WO2020010425A1 - Sistema e método de suporte a operação de instalações submarinas para reconstrução 3d de linhas flexíveis durante uma operação de conexão vertical direta - Google Patents

Sistema e método de suporte a operação de instalações submarinas para reconstrução 3d de linhas flexíveis durante uma operação de conexão vertical direta Download PDF

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Vinícius MIRANDA CÉSAR
Saulo ANDRADE PESSOA
Judith Kelner
Ismael HUMBERTO FERREIRA DOS SANTOS
Eduardo Vardaro
Bernardo FONSECA REIS DE SOUZA
Arthur CURTY SAAD
Alyson GOMES VAILLANT
Allan CARRE DE OLIVEIRA
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Definitions

  • the present invention relates to the Subsea Engineering project area for support to the Interconnection of flexible oil and gas lines between deepwater wells and platforms. More particularly, the invention relates to Direct Vertical Connection (CVD) operations developed by the applicant itself. Thus, the invention relates to a methodology and tool for real-time monitoring of the flex line radius of curvature during CVD operations in order to increase the safety and operational efficiency of these operations.
  • CVD Direct Vertical Connection
  • CVD Vertical Connection Module
  • the flexible line configuration in CVD operation depends on the pipe flexural stiffness (EI), which, in turn, is a function of pressure, temperature and stresses at the time of operation. Therefore, the actual value of flexural stiffness is a parameter that has to be estimated during operation to obtain accurate dynamic line configuration and dynamic behavior during CVD.
  • EI pipe flexural stiffness
  • the bending radius of the flex line can be determined by flexural stiffness (EI) and should be monitored to prevent infringement of its minimum value which could result in flex line damage.
  • EI flexural stiffness
  • curvature restrictor or vertebra that locks into the minimum allowable radius of curvature for the line, preventing it from being flexed to a smaller radius than permitted.
  • locking the vertebra can damage the structure of the MCV, such as the breakdown of the goose-neck, and / or subsea equipment to which the MCV is connected as the Production Adapter Base Hub (BAR) or the Submarine Manifold End Hub (PLEM), among other equipment.
  • BAR Production Adapter Base Hub
  • PLM Submarine Manifold End Hub
  • the main object of the present invention is to obtain an estimate of line curvature from 3D reconstruction of line geometry and physical simulation of static equilibrium in real time during CVD operation.
  • DIP Deep Immersion Performance test
  • This document deals with a methodology to help a line installation engineer to perform CVD operations safely. It is based on a computer vision system to estimate the curvature of flexible lines during CVD operations to increase operational efficiency through the use of stereo cameras and some markers along the line.
  • the system described features a stereo set of iowiight cameras and an interspersed pattern of black and white markers painted over the line.
  • the system accomplishes its task through of a sequence of three distinct phases: calibration, detection and estimation of the radius of curvature.
  • the methodology is based on an interspersed pattern of black and white markings that should cover the entire surface of the line segment being analyzed. This pattern allows the system to distinguish line segments over time.
  • the system continually attempts to identify the interspersed pattern in the images.
  • the detection algorithm uses topological constraints to segment the image of the best possible candidates for white marks and then applies the backtracking algorithm technique to choose from those candidates which ones actually belong to the flexible line.
  • the tracking procedure is a two-step energy maximization technique, based on the fact that the line moves slightly from frame to frame, thereby reducing the search space for the highs in the next frame of the image.
  • the Figure 1a illustrates the RC error behavior according to the number of 3D points reconstructed.
  • the present invention aims at solving the problems of the state of the art described above in a practical and efficient manner.
  • the purpose of the present invention is to provide a
  • Subsea Installation Operation Support Tool that enables you to accurately estimate the stresses on a MCV and the bend radius of the duct during all steps of a CVD operation.
  • the present invention provides a method of supporting the operation of subsea installations for obtaining the radius of curvature (RC) through 3D reconstruction of flexible lines during a direct vertical connection operation.
  • the method comprises the steps of painting the flexible line with a specific regular pattern, performing the 3D reconstruction of the sampled points of the flexible line and finally obtaining the radius of curvature of the flexible line.
  • 3D reconstruction comprises the steps of: capturing images of the flexible line during CVD operation; send captured images to a dedicated computer; process the images generating radius of curvature (RC) information.
  • the present invention It also comprises a subsea facility operation support system, called SOIS, for obtaining RC from the 3D reconstruction of flexible lines during direct vertical connection operations. Furthermore, the present invention performs online physical simulation of the static duct equilibrium to obtain the bend radius (RC) of the flexible line.
  • the physical simulation comprises the static balance evaluation of the system containing: MGV (with or without adapter), flexible line and accessories (connector and vertebra), float straps and hump straps.
  • Static equilibrium of the system is accomplished through the numerical modeling of all the above mentioned parts discretely considering the points obtained from the 3D reconstruction and all the efforts involved in real time.
  • the positions of the points obtained from the 3D reconstruction are used as constraints used in the optimization process performed by the physical simulation, performed optimally in GPU.
  • Figure 1 illustrates the behavior of RC error according to data noise, according to the Subsea Installation Operation Support method described by the state of the art.
  • Figure 1a illustrates the behavior of the mean RC percentage error in relation to the actual value, according to the number of 3D points reconstructed, according to the Subsea Installation Operation Support method described by the state of the art.
  • Figure 2 illustrates an overview of the SOIS system according to a preferred embodiment of the present invention.
  • Figure 3a illustrates an optional default setting. specific regular adopted to mark the flexible line.
  • Figure 3b illustrates an optional configuration of the specific regular pattern adopted to mark the vertebra compatible with flexible line marking.
  • Figures 4a and 4b illustrate two optional configurations for marking the float loops according to one embodiment of the present invention. Note that the goal is to allow precise marking of the first float while the others should not be confused with the regular white line markings.
  • FIG. 5 schematically illustrates the PLSV-
  • Figure 6 schematically illustrates the hump elements of the second end CVD.
  • Figure 8 illustrates a schematic view of the positioning of the SOIS system cameras of the present invention.
  • Figure 9 illustrates a view of the calibration standard as provided by the present invention.
  • Figure 10a illustrates a flow chart of the SOIS method of the present invention.
  • Figure 10b illustrates the detail of the 3D reconstruction of a line according to the SOIS method of the present invention.
  • Figure 11 schematically illustrates the actuation of the 3D reconstruction module from the points on each camera frame, in accordance with one embodiment of the present invention.
  • Figure 12 schematically illustrates the iterative process of adjusting the particle system (p L ⁇ to 3D points. used in the physical simulation of the static equilibrium of SOIS.
  • Figure 14 illustrates the approximation adopted for the calculation of the distance of the interpolated curve C ( ⁇ p) by the particle system (Pi) using the tangent vector to the interpolated curve as provided by the present invention.
  • the present invention is intended to support the installation process of the Vertical Connection Module (MCV) during the Direct Vertical Connection (CVD) procedure.
  • MCV Vertical Connection Module
  • CVD Direct Vertical Connection
  • SOIS Subsea Installation Operation Support
  • Vertebra - A mechanical device that acts as a mechanical stop limiting the local curvature radius of flexible lines to a minimum.
  • This equipment is composed of the following components: o Adaptation Part - Split Part that connects the beginning of the vertebra to the MCV connector;
  • the invention can be employed in all line interconnection operations between wells, manifolds, and Floating Production Storage and Offloading (FPSOs) with first and second end CVD procedures.
  • FPSOs Floating Production Storage and Offloading
  • DIP Test operations can also be tracked using the SOIS methodology.
  • FIG. 2 illustrates an overview of the SOIS system according to a preferred embodiment of the present invention, however, the invention is not limited to that particular embodiment. It is observed that the SOIS system is basically composed of: hardware (cameras (3), dedicated computer (4) and cables for receiving ROV video signals), and accessories (calibration standard).
  • Line (1) and vertebra (6) should be painted following a specific regular pattern to enable their detection under lighting conditions under the seabed at ultra-deep water depths.
  • the SOIS methodology initially comprises the steps of: marking (see figure 3) of flexible line (1) with a specific regular pattern; and marking the vertebra (6) in a manner consistent with the regular pattern made on the line (1).
  • these steps are performed on a shore stand to reduce impact on board, however, marking on said shore stand is not restricted and can be performed or reinforced on board the vessel (5).
  • SOIS tracks the operation to support installation as follows. Two video cameras (3) installed on the ROV (2) make images of line (1) flexible during CVD. These images are then sent to the dedicated computer (4) and are processed by SOIS. Finally, the radius of curvature value is presented to the real-time launch engineer, see figure 2.
