SECTOR TECNOLÓGICO

La presente solicitud está relacionada con una herramienta para detectar perforaciones en líneas de conducción de hidrocarburos con base en su sistema de sensado. La función de esta herramienta es atravesar longitudinalmente una tubería de un diámetro específico, monitoreando el espesor de Ia misma y detectando cualquier orificio que se encuentre en el trayecto y según los datos obtenidos, establecer Ia distancia a Ia cual se encuentran los orificios, calculada desde el punto de partida, el tiempo al momento de Ia detección, además de su posición circunferencial y tamaño, todo Io anterior en un proceso en línea que se desarrolla a medida que Ia herramienta avanza por Ia tubería objetivo. Al final del recorrido, Ia información puede ser descargada a un computador en donde queda disponible para ser usada y tomar las decisiones de integridad correspondientes. El desplazamiento de Ia herramienta es ejercido por el flujo que hay dentro de Ia tubería, Io cual es una característica de los raspadores usados comúnmente para Ia limpieza de los ductos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En el estado de Ia técnica existen numerosas herramientas para Ia limpieza o separación física entre diferentes líquidos que son transportados en tubería; otro tipo de herramienta está orientada hacia el mantenimiento e inspección de las condiciones internas y externas de las tuberías de conducción de hidrocarburos o gas, que permiten capturar y grabar información geométrica de Ia tubería, tales como tamaño, posición y defectos internos y externos entre otras.

Entre las herramientas para inspección se encuentran las herramientas de inspección en línea, las cuales son desplazadas internamente en Ia tubería por Ia dinámica del fluido que transporta, debido a ello no se requiere suspender el funcionamiento normal de Ia línea para cumplir con el objetivo de inspeccionar Ia tubería. Las herramientas inteligentes emplean diferentes métodos de inspección. Los métodos de inspección más utilizados para detectar varios aspectos de Ia tubería son: fuga de flujo magnético o magnetic flux leakage (MFL) y ultrasonido (UT). Las herramientas inteligentes, en especial aquellas que emplean Ia tecnología MFL, son las más empleadas y han sido desarrolladas en mayor número, al punto que existe una gran cantidad de solicitudes de patente relacionadas con herramientas basadas en este principio.

Dentro de los documentos relacionados con este tipo de herramientas se encuentra Ia solicitud de patente US 4,153.875, Ia cual se refiere a un dispositivo de prueba por medio de corriente para tubos de metal que son doblados por Io menos localmente. El dispositivo opera por el movimiento traslacional de una sonda dentro del espacio interior de dichos tubos, Ia sonda está provista con una bobina que sirve de emisor-receptor y con un cable eléctrico que tiene conductores conectados a dicha bobina dicha y acoplados mecánicamente a Ia sonda para realizar los movimientos traslacionales que emergen continuamente desde el extremo trasero del tubo y que permanece conectado a un sistema de suministro y de exploración de tubo que se encuentran afuera de éste. Este aparato cuenta con una diversidad de módulos, donde se pueden encontrar el de alimentación, el de detección y el de almacenamiento. Sin embargo, Ia herramienta descrita en esta solicitud no permite Ia fácil maniobrabilidad dentro de Ia tubería, ya que no cuenta con juntas homocinéticas y el control de Ia información recibida por los sensores es controlado únicamente por un medio electrónico.

Adicionalmente, se encuentra Ia solicitud US 5.864.232 que describe una herramienta inteligente para analizar anomalías que se pueden encontrar en las paredes de una tubería. Esta herramienta presenta un cuerpo cilindrico que tiene un módulo de alimentación, un módulo de almacenamiento de datos, medios para generar y trasmitir un campo magnético; medios para leer Ia fuga de flujo magnético causada por las anomalías en dicha tubería y una pluralidad de ruedas unidas al cuerpo de Ia herramienta, las cuales permiten que dicho dispositivo se deslice por Ia tubería, Además, Ia herramienta de este documento presenta varias ruedas, útiles únicamente para el desplazamiento, y un medio para impulsar Ia herramienta por Ia tubería, Io cual no es recomendable, ya que se tiene un consumo mucho más alto de energía debido al módulo de impulsión que permite desplazar Ia herramienta por Ia tubería. Por otro lado, se encuentra Ia solicitud de patente US 6.023.986, Ia cual se refiere a un sistema de iocalización de defectos de una tubería que comprende un sistema de navegación interna (INS) y un sistema de posicionamiento global (GPS). En particular, esta solicitud se refiere al método para llevar a cabo Ia inspección de Ia tubería y no se limita a una única herramienta para Ia detección, Io cual deja un campo muy abierto en cuanto al dispositivo que se puede utilizar dentro de Ia tubería. Dicha herramienta es demasiado compleja y su consumo de potencia es elevado, debido a Ia gran cantidad de módulos adicionales con los que cuenta para llevar a cabo Ia detección de los defectos en una tubería. Además, esta herramienta necesita de un personal especializado para llevar a cabo el mantenimiento, operación e interpretación de los datos, debido a su complejidad en operación por los módulos GPS e INS.

