ES3017689T3 - Methods and systems for measurement and inspection of tubular goods - Google Patents

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Peter Moore
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Abstract

Se describen métodos y sistemas para la inspección eficiente y precisa de productos tubulares. Las mediciones de los diámetros interior y exterior de un producto tubular a lo largo de toda su longitud se obtienen mediante láser u otros sistemas de medición de luz. Se pueden identificar secciones discretas de un producto tubular. Para cada sección, se obtienen al menos una medición del diámetro exterior de la superficie exterior y al menos una medición del diámetro interior de la superficie interior. Además, se obtiene la coordenada del centro geométrico de cada sección discreta del producto tubular. Se registran las mediciones que definen la superficie exterior, la superficie interior y el centro geométrico en relación con la posición longitudinal de cada sección. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Métodos y sistemas para la medición e inspección de productos tubulares
Referencia cruzada a solicitudes relacionadas
Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud de patente provisional de EE. UU. No. 62/361,190, titulada “ METHODS AND SYSTEMS FOR ASSESSING TUBULAR GOODS” , presentada el 12 de julio de 2016.
Antecedentes
La medición dimensional circunferencial y de longitud completa de productos tubulares, y el almacenamiento de los resultados numéricos en una matriz de base de datos manteniendo una asociación entre cada plano circunferencial de datos y su posición longitudinal, representa el estado de la técnica en sistemas de inspección de productos tubulares. Un objetivo de tales sistemas es usar los datos para reconstruir una representación tridimensional virtual de un producto tubular, incluyendo desviaciones fuera del eje a lo largo de su longitud. Los sistemas de inspección de productos tubulares típicos del estado de la técnica dirigidos a este objetivo utilizan actualmente medios de ensayo ultrasónico (UT) para medir las dimensiones del espesor de la pared, combinados con láser o aparatos emisores de luz para medir los diámetros exteriores asociados. Sin embargo, esos sistemas actuales no capturan desviaciones fuera del eje de la rectitud longitudinal de referencia del producto tubular.
Tales matrices de datos de espesor de pared y mediciones de diámetro exterior asociadas producen representaciones tridimensionales pseudo (virtuales) de secciones cortas (típicamente media pulgada, 1,27 cm) de una tubería u otro producto tubular en posiciones longitudinales discretas. Cada sección de anillo adyacente se caracteriza por su propio conjunto discreto independiente de datos tridimensionales, y la única medida relativa entre secciones discretas adyacentes es la distancia longitudinal entre ellas. Cuando se muestran gráficamente datos de este tipo, con todas las secciones de anillo discretas conectadas, se produce una representación tridimensional perfectamente recta de un producto tubular. En otras palabras, las líneas centrales geométricas de las secciones de anillo discretas se alinean a lo largo del eje z longitudinal y no se desvían radialmente en el plano x-y transversal.
Sin embargo, los tubos fabricados nunca son perfectamente rectos y tienen secciones que están radialmente desplazadas en el plano transversal x-y. Cuando se miden los centros geométricos de cada sección de una tubería fabricada y se muestran gráficamente, a menudo se observan ganchos fuera del eje (desviaciones del área final), barridos (arcos de longitud completa) y patrones helicoidales fuera de la línea recta. Los sistemas tubulares de medición de buenas dimensiones en uso hoy en día no abordan los datos relacionales fuera del eje que se necesitan para producir representaciones tridimensionales verdaderas de tuberías fabricadas, que muestran imperfecciones de rectitud fuera del eje complejas.
El coste para inspeccionar la tubería, por ejemplo, con la intención de capturar el espesor de la pared y las dimensiones del diámetro exterior asociado es una función de varios factores, incluyendo el coste del aparato de medición, el coste de los sistemas usados para almacenar y procesar las matrices de datos generadas para cada tubería, el tiempo requerido para completar el proceso de inspección completo, la mano de obra y el entrenamiento requerido para operar los sistemas, y el coste para mantener el sistema de medición y el sistema de almacenamiento y procesamiento de datos. Los precios de venta minorista típicos para inspeccionar una pequeña cantidad de tubería varían de $900 a $1.200 por junta de tubería de revestimiento para campos petrolíferos. Los precios minoristas de grandes cantidades son de aproximadamente 300 $ por junta. Con respecto al mantenimiento, las instalaciones de inspección ultrasónica con grandes matrices de transductores se emplean típicamente para medir productos tubulares para campos petrolíferos, lo que aumenta significativamente los costes de mantenimiento. Los costes de inspección pueden aumentar significativamente el coste de los productos tubulares.
En la industria de la perforación petrolífera, se utilizan dispositivos mecánicos, de múltiples brazos, en forma de araña para medir y registrar físicamente los diámetros interiores de un producto tubular a lo largo de toda su longitud. En otras industrias, tales como la industria de defensa, se usan sistemas de medición láser para medir el diámetro interior de un cilindro de cañón de artillería tubular a lo largo de toda su longitud. Cada uno de estos sistemas es mucho menos caro que un sistema ultrasónico de medición de pared de longitud completa y puede completar una inspección de longitud completa en una fracción del tiempo. Sin embargo, cada uno de tales sistemas no es capaz de abordar los inconvenientes de los sistemas convencionales que no capturan desviaciones fuera del eje de una línea base de rectitud verdadera o, en algunos casos, las otras dimensiones tubulares restantes.
