NO341773B1 - Fremgangsmåte og anordning for inspeksjon av rør - Google Patents

Abstract

En anordning for inspeksjon av rør, som omfatter et legeme tilpasset å kunne passere gjennom utboringen i et rør som skal inspiseres; en hovedrekke av transdusere som omfatter et antall transdusere fordelt langs periferien for å utsende ultralydenergi der transduserne er montert på legemet slik at de kan beveges mellom en inntrukket stilling hvor legemet kan bevege seg fritt gjennom utboringen i røret, og en utstrakt stilling hvor de mange transduserne er presset i driftskontakt mot den indre rørveggen; bevegelsesmekanismer for selektivt å drive de mange transduserne til sine utstrakte stillinger; og kontrollmidler for kontroll av transduserne til å utsende ultralydenergi inn i det nevnte røret for å forplante en ledet bølge inne i rørveggene i minst én longitudinal retning langs røret når transduserne er i sine driftsstillinger og for å motta den forplantede bølgen og analysere bølgen for å fastslå tilstedeværelse eller fravær av defekter i rørveggen.

Description

FREMGANGSMÅTE OG ANORDNING FOR INSPEKSJON AV RØR

Denne oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og en anordning for inspeksjon av rør, spesielt dypvanns-kjedelinjerør av stål (SCR – Steel Catenary Risers) og gassrørledninger (både offshore og på land, inklusive nedgravde rørledninger).

På grunn av påkjenninger fra omgivelsene undervannsstrømmer og økende vanndybder er SCR-er mottakelige for utmattingssprekkdannelse ved ”touch-down” områdene og ved belastningsstykkene hvor de er forbundet til vertsplattformen. Orienteringen og karakteren av utmattingssprekkene som dannes i rundsveisene og assosierte varmepåvirkede områder er vanskelige å oppdage med vanlige in-line eller pigging inspeksjonsteknikker. Ofte blir det anvendt et isolerende lag på SCR-er og andre brønnstrømsrør for å hindre hydratdannelse inne i røret. Slike isolerende lag begrenser bruk av inspeksjonsteknikker anvendt fra utsiden.

Kritiske feil som må detekteres i SCR-er er utmattelsessprekker i rundsveiser (eller assosierte varmepåvirkede områder) nær touch-down områdene hvor bøyebelastningene generelt er størst og utmattelseslevetiden av SCR-en derfor er kortest. Disse kritiske sprekkene dannes generelt parallelt med sveisesømmen og deres orientering er derfor periferisk med hensyn til røret.

Korrosjon i SCR-er og andre rørledninger er også et betydelig problem i olje-, gass-, og kjemisk industri og andre industrier. Mange rør er isolert, hvilket betyr at selv ekstern korrosjon ikke kan sees uten fjerning av isolasjonen, noe som er uoverkommelig kostbart og kan føre til skade på røret. Indre korrosjon og erosjon er også spesielle problemer i SCR-er og gassrørledninger hvor aggressive væsker transporteres av rørledningene.

In-line inspeksjon av gassoverføringsrørledninger er den mest hensiktsmessige måten å sjekke rørledningens intakthet. Eksponering og ekstern inspeksjon av nedgravde rør på land er ikke bare ekstremt kostbart, men på mange steder helt ugjennomførlig. I områder offshore er det ikke nødvendigvis de samme restriksjoner som de som man finner på land, men i begge tilfeller er man meget nøye med å ivareta at den overførte gassen har nådd et visst duggpunkt og er tørr. Det er derfor gunstig at in-line inspeksjonsmetoden ikke fører med seg noe fuktighet inn i rørledningen under inspeksjonen.

Mange av SCR felt-rørledningene og stigerørene er mellom omtrent 200 og 305 mm i diameter, med manifoldrøropplegg mellom omtrent 100 og 160 mm i diameter. Manifoldrøropplegg har, særlig på produksjonssiden, i likhet med SCR-er normalt et isolerende lag som kan være opp til 50,4 mm tykk, derfor kan, i likhet med SCR-er, eksterne inspeksjonsmetoder bare bli benyttet i begrenset omfang, for eksempel ved angitte inspeksjonsporter. Rørledningene med mindre diameter ved manifolden gjør det også ekstremt vanskelig for de vanlige in-line inspeksjonsrørpiggene (inspection pigs) å passere gjennom skarpe bøyninger.

