OA18841A - Procédé de détermination des variations de contraintes au cours du temps d'une conduite sous-marine de transport de fluides. - Google Patents

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OA18841A OA1201800330 OA18841A OA 18841 A OA18841 A OA 18841A OA 1201800330 OA1201800330 OA 1201800330 OA 18841 A OA18841 A OA 18841A
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Inventor
Axel Sundermann
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Saipem S.A.
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Abstract

L'invention concerne un procédé de détermination des variations de contraintes au cours du temps d'une conduite sous-marine de transport de fluides, comprenant l'installation sur toute la longueur de la conduite (1) d'au moins un capteur à fibre optique réparti (2-1 à 2-4) utilisant la rétrodiffusion de Rayleigh, le capteur étant dédié à la mesure d'au moins un degré de liberté de variation de déplacement au cours du temps de la conduite en chaque section transversale de celleci, la mesure continue de la variation de déplacement du capteur à fibre optique au cours du temps, et la détermination des variations de contraintes au cours du temps en chaque point de la conduite par intégration temporelle de la variation de déplacement du capteur à fibre optique mesuré.

Description

Titre de l'inventionTitle of invention

Procédé de détermination des variations de contraintes au cours du temps d'une conduite sous-marine de transport de fluidesMethod for determining stress variations over time of an underwater fluid transport pipe

Arrière-plan de l'inventionInvention background

La présente invention se rapporte au domaine général des conduites sous-marines de transport de fluide qui sont sujettes à déformation en dynamique. Elle concerne plus particulièrement les conduites pour le transfert d'hydrocarbures, par exemple de pétrole et de gaz, assurant une liaison fond-surface ou une liaison entre deux supports flottant.The present invention relates to the general field of underwater fluid transport pipes which are subject to dynamic deformation. It relates more particularly to pipes for the transfer of hydrocarbons, for example oil and gas, ensuring a bottom-surface connection or a connection between two floating supports.

Les conduites de liaison fond-surface ou de liaison entre deux supports flottant utilisées pour le transfert d'hydrocarbures, appelées ciaprès « riser » en anglais, sont typiquement réalisées en remontant de manière continue des conduites préalablement posées au fond de la mer, directement vers un support flottant, par exemple en leur donnant une configuration de chaînette.The bottom-surface connecting pipes or connecting pipes between two floating supports used for the transfer of hydrocarbons, called below "riser" in English, are typically produced by continuously raising pipes previously laid at the bottom of the sea, directly to a floating support, for example by giving them a chain configuration.

Les conduites qui sont ainsi remontées du fond pour former les risers doivent être réalisées au moyen de conduites flexibles lorsque la profondeur d'eau est inférieure à quelques centaines de mètres. Cependant, dès lors que la profondeur d'eau atteint et dépasse 800 à 1000m, les conduites flexibles sont remplacées par des conduites rigides constituées d’éléments de longueur unitaire de conduite qui sont soudés entre eux et réalisés dans un matériau résistant tel qu'en acier de forte épaisseur. Les risers rigides en matériau résistant, en configuration de chaînette sont communément appelés par le terme anglo-saxon « Steel Catenary Riser » ou SCR (signifiant « riser en acier en forme de chaînette »).The pipes which are thus raised from the bottom to form the risers must be made using flexible pipes when the water depth is less than a few hundred meters. However, as soon as the water depth reaches and exceeds 800 to 1000 m, the flexible pipes are replaced by rigid pipes made up of elements of unit length of pipe which are welded together and made of a resistant material such as thick steel. Rigid risers made of resistant material, in chain configuration are commonly called by the English term “Steel Catenary Riser” or SCR (meaning “steel riser in the form of a chain”).

Ces conduites de liaison fond-surface ou de liaison entre deux supports flottant sont soumises au cours du temps à des variations de contraintes dynamiques qu'il est nécessaire de surveiller afin de prévenir tout risque de dégâts importants sur les conduites, voire de rupture de celles-ci. En pratique, les opérateurs de l'industrie pétrolière offshore calculent la durée de vie de leurs installations sous-marines, et en particulier de leurs conduites assurant une liaison fond-surface ou une liaison entre deux supports flottant, à partir des données océanographiques prélevées sur le lieu d'implantation du champ pétrolier. La détermination des variations de contraintes de ces conduites sousmarines permet de calculer les déformations et déplacements de la conduite, son état de fatigue et la mesure des ondulations de contraintes dues aux vibrations induites par le détachement de tourbillons (appelé « Vortex Induced Vibration » en anglais ou VIV).These bottom-surface connecting pipes or connecting pipes between two floating supports are subjected over time to variations in dynamic stresses which it is necessary to monitor in order to prevent any risk of significant damage to the pipes, or even breakage of those -this. In practice, operators of the offshore petroleum industry calculate the life of their subsea installations, and in particular of their pipes ensuring a bottom-surface connection or a connection between two floating supports, from oceanographic data taken from the location of the oil field. The determination of the stress variations of these submarine pipes makes it possible to calculate the deformations and displacements of the pipe, its state of fatigue and the measurement of the stress ripples due to the vibrations induced by the detachment of vortices (called "Vortex Induced Vibration" in English). or VIV).

Ces calculs sont généralement pessimistes pour minimiser les prises de risque et les installations sont le plus souvent déclarées à risque bien avant de l'être réellement pour des raisons de sécurité. De plus, ces calculs sont soumis à des vérifications de normes qui contiennent des coefficients de sécurité. L'emploi de ces normes permet alors à l'opérateur de soumettre son dossier de certification à un organisme de contrôle afin d'en effectuer une garantie vis-à-vis des autorités compétentes.These calculations are generally pessimistic in order to minimize risk-taking, and installations are most often declared to be at risk long before they are actually declared for safety reasons. In addition, these calculations are subject to verification of standards which contain safety coefficients. The use of these standards then allows the operator to submit his certification dossier to a control body in order to make a guarantee vis-à-vis the competent authorities.

On connaît également la publication FR 3,047,308 qui décrit un procédé de surveillance du comportement thermomécanique d'une conduite sous-marine de transport de fluides sous pression et la publication FR 3,047,309 qui décrit un procédé et dispositif de surveillance du comportement mécanique d'une conduite sous-marine de transport de fluides sous pression, ces deux procédés mettant en œuvre des capteurs à fibres optiques.Also known are the publication FR 3,047,308 which describes a method for monitoring the thermomechanical behavior of an underwater pipe for transporting fluids under pressure and the publication FR 3,047,309 which describes a process and device for monitoring the mechanical behavior of a pipe under pressure - marine transport of pressurized fluids, these two processes using fiber optic sensors.

On connaît aussi la publication US 2016/0161350 qui décrit un procédé de surveillance d'une conduite à partir d'une fibre optique disposée en hélice autour de la conduite et d'une pluralité de capteurs à réseau de Bragg placés dans la fibre optique. Cette installation permet de mesurer au niveau de chaque capteur à réseau de Bragg d'éventuelles déformations de la conduite (flexion, torsion, etc.). L'un des inconvénients de ce procédé de surveillance est qu'il limite les mesures aux positions des capteurs à réseau de Bragg et ne permet d'obtenir qu'un échantillonnage des déformations de la conduite, non une mesure sur toute la longueur de celle-ci.We also know the publication US 2016/0161350 which describes a process for monitoring a pipe from an optical fiber arranged helically around the pipe and a plurality of Bragg grating sensors placed in the optical fiber. This installation makes it possible to measure, at each Bragg grating sensor, possible deformations of the pipe (bending, twisting, etc.). One of the drawbacks of this monitoring method is that it limits the measurements to the positions of the Bragg grating sensors and allows only a sampling of the deformations of the pipe to be obtained, not a measurement over the entire length of that. -this.

