BRPI0700823A2 - sistema para obtenção de parámetros fisico-quìmicos externos a um duto por meio de um pig - Google Patents

Abstract

SISTEMA PARA OBTENçãO DE PARAMETROS FISICO-QUìMICOS EXTERNOS A UM DUTO POR MEIO DE UM PIG Trata a presente invenção de um sistema para obtenção de parâmetros fisico-quimicos externos a um duto, os quais são utilizados, por exemplo, para fazer uma estimativa da vida útil destes dutos, ou para estimar prazos ou rotinas de manutenção e de operação destes dutos. O objetivo acima é alcançado por meio de um sistema que compreende uma pluralidade de dispositivos externos de medição (1) que são instalados espaçados entre si por sobre a superficie externa do duto (D) por meios de fixação. Cada dispositivo externo de medição (1) compreende uma instrumentação baseada em sensores (12) dedicados ao registro de parâmetros de interesse, um mecanismo sensor (13) de pulso de disparo de funcionamento e uma primeira unidade de energia (14). Internamente ao duto (D), um pig (2) transporta uma unidade eletrónica igualmente dedicada e capaz de emitir, quando na ocasião de sua passagem por um dispositivo externo de medição (1), um pulso energético capaz de ativar este último de modo que seja feita a transmissão dos dados de seus sensores (12) de parâmetros e, o pig (2) recolher esses dados por meio da unidade receptora (22) e armazená-los em uma unidade de armazenamento de dados (23).

Description

SISTEMA PARA OBTENÇÃO DE PARÂMETROS FISICO-QUÍMICOSEXTERNOS A UM DUTO POR MEIO DE UM PIG

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção encontra seu campo de aplicação dentre ossistemas de equipamentos para promover a captação de valores deparâmetros fisico-químicos relativos ao meio externo no qual encontra-sesituado um duto de transporte de fluidos.

ESTADO DA TÉCNICA

Todas as grandes indústrias se utilizam de dutos.Para os operadores, é de suma importância que sejam conhecidas as

condições estruturais de dutos. Internamente, os dutos podem serseveramente afetados em sua estrutura por problemas que os levam a umageometria deformada, ou a irregularidades na parede interna, como porexemplo, corrosão.

uma das formas de verificar as condições estruturais de um duto, épromover a passagem de um equipamento pelo interior deste último.

O propósito dessa passagem pode ser tanto para a manutenção emtermos da limpeza interna, como para a inspeção estrutural da parede interna.

No caso de uma inspeção, o equipamento tem a capacidade detransportar em seu interior, uma instrumentação com um meio de gravação dedados relativos a desvios na configuração interna das paredes da referidatubulação.

Esse equipamento é conhecido pelos especialistas de uma formagenérica pelo termo "pig".

Em uma aplicação especial instrumentada, são conhecidos como"pigs calibradores" ou "pigs geométricos".

Pigs geométricos normalmente compreendem um corpo com, pelomenos, dois copos de material elastomérico com certo grau de flexibilidade,que tocam a parede interna do duto pelo interior do qual se deslocam.

Ao passar pelo interior de um duto, caso encontre algumairregularidade como um amassamento por exemplo, o copo se deforma,aciona um transdutor e, por conseqüência, gera um registro de umairregularidade. Exemplo desse tipo de pig, está descrito no documento US3,755,908 pertencente à VerNooy e no documento US 4,457,073, pertencenteà T.D.Williamson Inc.

Os pigs evoluíram para ter a capacidade de perceber e registrar asirregularidades provocadas por corrosão na parede interna do duto pelointerior da qual ele se desloca.

Em dutos de transporte de petróleo e seus derivados, a ocorrência defalhas estruturais por corrosão interna normalmente fica localizada na geratrizinferior da tubulação. Isto acontece devido a presença de água salgadafazendo parte do fluido que é transportado. A água salgada, como é maispesada que os hidrocarbonetos, migra para a região da geratriz inferior datubulação e gera quase que uma linha localizada e freqüente em falhasprovocadas pelo fenômeno da corrosão.

Um tipo de pig para detecção das falhas citadas acima, é o PigMagnético de Corrosão, também conhecido internacionalmente como"Magnetic Flux Leakage Pig" ou, simplesmente, "MFL Pig".