Plattformsenkekasser (caissons) kan benyttes til et antall anvendelser offshore, for å pumpe sjøvann til plattformens overrislingssystem, eller til utløpsformål. Skjønt deres intakthet ikke er like kritisk som et gass- eller produksjonsstigerør, kan det bli alvorlige konsekvenser hvis de svikter. Svikt kan få senkekasser til å brekke av og treffe rørledninger på havbunnen eller føre til svikt i de interne pumpene som leverer sjøvann til brannslukkingssystemer på dekk. Inspeksjon av disse komponentene for sprekkdannelse eller veggsvekkelse er vanskelig på grunn av den vanligvis kraftige tildekningen av marine vekster (groe).

For å redusere risikoen for svikt eller lekkasjer er det ønskelig å inspisere og detektere utmattelsessprekkdannelser i SCR-er og andre rør og brønnstrømrør, og også å detektere eventuell reduksjon i veggtykkelsen av slike rør på grunn av korrosjon eller/og erosjon. Det er spesielt ønskelig å detektere eventuelle sprekker som har et tverrsnitt større enn 1% av rørets tverrsnitt.

Ikke-destruktive test-teknikker (NDT – Non-Destructive Testing) for stålrør, og spesielt for inspeksjon av sveisesømmer, er blitt utviklet og slike teknikker har funnet anvendelse i inspeksjon av rørledninger. Eksempler på slike teknikker er røntgen-testing, ultralyd-testing, magnetisk partikkeltesting, magnetisk flukslekkasje- og virvelstrøm-testing. Imidlertid har alle slike kjente teknikker ulemper som gjør dem uegnet til bruk for inspeksjon av SCR-er på grunn av de harde omgivelsene som SCR-er opererer i og mangelen på tilgang til områdene som skal inspiseres.

Magnetisk flukslekkasje (MFL) innretninger er svært vanlige på olje og gassområdet, og er vanligvis benyttet på pigger som skal passere gjennom røret som skal inspiseres. Imidlertid er de ikke i stand til å detektere perifere sprekker, og er best egnet til deteksjon av korrosjonstap av metall. Videre mangler MFL-innretninger fleksibilitet til å tilpasse seg forskjellige rørdiametre. Endelig fungerer MFL-innretninger bare på magnetiske materialer, og kan følgelig ikke benyttes for rør laget av en ikke-magnetisk rustfri ståltype.

Ultralydbølger kan forplante seg gjennom veggen på et rør. Tilstedeværelsen av defekter, slik som sprekker, i bølgenes vei kan detekteres, enten av en detektor på en viss avstand fra en ultralydkilde eller ved å detektere refleksjoner fra defekten ved hjelp av en detektor på eller ved siden av kilden. WO 99/31499 beskriver en pigg som benytter høyfrekvente (0,5 MHz til 1 MHz) ultralydbølger for å inspisere korte rørlengder som vender mot inspeksjonshodet (typisk mindre enn 0,5 m). Slike høyfrekvente bølger gir høy oppløsning og deteksjonssensitivitet, men har høy dempning og derfor kort rekkevidde. For å inspisere hele rørlengden må piggen beveges langs røret mens den kontinuerlig utsender og detekterer ultralydbølger. Et slikt system er stort og kostbart og ville være uegnet for mange anvendelser slike som gassrørledninger, fordi røret trenger å fylles med en væske, slik som olje eller vann, for å sikre ultralydkopling mellom de piezoelektriske transduserne og rørveggen. Videre er slike systemer svært følsomme for forurensninger på rørveggene fordi skitt eller innfangede luftbobler kan gi opphav til feilavlesninger.

Publikasjonen EP 1333277 A2 beskriver en fremgangsmåte for å inspisere rørveggen til en rørledning for å avdekke eventuelle skader. Inspeksjonen utføres ved bruk av ultralyd, hvor målesensorer sender ut ultralydsignaler mens de beveges gjennom rørledningen. Signaler som reflekteres i grensepartier, slik som overflater eller feil i en rørvegg, måles og evalueres. Det benyttes skråstilte, plane lydbølger.

Publikasjonen US 6076407 A beskriver et apparat for inspeksjon av innsiden av et rør. Apparatet omfatter en flerhet av radielt ekspanderbare styrearmer og en stabiliseringsvekt. Sensorinnretninger i form av transdusere som benytter brutte eller refrakterte skjærbølger.

