Aparato y método de detección.

Un aparato de detección dispuesto para detectar defectos dentro de una tubería flexible (400) rodeada al menos parcialmente por agua de mar (402),

el aparato de detección que comprende:

un monitor de impedancia (410) dispuesto para medir (702) la impedancia entre un miembro eléctricamente conductor que se extiende al menos parcialmente a lo largo de la longitud de una tubería flexible (400) y un electrodo para agua de mar (408) en contacto con el agua de mar (402) que rodea al menos parte de la tubería flexible (400) en respuesta a una señal eléctrica de prueba aplicada al miembro eléctricamente conductor en las primera y segunda frecuencias; y

un procesador (412) dispuesto para detectar la variación de la impedancia medida por una señal eléctrica de prueba a una primera frecuencia, y si se detecta una variación de la impedancia medida, determinar (704) si la variación indica un defecto en la tubería, y si es así determinar (708) la distancia desde el electrodo para agua de mar hasta un defecto en la tubería mediante la comparación de las impedancias medidas en las primera y segunda frecuencias.

Aparato y método de detección La presente invención se refiere a un método y aparato de detección. En particular, la presente invención se refiere a un aparato de detección dispuesto para detectar defectos dentro de un cuerpo de tubería flexible, y un método para detectar defectos o cambios de condición de un cuerpo de tubería. Las modalidades particulares se refieren a una tubería flexible que comprende un cuerpo de tubería flexible y el aparato de detección, un método para conformar tal tubería flexible, y un método de funcionamiento de tal tubería flexible. Ciertas modalidades de la presente invención se disponen también para detectar un cambio en la condición de un cuerpo de tubería.

Tradicionalmente se utiliza la tubería flexible para transportar los fluidos de producción, tales como petróleo y/o gas y/o agua, desde una localización a la otra. La tubería flexible es particularmente útil en la conexión de una localización submarina (que puede ser bajo el agua profunda, digamos 1000 metros o más) a una localización del nivel del mar. La tubería puede tener un diámetro interno de típicamente hasta aproximadamente 0.6 metros. La tubería flexible se forma generalmente como un ensamble de un cuerpo de tubería flexible y uno o más elementos de extremo. El cuerpo de tubería se forma típicamente como una combinación de materiales en capas que forman un conducto de contención de presión. La estructura de la tubería permite grandes deformaciones sin provocar esfuerzos de flexión que afectan la funcionalidad de la tubería durante su vida útil. El cuerpo de tubería se construye generalmente como una estructura combinada que incluye capas metálicas y de polímeros.

En muchos diseños de tubería flexible conocidos el cuerpo de tubería incluye una o más capas de armadura de presión. La carga primaria de tales capas se forma a partir de las fuerzas radiales. Las capas de armadura de presión a menudo tienen un perfil en sección transversal específico para entrelazarse de manera que es capaz de mantener y absorber las fuerzas radiales que resultan de la presión exterior o interior en la tubería. El perfil en sección transversal de los alambres enrollados que evita por lo tanto que la tubería colapse o se rompa como resultado de la presión son a veces denominados perfiles resistentes a la presión. Cuando las capas de armadura de presión se forman a partir de componentes de aros conformados por alambres helicoidalmente enrollados, las fuerzas radiales de la presión exterior o interior en la tubería provocan que los componentes de aros se expandan o contraigan, lo que pone una carga de tensión en los alambres.

En muchos diseños de tubería flexible conocidos el cuerpo de tubería incluye una o más capas de armadura de tensión. La carga primaria en tal capa de armadura de tensión es la tensión. En aplicaciones de alta presión, tales como en entornos de aguas profundas y ultraprofundas, la capa de armadura de tensión experimenta cargas de alta tensión a partir de una combinación de la carga del casquete de extremo de presión interna y el peso autosoportado de la tubería flexible. Esto puede provocar un fallo en la tubería flexible ya que tales condiciones se experimentan durante períodos de tiempo prolongados.

Se ha usado tubería flexible sin uniones para desarrollos en aguas profundas (menos de 3, 300 pies (1, 005.84 metros) ) y aguas ultraprofundas (mayor de 3, 300 pies) . Es la creciente demanda de petróleo que provoca que la exploración se produzca en cada vez mayores profundidades donde son más extremos los factores ambientales. Por ejemplo, en tales entornos de aguas profundas y ultraprofundas, la temperatura del suelo del océano aumenta el riesgo de enfriamiento de los fluidos de producción a una temperatura que puede conducir a la obstrucción de tuberías. El aumento de las profundidades aumenta también la presión asociada con el entorno en el que debe hacerse funcionar la tubería flexible. Como resultado se incrementa la necesidad de altos niveles de rendimiento de las capas del cuerpo de tubería flexible. También puede usarse la tubería flexible para aplicaciones de agua de poca profundidad (por ejemplo menos de aproximadamente 500 metros de profundidad) o incluso en aplicaciones en la costa (por tierra) .

