CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção está relacionada à área de projetos de Engenharia Submarina para suporte à Interligação de linhas flexíveis de óleo e gás entre poços e plataformas em águas profundas. Mais particularmente, a invenção está relacionada a operações de Conexão Vertical Direta (CVD) desenvolvidas pela própria requerente. Assim, a invenção trata de uma metodologia e uma ferramenta para o monitoramento, em tempo real, do raio de curvatura da linha flexível durante operações de CVD de forma a aumentar a segurança e a eficiência operacional dessas operações. FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Durante uma operação de Conexão Vertical Direta

(doravante chamada pela sigla CVD), a instalação do Módulo de Conexão Vertical (doravante chamado pela sigla MCV) é uma etapa complexa que pode levar dias para ser concluída. Em adição, fatores como as condições ambientais, de visibilidade e potenciais riscos à linha flexível e ao equipamento submarino podem gerar atrasos ainda maiores ao processo.

[003] Como largamente conhecido, durante uma operação de

CVD esforços são impostos ao MCV pela linha flexível. Assim, para que esta operação seja realizada de modo seguro, tanto para o equipamento quanto para a linha flexível, é necessário que os esforços no MCV e o raio de curvatura do duto estejam dentro dos limites estabelecidos pelos fabricantes durante todas as etapas da operação. [004] No entanto, a determinação dos esforços no MCV e a configuração da linha durante a instalação é complexa, pois depende das características da linha, do MCV, das condições ambientais e das características da embarcação PLSV (P/ e Laying Suport Vesseí), que faz a instalação da linha flexível.

[005] A configuração da linha flexível na operação de CVD depende da rigidez flexionai (EI) do tubo, a qual, por sua vez, é função da pressão, temperatura e dos esforços no momento da operação. Portanto, o valor real da rigidez flexionai é um parâmetro que tem que ser estimado durante a operação para se obter uma configuração e um comportamento dinâmico precisos da linha flexível durante a CVD.

[006] O raio de curvatura da linha flexível pode ser determinado pela rigidez flexionai (EI) e deve ser monitorado para evitar que ocorra a infração de seu valor mínimo, que pode acarretar em danos à linha flexível.

[007] Com o intuito de mitigar eventuais danos à linha flexível é utilizado um acessório chamado restritor de curvatura (ou vértebra) que trava no raio de curvatura mínimo admissível para a linha, evitando que esta seja flexionada em um raio menor que o permitido.

[008] Todavia, o travamento da vértebra pode causar danos a estrutura do MCV, como a quebra do goose-neck , e/ou aos equipamentos submarinos aos quais o MCV esteja conectado como o Hub da Base Adaptadora de Produção (BAR) ou o Hub do manifold submarino na extremidade de dufos (PLEM), dentre outros equipamentos.

[009] Assim, o objetivo principal da presente invenção é a obtenção de uma estimativa da curvatura da linha a partir da reconstrução 3D da geometria da linha e da simulação física do equilíbrio estático, em tempo real, durante a operação de CVD. [010] O conhecimento, em tempo real, do raio de curvatura ao longo da linha flexível, e dos esforços envolvidos durante a instalação, obtido pelo sistema ora apresentado, evita que o engenheiro de lançamento realize movimentações arriscadas que poderiam danificar a linha ou o MCV, evitando o acoplamento do MCV ao equipamento submarino em situações de risco.

[01 1] Outra aplicação possível para a presente invenção concerne seu uso em testes de qualificação de linhas flexíveis como o DÍP test (Deep Immersion Performance test ), o que permitirá uma melhor avaliação do comportamento da linha flexível durante o teste, uma vez que através da monitoração se torna possível obter com maior precisão o raio de curvatura durante o teste.

[012] De modo a solucionar parcialmente os problemas listados, já é de conhecimento do estado da técnica, o documento ‘Real Time Radius of Gurvature Measurement During DVC Operations Based on Fíexibíe Pipe 3D Reconstruction” (SANTOS, I. H. F.; VARDARO, E; GOES, E; LOPES, V.S.; VAILLANT, A.; PALMEIRO, A.; KELNER, J; CESAR, V. M.; PESSOA, S.i REIS, B. OTC 2015 - Offshore Technology Conference. Rio de Janeiro, 2015.)

[013] Tal documento versa sobre uma metodologia para ajudar um engenheiro de instalação de linhas a realizar as operações de CVD de maneira segura. Ele é baseado em um sistema de visão computacional para estimar a curvatura de linhas flexíveis durante operações de CVD, a fim de aumentar a eficiência operacional, através do uso de câmeras estéreo e alguns marcadores ao longo da linha.

[014] O sistema descrito conta com um conjunto estéreo de câmeras iowiight e um padrão intercalado de marcadores pretos e brancos pintados sobre a linha. O sistema realiza sua tarefa através de uma sequência de três fases distintas: calíbração, detecção e estimativa do raio de curvatura.

[015] A fim de detectar e reconstruir a geometria 3D de linhas flexíveis, a metodologia baseia-se em um padrão intercalado de marcas pretas e brancas, que deve cobrir toda a superfície do segmento da linha que está sendo analisado. Esse padrão permite que o sistema distinga segmentos da linha ao longo do tempo.