Publikasjonen US 2003/101821 A1 viser et ultrasonisk inspeksjonssystem for et kloakkrør. Røret inspiseres ved hjelp av en ultrasonisk transduser og et system for å frembringe en vannsøyle for å den akustiske energien fra transduseren og til rørveggen slik at den høyfrekvente transduser har en nødvendig kraft til å penetrere den innvendige rørveggen og reflektere tilbake fra den ytre veggen.

Ledete bølger i rørveggen, slik som Lamb-bølger, er spesielt nyttige for å inspisere rør for defekter, fordi de kan eksiteres på ett sted på røret og vil forplante seg mange meter langsmed røret, og returnere ekko som indikerer tilstedeværelsen av korrosjon, utmattelsesbrudd eller andre rørdefekter. Ledete ultralydbølger er ledete vibrasjonsmoduser av et visst materiallegeme, hvor ultralydenergi er innfanget mellom grensene til det nevnte materiallegemet og ledet gjennom materiallegemet av den store mis-tilpasningen i mekanisk impedans mellom veggen til materiallegemet og et omgivende medium. Terminologien er mer fullstendig forklart i artikkelen av M.G. Silk og K.F. Bainton i tidsskriftet ”Ultrasonics” fra januar 1979 på sidene 11 – 19 under tittelen "The propagation in metal tubing of ultrasonic wave modes equivalent to Lamb waves" (”Forplantning i metallrør av ultralydbølgemoduser som er ekvivalente med Lamb-bølger”).

WO 96/12951 (innlemmet heri ved referanse) beskriver bruken av ledete ultralydbølger med lang rekkevidde for å detektere defekter og reduksjon i veggtykkelsen i et rør. Metoden bygger på den egenskapen til lavfrekvente (<100kHz) ledete bølger at de forplanter seg inne i rørveggen parallelt med røraksen, med liten dempning, og slik gjør det mulig å oppdage defekter som befinner seg opptil et titalls meter fra inspeksjonshodet, hvor deteksjonen av defekter gjøres ved å detektere ekkoet som reflekteres av defekten. Metoden implementeres ved å fastspenne en ring av piezoelektriske transdusere til den ytre overflaten av røret. Imidlertid krever denne teknikken tilgang til den ytre overflaten av røret med jevne mellomrom langs hele rørlengden. Dette kan være uanvendelig for rørledninger med isolasjon, spesielt for SCR-er som kan operere på store dyp, noe som gjør fjerning av isolasjon og undervannsavsetninger på røroverflaten upraktisk. En slik fremgangsmåte er også uegnet for nedgravde rørledninger av samme grunn.

Det er derfor ønskelig å fremlegge et verktøy som kan inspisere rørledningen fra innsiden ved benyttelse av ledete ultralydbølger.

I følge et første aspekt av denne oppfinnelsen fremlegges en anordning ifølge patentkrav 1.

Fortrinnsvis omfatter de nevnte bevegelsesmekanismer ett eller flere hydraulisk aktiverte stempler for å trykke det nevnte antall transdusere mot den indre rørveggen. Fortrinnsvis er hver av de nevnte hydraulisk aktiverte stempler montert i sin egen sylinder som kommuniserer med en felles manifold, hvor denne manifolden kan settes under trykk for å presse stemplene og dermed transduserne mot rørveggen med tilnærmet like stort trykk.

Fortrinnsvis er det nevnte antall transdusere forhåndsbelastet mot sine tilbaketrukne stillinger, fortrinnsvis ved hjelp av én eller flere fjærer.

Fortrinnsvis er kontakthodet laget av et elektrisk isolerende materiale, slik som alumina.

I en foretrukket utførelse er det nevnte antall transdusere i hovedrekken av transdusere anbrakt i to rader rundt omkretsen til legemet. Transduserne er fortrinnsvis orientert så de genererer ledete bølger i torsjonsmodus T(0,1) slik at eksitasjon i én retning kan oppnås med to rader av transdusere. For å sikre at transduserne er presset mot den indre røroverflaten med like stor kraft er grupper av tre nær hverandre liggende transdusere, to fra én rad og én fra den andre, montert på et felles bærestykke, hvor bærestykket er festet til et sokkelstykke via en kuleleddsanordning som tillater bærestykket å vippes i alle retninger relativt til en akse som er i samme avstand fra de tre transduserne.