On connaît encore la publication WO 2014/013244 qui décrit un procédé de surveillance de la position d'une structure utilisant un capteur à fibre optique réparti et une pluralité d'émetteurs acoustiques déployés à des positions connues dans la zone de la structure à surveiller. Ce procédé détermine un champ acoustique, et à partir des positions connues des émetteurs acoustiques, il en déduit des déplacements de la structure. Un tel procédé présente l'inconvénient principal qu'il est complexe à mettre en œuvre, notamment du fait que la correspondance entre le champ acoustique obtenu et les déplacements de la structure n'est pas directe.We also know the publication WO 2014/013244 which describes a method for monitoring the position of a structure using a distributed optical fiber sensor and a plurality of acoustic emitters deployed at known positions in the area of the structure to be monitored. This method determines an acoustic field, and from the known positions of the acoustic emitters, it deduces displacements of the structure. Such a method has the main drawback that it is complex to implement, in particular because the correspondence between the acoustic field obtained and the displacements of the structure is not direct.

Objet et résumé de l'inventionSubject and summary of the invention

La présente invention a donc pour but principal de proposer un procédé de surveillance de la déformation en dynamique d'une conduite sous-marine qui ne présente pas les inconvénients précités.The main object of the present invention therefore is to propose a method for monitoring the dynamic deformation of an underwater pipe which does not have the aforementioned drawbacks.

Conformément l'invention, ce but est atteint grâce à un procédé de détermination des variations de contraintes au cours du temps d'une conduite sous-marine de transport de fluides assurant une liaison fondsurface ou une liaison entre deux supports flottant en vue d'en déduire les déplacements, les déformations, la fatigue, et les vibrations induites par détachement de tourbillons de la conduite, comprenant :According to the invention, this object is achieved by a method of determining the stress variations over time of an underwater pipe for transporting fluids ensuring a bottom surface connection or a connection between two floating supports with a view to deduce the displacements, deformations, fatigue, and vibrations induced by detachment of vortices from the pipe, comprising:

l'installation sur toute la longueur de la conduite d'au moins un capteur à fibre optique réparti utilisant la rétrodiffusion de Rayleigh, le capteur étant dédié à la mesure d'au moins un degré de liberté de variation de déplacement au cours du temps de la conduite en chaque section transversale de celle-ci ;the installation over the entire length of the pipe of at least one distributed optical fiber sensor using Rayleigh backscattering, the sensor being dedicated to the measurement of at least one degree of freedom of variation of displacement over the time of the pipe in each cross section thereof;

la mesure continue de la variation de déplacement du capteur à fibre optique au cours du temps ; et la détermination des variations de contraintes au cours du temps en chaque point de la conduite par intégration temporelle de la variation de déplacement du capteur à fibre optique mesuré à partir de la relation matricielle suivante : dte(s) = A(s)dtx(s) dans laquelle :continuous measurement of the variation in displacement of the optical fiber sensor over time; and the determination of the stress variations over time at each point of the pipe by temporal integration of the displacement variation of the optical fiber sensor measured from the following matrix relation: d t e (s) = A (s) d t x (s) in which:

s est l'abscisse curviligne de la fibre ;s is the curvilinear abscissa of the fiber;

dte(s) est un vecteur de taille 1 à 6 dont les composantes correspondent aux dérivés temporelles des déformations locales axiales respectives des capteurs à fibres optiques ;d t e (s) is a vector of size 1 to 6 whose components correspond to the time derivatives of the respective local axial deformations of the optical fiber sensors;

dtx(s) est un vecteur de même taille que dte(sj représentant les dérivées temporelles des éléments de réduction de la déformation prise au point de gravité de la section de structure correspondant à l'abscisse curviligne s à mesurer sur la conduite ; etd t x (s) is a vector of the same size as d t e (sj representing the time derivatives of the deformation reduction elements taken at the point of gravity of the structural section corresponding to the curvilinear abscissa s to be measured on the conduct; and

A(s) est une matrice de déformation qui est fonction de la position et de l'orientation angulaire des capteurs à fibres optiques localement sur la conduite, de l'abscisse curviligne s et des propriétés mécaniques et géométriques de la structure, les capteurs à fibres optiques étant installés de telle sorte que la matrice de déformation A(s) soit inversible.A (s) is a deformation matrix which is a function of the position and the angular orientation of the fiber optic sensors locally on the pipe, of the curvilinear abscissa s and of the mechanical and geometric properties of the structure, the sensors with optical fibers being installed so that the deformation matrix A (s) is invertible.

Le procédé selon l'invention prévoit d'utiliser des capteurs à fibre optique comme une multitude de jauges de contraintes et de recourir à la technologie de la détection acoustique répartie (« distributed acoustic sensing » en anglais ou DAS) pour mesurer la variation de déformation axiale des fibres optiques. Cette technologie permet d'analyser les variations d'indices optiques le long des capteurs à fibre optique par analyse de la lumière réfléchie par réflexion Rayleigh (ces variations pouvant être dues à des variations de température et à des variations de contraintes dans le cœur de la fibre optique). A partir de calculs similaires à ceux de la théorie des poutres qui donne la relation entre les déformations axiales des capteurs à fibre optique et les déformations en chaque point de la conduite, il est alors possible de déterminer en temps réel les déplacements, les déformations, l'état de fatigue et les vibrations induites par détachement de tourbillons autour de la conduite en dynamique. En particulier, le procédé selon l'invention permet de disposer d'une correspondance directe entre les variations d'indices optiques le long des capteurs à fibre optique et les déformations de la conduite. De plus, la mesure des déformations de la conduite s'opère sur toute sa longueur, et pas uniquement sur certaines portions de celle-ci.The method according to the invention provides for using fiber optic sensors as a multitude of strain gauges and resorting to distributed acoustic sensing (DAS) technology to measure the variation in deformation. axial of optical fibers. This technology makes it possible to analyze variations in optical indices along fiber optic sensors by analyzing the light reflected by Rayleigh reflection (these variations possibly being due to variations in temperature and in variations in stresses in the core of the optical fiber). From calculations similar to those of the beam theory which gives the relationship between the axial deformations of the fiber optic sensors and the deformations at each point of the pipe, it is then possible to determine in real time the displacements, the deformations, the state of fatigue and the vibrations induced by detachment of vortices around the dynamic pipe. In particular, the method according to the invention makes it possible to have a direct correspondence between the variations in optical indices along the fiber optic sensors and the deformations of the pipe. In addition, the measurement of the deformations of the pipe takes place over its entire length, and not only on certain portions thereof.

Ainsi, l'invention est remarquable en ce qu'elle combine l'installation de capteurs à fibre optique directement sur la conduite avec la mesure des variations de contraintes au cours du temps en chaque point de la conduite en utilisant la technologie DAS et avec le calcul des déplacements, déformations, état de fatigue et vibrations induites par détachement de tourbillons autour de la conduite en tout point de celle-ci.Thus, the invention is remarkable in that it combines the installation of fiber optic sensors directly on the pipe with the measurement of stress variations over time at each point of the pipe using DAS technology and with the calculation of displacements, deformations, state of fatigue and vibrations induced by detachment of vortices around the pipe at any point thereof.