Figuras
Algunas características de diversas realizaciones no limitantes según la presente divulgación se exponen con particularidad en los Ejemplos adjuntos. Las diversas realizaciones, sin embargo, tanto en lo que se refiere a la organización como a los métodos de funcionamiento, junto con ventajas de las mismas, pueden entenderse mejor con referencia a la siguiente descripción, tomada junto con los dibujos adjuntos de la siguiente manera:
la FIG. 1 es un diagrama de bloques de un sistema de inspección según al menos una realización según la presente divulgación;
la FIG. 2 ilustra una estructura tubular que está inspeccionándose para determinar el diámetro exterior y las dimensiones fuera del eje usando láser u otros dispositivos emisores de luz y representa puntos de medición directa de la pared;
la FIG. 3 ilustra una estructura tubular que se inspecciona para determinar el diámetro exterior y las dimensiones fuera del eje usando láser u otros dispositivos emisores de luz y representa la medición del espesor de pared usando dispositivos UT de rastreo único;
la FIG. 4 ilustra una estructura tubular que se inspecciona para determinar el diámetro interior usando láser u otros dispositivos emisores de luz unidos a un motor rotatorio montado en una lanza;
la FIG. 5 ilustra una estructura tubular que se inspecciona para determinar el diámetro interior usando láser u otros dispositivos emisores de luz unidos a un motor giratorio montado en un carro motorizado;
la FIG. 6 ilustra una estructura tubular que se inspecciona para determinar el diámetro exterior e interior usando las unidades de inspección combinadas mostradas en la FIG. 2 y la FIG. 4.
la FIG. 7 ilustra una estructura tubular y secciones discretas correspondientes de la misma según al menos una realización no limitante según la presente divulgación; y
la FIG. 8 ilustra una de las secciones discretas mostradas en la FIG. 7.
Descripción
Se exponen numerosos detalles específicos para proporcionar una comprensión exhaustiva de la estructura, función, fabricación y uso globales de algunas realizaciones tal como se describen en la memoria descriptiva y se ilustran en los dibujos adjuntos. Las operaciones, componentes y elementos bien conocidos no se han descrito en detalle para no oscurecer las realizaciones descritas en la memoria descriptiva. El lector entenderá que las realizaciones descritas e ilustradas en el presente documento son ejemplos no limitantes y, por lo tanto, se puede apreciar que los detalles estructurales y funcionales específicos divulgados en el presente documento pueden ser representativos e ilustrativos. Se pueden realizar variaciones y cambios en los mismos sin apartarse del alcance de los Ejemplos. La invención se define por las reivindicaciones adjuntas.
Los términos “ comprender” (y cualquier forma de comprender, tal como “ comprende” y “ que comprende” ), “tener” (y cualquier forma de tener, tal como “ tiene” y “ que tiene” ), “ incluir” (y cualquier forma de incluir, tal como “ incluye” y “ que incluye” ), y “ contener” (y cualquier forma de contener, tal como “ contiene” y “ que contiene” ) son verbos de vinculación abiertos. Como resultado, un sistema, dispositivo o aparato que “ comprende” , “tiene” , “ incluye” o “ contiene” uno o más elementos posee esos uno o más elementos, pero no se limita a poseer solo esos uno o más elementos. Asimismo, un elemento de un sistema, dispositivo o aparato que “ comprende” , “tiene” , “ incluye” o “ contiene” una o más características posee esas una o más características, pero no se limita a poseer solo esas una o más características.
En el presente documento se divulgan diversos métodos y sistemas no limitantes para la inspección eficiente de productos tubulares. En al menos un aspecto, las mediciones del espesor de pared de un producto tubular a lo largo de toda la longitud y circunferencia del producto tubular se obtienen mediante cálculos que implican las dimensiones del diámetro exterior e interior que se miden mediante láser u otros sistemas de medición de luz. Se pueden identificar secciones discretas en forma de anillo de un producto tubular. Para cada una de tales secciones discretas, se obtiene al menos una medición de un diámetro exterior de una superficie exterior de la sección discreta, y al menos una medición de un diámetro interior de una superficie interior de la sección discreta. Además, se obtiene una coordenada central geométrica para cada sección discreta del producto tubular. Se registran las mediciones que definen la superficie exterior, la superficie interior y el centro geométrico en asociación con la posición longitudinal de cada sección discreta.
Cada medición de los diámetros exterior e interior y el centro geométrico asociado puede representar una pequeña fracción de los diámetros respectivos totales y centros geométricos del producto tubular en el espacio tridimensional. Se puede utilizar un número de tales mediciones para crear una forma tridimensional virtual del producto tubular que incluye anomalías de rectitud, ya sea de naturaleza longitudinal o helicoidal.
En al menos un aspecto, los diámetros exteriores, los diámetros interiores y/o los centros geométricos de las secciones discretas del producto tubular pueden representarse o mostrarse visualmente de modo que las anomalías de interés, incluyendo anomalías de rectitud, por ejemplo, pueden detectarse fácilmente. En un ejemplo, los diámetros exteriores, los diámetros interiores y/o los centros geométricos de las secciones discretas pueden representarse gráficamente. En un ejemplo, diferentes tonos o colores pueden representar diferentes valores de los diámetros exteriores, diámetros interiores y/o centros geométricos de las secciones discretas. Por ejemplo, un tono más oscuro puede representar un diámetro interior mayor y un tono más claro puede representar un diámetro interior menor.
En al menos un posible aspecto, los valores registrados de los diámetros exteriores, diámetros interiores y/o centros geométricos de las secciones discretas del producto tubular pueden procesarse para obtener un espesor de pared virtual del producto tubular a lo largo de su longitud y/o predecir efectos de tensores en el producto tubular tales como, por ejemplo, tensionales que pueden encontrarse cuando el producto tubular está en servicio.