I tillegg til den nevnte hovedrekken av transdusere, kan utførelsen forsynes med nok en rekke av transdusere, som omfatter ytterligere transdusere montert inni en ekspanderbar elastomer toroide som ligger rundt en omkrets av det nevnte legemet, hvor toroiden fortrinnsvis er fylt med en væske som for eksempel olje, og hvor trykket av væsken er justerbart slik at toroiden kan selektivt ekspanderes til driftskontakt med den indre overflaten av røret som skal inspiseres. Fortrinnsvis omfatter disse ytterligere transduserne høyfrekvente (omtrent 1-10 MHz) ultralydtransdusere som kan benyttes til å måle den normale rørveggtykkelsen (via perpendikulært innfallende volumbølger), så vel som den gjennomsnittlige rørveggtykkelse og dempning og hastighet av de ledete bølgene gjennom rørveggen (via ledete bølger orientert langs omkretsen). Slike målinger kan benyttes til å kalibrere hovedrekken av transdusere.

I følge et andre aspekt av denne oppfinnelsen fremlegges en fremgangsmåte for å inspisere et rør ved å benytte en inspeksjonsanordning i følge det første aspektet av denne oppfinnelsen, hvor fremgangsmåten omfatter trinnene:

a) å sette den ovennevnte inspeksjonsanordningen inn i boringen til røret som skal inspiseres;

b) å bevege nevnte flerhet av transdusere til sine andre eller utstrakte stillinger hvor de er i driftskontakt med rørets innvendige vegg;

c) å anvende nevnte transduserne til å sende polariserte skjærultralydbølger inn i røret og forplante en ledet polarisert skjærultralydbølge i røret i minst én longitudinal retning langs røret;

d) å detektere refleksjoner av den forplantede polarisert skjærultralydbølgen og analysere refleksjonene for å fastslå tilstedeværelse eller fravær av defekter i rørveggen;

e) å bevege flerheten av transdusere til sine inntrukne stillinger og;

f) å føre legemet gjennom røret til en videre inspeksjonsposisjon og gjenta trinnene (b) til (e).

Fortrinnsvis blir refleksjonene av den forplantede polarisert skjærultralydbølgen detektert av nevnte flerhet av transduserne.

Denne oppfinnelsen vil nå bli beskrevet, ved hjelp av eksempler, med referanse til de medfølgende tegningene, hvor:

Figur 1 er en perspektivtegning av en inspeksjonsanordning i følge en første utførelse av oppfinnelsen;

Figur 2 er en detaljert splittegning av transduserhodet i anordningen i Figur 1;

Figur 3 er et snitt sett fra siden av en piezoelektrisk transduser for hovedrekken av transdusere i Figur 1;

Figur 4 er et snitt sett fra enden av den piezoelektriske transduseren i Figur 3;

Figur 5 er e skjematisk avbildning av den sekundære transduserrekken i anordningen i Figur 1; og

Figur 6 er en skjematisk avbildning av den sekundære transduserrekken i Figur 5, som viser den oppblåsbare toroiden i dens driftsklare utvidete tilstand.

En første utførelse av denne oppfinnelsen vil bli beskrevet med referanse til tegningene. Anordningen omfatter en pigg (”pig”) tilpasset å kunne føres gjennom utboringen i et rør som skal inspiseres, slik som et kjedelinjerør av stål (SCR). Piggen omfatter multiple enheter som er koblet sammen. I fronten av piggen er et transduserhode A som følges av en trykkbeholder B som inne holder en strømkilde for piggen. De videre seksjonene C, D, E kan inneholde systemelektronikk og hjelpeutstyr. I enden av piggen er et tjoringsfeste F.

Transduserhodet er vist i større detalj i Figur 2. Transduserhodet omfatter en hovedrekke av transdusere som omfatter ultralyd skjær-piezoelektriske transduserelementer 1 arrangert i en eller flere rader (to i dette tilfellet) langs en omkrets rundt røret.

Designet av transduserelementene ligner det som er beskrevet i WO 96/12951. Hvert transduserelement er arrangert slik at det kan utøve en kraft på rørveggen i retning langs en omkrets for å oppnå torsjonsmoduseksitasjon av rørveggen. Bruk av den aksisymmetriske torsjonsmodusen T(0,1) tillater bruk av bare én ring av transdusere for toveis-eksitasjon eller to ringer, som vist på tegningene, for enveis-eksitasjon.