Dans l'industrie pétrolière offshore, la mesure des déformations en dynamique des conduites assurant une liaison fond-surface ou une liaison entre deux supports flottant, et donc de la fatigue le long de cellesci, permet aux opérateurs de surveiller l'intégrité structurelle et par conséquent de prolonger notablement la durée de vie de ces conduites avec un risque acceptable, ce qui permet de réaliser des économies significatives. Cette mesure permet également de localiser l'apparition due au phénomène de fatigue par sollicitations dynamiques de fissures des structures sous-marines afin d'intervenir de manière anticipée et ainsi de préserver le plus longtemps possible les installations.In the offshore petroleum industry, measuring the dynamic deformations of pipes ensuring a bottom-surface connection or a connection between two floating supports, and therefore fatigue along them, allows operators to monitor the structural integrity and by Therefore significantly extend the life of these pipes with an acceptable risk, which allows significant savings. This measurement also makes it possible to locate the appearance due to the phenomenon of fatigue by dynamic stresses on cracks in the underwater structures in order to intervene in advance and thus to preserve the installations as long as possible.

De préférence, les capteurs à fibres optiques répartis sont installés en hélice autour de la conduite. Cette installation en hélice présente l'avantage de parvenir à une meilleure adhésion mécanique des capteurs à fibre optique sur la conduite.Preferably, the distributed fiber optic sensors are installed in a helix around the pipe. This helical installation has the advantage of achieving better mechanical adhesion of the fiber optic sensors on the pipe.

Alternativement, les capteurs à fibres optiques répartis peuvent être installés en lignes droites autour de la conduite.Alternatively, distributed fiber optic sensors can be installed in straight lines around the pipe.

Le procédé peut comprendre en outre l'installation sur toute la longueur de la conduite d'au moins deux capteurs à fibre optique répartis supplémentaires pour améliorer la précision de la détermination des contraintes en chaque point de la conduite. La présence de ces capteurs à fibre optique permet de parvenir à un calcul plus précis et rigoureux des déformations en dynamique de la conduite.The method may further comprise installing over the entire length of the pipe at least two additional distributed fiber optic sensors to improve the accuracy of the determination of the stresses at each point of the pipe. The presence of these fiber optic sensors makes it possible to achieve a more precise and rigorous calculation of the deformations in driving dynamics.

Le procédé peut comprendre l'installation sur toute la longueur de la conduite d'au moins quatre capteurs à fibres optiques répartis dédiés à la mesure simultanée de trois degrés de liberté en rotation et d'un degré de liberté en déplacement de la conduite en chaque section transversale de celle-ci.The method can include installing over the entire length of the pipe at least four distributed fiber optic sensors dedicated to the simultaneous measurement of three degrees of freedom in rotation and one degree of freedom in movement of the pipe in each cross section thereof.

Le procédé peut comprendre en outre l'installation sur toute la longueur de la conduite d'un capteur de pression à fibre optique destiné à la mesure de la pression dans la conduite. Dans ce cas, le capteur de pression à fibre optique peut être disposé en ligne droite parallèlement à un axe longitudinal de la conduite ou en hélice autour de la conduite.The method may further include installing over the entire length of the pipe a fiber optic pressure sensor for measuring the pressure in the pipe. In this case, the fiber optic pressure sensor can be arranged in a straight line parallel to a longitudinal axis of the pipe or in a helix around the pipe.

Le procédé peut comprendre en outre l'installation sur toute la longueur de la conduite d'un capteur de température à fibre optique destiné à la mesure de la température dans la conduite.The method may further include installing over the entire length of the pipe a fiber optic temperature sensor for measuring the temperature in the pipe.

De préférence encore, le procédé comprend en outre la détermination des déplacements au cours du temps en chaque point de la conduite par intégrations temporelle et spatiale de la variation de déplacement mesuré du capteur à fibre optique situé sur la section correspondante du point de la conduite.More preferably, the method further comprises determining the displacements over time at each point of the pipe by temporal and spatial integrations of the variation in measured displacement of the optical fiber sensor located on the corresponding section of the point of the pipe.

Brève description des dessinsBrief description of the drawings

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les figures :Other characteristics and advantages of the present invention will emerge from the description given below, with reference to the appended drawings which illustrate exemplary embodiments thereof without any limiting character. In the figures:

- la figure 1 représente de façon schématique une conduite équipée de capteurs à fibres optiques pour la mise en œuvre du procédé selon un premier mode de réalisation de l'invention ;- Figure 1 schematically shows a pipe equipped with optical fiber sensors for implementing the method according to a first embodiment of the invention;

- la figure 2 représente de façon schématique une conduite équipée de capteurs à fibres optiques pour la mise en œuvre du procédé selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ;- Figure 2 schematically shows a pipe equipped with fiber optic sensors for implementing the method according to a second embodiment of the invention;

- la figure 3 représente de façon schématique une conduite équipée de capteurs à fibres optiques pour la mise en œuvre du procédé selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; et- Figure 3 shows schematically a pipe equipped with fiber optic sensors for the implementation of the method according to a third embodiment of the invention; and

- la figure 4 représente de façon schématique une conduite équipée de capteurs à fibres optiques pour la mise en œuvre du procédé selon un quatrième mode de réalisation de l'invention.- Figure 4 schematically shows a pipe equipped with optical fiber sensors for the implementation of the method according to a fourth embodiment of the invention.

Description détaillée de l'inventionDetailed description of the invention

L'invention s'applique à toute conduite sous-marine (à simple ou à double enveloppe) de transport de fluides, notamment de pétrole et de gaz, assurant une liaison fond-surface ou une liaison entre deux supports flottant, telle que la conduite 1 représentée partiellement et de façon schématique sur la figure 1.The invention applies to any underwater pipe (single or double jacket) for transporting fluids, in particular oil and gas, ensuring a bottom-surface connection or a connection between two floating supports, such as the pipe 1 shown partially and schematically in FIG. 1.

Le procédé selon l'invention propose de déterminer les variations de contraintes au cours du temps d'une telle conduite, c'est-àdire de quantifier les déformations subies par la conduite en tout point de celle-ci et en temps réel.The method according to the invention proposes to determine the stress variations over time of such a pipe, that is to say to quantify the deformations undergone by the pipe at any point thereof and in real time.

A partir de l'obtention des variations de contraintes, il est possible d'en déduire de façon connue en soi l'état de fatigue de la conduite au cours du temps, les déformations subies par la conduite au cours du temps (par intégration temporelle des variations de contraintes), les déplacements de la conduite au cours du temps (par double intégration temporelle et spatiale des variations de contraintes), et les vibrations induites par le détachement de tourbillons (appelé « Vortex Induced Vibration » en anglais ou VIV).From the obtaining of the stress variations, it is possible to deduce therefrom in a manner known per se the state of fatigue of the pipe over time, the deformations undergone by the pipe over time (by temporal integration stress variations), the displacements of the pipe over time (by double temporal and spatial integration of stress variations), and the vibrations induced by the detachment of vortices (called "Vortex Induced Vibration" in English or VIV).

A cet effet, selon l'invention, il est prévu d'installer autour de la conduite et sur toute sa longueur de celle-ci, au moins un capteur à fibre optique réparti utilisant la rétrodiffusion de Rayleigh.To this end, according to the invention, provision is made to install around the pipe and over its entire length thereof, at least one distributed optical fiber sensor using Rayleigh backscattering.