Adicionalmente, Ia solicitud US 6.100.684 divulga un sistema para detectar grietas y variaciones en el grosor de Ia pared de tuberías, especialmente un método de detección implementando dicho sistema. Este sistema comprende: medios para generar y para inyectar un flujo magnético en una porción de Ia tubería, medios para medir los campos magnéticos locales en Ia superficie interior de Ia tubería, medios para procesar dichas mediciones, almacenarlas y localizarlas, y medios para el accionamiento de dicho sistema por medio del flujo de fluido en Ia tubería. Dicho sistema presenta una desventaja en el área de Ia detección y monitoreo de tuberías, la cual se basa en Ia inhabilidad para girar cuando se encuentran desviaciones o giros en Ia tubería, ya que cuando el giro es muy cerrado Ia herramienta se vería atascada allí. Además, el sistema cuenta con varios módulos de accionamiento que deslizan y arrastran Ia herramienta.

Adicional a los documentos mencionados anteriormente, encontramos la solicitud US 6.640.655 que se refiere a una herramienta inteligente que tiene un módulo de accionamiento, una sección magnetizante y una sección de almacenamiento y grabación de datos. Dentro de Ia sección magnetizante se encuentra una pluralidad de sensores que detectan los diferentes defectos que se pueden presentar en Ia pared de la tubería analizada. El módulo de accionamiento se encarga de halar Ia herramienta a través de Ia tubería. La herramienta cuenta con un sistema de suspensión que permite determinar el grosor de Ia tubería y así saber si existe un deterioro. Por otro lado, el documento más cercano en el estado del arte a Ia presente invención es Ia solicitud de patente US 2002/0011124, Ia cual define una herramienta inteligente para Ia detección de defectos que se puedan encontrar en una tubería, especialmente para determinar el grosor de Ia pared de ésta. Esta herramienta está compuesta básicamente por tres módulos electrónicos, los cuales son un módulo de sensado, un módulo de alimentación o potencia y un módulo de almacenamiento de datos. Esta herramienta utiliza el ultrasonido para Ia detección de los defectos. La principal desventaja de esta herramienta es que solo puede ser utilizada para tuberías relativamente rectas, ya que su sistema de conexión entre módulos no permite que gire de una forma fácil, Io que Ia restringe en su funcionamiento. Además, Ia invención descrita en dicho documento no presenta una pluralidad de sensores de efecto Hall ni de las tarjetas que se encargan de éstos, por Io que no utiliza un sistema personalizado para grupos de sensores y por Io tanto no se obtiene un mejor control de Ia información y una precisión mayor de los defectos que se pueden presentar en una tubería.

La inspección en línea de tuberías presenta dos problemas principales. El primero de estos es el obstáculo en Ia tubería como abolladuras, obstrucciones o restricciones geométricas, como curvaturas o válvulas que obstruyen el desplazamiento de las herramientas convencionales, Io que impide el cubrimiento de Ia longitud total de Ia tubería. De acuerdo con Io expuesto, las herramientas presentan inconvenientes, ya que no recolectan todos los datos relacionados con estas secciones particulares de Ia tubería y como resultado, los operadores obtienen una imagen o información incompleta acerca del estado de Ia misma. Estas zonas generalmente pueden contener potenciales fallas o defectos y además, requieren mantenimiento prioritario para asegurar Ia operación normal de Ia tubería.

Así las cosas, Ia consecución de herramientas más efectivas para evitar restricciones de tubería como las anteriormente mencionadas, ha sido Ia preocupación durante los últimos años. Algunas de estas invenciones que intentan superar estos inconvenientes se encuentran divulgadas a continuación.

En este sentido, encontramos Ia solicitud de patente US 4.769.598, Ia cual se refiere a un aparato y un método para evaluar de forma electromagnética las paredes de una tubería. Esta invención cuenta básicamente con dos módulos los cuales tienen unos portadores o medios de desplazamiento que permiten que Ia herramienta se deslice por Ia tubería de forma fácil y segura. Uno de los módulos de esta herramienta genera un campo electromagnético que permite determinar los defectos existentes en Ia pared de Ia tubería, que son leídos por sensores magnéticos.

Este documento presenta una desventaja, Ia cual radica en que cada uno de los módulos comprende al menos cuatro rodillos o ruedas para permitir que Ia herramienta se deslice y sólo cumplen esta función sin permitir que dichas ruedas cumplan otra función diferente. Adicionalmente, Ia herramienta descrita en este documento no cuenta con sistemas de control y posicionamiento, ya que no cuenta con tarjetas de multiplexión ni con una tarjeta de control que supervise las otras por medio de un modo de interrupción enviado a los microcontroladores de dichas tarjetas. Además, ya que no cuenta con estas tarjetas, no es posible permitir controlar todo el tiempo Ia información recibida por los sensores y no hay una comunicación apropiada con el computador para Ia interpretación de los datos por parte del usuario.

Existe otro problema en Ia inspección en línea y se encuentra básicamente constituido por Ia interpretación de Ia información de los datos obtenidos. La forma de realizar Ia interpretación de los datos almacenados en las herramientas existentes es Ia interpretación post - inspección, Ia cual apunta a Ia interpretación de los datos almacenados mediante software de tratamiento de señales, por medio de redes neuronales y algoritmos que Io hacen un proceso difícil, dispendioso y demorado que requiere normalmente validación e interpretación por parte de un experto. Adicionalmente, hay que agregar que el proceso requiere de elementos de alta capacidad y de una arquitectura robusta para el almacenamiento y el procesamiento de Ia información.