La presente divulgación se refiere a la medición no destructiva de productos tubulares. Por ejemplo, en al menos un aspecto, se usan métodos y sistemas no destructivos para determinar los diámetros exteriores, los diámetros interiores, los centros geométricos y/o los espesores de pared de tuberías de acero u otros productos tubulares mediante el uso de láser u otro aparato de medición de luz. En al menos un aspecto, la presente divulgación se refiere a un método mejorado para recoger, almacenar, visualizar y utilizar de otro modo información derivada de láser u otros sistemas de medición de luz para capturar datos dimensionales y calcular y almacenar datos de espesor de pared para un producto tubular. En al menos un aspecto, la presente divulgación se refiere al uso de láser u otros sistemas de medición de luz para adquirir datos incrementales que representan secciones pequeñas y discretas de las superficies tubulares exterior e interior en asociación con datos posicionales tridimensionales pertenecientes a cada sección pequeña y discreta, de modo que la pared de una estructura tubular, o sustancialmente tubular o porciones de la misma, pueda mostrarse, representarse en imágenes, examinarse y/o utilizarse en programas de simulación/comparación como un objeto tridimensional.
En diversos casos, un método para generar un perfil tridimensional virtual de una estructura tubular, o al menos sustancialmente tubular, o región(s) de la misma, incluye seleccionar secciones diametrales de la estructura tubular en posiciones discretas a lo largo de una longitud predeterminada de la estructura tubular. En un aspecto, la longitud predeterminada puede ser la longitud completa de la estructura tubular. El método incluye además determinar, para cada sección, una pluralidad de diámetros exteriores de una superficie exterior de la sección, y una pluralidad de diámetros interiores de una superficie interior de la sección. El número de diámetros interiores y diámetros exteriores medidos representa una resolución deseada de la sección seleccionada. El método incluye además determinar una coordenada central geométrica para cada una de las secciones. El método incluye además emplear los diámetros interiores, diámetros exteriores determinados y coordenadas geométricas centrales correspondientes para crear un perfil tridimensional virtual del producto tubular que incluye, por ejemplo, anomalías superficiales.
Con referencia a la FIG. 1, se representa un sistema 4 de inspección para inspeccionar una estructura 8 tubular. La estructura 8 tubular puede ser, por ejemplo, un producto tubular para campos petrolíferos, tal como una tubería, como se ilustra en las FIGS. 2-6. El sistema 4 incluye un circuito 10. El circuito 10 incluye un controlador 12, una unidad 14 exterior, una unidad 15 intermedia y una unidad 16 interior. El controlador 12 puede comprender uno o más procesadores 18 (por ejemplo, microprocesador, microcontrolador) acoplados a al menos un circuito 20 de memoria. Al menos un circuito 20 de memoria almacena instrucciones ejecutables por máquina que, cuando son ejecutadas por el procesador 18, hacen que el procesador 18 realice una o más funciones. En un aspecto, el al menos un circuito 20 de memoria almacena instrucciones ejecutables por máquina que, cuando son ejecutadas por el procesador 18, hacen que el procesador 18 genere un perfil tridimensional virtual de una estructura 8 tubular en base a datos de entrada de la unidad 16 interior, la unidad 15 intermedia y la unidad 14 exterior.
Las etapas realizadas por el procesador 18 pueden incluir seleccionar secciones diametrales discretas de la estructura 8 tubular en posiciones discretas a lo largo de una longitud predeterminada de la estructura 8 tubular. En un aspecto, la longitud predeterminada puede ser la longitud completa de la estructura 8 tubular o una porción de la misma. Las etapas realizadas por el procesador 18 pueden incluir además determinar, para cada sección diametral, una pluralidad de diámetros exteriores de una superficie exterior de la sección y una pluralidad de diámetros interiores de una superficie interior de la sección. El número de diámetros interiores y diámetros exteriores determinado para una sección discreta representa una resolución deseada de la sección seleccionada. Las etapas realizadas por el procesador 18 pueden incluir además determinar coordenadas del centro geométrico para cada una de las secciones y usar mediciones de pared proporcionadas por la unidad 15 intermedia para calibrar la orientación y posición de los diámetros exteriores con respecto a los diámetros interiores y para corregir cualquier error de deslizamiento por fricción de la estructura 8 tubular a medida que se mueve a través de la unidad 14 exterior, la unidad 15 intermedia y la unidad 16 interior. El método incluye además emplear los diámetros interiores, diámetros exteriores determinados y coordenadas den centro geométrico correspondientes de las múltiples secciones analizadas de la estructura 8 tubular para crear un perfil tridimensional virtual de la estructura 8 tubular.
En diversos casos, una o más de las diversas etapas descritas en el presente documento pueden realizarse mediante una máquina de estados finitos que comprende o bien un circuito lógico combinacional o bien un circuito lógico secuencial, en donde o bien el circuito lógico combinacional o bien el circuito lógico secuencial están acoplados a al menos un circuito de memoria. Al menos un circuito de memoria almacena un estado actual de la máquina de estados finitos. El circuito lógico combinacional o secuencial está configurado para hacer que la máquina de estados finitos realice las etapas. El circuito lógico secuencial puede ser síncrono o asíncrono. En otros ejemplos, una o más de las diversas etapas descritas en el presente documento pueden realizarse mediante un circuito que incluye una combinación del procesador 18 y la máquina de estados finitos, por ejemplo.