Una forma de mejorar la respuesta de la carga y por lo tanto el rendimiento de las capas de armadura es la fabricación de las capas de materiales más gruesos y más fuertes y por lo tanto más robustos. Por ejemplo, para las capas de armadura de presión en que las capas se forman a menudo de alambres enrollados con devanados adyacentes en la capa de entrelazado, la fabricación de los alambres a partir de materiales más gruesos resulta en que la resistencia aumenta adecuadamente. Sin embargo, como se usa más material, aumenta el peso de la tubería flexible. En última instancia el peso de la tubería flexible puede convertirse en un factor limitante en el uso de la tubería flexible. Además la fabricación de tubería flexible mediante el uso de un material más grueso aumenta los costes del material apreciablemente, lo que también es una desventaja.

Independientemente de las medidas tomadas para mejorar el rendimiento de las capas de armadura dentro de un cuerpo de tubería, existe un riesgo de que surjan defectos dentro de una tubería flexible. Un defecto puede comprender el daño a una pared exterior de un cuerpo de tubería flexible lo que resulta en la entrada de agua de mar en un espacio anular dentro del cuerpo de tubería de manera que el agua de mar llena los vacíos entre los alambres de la capa de armadura y otros elementos estructurales de la tubería. Los alambres de la capa de armadura y otros elementos

estructurales se fabrican típicamente de acero u otros materiales metálicos, que son vulnerables a la corrosión acelerada tras entrar en contacto con el agua de mar. Si tal defecto no se detecta rápidamente entonces puede verse comprometida la integridad estructural del cuerpo de tubería. La detección de defectos a menudo ha requerido previamente la inspección visual del cuerpo de tubería, lo que puede ser peligroso, especialmente para instalaciones de aguas profundas y ultraprofundas. Además, ciertos cambios en la condición de una tubería flexible, que incluyen flexión, compresión y grandes variaciones de temperatura pueden conducir a defectos, si no se controlan. Tales cambios en la condición a menudo solamente han sido detectados previamente a través de la inspección visual. La US-2009/223284-A1 describe un detector de fugas para detectar una fuga en una línea. El detector de fugas incluye un dispositivo de transmisión para la generación de la radiación que se acopla en la línea. Un dispositivo de recepción recibe la radiación que ha surgido de la línea a través de una fuga, como resultado de lo cual la fuga se vuelve detectable.

La WO 2008/083409 describe la detección de defectos en una tubería rodeada al menos parcialmente por agua de mar.

Ciertas modalidades de la invención proporcionan la ventaja de que puede detectarse un defecto dentro de un cuerpo de tubería sin que se requiera la inspección visual periódica. Pueden repararse los defectos, o reemplazarse el cuerpo de tubería. Los defectos detectables incluyen una brecha de la pared exterior de una tubería flexible y la entrada de agua de mar en un espacio anular del cuerpo de tubería. Ciertas modalidades también pueden proporcionar una indicación de cambios en la condición del cuerpo de tubería, por ejemplo debido a la compresión o flexión aplicada al cuerpo de tubería, o variación en la temperatura a lo largo de la longitud del cuerpo de tubería.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención se proporciona un aparato de detección dispuesto para detectar defectos dentro de una tubería flexible rodeada al menos parcialmente por agua de mar, el aparato de detección que comprende: un monitor de impedancia dispuesto para medir la impedancia entre un miembro eléctricamente conductor que se extiende al menos parcialmente a lo largo de la longitud de una tubería flexible y un electrodo separado de agua de mar en contacto con el agua de mar que rodea al menos parte de la tubería flexible en respuesta a una señal eléctrica de prueba aplicada al miembro eléctricamente conductor en las primera y segunda frecuencias; y un procesador dispuesto para detectar la variación de la impedancia medida por una señal eléctrica de prueba a una primera frecuencia, y si se detecta una variación de la impedancia medida, determinar si la variación indica un defecto en la tubería, y si es así determinar la distancia desde el electrodo para agua de mar hasta un defecto en la tubería mediante la comparación de las impedancias... [Seguir leyendo]

1. Un aparato de detección dispuesto para detectar defectos dentro de una tubería flexible (400) rodeada al menos parcialmente por agua de mar (402) , el aparato de detección que comprende:

un monitor de impedancia (410) dispuesto para medir (702) la impedancia entre un miembro eléctricamente conductor que se extiende al menos parcialmente a lo largo de la longitud de una tubería flexible (400) y un electrodo para agua de mar (408) en contacto con el agua de mar (402) que rodea al menos parte de la tubería flexible (400) en respuesta a una señal eléctrica de prueba aplicada al miembro eléctricamente conductor en las primera y segunda frecuencias; y un procesador (412) dispuesto para detectar la variación de la impedancia medida por una señal eléctrica de prueba a una primera frecuencia, y si se detecta una variación de la impedancia medida, determinar (704) si la variación indica un defecto en la tubería, y si es así determinar (708) la distancia desde el electrodo para agua de mar hasta un defecto en la tubería mediante la comparación de las impedancias medidas en las primera y segunda frecuencias.