[016] Uma vez calibrado, o sistema tenta continuamente identificar o padrão intercalado nas imagens. O algoritmo de detecção usa restrições topoiógicas para segmentar a imagem dos melhores candidatos possíveis para as marcas brancas e, em seguida, aplica a técnica algorítmica de backtracking para escolher entre esses candidatos quais deles realmente pertencem à linha flexível.

[017] Conforme descrito neste documento, como o processo de detecção leva muito tempo para ser processado, devido à necessidade de pesquisar toda a imagem, uma abordagem diferente é usada para seguir a linha ao longo do tempo. O procedimento de rastreamento é uma técnica de maximização de energia em duas etapas, baseada no fato de que a linha se move levemente de quadro a quadro, diminuindo assim o espaço de busca para a pesquisa dos máximos no próximo quadro da imagem.

[018] Por fim, ao encontrar, em cada imagem do par de câmeras, as marcações brancas representantes dos trechos da linha sendo reconstruída, a geometria 3D do eixo médio da linha pode ser reconstruída como uma curva analítica. Esse processo é feito ajustando simultaneamente uma curva ao conjunto de pontos de cada imagem. Finalmente, uma curva catenária é ajustada à projeção do ponto 3D no plano dominante amostrado a partir da curva, a fim de avaliar a curvatura do duto. [019] No entanto, o sistema revelado pelo documento em questão não faz referência à marcação da vértebra, das alças das boias usadas nas CVDs de primeira e segunda extremidade e, em especial, as alças das corcovas da CVD de segunda extremidade

[020] Sem as referidas marcações (vértebra) o algoritmo de detecção inicialmente descrito, simplesmente não funciona, conforme foi verificado durante os testes de campo posteriormente realizados após a publicação do artigo.

[021] Também foi verificado em testes de campo que a obtenção da curvatura k a partir da curva catenária ajustada à projeção dos pontos 3D no plano perpendicular as câmeras não funciona corretamente. Isto porque à incerteza na posição dos pontos é elevada, uma vez que a resolução da aquisição é muito baixa. Cada ponto reconstruído é amostrado como o centroide da marcação do duto que é proporcional ao seu diâmetro. Assim a incerteza sobre a posição real do eixo medial do duto definido por cada centroide das regiões brancas da imagem é da ordem da metade do diâmetro do duto, que variam de 6 a 8 polegadas em geral, isto é, em torno de 10 cm.

[022] Além disso, o cálculo das derivadas primeira e segunda

(conforme a equação da curvatura k da linha definida abaixo) amplifica excessivamente a incerteza sobre o valor final da curvatura obtida por esse método.

[023] A figura 1 ilustra o comportamento do erro do raio de curvatura (RC = ) de acordo com o ruído do dado, conforme o método descrito pelo documento do estado da técnica em questão. A figura 1 a ilustra o comportamento do erro do RC de acordo com o número de pontos 3D reconstruídos.

[024] Por essa razão, o método descrito no estado da técnica se mostra carente por uma nova solução baseada na simulação física do equilíbrio estático das forças atuando sobre o sistema.

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

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[026] O objetivo da presente invenção é o de prover uma

Ferramenta de Suporte a Operação de Instalações Submarinas que possibilite estimar precisamente os esforços em um MCV e o raio de curvatura do duto durante todas as etapas de uma operação de CVD.

[027] De forma a alcançar os objetivos acima descritos, a presente invenção provê um método de suporte a operação de instalações submarinas para a obtenção do raio de curvatura (RC) através da reconstrução 3D de linhas flexíveis durante uma operação de conexão vertical direta. O método é compreendido pelas etapas de pintura da linha flexível com um padrão regular específico, realizar a reconstrução 3D dos pontos amostrados da linha flexível e por fim obter o raio de curvatura da linha flexível. A reconstrução 3D compreende as etapas de: capturar imagens da linha flexível durante a operação de CVD; enviar as imagens capturadas a um computador dedicado; processar as imagens gerando a informação de raio de curvatura (RC), Durante o processo de pintura, adicionalmente, deve- se também pintar a vértebra com um padrão regular que seja coerente com o padrão utilizado para o duto; pintar as alças dos flutuadores com padrão regular específico; e pintar as alças da corcova, no caso de operação de CVD de segunda extremidade. A presente invenção compreende ainda um sistema de suporte a operação de instalações submarinas, chamado SOIS, para obtenção do RC a partir da reconstrução 3D de linhas flexíveis durante operações de conexão vertical direta. Além disso, a presente invenção realiza a simulação física online do equilíbrio estático do duto para a obtenção do raio de curvatura (RC) da linha flexível. A simulação física compreende a avaliação do equilíbrio estático do sistema contendo: MGV (com ou sem adaptador), linha flexível e acessórios (conector e vértebra), alças de flutuadores e alças de corcova. O equilíbrio estático do sistema é realizado através da modelagem numérica de todas as partes acima mencionadas de maneira discreta considerando os pontos obtidos da reconstrução 3D e todos os esforços envolvidos em tempo real. As posições dos pontos obtidos da reconstrução 3D são usadas como restrições usadas no processo de otimização executado pela simulação física, executada de forma otimizada em GPU.