Les différents capteurs à fibres optiques répartis sont utilisés chacun comme des capteurs de détection acoustique répartis. Il peut s'agir de capteurs à fibres monomodes (de préférence) ou multimodes.The different distributed fiber optic sensors are each used as distributed acoustic detection sensors. They can be single-mode (preferably) or multimode fiber sensors.

Chaque capteur à fibre optique réparti est dédié à la mesure d'un degré de liberté de variation de déplacement au cours du temps de la conduite en chaque section transversale de celle-ci parmi les quatre degrés de liberté suivant : deux degrés en flexion, un degré en torsion et un degré en déplacement axial (à savoir compression ou tension axiale).Each distributed optical fiber sensor is dedicated to the measurement of a degree of freedom of variation in displacement over time of the pipe in each cross section of the latter among the following four degrees of freedom: two degrees in bending, one degree in torsion and a degree in axial displacement (i.e. compression or axial tension).

Dans la majorité des configurations, il est nécessaire de positionner quatre capteurs à fibres optique répartis autour de la conduite afin de ne pas mesurer des combinaisons (somme ou différence) de différents degrés de liberté. Par contre, dans le cas où l'on sait par avance que la conduite ne sera soumise qu'à un seul degré de liberté, un seul capteur à fibre optique sera nécessaire.In most configurations, it is necessary to position four fiber optic sensors distributed around the pipe so as not to measure combinations (sum or difference) of different degrees of freedom. On the other hand, in the case where it is known in advance that the pipe will be subjected to only one degree of freedom, a single fiber optic sensor will be necessary.

Une fois les capteurs à fibres optiques répartis installés autour de la conduite, on effectue une mesure continue de la variation de déplacement du capteur à fibre optique au cours du temps à l'aide de la technologie connue de la détection acoustique répartie , cette technologie étant appliquée ici à basse fréquence (c'est-à-dire entre 0,01 et 1Hz).Once the distributed fiber optic sensors are installed around the pipe, a continuous measurement is made of the variation in displacement of the fiber optic sensor over time using the known technology of distributed acoustic detection, this technology being applied here at low frequency (i.e. between 0.01 and 1Hz).

La technologie de détection acoustique répartie permet d'analyser les variations d'indices optiques le long des capteurs à fibres optiques par analyse de la lumière réfléchie par réflexion Rayleigh. Ces variations d'indices optiques peuvent être dues à des variations de température et à des variations de contraintes dans le cœur des fibres optiques. La vitesse très élevée de la lumière permet ainsi de détecter des variations de contrainte très rapides jusque dans le domaine ultrasonore et donc de détecter des ondes sonores ambiantes. Dans le cadre de ia présente invention, on se limitera aux basses fréquences qui correspondent à la fréquence des vagues en mer et aux fréquences des détachements de tourbillons (typiquement entre 0,01Hz et 1Hz).Distributed acoustic detection technology analyzes variations in optical indices along fiber optic sensors by analyzing the light reflected by Rayleigh reflection. These variations in optical indices may be due to variations in temperature and in variations in stresses in the core of the optical fibers. The very high speed of light thus makes it possible to detect very rapid stress variations even in the ultrasonic field and therefore to detect ambient sound waves. Within the framework of the present invention, one will be limited to the low frequencies which correspond to the frequency of the waves at sea and to the frequencies of the detachments of vortices (typically between 0.01 Hz and 1 Hz).

Les variations de contraintes au cours du temps en chaque point de la conduite sont alors déterminées à partir de la relation matricielle suivante :The variations in stresses over time at each point of the pipe are then determined from the following matrix relation:

dte(s) = A(s)5tx(s) dans laquelle :d t e (s) = A (s) 5 t x (s) in which:

5te(sj est un vecteur de taille 1 à 6 dont les composantes correspondent aux dérivés temporelles des déformations locales axiales respectives des capteurs à fibres optiques ;5 t e (sj is a vector of size 1 to 6 whose components correspond to the time derivatives of the respective local axial deformations of the optical fiber sensors;

dtx(s) est un vecteur de même taille que dte(sj représentant les dérivées temporelles des éléments de réduction de la déformation au point de gravité G de la section de structure S correspondant à l'abscisse curviligne s de la fibre optique à mesurer sur la conduite ; etd t x (s) is a vector of the same size as d t e (sj representing the time derivatives of the elements of reduction of the deformation at the point of gravity G of the section of structure S corresponding to the curvilinear abscissa s of the fiber optics to be measured on the pipe; and

A(s) est une matrice carrée dite « de déformation » qui est fonction de la position et de l'orientation angulaire des capteurs à fibres optiques localement sur la conduite, de l'abscisse curviligne s, de la géométrique de la conduite et de ses caractéristiques mécaniques.A (s) is a square matrix called "deformation" which is a function of the position and the angular orientation of the fiber optic sensors locally on the pipe, of the curvilinear abscissa s, of the geometry of the pipe and of its mechanical characteristics.

Pour obtenir les variations de contraintes, il est nécessaire que les capteurs à fibres optiques soient installés autour de la conduite de telle sorte que la matrice de déformation A(s) soit inversible.To obtain the stress variations, it is necessary that the optical fiber sensors are installed around the pipe so that the deformation matrix A (s) is invertible.

Différentes configurations d'installation des capteurs à fibres optiques sont envisageables afin de parvenir à ce que la matrice de déformation A soit inversible.Different installation configurations of the optical fiber sensors can be envisaged in order to achieve that the deformation matrix A is invertible.

Les figures 1 à 4 représentent des exemples non limitatifs d'installations pour lesquels la matrice de déformation A(s) est inversible. Bien entendu, l'homme du métier pourra envisager d'autres configurations que celles décrites ci-après en liaison avec les figures 1 à 4.Figures 1 to 4 show non-limiting examples of installations for which the deformation matrix A (s) is invertible. Of course, a person skilled in the art can envisage other configurations than those described below in conjunction with FIGS. 1 to 4.

Pour une configuration de positionnement de capteur à fibre optique donnée, il existe une seule matrice de déformation A(s) qui relie les déformations de la fibre optique à celles de la structure. Le positionnement d'un capteur à fibre optique sur la structure détermine un vecteur ligne de la matrice A de déformation (si x et e sont des vecteurs colonne). Pour des structures de type tube et pour des capteurs à fibres optiques posés en hélice ou droite sur le tube les vecteurs lignes de la matrice de déformation A correspondante sont donnés ci-dessous. Pour une configuration de fibre donnée et selon les éléments de réduction du torseur de déformation que l'on souhaite déterminer la matrice de déformation A peut être ou non inversible.For a given configuration of a fiber optic sensor, there is a single strain matrix A (s) which connects the strains of the optical fiber to those of the structure. The positioning of a fiber optic sensor on the structure determines a line vector of the deformation matrix A (if x and e are column vectors). For tube type structures and for fiber optic sensors placed helically or straight on the tube, the line vectors of the corresponding deformation matrix A are given below. For a given fiber configuration and according to the reduction elements of the deformation torsor that it is desired to determine the deformation matrix A may or may not be invertible.