El método propuesto en Ia presente invención es Ia interpretación en línea, Ia cual consiste en el análisis de Ia información tomada en el proceso de sensado desde Ia herramienta y en tiempo real. Esta forma de interpretación ofrece una herramienta robusta y versátil para todo tipo de usuario y además, permite Ia disminución en el número y el tamaño de los dispositivos de almacenamiento que se encuentran dentro de dicha herramienta. RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La herramienta para detección de perforaciones, objeto de esta invención, se encuentra inmersa en un sistema que consta de dos grandes bloques: uno de adquisición, interpretación y almacenamiento de datos y otro de decodificación de información y visualización de estos datos. El bloque de adquisición, interpretación y almacenamiento de datos es el elemento básico en Ia herramienta para Ia inspección interna de tuberías. Esta inspección se realiza principalmente mediante sensores magnéticos (Efecto Hall) y los datos obtenidos se procesan e interpretan por medio de algoritmos internos, los cuales permiten adquirir, procesar, interpretar y almacenar en tiempo real toda Ia información que corresponda a las características de típicas de una perforación encontrada.

El segundo bloque de decodificación de información y visualización de datos consta de un software para computador que se encarga de recibir Ia información almacenada en Ia herramienta, decodificarla y representarla en una interfaz gráfica entendible y manejable para el usuario del sistema, sin que ello requiera validación por expertos.

El bloque de adquisición, interpretación y almacenamiento de datos en Ia herramienta para detección de perforaciones está constituido físicamente por tres módulos principales: módulo de baterías (1), el módulo de posicionamiento y control principal (2) y módulo de sensado magnético (3). Opcionalmente, Ia herramienta cuenta con dos módulos de sensado secundarios que estarían ubicados en el módulo de sensado magnético (3). Dichos módulos adicionales pueden ser o no utilizados dependiendo de Ia necesidad y están definidos como módulo de ultrasonido y módulo de visión, ellos permiten ratificar Ia información encontrada por el módulo de sensado magnético (3), cuyo objeto es proporcionar información redundante.

Debido a Ia acción de los diferentes tipos de sensado que contiene Ia herramienta, es posible detectar cualquier defecto existente en Ia tubería, entre ellos desgastes extemos e internos, Io que permite que Ia herramienta sea adecuada para diagnosticar Ia integridad total de una línea de transporte de hidrocarburos, teniendo en cuenta que en este caso su principal objetivo es el de almacenar únicamente Ia información correspondiente a perforaciones. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La invención puede ser entendida de una mejor forma por medio de las figuras, donde se muestran cada uno de los elementos que componen Ia herramienta inteligente para detección de perforaciones e interpretación de datos en línea. Además, las figuras muestran los números de referencia asignados a las partes correspondientes de dicho dispositivo.

Fig. 1 : Esta figura corresponde a un esquema general de Ia herramienta de detección.

Fig. 2: Esta figura corresponde a un plano del módulo de baterías (1).

Fig. 3 Esta figura corresponde a una vista de corte transversal del módulo de baterías (1) de Ia figura 2.

Fig.4 Esta figura corresponde a un plano del módulo de posicionamiento y control principal (2).

Fig. 5: Esta figura corresponde a una vista de corte transversal del módulo de posicionamiento y control principal (2) de Ia figura 4.

Fig. 6: Esta figura corresponde a un plano del módulo de sensado magnético (3).

Fig.7: Esta figura corresponde a una vista de corte transversal del módulo de sensado magnético (3).

Fig.8: Esta figura corresponde a un diseño general y conceptual de adquisición, almacenamiento y visualización de información.

Fig. 9: Esta figura corresponde a diagrama de bloque del proceso de adquisición y almacenamiento. Fig. 10: Esta figura corresponde a los resultados obtenidos con el uso de Ia herramienta de Ia presente invención y que se describen en el ejemplo 1.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La figura 1 muestra una herramienta para Ia detección de perforaciones e interpretación de datos en línea, Ia cual está compuesta de tres módulos definidos como módulo de batería (1), módulo de posicionamiento y control principal (2), y módulo de sensado magnético (3). Cada uno de estos módulos a su vez está compuesto por una serie de elementos que permiten su funcionamiento y Ie proporcionan novedad a Ia presente invención.

El módulo de batería (1) se muestra en las figuras 2 y 3, y es el encargado de suministrar y mantener Ia energía en toda Ia herramienta. Además, tiene Ia función de regular todos los voltajes que necesitan cada uno de los elementos ubicados en los demás módulos. Este módulo de batería (1) cuenta con un cableado interno ubicado en el mismo módulo conectando las baterías (105), un conector en el exterior (106), cuyo objeto es permitir Ia carga de Ia batería cuando sea requerida.

Dicho módulo de batería (1) se encuentra acondicionado con diferentes filtros capacitores que pueden estar entre 1 μF y 100 μF, con el fin de reducir al máximo el ruido que pueda generar Ia etapa de regulación de Ia tarjeta.