BREVE DESCRIGÂQ DAS FIGURAS

[028] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas e seus respectivos números de referência.

[029] A figura 1 ilustra o comportamento do erro do RC de acordo com o ruído do dado, conforme método de Suporte a Operação de Instalações Submarinas descrito pelo estado da técnica.

[030] A figura 1a ilustra o comportamento do erro médio percentual do RC em relação ao valor real, de acordo com o número de pontos 3D reconstruídos, conforme método de Suporte a Operação de Instalações Submarinas descrito pelo estado da técnica.

[031] A figura 2 ilustra uma visão geral do sistema SOIS, de acordo com uma configuração preferencial da presente invenção.

[032] A figura 3a ilustra uma configuração opcional do padrão regular especifico adotado para marcar a linha flexível.

[033] A figura 3b ilustra uma configuração opcional do padrão regular especifico adotado para marcar a vértebra de forma compatível a marcação da linha flexível.

[034] As figuras 4a e 4b ilustram duas configurações opcionais para a marcação das alças de flutuadores de acordo com uma configuração da presente invenção. Observe que o objetivo é permitir a marcação precisa do primeiro flutuador enquanto que os restantes não devem ser confundidos com as marcações brancas regulares da linha flexível.

[035] A figura 5 ilustra esquematicamente a distância PLSV-

Guindaste e a Distância PLSV-MGV.

[036] A figura 6 ilustra esquematicamente os elementos da corcova da CVD de segunda extremidade.

[037] A figura 7 ilustra duas opções para o acoplamento do

MOV, conforme previsto pelo método da presente invenção.

[038] A figura 8 ilustra uma vista esquemática do posicionamento das câmeras do sistema SOIS da presente invenção.

[039] A figura 9 ilustra uma vista do padrão de calibração conforme previsto pela presente invenção.

[040] A figura 10a ilustra um fluxograma do método SOIS da presente invenção.

[041] A figura 10b ilustra o detalhamento da reconstrução 3D de uma linha de acordo com o método SOIS da presente invenção.

[042] A figura 11 ilustra esquematicamente a atuação do módulo de reconstrução 3D a partir dos pontos em cada frame das câmeras, de acordo com uma configuração da presente invenção.

[043] A figura 12 ilustra esquematicamente o processo iterativo de ajuste do sistema de partículas (p _L }, aos pontos 3D reconstruídos utilizado na simulação física do equilíbrio estático do SOIS.

[044] A figura 13 ilustra o cálculo da distância entre o ponto

3D reconstruído {x _; -} e o ponto da curva interpolada C({p ) pelo sistema de partículas (p _L }, de acordo com o método otimização utilizado na simulação física do equilíbrio estático do SOIS.

[045] A figura 14 ilustra a aproximação adotada para o cálculo da distância da curva interpolada C({p ) pelo sistema de partículas (Pi) usando o vetor tangente a curva interpolada como previsto pela presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[046] Preliminarmente, ressalta-se que a descrição que se segue partirá de uma concretização preferencial da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essa concretização particular.

[047] A presente invenção visa apoiar o processo de instalação do Módulo de Conexão Vertical (MCV) durante o procedimento de Conexão Vertical Direta (CVD). Para tal, a invenção provê uma metodologia para permitir o Suporte a Operação de Instalações Submarinas (SOIS) que será detalbadamente descrito nos parágrafos seguintes.

[048] Apenas a título de informação, ressalta-se que o termo

“Suporte a Operação de Instalações Submarinas” será substituído, no presente relatório, pela sigla SOIS. Essa escolha se dá com o intuito de simplificar a descrição, de modo que isso certamente não afetará o entendimento da invenção.

[049] Em adição, alguns termos recorrentemente utilizados no presente relatório serão apresentados a seguir de modo a assegurar que esses termos não causarão confusão na descrição que segue, os quais:

• Linha flexível (ou linha) - Duto flexível (como fiowline ou r/ser) que será instalado na operação de CVD;

• Vértebra - Dispositivo mecânico que atua como um batente mecânico limitando o raio de curvatura local de linhas flexíveis a um valor mínimo. Esse equipamento, por sua vez, é composto dos seguintes componentes: o Peça de adaptação - Peça bipartida que conecta o início da vértebra ao conector do MCV;

o Anéis internos - Peças bipartidas que se conectam a dois anéis externos; e

o Anéis externos - Peças bipartidas que se conectam a dois anéis internos;

• Alça de flutuador - Arranjo de cordas que amarra flutuadores à linha flexível;

• Aiça/lingada de içamento - Arranjo de cordas que são fixadas à linha flexível para auxílio da formação de corcova para operações de CVD de segunda extremidade;

• ROV - Remotely operated vehicíe, veículo submarino operado remotamente;

• CVD - Conexão vertical direta, operação que deve ser monitorada pelo SOIS: e

• Instaladora - Equipe técnica responsável por executar a operação.

[050] Conforme já mencionado, a invenção pode ser empregada em todas as operações de interligação de linhas entre poços, manifolds e Floating Production Storage and Offloading (FPSOs) com procedimentos de CVD de primeira e segunda extremidade. Além disso, as operações de DIP Test também poderão ser acompanhadas usando a metodologia SOIS.