Det er også mulig å eksitere aksisymmetriske longitudinale bølger (av Lamb-typen) i rørveggen. For å oppnå dette må transduserne orienteres slik at de anvender kraft på rørveggen i en retning parallell med lengdeaksen til røret. Imidlertid er en slik konfigurasjon mer kompleks, da den krever minst to ringer av transdusere for toveis eksitasjon av kun den ene modusen L(0,2) med undertrykkelse av L(0,1)-modusen og tre ringer for enveis eksitasjon av kun den ene modusen L(0,2) med undertrykkelse av L(0,1)-modusen.

Det er også mulig å eksitere forskjellige bøyningsmodus-bølger i rørveggen, ved å variere fasen og, valgfritt, amplituden av signalene som sendes til hver av transduserne rundt omkretsen av røret.

For å gi god kontakt med den indre rørveggen slik at hvert transduserelement blir i stand til å utøve en skjærkraft på rørveggen, er hvert transduserelement 1 utstyrt med en dobbeltkrummet alumina frontplate 2 som isolerer transduserelementet elektronisk fra røret, mens den gir en tilnærmet punktkontakt med den indre rørveggen.

Som vist i Figur 3 og 4 er denne frontplaten formet som snittflaten mellom et rektangulært parallellepiped og siden av en toroide. Den store radius R1 og den lille radius R2 er valgt slik at deres sum er minst 10 prosent mindre enn den minste radius av røret som vil bli inspisert. Dette sikrer at det blir en nær tilnærmelse til en punktkontakt.

Transduserelementene 1 er festet på transduser-tripoder 3 i grupper på tre, to fra en rad og en fra en tilstøtende rad. Hver transduser-tripod 3 er montert på en radialt utstikkende kuppelformet tapp 4 som har en lengdeakse i tilnærmet samme avstand fra de tre elementene i gruppen. Tappen 4 holdes på plass av et deksel 5 for å tillate tripoden 3 å helle litt i en hvilken som helst retning. Denne fleksibiliteten hjelper til å sikre at alle tre transduserelementene 1 berører rørveggen og har tilnærmet lik kraft anvendt gjennom seg. Styretapper på tripoden (ikke vist) hindrer den i å rotere.

Par av tripoder 3 er montert (via de kuppelformede tappene) på hver sine transduserstempler 6. Hvert stempel har en oval stamme som er forseglet med o-ringpakninger og passer inn i en motsvarende sylinder i en transdusermanifold 7, som er delvis skjult i Figur 1. Når hydraulisk trykk anvendes mot sentrum av transdusermanifold 7, blir transduserstemplene 6 og assosierte transduserelementer 1 skjøvet utover og brakt i kontakt med rørveggen med en lik og forutbestemt kontaktkraft (fortrinnsvis 40N).

Et par tilbaketrekkingsfjærer 8 virker mot et festebånd 9 for å trekke transduserstemplene tilbake inn i manifolden når det hydrauliske trykket utløses.

Det hydrauliske trykket kan enten bli levert fra overflaten via en ”navlestreng” (umbilical) eller via en liten ombordværende pumpe eller skrue. Passende trykkbegrensere kan benyttes for å kontrollere størrelsen av kraften som anvendes mot transduserelementene.

I tillegg til hovedrekken av transdusere befinner det seg en sekundær rekke av transdusere som omfatter et antall høyfrekvens-kalibreringstransdusere 10, også på transduserhodet. Disse transduserne 10 befinner seg i et væskefylt hulrom omgitt av en toroidal gummimembran 11, som er blitt skåret bort i Figur 1. Når piggen er stanset for å utføre en test, blir hulrommet utvidet ved hydraulisk trykk slik at gummimembranen kommer i god kontakt med rørveggen. Kalibreringsmålingene gjøres gjennom gummien (forhindrer væskeforurensning av rørledningen). En gummitype med lav ultralydsdempning benyttes som membran for å oppnå gode resultater. Både perpendikulært innfallende og/eller skjevt innfallende ultralydbølger kan genereres. Perpendikulært innfallende bølger kan direkte måle veggtykkelsen. Skjevt innfallende bølger kan benyttes til å skape ledete bølger som forplanter seg langs periferien eller aksialt, for å bestemme den gjennomsnittlige veggtykkelsen rundt omkretsen av røret. Transduserne kan roteres inne i hulrommet (eller et ultralydspeil kan roteres) hvis flere omkretser langs røret skal inspiseres.