Cas général :General case :

On considère un tube de rayon extérieur r et l'on dispose sur celui-ci des capteurs à fibres optiques numérotés 1,2,... qui sont disposés soit en lignes droites soit en hélices autour de ce tube. Pour décrire la position des différentes fibres sur le tube on introduit les paramètres suivant :We consider a tube of external radius r and we have on it fiber optic sensors numbered 1,2, ... which are arranged either in straight lines or in helices around this tube. To describe the position of the different fibers on the tube we introduce the following parameters:

- a est donné par la relation a = p/2 π où p est le pas de l'hélice des capteurs à fibres optiques. Ce paramètre vaut +infini dans le cas d'une fibre droite.- a is given by the relation a = p / 2 π where p is the pitch of the helix of the optical fiber sensors. This parameter is + infinite in the case of a straight fiber.

- φ représente la position angulaire de chaque capteur à fibre optique sur la section de conduite à abscisse curviligne nulle- φ represents the angular position of each fiber optic sensor on the section of zero curvilinear abscissa

- ψ est une variable valant +/-1 et décrivant le sens de rotation de l'hélice de chaque capteur à fibre optique autour de la conduite.- ψ is a variable worth +/- 1 and describing the direction of rotation of the propeller of each fiber optic sensor around the pipe.

- s est l'abscisse curviligne liée à la fibre.- s is the curvilinear abscissa linked to the fiber.

La position d'une fibre dans le repère de Fresnel (G,T, N, B) est alors donnée par la relation suivante:The position of a fiber in the Fresnel coordinate system (G, T, N, B) is then given by the following relation:

Dans le cas d'une fibre droite on trouve :In the case of a straight fiber we find:

/(s) = s \ rcos((p) ] XsinÇcp') J γχΐβ/ (s) = s \ rcos ((p)] XsinÇcp ') J γχΐβ

Afin de décrire les déformations du tube et de la fibre on introduit les paramètres suivant, tous dépendent de l'abscisse curviligne:In order to describe the deformations of the tube and the fiber, the following parameters are introduced, all of which depend on the curvilinear abscissa:

- ... représentent les déformations axiales des fibres optiques 1,2,... respectivement.- ... represent the axial deformations of the optical fibers 1,2, ... respectively.

- Les 6 degrés de libertés de déplacement de la structure en chague point d'elle-même seront décrit par le torseur des déformations et de ses éléments de réduction de déformation, un vecteur ίο déformation ë et un gradient de rotation k. Ces éléments s'écrivent en fonction d'un vecteur de déplacement du point de gravité de la section S(s) : ü de composantes u1(u2 et u3 et d'un vecteur rotation de la section S appliqué au point G de S : r de corn posa ntes rltr2lr3.- The 6 degrees of freedom of movement of the structure in each point itself will be described by the torsor of the deformations and its deformation reduction elements, a vector ίο deformation ë and a rotation gradient k. These elements are written as a function of a displacement vector of the point of gravity of the section S (s): ü of components u 1 ( u 2 and u 3 and of a rotation vector of the section S applied to the point G of S: r of corn posa ntes r lt r 2l r 3 .

Les dérivées par rapport à l'abscisse curviligne d'une grandeur g seront noté g'.The derivatives with respect to the curvilinear abscissa of a quantity g will be noted g '.

On établit que la déformation axiale d'une fibre en hélice sur un tube s'écrit en chaque point du tube en fonction des composantes des vecteurs déplacement et rotation du tube défini ci-dessus comme le produit scalaire de deux vecteurs. Un vecteur x dépendant des 6 degrés de liberté de mouvement du tube et un vecteur At qui dépend des caractéristiques géométriques de la fibre ainsi que des coefficients de Lamé du tube λ et μ:It is established that the axial deformation of a helical fiber on a tube is written at each point of the tube as a function of the components of the displacement and rotation vectors of the tube defined above as the scalar product of two vectors. A vector x depending on the 6 degrees of freedom of movement of the tube and a vector A t which depends on the geometric characteristics of the fiber as well as the Lamé coefficients of the tube λ and μ:

f 2 rzA \ hTTF 2(1+7)) ( s -raisin ψ, —- + φι r‘ + a?f 2 r z A \ hTTF 2 (1 + 7)) (s -raisin ψ, —- + φ ι r '+ a?

i s ra^cos ψι r2 + a2 a y2 rsin (ψί-/=7=7 + ^ ) / Γ2λ r2 + a2 is ra ^ cos ψι r 2 + a 2 ay 2 rsin (ψί - / = 7 = 7 + ^) / Γ 2 λ r 2 + a 2

-rcos [ ψ( , / + Φι r2 + a2 u2 ~ r3 “3 + r2 rl r3 et = Atx-rcos [ψ ( , / + Φι r 2 + a 2 u 2 ~ r 3 “3 + r 2 rl r 3 e t = Atx

Le vecteur x est ainsi égal à la dérivée spatiale du vecteur déplacement du point de gravité de la section S(s), c'est-à-dire que nous avons : x — dsuThe vector x is thus equal to the spatial derivative of the vector displacement of the point of gravity of the section S (s), that is to say that we have: x - d s u

Connaissant dte(sj par mesure des dérivées temporelles des deformations locales axiales des capteurs à fibre optique, et connaissant A, en inversant la matrice A on obtient dtx(s) qu'on intègre par rapport au temps. Puis, par intégration spatiale (selon s), on obtient le vecteur de déplacement du point de gravité de la section S(s).Knowing d t e (sj by measuring the time derivatives of the local axial deformations of the optical fiber sensors, and knowing A, by inverting the matrix A we obtain d t x (s) which we integrate with respect to time. Then, by spatial integration (according to s), we obtain the displacement vector of the point of gravity in section S (s).

Dans le cas particulier d'une fibre droite :In the particular case of a straight fiber:

! ° \ rsin^i) x—rcos^i)/! ° \ rsin ^ i) x — rcos ^ i) /

Cette technique permet d'établir une relation matricielle en chaque abscisse curviligne entre ia déformation du tube et celle des fibres sur celui-ci.This technique makes it possible to establish a matrix relationship at each curvilinear abscissa between the deformation of the tube and that of the fibers thereon.

e = A.xe = A.x

La matrice A ne dépend pas du temps. On peut donc écrire également :The matrix A does not depend on time. We can therefore also write:

dte = A.dtxd t e = Ad t x

Cette relation est importante car dte est la grandeur mesurée par les fibres.This relationship is important because d t e is the quantity measured by the fibers.

Les vecteurs lignes de la matrice de déformation A sont les vecteurs At The line vectors of the strain matrix A are the vectors A t

En choisissant judicieusement l'agencement des capteurs à fibres optiques sur le tube, on peut obtenir l'inversibilité de la matrice de déformation A.By judiciously choosing the arrangement of the optical fiber sensors on the tube, it is possible to obtain the invertibility of the deformation matrix A.

En pratique, sur les structures rigides on fait l'approximation des rotations de sections selon laquelle les composantes 2 et 3 du vecteur x sont nulles. Dans ce cas la matrice se réduit à la taille 4 et la mise en œuvre donne un exemple pour lequel la matrice de déformation A reste inversible. A l'inverse, si l'on choisit 4 fibres de même pas d'hélice, alors la matrice de déformation A n'est pas inversible.In practice, on rigid structures we make the approximation of the rotations of sections according to which the components 2 and 3 of the vector x are zero. In this case the matrix is reduced to size 4 and the implementation gives an example for which the strain matrix A remains invertible. Conversely, if we choose 4 fibers with the same helix pitch, then the strain matrix A is not invertible.