[051] A figura 2 ilustra uma visão geral do sistema SOIS, de acordo com uma configuração preferencial da presente invenção, no entanto, a invenção não está limitada a essa concretização particular. Observa-se que o sistema SOIS é composto basicamente por: hardware (câmeras (3), computador dedicado (4) e cabos para recepção dos sinais de vídeo do ROV), e acessórios (padrão de calibração).

[052] A metodologia descreve ainda os procedimentos operacionais a serem seguidos antes e durante a instalação do MCV. A linha (1 ) e a vértebra (6) (vide figura 3) devem ser pintadas seguindo um padrão regular específico para permitir a sua detecção sob condições de iluminação presentes no fundo do mar em profundidades de águas ultra profundas.

[053] Assim, a metodologia SOIS compreende inicialmente as etapas de: marcação (vide figura 3) da linha (1 ) flexível com um padrão regular especifico; e marcação da vértebra (6) de forma compatível com o padrão regular feito na linha (1 ). Preferencialmente, essas etapas são realizadas em uma base de apoio em terra, para diminuir o impacto a bordo, todavia, não é restrita a marcação na referida base de apoio em terra, podendo ser realizada ou reforçada a bordo da embarcação (5).

[054] Em atividade, o SOIS acompanha a operação para dar o suporte a instalação da seguinte maneira. Duas câmeras (3) de vídeo instaladas no ROV (2) fazem a captura de imagens da linha (1 ) flexível durante a CVD. Essas imagens são então enviadas ao computador dedicado (4) e são processadas pelo SOIS. Por fim, o valor de raio de curvatura é apresentado ao engenheiro de lançamento em tempo real, vide figura 2.

[055] Na configuração preferencial da invenção, o padrão regular especifico adotado compreende faixas pretas e brancas alternadas. A figura 3a ilustra uma configuração opcional do padrão regular especifico adotado para marcar a linha (1 ) flexível. A figura 3b ilustra uma configuração opcional do padrão regular especifico adotado para marcar a vértebra (6) de forma coerente a marcação da linha (1 ).

[056] A marcação a ser aplicada na linha (1 ) flexível é uma sequência intercalada e regular de regiões brancas e pretas, conforme indicado na Figura 3a, em que uma série de requisitos podem ser adotados.

[057] A marcação deve ser realizada com tinta fosca (sem brilho) nas cores branca e preta, em que o comprimento de uma região branca deve ser igual ao diâmetro (d) externo da linha (1 ), e o comprimento de uma região preta deve ser igual à metade do diâmetro (d/2) externo da linha (1 ). A marcação não se restringe ao uso das cores branca e preta ou aos comprimentos acima descritos, podendo ser utilizada outra combinação de cores e comprimentos pintados que sejam capazes de permitir a captura dos dados e a reconstrução da estrutura sem prejuízos.

[058] Opcionalmente, a marcação deve ser realizada nos primeiros 50 metros da linha (1 ). Caso a linha (1 ) tenha que ser pintada ou retocada a bordo, o trecho sob a vértebra (8), na situação comprimida, não necessita ser pintado ou retocado.

[059] Em uma configuração ideal da presente invenção, a marcação da linha (1 ) flexível é de responsabilidade da instaladora, com a supervisão de um fiscal a bordo do navio de instalação (5). Idealmente a linha (1 ) flexível deve ser marcada antes de ser embarcada, cabendo à instaladora a realização da marcação final da linha (1 ) seguindo as recomendações apresentadas.

[060] Com relação à marcação das vértebras (6), é preferível obter um padrão intercalado de regiões brancas e pretas similar àquele obtido na marcação da linha (1 ), como ilustrado na figura 3b.

[061] Também para a vértebra (6), a marcação deve ser realizada com tinta fosca (sem brilho) nas cores branca e preta e adicionalmente, com fita fosca na cor preta. A marcação não se restringe ao uso das cores branca e preta acima descritas, podendo ser utilizada outra combinação de cores que seja capaz de permitir a captura dos dados e a reconstrução da estrutura sem prejuízos.

[062] Em adição, os anéis internos (61 ) são pintados na cor branca, os anéis externos (62) são pintados na cor preta, a peça de adaptação é pintada na cor branca. Após a instalação dos anéis externos (62), os mesmos devem ser envolvidos com fita preta de modo a esconder os ânodos. A cor da fita não é restrita a cor preta, mas deve seguir a coloração dos anéis externos (62).

[063] Preferencialmente, a marcação da vértebra (6) também é de responsabilidade da instaladora com a supervisão de um fiscal a bordo do navio de instalação (5).

[064] Idealmente, a vértebra (6) deve ser pintada antes de ser embarcada. Cabendo a instaladora a realização da marcação final da vértebra (6) seguindo as recomendações apresentadas.

[065] Para estimar a curvatura e proporcionar uma estimativa mais precisa, a metodologia SOIS da invenção também propõe opcionalmente a identificação dos pontos de fixação dos flutuadores (7) à linha (1 ) flexível. Para isso, as alças (71 ) dos flutuadores (7) devem ser marcadas.

[066] Assim, as figuras 4a e 4b ilustram duas configurações opcionais para a marcação das alças (71 ) de flutuador de acordo com a presente invenção.