Mange elementer er tilstede for å hjelpe med bevegelsen og orienteringen av piggen. Disse inkluderer sentreringshjul 12 som er fjærbelastet 13 mot rørveggene for å holde piggen rettet inn aksialt. Ett eller flere av disse hjulene kan inneholde enkodere som kan brukes som hjelp til å kvantifisere posisjonen langs røret (enkoderforbindelsene er ikke vist på figuren). I tillegg kan ett eller flere av disse hjulene være motordrevet for å hjelpe med bevegelsen av piggen (særlig når den er konfigurert som en ”kryper” (”crawler”)).

En plastskrape 14 er ett eksempel på en rengjøringsdel som kan legges til i fronten av piggen.

Kontrollelektronikken som brukes i inspeksjonsanordningen er en spesialisert versjon av Wavemaker G3 elektronikken som produseres av Guided Electronics Limited. Imidlertid er layouten blitt modifisert for å passe innenfor de svært begrensede dimensjonene som kreves for at anordningen skal passe gjennom rørledningen. Kommunikasjon til overflaten (når den er festet til en tjoringskabel) gjøres via en serieforbindelse.

Denne oppfinnelsen benytter primært ledet bølgeforplantning langs røraksen fra en rekke transdusere for å inspisere rørledninger fra innsiden.

Anordningen og fremgangsmåten i denne oppfinnelsen er i stand til å detektere en stor mangfoldighet av defekter, spesielt sprekker, som er vanskelige for kjente målinger i tykkelsesretningen. Siden hovedforplantningsretningen er langs rørets akse, er periferiske sprekker, slik som sprekker i sveisesømmer, mye enklere å detektere og måle størrelsen av i motsetning til bølger i tykkelsesretningen eller langs periferien, som bare reflekteres fra forreste og bakerste ende av sprekken.

Deteksjonsfremgangsmåten og anordningen i denne oppfinnelsen er mindre følsom for endringer i renhet eller materialegenskaper enn elektromagnetisk (for eksempel MFLVEMAT) baserte systemer. Transduserne er presset mot overflaten med tilstrekkelig kraft til å skyve forurensningsbelegg til side. Denne store kraften tillater en skjærkraft å bli direkte overført til rørveggen. Systemet trenger ikke å være avhengig av konstante magnetiske eller elektriske egenskaper av røret.

Både gjennomgående transmisjon (ved å basere seg på deteksjon av endringer av den ledete bølgen ettersom den forflytter seg) og refleksjonsdata kan brukes i denne oppfinnelsen.

Gjennomgående transmisjon benyttes for

1. Kalibrering av transdusere;

2. Bestemmelse av belegningstilstand for å se etter degenerert eller løsnet belegning (coating) som kunne føre til fremtidig svikt;

3. Dempning som skyldes tilstedeværelsen av defekter som f.eks. mikrosprekker.

Imidlertid blir gjennomgående transmisjon ikke brukt som den primære deteksjonsmetode av defekter. Refleksjoner tilbake til sender-transduseren (og til de rundt den) blir benyttet til hovedbestemmelsen av defekter. Denne metoden er mye mindre følsom overfor falske utslag enn transmisjonsmetoder.

Frekvensbegrensninger settes først og fremst av rørveggtykkelsen for å sikre at ultralydfrekvensen av hovedrekken av transdusere ligger under avskjæringsfrekvensen for den ledete bølgemodusen T(0,2).

Antallet transdusere rundt omkretsen av hovedrekken av transdusere settes slik at det sikrer at det er minst 2 transdusere pr. bølgelengde av den hurtigste bølgen av interesse (ved den høyeste frekvensen av interesse).

Noen høyfrekvente ultralydmålinger fra den sekundære transduserrekken vil bli kombinert med resultatene med ledete bølger fra hoved-transduserrekken for å gi mer kvantitative resultater, siden hoveddataene med ledete bølger reagerer på endringer i rørets tilstand fra den aktuelle testposisjonen.

Den sekundære transduserrekken skaffer data som benyttes til å kalibrere hovedtransduserrekken, slik som rørtykkelsen og hastighet og dempning av de ledete bølgene.

Den sekundære transduserrekken kan benyttes til å gjøre ultralydmålinger av tykkelse, via perpendikulært innfallende longitudinale bølger, ved ett eller flere punkter rundt omkretsen av røret. Disse tykkelsesmålingene er nyttige ikke bare for å kalibrere hoved-transduserrekken, men også for å hjelpe med deteksjonen av defekter som kan være vanskelige å detektere med hovedtransduserrekken, slik som for eksempel riller av erosjons-typen som løper konsekvent i lengderetningen av røret.