El controlador 12 y/u otros controladores de la presente divulgación pueden implementarse usando elementos de hardware integrados y/o discretos, elementos de software y/o una combinación de ambos. Los ejemplos de elementos de hardware integrados pueden incluir procesadores, microprocesadores, microcontroladores, circuitos integrados, ASIC, PLD, DSP, FPGA, puertos lógicos, registros, dispositivos semiconductores, chips, microchips, conjuntos de chips, microcontroladores, SoC y/o SIP. Los ejemplos de elementos de hardware discretos pueden incluir circuitos y/o elementos de circuito tales como puertos lógicos, transistores de efecto de campo, transistores bipolares, resistores, capacitores, inductores y/o relés. En ciertos casos, el controlador 12 puede incluir un circuito híbrido que comprende elementos o componentes de circuito discretos e integrados en uno o más sustratos, por ejemplo.
El procesador 18 puede ser uno cualquiera de varios procesadores de un solo núcleo o multinúcleo conocidos en la técnica. El circuito 20 de memoria puede comprender medios de almacenamiento volátiles y no volátiles. En una realización, el procesador 18 puede incluir una unidad de procesamiento de instrucciones y una unidad aritmética. La unidad de procesamiento de instrucciones puede configurarse para recibir instrucciones desde el circuito 20 de memoria.
Con referencia a las FIGS. 2-3, la unidad 14 exterior incluye un tambor 22 giratorio que puede configurarse para girar alrededor de un eje 24 longitudinal. El tambor 22 giratorio puede tener una forma cilíndrica y una carcasa 23 exterior fija, como se ilustra en las FIGS. 2-3. Una o más unidades láser pueden estar situadas en una pared interior del tambor 22 giratorio. En al menos un ejemplo, las unidades láser 26, 26' están dispuestas en lados opuestos de una pared interior o cara del tambor 22 giratorio. Las unidades láser 26 y 26' están dispuestas circunferencialmente en la pared o cara interna del tambor 22 giratorio en ángulos de 90° y 270°. Dicho de otro modo, las unidades de láser 26, 26', como un conjunto, pueden estar separadas circunferencialmente en aproximadamente 180° en la pared interior o cara del tambor 22 giratorio. Las unidades láser 26 y 26' pueden estar orientadas una hacia la otra. Conjuntos adicionales de unidades de medición láser pueden estar dispuestos en la pared o cara interior del tambor 22 giratorio separados aproximadamente 180°.
En al menos un aspecto, las unidades de láser 26, 26' están configuradas para comunicar datos de entrada al controlador 12 en base a mediciones tomadas por las unidades de láser 26, 26' y conjuntos adicionales de unidades de láser, si están presentes. El controlador 12 puede emplear los datos de entrada de las unidades de láser 26, 26' para determinar los valores del diámetro exterior de la superficie exterior de la estructura 8 tubular que se basan en las mediciones. En algunos casos, las mediciones comprenden distancias de separación que se miden simultáneamente entre las unidades láser 26, 26' y la superficie exterior de la estructura 8 tubular a medida que la estructura tubular pasa a través del tambor 22 giratorio. Lo mismo puede decirse de cualquier conjunto adicional de unidades láser no interferentes que pueden emplearse en la pared o cara interna del tambor 22 giratorio.
Con referencia a la FIG. 4, la unidad 16 interior incluye un miembro 28 de montaje en forma de un mandril estacionario, por ejemplo, que se extiende a lo largo del eje 24 longitudinal. Dos unidades láser 30, 30' están fijadas a un motor giratorio 17 que está fijado a y se extiende desde el miembro 28 de montaje. En la disposición ilustrada en la FIG. 4, las unidades láser 30, 30' están apuntando en direcciones opuestas a lo largo de un eje 32 que es perpendicular, o al menos sustancialmente perpendicular, al eje longitudinal, y las unidades láser 30 y 30' están rotando alrededor del eje 24 longitudinal. Conjuntos adicionales de unidades de medición láser pueden fijarse al motor 17 de rotación a aproximadamente 180° de separación. En otra realización, como se ilustra en la FIG. 5, una unidad 16' interior puede utilizar un carro motorizado 43 que se tira de sí mismo y de cualquier cable de conexión 44 a través del interior de la estructura 8 tubular. En esta realización, las unidades láser 30, 30' están conectadas a un motor giratorio 17 que, a su vez, está unido a la parte delantera del carro deslizante 43. Conjuntos adicionales de unidades 30, 30' de medición láser pueden fijarse al motor 17 giratorio a aproximadamente 180° de separación.
Aunque la unidad 14 exterior y la unidad 16 interior pueden funcionar en diferentes estaciones, en al menos una realización, ilustrada en la FIG. 6, la unidad 14 exterior y la unidad 16 interior funcionan en la misma estación de manera que las unidades láser 26, 26', 30, 30' están alineadas entre sí a lo largo del eje 32. En al menos un caso, el miembro 28 de montaje está configurado para centrarse en el interior de la estructura 8 tubular con aletas o rodillos de guía de centrado que hacen contacto con la pared interior de la estructura 8 tubular.
Al igual que las unidades de láser 26, 26', las unidades de láser 30, 30' están configuradas para comunicar datos de entrada al controlador 12 en base a mediciones tomadas por las unidades de láser 30, 30'. El controlador 12 puede emplear los datos de entrada de las unidades láser 30, 30' para determinar los valores del diámetro interior de la superficie interior de la estructura 8 tubular que se basan en las mediciones tomadas por las unidades láser 30, 30'. En algunos casos, las mediciones comprenden distancias de separación que se miden simultáneamente entre las unidades láser 30, 30' y la superficie interior de la estructura 8 tubular.
En funcionamiento, una estructura 8 tubular está centrada alrededor del eje 24 longitudinal, como se ilustra en la FIG.
