NO343106B1

NO343106B1 - Fiberoptisk sensor for bruk på undersjøiske rørledninger

Info

Publication number: NO343106B1
Application number: NO20085256A
Authority: NO
Inventors: Andrew Strong; Roger Hampson; Kevin Williams
Original assignee: Schlumberger Technology Bv
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2018-11-05
Also published as: GB2439558A; GB0621998D0; GB0612868D0; NO20085256L; US8177424B2; BRPI0713353A2; GB2439558B; US20090279583A1

Abstract

En fiberoptisk sensorenhet til bruk på en undersjøisk rørledning. Den fiberoptiske sensorenheten er koblet til fjernlokalisert utstyr av én eller flere fiberoptiske kabler som går utenfor rørledningen. Den fiberoptiske sensorenheten er festet til et monteringspunkt på rørledningen. Monteringspunktet er en rørseksjon med en indre kanal og minst ett lag som omgir den indre kanalen for beskyttelse og isolasjon av den indre kanalen. Et segment av rørseksjonen har en del av dette eller disse lagene fjernet eller utelatt og definerer en ringformet forsenkning. Når den er montert, har enheten to halvsylindriske halvdeler som er anordnet innenfor den ringformede forsenkningen og koblet sammen, og dermed omgir og omslutter segmentet av rørseksjonen. Enheten inneholder en lengde av optisk fiber som er koblet til minst én utenfra tilgjengelig fiberoptisk konnektor. 1

Description

Oppfinnelsens område

[0001] Denne oppfinnelsen vedrører undersjøiske rørledninger som fører petroleumsgass eller en blanding av olje og gass. Mer spesifikt vedrører oppfinnelsen fiberoptiske sensorer for bruk på undersjøiske rørledninger samt fremgangsmåter for utplassering av sensorene.

Beskrivelse av beslektet teknikk

[0002] Det har vært kjent i mange år at fiberoptiske bølgeledere kan brukes til å måle temperatur. Figur 1 illustrerer skjematisk et system som anvender en fiberoptisk bølgeleder for å måle temperatur. En impulsmodulert, høyeffekt laserkilde 1 sender ut en lyspuls gjennom en retningskobler 3 og langs en fiberoptisk bølgeleder 2. Den fiberoptiske bølgelederen 2 danner temperaturavfølingselementet i systemet, og blir utplassert der temperaturen skal måles. Etter hvert som pulsen forplanter seg langs den fiberoptiske bølgelederen 2 blir lyset fra denne spredt som følge av flere mekanismer, omfattende fluktuasjoner i densitet og sammensetning (Rayleigh-spredning) så vel som molekylære vibrasjoner og bulkvibrasjoner (henholdsvis Raman- og Brillouin-spredning). Noe av dette spredte lyset holdes inne i kjernen til den fiberoptiske bølgelederen og blir ledet tilbake mot kilden 1. Dette retursignalet blir skilt ut av retningskobleren 3 og sendt til en mottaker 4. I en uniform fiber utviser lysstyrken til det returnerte lyset en eksponentiell reduksjon med tiden (og avslører hvor langt lyset har vandret ned den fiberoptiske bølgelederen basert på lyshastigheten i den fiberoptiske bølgelederen). Variasjoner i faktorer som sammensetning og temperatur langs lengden av den fiberoptiske bølgelederen 2 viser seg i avvik fra den "perfekte" eksponentielle reduksjonen av lysintensiteten med avstanden. Mottakeren 4 anvender typisk optisk filtrering 5 som trekker ut backscatter-komponenter fra retursignalene. Backscatter-komponentene blir oppdaget av en detektor 6. De detekterte signalene blir behandlet av signalbehandlingskretser 7 som typisk forsterker de detekterte signalene og så konverterer (f.eks. i en høyhastighets A/D-omformer) de resulterende signalene til en digital form. De digitale signalene kan så bli analysert for å generere et temperaturprofil langs lengden av den fiberoptiske bølgelederen 2. Denne typen temperaturavføling kalles distribuert temperaturavføling (DTS – Distributed Temperature Sensing) fordi den måler et temperaturprofil langs lengden av en fiberoptisk bølgeleder.

[0003] En annen type fiberoptisk avføling kalles punktavføling. Ved punktavføling er et Bragg-gitter etset inn i en fiberoptisk bølgeleder på et ønsket sted. Bragggitteret er innrettet for å reflektere lys med en gitt bølgelengde. Målinger av bølgelengdeskift i det reflekterte lyset kan anvendes for å måle temperatur, trykk eller tøyning. Flerpunktsensorer har flere spredte Bragg-gittere, som typisk er etset til å reflektere forskjellige bølgelengder. Analyse av bølgelengdeskiftene i det reflekterte lyset kan avføle forhold på flere forskjellige steder langs den fiberoptiske bølgelederen. Slik “punktavfølingsfunksjonalitet" er beskrevet nærmere i U.S.-patentet 6,097,487.

