Campo da Invenção

[0001] A presente invenção está relacionada a tecnologias de inspeção de dutos flexíveis submarinos, com ênfase na detecção de alagamento do espaço anular destes dutos.

Descricão do Estado da Técnica

[0002] Dutos flexíveis são amplamente utilizados no escoamento de petróleo offshore na indústria de óleo e gás, tanto como linhas de produção interligando os poços (árvores de natal) às plataformas, como linhas de transferência interligando plataformas entre si.

[0003] Uma interligação pode ser composta de vários tramos e possui uma parte estática ( flowline ) e uma parte dinâmica, conhecida como riser. Estes dutos são compostos por várias camadas coaxiais sobrepostas com funções especificas.

[0004] A região do anular é definida como aquela entre a camada polimérica conhecida como barreira de vedação e a capa externa, também polimérica. Nesta região, abrigam-se as camadas metálicas estruturais do duto, conhecidas como armaduras de tração.

[0005] A barreira de vedação é responsável pela contenção do fluido interno ao duto, enquanto que a capa externa é responsável por não permitir o ingresso da água do mar. As armaduras de tração são responsáveis por suportar carregamentos de tração e torção.

[0006] Muito embora grande parte dos rísers em operação na indústria (mais antigos) terem sido projetados considerando a condição de anular seco, devido às condições de instalação ou operação, danos na capa externa permitem a entrada de água do mar colocando as armaduras em contato com esta água, o que acaba por reduzir sua vida à fadiga e, consequentemente, a vida útil e a continuidade operacional do duto. [0007] Adicionalmente, o elevado teor de CO ₂ dos campos do Pré Sal, e sua consequente reinjeção, tornam a detecção de água no anular ainda mais relevante, uma vez que o gás carbónico se converte em ácido carbónico quando em contato com esta água, o que pode levar ao trincamento e posterior fratura das armaduras de tração.

[0008] A detecção de alagamento de anular se dá atualmente através da injeção de nitrogénio associada ou não a teste de vácuo. Aplica-se somente aos risers de topo, o que representa uma limitação, e tem apresentado variabilidade entre prestadores de serviço. Existem algumas soluções para detecção de anular alagado no estado da técnica, baseadas no método ultrassónico ou na medição de impedância da região do anular com e sem água. Adicionalmente estes métodos apresentam sensibilidade aos efeitos da pressão da coluna d’água, a qual tende a comprimir mais as camadas dos dutos umas contra as outras, reduzindo a abertura do espaço anular.

[0009] Existem sistemas disponíveis no mercado que se utilizam da técnica de transmissão gama para inspeção de dutos submarinos, porém, os mesmos também falham na detecção do alagamento no espaço anular, devido ao tipo de projeto (arranjo relativo entre a fonte, os sensores e o duto) e à metodologia de leitura de dados adotada, baseada na coleta em várias posições, segundo intervalos de tempo fixo. A sensibilidade de detecção viabilizada com este tipo de sistema é incapaz de discriminar, além do nível de ruído, a atenuação proporcionada pela presença do pequeno volume de água que se acomode no anular.

[0010] O documento GB2211708A revela um sistema de radiografia convencional, destinado à inspeção de dutos rígidos para detecção da ocorrência de corrosão através da medição de espessura através de exposição radiográfica segundo o arranjo consagrado de parede dupla vista simples (PDVS) e/ou tangencial offset. No entanto, é de conhecimento comum que a radiografia é incapaz de detectar alagamento no anular de risers flexíveis, devido ao reduzido efeito da atenuação da água eventualmente presente no anular na formação da imagem final.

[0011] O documento US20180100816(A1 ) revela um sistema de tomografia por transmissão gama, utilizado na inspeção de dutos rígidos e flexíveis, especialmente para a verificação de perda de espessura por corrosão, formação de incrustações internas, como hidratos, e avaliações de alterações geométricas (amassamentos) ou funcionais (rompimento de arames em flexíveis). Também é reivindicado que tal sistema seja capaz de detectar alagamento de anular em dutos flexíveis, no entanto, como pode ser observado, o sistema apresentado em US20180100816(A1 ) compreende um arranjo em que a fonte e os sensores estão defasados a 180°, com o duto/objeto de inspeção entre eles, desta forma sendo incapaz de detectar alagamento de anular, devido ao grande número de espessuras atravessadas pela radiação, bem como ao próprio fluido escoado pelo duto, os quais reduzem o sinal de interesse (da água no anular) ao nível de ruído.