[067] De acordo com a presente invenção, as alças (71 ) dos flutuadores (7) devem ser marcadas com fita fosca (sem brilho) nas cores branca e preta, em que a marcação da alça (71 ) do primeiro flutuador (posicionado mais próximo ao MCV) é diferente da marcação das alças (71 ) dos demais flutuadores (7). Do mesmo modo que a marcação da linha (1 ) flexível e da vértebra (6), a marcação não se restringe ao uso das cores branca e preta acima descritas, podendo ser utilizada outra combinação de cores que seja capaz de permitir a captura dos dados e a reconstrução da estrutura sem prejuízos.

[068] Assim, na alça (71 ) do primeiro flutuador, um trecho da alça (71 ) mais próximo da linha (1 ) é marcado com fita preta e o restante marcado com fita branca.

[069] Preferencialmente, os 25cm iniciais da alça (71 )

(partindo da linha (1 ) para o flutuador) devem ser marcados com fita preta. Após os 25cm iniciais, a alça (71 ) deve ser marcada com fita branca por 1 ,5m ou até alcançar o flutuador.

[070] Nos demais flutuadores (7), as alças (71 ) devem ser marcadas com fita preta nos 2m mais próximos da linha (1 ), ou em toda o comprimento da alça (71 ).

[071] Na marcação de todas as alças (71 ), a parte que fica enrolada em uma dada região da linha (1 ) ou da vértebra (6) deve ser marcada de forma que não atrapalhe o reconhecimento das regiões da linha (1 ). Em outras palavras, se a alça (71 ) estiver enrolada em uma região preta, a parte enrolada da alça (71 ) deve ser coberta com fita preta. Caso contrário, se a alça (71 ) estiver enrolada em uma região branca, a parte enrolada deve ser coberta também com fita branca conforme ilustra a figura 4b.

[072] A marcação das alças (71 ) dos flutuadores (7) também deve ser de responsabilidade da instaladora, com a supervisão de um fiscal a bordo do navio de instalação (5).

[073] No caso de operações de CVD de segunda extremidade as alças de içamento (91 ) e (92) para formação da corcova devem ser marcadas com fita preta nos 2m mais próximos da linha (1 ), ou em todo o comprimento das alças de içamento (91 ) e (92).

[074] Na marcação das alças de içamento (91 ) e (92), a parte da alça que fica enrolada em uma dada região da linha (1 ) ou da vértebra (6) deve ser marcada de forma que não atrapalhe o reconhecimento das regiões da linha, de maneira similar à marcação das alças de flutuadores, isto é, com a mesma cor daquela região. Em outras palavras, se a alça de içamento (91 ) e (92) estiver enrolada em uma região preta, a parte enrolada da alça de içamento (91 ) e (92) deve ser coberta com fita preta. Caso contrário, se a alça de içamento (91 ) e (92) estiver enrolada em uma região branca, a parte enrolada deve ser coberta com fita branca.

[075] A marcação das alças de içamento (91 ) e (92) da linha

(1 ) também deve ser de responsabilidade da instaladora, com a supervisão de um fiscal a bordo do navio de instalação (5).

[076] Para que seja executado, o SOIS requer que algumas informações sobre a operação de CVD sejam fornecidas, como características físicas de equipamentos como a linha (1 ) flexível, os flutuadores (7), a vértebra (6) e o MCV. Essas informações, que serão apresentadas em detalhes a seguir, podem ser fornecidas em momentos distintos da execução do SOIS, como ficará evidente com a descrição que se segue. [077] Ainda, a maioria das informações pode ser fornecida pela equipe de terra que realiza o estudo da configuração de CVD antes da operação. Essas informações podem ser fornecidas através de um formulário entregue ao engenheiro de lançamento, para serem inseridas diretamente em uma interface com o usuário disponibilizada pelo SOIS para acompanhar a operação de CVD.

[078] Outras informações só podem ser obtidas pelo engenheiro de lançamento momentos antes ou durante a operação de CVD. O fornecimento das informações da CVD é de responsabilidade da instaladora com a supervisão de um fiscal a bordo do navio de instalação (5).

[079] Os parâmetros a serem informados são esquematicamente ilustrados nas figuras 5, 6 e 7, em que, a figura 5 ilustra esquematicamente a distância PLSV-Guindaste e a Distância PLSV-MCV. A figura 6 ilustra esquematicamente os elementos da corcova da CVD de segunda extremidade. A figura 7 ilustra duas opções para o acoplamento do MCV, conforme previsto pelo método da presente invenção, visada com MCV à esquerda ou à direita, figuras 7a e 7b.