[0004] En typisk undersjøisk rørledning består av et rør omgitt av ett eller flere lag av beskyttende/isolerende materiale, for eksempel et stålrør som er dekket med en polymerkappe og så innstøpt i betong. I fiberoptiske avfølingsanvendelser blir optiske fibre plassert mellom røret og det første laget av beskyttende/isolerende materiale. Den undersjøiske rørledningen blir satt sammen på et fartøy til sjøs fra seksjoner som boltes og/eller sveises sammen. Etter hvert som rørseksjoner sammenføyes så må endene av de optiske fibrene for de tilstøtende rørseksjonene kobles til hverandre. Selv om en slik undersjøisk rørledning muliggjør fiberoptisk avføling er den beheftet med flere ulemper, omfattende: (i) økte kostnader og vanskeligheter med å integrere det optiske fibret som del av rørledningsseksjonene; og ii) økte utplasseringstider og -kostnader så vel som vedlikeholdstider og -kostnader knyttet til sikring av integriteten og funksjonen til de fiberoptiske koblingene mellom seksjoner av rørledningen.

EP 1635034 beskriver en sensor- og måleanordning for bøyeradius og form av rørledning. WO 2004056017 beskriver et optisk spørresystem og sensorsystem. EP 1672344 beskriver en anordning og system for overvåking av strukturell skjøtbelastning.

KORT OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en anordning for bruk i en rørledning, omfattende: en rørseksjon med en indre kanal og minst ett lag som omgir den indre kanalen, der det minst ene laget gir beskyttelse og isolasjon av den indre kanalen, idet et segment av rørseksjonen har en del av det minst ene laget fjernet eller utelatt og definerer en ringformet forsenkning; og en sensoranordning med to halvsylindriske halvdeler som er koblet sammen og anordnet innenfor den ringformede forsenkningen, der de halvsylindriske halvdelene omgir segmentet av rørseksjonen, og et hus understøttet på én av nevnte to halvsylindriske halvdeler, der det i huset er anordnet en lengde av optisk fiber, og huset understøtter minst én utenfra tilgjengelig fiberoptisk konnektor som er funksjonelt koblet til det optiske fibret anordnet inne i huset.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også en fremgangsmåte for fiberoptisk avføling på en undersjøisk rørledning, der nevnte fremgangsmåte omfatter det å: tilveiebringe minst én rørseksjon som del av den undersjøiske rørledningen, der rørseksjonen har en indre kanal og minst ett lag som omgir den indre kanalen, der det minst ene laget sørger for beskyttelse og isolasjon av den indre kanalen, der et segment av rørseksjonen har en del av det minst ene laget fjernet eller utelatt og definerer en ringformet forsenkning; tilveiebringe minst én sensoranordning som har to halvsylindriske halvdeler som kobles sammen og anordnes innenfor den ringformede forsenkningen, der de halvsylindriske halvdelene omgir segmentet av rørseksjonen, og et hus understøttet på én av nevnte to halvsylindriske halvdeler, der det i huset er anordnet en lengde av optisk fiber, og huset understøtter minst én utenfra tilgjengelig fiberoptisk konnektor som er funksjonelt koblet til det optiske fibret anordnet inne i huset; og tilveiebringe minst én undersjøisk fiberoptisk kabel som trekkes langs utsiden av den undersjøiske rørledningen, der den minst ene fiberoptiske kabelen har en konnektor som kan kobles til konnektoren på sensoranordningen og den fiberoptiske kabelen er koblet til fjernlokalisert utstyr.

Ytterligere utførelsesformer av anordningen og fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.

[0005] Det er derfor et mål med oppfinnelsen å tilveiebringe en fiberoptisk sensor for en undersjøisk rørledning.

[0006] Det er et annet mål ved oppfinnelsen å tilveiebringe en slik fiberoptisk sensor som kan anvendes for temperaturavføling så vel som for andre avfølingsanvendelser for en undersjøisk rørledning.

[0007] Det er også et mål med oppfinnelsen å tilveiebringe en slik fiberoptisk sensor som på en enkel og effektiv måte kan utplasseres og vedlikeholdes i forbindelse med utplassering og vedlikehold av en undersjøisk rørledning.

[0008] Det er også et mål med oppfinnelsen å tilveiebringe en fiberoptisk sensor som har en bruksdyktig levetid som er sammenliknbar med en undersjøisk rørledning.

[0009] I tråd med disse målene, som vil bli beskrevet i detalj nedenfor, tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en fiberoptisk sensorenhet (referert til nedenfor som en “sensorblokk”) som anordnes på en undersjøisk rørledning. Sensorblokken har to deler som spennes sammen og danner en hovedsaklig ringformet struktur som omslutter en del av den undersjøiske rørledningen. Én av de to delene støtter et hus som inneholder en lengde av en fiberoptisk bølgeleder som er innkapslet i en harpiks og ender i minst én utenfra tilgjengelig optisk konnektor.