  • the specific regular pattern adopted comprises alternating black and white bands.
  • Figure 3a illustrates an optional configuration of the specific regular pattern adopted for marking flexible line (1).
  • Figure 3b illustrates an optional configuration of the specific regular pattern adopted for marking the vertebra (6) coherently marking the line (1).
  • the marking to be applied to the flexible line (1) is a regular interleaved sequence of white and black regions, as indicated in Figure 3a, in which a number of requirements may be adopted.
  • Marking shall be done with matte (dull) ink in white and black, where the length of a white region shall be equal to the outside diameter (d) of the line (1) and the length of a region black should be equal to half the outside diameter (d / 2) of line (1). Marking is not restricted to the use of white and black colors or the lengths described above, and a further combination of colors and painted lengths may be used that will allow data capture and structure reconstruction without damage.
  • marking shall be performed within the first 50 meters of line (1). If line (1) is to be painted or retouched on board, the stretch under the vertebra (8) in the compressed situation need not be painted or retouched.
  • flexible line marking (1) is the responsibility of the installer, with the supervision of a supervisor on board the installation vessel (5). Ideally the flexible line (1) should be marked before being shipped, and the installer should make the final line marking (1) following the recommendations presented.
  • marking must be done with matte (dull) paint in white and black and in addition with matte black tape. Marking is not restricted to the use of the white and black colors described above, and another color combination can be used that allows data capture and structure reconstruction without damage.
  • the inner rings (61) are painted white
  • the outer rings (62) are painted black
  • the fitting is painted white.
  • the outer rings (62) After the outer rings (62) are installed, they must be wrapped with black tape to hide the anodes.
  • the color of the ribbon is not restricted to black, but should follow the color of the outer rings (62).
  • the marking of the vertebra (6) is also the responsibility of the installer with the supervision of a supervisor on board the installation vessel (5).
  • the vertebra (6) should be painted before being boarded.
  • the installer should perform the final marking of the vertebra (6) following the recommendations presented.
  • the SOIS methodology of the invention also optionally proposes the identification of the attachment points of the floats (7) to the flexible line (1). For this, the handles (71) of the floats (7) must be marked.
  • Figures 4a and 4b illustrate two optional configurations for marking the float loops (71) in accordance with the present invention.
  • the loops (71) of the floats (7) should be marked with matte (dull) tape in white and black, where the handle (71) marking of the first float (positioned closer to the MCV) is different from the handles marking (71) of the other floats (7).
  • marking is not restricted to the use of the white and black colors described above, and another color combination capable of capturing data may be used. and the reconstruction of the structure without damage.
  • the handles (71) should be marked with black tape at the nearest 2m to line (1), or the entire length of the handle (71).
  • the hoisting straps (91) and (92) for hump formation shall be marked with black tape at the nearest 2 m to line (1), or the entire length of the straps. (91) and (92).
  • SOIS In order to be executed, SOIS requires some information about CVD operation to be provided, such as physical characteristics of equipment such as flexible line (1), floats (7), vertebra (6) and MCV. This information, which will be presented in detail below, may be provided at different times of the execution of SOIS, as will be apparent from the following description. [077] Also, most of the information can be provided by the ground crew conducting the CVD configuration study prior to operation. This information can be provided through a form delivered to the release engineer, to be entered directly into a user interface provided by SOIS to track the CVD operation.
  • figure 5 schematically illustrates the PLSV-Crane distance and the PLSV-MCV distance.
  • Figure 6 schematically illustrates the hump elements of the second end CVD.
  • Figure 7 illustrates two options for MCV coupling, as provided by the method of the present invention, targeted with left or right MCV, Figures 7a and 7b.
  • CVD type ie whether the CVD type is first or second end
  • the SOIS also requests information from the following parameters of line (1):
  • the SOIS system also provides for the use of two video cameras (3) for the capture of line images (1), where these cameras (3) must have high resolution, especially in low light environments. to be resistant to the underwater environment.
  • cameras (3) should have at least the following specification: light sensitivity of at least 1.3 x 10 ⁇ 3 Lux; and field of view in water of at least 80 °.
  • Figure 8 illustrates a schematic top view of the positioning of the SOIS system cameras (3) of the present invention.
  • the cameras (3) must be fixed to an ROV (2) so that their positioning (3) cannot be changed during the entire operation. Therefore, it is recommended that they be secured in a place where they are protected from mechanical shock.
  • the distance between cameras (3) should preferably be a minimum of 1 m and a maximum of 1.5 m.
  • the cameras (3) should be positioned side by side at the same height as the ROV base (2), and the lenses (part (3) must be aligned
  • the distance described above is not restrictive, so another distance may be used as long as it is capable of data capture and structure reconstruction without damage.
  • cameras (3) are positioned at the top of the ROV (2), where positioning should ensure that other equipment (such as the ROV arm (2)) does not appear in the cameras field of view (3 ).
  • cables carrying video signals from cameras (3) must have BNC-type connectors so that they can be connected to the capture device installed in the dedicated computer (4).
  • the SOIS described here further provides for a chamber calibration step so that the SOIS can estimate the radius of curvature of the marked region of a flexible line (1).
  • the calibration procedure consists of capturing images of a calibration standard using SOIS software in which a series of recommendations must be followed.
  • a calibration standard For calibration, a calibration standard must be constructed as shown in Figure 9. The construction of this standard can be divided into two parts: assembly of the structure; and printing and applying the calibration standard drawings (10).
  • Drawings (10) are provided in print-ready digital format. It is also recommended that drawings (10) be made in specialized printers using matte vinyl adhesive [0104] Adhesives should be applied after drilling the plate (100) and before placing it on the structure. Adhesives should be applied to the flat plate (100) of the pattern carefully so as not to create bubbles, not to wrinkle the design, nor to damage the design, which may impair camera calibration (3).
  • the SOIS tool provides real-time support for CVD operation by calculating the radius of curvature and other quantities of interest to the launch engineer during installation.
  • Figure 10a illustrates a flow diagram of the SOIS of the present invention.
  • Figure 10b illustrates the detail of the 3D reconstruction of a line (1 according to the SOIS method of the present invention.
  • SOIS basically comprises the steps of: image capture; calibration; computer vision for 3D reconstruction; and physical simulation.
  • Image capture is achieved through the two cameras (3) positioned on the ROV (2) as shown above.
  • the intrinsic and extrinsic calibrations of the cameras (3) are obtained on board before the ROV descent (2).
  • Features of the flexible line (1) and the accessories used, such as handles (71) and floats (7) are also provided.
  • the video capture module receives images from the stereo array of calibrated cameras (3). For each frame of a camera (3) there is the equivalent in the other and both are processed and sent to the next Computational Vision module.
  • the Computer Vision module is responsible for making the 3D reconstruction of the sampled points of flexible line (1) (centolds of line markings (1)). It receives as input the capture module frame pairs and the calibration of the two cameras (3), so that it can extract metric information from the wire points (triangulation).
  • Figure 11 schematically illustrates the actuation of the 3D reconstruction module from the points on each frame of the cameras (3) according to one embodiment of the present invention.
  • line (1) can be reconstructed in 3D through four main stages, image processing, flexible line point detection (1) in each frame of each camera (3), matching ( correspondence) between the points obtained in each camera frame (3), and triangulation to obtain the 3D position of the points identified in line (1).
  • the physical simulation module receives the reconstructed 3D points as input and simulates the static equilibrium of these points using the description of the operation scenario to obtain, in real time, the radius and curvature estimation at each detected point of the (1) Flexible line.
  • the physical simulation module performs the adjustment to a particle system ⁇ p £ ⁇ , which fits each particle to the reconstructed 3D points ⁇ x ; - ⁇ in the condition of the vertical MCV, prior to its coupling to the subsea equipment.
  • the flexible line (1) is modeled by a set of particles where tensile forces, momentum and gravity acting on them are balanced.
  • the solution of this particle system is obtained by imposing as boundary conditions the 3D position of the reconstructed 3D points ⁇ c ; ⁇ ⁇ .
  • the convergence of the particle system one can then calculate several physical quantities inherent to the current state of the reconstructed duct, such as radius of curvature, forces and moments.
  • Figure 12 schematically illustrates the iterative process of adjusting the particle system (p, to the reconstructed 3D points used in the physical simulation of the static equilibrium of the SOIS.
  • the particle system of physical simulation is represented by the set of its points ⁇ p.
  • the ⁇ x j ⁇ set represents the reconstructed 3D points.