El módulo de batería (1) cuenta básicamente con una pluralidad de baterías (105), las cuales tienen especificaciones entre 2.500 mA/h y 5000 mA/h y un voltaje entre 1,2 v y 5 v, para crear un paquete total entre 9,5v y 12v a una corriente entre 18.000 mA/h y 22.000 mA/h, según las especificaciones de potencia requerida por los sensores, microcontroladores, memorias y diferentes elementos electrónicos, con el fin de proporcionar suficiente carga a Ia herramienta y lograr su adecuado funcionamiento, teniendo en cuenta las distancias que se deben recorrer.

Físicamente, Ia estructura externa de cada uno de los módulos (1, 2 y 3) es Ia misma. Ellos están constituidos por dos discos de soporte (101, 209 y 309) y un cuerpo metálico (102, 210 y 310). Los discos (101, 209 y 309) son los encargados de mantener Ia estabilidad de Ia herramienta dentro de Ia tubería, ya que durante todo el recorrido están completamente pegados y ajustados contra las paredes internas de ésta. Por tal razón, estos discos (101, 209 y 309) deben estar construidos en un material fuerte resistente al rozamiento, a Ia alta presión y a Ia naturaleza química del fluido, preferiblemente poliuretano o polipropileno.

El cuerpo (102, 210 y 310) del módulo es un tubo metálico hueco, encargado de dar rigidez. Preferiblemente, el cuerpo tiene un espesor de pared que resiste una presión externa hasta de 15 MPa. Tanto el módulo de batería (1) como los demás módulos (2, 3), cuentan con tres contactos externos de tierra (104, 208, 308), los cuales están encargados de aterrizar Ia herramienta durante el trayecto y eliminar toda Ia posible energía o carga estática que puedan adquirir.

En el interior del cuerpo del módulo de baterías (1) se encuentra el paquete de baterías (105). Además, está interconectado con el módulo de posicionamiento y control principal (2) por medio de una junta homocinética (103, 211), que da flexibilidad al sistema permitiendo a Ia herramienta sortear curvas en las tuberías hasta de 3 diámetros de radio. A través de estas juntas pasa internamente todo el cableado de comunicación y de alimentación que recorre Ia herramienta en su totalidad.

El módulo de posicionamiento y control principal (2), mostrado en las figuras 4 y 5, está dividido en dos secciones de acuerdo a las funciones que cumple, las cuales consisten en obtener los datos de posicionamiento de Ia herramienta y de soportar el controlador principal.

En Ia sección de posicionamiento se realizan dos acciones esenciales. La primera es medir con tres odómetros Ia distancia recorrida en Ia tubería, desde el momento de partida hasta el momento que termina el recorrido, para así poder tener Ia distancia en Ia que se ubican cada una de las perforaciones encontradas. La encargada de manejar esta información en el módulo de posicionamiento y control principal (2) es Ia tarjeta de odometría (203). Cada uno de los tres odómetros está constituido por una rueda (204) que debe estar en contacto con la pared interna de Ia tubería durante todo el trayecto, por Io que debe estar construida en un material resistente al desgaste pero con un alto coeficiente de fricción, ya que no se debe deslizar en ningún momento porque se generarían errores en Ia medición de Ia distancia, De acuerdo a esta información, Ia rueda (204) puede estar construida en teflón, vitón, poliuretano o mezclas de éstos. Adicionalmente, en Ia rueda (204) van incrustados dos imanes (207) ubicados en lados opuestos de Ia misma cara. Estos imanes (207) permiten generar el conteo de las vueltas que realiza Ia rueda (204) para obtener el valor de Ia distancia por medio de los sensores de efecto Hall.

La otra función del módulo de posicionamiento y control principal (2) es medir Ia posición angular de cada perforación o defecto detectado en Ia sección transversal de Ia tubería. Para esto, se utilizan dos acelerómetros ubicados en Ia tarjeta de odometría (203), los cuales generan un valor de voltaje diferente para cada posición en el plano XY en el que se encuentre Ia herramienta. Luego, estos valores son procesados por un algoritmo que finalmente indica Ia ubicación angular de Ia perforación o defecto que se encuentra en Ia circunferencia de Ia tubería. Toda esta información es enviada a un microcontrolador ubicado en Ia tarjeta de posición (202), Esta tarjeta de posición (202) cuenta además con un reloj de tiempo real que permite tomar el momento exacto (tiempo) de Ia detección de las perforaciones o defectos. Los datos de los acelerómetros y del reloj de tiempo real son enviados por el microcontrolador hacia Ia tarjeta de control (205) principal en el momento en que esta los requiera.

Por último, este módulo de posicionamiento y control principal (2) tiene un cableado interno que contiene Ia polarización y los hilos de comunicación serial, por donde serán transmitidos todos los datos al controlador principal, además de un paquete de baterías extra (206), el cual complementa Ia energía suministrada por el módulo de baterías (1).