[0010] Ifølge en illustrert utførelsesform dannes den undersjøiske rørledningen av sammenføyde seksjoner. Seksjonene omfatter et indre rør (fortrinnsvis laget av stål) som er omspunnet av ett eller flere lag av beskyttende/isolerende materiale (f.eks. et mellomliggende lag av polypropylen og et ytre lag av betong). En del av det beskyttende/isolerende materialet fjernes eller utelates for én eller flere forbestemte rørledningsseksjoner for å danne en ringformet forsenkning i denne eller disse rørledningsseksjonene. Den ringformede forsenkningen danner et frilagt område som er innrettet for å motta en sensorblokk som festes på dette. Huset på sensorblokken er funksjonelt anordnet nær ved det frilagte området slik at den fiberoptiske bølgelederen anordnet der står i termisk kontakt med det indre røret i rørledningsseksjonen.

[0011] Før sensorblokken festes inn kan to innhyllinger bli festet (fortrinnsvis med et vedheftingsmiddel eller ved mekanisk innfesting, så som en presspasning) til de motstående sidekantene av den ringformede forsenkningen i rørseksjonen.

Innhyllingene tilveiebringer en omgivelsesforsegling for de delene av rørledningsseksjonen som er frilagt ved sidekantene av den ringformede forsenkningen, og en omgivelsesforsegling mellom det frilagte området av rørledningsseksjonen og sensorblokkens kontaktområde. Et første sett av ringformede tetningsringer (toroidal sealings) er anordnet mellom de respektive innhyllingene og den frilagte utvendige periferiflaten som avgrenser forsenkningen. Et andre sett av ringformede tetningsringer er anordnet mellom innhyllingene og sensorblokkens kontaktflater. I alternative utførelsesformer der innhyllingene ikke anvendes kan det første settet av tetningsringer være utelatt, og det andre settet av tetningsringer kan være anordnet mellom sensorblokkens kontaktflater og den frilagte utvendige periferiflaten som avgrenser forsenkningen.

[0012] Sensorblokkene er koblet til fjernlokalisert utstyr av de undervannssertifiserte fiberoptiske kablene som er trukket utenfor og langs den undersjøiske rørledningen. Noen av sensorblokkene kan være koblet til hverandre i en inlinekonfigurasjon av de undervannssertifiserte fiberoptiske kablene som går utenfor og langs den undersjøiske rørledningen. Sensorblokkene er forsynt med optiske undervanns- eller overvannskonnektorer, og kablene er forsynt med en tilhørende konnektor. Sensorblokkene blir fortrinnsvis festet til rørledningen på forbestemte steder etter hvert som rørledningen blir utplassert fra monteringsfartøyet. Dersom overvannskonnektorer anvendes, blir kabelen koblet til sensorblokken før den utplasseres under vann. Dersom undervannskonnektorer anvendes, blir kablene koblet til sensorblokkene av dykkere eller en ROV (et fjernstyrt kjøretøy) etter at rørledningen er lagt ut. Overvanns fiberkoblinger kan tilvirkes med bruk av standard fiberoptiske konnektorer.

[0013] Det fjerne utstyret muliggjør fortrinnsvis distribuerte, fiberoptiske temperaturavfølingsmålinger (figur 1) som gir en angivelse av temperaturen i nærheten av sensorblokkene og på forskjellige steder langs den eller de fiberoptiske kablene som går mellom sensorblokken og det fjerne utstyret (og/eller langs én eller flere fiberoptiske kabler som går mellom sensorblokker). Fordi den eller de fiberoptiske kablene er trukket langs utsiden av den undersjøiske rørledningen gir temperaturmålingene på stedene langs den eller de fiberoptiske kablene målinger av sjøtemperaturen langs den eller de fiberoptiske kablene. Alternativt kan det fjerne utstyret muliggjøre fiberoptiske “punktavfølingsmålinger" som gir en angivelse av temperaturen eller trykket eller tøyningene i nærheten av sensorblokkene. Målingene til det fjerne utstyret kan bli kommunisert til andre systemer til bruk ved overvåkning av den undersjøiske rørledningen. Målingene kan også anvendes for å predikere dannelse av gasshydrater som vil kunne tilstoppe rørledningen. Alternativt eller i tillegg til slike målinger kan det fjerne utstyret være innrettet for å detektere rørlekkasjer gjennom deteksjon av vibrasjoner eller bobler med bruk av kjente fiberoptiske støydeteksjonsmetoder. Støydeteksjon kan også anvendes for å detektere dannelse av hydrater.

[0014] Ytterligere mål og fordeler med oppfinnelsen vil sees av fagmannen ved lesning av den detaljerte beskrivelsen, sett sammen med de vedlagte figurene.

KORT BESKRIVELSE AV FIGURENE

[0015] Figur 1 er et skjematisk diagram av et kjent system for å måle temperatur langs en fiberoptisk bølgeleder.

[0016] Figur 2 er en skjematisk illustrasjon av et eksempel på fiberoptisk avfølingsanordning ifølge oppfinnelsen, som omfatter en enhet som er anordnet på en undersjøisk rørledning og som er koblet av en undersjøisk fiberoptisk kabel til fjernlokalisert utstyr (f.eks. et system for fiberoptisk, distribuert temperaturavføling).

