BR112015006057B1 - CONDUTO TUBULAR FLEXfVEL E METODO DE DETERMINAQAO DAS PROPRIEDADES DE UM CONDUTO TUBULAR FLEXfVEL - Google Patents

Abstract

CONDUTO TUBULAR FLEXÍVEL DOTADO DE UM INSTRUMENTO DE CONTROLE A presente invenção se refere a um conduto flexível (1) que compreende uma bainha interna de estanqueldade (30, armaduras de tração (5, 6) e uma camada de retenção (7) que compreende uma fita de retenção (10) enrolada de modo helicoidal. A fita de retenção (10) compreende mechas de fibras (12) e uma fibra óptica (14) mantidas juntas por meios de contenção (16). A fibra óptica é utilizada como sensor de medição de alongamento.

Description

[0001] A presente invenção se refere a um conduto tubular flexível submarino para o transporte de hidrocarbonetos que compreendem agentes corrosivos, notadamente água e gases ácidos. Ela se refere também a um método de controle das propriedades desse conduto.

[0002] A presente invenção visa mais especialmente os condutos tubulares flexíveis de tipo não ligado (“unbonded” em língua inglesa), tais como descritos nos documentos normativos API 17J “Specification for Unbonded Flexible Pipe” e API RB 17B “Recommended Practice for Flexible Pipe” publicados pelo American Petroleum Institute.

[0003] Esses condutos flexíveis compreendem usualmente, do interior para o exterior, uma carcaça interna, uma bainha interna de estanqueidade, uma abóbada de pressão, várias mantas de armaduras de tração e uma bainha de proteção externa.

[0004] A carcaça interna tem como função principal a recuperação dos esforços radiais de esmagamento, por exemplo aqueles ligados à pressão hidrostática. Ela é realizada a partir de uma folha feita de aço inoxidável perfilado e enrolada com passo curto para formar espiras unidas grampeadas entre si. A bainha interna de estanqueidade, geralmente chamada de bainha de pressão (“pression sheat” em língua inglesa), é uma bainha polimérica extrudada que tem como função o confinamento do fluido que circula dentro do conduto. No que diz respeito à abóbada de pressão (“pressure vault” em língua inglesa), ela é formada geralmente por um fio de forma metálico enrolado com passo curto em espiras unidas em torno da bainha interna de estanqueidade. Ela permite assim recuperar os esforços radiais ligados à pressão do fluido que circula dentro do conduto. As mantas de armadura de tração têm ∞mo função a recuperação dos esforços de tração que são exercidos sobre o conduto. Essas mantas são constituídas por fios de armadura geralmente metálicos enrolados de modo helicoidal com passo longo em torno da abóbada de pressão. Finalmente, uma bainha externa de proteção feita de material polimérico é extrudada em torno das armaduras de tração.

[0005] No presente pedido, o termo “com passo curto” caracteriza os enrolamentos helicoidais que apresentam um ângulo de hélice de valor absoluto compreendido entre 70° e 90°. O termo “com passo longo” caracteriza no que lhe diz respeito os enrolamentos helicoidais que apresentam um ângulo de hélice de valor absoluto inferior ou igual a 60°. A carcaça interna e a abóbada de pressão apresentam ângulos de hélice de valor absoluto geralmente próximo de 85°. Os condutos flexíveis compreendem geralmente um ou dois pares de mantas cruzadas de armaduras de tração, as ditas mantas tendo um ângulo de hélice de valor absoluto tipicamente compreendido entre 20° e 60°, e vantajosamente entre 25° e 55°.

[0006] Quando o conduto flexível, qualquer que seja sua natureza, é submetido a uma pressão externa que é maior do que a pressão interna, pode se produzir uma compressão axial que é conhecida pelo profissional sob o nome de efeito de fundo inverso (“reverse end cap effect” em língua inglesa). Esse efeito gera tensões de compressão axial que têm tendência a encurtar o conduto. Esses efeitos de compressão podem atingir um nível bastante elevado. Por exemplo, um conduto de transporte de gás com diâmetro exterior de 300 mm instalado a uma profundidade de 2000 m pode ser submetido a um esforço de compressão axial da ordem de 140 toneladas quando ele é despressurizado (200 bars no exterior - 1 bar no interior).

[0007] O efeito de fundo inverso tem tendência a comprimir axialmente o conduto flexível, a encurtar seu comprimento e a aumentar seu diâmetro, o que tem tendência a provocar uma dilatação das mantas de armaduras de tração. No caso em que a bainha externa do conduto é estanque, a pressão hidrostática que existe no exterior do conduto se opõe eficazmente à dilatação das armaduras de tração. Em contrapartida, se a bainha externa não é mais estanque, por exemplo em consequência de uma rasgadura acidental, a pressão hidrostática não se opõe mais à dilatação das mantas de armaduras de tração. Em seguida, na ausência de um meio adicional que tem como função limitar essa dilatação, os fios que compõem as mantas de armaduras de tração podem sofrer uma flambagem de acordo com um modo radial, o que pode provocar uma deformação local irreversível das ditas mantas de armaduras que têm a forma de uma “gaiola de pássaro” (“BIRD Cage” em inglês), e assim provocar a destruição do conduto.