En Ia sección del controlador principal se encuentra Ia tarjeta de control (205). Esta tarjeta de control (205) es Ia encargada de recibir toda Ia información de los periféricos de Ia herramienta, con el fin de organizaría y codificarla para su posterior almacenamiento en las memorias, preferiblemente EEPROM, RAM, Cache, FLASH o ROM, por medio del protocolo de comunicación I C , Así las cosas, las memorias se encargan de guardar y mantener Ia información de las perforaciones o defectos encontrados en el trayecto, para una vez terminado todo el recorrido poder descargar y visualizar esta información en un medio externo de visualización, tal como un computador, asistentes personales PDAs ₁ teléfonos celulares y similares.

Los módulos (1, 2 y 3) cuentan con válvulas de entrada y salida (107, 201 y 311) para inyectar o evacuar nitrógeno o algún gas inerte que desplace el aire del interior del módulo, para así crear un ambiente inerte y que presenta mayor condición de seguridad en Ia herramienta.

El módulo de sensado Magnético (3) de las figuras 6 y 7, se encarga de detectar las perforaciones y defectos en Ia tubería. Así, cuando existe una perforación o defecto, Ia pérdida de metal es máxima en esta sección del tubo y el método más utilizado para medir estas pérdidas es el MFL. Esta herramienta utiliza el método MFL con una variación en Ia disposición entre el campo magnético y los sensores, el cual no es utilizado actualmente por ninguna de las herramientas que se encuentran en el estado de Ia técnica.

Usualmente, en el método MFL se magnetizan las paredes de Ia tubería y los sensores toman lecturas de las variaciones del campo magnético que se puedan generar en ellas. Diferente a esto, Ia herramienta de Ia presente invención trabaja con una configuración en el sistema de sensado, en el cual los elementos encargados de generar el campo magnético para magnetizar las paredes de Ia tubería no están en contacto directo con estas. Dichos elementos encargados de generar el campo magnético son imanes permanentes (303) ubicados radialmente en el cuerpo del módulo, corona de sensado (312), de tal manera que el polo norte de cada uno de ellos está confrontado con Ia cara posterior de los sensores de efecto Hall (302). Estos sensores de Efecto Hall (302) están ubicados radialmente a una distancia de entre 1 y 3 milímetros de la pared interna de Ia tubería. Las variaciones en el campo magnético se ven representadas en variaciones del voltaje de salida de los sensores, permitiendo así detectar las perforaciones o defectos existentes.

Los imanes (303) utilizados en el módulo de sensado magnético (3) pueden ser cerámicos, de alnico o de tierras raras, preferiblemente de estos últimos, con una densidad de campo de 100 mWb a 200 mWb (10.000 y 20.000 Gauss). Los ¡manes de tierras raras pueden ser seleccionados a partir del grupo que consiste de Samario, Cobalto, Boro o Neodimio, aunque es recomendable usar los de Neodimio por sus características magnéticas.

La corona de sensado (312) de este módulo (3) está compuesta por seis secciones de corona (301), en las cuales están ubicados los sensores de Efecto Hall (302) de Ia herramienta, preferiblemente una cantidad entre 30 y 70 sensores, más preferiblemente entre 40 y 60. Estas secciones de corona (301) están en contacto con las paredes internas de Ia tubería durante todo el trayecto, por Io que el material en el que están construidas debe ser fuerte y resistente al desgaste, preferiblemente poliuretano, polipropileno o mezclas de éstos.

En una modalidad preferida, este módulo (3) está constituido por cuatro tarjetas. Tres de ellas se encargan de manejar Ia información de los sensores de efecto Hall (302) en grupos de igual cantidad cada una. Para el caso que se tengan 48 sensores de efecto Hall (302), cada tarjeta se encargará de 16 de estos sensores.

El módulo (3) comprende cuatro tarjetas electrónicas configuradas en esquema maestro-esclavo. Tres tarjetas de multiplexión (304, 305 y 306) actúan en función esclavo, ejecutando los algoritmos que permiten conocer en tiempo real Ia información que es realmente importante. La tarjeta que actúa como maestro es una cuarta tarjeta de conmutación y multiplexión (307), Ia cual es Ia encargada de controlar y sincronizar las tarjetas de multiplexión (304, 305 y 306) nombradas anteriormente.

La tarjeta de multiplexión 1 (304) es Ia encargada de obtener e interpretar los datos provenientes de los sensores 1 al 16. Para lograr esto, Ia tarjeta cuenta con un microcontrolador, el cual es Ia parte inteligente de Ia tarjeta y está encargado de obtener Ia información de los sensores, analizarla e interpretarla en tiempo real. Este microcontrolador debe ser de 8, 16 o más Bits, y debe tener una memoria .de datos no menor a 256 x 8 bytes. Además, éste debe tener un módulo de transmisión serial, conversor análogo/digital y Ia capacidad de programación ICSP (In-Circuit). Para controlar el paso de datos de los sensores al microcontrolador, se utiliza un multiplexor análogo y se debe ubicar un acondicionador de señal (CAS) entre Ia salida del multiplexor y Ia entrada de microcontrolador, con el objetivo de ubicar el intervalo de información importante que brindan los sensores de Efecto Hall (302) y eliminar Ia información que no es relevante. La configuración descrita mejora Ia sensibilidad y aumenta Ia velocidad de interpretación.