[0017] Figur 2A er en forstørret tegning, der noen deler er trukket fra hverandre, av den fiberoptiske sensorenheten i figur 2;

[0018] Figur 3 er en skjematisk splittegning, delvis i tverrsnitt, av den fiberoptiske sensorenheten og rørseksjonen i figurene 2 og 2A ifølge foreliggende oppfinnelse;

[0019] Figur 3A er en forstørret tegning, der noen deler er trukket fra hverandre, av den fiberoptiske sensorenheten i figur 3;

[0020] Figur 4 er et sideriss, delvis i tverrsnitt, av den fiberoptiske sensorenheten i figurene 2 og 3 ifølge foreliggende oppfinnelse;

[0021] Figur 5 er et skjematisk diagram som illustrerer en innretning som anvender flere fiberoptiske sensorenheter ifølge foreliggende oppfinnelse;

[0022] Figur 6 er en skjematisk illustrasjon av en alternativ innretning som anvender flere fiberoptiske sensorenheter ifølge foreliggende oppfinnelse; og [0023] Figurene 7A - 7D er skjematiske diagrammer som illustrerer eksempler på utførelser av det optiske fibret inneholdt i sensoranordningen ifølge foreliggende oppfinnelse; figur 7A er egnet for stedvis temperaturavføling som del av et fiberoptisk, distribuert avfølingssystem; figur 7B er egnet for “punktavføling” som del av et fiberoptisk punktavfølingssystem; figur 7C er egnet for inline stedvis temperaturavføling som del av et fiberoptisk, distribuert avfølingssystem; og figur 7D er egnet for “flerpunktsavføling” som del av et fiberoptisk, flerpunkts avfølingssystem.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

[0024] Nå med henvisning til figurene 2 og 2A omfatter et fiberoptisk avfølingssystem 10 til bruk i en undersjøisk rørledning 12 minst én fiberoptisk sensorenhet 14 (“sensorblokk”) koblet til rørledningen 12. Sensorblokken 14 er koblet til fjernlokalisert utstyr 16 av en undervannssertifisert fiberoptisk kabel 18 som er trukket utenfor rørledningen 12. På land eller over vann er kabelen 18 koblet via en skjøtboks 20 til en standard fiberoptisk kabel 22 som så er koblet til det fjerne utstyret 16. Det fjerne utstyret 16 kan være innrettet for å måle temperaturen i nærheten av sensorblokken 14 så vel som sjøtemperaturen rundt kabelen 18 som kobler utstyret til sensorblokken. Temperaturmålingene kan bli sendt til andre systemer for å overvåke rørledningen 12, for å predikere hydratdannelse inne i rørledningen 12, for å detektere lekkasjer i rørledningen 12 eller for andre nyttige formål. Alternativt eller i tillegg til slike temperaturmålinger kan det fjerne utstyret 16 være innrettet for å detektere trykk, tøyninger, vibrasjoner eller lyd, og behandle tilhørende signaler for å detektere lekkasjer i rørledningen 12 og/eller for å detektere dannelse av hydrater inne i rørledningen 12 og/eller for andre nyttige formål.

[0025] Nå med henvisning til figurene 3 og 3A har sensorblokken 14 to hoveddeler 24, 26. Delen 24 omfatter en øvre klemmedel 34, et hus 36 og et deksel 42. Den øvre klemmedelen 34 er en halvsylinder med motsatt anordnede radielle flenser 27. Delen 26 er en halvsylinder med motsatt anordnede radielle flenser 27A.

Flensene 27 og 27A har flere bolthuller som mottar bolter slik at den øvre klemmedelen 34 og delen 26 klemmes sammen om rørledningen 12 (figur 2A). Den øvre klemmedelen 34 og delen 26 er fortrinnsvis laget av glassforsterket nylon eller et materiale med tilsvarende mekaniske og termiske egenskaper. En neoprentetning (ikke vist) blir fortrinnsvis anordnet mellom flensene 27, 27A før de boltes sammen.

[0026] Rørledningen 12 dannes av seksjoner, hver bestående av et indre rør 28 (som fortrinnsvis er laget av stål) som er omspunnet av ett eller flere lag av beskyttende/isolerende materiale. I det viste utførelseseksempelet omfatter det beskyttende/isolerende materialet et mellomliggende polypropylenlag 30 og et ytre lag 32 av betong. På én eller flere seksjoner 12’ av rørledningen er en del av det beskyttende/isolerende materialet fjernet eller utelatt slik at det dannes en ringformet forsenkning 31 i denne eller disse rørseksjonene, som best kan sees i figur 3. Den ringformede forsenkningen 31 danner et frilagt område som er innrettet for å motta en sensorblokk 14 som festes til dette. I det viste utførelseseksempelet er den ringformede forsenkningen 31 dannet ved å fjerne eller utelate det ytre laget 32 av betong over en lengde av rørledningsseksjonen 12’, og det mellomliggende polypropylenlaget 30 er således blottlagt over denne lengden.

