie externa del tubo puede contener salientes o peldaños en su superficie, es ventajoso impulsar al PVDF para que se adapte a la forma tanto como se pueda. Esto maximizará la cantidad de señal que el sensor recibirá de la pared del tubo y mejorará el desempeño general del sistema. Bajo el sensor se utiliza un acoplante para ayudar a transferir la energía ultrasónica desde el sensor al tubo y viceversa, durante la medición. Este acoplante puede tomar la forma de un gel sólido, un gel líquido o una combinación de los dos. El objetivo del gel es eliminar todas las bolsas de aire en la superficie del tubo y maximizar la trayectoria de señal ultrasónica entre los sensores y la pared del tubo. El gel líquido servirá para llenar los huecos, no obstante, con frecuencia el gel se secará con el tiempo. El gel sólido típicamente no será capaz de penetrar en todos los huecos. No obstante, una combinación de los dos con gel líquido en los huecos más pequeños, que cubre al gel sólido proporcionará una trayectoria ultrasónica buena de larga duración.

FIGURA 29a y FIGURA 29b; MEDICION Y VISÜALIZACION DEL DESGASTE DEL TUBO Como se muestra en la figura 29a y en la figura 29b, y de manera concordante con lo descrito en lo anterior, las mediciones de espesor de pared de tubo se pueden graficar en una gráfica polar para proporcionar una indicación visual del espesor de pared como una función de la distancia angular desde la parte superior del tubo. Conjunto de gráficas representativas forman datos tomados en el sitio del cliente y muestran claramente las altas velocidades de desgaste de los tubos, como se observa en la figura 29a y en la figura 29b. Se observa inequívocamente el grado de desgaste. En la gráfica que se muestra en la figura 29a la elevada velocidad de desgaste se encuentra en el fondo del tubo, como se esperaba en una situación de flujo estratificado (no homogéneo) . En la figura 29b, la elevada velocidad de desgaste parece encontrarse en la parte superior del tubo debido a una rotación intencional del tubo realizada para incrementar los tiempos de duración del tubo. En otras situaciones, un desgaste de tubo irregular resultará de cambios en el perfil del flujo después de codos o de otros efectos de geometría del tubo.

FIGURA 30 A FIGURA 32; INTERPOLACION DE ESPESOR DE PARED DE TUBO Y EXTRAPOLACION DE DESGASTE El sistema de acuerdo con la presente invención está diseñado para ser unido permanentemente a un tubo y proporcionar, por ejemplo, 12 mediciones de espesor de pared de tubo individuales, aunque el alcance de la invención no se pretende que este limitado a un número específico de sensores o de mediciones. Puesto que los sensores se unen permanentemente, el sistema proporciona una medición de espesor muy confiable y repetible en la misma ubicación exacta. Además, los 12 sensores están separados por igual circunferencialmente alrededor del tubo. La combinación de las mediciones de alta calidad y la colocación espacial permite la observación de información adicional respecto a la condición del tubo así como predicciones precias respecto al desgaste futuro del tubo.

La figura 30 muestra un ejemplo de los 12 puntos circunferenciales. Se pueden utilizar varios métodos para interpolación entre los 12 espesores de pared de tubo medidos individuales. La interpolación cúbica o técnicas de regresión polinomial son dos ejemplos de rutinas de ajuste de curvas que pueden proporcionar puntos interpolados. No obstante, debido a la naturaleza periódica y repetida de los puntos separados por igual medidos alrededor de la circunferencia del tubo, es ideal la descomposición de Fourier basada en interpolación. Esta técnica calcula diversos componentes de Fourier necesarios para crear una curva la cual incluye todos los puntos de la muestra. Una vez que se conoce la ecuación de la curva que incluye los 12 puntos medidos, se pueden calcular las ubicaciones intermedias entre los puntos. Utilizando esta interpolación se puede encontrar el espesor de pared mínimo, incluso si el punto de espesor mínimo está entre las ubicaciones medidas reales. Un beneficio adicional de este análisis es que se pueden identificar potencialmente lecturas de sensor erróneas. Una lectura de sensor que se encuentra alejada no permite que la descomposición de Fourier converja en una solución o requerirá un componente de frecuencia alta excesivamente grande. Al limitar las magnitudes de los diversos componentes de Fourier derivados a puntos de valores físicamente realistas que no se pueden describir con los componentes de Fourier derivados se pueden marcar como puntos de error potenciales. Además, se pueden utilizar coeficientes ponderados adecuados y adaptados en los componentes de Fourier dependiendo de la situación particular. La figura 31 muestra una situación en donde no se puede describir el espesor de pared por un conjunto de componentes de Fourier limitados. Aquí se muestra el espesor de pared (eje de las ordenadas) versus el grado de rotación (eje de las abscisas) alrededor de los tubos. Los cuadros representan los valores medidos y la línea los números interpolados. En esta situación particular el componente de mayor frecuencia será el que tenga el componente más grande en la descomposición de Fourier y se permite que se ajuste para todos los puntos. Al limitar la magnitud de este componente, el punto a 180 grados se identifica y se desecha del conjunto de datos.