[080] Portanto, de um modo geral, o SOIS requisita a informação dos seguintes parâmetros gerais:

• tipo de CVD, ou seja, se o tipo da CVD é de primeira ou de segunda extremidade;

• valor da lâmina d água, ou seja, a distância entre o solo marinho e a superfície (informar apenas se for uma CVD de primeira extremidade);

• distância PLSV-MCV, ou seja, a distância horizontal entre a extremidade da linha (1 ) no PLSV (5) e o olhai do MCV, como Ilustrado na Figura 5. Esse dado é obtido tírando-se uma fixa do MCV com o ROV (2) (informar apenas se for uma CVD de primeira extremidade);

• distância PLSV-Guindaste, ou seja, a distância borizontaí entre a extremidade da linha (1 ) no PLSV (5) e o guindaste (8), como ilustrado na Figura 5. Esse dado deve ser calculado com base no posicionamento do guindaste (8) em relação ao PLSV (5) (informar apenas se for uma GVD de primeira extremidade);

• comprimento da primeira alça de içamento (910) da corcova (informar apenas se for uma CVD de segunda extremidade);

• comprimen da segunda alça de içamento (920) da corcova (informar apenas se for uma CVD de segunda extremidade);

• posição, ao longo da linha, da primeira alça de içamento (91 ), ou seja, o comprimento entre o fiange (9) do MCV até a primeira alça de içamento (91 ) da corcova (informar apenas se for uma CVD de segunda extremidade);

• posição, ao longo da linha, da segunda alça de içamento (92), ou seja, o comprimento do fiange (9) do MCV até a segunda alça de içamento (92) da corcova (informar apenas se for uma CVD de segunda extremidade); e

• lado do acoplamento na imagem, ou seja, informar “Esquerdo” se o MCV aparecer à esquerda da outra extremidade da linha (1 ) na imagem das câmeras (3) (Figura 7a), caso contrário, informar “Direito” (Figura 7b).

[081] Adidonaimente, o SOIS requisita também a informação os seguintes parâmetros da linha (1 ):

• valor do raio de curvatura mínimo (MBR) que a linha (1 ) pode atingir durante a operação;

valor da rigidez flexionai (EI = RC _travament0 x

^M _travamento ) _> ^em que ⁰ raio de curvatura de travamento da vértebra (6) RC _travament0 (ou o raio mínimo da linha (1 ), caso não seja utilizada uma vértebra (6)) é igual ao inverso da curvatura de travamento, i.e, 1 jk _travament0 , e o fator M _travamento é o momento correspondente ao raio de curvatura de travamento, que é obtido a partir da curva de histerese fornecida pelo fabricante do equipamento;

• rigidez axial da linha (1 ) (EA); e

• peso linear líquido da linha (1 ) quando submersa em água do mar (i.e., deve-se considerar se a linha (1 ) está cheia de água do mar ou vazia).

[082] Também devem ser fornecidos ao SOIS os seguintes parâmetros da vértebra (6):

• se a linha (1 ) é instalada com vértebra (6) ou não, em que, caso a linha (1 ) não seja instalada com vértebra (6), os demais campos relacionados à vértebra (6) não devem ser preenchidos;

• valor do raio de travamento da vértebra (6) (MBR);

• comprimento máximo da vértebra (6) instalada na linha

(1 ); e peso líquido da vértebra (6) quando submersa em água do mar.

[083] O SOIS também precisa dos seguintes parâmetros do adaptador:

• se um adaptador é usado para conectar a linha (1 ) ao MCV ou não, em que, caso o adaptador não seja utilizado, os demais campos relacionados ao adaptador não devem ser informados;

• comprimento do adaptador;

• peso líquido do adaptador quando submerso em água do mar (i.e., deve-se considerar se o adaptador está cheio de água do mar ou vazio).

[084] Os seguintes parâmetros do conector também devem ser fornecidos ao SOIS:

• comprimento do conector; e

• peso líquido do conector quando submerso em água do mar (i.e., deve-se considerar se o conector está cheio de água do mar ou vazio).

[085] Os seguintes parâmetros do MCV (quando necessário):

• menor ângulo que o gooseneck forma com o eixo vertical do MCV;

• distância vertical do flange (9) do MCV ao solo marinho;

• distância vertical do olhai ao flange (9);

• distância horizontal do olhai ao flange (9);

• distância vertical do flange (9) ao centro de gravidade;

• distância horizontal do flange (9) ao centro de gravidade;

• distância vertical do flange (9) à base do MCV; • distância horizontal do flange (9) ao centro do hub no MCV; e

• peso MCV quando submerso.

[086] Por fim, o método SOIS os seguintes parâmetros dos flutuadores (7) devem ser informados:

• distância entre o flange (9) do MCV e o ponto em que o flutuador (7) está fixado; e

• o empuxo líquido do flutuador (7).

[087] O sistema SOIS ainda prevê a utilização de duas câmeras (3) de vídeo para a captura das imagens da linha (1 ), em que essas câmeras (3) devem ter alta resolução, em especial em ambientes com baixa luminosidade, além de serem resistentes ao ambiente submarino.

[088] Preferencialmente, as câmeras (3) devem possuir no mínimo a seguinte especificação: sensibilidade à luz de pelo menos 1.3 x 10 ^~3 Lux; e campo de visão ( field of view) dentro d’água de no mínimo 80°.

[089] A figura 8 ilustra uma vista esquemática de topo do posicionamento das câmeras (3) do sistema SOIS da presente invenção.

[090] As câmeras (3) devem ser fixadas em um ROV (2) de forma que o posicionamento das mesmas (3) não possa ser alterado durante toda a operação. Dessa maneira, é recomendado que elas sejam fixadas em um local onde fiquem protegidas de choques mecânicos.