[0012] No que se refere à coleta e tratamento de dados, o sistema apresentado em US20180100816(A1 ) utiliza-se dos princípios da tomografia computadorizada, a qual se constitui em um método em que um grande número de exposições sistemáticas em diferentes ângulos é realizado de forma contínua ao redor do duto/objeto de inspeção. Com auxílio de recursos computacionais, os dados referentes a cada uma destas exposições são usados para reconstruir matematicamente os coeficientes de atenuação dos elementos que compõem uma seção transversal deste objeto e, desta forma, gera-se a imagem da própria seção exposta pela radiação. Por se tratar de um processo complexo, cada exposição é realizada em um intervalo de tempo pré-definido, o qual deve ser o mais breve possível para não onerar a inspeção em termos de duração total. A desvantagem óbvia é a redução da relação sinal ruído e, consequentemente, da sensibilidade da técnica às variações tão sutis quanto a atenuação de um pequeno volume de água presente no espaço anular de um duto flexível. [0013] O objeto da invenção ora apresentado é um sistema de inspeção capaz de detectar a presença de água no anular de um duto flexível em operação por maximizar a capacidade de detecção de pequenas variações de atenuação, em quaisquer profundidades, representando um cenário bastante amplo de aplicações.

[0014] Como será mais bem detalhado a seguir, a presente invenção visa a solução dos problemas do estado da técnica acima descrito de forma prática e eficiente.

Breve Descricão da Invenção

[0015] É um objetivo da presente invenção prover tecnologias de inspeção de dutos flexíveis submarinos, com ênfase na detecção de alagamento do espaço anular destes dutos, através das quais se utilizam dispositivos de detecção e meios para sua operação adequada, sendo que uma fonte radioativa encapsulada, sensores de radiação e os meios eletrónicos de coleta e amplificação de sinais (05) estão dispostos em vasos de pressão possibilitando que o dito dispositivo possa ser utilizado em grandes profundidades, sem com isso prejudicar o funcionamento devido à elevada pressão do ambiente submarino.

Breve Descricão dos Desenhos

[0016] A presente invenção será descrita com mais detalhes a seguir com referência às figuras em anexo, as quais ilustram uma forma não limitativa de execução e nas quais:

- a Figura 1 ilustra o dispositivo de detecção de alagamento de anular com transmissão gama em duto flexível da presente invenção, com os seus componentes internos, acoplado a um duto flexível;

- a Figura 2 ilustra uma vista em perspectiva do dispositivo da presente invenção acoplado a um duto flexível;

- a Figura 3 ilustra o posicionamento relativo entre a fonte radioativa encapsulada, os sensores de radiação e um duto flexível;

- a Figura 4 ilustra os componentes internos da presente invenção; - a figura 5 ilustra conjunto de detecção de alagamento de anular com transmissão gama em duto flexível da presente invenção.

Descricão Detalhada da Invenção

[0017] 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.

[0018] O dispositivo (50) de detecção de alagamento de anular com transmissão gama em um duto flexível (01 ) da presente invenção compreende uma estrutura (07), em que a dita estrutura (07) compreende posicionados em seu interior um primeiro vaso de pressão (10), compreendendo uma fonte radioativa encapsulada (03) em seu interior, um segundo vaso de pressão (1 1 ) compreendendo sensores de radiação (04) em seu interior e um terceiro vaso de pressão (12), compreendendo meios eletrónicos de coleta e amplificação de sinais (05) em seu interior, em que os ditos sensores de radiação (4) são conectados aos meios eletrónicos de coleta e amplificação de sinais (05) por meio de um cabo interno (13). A estrutura (07) compreende em um dos seus lados uma forma de arco de circunferência (20), de modo que a estrutura se encaixe em um duto flexível (01 ) com seção circular. Ainda, a estrutura (07) compreende posicionado em um dos lados do arco de circunferência (20), o primeiro vaso de pressão (10) compreendendo a fonte radioativa encapsulada (03), e do lado oposto, é posicionado o segundo vaso de pressão (1 1 ) compreendendo sensores de radiação (04), de forma que com o encaixe da estrutura (07) no duto flexível (01 ), possa se traçar uma linha reta (22) imaginária entre a fonte radioativa encapsulada (03) e os sensores de radiação (04), em que linha reta (22) fique tangente ao duto flexível (01 ). O dispositivo (50) compreende ainda um umbilical (06), que tem por função a alimentação, controle e transmissão de dados, em que o umbilical pode ser conectado ao Top Side (não mostrado). [0019] Ainda, a fonte radioativa encapsulada (03), possui meios de locomoção do isótopo, de modo a modificar o seu posicionamento no interior do primeiro vaso de pressão (10), permitindo o início e o final da exposição do duto à radiação ionizante. Os meios de locomoção podem compreender um acionamento hidráulico ou elétrico, sendo este acionamento proveniente do umbilical (06).