Además, Ia tarjeta de multiplexión 1 (304) cuenta con doble regulación de voltaje, ya que los límites de trabajo de los circuitos integrados son diferentes al de los sensores integrando filtros RC al sistema para que minimicen el ruido que puede entrar, Io que causa errores en las mediciones.

Por otro lado, Ia tarjeta de multiplexión 2 (305) es Ia encargada de obtener e interpretar los datos provenientes de los sensores 17 al 32. La configuración de esta tarjeta es similar a Ia configuración descrita para Ia tarjeta de multiplexión 1 (304), teniendo en cuenta los parámetros definidos anteriormente.

De Ia misma forma, Ia tarjeta de multiplexión 3 (306) está configurada de forma similar a las otras dos tarjetas de multiplexión (304 y 305), con Ia diferencia que ésta es Ia encargada de obtener e interpretar los datos provenientes de los sensores 33 a 48.

La tarjeta de conmutación y multiplexión (307) es el enlace entre las tarjetas de multiplexión (304, 305 y 306) y se encarga de obtener, analizar y filtrar en tiempo real Ia información útil y los datos necesarios para que en el momento indicado dichos datos sean enviados al control principal. Este trabajo es llevado a cabo por medio de los algoritmos programados en el microcontrolador de Ia tarjeta de conmutación y multiplexión (307). Este microcontrolador tiene que ser de las mismas características que el microcontrolador definido para las tarjetas de multiplexión (304, 305 y 306), con el fin que haya una sincronización en Ia comunicación entre tarjetas.

Por otro lado, Ia tarjeta de control (205) que se encuentra en el módulo de posicionamiento y control principal (2), es Ia encargada de manejar el funcionamiento y el protocolo de comunicación con todas las demás tarjetas de Ia herramienta. Además, dicha tarjeta de control (205) supervisa cualquier evento que suceda, es decir, se encarga de Ia detección de alguna perforación, soldadura, desgaste u otro defecto interno que se pueda presentar en Ia tubería,

Esta tarjeta de control (205) también es Ia encargada de almacenar toda Ia información importante obtenida de Ia inspección realizada y realiza Ia conexión con el medio de visualización (4) cuando se realiza Ia transmisión de los datos procesados y almacenados en las memorias.

Así mismo, Ia tarjeta de control (205) tiene un microcontrolador de características similares a las de las tarjetas anteriores, pero adicionalmente tiene las memorias de almacenamiento de Ia información. Como Ia herramienta realiza Ia adquisición, análisis, interpretación y filtrado de Ia información en línea, no es necesario acondicionarla con memorias de gran capacidad, sino que se pueden utilizar diferentes tipos de memorias, preferiblemente EEPROM, RAM, FLASH o ROM, que tengan una capacidad entre 128 y 2048 KBits, preferiblemente entre 256 y 1024 KBits.

Adicionalmente, Ia tarjeta de posición (202) es Ia encargada de obtener Ia información de Ia posición angular y el tiempo (horas, minutos y segundos) en Ia sección de Ia tubería en donde se detectó una perforación o defecto. Para esto, Ia tarjeta de posición (202) cuenta con una parte inteligente, Ia cual consiste en un microcontrolador con las mismas características que los de las tarjetas descritas anteriormente.

Además, esta tarjeta cuenta con dos acelerómetros, encargados de generar las coordenadas XY en las que se encuentra Ia herramienta en todo momento durante el proceso de inspección y detección. Esta información ingresa al microcontrolador como una diferencia de voltajes, el cual por medio de un algoritmo previamente programado, Ia transforma en posición angular para ser enviada a Ia tarjeta de control (205). La tarjeta de posición (202) también cuenta con un reloj de tiempo real conectado directamente al microcontrolador. Este reloj se encarga de enviar continuamente el tiempo transcurrido durante Ia inspección realizada a Io largo de Ia tubería objetivo. Los datos de posición y tiempo solo serán almacenados en el momento en el que Ia tarjeta de control (205) Io indique.

Así mismo, el módulo de posicionamiento y control principal (2) cuenta con una tarjeta de odometría (203), Ia cual es Ia encargada de llevar Ia información de Ia distancia recorrida por Ia herramienta dentro de Ia tubería. Dicha tarjeta comprende un microcontrolador con características similares a los de las tarjetas descritas anteriormente, teniendo en cuenta que éste debe tener al menos tres conversores análogo/digital, ya que por estos terminales ingresa Ia información de los sensores de efecto Hall ubicados en los soportes de Ia rueda (204) de cada uno de los tres odómetros. Al igual que con las tarjetas anteriores, Ia información de Ia distancia recorrida sólo será almacenada cuando Ia tarjeta de control (205) Io indique.

Adicional al módulo de sensado magnético (3), Ia herramienta cuenta con sistemas adicionales de sensado que se pueden utilizar en el momento en que se requiera, ya que Ia estructura modular de Ia herramienta Io permite sin inconvenientes, únicamente se debe adicionar más memoria del mismo tipo y mayor cantidad de baterías de acuerdo a Ia aplicación. Estos sistemas adicionales de sensado se utilizan en caso de que se requiera una inspección más completa y redundante de Ia tubería, pudiendo no solo tener información correspondiente a las perforaciones sino también del estado general de Ia tubería.