[0027] Den øvre klemmedelen 34 av sensorblokken 14 understøtter huset 36. Huset 36 blir boltet til den øvre klemmedelen 34 før sensorblokken 14 anordnes på røret. Huset 36 støtter minst én utenfra tilgjengelig konnektor 38 (figur 3A) som er optisk koblet til en lengde av optisk fiber 15 (figurene 7A - 7D) anordnet inne i huset 36. Det optiske fibret 15 (eller deler av dette) er fortrinnsvis innkapslet i en varmeledende, termoherdende harpiks på den nedre overflaten 37 av huset 36. Den nedre overflaten 37 passer inn i en sentrert utstansning 35 i den øvre klemmedelen 34, slik at når den er innsatt, den nedre overflaten 37 befinner seg nær ved det frilagte området av rørledningsseksjonen 12’. Denne utformingen gjør at det optiske fibret 15 (som ligger i harpiks på eller nær ved den nedre overflaten 37) kan anordnes i tett termisk kontakt med det frilagte området av rørledningsseksjonen 12’. Den termoherdende harpiksen bør ha en veldig liten termisk ekspansjonskoeffisient for å hindre skade på det optiske fibret som følge av sesongmessige variasjoner i temperatur, og bør også ha maksimal varmeledningsevne.

[0028] Konnektoren 38 kan være en overvannskobling eller en undervannskobling. I begge tilfeller er den fiberoptiske kabelen 18 forsynt med samme type motkonnektor 40. Når konnektorene 38 og 40 er koblet sammen, blir et beskyttelsesdeksel 42 plassert over dem. Huset 36 og gjennomføringen til konnektoren 38 er fortrinnsvis laget av identisk metall for å fjerne risikoen for galvanisk korrosjon. En tetningsring (ikke vist) er fortrinnsvis tilveiebrakt mellom gjennomføringen til konnektoren 38 og huset 36.

[0029] Ved installasjon blir huset 36 boltet fast til den øvre klemmedelen 34 med en tetningsring (ikke vist) mellom dem. Hoveddelen 24 (unntatt beskyttelsesdekselet 42) og hoveddelen 26 blir plassert i den ringformede forsenkningen 31 i en valgt rørledningsseksjon 12’, og klemmes så rundt det frilagte området av den valgte rørledningsseksjonen 12’. Disse operasjonene blir fortrinnsvis utført mens rørledningen 12 blir lagt ut fra et fartøy. Dersom overvannskonnektorer anvendes, blir konnektoren 40 koblet til konnektoren 38 og beskyttelsesdekselet 42 montert før utplassering av rørledningen under vann fra fartøyet. Dersom undervannskonnektorer anvendes, blir konnektorene 38 og 40 koblet sammen og beskyttelsesdekselet 42 montert av dykkere eller en ROV etter at rørledningen er lagt ut.

[0030] Nå med henvisning til figur 4, før innfesting av sensorblokken 14 til rørledningsseksjonen 12’, blir fortrinnsvis to innhyllinger 44, 46 montert på rørledningsseksjonen 12’. Innhyllingene 44, 46 dekker de motstående sidekantene av den ringformede forsenkningen 31 i rørledningsseksjonen 12’. Innhyllingene 44, 46 kan festes til motsatte ender av rørledningsseksjonen 12’ med et vedheftingsmiddel eller ved en mekanisk innfesting, så som en presspasning. Innhyllingene 44, 46 tilveiebringer en omgivelsesforsegling for de delene av rørledningsseksjonen 12’ som er frilagt ved sidekantene av den ringformede forsenkningen 31, og en omgivelsesforsegling mellom det frilagte området av rørledningsseksjonen 12’ og kontaktområdet til sensorblokken 14, som vist. Et første sett av ringformede tetningsringer 48, 50 er anordnet mellom de respektive innhyllingene og den frilagte utvendige periferiflaten som avgrenser forsenkningen 31. Et andre sett av ringformede tetningsringer 52, 54 er anordnet mellom innhyllingene 44, 46 og sensorblokkens kontaktflater 14. Når de er sammenstilt danner hver av innhyllingene 44, 46 en sylinder med stegvis innvendig og utvendig diameter. Som illustrert har hver av innhyllingene 44, 46 et ytre parti og to indre partier. Det ytre partiet har en innvendig diameter som passer over det ytre betonglaget 32 i rørledningsseksjonen 12’. Ett av de indre partiene passer over den utvendige periferiflaten til forsenkningen 31 utenfor kontaktområdet til sensorblokken 14. Det andre av de indre partiene passer over den utvendige periferiflaten av forsenkningen 31 og under kontaktområdet til sensorblokken 14. I alternative utførelsesformer der innhyllingene 44, 46 ikke anvendes, kan det første settet av tetningsringer 48, 50 utelates, og det andre settet av tetningsringer 52, 54 kan være anordnet mellom kontaktflatene til sensorblokken 14 og den frilagte utvendige periferiflaten i forsenkningen 31.