Este tipo de pig atua em duas etapas quase que instantâneas. Umaprimeira etapa compreende a magnetização da parede do duto. Uma segundaetapa, logo a seguir, compreende a medição do campo magnético sobre asuperfície magnetizada na primeira etapa. A detecção de uma falha éinterpretada pela ocorrência de fugas de campo magnético percebidas pelossensores de detecção. Uma fuga de campo magnético significa perda dematerial metálico, que indica uma falha na espessura da tubulação.

Este tipo de pig apresenta algumas limitações para a determinaçãoprecisa do tipo de falha causada pelo fenômeno da corrosão.

Como as falhas ou defeitos ficam muito próximos entre si, a respostafica comprometida em termos de graduação do nível da corrosão. O grandenúmero de defeitos gera uma pertubação muito complexa no campo magnéticona região da geratriz inferior e o resultado final é impreciso. Por outro lado,não é possível ter certeza se o defeito é uma protuberância ou uma depressão.

Uma outra ferramenta para inspecionar o interior de dutos é conhecidocomo Pig Ultra-sônico. O princípio de funcionamento reside na emissão deondas de alta freqüência contra a parede da tubulação e na captação do ecocorrespondente à onda emitida, com registro do tempo de ida da onda e voltado eco. O tempo entre a emissão da onda e o retorno do eco, quando fora deuma homogeneidade, é indicativo de falha por corrosão.

Diante da explanação imediatamente acima, fica claro odesenvolvimento de técnicas para determinação das condições de um dutoonde o homem não tem condições de inspecionar visualmente, ou seja, ointerior dos mesmos.

No entanto, condições externas inerentes à localização de dutos, maisespecificamente os valores de parâmetros fisico-químicos, são igualmenteimportantes. As condições do ambiente são fatores determinantes para aprevisão de vida útil de um duto.

É sabido que muitos destes fatores, quase todos na verdade, sãomutáveis ao longo do tempo. Isto implica em uma necessidade de conheceresses parâmetros para que previsões de vida útil possam ser feitas.

Até onde se sabe, a determinação desses parâmetros é feita porpessoal humano ou envolvendo técnicas complexas e de alto custo, no localonde os dutos encontram-se instalados e o mais próximo possível dasuperfície externa da tubulação. Não é difícil imaginar a dificuldade dessasmedições, se levadas em conta situações como extensão da tubulação,profundidade em que está enterrada no solo e, no caso de mar, o acesso porconta das grandes profundidades.

Em um exemplo mais prático, para medição do potencial eletroquímicode dutos terrestres enterrados, a medição normalmente é realizada nasuperfície do solo sobre o duto. Quanto mais enterrado está o duto, maisimprecisão de medida é observada, decorrente da queda ôhmica, devida àalta resistência do trecho de solo entre a superfície e a parede externa doduto. No caso de medições em dutos mergulhados em águas profundas eultra-profundas, o equipamento e a logística necessária para Ievaros sensoresque, por sua vez, devem ter toda uma sofisticação para suportar as condiçõesambientais, demandam altíssimo custo.

Ainda é sentida a necessidade de um sistema que seja capaz de medirvalores de parâmetros fisico-químicos próximo à superfície externa de dutosde forma simples, sem a utilização de pessoal humano e a custos bem maisreduzidos.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

O objetivo da presente invenção é um sistema para obtenção deparâmetros fisico-químicos externos a um duto, os quais são utilizados, porexemplo, para monitorar as condições ambientais onde o duto se encontrainstalado.

O objetivo acima é alcançado por meio de um sistema quecompreende uma pluralidade de dispositivos que são instalados espaçadosentre si por sobre a superfície externa do duto por meios de fixação, como porexemplo, por colares ou abraçadeiras e, o dispositivo compreende umainstrumentação baseada em sensores dedicados ao registro dos parâmetrosde interesse, um circuito eletrônico de detecção e de disparo de sinal dedados e uma fonte de alimentação autônoma.