Dans le cas particulier où l'on sait que le tube n'est soumis qu'à un seul type d'effort, par exemple la traction, la matrice de déformation peut se réduire au scalaire correspondant.In the particular case where it is known that the tube is subjected to only one type of force, for example traction, the strain matrix can be reduced to the corresponding scalar.

La mesure de la dérivée temporelle de déformation axiale des fibres optiques permet donc en chaque point du tube de déterminer toutes les composantes de la dérivée temporelle de déformation du tube, puis par intégration, les déplacements, positions ou les dérivées temporelles du torseur des contraintes, puis par intégration le torseur des contraintes. Comme la mesure est réalisée en tout point et en temps réel, il est possible également d'accéder à des grandeurs comme le dommage de la structure et donc la fatigue.The measurement of the time derivative of axial deformation of the optical fibers therefore makes it possible at each point of the tube to determine all the components of the time derivative of deformation of the tube, then by integration, the displacements, positions or the time derivatives of the stress torsor, then by integration the torsor of the constraints. As the measurement is carried out at any point and in real time, it is also possible to access quantities such as damage to the structure and therefore fatigue.

Cas particulier de mise en œuvre :Special case of implementation:

Dans un premier mode de réalisation illustré par la figure 1, les capteurs à fibres optiques répartis 2-1 à 2-4 sont avantageusement disposés en hélices autour de l'axe longitudinal X-X de la conduite 1, ce qui améliore leur adhésion mécanique sur la conduite.In a first embodiment illustrated by FIG. 1, the fiber optic sensors distributed 2-1 to 2-4 are advantageously arranged in helices around the longitudinal axis XX of the pipe 1, which improves their mechanical adhesion to the conduct.

Dans ce mode de réalisation, les capteurs à fibres optiques 2-1 à 2-3 sont positionnés en hélice de même pas p mais les positions angulaires initiales respectives de ces hélices sont décalées les unes par rapport aux autres de 2tt/3. Quant au quatrième capteur à fibre optique 24, il est positionné en hélice ayant un même pas p, une position angulaire initiale quelconque mais en sens inverse par rapport aux capteurs à fibres optiques 2-1 à 2-3.In this embodiment, the fiber optic sensors 2-1 to 2-3 are positioned in a helix of the same pitch p but the respective initial angular positions of these propellers are offset from each other by 2tt / 3. As for the fourth fiber optic sensor 24, it is positioned in a helix having the same pitch p, any initial angular position but in the opposite direction relative to the fiber optic sensors 2-1 to 2-3.

En pratique, avec cette configuration en hélice, pour déterminer l'état des contraintes et de fatigue de la conduite en tout point de celle-ci, il convient de connaître la position hélicoïdale des capteurs à fibres optiques 2-1 à 2-4, cette position étant décrite en utilisant l'abscisse curviligne donnée par l'équation suivante (déjà mentionné ci-dessus) :In practice, with this helical configuration, to determine the state of the stresses and fatigue of the pipe at any point thereof, it is necessary to know the helical position of the fiber optic sensors 2-1 to 2-4, this position being described using the curvilinear abscissa given by the following equation (already mentioned above):

as /(s) = sir2 + a2 ( s rcos(ψ . + φ \ vrz + a2 as / (s) = sir 2 + a 2 ( s rcos (ψ. + φ \ vr z + a 2

Τ.Ν,ΒΤ.Ν, Β

Toujours avec la configuration en hélice de la figure 1, le lien entre les déformations angulaires et axiales respectives ; e2 ; e3 ; e4 des capteurs à fibres 2-1 à 2-4 et les déformations en chaque point de la conduite est donné, comme indiqué précédemment, par la relation matricielle :Still with the helical configuration of FIG. 1, the link between the respective angular and axial deformations; e 2 ; e 3 ; e 4 of the fiber sensors 2-1 to 2-4 and the deformations at each point of the pipe is given, as indicated above, by the matrix relationship:

e = Ax dans laquelle :e = Ax in which:

/ Γ2Λ \ ail = -2(2 + m)J _ Ψί“ίΓ2 a2 r2 + a?/ Γ 2 Λ \ ail = - 2 (2 + m) J _ Ψί “ίΓ 2 a ' 2 r 2 + a?

(Ψί5 1^1 , - + φί I <2+h 2 τ2λ \ ai3 “ 7^+ÔÎ C 2(λ + μ))(Ψί 5 1 ^ 1, - + φί I < 2+ h 2 τ2λ \ ai3 “7 ^ + ÔÎ C 2 (λ + μ))

-rcos I . ^lS + <pi j \^2 + «i // r2A \ a“~ r2 + af VÉ 2(λ + μ))-rcos I. ^ lS + <pi j \ ^ 2 + "i // r 2 A \ a " ~ r 2 + af V É 2 (λ + μ))

Ainsi, pour la configuration du premier mode de réalisation de la figure 1, à partir de la connaissance des mesures de dérivée temporelle de déformation axiale des fibres optiques , il est possible de déterminer les composantes recherchées de variations de déformation dtx et les efforts. De plus, l'intégration de ces vecteurs en déplacement permet d'obtenir de proche en proche la position de chaque élément de la conduite, et donc l'état des contraintes et de fatigue de la conduite en temps réel.Thus, for the configuration of the first embodiment of FIG. 1, from the knowledge of the time derivative measurements of axial deformation of the optical fibers, it is possible to determine the desired components of deformation variations d t x and the forces . In addition, the integration of these moving vectors makes it possible to obtain step by step the position of each element of the pipe, and therefore the state of stress and fatigue of the pipe in real time.

Il est à noter qu'ici on fait l'approximation selon laquelle l'état de déplacement de la conduite selon les axes perpendiculaires à la génératrice de la conduite sont négligeables, ce qui permet de partir de l'hypothèse que u2 - r3 = 0 et u3 + r2 - 0 (et de simplifier les calculs car d'ordre inférieur). Seule la connaissance de la composante 1 du vecteur déplacement et des trois composantes du vecteur rotation permet ainsi d'obtenir les variations de contraintes.It should be noted that here we make the approximation according to which the state of displacement of the pipe along the axes perpendicular to the generator of the pipe are negligible, which makes it possible to start from the assumption that u 2 - r 3 = 0 and u 3 + r 2 - 0 (and to simplify the calculations because of lower order). Only the knowledge of component 1 of the displacement vector and of the three components of the rotation vector thus makes it possible to obtain the stress variations.

Dans un deuxième mode de réalisation représenté sur la figure 2 permettant également d'obtenir une matrice de déformation A inversible, trois capteurs à fibres optiques 2-1 à 2-3 sont positionnés en hélice de même pas ρ mais les positions angulaires initiales respectives de ces hélices sont décalées les unes par rapport aux autres de 2π/3 comme pour le premier mode de réalisation. De plus, le sens de ces hélices est changé à intervalles réguliers (par exemple tous les L mètres de la conduite). Pour la détermination de l'état des contraintes et de fatigue de la conduite, on considère ici que les mesures sont les mêmes sur deux sections de conduite consécutives, ce qui permet d'obtenir une approximation suffisamment bonne pour des conduites très longues (plusieurs km) lorsque L est choisi petit devant la longueur caractéristique de variation de la contrainte dans la structure.In a second embodiment represented in FIG. 2 also making it possible to obtain an invertible deformation matrix A, three optical fiber sensors 2-1 to 2-3 are positioned in a helix of the same pitch ρ but the respective initial angular positions of these propellers are offset from each other by 2π / 3 as for the first embodiment. In addition, the direction of these propellers is changed at regular intervals (for example every L meters of the pipe). For the determination of the stress and fatigue state of the pipe, we consider here that the measurements are the same on two consecutive pipe sections, which makes it possible to obtain a sufficiently good approximation for very long pipes (several km ) when L is chosen small compared to the characteristic length of variation of the stress in the structure.