  • the equations of static equilibrium, defined as E, to be respected by each particle are given by the equation: E ( ⁇ pi ⁇ , h) 0,
  • Such equations consist of the sum of the forces acting on each particle, such as traction, cutting, gravity, friction, normal, among others. These forces are given both as a function of particle position (p) and as a function of equipment physical properties such as axial stiffness, flexural and mass. These properties are represented by the vector h and are constant during the execution of the SOIS method.
  • the particle set of the finite element system forms a discrete C curve and the curve fit can be defined as:
  • Figure 13 illustrates the adjustment of the interpolated curve by the ⁇ p ⁇ particle system according to the SOIS method.
  • T j is the unit vector tangent to the curve at point p 3 ⁇ 4 as shown in figure 14.
  • Figure 14 shows the interpolated curve approximation of the particle system £ ⁇ p ⁇ , as described above.
  • the invention solves the problem of the state of the art. namely, it provides a support tool for the operation of subsea installations that allows to accurately estimate the forces on a MCV and the radius of curvature of the line (1) during all stages of a CVD operation.

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Abstract

A presente invenção provê um sistema e um método de suporte a operação de instalações submarinas para reconstrução 3D de linhas (1) flexíveis durante uma operação de conexão vertical direta compreendendo as etapas de pintar a linha (1) flexível com um padrão regular específico, e realizar uma reconstrução 3D dos pontos amostrados da linha (1) flexível para obtenção do raio de curvatura da linha (1) flexível, em que a reconstrução 3D compreende as etapas de: capturar imagens da linha (1) flexível durante a operação de conexão vertical direta; enviar as imagens capturadas imagens a um computador dedicado (4); e processar as imagens capturas gerando uma informação de raio de curvatura, em que o método compreende inicialmente pelo menos uma das seguintes etapas: pintar a vértebra (6) com padrão regular específico; pintar alças (71) de flutuadores (7) com padrão regular específico; e pintar alças (71) da corcova, no caso de operação de CVD de segunda extremidade.

Description

“SISTEMA E MÉTODO DE SUPORTE A OPERAÇÃO DE INSTALAÇÕES SUBMARINAS PARA RECONSTRUÇÃO 3D DE LINHAS FLEXÍVEIS DURANTE UMA OPERAÇÃO DE CONEXÃO VERTICAL DIRETA”
CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção está relacionada à área de projetos de Engenharia Submarina para suporte à Interligação de linhas flexíveis de óleo e gás entre poços e plataformas em águas profundas. Mais particularmente, a invenção está relacionada a operações de Conexão Vertical Direta (CVD) desenvolvidas pela própria requerente. Assim, a invenção trata de uma metodologia e uma ferramenta para o monitoramento, em tempo real, do raio de curvatura da linha flexível durante operações de CVD de forma a aumentar a segurança e a eficiência operacional dessas operações. FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
[002] Durante uma operação de Conexão Vertical Direta
(doravante chamada pela sigla CVD), a instalação do Módulo de Conexão Vertical (doravante chamado pela sigla MCV) é uma etapa complexa que pode levar dias para ser concluída. Em adição, fatores como as condições ambientais, de visibilidade e potenciais riscos à linha flexível e ao equipamento submarino podem gerar atrasos ainda maiores ao processo.
[003] Como largamente conhecido, durante uma operação de
CVD esforços são impostos ao MCV pela linha flexível. Assim, para que esta operação seja realizada de modo seguro, tanto para o equipamento quanto para a linha flexível, é necessário que os esforços no MCV e o raio de curvatura do duto estejam dentro dos limites estabelecidos pelos fabricantes durante todas as etapas da operação. [004] No entanto, a determinação dos esforços no MCV e a configuração da linha durante a instalação é complexa, pois depende das características da linha, do MCV, das condições ambientais e das características da embarcação PLSV (P/ e Laying Suport Vesseí), que faz a instalação da linha flexível.
[005] A configuração da linha flexível na operação de CVD depende da rigidez flexionai (EI) do tubo, a qual, por sua vez, é função da pressão, temperatura e dos esforços no momento da operação. Portanto, o valor real da rigidez flexionai é um parâmetro que tem que ser estimado durante a operação para se obter uma configuração e um comportamento dinâmico precisos da linha flexível durante a CVD.
[006] O raio de curvatura da linha flexível pode ser determinado pela rigidez flexionai (EI) e deve ser monitorado para evitar que ocorra a infração de seu valor mínimo, que pode acarretar em danos à linha flexível.
[007] Com o intuito de mitigar eventuais danos à linha flexível é utilizado um acessório chamado restritor de curvatura (ou vértebra) que trava no raio de curvatura mínimo admissível para a linha, evitando que esta seja flexionada em um raio menor que o permitido.
[008] Todavia, o travamento da vértebra pode causar danos a estrutura do MCV, como a quebra do goose-neck , e/ou aos equipamentos submarinos aos quais o MCV esteja conectado como o Hub da Base Adaptadora de Produção (BAR) ou o Hub do manifold submarino na extremidade de dufos (PLEM), dentre outros equipamentos.
[009] Assim, o objetivo principal da presente invenção é a obtenção de uma estimativa da curvatura da linha a partir da reconstrução 3D da geometria da linha e da simulação física do equilíbrio estático, em tempo real, durante a operação de CVD. [010] O conhecimento, em tempo real, do raio de curvatura ao longo da linha flexível, e dos esforços envolvidos durante a instalação, obtido pelo sistema ora apresentado, evita que o engenheiro de lançamento realize movimentações arriscadas que poderiam danificar a linha ou o MCV, evitando o acoplamento do MCV ao equipamento submarino em situações de risco.
[01 1] Outra aplicação possível para a presente invenção concerne seu uso em testes de qualificação de linhas flexíveis como o DÍP test (Deep Immersion Performance test ), o que permitirá uma melhor avaliação do comportamento da linha flexível durante o teste, uma vez que através da monitoração se torna possível obter com maior precisão o raio de curvatura durante o teste.
[012] De modo a solucionar parcialmente os problemas listados, já é de conhecimento do estado da técnica, o documento ‘Real Time Radius of Gurvature Measurement During DVC Operations Based on Fíexibíe Pipe 3D Reconstruction” (SANTOS, I. H. F.; VARDARO, E; GOES, E; LOPES, V.S.; VAILLANT, A.; PALMEIRO, A.; KELNER, J; CESAR, V. M.; PESSOA, S.i REIS, B. OTC 2015 - Offshore Technology Conference. Rio de Janeiro, 2015.)
[013] Tal documento versa sobre uma metodologia para ajudar um engenheiro de instalação de linhas a realizar as operações de CVD de maneira segura. Ele é baseado em um sistema de visão computacional para estimar a curvatura de linhas flexíveis durante operações de CVD, a fim de aumentar a eficiência operacional, através do uso de câmeras estéreo e alguns marcadores ao longo da linha.
[014] O sistema descrito conta com um conjunto estéreo de câmeras iowiight e um padrão intercalado de marcadores pretos e brancos pintados sobre a linha. O sistema realiza sua tarefa através de uma sequência de três fases distintas: calíbração, detecção e estimativa do raio de curvatura.
[015] A fim de detectar e reconstruir a geometria 3D de linhas flexíveis, a metodologia baseia-se em um padrão intercalado de marcas pretas e brancas, que deve cobrir toda a superfície do segmento da linha que está sendo analisado. Esse padrão permite que o sistema distinga segmentos da linha ao longo do tempo.
[016] Uma vez calibrado, o sistema tenta continuamente identificar o padrão intercalado nas imagens. O algoritmo de detecção usa restrições topoiógicas para segmentar a imagem dos melhores candidatos possíveis para as marcas brancas e, em seguida, aplica a técnica algorítmica de backtracking para escolher entre esses candidatos quais deles realmente pertencem à linha flexível.
[017] Conforme descrito neste documento, como o processo de detecção leva muito tempo para ser processado, devido à necessidade de pesquisar toda a imagem, uma abordagem diferente é usada para seguir a linha ao longo do tempo. O procedimento de rastreamento é uma técnica de maximização de energia em duas etapas, baseada no fato de que a linha se move levemente de quadro a quadro, diminuindo assim o espaço de busca para a pesquisa dos máximos no próximo quadro da imagem.