[0031] De innvendige overflatene til den øvre klemmedelen 34 og delen 26 av sensorblokken 14 er fortrinnsvis kledd med et termisk kontaktflatemateriale, f.eks. silikonputer som anvendes i elektronikkbransjen for hurtig bortledning av varme fra følsomme anordninger. Bruk av et slikt termisk kontaktflatemateriale gir en varmebro mellom sensorblokken 14 og det frilagte området av rørledningsseksjonen 12’, og sikrer også overflatekontakt ved overflatedefekter i det frilagte området av rørledningsseksjonen 12’. Det termiske kontaktflatematerialet har fortrinnsvis en tykkelse i området fra 0,38 til 5,08 mm (0,015 til 0,200 tommer). Det termiske kontaktflatematerialet kan også bidra til å hindre at sjøvann kommer i kontakt med den delen av rørledningsseksjonen 12’ som er dekket av klemmedelen 34 og delen 26.

[0032] Som beskrevet over er sensorblokken(e) 14 anordnet på seksjonen(e) 12’ av den undersjøiske rørledningen 12 koblet av fiberoptiske kabler 18 til fjernlokalisert utstyr 16. Det fjerne utstyret 16 kan befinne seg på land (figur 2) eller på en plattform. Det fjerne utstyret 16 muliggjør fortrinnsvis distribuerte, fiberoptisk temperaturavfølingsmålinger (figur 1) som gir en angivelse av temperaturen i nærheten av sensorblokken(e) 14 samt på forskjellige steder langs den eller de fiberoptiske kablene 18 som er trukket mellom sensorblokken(e) 14 og det fjerne utstyret 16 (og/eller langs fiberoptiske kabler som går mellom sensorblokker 14). Fordi én eller flere slike fiberoptiske kabler går langs utsiden av den undersjøiske rørledningen 12, gir temperaturmålingene for stedene langs den eller de fiberoptiske kablene 18 målinger av den omkringliggende sjøtemperaturen langs den eller de fiberoptiske kablene 18. Alternativt kan det fjerne utstyret 16 muliggjøre fiberoptiske “punktavfølingsmålinger" som gir en angivelse av temperaturen eller trykket eller tøyningene i nærheten av sensorblokken(e) 14. Målingene fra det fjerne utstyret 16 kan bli kommunisert til andre systemer for bruk ved overvåkning av den undersjøiske rørledningen 12. Eksisterende fjernlokalisert utstyr, så som det som selges av Schlumberger under navnet Sensa, kan anvendes. Detaljer i virkemåten til slikt fjernlokalisert utstyr er beskrevet i U.S.-patentet 5,696,863.

[0033] Temperaturmålingene fra det fjerne utstyret 16 kan også anvendes for å predikere dannelse av gasshydrater som kan tilstoppe rørledningen 12. I organisk kjemi er et hydrat en forbindelse dannet ved tilførsel av vann. I petroleumsbransjen er et gasshydrat et vanngitter (is) med innlagte hydrokarbonmolekyler. Et gasshydrat kan dannes når en strøm av gass kjøles ned til under duggpunkttemperaturen i nærvær av vann. Dersom det skulle dannes et gasshydrat i rørledningen 12, vil det trolig klumpe seg, hefte til den innvendige rørveggen og blokkere strømningen av petroleum. Rengjøring av en hydratplugget rørledning er en kostbar og tidkrevende prosess. Det skal også bemerkes at petroleum ikke blir transportert før rørledningen er rengjort. Siden det er kjent hvor i rørledningen 12 gasshydrater har lett for å dannes, foreslår foreliggende oppfinnelse å plassere sensorblokker 14 på hvert av disse stedene. I den foretrukne utførelsesformen anvender sensorblokkene 14 en lang lengde av optisk fiber 15 (for eksempel en lengde i størrelsesorden 10 meter eller mer) inne i huset 36. Den lange lengden av optisk fiber muliggjør en “stedvis” temperaturmåling når den anvendes sammen med fiberoptisk utstyr for distribuert temperaturavføling. Slike temperaturmålinger kan anvendes for å forutsi dannelse av gasshydrater i rørledningen, som er kjent for fagmannen. Se for eksempel U.S.-patentsøknaden 2005/0283276 og U.S.-patentet 2005/0139138. Alternativt eller i tillegg til å gjøre slike målinger kan det fjerne utstyret 16 være innrettet for å detektere rørlekkasjer gjennom deteksjon av vibrasjoner eller bobler med bruk av kjente fiberoptiske støydeteksjonsmetoder.

[0034] Figurene 5 og 6 illustrerer skjematisk to forskjellige innretninger som anvender flere sensorblokker 14 som beskrevet her. I innretningen i figur 5 er hver sensorblokk 14 koblet gjennom sin egen kabel 18 til det fjerne utstyret 16. I inlineutførelsen i figur 6 er to av sensorblokkene 14 utstyrt med to konnektorer 38A, 38B (én i hver ende av det optiske fibret anordnet inne i dets hus), og sensorblokkene 14 er seriekoblet til hverandre med bruk av kabler 18.