6. La estructura 8 tubular se traslada a lo largo del eje 24 longitudinal hacia la unidad 16 interior y la unidad 14 exterior en estaciones operativas separadas como se ilustra en las FIGS. 2-5 o en alguna estación operativa combinada como se ilustra en la FIG. 6. En cada uno de estos casos, la estructura 8 tubular se traslada para pasar entre la unidad 16 interior y/o la unidad 14 exterior. En otras palabras, la estructura 8 tubular está configurada para moverse a través de la unidad 14 exterior y alrededor de la unidad 16 interior en estaciones operativas separadas o en una única estación combinada. A medida que la estructura 8 tubular se traslada axialmente con respecto a la unidad 14 exterior y la unidad 16 interior, las unidades láser 26, 26', 30, 30' toman continuamente sus respectivas mediciones de las superficies exterior e interior de la estructura 8 tubular.
Para calibrar los datos de medición de la unidad 14 exterior y la unidad 16 interior para ajustar cualquier deslizamiento por fricción a lo largo de la longitud o deslizamiento rotacional alrededor de la dirección circunferencial, la unidad 15 intermedia proporciona al menos dos mediciones de pared directas a aproximadamente 90° de separación y en cada extremo de la estructura 8 tubular incluyendo la distancia 27 de separación longitudinal, como se ilustra en las FIGS.
2, 5 y 6. En otra realización, y como se ilustra en la FIG. 3, la unidad 15 intermedia proporciona mediciones de pared continuas o intermitentes en dos o más líneas separadas aproximadamente 90° a lo largo de la longitud de la estructura 8 tubular a medida que avanza a través de la unidad 14 exterior. En esta realización se emplean al menos dos dispositivos de medición de pared de traza únicos tales como, por ejemplo, transductores de ensayo ultrasónico (UT) u otros sensores de pared adecuados. Los datos de medición de pared proporcionados por la unidad 15 central también se usan para sincronizar los datos de diámetro exterior y diámetro interior proporcionados por la unidad 14 exterior y la unidad 16 interior de manera que se establezca una relación tridimensional adecuadamente precisa de la estructura 8 tubular y pueda dar como resultado la salida de una pantalla tridimensional virtual o base de datos de la estructura 8 tubular por el procesador 18.
El dispositivo 6 de entrada de usuario también puede emplearse para introducir información de identificación correspondiente a la estructura tubular particular 8 que va a ser inspeccionada por el sistema 4 de inspección, por ejemplo. También se pueden introducir otras informaciones, como por ejemplo datos de calibración de longitud, otros datos de calibración especiales y la fecha y hora de la inspección. La información introducida puede almacenarse en un medio de almacenamiento tal como, por ejemplo, el circuito 20 de memoria.
En una realización alternativa, la unidad 16 interior y la unidad 14 exterior pueden hacerse una transición longitudinal hacia la estructura 8 tubular mientras la estructura 8 tubular permanece estacionaria. En tal realización, el miembro 28 de montaje está configurado para avanzar longitudinalmente las unidades láser 30, 30' a través de la estructura 8 tubular. Además, el tambor 22 giratorio está configurado para avanzar longitudinalmente las unidades láser 26, 26' a medida que giran alrededor de la estructura 8 tubular.
Con referencia de nuevo a las FIGS. 2-4 y 6, las unidades de láser 26, 26', 30, 30' están configuradas para girar alrededor del eje 24 longitudinal a medida que la estructura 8 tubular se hace avanzar a lo largo del eje 24 longitudinal con respecto a la unidad 14 exterior y la unidad 16 interior. Las unidades láser 26, 26', 30, 30' pueden estar configuradas para girar alrededor del eje 24 longitudinal a la misma velocidad de rotación y dirección de rotación, o al menos sustancialmente la misma. Alternativamente, las unidades láser 26, 26', 30, 30' pueden estar configuradas para girar alrededor del eje 24 longitudinal a diferentes velocidades de rotación y/o en diferentes direcciones de rotación. Durante la rotación, las unidades láser 26, 26', 30, 30' toman continuamente sus respectivas mediciones de las superficies exterior e interior de la estructura 8 tubular.
La velocidad de rotación de las unidades láser 26, 26', 30, 30' también puede afectar a la resolución del perfil tridimensional virtual de la estructura 8 tubular que se genera por el controlador 12. Cuanto mayor sea la velocidad de la estructura 8 tubular con respecto a la unidad 16 interior y la unidad 14 exterior, menor será el número de diámetros interior y exterior determinado por el controlador 12 para una longitud definida de la estructura 8 tubular. En algunos casos, como se ilustra en la FIG. 1, el circuito 10 incluye un dispositivo 6 de entrada de usuario que puede usarse para seleccionar una velocidad de movimiento de la estructura 8 tubular a través de la unidad interior 14 y la unidad exterior 16 correspondiente a una resolución deseada del perfil tridimensional virtual de la estructura 8 tubular. La resolución límite independientemente de la velocidad transversal de la estructura 8 tubular y la velocidad de rotación de los dispositivos de detección de diámetro es la velocidad de respuesta repetitiva electrónica máxima del sistema 4 de inspección general.
En diversas realizaciones, la unidad 14 exterior está fijada axialmente. Las unidades láser 26, 26' obtienen sus mediciones a medida que la estructura 8 tubular se traslada a través de la unidad 14 exterior. Además, las unidades láser 30, 30' pueden obtener sus mediciones a medida que la unidad 16 interior progresa dentro y a través de la estructura 8 tubular. El movimiento de traslación y rotación de las unidades láser 30, 30' es seguido por el controlador 12.