Internamente ao duto, um pig que, por sua vez porta uma unidadeeletrônica igualmente dedicada capaz de emitir, quando na ocasião de suapassagem por um dispositivo externo, um pulso energético capaz de ativar odispositivo externo de modo que este transmita os dados de seus sensores deparâmetros, recolher esses dados por meio de um receptor de dados earmazená-los.

Ao fim da "viagem" do pig, os dados recolhidos são transferidos a umaunidade de processamento para análise.

O sistema da presente invenção vem conseguir uma precisão demedida muito desejável, uma vez que é instalado sobre a superfície externado próprio duto, sem sujeição a interferências e imprecisões.

Por outro lado, o sistema da presente invenção traz uma substancialredução em termos de custos e de complexidade logística para uma operaçãode recolhimento de dados.

Por suas características de autonomia em termos de fonte de energia,o sistema da presente invenção proporciona total disponibilidade de inspeçãoa qualquer momento, bastando para tal realizar uma "corrida" com um pig deacordo com a presente invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As características do sistema para obtenção de parâmetros fisico-químicos externos a um duto por meio de um pig, serão melhor percebidas apartir da descrição detalhada que se fará a seguir, a mero título de exemplo,associada aos desenhos abaixo referenciados, os quais são parte integrantedo presente relatório.

A Figurai mostra uma representação esquemática de uma primeirapossível concretização para a presente invenção para dutos suspensos nosolo e dispositivo energizado por par galvânico.

A Figura 2 mostra uma representação esquemática para uma segundapossível concretização para a presente invenção, para dutos enterrados edispositivo energizado por painel solar.

A Figura 3 mostra uma representação esquemática para uma terceirapossível concretização para a presente invenção para dutos molhados.

A Figura 4 mostra uma representação em detalhe do interior da áreapontilhada da Figura 3.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A descrição detalhada do sistema para obtenção de parâmetros fisico-químicos externos a um duto por meio de um pig, objeto da presente invenção,será feita de acordo com a identificação dos componentes que os formam,com base nas figuras acima descritas.Trata a presente invenção de um sistema para obtenção deparâmetros fisico-químicos externos a um duto, os quais são utilizados, porexemplo, para estimar prazos ou rotinas de manutenção e de operação destesdutos.

Como já foi abordado mais acima, a grande dificuldade da obtençãode medidas de parâmetros fisico-químicos em dutos de transporte de fluidosé o fato gerador da presente invenção devido, principalmente, às condiçõesde ambiente no qual o duto é instalado, tanto em termos de impossibilidadede realização das medidas próximas ao duto, caso de dutos enterrados oumergulhados, quanto de tempo e gasto quando os dutos são muito extensose/ou passam por áreas de difícil acesso.

As Figuras 1, 2, 3 e 4, ilustram em casos mais particulares algumasconcretizações alternativas para o sistema da presente invenção e, nas quais,referências a componentes iguais são preservadas para fins de consistência.

Independente de qualquer concretização em particular, o sistema paraobtenção de parâmetros fisico-químicos externos a um duto por meio de umpig, objeto da presente invenção compreende:

- um dispositivo externo de medição (1), instalado por meios defixação, que podem ser escolhidos, por exemplo, entre um colar (C) ou umaabraçadeira entre outros, externamente, em um ponto (P) do comprimento deum duto (D), com uma unidade eletrônica (11) instalada em seu interior quepossui a capacidade de ligação com uma pluralidade de sensores (12), cujonúmero depende do número de parâmetros que serão medidos no ponto (P)de instalação, um mecanismo sensor (13) de pulso de disparo defuncionamento e uma primeira unidade de energia (14), ligada à unidadeeletrônica (11), destinada a fornecer energia suficiente para funcionar quandonecessário e que pode ser escolhida entre: pilha eletroquímica (PE), cujaenergia é desenvolvida por dois eletrodos (A, B) tendo o solo (S) ou água domar como meio eletroquímico, acumulada em vários capacitores em paralelo(não mostrados), um painel solar (PS), entre outras;- um pig (2), que porta uma eletrônica em seu interior que basicamentecompreende, preferencialmente, uma unidade emissora (21) de pulso, umaunidade receptora (22) de pulso e dados, que é ligada a uma unidade dearmazenamento de dados (23), destinada a guardar os dados sobre osparâmetros eletroquímicos recolhidos, a codificação do local do ponto (P) e dedistância de duto (D) percorrida e, uma segunda unidade de energia (24) quepode ser escolhida entre cabo elétrico caso a distância seja curta, ou bateriapara longa distância.