Adicionalmente, como parte del módulo de sensado magnético (3) se puede encontrar un módulo de ultrasonido, el cual trabaja con un transmisor y un receptor de ondas ultrasónicas. Estas ondas son emitidas en todo momento hacia las paredes internas de Ia tubería, las cuales hacen que las ondas reboten y retornen al receptor. El receptor tiene un transductor que permite transformar las señales acústicas en eléctricas, para ser analizadas en tiempo real por los algoritmos propios del microcontrolador del módulo de ultrasonido, y de esta manera interpretar si existe o no alguna perforación o defecto en Ia tubería.

Del mismo modo, el módulo de sensado magnético (3) puede comprender un módulo de visión, el cual trabaja con una cámara infrarroja que permite tomar las imágenes continuas de Ia sección interna de tubería por donde se desplaza Ia herramienta. Estas imágenes entran a un procesador interno, el cual, por medio de unos algoritmos previamente diseñados de tratamiento de imágenes y contenidos en microcontroladores, detecta el estado interno de Ia tubería. Toda esta información es interpretada y almacenada en tiempo real, siguiendo Ia secuencia de operación de las tarjetas descritas anteriormente.

El bloque de visualización (4) es el complemento de Ia herramienta descrita. Después de realizar una inspección, Ia herramienta para detección de perforaciones es conectada a dicho medio de visualización (4), cuyo software se comunica instantáneamente con dicha herramienta, por medio del módulo de posicionamiento y control principal (2), específicamente mediante Ia tarjeta de control (205). Así, toda Ia información almacenada en las memorias contenidas en dicha tarjeta, es enviada al medio de visualización (4) para ser decodificada, organizada y visualizada. Luego, el software contenido en dicho medio de visualización (4) se encarga de mostrar los resultados de Ia inspección en una interfaz gráfica amigable y de fácil acceso para cualquier tipo de personal. Este software es compatible con el tipo de microcontrolador que se encuentra en Ia tarjeta de control (205).

A partir de cada una de las perforaciones o defectos detectados, se muestra en el medio de visualización (4) Ia cantidad de perforaciones o defectos encontrados, así como Ia distancia con respecto al punto de partida, Ia posición angular de Ia perforación o defecto en Ia sección transversal de Ia tubería, el tamaño de Ia perforación o defecto, Ia velocidad de Ia herramienta al momento de Ia detección y el tiempo en horas, minutos y segundos del momento de Ia detección.

En una modalidad preferida, el tiempo de descarga de Ia información de 1000 perforaciones entre Ia herramienta y el medio de visualización (4) oscila entre uno y dos minutos. Además, el software diseñado para Ia adquisición y visualización de los datos, que se encuentra en el medio de visualización (4), también posee una opción de diagnóstico en Ia que se presenta en tiempo real el funcionamiento de cada uno de los sensores de efecto Hall de Ia herramienta, Io que permite determinar si alguno de ellos está fallando. Finalmente, la figura 9 muestra un diagrama de bloques del procesamiento electrónico llevado a cabo por Ia herramienta, donde se encuentran cada uno de los módulos descritos anteriormente y que son parte fundamental de Ia presente invención, así como el flujo de los procesos relacionados.

Así las cosas, se puede ver en dicha figura el módulo de baterías (1), el cual está conectado con cada uno de los otros módulos, con el fin de proporcionar Ia energía necesaria para el funcionamiento de éstos y se encarga de definir el proceso de alimentación de módulos (6 y 7).

El módulo de posicionamiento y control principal (2) se encuentra representado en dicha figura 9 como módulo de posición y módulo de control, los cuales interactúan entre sí mediante el proceso de transmisión de posicionamiento (11) y con los demás módulos por medio del proceso de recepción de control (8) de Ia forma descrita anteriormente y como se puede ver mediante las flechas de flujo allí indicadas.

Ahora bien, el módulo de sensado magnético (3) está definido por el módulo de sensado mecánico y el módulo de efecto Hall, los cuales son los encargados de llevar a cabo el proceso de transmisión de sensor mecánico (9) y el proceso de transmisión de efecto Hall (10) que van a ser procesados por el módulo de control.

Finalmente, el módulo de control es el encargado del proceso de transmisión de datos (12), el cual va hacia el medio de visualización (4) con el fin de presentar y mostrar Ia información obtenida del proceso de adquisición, análisis, interpretación y filtrado, en un formato de fácil entendimiento por parte del usuario final.

En resumen, Ia herramienta de Ia presente invención funciona bajo Ia intervención de Ia tarjeta control (205) Ia cual domina las acciones y el flujo de información de las otras tarjetas electrónicas, es decir, tarjeta de posición (202), a Ia tarjeta odometría (203) y Ia tarjeta de conmutación y multiplexión (307), mediante un modo de interrupción llevado a cabo en el microcontrolador de cada una de las tarjetas. Además de cumplir con esta función, es Ia encargada de almacenar los datos recopilados por las otras tarjetas, ya que está dotada con las memorias.

Por otro lado, también es Ia encargada de establecer un enlace con el bloque de visualización (4) en el momento de descargar los datos almacenados, o bien, para hacer uso de las diferentes herramientas que contiene el software de adquisición y visualización de Ia herramienta.