Con referencia a la FIG. 7, una estructura 8 tubular, o al menos una porción de la misma, se divide en varias secciones transversales secuenciales discretas o anillos 46 para una resolución deseada. Las secciones o anillos 46 pueden estar definidos en un plano ortogonal al eje 24 longitudinal. Para cada anillo<“ j ">como se ilustra en la FIG. 8, un perfil de superficie exterior del anillo<“ j ">se representa gráficamente basándose en coordenadas(X °jD . Y ?0 , Z °D) en un sistema de coordenadas global fijo. Además, un perfil de superficie interior del anillo<“ j ">se representa gráficamente basándose en coordenadas(X l f . Y l f . Z - 0) en un sistema de coordenadas local asociado con la unidad 16 interior. Si hay M mediciones (anillos) a lo largo de un eje central de la estructura 8 tubular, y N mediciones a lo largo de la dirección circunferencial, cada una de las superficies exterior e interior está representada por un número de mediciones que es igual al valor N multiplicado por el valor M. Las mediciones tridimensionales se presentan en un sistema de coordenadas global fijo, denotado como(X ¡>JD, Y lc¡D, Z j >D)y(X l f . Y l f . Z-0 ) para superficies exterior e interior, respectivamente, en dondeies 1 a<N>para la dirección circunferencial yjes de 1 a<M>para la dirección axial.
Para cada anillo “/ ’, un centro geométrico de la superficie exterior puede determinarse basándose en la ecuación:
De manera similar, un centro geométrico de la superficie interior para cada anillo “/ ’ puede determinarse basándose en la ecuación:
Las coordenadas de las líneas centrales de las superficies interior y exterior pueden utilizarse entonces para determinar la rectitud de la estructura 8 tubular. Para una superficie exterior, las coordenadas de las líneas centrales son:
(■X ° f , Y°D, Z ° D ) , j =1..........M
Para una superficie interior, las coordenadas de las líneas centrales son:
( X t f . Y ' f . Z ' 0 ) , ] = 1.........M
En diversos casos, los datos de entrada de las unidades de láser 26, 26', 30, 30' se presentan en un sistema de coordenadas local para cada una de las superficies interior y exterior. Para procesar los datos de entrada, se implementa una transformación del sistema de coordenadas local a un sistema de coordenadas global fijo. La transformación puede realizarse para datos de entrada correspondientes a las superficies exterior e interior. Una vez que los datos de entrada para las superficies exterior e interior se presentan en un único sistema de coordenadas global, todas las propiedades geométricas (por ejemplo, centro de círculo, diámetros, ovalidad, excentricidad de pared, rectitud de tubería, etc.) pueden entonces calcularse en consecuencia.
Para una superficie exterior o interior, los datos de entrada pueden presentarse en un sistema de coordenadas local, unido a la unidad láser tomando las mediciones, como:
A través de una transformación de coordenadas (incluyendo rotación y traslación), las coordenadas locales pueden presentarse entonces en un sistema de coordenadas global fijo para puntos de datos de ambas superficies exterior e interior usando la ecuación:
X = Rx T
en donde coordenadas globales XY jvector de traducción TY0I y matriz de rotación:
¿o
<e o s>e ,<- s in>Qz0<'>COS0 y0<s in>Oy1 0 0<">
R - R ZR VR X -<s in>Qz c o s 0 z0<0>1 0 0<COS>9 y<- s in>Ox
<0 0 1 - s i n>Qr<0>e o sO y<0 s in O y>e o s0X
y en donde ©<z>es el ángulo de rotación alrededor del eje Z global, ©y es el ángulo de rotación alrededor del global Y-eje, y ©<x>es el ángulo de rotación alrededor del eje X global.
En diversos casos, se puede calcular el colapso y otras propiedades de rendimiento de la estructura 8 tubular para cada anillo de sección transversal discreto a lo largo de toda la longitud de la estructura 8 tubular. Además, pueden utilizarse datos tridimensionales completos para el modelado tridimensional para predecir con precisión la resistencia al colapso y otras propiedades de rendimiento de una estructura 8 tubular específica.
Una vez que se obtienen las coordenadas tridimensionales de las superficies exterior e interior de una estructura 8 tubular y se almacenan en un sistema de almacenamiento informático, se calculan las coordenadas que definen los centros de cualquier sección discreta. En general, y con referencia a la FIG. 7, las coordenadas tridimensionales de los centros de todas las secciones discretas de toda la longitud de un producto tubular forman líneas y curvas 45 tridimensionales. Usando el método de mínimos cuadrados, se calcula una línea base de referencia de rectitud de la estructura tubular particular o porciones de la misma. En la industria tubular, no hay medios únicos para definir la línea de referencia base para el cálculo de la rectitud. El usuario final puede especificar la metodología de su preferencia. Se proporcionan dos escenarios comunes en la especificación 5CT del Instituto Americano del Petróleo (API): mediciones de rectitud de longitud completa (barrido) y rectitud de extremo (gancho) de una sección de extremo de 5 pies (1,52 m) en ambos extremos de dicho tubular. Utilizando el sistema descrito en el presente documento, no solo se pueden evaluar con mayor precisión los dos escenarios comunes anteriores, sino que también se puede medir y mostrar visualmente la forma tridimensional de longitud completa (tal como una curva helicoidal) y/o los arcos locales a lo largo de toda la longitud del producto tubular, y se pueden proporcionar desviaciones de una línea base de referencia mediante salida digital o gráfica.