Par rapport au premier mode de réalisation, cette installation présente l'avantage d'éviter tout chevauchement de capteurs à fibres optiques. En revanche, la résolution spatiale est limitée à 2L (au lieu de L pour le premier mode de réalisation). Bien entendu, ici aussi la matrice de déformation A est inversible, ce qui permet de déterminer l'état des contraintes et de fatigue de la conduite en temps réel.Compared to the first embodiment, this installation has the advantage of avoiding any overlapping of fiber optic sensors. In contrast, the spatial resolution is limited to 2L (instead of L for the first embodiment). Of course, here too the deformation matrix A is invertible, which makes it possible to determine the state of the stresses and fatigue of the pipe in real time.

Dans un troisième mode de réalisation, il est possible de mesurer les éléments de déformation u2-r3 = 0 et u3 + r2 = 0 en ajoutant deux capteurs à fibres optiques supplémentaires 2-5 et 2-6.In a third embodiment, it is possible to measure the deformation elements u 2 -r 3 = 0 and u 3 + r 2 = 0 by adding two additional fiber optic sensors 2-5 and 2-6.

La configuration représentée sur la figure 3 est un exemple permettant de mesurer les éléments de déformation u2 - r3 et u3 + r2.The configuration shown in Figure 3 is an example for measuring the deformation elements u 2 - r 3 and u 3 + r 2 .

Dans ce mode de réalisation, les trois capteurs à fibres optiques 2-1 à 2-3 sont positionnés autour de Taxe longitudinal X-X de la conduite 1 en hélice de même pas p mais les positions angulaires initiales respectives de ces hélices sont décalées les unes par rapport aux autres de 2π/In this embodiment, the three fiber optic sensors 2-1 to 2-3 are positioned around the longitudinal axis XX of the pipe 1 in a helix of the same pitch p but the respective initial angular positions of these propellers are offset by compared to others by 2π /

3. Quant aux trois capteurs à fibres optiques 2-4 à 2-6, iis sont positionnés également en hélice avec le même pas p et les mêmes décalage de positions angulaires initiales mais en sens inverse par rapport aux capteurs à fibres optiques 2-1 à 2-3.3. As for the three fiber optic sensors 2-4 to 2-6, iis are also positioned in a helix with the same pitch p and the same initial angular position offset but in the opposite direction compared to the fiber optic sensors 2-1 at 2-3.

Dans ce mode de réalisation, la matrice de déformation A est une matrice 6X6 qui est inversible, ce qui permet de déterminer par le biais des calculs précités l'état des contraintes et de fatigue de la conduite en temps réel.In this embodiment, the deformation matrix A is a 6X6 matrix which is invertible, which makes it possible to determine by means of the abovementioned calculations the state of stresses and fatigue of driving in real time.

La figure 4 représente un quatrième mode de réalisation de l'invention permettant aussi d'obtenir une matrice de déformation A inversible. Ici, les capteurs à fibres optiques sont au nombre de sept et sont positionnés de façon identique à ceux du troisième mode de réalisation avec un capteur à fibre optique droite supplémentaire (à savoir les trois capteurs à fibres optiques 2-1 à 2-3 sont positionnées autour de l'axe longitudinal X-X de la conduite 1 en hélice dans un sens et les trois capteurs à fibres optiques 2-4 à 2-6 sont positionnés en hélice en sens inverse).FIG. 4 represents a fourth embodiment of the invention also making it possible to obtain an invertible deformation matrix A. Here, the fiber optic sensors are seven in number and are positioned identically to those of the third embodiment with an additional straight fiber optic sensor (i.e. the three fiber optic sensors 2-1 to 2-3 are positioned around the longitudinal axis XX of the pipe 1 helically in one direction and the three fiber optic sensors 2-4 to 2-6 are positioned helically in the opposite direction).

Ce quatrième mode de réalisation se distingue du précédent en ce que l'installation comprend un capteur de pression à fibre optique 2-7 destiné à la mesure de ia pression dans la conduite. Ici, le capteur à fibre optique de pression 2-7 est positionné en ligne droite, c'est-à-dire parallèlement à l'axe longitudinal X-X de la conduite. Ainsi, le capteur de pression à fibre optique est insensible au gonflement de la conduite sous la pression et ne subit que l'allongement de la conduite sous la pression. Elle permet donc d'obtenir par différence la pression en dynamique à l'intérieur de la conduite et donc la part des déformations dû à la pression interne.This fourth embodiment differs from the previous one in that the installation includes a fiber optic pressure sensor 2-7 intended for measuring the pressure in the pipe. Here, the fiber optic pressure sensor 2-7 is positioned in a straight line, that is to say parallel to the longitudinal axis X-X of the pipe. Thus, the fiber optic pressure sensor is insensitive to swelling of the pipe under pressure and only undergoes the elongation of the pipe under pressure. It therefore makes it possible to obtain by difference the dynamic pressure inside the pipe and therefore the share of the deformations due to the internal pressure.

On notera que ce capteur de pression à fibre optique peut alternativement être disposé en hélice autour de la conduite avec un pas différent de celui des capteurs à fibres optiques 2-1 à 2-6.It will be noted that this fiber optic pressure sensor can alternatively be arranged in a helix around the pipe with a pitch different from that of the fiber optic sensors 2-1 to 2-6.

On notera également que ce capteur de pression à fibre optique peut être ajouté au premier mode de réalisation décrit en liaison avec la figure 1.It will also be noted that this fiber optic pressure sensor can be added to the first embodiment described in connection with FIG. 1.

On notera encore qu'il est possible dans chacun des modes de réalisation précédemment décrits de mesurer la température le long de la conduite pour déterminer la déformation due aux variations de température le long de la conduite. A cet effet, il peut être prévu d'ajouter un capteur de température à fibre optique à côté de l'un des capteurs à fibres optiques répartis, le capteur de température à fibre optique étant interrogé par un système de détection de température réparti (ou DTS pour « Distributed Température Sensing ») et le capteur à fibre optique réparti étant interrogé par un système de détection acoustique réparti.It will also be noted that it is possible in each of the previously described embodiments to measure the temperature along the pipe to determine the deformation due to temperature variations along the pipe. To this end, provision may be made to add a fiber optic temperature sensor next to one of the distributed fiber optic sensors, the fiber optic temperature sensor being interrogated by a distributed temperature detection system (or DTS for “Distributed Temperature Sensing”) and the distributed fiber optic sensor being interrogated by a distributed acoustic detection system.

On notera encore qu'il est possible dans chacun des modes de réalisation précédemment décrits d'ajouter un capteur à fibre optique supplémentaire à côté de chacun des capteurs à fibres optiques pour obtenir la composante statique de l'état de déformation de la conduite à l'aide d'un système BOTDR (pour « Brillouin Optical Time Domain Reflectometry ») ou BOTDA (pour « Brillouin Optical Time Domain Analysis »). De tels systèmes permettent d'obtenir un état de déformation moyen sur une période supérieure à la minute par rapport à un état de référence donné.It will also be noted that it is possible in each of the embodiments previously described to add an additional optical fiber sensor next to each of the optical fiber sensors to obtain the static component of the state of deformation of the pipe at l using a BOTDR (for “Brillouin Optical Time Domain Reflectometry”) or BOTDA (for “Brillouin Optical Time Domain Analysis”) system. Such systems make it possible to obtain an average state of deformation over a period greater than one minute compared to a given reference state.