Den sekundære transduserrekken kan også benyttes til å utsende, motta og måle ledete bølger som forplanter seg rundt periferien av røret. På denne måten er det mulig å utføre mange tester som dekker mange moduser over et bredt frekvensspektrum. Disse testene kan benyttes på forskjellige måter og for forskjellige formål, slik som for eksempel:

a) analyse av gruppehastighet av visse ledete bølger i bøyningsmodus rundt periferien av røret kan benyttes til å finne gjennomsnittlig veggtykkelse av røret;

b) ledete bølger rundt periferien av røret kan også benyttes til å bestemme om det er stor variasjon i veggtykkelsen rundt omkretsen av røret. Dette vil hjelpe i deteksjonen av visse typer defekter, slik som erosjon, som kan være relativt konstant langs lengderetningen av røret;

c) Endelig kan disse målingene benyttes for en nøyaktig kalibrering av hovedtransduserrekken. Faktisk har de mange ledete bølgemoduser orientert langs periferien av røret som utsendes og mottas av den sekundære transduserrekken frekvensavhengige hastigheter som varierer med egenskapene av røret og av belegningen utenpå røret. Derfor, ved iterativt å tilpasse målingene til en teoretisk modell av hvilke ledete bølgemoduser som kan forplante seg, kan materialegenskapene av røret og av belegningen, såvel som deres bindingstilstand, utledes. Når først disse egenskapene er kjent, kan de ”mates” tilbake i den teoretiske modellen for å forutsi hvordan de vil påvirke de primære ledete bølgene som benyttes av hovedtransduserrekken.

Prosesseringsalgoritmen er en enkel utvidelse av prosesseringen for ledete bølger som benyttes for inspeksjon fra utsiden av røret. Denne er basert på en faset (eller tidsforsinket) kombinasjon fra multiple output- og input-transdusere. Passende kombinasjon av tidssporene gjør at forskjellige ordener av ledete bølgemoduser kan trekkes ut, hvilket muliggjør karakterisering av eventuelle reflektorer som er påtruffet.

Det er også mulig å behandle hovedtransduserrekken som elementer i en faserettet rekke (phased array) for å styre energien til spesifikke lokasjoner nær transduserhodet. Dette gjør at defekter som er funnet ved den initielle gjennomgangen av røret kan skjelnes bedre.

ANVENDELSESMETODER

Denne oppfinnelsen er velegnet til et antall anvendelsesmetoder som er beskrevet nedenfor. En av hovedfordelene ved denne oppfinnelsen over andre teknologier er at den lett kan ”ompakkes” for anvendelse på forskjellige bruksområder for å imøtekomme kundens spesifikke driftsmessige restriksjoner.

Frittsvømmende pigg

I den første utførelsen, som diskutert ovenfor, kan inspeksjonsanordningen foreligge i et frittsvømmende pigg-system. Verktøyet kan brytes ned i separate komponenter/segmenter, sammenføyd ved en halv-stiv forbindelse som tillater kommunikasjon mellom hvert segment. Piggen kan drives frem enten av gass (for gassinjeksjon) eller gjenvunnet produkt.

Under bruken vil piggen stanse på visse punkter basert på beregninger av tid/avstand eller avstandstellere som er festet på den, ved å la noe av trykket passere forbi verktøyet og avledes inn i en aktuator som skyver transduserne ut; transduserne vil bli satt i drift fra transduserhodet og en test vil bli utført. Så snart testen er fullført vil trykket bak transduserne bli utløst og transduserne vil være fri til å bli skjøvet tilbake inn i transduserhodet mens verktøyet blir flyttet fremover ved å la trykket bygges opp igjen.

Tjoret (Tethered)