Con referencia a la FIG. 3, los instrumentos 40 de medición del espesor de la pared de traza única pueden incorporarse en el sistema 4 de inspección con fines de calibración para asegurar que el perfil o carcasa de la superficie interior se coloque adecuadamente dentro del perfil o carcasa de la superficie exterior. En al menos un aspecto, dos pistas, colocadas fuera del tambor 22 giratorio y separadas aproximadamente 90°, son suficientes para bloquear los perfiles de superficie interior y exterior entre sí. Alternativamente, los instrumentos de traza únicos 40 podrían colocarse en el interior del tambor 22 giratorio. Los ejemplos de instrumentos 40 de rastreo único adecuados incluyen ensayo ultrasónico de rastreo único (UT) no superpuesto, láser-UT, rayos gamma, magnéticos y otros dispositivos de detección de pared. En una realización alternativa, los instrumentos 40 de rastreo único podrían sustituirse o usarse junto con al menos cuatro puntos de medición de pared directos 42, dos o más en cada extremo de la estructura 8 tubular incluyendo la distancia 27 de separación longitudinal, como se ilustra en las FIGS. 2, 5 y 6. En otras realizaciones, pueden usarse dispositivos de posicionamiento avanzados, tales como un haz láser de referencia de rectitud separado o un giroscopio multidimensional, para determinar las dimensiones fuera del eje con respecto a las coordenadas del centro geométrico que representan secciones longitudinales discretas asociadas con las mediciones circunferenciales de la superficie exterior o de la superficie interior.
Aunque las diversas realizaciones de los dispositivos se han descrito en el presente documento en relación con algunas realizaciones divulgadas, pueden implementarse muchas modificaciones y variaciones a esas realizaciones siempre que estén dentro del alcance de la invención como se define por las reivindicaciones adjuntas.
Aunque esta invención se ha descrito como que tiene diseños ilustrativos, la presente invención puede modificarse adicionalmente dentro del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    Un método de inspección de un producto tubular, comprendiendo el método:
    seleccionar una sección transversal del producto tubular que es transversal a un eje longitudinal que se extiende a través del producto tubular;
    posicionar longitudinalmente un primer aparato de medición en una primera posición con respecto a la sección transversal; en donde el primer aparato de medición comprende:
    un tambor (22) giratorio configurado para girar alrededor del eje longitudinal del producto tubular, en donde el tambor (22) giratorio tiene una forma cilíndrica y una carcasa (23) exterior fija; y al menos un primer par de unidades láser (26, 26') colocadas en una pared interior del tambor giratorio, en donde cada unidad láser del al menos primer par de unidades láser está dispuesta en un lado opuesto de una pared interior del tambor giratorio, estando separadas circunferencialmente en aproximadamente 180° en la pared interior del tambor giratorio;
    recibir, por un controlador (12), una pluralidad de mediciones procedentes del primer aparato de medición;
    determinar, por el controlador (12), una pluralidad de diámetros exteriores del producto tubular en las posiciones discretas alrededor de la circunferencia de la sección transversal a partir de la pluralidad de mediciones del primer aparato de medición;
    posicionar longitudinalmente un segundo aparato de medición en una segunda posición con respecto a la sección transversal, en donde el segundo aparato de medición comprende:
    un miembro (28) de montaje en forma de mandril estacionario que se extiende a lo largo del eje longitudinal del producto tubular; y
    al menos un segundo par de unidades láser fijadas a un motor (17) de rotación fijado a y que se extiende desde el miembro (28) de montaje, en donde una primera unidad láser del segundo par de unidades láser está configurada para apuntar en una dirección opuesta a una segunda unidad láser del segundo par de unidades láser a lo largo de un eje perpendicular al eje longitudinal del producto tubular, y en donde el motor (17) de rotación está configurado para girar las dos unidades láser del segundo par de unidades láser alrededor del eje longitudinal del producto tubular;
    recibir, por el controlador (12), una pluralidad de mediciones procedentes del segundo aparato de medición;
    determinar, por el controlador (12), una pluralidad de diámetros interiores del producto tubular en las posiciones discretas alrededor de la circunferencia de la sección transversal a partir de la pluralidad de mediciones del segundo aparato de medición; mientras que el primer dispositivo de medición se encuentra en la primera posición y el segundo dispositivo de medición se encuentra en la segunda posición, determinar la posición longitudinal del primer dispositivo de medición a lo largo del eje longitudinal del producto tubular y determinar la posición longitudinal del segundo dispositivo de medición a lo largo del eje longitudinal del producto tubular; mientras que el primer dispositivo de medición está en la primera posición y el segundo dispositivo de medición está en la segunda posición, determinar la posición circunferencial del primer y del segundo dispositivo de medición alrededor de la circunferencia de la sección transversal;
    seleccionar secciones diametrales en posiciones discretas alrededor de la circunferencia de la sección transversal del producto tubular;
    repetir las etapas enumeradas anteriormente en una pluralidad de otras secciones del producto tubular que son ortogonales al eje longitudinal;
    determinar un perfil de superficie exterior y un perfil de superficie interior del producto tubular en cada una de las secciones diametrales en un sistema de coordenadas global fijo a partir de la pluralidad de mediciones del primer y segundo aparato de medición, y determinar coordenadas tridimensionales que definen los centros geométricos de las superficies exterior e interior para cada sección diametral a partir de los perfiles superficiales exterior e interior determinados,
    calcular una base de referencia de la rectitud utilizando el método de mínimos cuadrados en base a las coordenadas tridimensionales determinadas de los centros geométricos.
    El método de la reivindicación 1, en donde los registros digitales comprenden:
    primeros registros digitales configurados para definir una superficie exterior del producto tubular; y segundos registros digitales configurados para definir una superficie interior del producto tubular.
    El método de la reivindicación 1, que comprende además la etapa de almacenar registros digitales de los diámetros exteriores, los diámetros interiores y el centro geométrico de la sección transversal.
    4. El método de la reivindicación 2, que comprende además la etapa de asociar la superficie exterior y la superficie interior del producto tubular para calcular una pared del producto tubular en un espacio tridimensional.