[018] Por fim, ao encontrar, em cada imagem do par de câmeras, as marcações brancas representantes dos trechos da linha sendo reconstruída, a geometria 3D do eixo médio da linha pode ser reconstruída como uma curva analítica. Esse processo é feito ajustando simultaneamente uma curva ao conjunto de pontos de cada imagem. Finalmente, uma curva catenária é ajustada à projeção do ponto 3D no plano dominante amostrado a partir da curva, a fim de avaliar a curvatura do duto. [019] No entanto, o sistema revelado pelo documento em questão não faz referência à marcação da vértebra, das alças das boias usadas nas CVDs de primeira e segunda extremidade e, em especial, as alças das corcovas da CVD de segunda extremidade
[020] Sem as referidas marcações (vértebra) o algoritmo de detecção inicialmente descrito, simplesmente não funciona, conforme foi verificado durante os testes de campo posteriormente realizados após a publicação do artigo.
[021] Também foi verificado em testes de campo que a obtenção da curvatura k a partir da curva catenária ajustada à projeção dos pontos 3D no plano perpendicular as câmeras não funciona corretamente. Isto porque à incerteza na posição dos pontos é elevada, uma vez que a resolução da aquisição é muito baixa. Cada ponto reconstruído é amostrado como o centroide da marcação do duto que é proporcional ao seu diâmetro. Assim a incerteza sobre a posição real do eixo medial do duto definido por cada centroide das regiões brancas da imagem é da ordem da metade do diâmetro do duto, que variam de 6 a 8 polegadas em geral, isto é, em torno de 10 cm.
[022] Além disso, o cálculo das derivadas primeira e segunda
(conforme a equação da curvatura k da linha definida abaixo) amplifica excessivamente a incerteza sobre o valor final da curvatura obtida por esse método.
Figure imgf000007_0001
[023] A figura 1 ilustra o comportamento do erro do raio de curvatura (RC = ) de acordo com o ruído do dado, conforme o método descrito pelo documento do estado da técnica em questão. A figura 1 a ilustra o comportamento do erro do RC de acordo com o número de pontos 3D reconstruídos.
[024] Por essa razão, o método descrito no estado da técnica se mostra carente por uma nova solução baseada na simulação física do equilíbrio estático das forças atuando sobre o sistema.
[025] Como será mais bem detalhado a seguir, a presente invenção visa a solução dos problemas do estado da técnica acima descritos de forma prática e eficiente.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[026] O objetivo da presente invenção é o de prover uma
Ferramenta de Suporte a Operação de Instalações Submarinas que possibilite estimar precisamente os esforços em um MCV e o raio de curvatura do duto durante todas as etapas de uma operação de CVD.
[027] De forma a alcançar os objetivos acima descritos, a presente invenção provê um método de suporte a operação de instalações submarinas para a obtenção do raio de curvatura (RC) através da reconstrução 3D de linhas flexíveis durante uma operação de conexão vertical direta. O método é compreendido pelas etapas de pintura da linha flexível com um padrão regular específico, realizar a reconstrução 3D dos pontos amostrados da linha flexível e por fim obter o raio de curvatura da linha flexível. A reconstrução 3D compreende as etapas de: capturar imagens da linha flexível durante a operação de CVD; enviar as imagens capturadas a um computador dedicado; processar as imagens gerando a informação de raio de curvatura (RC), Durante o processo de pintura, adicionalmente, deve- se também pintar a vértebra com um padrão regular que seja coerente com o padrão utilizado para o duto; pintar as alças dos flutuadores com padrão regular específico; e pintar as alças da corcova, no caso de operação de CVD de segunda extremidade. A presente invenção compreende ainda um sistema de suporte a operação de instalações submarinas, chamado SOIS, para obtenção do RC a partir da reconstrução 3D de linhas flexíveis durante operações de conexão vertical direta. Além disso, a presente invenção realiza a simulação física online do equilíbrio estático do duto para a obtenção do raio de curvatura (RC) da linha flexível. A simulação física compreende a avaliação do equilíbrio estático do sistema contendo: MGV (com ou sem adaptador), linha flexível e acessórios (conector e vértebra), alças de flutuadores e alças de corcova. O equilíbrio estático do sistema é realizado através da modelagem numérica de todas as partes acima mencionadas de maneira discreta considerando os pontos obtidos da reconstrução 3D e todos os esforços envolvidos em tempo real. As posições dos pontos obtidos da reconstrução 3D são usadas como restrições usadas no processo de otimização executado pela simulação física, executada de forma otimizada em GPU.
BREVE DESCRIGÂQ DAS FIGURAS
[028] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas e seus respectivos números de referência.
[029] A figura 1 ilustra o comportamento do erro do RC de acordo com o ruído do dado, conforme método de Suporte a Operação de Instalações Submarinas descrito pelo estado da técnica.
[030] A figura 1a ilustra o comportamento do erro médio percentual do RC em relação ao valor real, de acordo com o número de pontos 3D reconstruídos, conforme método de Suporte a Operação de Instalações Submarinas descrito pelo estado da técnica.
[031] A figura 2 ilustra uma visão geral do sistema SOIS, de acordo com uma configuração preferencial da presente invenção.
[032] A figura 3a ilustra uma configuração opcional do padrão regular especifico adotado para marcar a linha flexível.
[033] A figura 3b ilustra uma configuração opcional do padrão regular especifico adotado para marcar a vértebra de forma compatível a marcação da linha flexível.
[034] As figuras 4a e 4b ilustram duas configurações opcionais para a marcação das alças de flutuadores de acordo com uma configuração da presente invenção. Observe que o objetivo é permitir a marcação precisa do primeiro flutuador enquanto que os restantes não devem ser confundidos com as marcações brancas regulares da linha flexível.
[035] A figura 5 ilustra esquematicamente a distância PLSV-
Guindaste e a Distância PLSV-MGV.
[036] A figura 6 ilustra esquematicamente os elementos da corcova da CVD de segunda extremidade.
[037] A figura 7 ilustra duas opções para o acoplamento do
MOV, conforme previsto pelo método da presente invenção.
[038] A figura 8 ilustra uma vista esquemática do posicionamento das câmeras do sistema SOIS da presente invenção.
[039] A figura 9 ilustra uma vista do padrão de calibração conforme previsto pela presente invenção.
[040] A figura 10a ilustra um fluxograma do método SOIS da presente invenção.
[041] A figura 10b ilustra o detalhamento da reconstrução 3D de uma linha de acordo com o método SOIS da presente invenção.
[042] A figura 11 ilustra esquematicamente a atuação do módulo de reconstrução 3D a partir dos pontos em cada frame das câmeras, de acordo com uma configuração da presente invenção.
[043] A figura 12 ilustra esquematicamente o processo iterativo de ajuste do sistema de partículas (p L}, aos pontos 3D reconstruídos utilizado na simulação física do equilíbrio estático do SOIS.
[044] A figura 13 ilustra o cálculo da distância entre o ponto
3D reconstruído {x;-} e o ponto da curva interpolada C({p ) pelo sistema de partículas (p L}, de acordo com o método otimização utilizado na simulação física do equilíbrio estático do SOIS.
[045] A figura 14 ilustra a aproximação adotada para o cálculo da distância da curva interpolada C({p ) pelo sistema de partículas (Pi) usando o vetor tangente a curva interpolada como previsto pela presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[046] Preliminarmente, ressalta-se que a descrição que se segue partirá de uma concretização preferencial da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essa concretização particular.
[047] A presente invenção visa apoiar o processo de instalação do Módulo de Conexão Vertical (MCV) durante o procedimento de Conexão Vertical Direta (CVD). Para tal, a invenção provê uma metodologia para permitir o Suporte a Operação de Instalações Submarinas (SOIS) que será detalbadamente descrito nos parágrafos seguintes.
[048] Apenas a título de informação, ressalta-se que o termo
“Suporte a Operação de Instalações Submarinas” será substituído, no presente relatório, pela sigla SOIS. Essa escolha se dá com o intuito de simplificar a descrição, de modo que isso certamente não afetará o entendimento da invenção.
[049] Em adição, alguns termos recorrentemente utilizados no presente relatório serão apresentados a seguir de modo a assegurar que esses termos não causarão confusão na descrição que segue, os quais:
• Linha flexível (ou linha) - Duto flexível (como fiowline ou r/ser) que será instalado na operação de CVD;
• Vértebra - Dispositivo mecânico que atua como um batente mecânico limitando o raio de curvatura local de linhas flexíveis a um valor mínimo. Esse equipamento, por sua vez, é composto dos seguintes componentes: o Peça de adaptação - Peça bipartida que conecta o início da vértebra ao conector do MCV;
o Anéis internos - Peças bipartidas que se conectam a dois anéis externos; e
o Anéis externos - Peças bipartidas que se conectam a dois anéis internos;
• Alça de flutuador - Arranjo de cordas que amarra flutuadores à linha flexível;
• Aiça/lingada de içamento - Arranjo de cordas que são fixadas à linha flexível para auxílio da formação de corcova para operações de CVD de segunda extremidade;
• ROV - Remotely operated vehicíe, veículo submarino operado remotamente;
• CVD - Conexão vertical direta, operação que deve ser monitorada pelo SOIS: e
• Instaladora - Equipe técnica responsável por executar a operação.