[0020] O fato da fonte radioativa encapsulada (03), dos sensores de radiação (04) e dos meios eletrónicos de coleta e amplificação de sinais (05) estarem dispostos em vasos de pressão possibilita que o dispositivo (50) possa ser utilizado em grandes profundidades, sem que com isso tenha o seu funcionamento prejudicado devido a elevada pressão do ambiente.

[0021] A fonte radioativa encapsulada (03) compreende preferencialmente o isótopo de Cs-137 e os sensores de radiação (04) compreendem preferencialmente cintiladores a base de cristal de iodeto de césio ativado com tálio, Csl(TI).

[0022] A presente invenção compreende ainda um conjunto de detecção de alagamento de anular de duto flexível, com base na técnica de transm issão gama compreendendo um dispositivo (50) de detecção de alagamento de anular com transmissão gama em um duto flexível (01 ) acoplado a um ROV (02), em que este acoplamento é realizado através de um braço de controle (08) do ROV (02), e todo o controle e funcionamento do dispositivo se dá pela conexão do umbilical (6) ao ROV (02).

[0023] A presente invenção compreende ainda de um método de detecção de alagamento em um duto flexível (01 ) a partir do corpo tubular do duto flexível (01 ), associado ao dispositivo (50) descrito acima, compreendendo as etapas de:

a) inspecionar ainda na superfície uma amostra de um duto flexível seco com o dispositivo (50),

em que a etapa de inspecionar uma amostra de um duto flexível seco com o dispositivo (50) compreende: a.1 ) posicionar o dispositivo (50) em um determinado arco do duto flexível (01 ), em que o posicionamento do dispositivo é realizado com o lado da estrutura (07) que compreende o arco de circunferência (20), de forma que o mesmo se acomode ao arco do duto flexível (01 );

a.2) iniciar a exposição da fonte radioativa encapsulada (03) através da mudança de sua posição dentro do vaso de pressão (10), o que pode ocorrer através de acionamento hidráulico ou elétrico;

a.3) programar os sensores de radiação (04) para aquisitar um certo número de contagens de fótons de radiação através de um dispositivo de controle (09);

a.4) cessar a exposição da fonte radioativa encapsulada (03) através do retomo à posição inicial dentro do vaso de pressão (10), quando todos os sensores de radiação (04) já houverem aquisitado o número pré-determinado de contagens;

a.5) enviar as informações referentes às contagens de fótons para os meios eletrónicos de coleta e amplificação de sinais (05), e enviar as informações tratadas para o dispositivo de controle (09);

este resultado será utilizado como referência para a comparação entre os cômputos dos intervalos de tempo acumulados para que cada sensor de radiação (04) atinja o número de contagens pré-definidas;

b) inspecionar o um duto flexível desejado com o dispositivo (50), em que a etapa de inspecionar o duto flexível desejado com o dispositivo (50) compreende:

b.1 ) movimentar o dispositivo para uma região próxima do trecho de duto flexível (01 ) a ser inspecionado,

em que esta movimentação é realizada preferencialmente utilizando-se um ROV (02), em que o dispositivo (50) está acoplado ao braço (08) do ROV (02);

b.2) posicionar o dispositivo (50) em um determinado arco do duto flexível (01 ), em que o posicionamento do dispositivo é realizado com o lado da estrutura (07) que compreende o arco de circunferência (20), de forma que o mesmo se acomode ao arco do duto flexível (01 );

b.3) iniciar a exposição da fonte radioativa encapsulada (03) através da mudança de sua posição dentro do vaso de pressão (10), o que pode ocorrer através de acionamento hidráulico ou elétrico,

em que o acionamento hidráulico ou elétrico é realizado preferencialmente pelo ROV (02);

b.4) programar os sensores de radiação (04) para aquisitar um certo número de contagens de fótons de radiação através de um dispositivo de controle (09),

em que o dispositivo de controle (09) analisa as informações para definir o estado do anular do duto flexível (01 ), a partir das informações colhidas durante a exposição do arco do corpo tubular do duto flexível (01 ).

b.5) cessar a exposição da fonte radioativa encapsulada 3 através do retorno à posição inicial dentro do vaso de pressão (10), quando todos os sensores de radiação 4 já houverem aquisitado o número pré-determinado de contagens;

b.6) enviar as informações referentes às contagens de fótons para os meios eletrónicos de coleta e amplificação de sinais (05), e enviar as informações tratadas para o dispositivo de controle (09);

c) analisar e comparar os resultados obtidos na etapa a) com os obtidos na etapa b), objetivando determinar se há alagamento no espaço anular da amostra colhida.