On notera également que pour s'affranchir de nombreux systèmes de détection acoustique réparti (à savoir un système par capteur à fibre optique réparti), il est possible de positionner les capteurs à fibres optiques répartis en les reliant les uns aux autres (le capteur à fibre optique 2-1 étant relié à une extrémité de la conduite au système de détection acoustique réparti et à l'extrémité opposé au capteur à fibre optique 2-2 qui est lui-même relié à l'autre extrémité au capteur à fibre optique 2-3, etc.). Ainsi, un seul système de détection acoustique réparti est ici nécessaire pour l'interrogation de l'ensemble des capteurs à fibres optiques.It will also be noted that in order to overcome numerous distributed acoustic detection systems (namely a system with a distributed optical fiber sensor), it is possible to position the distributed optical fiber sensors by connecting them to each other (the optical fiber 2-1 being connected at one end of the pipe to the distributed acoustic detection system and at the opposite end to the optical fiber sensor 2-2 which is itself connected at the other end to the optical fiber sensor 2 -3, etc.). Thus, a single distributed acoustic detection system is necessary here for the interrogation of all the optical fiber sensors.

Enfin, on notera que les capteurs à fibres optiques répartis pourraient être installés en lignes droites autour de la conduite (c'est-àdire parallèlement à l'axe longitudinal X-X de celle-ci).Finally, it should be noted that the distributed optical fiber sensors could be installed in straight lines around the pipe (that is to say parallel to the longitudinal axis X-X thereof).

Claims (8)

REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination des variations de contraintes au cours du temps d'une conduite sous-marine de transport de fluides assurant une liaison fond-surface ou une liaison entre deux supports flottant en vue d'en déduire les déplacements, les déformations, la fatigue, et les vibrations induites par détachement de tourbillons de la conduite, comprenant :1. Method for determining the variations in stresses over time of an underwater fluid transport pipe ensuring a bottom-surface connection or a connection between two floating supports in order to deduce the displacements, the deformations, the fatigue, and vibrations induced by detachment of vortices from the pipe, comprising: l'installation sur toute la longueur de la conduite (1) d'au moins un capteur à fibre optique réparti (2-1 à 2-4) utilisant la rétrodiffusion de Rayleigh, le capteur étant dédié à la mesure d'au moins un degré de liberté de variation de déplacement au cours du temps de la conduite en chaque section transversale de celle-ci ;the installation over the entire length of the pipe (1) of at least one distributed optical fiber sensor (2-1 to 2-4) using Rayleigh backscattering, the sensor being dedicated to the measurement of at least one degree of freedom of variation in displacement over time of the pipe in each cross section thereof; la mesure continue de la variation de déplacement du capteur à fibre optique au cours du temps ; et la détermination des variations de contraintes au cours du temps en chaque point de la conduite par intégration temporelle de la variation de déplacement du capteur à fibre optique mesuré à partir de la relation matricielle suivante : dte(s) = A(s)ôtx(s) dans laquelle :continuous measurement of the variation in displacement of the optical fiber sensor over time; and the determination of the stress variations over time at each point of the pipe by temporal integration of the displacement variation of the optical fiber sensor measured from the following matrix relation: d t e (s) = A (s) ô t x (s) in which: s est l'abscisse curviligne de la fibre ;s is the curvilinear abscissa of the fiber; dtë(s) est un vecteur de taille 1 à 6 dont les composantes correspondent aux dérivés temporelles des déformations locales axiales respectives des capteurs à fibres optiques ;d t ë (s) is a vector of size 1 to 6, the components of which correspond to the time derivatives of the respective local axial deformations of the optical fiber sensors; ôtx(s) est un vecteur de même taille que ôtë(s) représentant les dérivées temporelles des éléments de réduction de la déformation prise au point de gravité de la section de structure correspondant à l'abscisse curviligne s à mesurer sur la conduite ; etô t x (s) is a vector of the same size as ô t ë (s) representing the time derivatives of the deformation reduction elements taken at the point of gravity of the structural section corresponding to the curvilinear abscissa s to be measured on the driving ; and A(s) est une matrice de déformation qui est fonction de la position et de l'orientation angulaire des capteurs à fibres optiques localement sur la conduite, de l'abscisse curviligne s et des propriétés mécaniques et géométriques de la structure, les capteurs à fibres optiques étant installés de telle sorte que la matrice de déformation A(s) soit inversible.A (s) is a deformation matrix which is a function of the position and the angular orientation of the fiber optic sensors locally on the pipe, of the curvilinear abscissa s and of the mechanical and geometric properties of the structure, the sensors with optical fibers being installed so that the deformation matrix A (s) is invertible. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les capteurs à fibres optiques répartis sont installés en hélice autour de la conduite.2. Method according to claim 1, in which the distributed optical fiber sensors are installed in a helix around the pipe. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les capteurs à fibres optiques répartis sont installés en lignes droites autour de la conduite.3. Method according to claim 1, in which the distributed optical fiber sensors are installed in straight lines around the pipe. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant l'installation sur toute la longueur de la conduite d'au moins quatre capteurs à fibres optiques répartis dédiés à la mesure simultanée de trois degrés de liberté en rotation et d'un degré de liberté en déplacement de la conduite en chaque section transversale de celle-ci.4. Method according to any one of claims 1 to 3, comprising the installation over the entire length of the pipe of at least four distributed optical fiber sensors dedicated to the simultaneous measurement of three degrees of freedom in rotation and a degree of freedom in movement of the pipe in each cross section thereof. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre l'installation sur toute la longueur de la conduite d'un capteur de pression à fibre optique (2-7) destiné à la mesure de la pression dans la conduite.5. Method according to any one of claims 1 to 4, further comprising the installation over the entire length of the pipe of a fiber optic pressure sensor (2-7) intended for measuring the pressure in the conduct. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel le capteur de pression à fibre optique est disposé en ligne droite parallèlement à un axe longitudinal (X-X) de la conduite ou en hélice autour de la conduite.6. The method of claim 5, wherein the fiber optic pressure sensor is arranged in a straight line parallel to a longitudinal axis (X-X) of the pipe or in a helix around the pipe. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre l'installation sur toute la longueur de la conduite d'un capteur de température à fibre optique destiné à la mesure de la température dans la conduite.7. Method according to any one of claims 1 to 6, further comprising the installation over the entire length of the pipe of a fiber optic temperature sensor intended for measuring the temperature in the pipe. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant en outre la détermination des déplacements au cours du temps en chaque point de la conduite par intégrations temporelle et spatiale de la variation de déplacement mesuré du capteur à fibre optique situé sur la section correspondante du point de la conduite.8. Method according to any one of claims 1 to 7, further comprising determining the displacements over time at each point of the pipe by temporal and spatial integrations of the variation in measured displacement of the fiber optic sensor located on the corresponding section of the pipe point.
OA1201800330 2017-08-31 2018-08-30 Procédé de détermination des variations de contraintes au cours du temps d'une conduite sous-marine de transport de fluides. OA18841A (en)

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