2. Un aparato de detección de acuerdo con la reivindicación 1 en donde el monitor de impedancia (410) se dispone para aplicar las señales eléctricas de prueba al miembro eléctricamente conductor a una pluralidad de frecuencias entre 10 Hz y 100 kHz.

3. Un aparato de detección de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde el monitor de impedancia (410) comprende una fuente de corriente (504) dispuesta para suministrar una señal eléctrica de prueba al miembro eléctricamente conductor, y un medidor de tensión dispuesto para determinar la tensión generada en el miembro eléctricamente conductor con relación al electrodo para agua de mar.

4. Un aparato de detección de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el medidor de tensión es un demodulador síncrono (506) y el monitor de impedancia (410) comprende además un controlador (510) dispuesto para proporcionar una señal de control de frecuencia a la fuente de corriente (504) y el demodulador síncrono (506) .

5. Un método para detectar defectos dentro de una tubería flexible (300) rodeada al menos parcialmente por agua de mar (402) , el método que comprende:

acoplar un monitor de impedancia (410) entre un miembro eléctricamente conductor que se extiende al menos parcialmente a lo largo de la longitud de una tubería flexible (400) y un electrodo para agua de mar (408) en contacto con el agua de mar que rodea al menos parte de la tubería flexible (400) ; generar una señal eléctrica de prueba en el monitor de impedancia (410) y aplicar la señal de prueba al miembro eléctricamente conductor en las primera y segunda frecuencias; detectar la variación de la impedancia medida por una señal eléctrica de prueba a una primera frecuencia; y determinar (704) si una variación de la impedancia detectada indica un defecto en la tubería, y si es así determinar (708) una distancia desde el electrodo para agua de mar (408) hasta un defecto en la tubería mediante la comparación de las impedancias medidas en las primera y segunda frecuencias.

6. Un aparato para tuberías que comprende:

un cuerpo de tubería (400) que incluye un primer miembro eléctricamente conductor que se extiende al menos parcialmente a lo largo de la longitud del cuerpo de tubería (400) ; un elemento de extremo acoplado a al menos un extremo del cuerpo de tubería (400) ; un electrodo para agua de mar (408) ; y un aparato de detección de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 acoplado a un elemento de extremo acoplado a un extremo del cuerpo de tubería (400) , en donde el monitor de impedancia (410) se acopla al primer miembro eléctricamente conductor y al electrodo para agua de mar (408) .

7. Un aparato para tuberías de acuerdo con la reivindicación 6, en donde el primer miembro eléctricamente conductor comprende un miembro estructural metálico (406) del cuerpo de tubería (400) .

8. Un aparato para tuberías de acuerdo con la reivindicación 6, en donde el primer miembro eléctricamente conductor comprende un elemento de cinta que se extiende a través del cuerpo de tubería entre una capa de barrera más interior y una capa de barrera más exterior (404) .

9. Un aparato para tuberías de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, que comprende además un segundo aparato de detección, el segundo aparato de detección que comprende:

un generador de señal acoplado (600) a un par de miembros eléctricamente conductores que se extienden al menos parcialmente a lo largo de la longitud del cuerpo de tubería (400) y se aíslan eléctricamente entre sí para conformar una línea de transmisión eléctrica, el generador de señal que se dispone para generar una señal eléctrica de prueba y para aplicar (602) la señal de prueba entre el par de miembros eléctricamente conductores, la señal de prueba que comprende una señal eléctrica modulada de código por pulso;

un receptor acoplado al par de miembros eléctricamente conductores y dispuesto para recibir (604) una señal eléctrica de retorno que comprende un reflejo de la señal de prueba; un correlador (316) dispuesto para correlacionar (606) la señal de prueba con la señal de retorno y para determinar una señal de correlación; y un procesador (318) dispuesto para detectar (608) la variación de la señal de correlación, y para determinar si una variación detectada indica un defecto en la tubería.

10. Un aparato para tuberías de acuerdo con la reivindicación 9 cuando depende de la reivindicación 7, en donde el par de miembros eléctricamente conductores comprenden el primer miembro estructural metálico (406) del cuerpo de tubería (4001) y un segundo miembro estructural metálico del cuerpo de tubería (400) .

11. Un método para conformar un aparato para tuberías, el método que comprende:

proporcionar un cuerpo de tubería (400) que incluye un miembro eléctricamente conductor que se extiende al menos parcialmente a lo largo de la longitud del cuerpo de tubería (400) ;

proporcionar un electrodo para agua de mar (408) ; y acoplar un elemento de extremo a al menos un extremo del cuerpo de tubería (400) ; en donde un aparato de detección de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 se acopla a un elemento de extremo acoplado a un extremo del cuerpo de tubería (400) , el método que comprende además acoplar el monitor de impedancia (410) al miembro eléctricamente conductor y al electrodo para agua de mar (408) .