Además de la interpolación entre los puntos medidos del espesor de pared, se puede utilizar el análisis para predecir la condición futura del tubo. A partir de una acumulación frecuente de datos y la precisión de los datos se pueden utilizar técnicas de extrapolación para elaborar un modelo y predecir el desgaste futuro del tubo. La figura 32 muestra un ejemplo de un modelo de desgaste calculado para un tubo. Se pueden utilizar varias técnicas para derivar el perfil de desgaste y extrapolar el espesor futuro de la pared del tubo que incluye extrapolación polinómica de mínimos cuadrados y extrapolación de componentes de Fourier. El alcance de la invención no se limita a algún tipo o clase particular de técnica de extrapolación y se consideran modalidades utilizando otros tipos o clases de técnicas de extrapolación conocidas ahora o desarrolladas posteriormente en el futuro.

Las técnicas descritas aquí permiten que la información de tubo adicional se obtenga a partir de la medición del espesor de pared de tubo utilizando la presente tecnología. La interpolación de tubo completa permite monitorear el espesor de pared de tubo a través de todas las circunferencias del tubo con solo 12 mediciones reales. Además, la condición futura del tubo se puede extrapolar al calcular un perfil de desgaste y determinar el tiempo de duración ideal o los procedimientos de rotación para el tubo con el fin de optimizar la duración viable del tubo. El modelo puede ayudar a determinar en que momento debe rotarse el tubo y en que ángulos, en un esfuerzo de distribuir por igual el desgaste del tubo alrededor de la pared interna del tubo. También se pueden establecer puntos de activación de manera tal que el modelo prediga ciertas configuraciones de espesor de pared que requieren intervención del personal de mantenimiento.

FIGURA 33: AJUSTE DE FRECUENCIA ADAPTABLE PARA MEDICIONES DE ESPESOR DE PARED DE TUBO Es bien conocida la medición de espesores de material utilizando técnicas ultrasónicas. El método más prevalente involucra un enfoque basado en tiempo de pulso-recepción sencillo que mide la cantidad de tiempo que se requiere para que un pulso ultrasónico atraviese el espesor del material. Con frecuencia esta medición se realiza con un transmisor y receptor ultrasónico que se localiza esencialmente en el mismo lugar. Por lo tanto, el pulso ultrasónico debe desplazarse a través del material, rebotar en el lado opuesto y después regresar para ser detectado. A lo largo de la trayectoria que debe desplazarse la señal ultrasónica varios mecanismos pueden atenuar la señal y posiblemente degradar gravemente la medición o evitar que se tome la medición. Esta descripción presenta una técnica para ayudar a maximizar la señal recibida así como un medio para mantener continuamente la integridad de la señal .

Conforme la señal ultrasónica atraviesa a través del material bajo prueba y se refleja en el lado opuesto, se somete a varios mecanismos que incluyen atenuación del material e interferencias de la superficie desde el lado reflejante. La figura 33 muestra un diagrama de la trayectoria de la señal ultrasónica a través del material y estos dos mecanismos de atenuación clave.

Estos dos artículos clave se pueden minimizar potencialmente de modo significativo al ajustar la frecuencia del pulso ultrasónico utilizado para sondear el material.