[091] A distância entre as câmeras (3) (DEC) deve ser, preferencialmente, de no mínimo 1 m e de no máximo 1 ,5 m. As câmeras (3) devem ser posicionadas uma ao lado da outra e na mesma altura em relação à base do ROV (2), e as lentes (parte frontal) das câmeras (3) devem estar alinhadas A distância acima descrita não é restritiva, dessa maneira, outra distância poderá ser utilizada desde que seja capaz de permitir a captura dos dados e a reconstrução da estrutura sem prejuízos.

[092] Adicionalmente, os eixos de simetria das câmeras (3)

(eixos Z) devem estar paralelos, e as câmeras (3) devem ser posicionadas no ROV (2) de forma que o padrão de calibração seja corretamente visualizado durante o procedimento de calibração.

[093] Preferencialmente, as câmeras (3) são posicionadas na parte superior do ROV (2), em que o posicionamento deve garantir que outros equipamentos (como o braço do ROV (2)) não apareçam no campo de visão das câmeras (3).

[094] Para a transmissão do sinal de vídeo do ROV (2) até o computador dedicado (4) é prevista uma conexão direta que transmita o sinal de vídeo das câmeras (3) do ROV (2) ao computador dedicado (4) do SOIS no barco. Os equipamentos utilizados (conectores e cabos) e o meio de transporte do sinal (elétrico ou óptico) serão de responsabilidade da instaladora.

[095] Opcionalmente, os cabos que transportam os sinais de vídeo das câmeras (3) devem possuir conectores do tipo BNC, para que possam ser conectados ao dispositivo de captura instalado no computador dedicado (4).

[096] O SOIS, ora descrito, ainda prevê uma etapa de calibração das câmaras para que o SOIS possa estimar o raio de curvatura da região marcada de uma linha (1 ) flexível. O procedimento de calibração consiste em capturar imagens de um padrão de calibração utilizando o software do SOIS em que uma série de recomendações deve ser obedecida.

[097] É importante que o procedimento seja realizado com as cãmeras (3) fixadas ao ROV (2).

[098] O procedimento de calibração deve ser realizado sempre que qualquer uma das seguintes ocasiões ocorra:

• quando uma ou mais câmeras (3) de vídeo forem instaladas ou reinstaladas no suporte do ROV (2);

• quando for constatado que uma ou mais câmeras (3) de vídeo tiveram suas fixações alteradas por qualquer razão;

• e/ou quando for constatado que uma ou mais câmeras (3) de vídeo sofreram choques

[099] Também é recomendado realizar a calibração logo antes do ROV (2) mergulhar para fazer a operação de CVD.

[0100] Para a calibração, é preciso construir um padrão de calibração, como o ilustrado na figura 9. A construção desse padrão pode ser dividida em duas partes: montagem da estrutura; e impressão e aplicação dos desenhos do padrão de calibração (10).

[0101] A fabricação da estrutura é realizada com perfis estruturais de alumínio e chapas (100) lisas de alumínio para formar as superfícies de fixação dos desenhos, em que a distância entre as chapas (100) (centro à centro) deve ser igual à DEC (distância entre câmeras (3)) com pequena tolerância máxima de 5 cm

[0102] Os desenhos (10) devem ser aplicados cada um em uma extremidade do padrão de calibração de forma que as setas apontem na mesma direção e fiquem localizadas nos extremos do padrão

[0103] Os desenhos (10) são fornecidos em formato digital prontos para impressão. Também é recomendado que os desenhos (10) sejam confeccionados em gráficas especializadas, utilizando adesivo vinil fosco [0104] Os adesivos devem ser aplicados após a furação da chapa (100) e antes de sua colocação na estrutura. A aplicação dos adesivos sobre a chapa (100) lisa do padrão deve ser realizada cuidadosamente para não criar bolhas, para não deixar o desenho enrugado, nem danificar o desenho, que pode prejudicar a calibração das câmeras (3).

[0105] Após a aplicação dos adesivos no suporte, é recomendado o uso de verniz fosco em spray sobre o desenho. O verniz diminui a interferência da iluminação ambiente na captura das imagens do padrão.

[0106] Assim, a ferramenta SOIS fornece, em tempo real, apoio a operação de CVD através do cálculo do raio de curvatura e de outras grandezas de interesse para o engenheiro de lançamento durante a instalação.

[0107] A figura 10a ilustra um fluxograma do SOIS da presente invenção. A figura 10b ilustra o detalhamento da reconstrução 3D de uma linha (1 de acordo com o método SOIS da presente invenção.

[0108] Como pode ser observado, o SOIS compreende basicamente as etapas de: captura de imagens; calibração; visão computacional para reconstrução 3D; e simulação física.

[0109] A captura das imagens é obtida através das duas câmeras (3) posicionados no ROV (2), como apresentado anteriormente. As calibrações intrínsecas e extrínsecas das câmeras (3) são obtidas a bordo antes da descida do ROV (2). Características da linha (1 ) flexível e dos acessórios utilizados, como alças (71 ) e flutuadores (7) também são fornecidas. Ao final são obtidas informações sobre posição, geometria, curvatura e movimento vertical ao longo da linha (1 ) e outras informações de interesse para o engenheiro de lançamento responsável pela operação de CVD. [01 10] O módulo de captura de vídeo recebe as imagens vindas do arranjo estéreo de câmeras (3) calibradas. Para cada quadro de uma câmera (3) existe o equivalente na outra e ambos são processados e enviados para o próximo módulo de Visão Computacional.