I en videre utførelse kan inspeksjonsanordningen anvendes med et tjoringskabel- og vinsj-system som følger et lignende designkonsept som for den frittsvømmende piggen. Dette systemet kan initielt innrettes mot deteksjon av utmattelsesbrudd ved touch-down områdene av SCR-er. Anordningen kan innsettes i et stigerør festet til en tjoringskabel og vinsj. Tjoringskabelen vil besørge elektrisitetsforsyning og kommunikasjon til anordningen, såvel som gi en måte for å hente anordningen ut igjen. Inspeksjonsanordningen vil bli sendt en spesifikk avstand inn i stigerøret/rørledningen, forbi touch-down lokasjonen, og så hentes tilbake igjen i fastsatte trinn, typisk med 10m intervaller. Ved hvert 10m intervall vil anordningen være stillestående og transduserne bli satt i drift fra transduserhodet ved hydraulisk trykk gjennom tjoringskabelen eller via en liten hydraulisk pumpe ombord, og en test vil bli utført. Så snart testen er fullført, vil transduserne bli trukket inn igjen ved at det hydrauliske trykket utløses, og verktøyet vil bli hentet inn ytterligere 10m inntil stigerørets touch-down område (eller hele stigerørsystemet) er ferdig. Inspeksjon av kritiske sveisesømmer vil vanligvis bli utført fra begge sider og dataene slått sammen.

Dykkerstyring

En dykkerstyrt utførelse av denne oppfinnelsen kan være spesifikk for manifoldrøropplegg med mindre diameter, hvor tilgangen er gjennom en flensforbindelse, etter at systemet er blitt isolert. Et typisk eksempel kan være når en del av produksjonssystemet inne i manifoldheaderen har sviktet på grunn av indre korrosjon av et aggressivt produkt og det er nødvendig å inspisere resten av røropplegget for lignende feilmoduser. En grundig inspeksjon kan normalt bare utføres innvendig på grunn av utvendig isolasjonsbelegning. Denne isolasjonsbelegningen ville kreve maskinverktøy for å bli fjernet og det ville være risiko for å skade røret under belegningen dersom en slik operasjon ble utført.

Transduserhodet er festet til et passende håndtak og deretter satt inn i røret. Kommunikasjonskabelen fra transduserhodet vil løpe tilbake til en dykkerstyrt kontrollenhet i arbeidskurven noen få meter borte. Transduserhodet kan så pumpes opp til det nødvendige trykket (hydraulikk) for å presse transduserne i kontakt med rørveggen.

Fjernstyrt kjøretøy (ROV – Remotely Operated Vehicle)

På same måte som dykkermetoden kan transduserhodet benyttes separat og anvendes fra en ROV for å inspisere plattformsenkekasser (de som er uten beskyttende gitter). Det er mange fordeler ved å anvende teknologien fra inne i senkekassen heller enn utvendig, hvor man må fokusere på å rense kontaktpunktet for marin groe før man anvender transduserhodet. Det kan også være noen fordeler når man produserer og idriftsetter transduserhodet for inspeksjon av plattformsenkekasser hvis inspeksjonen er utført fra innsiden.

Kryper (Crawler)

I en videre utførelse kan inspeksjonsanordningen anvendes ved "krypere" inne i røret/stigerørene dersom operasjonsforholdene krever det.

FORDELER

● Inspeksjonsanordningen ifølge denne oppfinnelsen avhenger av trykket av transduserne for å kople til rørveggen, heller enn kravet om en separat kopling. Dette tillater at teknikken anvendes innvendig i gassoverføringsledninger som trenger å holdes tørre, og i rørledninger som ikke er blitt renset til noen standard.

● Det samlede designet av transduserhodet og tilbehør er mye enklere og lettere å sette sammen enn konkurrerende teknikker. Dette tillater anvendelser i rørledninger av mindre diameter og for verktøyet å lettere ta seg frem gjennom forskjellige geometrier enn vanlige in-line inspeksjonsteknologier.

Etter hvert som hver test utføres, blir ledete bølger sendt sekvensielt i begge retninger fra transduserhodet, noe som gir overlappende data gjennom hele inspeksjonsprosessen.

Siden de ledete bølgene forplanter seg langs rørledningen, er det ikke behov for pinlig nøyaktighet for at verktøyet skal være ved en spesifikk sveiselokasjon for å detektere utmattelsessprekkdannelser som kan være inne i sveisesømmen eller den tilliggende varmepåvirkede sonen.

Under operasjoner med tjoringskabel kan anomalier detekteres og ingeniører informeres mens piggen fremdeles er i stilling, noe som tillater oppfølgingsaksjoner av in-line-verktøyet dersom det er nødvendig.

Presentasjonen av dataene er lett å forstå for ingeniører som bare har en grunnleggende forståelse av begrepet med ledet ultralyd.

Ved å anvendes innvendig ved plattformsenkekassens åpning er et hydraulisk roterende renseverktøy mer effektivt til å rense bort marin tilgroing, og transduserhodet vil få en bedre kopling til senkekasseveggen.