[0035] Figurene 7A - 7D er skjematiske diagrammer som illustrerer eksempler på stillinger for lengden av optisk fiber 15 inneholdt i sensorblokken 14 ifølge foreliggende oppfinnelse.

[0036] I figur 7A er det optiske fibret 15’ en lang lengde optisk fiber som fortrinnsvis er snodd rundt seg selv på en sammenrullet måte. Det optiske fibret 15’ er fortrinnsvis minst 10 meter langt, og kan være opptil 1000 meter langt.

Utførelsen i figur 7A er egnet for en “stedvis” temperaturmåling når den anvendes sammen med fiberoptisk, distribuert temperaturavfølingsutstyr. Utførelsen i figur 7A kan anvendes for prediksjon av hydratdannelse som beskrevet over.

[0037] I figur 7B omfatter det optiske fibret 15’’ et innetset Bragg-gitter. Utførelsen i figur 7B er egnet for “punktavføling” som del av et fiberoptisk punktavfølingssystem.

[0038] I figur 7C er det optiske fibret 15’’’ en lang lengde optisk fiber som fortrinnsvis er snodd rundt seg selv på en sammenrullet måte. Endene av den lange lengden optisk fiber 15’’’ terminerer i konnektorer 38A, 38B understøttet av huset 36. Det optiske fibret er 15’’’ fortrinnsvis minst 10 meter langt, og kan være opptil 1000 meter langt. Utførelsen i figur 7C er egnet for inline “stedvis” temperaturavføling som del av et fiberoptisk, distribuert temperaturavfølingssystem.

[0039] I figur 7D omfatter det optiske fibret 15’’’’ et innetset Bragg-gitter. Endene av det optiske fibret 15’’’’ terminerer i konnektorer 38A, 38B understøttet av huset 36. Utførelsen i figur 7D er egnet for “flerpunktsavføling” som del av et fiberoptisk flerpunktsavfølingssystem.

[0040] Det er her beskrevet og illustrert en fiberoptisk avfølingsanordning for bruk på undersjøiske rørledninger, fremgangsmåter for å utplassere anordningen samt fremgangsmåter for bruk av samme. Selv om konkrete utførelsesformer av oppfinnelsen er beskrevet, er det ikke meningen at oppfinnelsen skal begrenses til disse, idet hensikten er at oppfinnelsens ramme skal være så bred som teknikken tillater og at beskrivelsen forstås følgelig. Selv om en gitt form og utførelse er beskrevet for huset på sensorblokken, vil det således forstås at andre former og utførelser også kan anvendes. For eksempel, og ikke som en begrensning, kan huset være dannet i ett med sensorblokkens øvre klemmestruktur. I en annen alternativ utførelsesform kan den nedre klemmestrukturen byttes ut med en klemmestruktur som understøtter et andre sensorhus på tilsvarende måte som den øvre klemmestrukturen. I denne utførelsen kan to avfølingsfibre være anordnet på motsatte sider av den aktuelle rørledningsseksjonen. I nok en annen alternativ utførelsesform kan et lag av isolasjonsmateriale påføres mellom den utvendige overflaten av rørledningsseksjonen og sensorblokkens kontaktområde. Tillegging av slikt isolasjonsmateriale kan sette det fiberoptiske temperaturavfølingssystemet i stand til å måle både temperaturen i rørledningen og innvirkningen av reduksjon av isolasjonseffektiviteten langs rørledningen. Det vil derfor forstås av fagmannen at enda ytterligere modifikasjoner vil kunne gjøres i foreliggende oppfinnelse uten å avgå fra oppfinnelsens ramme, som definert i kravene.

Claims

PATENTKRAV

1. Anordning for bruk i en rørledning, omfattende:

en rørseksjon med en indre kanal og minst ett lag som omgir den indre kanalen, der det minst ene laget gir beskyttelse og isolasjon av den indre kanalen, idet et segment av rørseksjonen har en del av det minst ene laget fjernet eller utelatt og definerer en ringformet forsenkning; og

en sensoranordning med to halvsylindriske halvdeler som er koblet sammen og anordnet innenfor den ringformede forsenkningen, der de halvsylindriske halvdelene omgir segmentet av rørseksjonen, og et hus understøttet på én av nevnte to halvsylindriske halvdeler, der det i huset er anordnet en lengde av optisk fiber, og huset understøtter minst én utenfra tilgjengelig fiberoptisk konnektor som er funksjonelt koblet til det optiske fibret anordnet inne i huset.

2. Anordning ifølge krav 1, der den delen av det minst ene laget som er fjernet eller utelatt omfatter et utvendig sementlag.

3. Anordning ifølge krav 2, der det minst ene laget omfatter et mellomliggende lag av polypropylen som er frilagt langs segmentet av rørseksjonen.