La atenuación de ondas acústicas varía con la frecuencia y con frecuencia puede mostrar grandes variaciones con la duplicación o triplicación de la frecuencia; por lo tanto se implementa al optimizar la frecuencia ultrasónica se pueden obtener grandes ganancias en la amplitud de señales resultantes. Con los transductores ultrasónicos tradicionales basados en elementos piezoeléctricos de cerámica con frecuencia es muy limitada la frecuencia de ajuste. Estos materiales típicamente muestran un pico de resonancia abrupto y su eficiencia disminuye rápidamente conforme pierden la sintonía. No obstante, PVDF y otros materiales presentan una respuesta de banda más amplia. Estos materiales son mucho más conductores a ajustes de frecuencia, y pruebas de laboratorio han demostrado que en realidad pueden ajustarse en frecuencia para minimizar los efectos de características de activación de materiales objeto.

La reflexión de la señal ultrasónica fuera de la pared opuesta del material, como se muestra en la figura 33, impone dos mecanismos que alteran la calidad de la señal que alcanza el receptor ultrasónico. En primer lugar, las irregularidades en la señal provocarán que las porciones de la señal inyectada se reflejen en ángulos diferentes, lo que reduce la señal que regresa. Además, puesto que la superficie de la pared interna puede variar dentro del área de las porciones de señales ultrasónicas de la señal la cual se desplazará a distancias ligeramente diferentes cuando se recombina en el sensor. Esto puede resultar en interferencia de la señal consigo misma, y en el caso de interferencia destructiva, reducirá la señal medida. La frecuencia de la señal ultrasónica puede variar en ambos de estos efectos y se puede utilizar para minimizar sus efectos. Como un ejemplo, en general una señal de frecuencia menor (y por lo tanto de una longitud de onda más grande) no será tan susceptible a variaciones de superficie pequeña en relación a la longitud de onda de la señal .

Además, con una frecuencia ajustable de la señal ultrasónica, se pueden utilizar técnicas de procesamiento de señal avanzadas para reducir la relación señal a ruido de la señal detectada. La detección sincronizada de una señal de radio codificada en fase o frecuencia se ha utilizado extensamente para mejorar la recepción de radio. Estas mismas técnicas se pueden utilizar para mejorar la integridad de la señal de las señales ultrasónicas . Al modular la fase de la señal ultrasónica, por ejemplo con un código de secuencia m, un desmodulador en el lado receptor puede correlacionarse con el código conocido y ser capaz de detectar la señal deseada a partir del ruido del sistema y otras reflexiones no coherentes .

FIGURA 34; LA ORIENTACION O ROTACION DEL SENSOR La figura 34 muestra una modalidad indicada generalmente con el número 200 del aparato o sistema de la presente invención en el cual uno o más sensores de orientación o rotación, 202a, 202b se integran junto con mediciones de espesor de pared múltiples indicados como 204a, 204b, 204c, 204k, 2041 en una banda 206 de sensor. La orientación de rotación de los sensores 202 se muestra como un dispositivo que tiene un alojamiento de sensor de orientación y circuitos electrónicos que están distribuidos en la banda 206 de sensor en relación a mediciones de espesor de pared múltiples 204a, 204b, 204c, 204k, 2041. Como se muestra, la banda 206 de sensor tiene dos sensores de orientación o rotación 202a, 202b, uno colocado en la parte superior 202a y el otro colocado en la parte inferior 202b, aunque el alcance de la invención no se pretende que esté limitado al número o posición angular de los mismos en la banda 206 sensora. Como lo podrá apreciar una persona experta en la técnica, cuando las mediciones de espesor de pared 204a, 204b, 204c, ... , 204k, 2041 se distribuyen circunferencialmente equidistantes alrededor de la banda 206 de sensor en relación a uno o más sensores de orientación o rotación 202a, 202b, entonces la orientación de cada una de las mediciones de espesor de pared 204a, 204b, 204c, ... , 204k, 2041 se pueden determinar con base en la orientación de uno o más sensores de orientación o rotación 202a, 202b. La orientación se entiende que está en términos de la posición angular del sensor de orientación o rotación de 0 a 360 grados alrededor de la circunferencia del tubo. En operación, cada sensor de orientación o rotación 202a, 202b responde a su orientación después de que la banda 206 de sensor está distribuida sobre el tubo (no mostrada) y proporciona una señal de orientación que contiene información acerca de su posición angular alrededor del tubo, por ejemplo de regreso a uno o más módulos 102a.