[050] Conforme já mencionado, a invenção pode ser empregada em todas as operações de interligação de linhas entre poços, manifolds e Floating Production Storage and Offloading (FPSOs) com procedimentos de CVD de primeira e segunda extremidade. Além disso, as operações de DIP Test também poderão ser acompanhadas usando a metodologia SOIS.
[051] A figura 2 ilustra uma visão geral do sistema SOIS, de acordo com uma configuração preferencial da presente invenção, no entanto, a invenção não está limitada a essa concretização particular. Observa-se que o sistema SOIS é composto basicamente por: hardware (câmeras (3), computador dedicado (4) e cabos para recepção dos sinais de vídeo do ROV), e acessórios (padrão de calibração).
[052] A metodologia descreve ainda os procedimentos operacionais a serem seguidos antes e durante a instalação do MCV. A linha (1 ) e a vértebra (6) (vide figura 3) devem ser pintadas seguindo um padrão regular específico para permitir a sua detecção sob condições de iluminação presentes no fundo do mar em profundidades de águas ultra profundas.
[053] Assim, a metodologia SOIS compreende inicialmente as etapas de: marcação (vide figura 3) da linha (1 ) flexível com um padrão regular especifico; e marcação da vértebra (6) de forma compatível com o padrão regular feito na linha (1 ). Preferencialmente, essas etapas são realizadas em uma base de apoio em terra, para diminuir o impacto a bordo, todavia, não é restrita a marcação na referida base de apoio em terra, podendo ser realizada ou reforçada a bordo da embarcação (5).
[054] Em atividade, o SOIS acompanha a operação para dar o suporte a instalação da seguinte maneira. Duas câmeras (3) de vídeo instaladas no ROV (2) fazem a captura de imagens da linha (1 ) flexível durante a CVD. Essas imagens são então enviadas ao computador dedicado (4) e são processadas pelo SOIS. Por fim, o valor de raio de curvatura é apresentado ao engenheiro de lançamento em tempo real, vide figura 2.
[055] Na configuração preferencial da invenção, o padrão regular especifico adotado compreende faixas pretas e brancas alternadas. A figura 3a ilustra uma configuração opcional do padrão regular especifico adotado para marcar a linha (1 ) flexível. A figura 3b ilustra uma configuração opcional do padrão regular especifico adotado para marcar a vértebra (6) de forma coerente a marcação da linha (1 ).
[056] A marcação a ser aplicada na linha (1 ) flexível é uma sequência intercalada e regular de regiões brancas e pretas, conforme indicado na Figura 3a, em que uma série de requisitos podem ser adotados.
[057] A marcação deve ser realizada com tinta fosca (sem brilho) nas cores branca e preta, em que o comprimento de uma região branca deve ser igual ao diâmetro (d) externo da linha (1 ), e o comprimento de uma região preta deve ser igual à metade do diâmetro (d/2) externo da linha (1 ). A marcação não se restringe ao uso das cores branca e preta ou aos comprimentos acima descritos, podendo ser utilizada outra combinação de cores e comprimentos pintados que sejam capazes de permitir a captura dos dados e a reconstrução da estrutura sem prejuízos.
[058] Opcionalmente, a marcação deve ser realizada nos primeiros 50 metros da linha (1 ). Caso a linha (1 ) tenha que ser pintada ou retocada a bordo, o trecho sob a vértebra (8), na situação comprimida, não necessita ser pintado ou retocado.
[059] Em uma configuração ideal da presente invenção, a marcação da linha (1 ) flexível é de responsabilidade da instaladora, com a supervisão de um fiscal a bordo do navio de instalação (5). Idealmente a linha (1 ) flexível deve ser marcada antes de ser embarcada, cabendo à instaladora a realização da marcação final da linha (1 ) seguindo as recomendações apresentadas.
[060] Com relação à marcação das vértebras (6), é preferível obter um padrão intercalado de regiões brancas e pretas similar àquele obtido na marcação da linha (1 ), como ilustrado na figura 3b.
[061] Também para a vértebra (6), a marcação deve ser realizada com tinta fosca (sem brilho) nas cores branca e preta e adicionalmente, com fita fosca na cor preta. A marcação não se restringe ao uso das cores branca e preta acima descritas, podendo ser utilizada outra combinação de cores que seja capaz de permitir a captura dos dados e a reconstrução da estrutura sem prejuízos.
[062] Em adição, os anéis internos (61 ) são pintados na cor branca, os anéis externos (62) são pintados na cor preta, a peça de adaptação é pintada na cor branca. Após a instalação dos anéis externos (62), os mesmos devem ser envolvidos com fita preta de modo a esconder os ânodos. A cor da fita não é restrita a cor preta, mas deve seguir a coloração dos anéis externos (62).
[063] Preferencialmente, a marcação da vértebra (6) também é de responsabilidade da instaladora com a supervisão de um fiscal a bordo do navio de instalação (5).
[064] Idealmente, a vértebra (6) deve ser pintada antes de ser embarcada. Cabendo a instaladora a realização da marcação final da vértebra (6) seguindo as recomendações apresentadas.
[065] Para estimar a curvatura e proporcionar uma estimativa mais precisa, a metodologia SOIS da invenção também propõe opcionalmente a identificação dos pontos de fixação dos flutuadores (7) à linha (1 ) flexível. Para isso, as alças (71 ) dos flutuadores (7) devem ser marcadas.
[066] Assim, as figuras 4a e 4b ilustram duas configurações opcionais para a marcação das alças (71 ) de flutuador de acordo com a presente invenção.
[067] De acordo com a presente invenção, as alças (71 ) dos flutuadores (7) devem ser marcadas com fita fosca (sem brilho) nas cores branca e preta, em que a marcação da alça (71 ) do primeiro flutuador (posicionado mais próximo ao MCV) é diferente da marcação das alças (71 ) dos demais flutuadores (7). Do mesmo modo que a marcação da linha (1 ) flexível e da vértebra (6), a marcação não se restringe ao uso das cores branca e preta acima descritas, podendo ser utilizada outra combinação de cores que seja capaz de permitir a captura dos dados e a reconstrução da estrutura sem prejuízos.
[068] Assim, na alça (71 ) do primeiro flutuador, um trecho da alça (71 ) mais próximo da linha (1 ) é marcado com fita preta e o restante marcado com fita branca.
[069] Preferencialmente, os 25cm iniciais da alça (71 )
(partindo da linha (1 ) para o flutuador) devem ser marcados com fita preta. Após os 25cm iniciais, a alça (71 ) deve ser marcada com fita branca por 1 ,5m ou até alcançar o flutuador.
[070] Nos demais flutuadores (7), as alças (71 ) devem ser marcadas com fita preta nos 2m mais próximos da linha (1 ), ou em toda o comprimento da alça (71 ).
[071] Na marcação de todas as alças (71 ), a parte que fica enrolada em uma dada região da linha (1 ) ou da vértebra (6) deve ser marcada de forma que não atrapalhe o reconhecimento das regiões da linha (1 ). Em outras palavras, se a alça (71 ) estiver enrolada em uma região preta, a parte enrolada da alça (71 ) deve ser coberta com fita preta. Caso contrário, se a alça (71 ) estiver enrolada em uma região branca, a parte enrolada deve ser coberta também com fita branca conforme ilustra a figura 4b.
[072] A marcação das alças (71 ) dos flutuadores (7) também deve ser de responsabilidade da instaladora, com a supervisão de um fiscal a bordo do navio de instalação (5).
[073] No caso de operações de CVD de segunda extremidade as alças de içamento (91 ) e (92) para formação da corcova devem ser marcadas com fita preta nos 2m mais próximos da linha (1 ), ou em todo o comprimento das alças de içamento (91 ) e (92).