4. Anordning ifølge krav 1, videre omfattende et beskyttelsesdeksel for den minst ene fiberoptiske konnektoren.

5. Anordning ifølge krav 1, der nevnte optiske fiber er innkapslet i varmeledende, termoherdende harpiks.

6. Anordning ifølge krav 1, der nevnte halvsylindriske halvdeler består av glassforsterket nylon.

7. Anordning ifølge krav 1, videre omfattende et par av innhyllinger, som hver strekker seg over rørseksjonen utenfor den ringformede forsenkningen og strekker seg over en del av det frilagte området av segmentet innenfor den ringformede forsenkningen og under sensoranordningen.

8. Anordning ifølge krav 7, videre omfattende et første sett av ringformede tetninger som er anordnet innenfor den ringformede forsenkningen mellom en respektiv innhylling og det frilagte området av segmentet av rørseksjonen.

9. Anordning ifølge krav 7, videre omfattende et andre sett av ringformede tetninger som er anordnet innenfor den ringformede forsenkningen mellom en respektiv innhylling og sensoranordningen.

10. Anordning ifølge krav 1, der rørseksjonen er del av en undersjøisk rørledning med minst én undersjøisk fiberoptisk kabel som går langs utsiden av den undersjøiske rørledningen, der den minst ene fiberoptiske kabelen har en konnektor som kan kobles til konnektoren på sensoranordningen, og den minst ene fiberoptiske kabelen er funksjonelt koblet til fjernlokalisert utstyr.

11. Anordning ifølge krav 10, der det fjerne utstyret omfatter en innretning for fiberoptisk, distribuert temperaturavføling som tilveiebringer temperaturmålinger på steder langs den minst ene fiberoptiske kabelen og ved det optiske fibret anordnet inne i sensoranordningen.

12. Anordning ifølge krav 11, der lengden av optisk fiber inneholdt i sensoranordningen er minst 10 meter og tilveiebringer stedvise temperaturmålinger ved sensoranordningen.

13. Anordning ifølge krav 12, der lengden av optisk fiber er anordnet på en sammenrullet måte.

14. Anordning ifølge krav 10, der det fjerne utstyret omfatter en innretning for fiberoptisk temperaturavføling som tilveiebringer temperaturmålinger ved det optiske fibret anordnet inne i sensoranordningen.

15. Anordning ifølge krav 14, der det optiske fibret anordnet inne i sensoranordningen har et innetset Bragg-gitter.

16. Anordning ifølge krav 1, der det optiske fibret anordnet inne i sensoranordningen har en endereflektor anordnet ved den ene enden av det optiske fibret.

17. Anordning ifølge krav 1, der motsatte ender av det optiske fibret anordnet inne i sensoranordningen er koblet til to utenfra tilgjengelige konnektorer på sensoranordningen.

18. Anordning ifølge krav 1, der hver av de to halvsylindriske halvdelene har motstående flenser, der flensene har huller for mekanisk sammenkobling av de to halvsylindriske halvdelene.

19. Anordning ifølge krav 1, der den minst ene fiberoptiske konnektoren omfatter én av en undervannstype konnektor og en tørrtilpasset konnektor.

20. Fremgangsmåte for fiberoptisk avføling på en undersjøisk rørledning, der nevnte fremgangsmåte omfatter det å:

tilveiebringe minst én rørseksjon som del av den undersjøiske rørledningen, der rørseksjonen har en indre kanal og minst ett lag som omgir den indre kanalen, der det minst ene laget sørger for beskyttelse og isolasjon av den indre kanalen, der et segment av rørseksjonen har en del av det minst ene laget fjernet eller utelatt og definerer en ringformet forsenkning;

tilveiebringe minst én sensoranordning som har to halvsylindriske halvdeler som kobles sammen og anordnes innenfor den ringformede forsenkningen, der de halvsylindriske halvdelene omgir segmentet av rørseksjonen, og et hus understøttet på én av nevnte to halvsylindriske halvdeler, der det i huset er anordnet en lengde av optisk fiber, og huset understøtter minst én utenfra tilgjengelig fiberoptisk konnektor som er funksjonelt koblet til det optiske fibret anordnet inne i huset; og

tilveiebringe minst én undersjøisk fiberoptisk kabel som trekkes langs utsiden av den undersjøiske rørledningen, der den minst ene fiberoptiske kabelen har en konnektor som kan kobles til konnektoren på sensoranordningen og den fiberoptiske kabelen er koblet til fjernlokalisert utstyr.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 20, der det fjerne utstyret omfatter en innretning for fiberoptisk, distribuert temperaturavføling som tilveiebringer temperaturmålinger på steder langs den minst ene fiberoptiske kabelen og ved det optiske fibret anordnet inne i sensoranordningen.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 20, der det fjerne utstyret omfatter en innretning for fiberoptisk temperaturavføling som tilveiebringer temperaturmålinger ved det optiske fibret anordnet inne i sensoranordningen.