[0024] Opcionalmente, o método da presente invenção compreende uma etapa de:

d) reposicionar o dispositivo (50) em outro local do duto flexível (01 ) de modo a executar mais uma coleta de dados aumentando a amostragem da inspeção.

[0025] Opcionalmente, o ROV (02) pode estar conectado a um dispositivo de controle (09) (como um computador) adaptado para gerenciar todos os elementos eletrónicos do sistema, permitindo a execução da operação de aquisição de dados de forma remota pela equipe de trabalho no convés da embarcação ou plataforma.

[0026] Assim, os sensores de radiação (04) enviam as informações referentes às contagens de fótons para os meios eletrónicos de coleta e amplificação de sinais (05), que envia as informações tratadas para o dispositivo de controle (09). O dispositivo de controle (09) por sua vez, analisa as informações para definir o estado do anular do duto flexível (01), a partir das informações colhidas durante a exposição de um arco do corpo tubular do duto flexível (01).

[0027] A técnica de transmissão gama está baseada no princípio de atenuações da lei de Beer-Lambert, a qual estabelece que quando um feixe de fótons de intensidade I0, emitido por uma fonte radioativa, atravessa um material composto por n camadas de elementos e espessuras diferentes, sofre atenuação, de modo que a intensidade I do feixe emergente é representada pela Equação 1 :

[0028] Onde xi e mi representam, respectivamente, a espessura e o coeficiente de atenuação total ou linear de cada camada, / ₀ é a intensidade do feixe incidente na amostra e / é a intensidade do feixe emergente da amostra. Como a absorção da radiação depende da espessura e da densidade do material, um vazio ou uma descontinuidade ou variações de densidades quaisquer no interior da amostra examinada se traduzirão por variações locais da intensidade da radiação emergente.

[0029] Quando o anular do duto flexível (01 ) estiver seco, o computo dos intervalos de tempo acumulados para que cada sensor de radiação (04) atinja o número de contagens pré-definidas será substancialmente inferior ao computo registrado para a condição de anular alagado. Assim, no corpo tubular do duto flexível (01 ), os meios que a radiação gama da presente invenção irá atravessar serão água do mar (ambiente submarino), polímero (capa protetora), aço (armaduras) e ar no anular, em proporções que dependerão da posição de cada sensor de radiação (04) dentro do vaso de pressão (11 ) relativamente ao arco do corpo tubular do duto flexível (01).

[0030] Quando o anular do duto flexível (01 ) estiver alagado, os meios que a radiação gama da presente invenção irá atravessar serão água do mar (ambiente submarino), polímero (capa protetora), aço (armaduras) e água no anular, em proporções que dependerão da posição de cada sensor de radiação (04) dentro do vaso de pressão (11 ) relativamente ao arco do corpo tubular do duto flexível (01 ).

[0031] O umbilical 06 do ROV (02) fornece vias tanto para energia elétrica (alimentação dos sensores de radiação (04) e da eletrónica (05)), como vias para transmissão de dados de inspeção.

[0032] Os resultados obtidos, os quais correspondem aos intervalos de tempo para que cada sensor de radiação (04) atinja o número de contagens pré- definidas através do dispositivo de controle (09), são acumulados e tratados estatisticamente de modo a que sejam comparados à condição de leitura com duto flexível (01 ) seco. Esta comparação é igualmente realizada através de ferramentas matemáticas do cálculo estatístico, fornecendo um laudo imediato da condição do duto flexível (01 ) com, ao menos, 95% de confiança.

[0033] Inúmeras variações no que diz respeito à forma da estrutura (07), dos vasos de pressão (10, 11 e 12) da fonte radioativa encapsulada (03), dos sensores de radiação (04) e da eletrónica (05), incidindo no escopo de proteção do presente pedido são permitidas. Variações no tipo de fonte radioativa encapsulada (03), nos tipos de sensores de radiação (04) e meios eletrónicos de coleta e amplificação de sinais (05) também são admitidas. Dessa forma, reforça-se o fato de que a presente invenção não está limitada às configurações/concretizações particulares acima descritas.