[074] Na marcação das alças de içamento (91 ) e (92), a parte da alça que fica enrolada em uma dada região da linha (1 ) ou da vértebra (6) deve ser marcada de forma que não atrapalhe o reconhecimento das regiões da linha, de maneira similar à marcação das alças de flutuadores, isto é, com a mesma cor daquela região. Em outras palavras, se a alça de içamento (91 ) e (92) estiver enrolada em uma região preta, a parte enrolada da alça de içamento (91 ) e (92) deve ser coberta com fita preta. Caso contrário, se a alça de içamento (91 ) e (92) estiver enrolada em uma região branca, a parte enrolada deve ser coberta com fita branca.
[075] A marcação das alças de içamento (91 ) e (92) da linha
(1 ) também deve ser de responsabilidade da instaladora, com a supervisão de um fiscal a bordo do navio de instalação (5).
[076] Para que seja executado, o SOIS requer que algumas informações sobre a operação de CVD sejam fornecidas, como características físicas de equipamentos como a linha (1 ) flexível, os flutuadores (7), a vértebra (6) e o MCV. Essas informações, que serão apresentadas em detalhes a seguir, podem ser fornecidas em momentos distintos da execução do SOIS, como ficará evidente com a descrição que se segue. [077] Ainda, a maioria das informações pode ser fornecida pela equipe de terra que realiza o estudo da configuração de CVD antes da operação. Essas informações podem ser fornecidas através de um formulário entregue ao engenheiro de lançamento, para serem inseridas diretamente em uma interface com o usuário disponibilizada pelo SOIS para acompanhar a operação de CVD.
[078] Outras informações só podem ser obtidas pelo engenheiro de lançamento momentos antes ou durante a operação de CVD. O fornecimento das informações da CVD é de responsabilidade da instaladora com a supervisão de um fiscal a bordo do navio de instalação (5).
[079] Os parâmetros a serem informados são esquematicamente ilustrados nas figuras 5, 6 e 7, em que, a figura 5 ilustra esquematicamente a distância PLSV-Guindaste e a Distância PLSV-MCV. A figura 6 ilustra esquematicamente os elementos da corcova da CVD de segunda extremidade. A figura 7 ilustra duas opções para o acoplamento do MCV, conforme previsto pelo método da presente invenção, visada com MCV à esquerda ou à direita, figuras 7a e 7b.
[080] Portanto, de um modo geral, o SOIS requisita a informação dos seguintes parâmetros gerais:
• tipo de CVD, ou seja, se o tipo da CVD é de primeira ou de segunda extremidade;
• valor da lâmina d água, ou seja, a distância entre o solo marinho e a superfície (informar apenas se for uma CVD de primeira extremidade);
• distância PLSV-MCV, ou seja, a distância horizontal entre a extremidade da linha (1 ) no PLSV (5) e o olhai do MCV, como Ilustrado na Figura 5. Esse dado é obtido tírando-se uma fixa do MCV com o ROV (2) (informar apenas se for uma CVD de primeira extremidade);
• distância PLSV-Guindaste, ou seja, a distância borizontaí entre a extremidade da linha (1 ) no PLSV (5) e o guindaste (8), como ilustrado na Figura 5. Esse dado deve ser calculado com base no posicionamento do guindaste (8) em relação ao PLSV (5) (informar apenas se for uma GVD de primeira extremidade);
• comprimento da primeira alça de içamento (910) da corcova (informar apenas se for uma CVD de segunda extremidade);
• comprimen da segunda alça de içamento (920) da corcova (informar apenas se for uma CVD de segunda extremidade);
• posição, ao longo da linha, da primeira alça de içamento (91 ), ou seja, o comprimento entre o fiange (9) do MCV até a primeira alça de içamento (91 ) da corcova (informar apenas se for uma CVD de segunda extremidade);
• posição, ao longo da linha, da segunda alça de içamento (92), ou seja, o comprimento do fiange (9) do MCV até a segunda alça de içamento (92) da corcova (informar apenas se for uma CVD de segunda extremidade); e
• lado do acoplamento na imagem, ou seja, informar “Esquerdo” se o MCV aparecer à esquerda da outra extremidade da linha (1 ) na imagem das câmeras (3) (Figura 7a), caso contrário, informar “Direito” (Figura 7b).
[081] Adidonaimente, o SOIS requisita também a informação os seguintes parâmetros da linha (1 ):
• valor do raio de curvatura mínimo (MBR) que a linha (1 ) pode atingir durante a operação;
valor da rigidez flexionai (EI = RCtravament0 x
M travamento )> em que 0 raio de curvatura de travamento da vértebra (6) RCtravament0 (ou o raio mínimo da linha (1 ), caso não seja utilizada uma vértebra (6)) é igual ao inverso da curvatura de travamento, i.e, 1 jktravament0, e o fator Mtravamentoé o momento correspondente ao raio de curvatura de travamento, que é obtido a partir da curva de histerese fornecida pelo fabricante do equipamento;
• rigidez axial da linha (1 ) (EA); e
• peso linear líquido da linha (1 ) quando submersa em água do mar (i.e., deve-se considerar se a linha (1 ) está cheia de água do mar ou vazia).
[082] Também devem ser fornecidos ao SOIS os seguintes parâmetros da vértebra (6):
• se a linha (1 ) é instalada com vértebra (6) ou não, em que, caso a linha (1 ) não seja instalada com vértebra (6), os demais campos relacionados à vértebra (6) não devem ser preenchidos;
• valor do raio de travamento da vértebra (6) (MBR);
• comprimento máximo da vértebra (6) instalada na linha
(1 ); e
Figure imgf000021_0001
peso líquido da vértebra (6) quando submersa em água do mar.
[083] O SOIS também precisa dos seguintes parâmetros do adaptador:
• se um adaptador é usado para conectar a linha (1 ) ao MCV ou não, em que, caso o adaptador não seja utilizado, os demais campos relacionados ao adaptador não devem ser informados;
• comprimento do adaptador;
• peso líquido do adaptador quando submerso em água do mar (i.e., deve-se considerar se o adaptador está cheio de água do mar ou vazio).
[084] Os seguintes parâmetros do conector também devem ser fornecidos ao SOIS:
• comprimento do conector; e
• peso líquido do conector quando submerso em água do mar (i.e., deve-se considerar se o conector está cheio de água do mar ou vazio).
[085] Os seguintes parâmetros do MCV (quando necessário):
• menor ângulo que o gooseneck forma com o eixo vertical do MCV;
• distância vertical do flange (9) do MCV ao solo marinho;
• distância vertical do olhai ao flange (9);
• distância horizontal do olhai ao flange (9);
• distância vertical do flange (9) ao centro de gravidade;
• distância horizontal do flange (9) ao centro de gravidade;
• distância vertical do flange (9) à base do MCV; • distância horizontal do flange (9) ao centro do hub no MCV; e
• peso MCV quando submerso.
[086] Por fim, o método SOIS os seguintes parâmetros dos flutuadores (7) devem ser informados:
• distância entre o flange (9) do MCV e o ponto em que o flutuador (7) está fixado; e
• o empuxo líquido do flutuador (7).
[087] O sistema SOIS ainda prevê a utilização de duas câmeras (3) de vídeo para a captura das imagens da linha (1 ), em que essas câmeras (3) devem ter alta resolução, em especial em ambientes com baixa luminosidade, além de serem resistentes ao ambiente submarino.
[088] Preferencialmente, as câmeras (3) devem possuir no mínimo a seguinte especificação: sensibilidade à luz de pelo menos 1.3 x 10~3Lux; e campo de visão ( field of view) dentro d’água de no mínimo 80°.
[089] A figura 8 ilustra uma vista esquemática de topo do posicionamento das câmeras (3) do sistema SOIS da presente invenção.
[090] As câmeras (3) devem ser fixadas em um ROV (2) de forma que o posicionamento das mesmas (3) não possa ser alterado durante toda a operação. Dessa maneira, é recomendado que elas sejam fixadas em um local onde fiquem protegidas de choques mecânicos.
[091] A distância entre as câmeras (3) (DEC) deve ser, preferencialmente, de no mínimo 1 m e de no máximo 1 ,5 m. As câmeras (3) devem ser posicionadas uma ao lado da outra e na mesma altura em relação à base do ROV (2), e as lentes (parte frontal) das câmeras (3) devem estar alinhadas A distância acima descrita não é restritiva, dessa maneira, outra distância poderá ser utilizada desde que seja capaz de permitir a captura dos dados e a reconstrução da estrutura sem prejuízos.
[092] Adicionalmente, os eixos de simetria das câmeras (3)
(eixos Z) devem estar paralelos, e as câmeras (3) devem ser posicionadas no ROV (2) de forma que o padrão de calibração seja corretamente visualizado durante o procedimento de calibração.