Un problema al que se encuentra el cliente es que no necesita realizar un seguimiento preciso de la orientación del tubo a lo largo de los datos de espesor de pared. Con la integración de la orientación del sensor de rotación 202a, 202b, uno podrá conocer la orientación del tubo actual junto con mediciones de espesor muy repetibles. Esto permite que la técnica de acuerdo con la presente invención no solo reporte esto al cliente sino que abre la posibilidad de un comportamiento de predicción futuro del tubo mejorado.

Como un ejemplo de un flujo muy estriado en el tubo (en donde existe arena pesada y material de arrastre de rocas que fluye a lo largo del fondo del tubo, en relación a una porción con alta concentración de agua en la parte superior) , la técnica de acuerdo con la presente invención puede calcular la velocidad de desgaste del tubo en la parte superior comparada con la inferior. La técnica de acuerdo con la presente invención puede de esta manera predecir el tiempo de duración del tubo y optimizar los procedimientos de rotación del tubo adecuados . El sensor de orientación de rotación 202a, 202b es la clave aquí puesto que proporcionará la orientación (es decir, cuál es el sujeto inferior para el desgaste elevado) .

La rotación de orientación de los sensores se conoce en el ámbito; y el alcance de la invención no se pretende que esté limitado a un tipo o clase particular del mismo, ya sea conocido ahora o desarrollado posteriormente en el futuro. A modo de ejemplo, una rotación de orientación o un sensor conocido que ha sido utilizado adquiere la forma de un dispositivo basado en gravedad que está configurado para responder a su orientación y proporciona una señal de orientación que contiene información acerca de su posición angular .

III. CONCLUSION La tecnología de medición de flujo basada en sonar existente se ha ampliado a dos nuevas aplicaciones. Se ha demostrado que un medidor basado en sonar es capaz de medir el perfil de velocidad en una línea de lodo horizontal en tiempo real. Los cambios medidos en el perfil de velocidad muestran la capacidad para detectar regímenes de flujo diferentes; los flujos tanto homogéneos como heterogéneos con partículas sólidas suspendidas completamente y flujo con un lecho estacionario. La capacidad para detectar un lecho estacionario se confirmó por mediciones separadas de densidad a través del fondo del tubo y presión diferencial a través del medidor de perfil de velocidad. Un beneficio potencial de esta medición para operación de línea de hidrotransporte es la reducción de agua y uso de energía al operar a una concentración mayor de sólidos y/o velocidades menores mientras se evitan los problemas de costos debido a deposición de sólidos.

Se ha demostrado la capacidad de proporcionar de manera confiable, precisa y rentable mediciones de espesor de pared de tubo de una manera oportuna. La capacidad de repetición sobre una amplia variedad de condiciones de operación que incluyen variación de un sensor a otro, intervalos de temperatura y tiempo se ha demostrado claramente en pruebas tanto de laboratorio como en el campo. Esta tecnología se amplía fácilmente para el monitoreo de la mayor parte de las estructuras encontradas en una tubería que incluye codos, válvulas y muchos otros. Los ahorros de costo resultantes tanto en inspecciones de tubo como en ahorros de producción a través de producción mejorada de tiempo activo pueden ser muy grandes. Lo más importante, el impacto potencial sobre la seguridad del personal y ahorros ambientales será enorme .

ALCANCE DE LA INVENCION Aunque la invención se ha descrito con referencia a una modalidad ejemplar, se comprenderá por aquellos expertos en la técnica que pueden realizarse diversos cambios y que equivalentes pueden sustituir a elementos de la misma sin por esto apartarse del alcance de la invención. Además, muchas modificaciones pueden realizarse para adaptarse a una situación o material particular a las enseñanzas de la invención sin por esto apartarse del alcance esencial de la misma. Por lo tanto, se pretende que la invención no está limitada a una o varias modalidades particulares descritas en la presente como el mejor modo contemplado para llevar a cabo esta invención.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (43)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Un aparato, caracterizado porque comprende: uno o más módulos configurados para responder a señalización que contiene información acerca de una onda propagada a través de una pared de un tubo y para proporcionar una señal correspondiente que contiene información acerca de una determinación relacionada con el espesor de una pared del tubo.

2. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque uno o más módulos se configuran para realizar la determinación en base por lo menos parcialmente en una cantidad de tiempo en que se propaga la onda a través de la pared del tubo, que incluye el tiempo en que se desplaza una onda de tensión y que es reflejada desde la pared interior del tubo.

3. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además un módulo transductor montado en la pared del tubo, que incluye un módulo transductor ultrasónico.