El intercambio de información entre todas las tarjetas está basado en un protocolo de comunicación serial asincrona, igual que el protocolo de comunicación con bloque de visualización (4). De este modo, Ia información recibida por dicha tarjeta de control (205) es procesada y clasificada para decidir si corresponde a las características de una perforación o no. En caso de que sea afirmativo, Ia tarjeta de control (205) Ie solicita información a Ia tarjeta de posición (202) y a Ia tarjeta odometría (203), para posteriormente guardar toda esta información en Ia memoria, cumpliendo con el objetivo principal de estar analizando esta información en tiempo real.

En caso de que Ia información clasificada no corresponda a las características de una perforación, el siguiente proceso indicará si Ia información corresponde a otro parámetro detectado por los sensores, tales como curvas o soldaduras, los cuales no deben ser guardados en las memorias, pero si se deben tener en cuenta para el correcto funcionamiento de Ia herramienta. Este proceso es repetitivo hasta que Ia herramienta detecte que ya se ha acabado Ia línea que estaba inspeccionando.

EJEMPLOS

Ejemplo No, 1

La prueba realizada consistió en hacer una inspección con Ia herramienta para Ia detección de perforaciones por una tubería de 10 metros de longitud. A esta tubería se Ie realizaron veinte perforaciones, dentro de las cuales se tienen trece de 6,35 mm (W) ₁ tres de 12,7 mm ( ¹ / ₂ "), tres de 19,05 mm ( ³ / ₄ ") y una de 25,4 mm (1"), con el objetivo de probar el funcionamiento del sistema, es decir, comprobar si se detectan las perforaciones y se almacenan las características de cada una. En dichas perforaciones fue unido mediante soldadura una porción de tubería de 25,4 mm (1") de diámetro para todos los casos. Además, el objetivo de Ia prueba comprendió verificar Ia correcta descarga de datos al medio de visualización, en este un computador personal.

Para simular Ia dinámica del fluido, se utilizó un motor eléctrico, el cual se encargó del desplazamiento de Ia herramienta dentro de Ia tubería. La velocidad del motor fue controlada con un variador electrónico, el cual asegura que Ia herramienta se mueva a una velocidad de dos metros por segundo al momento de Ia prueba, Ia cual es Ia velocidad típica del fluido que se encuentra en tuberías de transporte de hidrocarburos.

Adicionalmente, es importante mencionar que Ia prueba se realizó suprimiendo Ia función del acondicionador de señal (CAS) en Ia tarjeta de control (205).

Características de las perforaciones realizadas a Ia tubería

Resultados de la Prueba

Como se puede ver en Ia figura 10, los resultados obtenidos en el software del medio de visualización, en este caso computador personal, son los siguientes:

• Se detectaron 14 de 20 perforaciones:

- 3 de 12,7 mm

- 3 de 19,05 mm

- 1 de 25, 4 mm

- 6 de 6,35 mm

• Se detectaron las dos soldaduras existentes en los 10 metros de tubería.

• Los datos correspondientes a las características de distancia, ubicación angular y tamaño, es consecuente con Ia información real de las perforaciones y presenta un bajo porcentaje de error.

• La descarga de datos al computador fue exitosa y el tiempo de descarga de Ia información correspondiente a las 14 perforaciones, no excedió los dos segundos.

• Se confirmó que se está realizando Ia interpretación en línea de manera satisfactoria.

Ejemplo No. 2

Esta prueba consistió en realizar una inspección con Ia herramienta para detección de perforaciones por una tubería de 10 metros de longitud. A esta tubería se Ie realizaron 24 defectos, catorce de 6,35 mm (%"), de los cuales dos son de niple roscado y doce de niple soldado; tres de 12,7 mm [Vi ), dos de 19,05 mm {%") y dos de 25,4 mm (1"). Además, se hicieron dos soldaduras y un hueco rectangular con el objetivo de probar el funcionamiento del sistema, es decir, comprobar si se están detectando las perforaciones y soldaduras, almacenando las características de cada una, y además probar Ia descarga de datos al computador.

Para simular Ia dinámica del fluido, se utilizó un motor eléctrico, el cual se encarga del desplazamiento de Ia herramienta dentro de Ia tubería. La velocidad del motor es controlada con un variador, el cual asegura que Ia herramienta se mueva a dos metros por segundo al momento de Ia prueba.

Características de las Perforaciones de Ia Tubería

Resultados de la Prueba

• Se detectaron 22 de 24 perforaciones:

- 3 de 12,7 mm ( ¹ / ₂ ")

- 2 de 25,4 mm (1")

- 12 de 6,35 mm (Y ₄ ")

- Hueco Rectangular de 5 X 10 mm

• Se detectaron las dos soldaduras existentes en los 10 metros de tubería.

• Los datos correspondientes a las características de distancia, ubicación angular y tamaño, es consecuente con Ia información real de las perforaciones y presenta un bajo porcentaje de error.

• La descarga de datos al computador fue exitosa, y el tiempo de descarga de Ia información correspondiente a las 22 perforaciones no superó los dos segundos.

• Se confirmó que se está realizando Ia interpretación en línea de manera satisfactoria.