[093] Preferencialmente, as câmeras (3) são posicionadas na parte superior do ROV (2), em que o posicionamento deve garantir que outros equipamentos (como o braço do ROV (2)) não apareçam no campo de visão das câmeras (3).
[094] Para a transmissão do sinal de vídeo do ROV (2) até o computador dedicado (4) é prevista uma conexão direta que transmita o sinal de vídeo das câmeras (3) do ROV (2) ao computador dedicado (4) do SOIS no barco. Os equipamentos utilizados (conectores e cabos) e o meio de transporte do sinal (elétrico ou óptico) serão de responsabilidade da instaladora.
[095] Opcionalmente, os cabos que transportam os sinais de vídeo das câmeras (3) devem possuir conectores do tipo BNC, para que possam ser conectados ao dispositivo de captura instalado no computador dedicado (4).
[096] O SOIS, ora descrito, ainda prevê uma etapa de calibração das câmaras para que o SOIS possa estimar o raio de curvatura da região marcada de uma linha (1 ) flexível. O procedimento de calibração consiste em capturar imagens de um padrão de calibração utilizando o software do SOIS em que uma série de recomendações deve ser obedecida.
[097] É importante que o procedimento seja realizado com as cãmeras (3) fixadas ao ROV (2).
[098] O procedimento de calibração deve ser realizado sempre que qualquer uma das seguintes ocasiões ocorra:
• quando uma ou mais câmeras (3) de vídeo forem instaladas ou reinstaladas no suporte do ROV (2);
• quando for constatado que uma ou mais câmeras (3) de vídeo tiveram suas fixações alteradas por qualquer razão;
• e/ou quando for constatado que uma ou mais câmeras (3) de vídeo sofreram choques
[099] Também é recomendado realizar a calibração logo antes do ROV (2) mergulhar para fazer a operação de CVD.
[0100] Para a calibração, é preciso construir um padrão de calibração, como o ilustrado na figura 9. A construção desse padrão pode ser dividida em duas partes: montagem da estrutura; e impressão e aplicação dos desenhos do padrão de calibração (10).
[0101] A fabricação da estrutura é realizada com perfis estruturais de alumínio e chapas (100) lisas de alumínio para formar as superfícies de fixação dos desenhos, em que a distância entre as chapas (100) (centro à centro) deve ser igual à DEC (distância entre câmeras (3)) com pequena tolerância máxima de 5 cm
[0102] Os desenhos (10) devem ser aplicados cada um em uma extremidade do padrão de calibração de forma que as setas apontem na mesma direção e fiquem localizadas nos extremos do padrão
[0103] Os desenhos (10) são fornecidos em formato digital prontos para impressão. Também é recomendado que os desenhos (10) sejam confeccionados em gráficas especializadas, utilizando adesivo vinil fosco [0104] Os adesivos devem ser aplicados após a furação da chapa (100) e antes de sua colocação na estrutura. A aplicação dos adesivos sobre a chapa (100) lisa do padrão deve ser realizada cuidadosamente para não criar bolhas, para não deixar o desenho enrugado, nem danificar o desenho, que pode prejudicar a calibração das câmeras (3).
[0105] Após a aplicação dos adesivos no suporte, é recomendado o uso de verniz fosco em spray sobre o desenho. O verniz diminui a interferência da iluminação ambiente na captura das imagens do padrão.
[0106] Assim, a ferramenta SOIS fornece, em tempo real, apoio a operação de CVD através do cálculo do raio de curvatura e de outras grandezas de interesse para o engenheiro de lançamento durante a instalação.
[0107] A figura 10a ilustra um fluxograma do SOIS da presente invenção. A figura 10b ilustra o detalhamento da reconstrução 3D de uma linha (1
Figure imgf000025_0001
de acordo com o método SOIS da presente invenção.
[0108] Como pode ser observado, o SOIS compreende basicamente as etapas de: captura de imagens; calibração; visão computacional para reconstrução 3D; e simulação física.
[0109] A captura das imagens é obtida através das duas câmeras (3) posicionados no ROV (2), como apresentado anteriormente. As calibrações intrínsecas e extrínsecas das câmeras (3) são obtidas a bordo antes da descida do ROV (2). Características da linha (1 ) flexível e dos acessórios utilizados, como alças (71 ) e flutuadores (7) também são fornecidas. Ao final são obtidas informações sobre posição, geometria, curvatura e movimento vertical ao longo da linha (1 ) e outras informações de interesse para o engenheiro de lançamento responsável pela operação de CVD. [01 10] O módulo de captura de vídeo recebe as imagens vindas do arranjo estéreo de câmeras (3) calibradas. Para cada quadro de uma câmera (3) existe o equivalente na outra e ambos são processados e enviados para o próximo módulo de Visão Computacional.
[01 1 1] O módulo de Visão Computacional é responsável por fazer a reconstrução 3D dos pontos amostrados da linha (1 ) flexível (centroldes das marcações da linha (1 )). Ele recebe como entrada os pares de quadros do módulo de captura e a calibração das duas câmeras (3), para que possa extrair informações métricas dos pontos dos trames (triangulação). A figura 1 1 ilustra esquematicamente a atuação do módulo de reconstrução 3D a partir dos pontos em cada quadro das câmeras (3), de acordo com uma configuração da presente invenção.
[01 12] A partir dessas entradas, a linha (1 ) pode ser reconstruída em 3D através de quatro estágios principais, processamento de imagem, detecção dos pontos da linha (1 ) flexível em cada frame de cada câmera (3), matching (correspondência) entre os pontos obtidos em cada quadro das câmeras (3), e triangulação para a obtenção da posição em 3D dos pontos identificados na linha (1 ).
[01 13] No estágio de processamento de imagem são removidas as distorções dos quadros causadas pelas lentes das câmeras (3) e são passados filtros para a remoção de ruídos. Em seguida, no estágio de detecção, as imagens são binarizadas para se identificar os pontos candidatos a serem identificados. No estágio de matching são encontradas correspondências entre os pontos em um quadro com pontos do quadroequivalente da outra câmera (3) usando as informações da Calibração. O estágio de triangulação recebe essas correspondências e as informações da Calibração sobre a distância e rotação entre as câmeras (3) para fazer a reconstrução 3D da linha (1 ) flexível.
[01 14] Uma vez feita a reconstrução, ela é enviada para a simulação física e o módulo de visão computacional repete esse processamento continuamente recebendo os próximos quadros como entrada.
[01 15] O módulo de simulação física recebe como entrada os pontos 3D reconstruídos e faz a simulação do equilíbrio estático destes pontos usando a descrição do cenário da operação para obter, em tempo real, a estimativa do raio e curvatura em cada ponto detectado da linha (1 ) flexível.
[01 16] O módulo de simulação física realiza o ajuste a um sistema de partículas {p£}, que ajusta cada partícula aos pontos 3D reconstruídos {x;-} na condição do MCV verticalizado, situação anterior ao seu acoplamento ao equipamento submarino.
[01 17] Nesta ocasião, a linha (1 ) flexível é modelada por um conjunto de partículas onde forças de tração, momento e gravidade que atuam sobre elas são equilibradas. A solução desse sistema de partículas é obtida impondo como condições de contorno a posição 3D dos pontos 3D reconstruídos {c}. Após a convergência do sistema de partículas pode-se então calcular diversas grandezas físicas inerentes ao estado atual do duto reconstruído, como raio de curvatura, forças e momentos.
[01 18] A figura 12 ilustra esquematicamente o processo iterativo de ajuste do sistema de partículas (p , aos pontos 3D reconstruídos utilizado na simulação física do equilíbrio estático do SOIS. [01 19] O sistema de partículas da simulação física é representado pelo conjunto de seus pontos {p . O conjunto {xj} representa os pontos 3D reconstruídos. As equações de equilíbrio estático, definido como E, a serem respeitadas por cada partícula é dada pela equação: E({pi}, h) 0,
[0120] Tais equações consistem no somatório das forças que agem sobre cada partícula, como tração, cortante, gravidade, atrito, normal, dentre outras. Essas forças são dadas tanto em função da posição das partículas {p como também em função de propriedades físicas do equipamento como rigidez axial, flexionai e massa. Essas propriedades são representadas pelo vetor h e são constantes durante a execução do método SOIS.
[0121 ] O conjunto de partículas do sistema de elementos finitos formam uma curva discreta C e o ajuste de curva pode ser definido como:
Figure imgf000028_0001
[0122] A figura 13 ilustra o ajuste da curva interpolada pelo sistema de partículas {p }, de acordo com o método SOIS.