[0008] Uma solução conhecida que permite reduzir esse risco de flambagem radial em “gaiola de pássaro” consiste em enrolar com passo curto, em torno das mantas de armaduras de tração, fitas de retenção reforçadas por mechas de fibras de aramida que apresentam uma grande resistência mecânica em tração de acordo com o eixo longitudinal das mesmas, o que permite limitar a dilatação das mantas de armaduras de tração. Essas fitas de retenção apresentam por outro lado uma grande flexibilidade em flexão, o que facilita o enrolamento das mesmas em torno das mantas de armaduras. Finalmente, com características mecânicas iguais, elas são muito mais leves do que fitas metálicas, o que permite reduzir o peso do conduto flexível. Será possível notadamente se referir aos documentos WO03/083343, FR2926347 e W02008/135663 que descrevem condutos flexíveis equipados ∞m tais fitas de retenção. Essas fitas são também correntemente designadas sob os nomes ingleses “High Strenght Tapes” ou “Anti-Buckling Tapes”.

[0009] Essas fitas de retenção se apresentam sob a forma de feixes de mechas de fibras orientadas paralelamente ao eixo longitudinal da fita. Essas mechas de fibras longitudinais podem ser unidas umas com as outras sob a forma de um feixe relativamente plano que tem uma seção substancialmente retangular do tipo daquela de uma fita ou de uma tira. Diferentes modos de realização dessas fitas de retenção são descritos nos documentos WO97/12753 e WO97/13091. É também possível utilizar fitas de retenção constituídas por uma seção central substancialmente retangular e por duas bordas longitudinais mais finas do que a seção central, tais como aquelas descritas no documento EP1419338.

[0010] Essas fitas de retenção são dimensionadas para resistir duravelmente às solicitações mecânicas estáticas e dinâmicas que elas terão que suportar, assim como ao fenômeno de envelhecimento ligado à possível imersão das mesmas na água do mar em caso de rasgadura acidental da bainha externa do conduto. O risco de ruptura em serviço de uma fita é portanto extremamente pequeno.

[0011] Esse risco não é, no entanto, nulo, notadamente em caso de solicitação anormal do conduto flexível. A consequência de uma ruptura de uma fita de retenção podendo ser a destruição do conduto, é necessário que se possa detectar muito rapidamente um tal incidente.

[0012] Além disso, a aptidão das fitas de retenção a desempenhar sua função antidilatação depende da tensão sob a qual elas foram enroladas por ocasião da bobinagem das mesmas em torno das armaduras de tração. De fato, a camada antidilatação é geral mente constituída por várias fitas enroladas lado a lado e/ou uma sobre a outra. Em seguida, é necessário que os esforços de compensação da dilatação sejam distribuídos de modo homogêneo entre essas diferentes fitas, senão uma das fitas poderia ser excessivamente solicitada e romper prematuramente. É por essa razão que é necessário enrolar essas fitas sob tensão, a fim de evitar folgas, e se assegurar que as tensões de colocação das diferentes fitas sejam substancial mente iguais.

[0013] Esse problema de controle das tensões de colocação é ainda mais importante no caso em que as fitas de retenção são voluntariamente enroladas sob tensão muito grande, como é descrito no pedido Frances n° 11 52609. De fato, em um tal caso, a tensão de colocação da fita de retenção afeta diretamente a função antidilatação, de modo que em caso de tensão insuficiente, o conduto flexível apresenta o risco de se dilatar mais do que previsto, com como consequência potencial uma flambagem das camadas de armaduras.

[0014] Com o objetivo de resolver esses problemas, a presente invenção propõe um conduto tubular flexível do tipo não ligado destinado ao transporte de fluidos no domínio da exploração de petróleo offshore, o dito conduto tubular flexível compreendendo pelo menos do interior para o exterior uma bainha de estanqueidade interna, uma manta de armaduras de tração enrolada em hélice com passo longo, e uma camada de retenção da dita manta de armaduras de tração que compreende pelo menos uma fita de retenção enrolada em hélice com passo curto em torno da dita manta de armaduras de tração, a dita fita de retenção compreendendo mechas de fibras, as ditas mechas de fibras sendo orientadas substancial mente de acordo com a direção longitudinal da dita fita de retenção, a dita fita de retenção compreendendo meios de contenção para manter juntas as ditas mechas de fibras; de acordo com a presente invenção a dita fita de retenção compreende pelo menos uma fibra óptica orientada substancialmente de acordo com a direção longitudinal da dita fita de retenção.