Quando em uma "corrida" para aquisição de dados, o pig (2) emite aolongo de sua trajetória por meio da unidade emissora (21), pulsos, os quais nocaso de serem eletromagnéticos são de alta intensidade, de curta duração ecapazes de atravessar a parede do duto, os quais, ao passar por um ponto (P)são percebidos pelo mecanismo sensor (13) do dispositivo externo demedição (1), que comuta tanto a primeira unidade de energia (14) quanto ossensores (12) e os capacitores, de um estado latente para um estado deoperação, durante o qual os capacitores são comutados eletronicamente deuma configuração em paralelo a uma configuração em série, que provoca umdisparo de resposta de dados para o pig (2) que os recolhe por meio daunidade receptora (22) e transfere à unidade de armazenamento de dados (23).

Preferencialmente os pulsos de comunicação entre o pig (2) e odispositivo externo de medição (1), são eletromagnéticos, mas nada impedeque outros tipos de pulso interpretáveis possam ser utilizados, como porexemplo, ultra-som.

O número de sensores utilizados pelo dispositivo externo de mediçãodepende do tipo de parâmetro que se deseja medir em determinado ponto (P)ao longo do duto (D).

Os parâmetros que geralmente interessam e podem ser adquiridospelos sensores (12) acima podem ser, por exemplo: potencial eletroquímico,pH, temperatura, pressão, resistividade elétrica, salinidade, velocidade dacorrenteza marinha, etc.

O sistema da presente invenção tem aplicação que pode ser escolhidaentre: dutos novos a serem instalados, dutos já assentados e em operaçãocom um mínimo de operações de adaptação, dutos submarinos novos antesde serem lançados e dutos submarinos já lançados e em operação.

Na Figura 1, pode-se observar uma concretização possível para apresente invenção, na qual o duto (D) encontra-se sobre o solo (S) e, nestecaso, a fonte de energia é uma pilha eletroquímica (PE) como se podeacompanhar pelo posicionamento dos dois eletrodos (A e B) e o próprio solocomo eletrólito.

Para dutos já assentados é facultativa a construção de bocas de visitanos pontos (P) de medição de parâmetros, uma vez que, no caso de utilizaçãode pilha eletroquímica (PE), deverá acontecer de tempos em tempos umatroca de anodos de sacrifício. Um exemplo deste tipo de adaptação pode seracompanhado na Figura 2, onde, alternativamente, está sendo utilizado comofonte de energia painel solar (PS).

Nas Figuras 3 e 4, pode-se acompanhar um exemplo deconcretização para instalação do sistema da presente invenção em um duto(D) que se estende desde uma unidade estacionária de produção (UEP) atéo fundo do mar.

Na Figura 3, observa-se o espaçamento entre os dispositivos externosde medição (1) ao longo do duto (D). Neste caso, a instalação para dutos pre-existentes é realizada por meio de veículo remotamente operado (ROV).

Na Figura 4, podem ser observados detalhes compreendidos nointerior da área tracejada (T) da Figura 3. Nota-se que, para ambas asconcretizações, a fonte de energia é uma pilha eletroquímica (PE) com doiseletrodos (A e B) e a própria água do mar como eletrólito.

A descrição que se fez até aqui do sistema para obtenção deparâmetros fisico-químicos externos a um duto por meio de um pig, objeto dapresente invenção, deve ser considerada apenas como possíveisconcretizações, e quaisquer características particulares nelas introduzidasdevem ser entendidas apenas como algo que foi descrito para facilitar acompreensão. Dessa forma, não podem de forma alguma serem consideradoscomo Iimitantes da invenção, a qual está apenas limitada ao escopo dasreivindicações que seguem.