[0123] Por se tratar de uma curva discreta, a distância d entre ponto e curva não é trivial, de forma que foi adotada a seguinte aproximação que consiste na distância entre o ponto e a tangente da curva em uma dado ponto da curva:
dT(x,, p,) = (xj ~ Pi) t, (x, - Pl),
onde Tj é o vetor unitário tangente à curva no ponto p¾ conforme figura 14.
[0124] A figura 14 ilustra a aproximação da curva interpolada pelo sistema de partículas {p£}, como descrito acima.
[0125] A partir do exposto no presente relatório, fica ciam, portanto, que a invenção soluciona o problema do estado da técnica que se propõe, a saber, provê uma ferramenta de suporte a operação de instalações submarinas que possibilita estimar precisamente os esforços em um MCV e o raio de curvatura da linha (1 ) durante todas as etapas de uma operação de CVD.
[0126] Inúmeras variações incidindo no escopo de proteção do presente pedido são permitidas. Dessa forma, reforça-se o fato de que a presente invenção não está limitada às configurações/ concretizações particulares acima descritas.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1 . Método de suporte a operação de instalações submarinas para reconstrução 3D de linhas (1 ) flexíveis durante uma operação de conexão vertical direta compreendendo as seguintes etapas: pintura da linha (1 ) flexível e outras artefatos da operação com um padrão regular específico, e realizar uma reconstrução 3D dos pontos 3D amostrados da linha (1 ) para obtenção do raio de curvatura RC ao longo da linha (1 ) flexível, o método sendo caracterizado pela pintura compreender as seguintes etapas
• pintar a linha flexível com padrão regular específico;
• pintar a vértebra (6) com padrão compatível com o da linha flexível;
• pintar as alças (71 ) de flutuadores (7) com padrão regular específico; e
• pintar as alças de içamento (91 ) e (92) da corcova, no caso de operação de CVD de segunda extremidade; e a reconstrução 3D compreender as etapas de:
• capturar imagens da linha (1 ) flexível durante a operação de conexão vertical direta;
• enviar as imagens capturadas a um computador dedicado (4); e
• processar as imagens capturadas gerando uma informação de raio de curvatura.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por padrão regular especifico que compreende uma sequência intercalada e regular de regiões brancas e pretas, e que a marcação é realizada com tinta fosca, e o comprimento de uma região branca é igual ao diâmetro (d) externo da linha (1 ), e o comprimento de uma região preta é igual à metade do diâmetro (d/2) externo da linha (1 ).
3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a marcação na vértebra (6) compreender: os anéis internos (61 ) serem pintados na cor branca; os anéis externos (62) serem pintados na cor preta; e a peça de adaptação ser pintada na cor branca, em que os anéis externos (62) serem envolvidos com fita preta de modo a esconder os ânodos.
4. Método, de acordo com a reivindicação 2 e 3, caracterizado por alças (71 ) dos flutuadores (7) serem marcadas com fita fosca nas cores branca e preta, em que a marcação da alça (71 ) de um primeiro flutuador (7) compreende um trecho da alça (71 ) mais próximo da linha (1 ) marcado com fita preta e o restante marcado com fita branca, e, nos demais flutuadores (7), as alças (71 ) serem marcadas com fita preta,
• em que a parte da alça (71 ) enrolada em uma dada região da linha (1 ) ou da vértebra (6) ser marcada de forma adequada a não atrapalhar o reconhecimento das marcações brancas da linha conforme descrito anteriormente; e
por alças de içamento (91 ) e (92) serem marcadas com fita fosca pretas,
• em que a parte da alça de içamento (91 ) e (92) enroladas em uma dada região da linha (1 ) deve ser marcada forma adequada a não atrapalhar o reconhecimento das marcações brancas da linha conforme descrito anteriormente.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por compreender a etapa de informar pelo menos um dos seguintes parâmetros ao computador dedicado (4): o tipo de CVD; o valor da lâmina d’água; a distância PLSV-MCV; a distância PLSV- Guindaste; o comprimento da primeira alça de içamento (91 ); o comprimento da segunda alça de içamento (92); a posição (910) da primeira alça de içamento (91 ); a posição (920) da segunda alça de içamento (91 ); e o lado do acoplamento na imagem.
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por compreender a etapa de informar pelo menos um dos seguintes parâmetros da linha (1 ) ao computador dedicado (4): o valor do raio de curvatura mínimo (MBR) que a linha (1 ) pode atingir durante a operação; o valor da rigidez flexionai; o valor da rigidez axial da linha (1 ) (EA); e o valor do peso linear líquido da linha (1 ) quando submersa em água do mar.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por compreender a etapa de informar pelo menos um dos seguintes parâmetros da vértebra (6) ao computador dedicado (4): se a linha (1 ) é instalada com vértebra (6) ou não; o valor do raio de travamento da vértebra (6) (MBR); o comprimento máximo da vértebra (6) instalada na linha (1 ); e o peso líquido da vértebra (6) quando submersa em água do mar.
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por compreender a etapa de informar pelo menos um dos seguintes parâmetros do adaptador ao computador dedicado (4): se um adaptador é usado para conectar a linha (1 ) ao MCV ou não; e o comprimento do adaptador; o peso líquido do adaptador quando submerso em água do mar.
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por compreender a etapa de informar pelo menos um dos seguintes parâmetros do conector ao computador dedicado (4): o comprimento do conector; e o peso líquido do conector quando submerso em água do mar.
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por compreender a etapa de informar pelo menos um dos seguintes parâmetros do MCV ao computador dedicado (4): o menor ângulo que o gooseneck forma com o eixo vertical do MCV; a distância vertical do flange (9) do MCV ao solo marinho; a distância vertical do olhai ao flange (9); a distância horizontal do olhai ao flange (9); a distância vertical do flange (9) ao centro de gravidade; a distância horizontal do flange (9) ao centro de gravidade; a distância vertical do flange (9) à base do MCV; a distância horizontal do flange (9) ao centro do hub no MCV; e o peso do MCV quando submerso em água do mar.
1 1 . Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por compreender a etapa de informar pelo menos um dos seguintes parâmetros dos flutuadores (7) ao computador dedicado (4): a distância entre o flange (9) do MCV e o ponto em que o flutuador está fixado; e o empuxo líquido do flutuador.
12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 1 1 , caracterizado por compreender uma etapa de calibração das câmaras para obtenção dos parâmetros intrínsecos e extrínsecos das câmeras (3) de vídeo em operações de CVD, em que o procedimento de calibração consiste em capturar imagens de um padrão de calibração compreendendo uma imagem previamente conhecida.
13. Sistema de suporte a operação de instalações submarinas para reconstrução 3D de linhas (1 ) flexíveis durante uma operação de conexão vertical direta compreendendo uma linha (1 ) flexível pintada com um padrão regular específico, e meios para realizar uma simulação física para obtenção do raio de curvatura da linha (1 ) flexível, em que o sistema compreende:
• meios para capturar imagens da linha (1 ) flexível durante a operação de conexão vertical direta;
• meios para enviar as imagens capturadas a um computador dedicado (4); e • meios para processar as imagens capturadas gerando uma informação de raio de curvatura,
O processo de instalação sendo caracterizado por compreender pelo menos um de:
• uma vértebra (6) pintada com um padrão regular específico;
• alças (71 ) de flutuadores (7) pintadas com um padrão regular específico; e
• alças de içamento (91 ) e (92) da corcova pintadas com um padrão regular específico, no caso de operação de CVD de segunda extremidade.
14. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por compreender duas câmeras (3) de vídeo para a captura das imagens da linha (1 ), em que as câmeras (3) compreendem alta resolução em ambientes com baixa luminosidade, e são resistentes ao ambiente submarino,
• em que as câmeras (3) compreendem sensibilidade à luz de pelo menos 1 ,3 x 10-3 Lux; e campo de visão dentro d’água de no mínimo 80°,
• em que a distância entre as câmeras (3) (DEC) é de no mínimo 1 m e no máximo 1 ,5m,
• em que as câmeras (3) são posicionadas uma ao lado da outra e na mesma altura em relação à base do ROV (2), e as lentes das câmeras (3) são alinhadas, e
• em que os eixos de simetria das câmeras (3) (eixos Z) devem são paralelos.
15. Sistema, de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado por compreender um padrão de calibração, para calibrar as câmeras (3) de vídeo, compreendendo duas chapas (100) opostas, em que a distância entre as chapas (100) é igual à distância entre câmeras (3) (DEC), em que imagens pré-determinadas são aplicadas em cada chapa (100).
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