[01 1 1] O módulo de Visão Computacional é responsável por fazer a reconstrução 3D dos pontos amostrados da linha (1 ) flexível (centroldes das marcações da linha (1 )). Ele recebe como entrada os pares de quadros do módulo de captura e a calibração das duas câmeras (3), para que possa extrair informações métricas dos pontos dos trames (triangulação). A figura 1 1 ilustra esquematicamente a atuação do módulo de reconstrução 3D a partir dos pontos em cada quadro das câmeras (3), de acordo com uma configuração da presente invenção.

[01 12] A partir dessas entradas, a linha (1 ) pode ser reconstruída em 3D através de quatro estágios principais, processamento de imagem, detecção dos pontos da linha (1 ) flexível em cada frame de cada câmera (3), matching (correspondência) entre os pontos obtidos em cada quadro das câmeras (3), e triangulação para a obtenção da posição em 3D dos pontos identificados na linha (1 ).

[01 13] No estágio de processamento de imagem são removidas as distorções dos quadros causadas pelas lentes das câmeras (3) e são passados filtros para a remoção de ruídos. Em seguida, no estágio de detecção, as imagens são binarizadas para se identificar os pontos candidatos a serem identificados. No estágio de matching são encontradas correspondências entre os pontos em um quadro com pontos do quadroequivalente da outra câmera (3) usando as informações da Calibração. O estágio de triangulação recebe essas correspondências e as informações da Calibração sobre a distância e rotação entre as câmeras (3) para fazer a reconstrução 3D da linha (1 ) flexível.

[01 14] Uma vez feita a reconstrução, ela é enviada para a simulação física e o módulo de visão computacional repete esse processamento continuamente recebendo os próximos quadros como entrada.

[01 15] O módulo de simulação física recebe como entrada os pontos 3D reconstruídos e faz a simulação do equilíbrio estático destes pontos usando a descrição do cenário da operação para obter, em tempo real, a estimativa do raio e curvatura em cada ponto detectado da linha (1 ) flexível.

[01 16] O módulo de simulação física realiza o ajuste a um sistema de partículas {p _£ }, que ajusta cada partícula aos pontos 3D reconstruídos {x _; -} na condição do MCV verticalizado, situação anterior ao seu acoplamento ao equipamento submarino.

[01 17] Nesta ocasião, a linha (1 ) flexível é modelada por um conjunto de partículas onde forças de tração, momento e gravidade que atuam sobre elas são equilibradas. A solução desse sistema de partículas é obtida impondo como condições de contorno a posição 3D dos pontos 3D reconstruídos {c _;· }. Após a convergência do sistema de partículas pode-se então calcular diversas grandezas físicas inerentes ao estado atual do duto reconstruído, como raio de curvatura, forças e momentos.

[01 18] A figura 12 ilustra esquematicamente o processo iterativo de ajuste do sistema de partículas (p , aos pontos 3D reconstruídos utilizado na simulação física do equilíbrio estático do SOIS. [01 19] O sistema de partículas da simulação física é representado pelo conjunto de seus pontos {p . O conjunto {x _j } representa os pontos 3D reconstruídos. As equações de equilíbrio estático, definido como E, a serem respeitadas por cada partícula é dada pela equação: E({pi}, h) 0,

[0120] Tais equações consistem no somatório das forças que agem sobre cada partícula, como tração, cortante, gravidade, atrito, normal, dentre outras. Essas forças são dadas tanto em função da posição das partículas {p como também em função de propriedades físicas do equipamento como rigidez axial, flexionai e massa. Essas propriedades são representadas pelo vetor h e são constantes durante a execução do método SOIS.

[0121 ] O conjunto de partículas do sistema de elementos finitos formam uma curva discreta C e o ajuste de curva pode ser definido como:

[0122] A figura 13 ilustra o ajuste da curva interpolada pelo sistema de partículas {p }, de acordo com o método SOIS.

[0123] Por se tratar de uma curva discreta, a distância d entre ponto e curva não é trivial, de forma que foi adotada a seguinte aproximação que consiste na distância entre o ponto e a tangente da curva em uma dado ponto da curva:

d _T (x,, p,) = (x _j ~ Pi) t, (x, - _Pl ),

onde T _j é o vetor unitário tangente à curva no ponto p _¾ conforme figura 14.

[0124] A figura 14 ilustra a aproximação da curva interpolada pelo sistema de partículas {p _£ }, como descrito acima.

[0125] A partir do exposto no presente relatório, fica ciam, portanto, que a invenção soluciona o problema do estado da técnica que se propõe, a saber, provê uma ferramenta de suporte a operação de instalações submarinas que possibilita estimar precisamente os esforços em um MCV e o raio de curvatura da linha (1 ) durante todas as etapas de uma operação de CVD.

[0126] Inúmeras variações incidindo no escopo de proteção do presente pedido são permitidas. Dessa forma, reforça-se o fato de que a presente invenção não está limitada às configurações/ concretizações particulares acima descritas.