Claims (8)

1. - Sistema para obtenção de parâmetros fisico-químicos externos a umduto por meio de um pig, caracterizado por compreender:- um dispositivo externo de medição (1), instalado por meios de fixaçãoexternamente em um ponto (P) do comprimento de um duto (D), com umaunidade eletrônica (11) instalada em seu interior que possui a capacidade deligação com uma pluralidade de sensores (12), cujo número depende donúmero de parâmetros que serão medidos no ponto (P) de instalação, ummecanismo sensor (13) de pulso de disparo de funcionamento e uma primeiraunidade de energia (14), ligada à unidade eletrônica (11), destinada a fornecerenergia suficiente para funcionar quando necessário e que pode ser escolhidaentre: pilha eletroquímica (PE), cuja energia é desenvolvida por dois eletrodos(A, B) tendo o solo (S) ou água do mar como meio eletroquímico, acumuladaem vários capacitores em paralelo (não mostrados), um painel solar (PS),entre outras;- um pig (2), que porta uma eletrônica em seu interior que basicamentecompreende, preferencialmente, uma unidade emissora (21) de pulso, umaunidade receptora (22) de pulso e dados, que é ligada a uma unidade dearmazenamento de dados (23), destinada a guardar os dados sobre osparâmetros eletroquímicos recolhidos, a codificação do local do ponto (P) e dedistância de duto (D) percorrida e, uma segunda unidade de energia (24) quepode ser escolhida entre cabo elétrico caso a distância seja curta, e bateriapara longa distância.

2. - Sistema para obtenção de parâmetros fisico-químicos externos a umduto por meio de um pig de acordo com a reivindicação 1 caracterizadopor quando em uma "corrida" para aquisição de dados, o pig (2) emitir aolongo de sua trajetória por meio da unidade emissora (21), pulsos, os quais nocaso de serem eletromagnéticos são de alta intensidade, de curta duração ecapazes de atravessar a parede do duto, os quais, ao passar por um ponto (P)são percebidos pelo mecanismo sensor (13) do dispositivo externo demedição (1), que comuta tanto a primeira unidade de energia (14) quanto ossensores (12) e os capacitores, de um estado latente para um estado deoperação, durante o qual os capacitores são comutados eletronicamente deuma configuração em paralelo a uma configuração em série, que provoca umdisparo de resposta de dados para o pig (2) que os recolhe por meio daunidade receptora (22) e transfere à unidade de armazenamento de dados(23).

3. - Sistema para obtenção de parâmetros fisico-químicos externos a umduto por meio de um pig de acordo com a reivindicação 1 caracterizado poro sistema de fixação entre o dispositivo externo de medição (1) e o duto (D)poder ser escolhido entre um colar (C)1 uma abraçadeira, entre outros;

4. - Sistema para obtenção de parâmetros fisico-químicos externos a umduto por meio de um pig de acordo com a reivindicação 1 ou 2caracterizado por os pulsos de comunicação entre o pig (2) e o dispositivoexterno de medição (1) serem eletromagnéticos., mas nada impede que outrostipos de pulso interpretáveis possam ser utilizados, como por exemplo, ultra-som.

5. - Sistema para obtenção de parâmetros fisico-químicos externos a umduto por meio de um pig de acordo com a reivindicação 1 ou 2caracterizado por os pulsos de comunicação entre o pig (2) e o dispositivoexterno de medição (1) serem por ultra-som.

6. - Sistema para obtenção de parâmetros fisico-químicos externos a um dutopor meio de um pig de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por onúmero de sensores utilizados pelo dispositivo externo de medição dependerdo tipo de parâmetro que se deseja medir em determinado ponto (P) ao longodo duto (D).

7. - Sistema para obtenção de parâmetros fisico-químicos externos a umduto por meio de um pig de acordo com a reivindicação 1 caracterizado poros parâmetros que podem ser adquiridos pelos sensores (12) acima podemser escolhidos entre potencial eletroquímico, pH, temperatura, pressão,resistividade elétrica, salinidade e velocidade da correnteza marinha.

8. Sistema para obtenção de parâmetros fisico-químicos externos a umduto por meio de um pig de acordo com a reivindicação 1 caracterizado poro sistema da presente invenção ter aplicação que pode ser escolhida entre:dutos novos a serem instalados, dutos já assentados e em operação com ummínimo de operações de adaptação, dutos submarinos novos antes de seremlançados e dutos submarinos já lançados e em operação.