4. El aparato de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque uno o más módulos se configuran para proporcionar una señal de entrada al módulo transductor, que incluye una señal de entrada eléctrica.

5. El aparato de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el módulo transductor se configura para propagar la onda a través de la pared del tubo .

6. El aparato de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el módulo transductor comprende una serie, un anillo o una disposición circunferencial de transductores que se montan de manera permanente o semipermanente alrededor del perímetro de la pared del tubo.

7. El aparato de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque cada transductor está configurado para responder a una señal de entrada desde uno o más módulos y proporciona la onda que se propaga a través de la pared del tubo.

8. El aparato de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque cada transductor también está configurado para responder a la onda reflejada en la superficie interna de la pared del tubo y que regresa al transductor y que proporciona una señal de salida que contiene información acerca de la misma que puede utilizarse para determinar el espesor de pared del tubo de regreso a uno o más módulos .

9. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque uno o más módulos se configuran para determinar el espesor de la pared de un tubo de acero o un tubo de polímero.

10. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque uno o más módulos se configuran para determinar un espesor absoluto de la pared del tubo.

11. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque uno o más módulos se configuran para determinar un espesor relativo de la pared del tubo, que incluye una tendencia de espesor de pared de tubo con base en una comparación del espesor de la pared del tubo realizada en dos períodos de tiempo diferentes.

12. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque uno o más módulos se configuran para proporcionar la señal correspondiente que contiene información acerca de un gráfico para proporcionar indicación visual del espesor de la pared del tubo.

13. El aparato de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el gráfico es una gráfica polar que proporciona el espesor de la pared del tubo como una función de la distancia angular a partir de un punto de referencia establecido del tubo.

14. El aparato de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque uno o más módulos están configurados para determinar una interpolación del espesor de la pared del tubo entre uno o más pares de puntos sensores en la serie, anillo o disposición circunferencial de transductores .

15. El aparato de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el módulo transductor incluye un elemento piezoeléctrico que incluye uno elaborado de material PVDF.

16. El aparato de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la serie o anillo de transductores están separados circunferencialmente por igual alrededor del perímetro de manera que proporcionan una imagen completa del espesor de la pared del tubo.

17. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque uno o más módulos están configurados para formar parte ya sea de un portador manual de dispositivo portátil para la serie, anillo o disposición circunferencial de transductores, o configurado para ser montado cerca o aledaño a la serie, anillo o disposición circunferencial de transductores.

18. El aparato de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el módulo transductor se configura como un transmisor y receptor de señal ultrasónica que recibe una señal de entrada desde uno o más módulos y que proporciona la señalización que contiene información acerca de la onda propagada a través de la pared del tubo de regreso a uno o más módulos .

19. El aparato de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el módulo transductor se configura como un transductor doble que tiene un transductor configurado para recibir una señal de entrada desde uno o más módulos y que tiene otro transductor configurado para proporcionar la señalización que contiene información acerca de la onda propagada a través de la pared del tubo de regreso a uno o más módulos.

20. El aparato de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el módulo transductor se configura en dos partes, una primera parte es una parte, transductora y una segunda parte es un separador opcional.

21. El aparato de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque la parte transductora se configura para inyectar la onda o pulso dentro del separador opcional de manera que se desplaza en la parte de pared interna del tubo de manera que la onda o pulso incide sobre la pared externa del tubo y cierta cantidad de la misma es reflejada de regreso junto con la reflexión de otra cantidad de la parte de pared interna del tubo cierto tiempo posterior después y en donde la diferencia entre estas dos ondas o pulsos detectados es proporcional al espesor de la pared del tubo.

22. El aparato de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque la parte transductora está configurada para inyectar la onda o pulso en la pared del tubo que continuará rebotando hacia atrás y hacia adelante produciendo una serie, anillo o disposición circunferencial de pulsos separados por igual y en donde el espesor de la pared del tubo está determinado por el tiempo entre pulsos sucesivos que son medidos de manera que elimina el requerimiento de sincronización absoluto con base en el pulso inyectado.

23. El aparato de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque la parte transductora se configurada para detectar pulsos recibidos con cualquiera de una o más técnicas de procesamiento de señal que incluye una detección de pico único así como desmodulación de cuadratura, homodina o heterodina.

24. El aparato de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque uno o más módulos están configurados para determinar una predicción de espesor de pared sustancialmente continua alrededor del perímetro.