    5. El método de la reivindicación 4, que comprende además las etapas de:
    medir la posición relativa y la distancia de un punto central geométrico de superficie exterior de una sección inicial desde un punto central geométrico de superficie interior de la sección inicial; y medir la posición relativa y la distancia de un punto central geométrico de superficie exterior de una última sección desde el punto central geométrico de superficie interior de la última sección.
    6. El método de la reivindicación 5, que comprende además la etapa de usar al menos algunas de los registros digitales para calcular el efecto de los factores tensionales sobre la pared calculada del producto tubular.
    7. El método de la reivindicación 6, que comprende además la etapa de usar al menos algunas de los registros digitales para construir una forma tridimensional virtual del producto tubular.
    8. Un sistema de inspección de un producto tubular, comprendiendo el sistema: una unidad exterior que comprende
    al menos un dispositivo de medición exterior;
    un tambor (22) giratorio configurado para girar alrededor de un eje longitudinal del producto tubular, en donde el tambor giratorio tiene una forma cilíndrica y una carcasa exterior fija; y un primer par de unidades láser (26, 26') situadas en una pared interior del tambor (22) giratorio, en donde cada unidad láser del primer par de unidades láser está dispuesta en un lado opuesto de una pared interior del tambor (22) giratorio, estando separadas circunferencialmente en aproximadamente 180° en la pared interior del tambor (22) giratorio;
    una unidad interna que comprende:
    un miembro (28) de montaje en forma de mandril estacionario que se extiende a lo largo del eje longitudinal del producto tubular; y
    un segundo par de unidades láser fijadas a un motor (17) de rotación fijado a y que se extiende desde el miembro (28) de montaje, en donde una unidad láser del segundo par de unidades láser está configurada para apuntar en una dirección opuesta a una segunda unidad láser del segundo par de unidades láser a lo largo de un eje perpendicular al eje longitudinal del producto tubular, y en donde el motor (17) de rotación está configurado para girar el segundo par de unidades láser alrededor del eje longitudinal del producto tubular; y un circuito de control acoplado al primer par de unidades láser y al segundo par de unidades láser, en donde el circuito de control está configurado para realizar las etapas de:
    seleccionar una sección transversal del producto tubular que corta transversalmente un eje longitudinal que se extiende a través del producto tubular;
    posicionar longitudinalmente la unidad externa en una primera posición fuera de la sección transversal; mientras que la unidad externa está en la primera posición, determinar la posición longitudinal de la unidad externa a lo largo del eje longitudinal del producto tubular; mientras que la unidad externa está en la primera posición, determinar la posición circunferencial de la unidad externa alrededor de una circunferencia de la sección transversal;
    posicionar longitudinalmente la unidad interna en una segunda posición dentro de la sección transversal; mientras que la unidad interna está en la segunda posición, determinar la posición longitudinal de la unidad interna a lo largo del eje longitudinal del producto tubular; mientras que la unidad interna está en la segunda posición, determinar la posición circunferencial de la unidad interna alrededor de la circunferencia de la sección transversal;
    recibir una pluralidad de mediciones de las unidades exterior e interior; determinar una pluralidad de diámetros exteriores del producto tubular en posiciones discretas alrededor de la circunferencia de la sección transversal a partir de la pluralidad de mediciones de la unidad exterior;
    determinar una pluralidad de diámetros interiores del producto tubular en las posiciones discretas alrededor de la circunferencia de la sección transversal a partir de la pluralidad de mediciones de la unidad interior;
    seleccionar secciones diametrales en posiciones discretas alrededor de la circunferencia de la sección transversal del producto tubular;
    repetir las etapas enumeradas anteriormente en una pluralidad de otras secciones del producto tubular que son ortogonales al eje longitudinal; determinar un perfil de superficie exterior y un perfil de superficie interior del producto tubular en cada una de las secciones diametrales en un sistema de coordenadas global fijo a partir de la pluralidad de mediciones de la unidad interior y exterior; y determinar coordenadas tridimensionales que definen los centros geométricos de las superficies exterior e interior para cada sección diametral a partir de los perfiles superficiales exterior e interior determinados,
    calcular una línea base de referencia de rectitud usando el método de mínimos cuadrados basándose en las coordenadas tridimensionales determinadas de los centros geométricos.
    9. El sistema de la reivindicación 8, en donde el circuito de control comprende una memoria, y en donde el circuito de control está configurado para almacenar registros digitales de los diámetros exteriores, los diámetros interiores y el centro geométrico de la sección transversal en la memoria.
    10. El sistema de la reivindicación 9, en donde los registros digitales comprenden:
    primeros registros digitales configurados para definir una superficie exterior del producto tubular; y segundos registros digitales configurados para definir una superficie interior del producto tubular.
    11. El sistema de la reivindicación 10, que comprende además la etapa de asociar la superficie exterior y la superficie interior del producto tubular para calcular una pared del producto tubular en un espacio tridimensional.
    12. El sistema de la reivindicación 11, que comprende además una unidad intermedia, en donde el circuito de control utiliza la unidad intermedia para realizar las etapas de:
    medir la posición relativa y la distancia de un punto central geométrico de superficie exterior de una sección inicial desde un punto central geométrico de superficie interior de la sección inicial; y medir la posición relativa y la distancia de un punto central geométrico de superficie exterior de una última sección desde el punto central geométrico de superficie interior de la última sección.
    13. El sistema de la reivindicación 12, en donde el circuito de control está configurado para construir una forma tridimensional virtual del producto tubular usando al menos algunos de los registros digitales almacenados en la memoria.
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