25. El aparato de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque uno o más módulos están configurados para determinar una predicción de condición de tubo futura alrededor del perímetro que incluye la predicción de condición de tubo futura que se basa en la orientación del tubo.

26. El aparato de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque uno o más módulos están configurados para realizar la determinación con base en la orientación de la serie, anillo o disposición circunferencial de transductores alrededor del perímetro.

27. El aparato de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque uno o más módulos están configurados para realizar la determinación con base en el recordatorio de datos relacionados con la orientación de la serie, anillo o disposición circunferencial de transductores alrededor del perímetro.

28. El aparato de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque comprende una banda configurada y arreglada para comprimir la serie, anillo o disposición circunferencial de transductores contra la pared del tubo, que incluye una banda metálica.

29. El aparato de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque comprende un material de respaldo flexible, que incluye caucho, configurado y arreglado entre la banda y la serie o transductores de anillo para acojinar y permitir que la serie, anillo o disposición circunferencial de transductores se adapten a la forma de la pared del tubo.

30. El aparato de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque uno o más de la serie, anillo disposición circunferencial de transductores está acoplado a la pared del tubo utilizando un acoplador que toma la forma de un gel sólido, un gel líquido o alguna combinación de los mismos, de manera que elimina sustancialmente bolsas de aire y maximiza la trayectoria de señal entre la serie, anillo o disposición circunferencial de transductores y la pared del tubo.

31. El aparato de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la serie, anillo o disposición circunferencial de transductores comprende transductores .

32. El aparato de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque uno o más módulos se configuran para interpolación en base ya sea en ranura cúbica o técnicas de regresión polinomial o una técnica de descomposición de Fourier, que son rutinas de ajuste de curvas .

33. El aparato de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado porque cuando se implementa la técnica de descomposición de Fourier, uno o más módulos están configurados para determinar varios componentes de Fourier necesarios para crear una curva la cual incluye todos los puntos de muestra o sensor y determinar posiciones intermedias entre los puntos de muestra o sensor.

34. El aparato de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque uno o más módulos están configurados para uso de coeficientes en ponderación adaptados adecuados sobre componentes de Fourier.

35. El aparato de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque uno o más módulos están configurados para limitar la magnitud de uno o más componentes de Fourier derivados para puntos de valores físicamente realistas de manera que identifican y desechan un componente de Fourier derivado de un conjunto de datos.

36. El aparato de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque uno o más módulos se configuran para determinar la predicción de condición de tubo futura por una técnica de extrapolación, que incluye determinar un modelo o perfil de desgaste calculado utilizando alguna combinación de extrapolación polinomial de mínimos cuadrados y extrapolación de componente de Fourier.

37. El aparato de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque uno o más módulos están configurados para determinar un procedimiento de tiempo de duración o un procedimiento de rotación para el tubo para optimizar sustancialmente el tiempo de duración viable del tubo, que incluye el momento en que el tubo debe hacerse girar y/o el ángulo en el cual debe girarse de manera que se distribuya sustancialmente igual el desgaste del tubo alrededor de la pared interna del tubo.

38. El aparato de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque uno o más módulos están configurados para determinar los puntos de activación que se pueden utilizar para predecir ciertas configuraciones de espesor de pared que requieren intervención del personal de mantenimiento.

39. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque uno o más módulos se configuran para proporcionar una señal de entrada que contiene información acerca de un ajuste a la frecuencia de la onda propagada a través de la pared del tubo en base por lo menos parcialmente en la relación señal a ruido de la señal .

40. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un pulsador y receptor de señal ultrasónica configurado para justar la frecuencia de la onda propagada a través de la pared del tubo al modular la fase de una señal ultrasónica con un código de secuencia m.

41. El aparato de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque el pulsador y receptor de señal ultrasónico está configurado para correlacionar el código de secuencia m con un código conocido y detectar una señal deseada del ruido del sistema y otras reflexiones no coherentes.

42. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende uno o más sensores de orientación o rotación, cada uno configurado para responder a su orientación en relación a su desplazamiento en el tubo y proporcionar una señal de orientación que contiene información acerca de la misma.

43. El aparato de conformidad con la reivindicación 42, caracterizado porque uno o más sensores de orientación o de rotación están configurados para proporcionar la señal de orientación de regreso a uno o más módulos .