[0015] O conduto tubular flexível de acordo com a invenção pode compreender uma ou várias das características seguintes, tomada(s) isoladamente ou de acordo com todas as combinações tecnicamente possíveis: - a dita fibra óptica é uma fibra óptica polimérica; - a dita fibra óptica é realizada à base de um polímero amorfo perfluorado; - a dita fibra óptica apresenta em temperatura ambiente um alongamento na ruptura superior a 5 %; - a dita fibra óptica é uma fibra óptica com gradiente de índice; - as ditas mechas de fibras apresentam em temperatura ambiente um módulo de elasticidade em tração superior a 50 GPa; - os ditos meios de contenção compreendem fibras transversais orientadas de acordo com uma direção substancialmente perpendicular à direção longitudinal da dita fita de retenção, as ditas fibras transversais mantendo juntas as ditas mechas de fibras e a dita fibra óptica; - os ditos meios de contenção compreendem uma matriz polimérica que circunda as ditas mechas de fibras e a dita fibra óptica; - a dita fibra óptica é disposta no interior da dita fita de retenção no lado mais próximo do eixo do dito conduto flexível.

[0016] A invenção tem também como objeto um método de controle das propriedades de um tal conduto tubular, esse método de controle compreendendo as etapas seguintes: - conexão da dita fibra óptica a um aparelho de emissão de um sinal óptico destinado a ser injetado na dita fibra óptica e a um aparelho de medição de um sinal óptico que transitou ao longo da dita fibra óptica; - injeção pelo dito aparelho de emissão de um sinal óptico na dita fibra óptica; - circulação de um sinal óptico ao longo da dita fibra óptica; - medição pelo dito aparelho de medição de um sinal óptico que transitou ao longo da dita fibra óptica; - determinação com o auxílio dessa medição do alongamento da dita fibra óptica.

[0017] Assim a invenção consiste em dotar de um instrumento de controle a fita de retenção com um sensor de fibra óptica capaz de medir os alongamentos dessa última. A fibra óptica é orientada paralelamente ao eixo da fita de retenção de modo a que ela seja submetida ao mesmo alongamento que essa última. Existem vários métodos de medição do alongamento de uma fibra óptica a partir de um aparelho conectado a pelo menos uma das 2 extremidades da fibra. Esses métodos, que serão lembradas abaixo, são conhecidos e não constituem, portanto, em si próprios o objeto principal da invenção.

[0018] As medições efetuadas com esse sensor de fibra óptica permitem detectar instantaneamente uma ruptura da fita de retenção. Elas permitem também avaliar os esforços de tração suportados pela fita, o que permite detectar um aumento anormal desses esforços muito tempo antes que esse último provoque uma eventual ruptura.

[0019] Visto que a fita de retenção é enrolada com passo curto, quer dizer com um ângulo de hélice próximo de 90°, o alongamento relativo da fita é substancial mente igual à dilatação relativa do conduto. Em seguida, medindo-se o alongamento relativo do sensor de fibra óptica ao longo desse último, é possível facilmente avaliar a dilatação relativa das armaduras de tração ao longo do conduto. Isso permite notadamente verificar a integridade do conduto em relação ao risco de rasgadura de bainha e de flambagem das armaduras. Assim, é possível detectar facilmente uma rasgadura de bainha e uma inundação da parede do conduto. De fato, em caso de rasgadura da bainha externa de um conduto submetido a um efeito de fundo inverso (pressão interna < pressão hidrostática), a pressão hidrostática não se opõe mais à dilatação das armaduras e é nesse caso a camada de retenção que se substitui a ela para assegurar essa função. Ora, é verificado que a camada de retenção é geralmente menos eficaz do que a pressão hidrostática de modo que as armaduras vão ligeiramente se dilatar. Essa dilatação pode ser facilmente detectada medindo-se para isso o alongamento da fibra óptica, o que permite em seguida detectar a rasgadura da bainha externa.

[0020] Vários tipos de fibras ópticas podem convir para executar a presente invenção.

[0021] As fibras ópticas feitas de vidro (Glass Optical Fibers em inglês) apresentam a vantagem de uma atenuação óptica muito pequena (< 3 dB/km para uma radiação de comprimento de onda de 850 nm) o que permite utilizar as mesmas para efetuar medições deslocadas a mais de 5 km, e mesmo até 10 km. Essas fibras resistem, além disso, muito bem às temperaturas elevadas, certas fibras revestidas de carbono e de poliimida podendo funcionar até 300°C. O inconveniente maior das mesmas é sua falta de ductilidade e seu pequeno alongamento na ruptura. Na prática, é recomendado não alongar as mesmas de mais de 1 %, senão se correria ao risco de uma ruptura prematura, notadamente no caso de uma solicitação cíclica que pode gera um fenômeno de fadiga. O emprego das mesmas é, portanto, limitado às fitas de retenção que apresentam um pequeno alongamento sob carga, quer dizer às fitas que compreendem mechas de fibras que têm um módulo de elasticidade elevado, tipicamente superior a 100 GPa. Assim, por exemplo, quando as mechas são feitas de aço (módulo 200 GPa) ou feitas de Kevlar® 49 (módulo 120 GPa) é possível dotar de um instrumento de controle a fita com uma fibra óptica feita de vidro.

[0022] Em contrapartida, no caso em que as mechas apresentam um módulo de elasticidade inferior a 100 GPa, é preferível utilizar uma fibra óptica polimérica. Tais fibras são correntemente designadas sob a abreviação POF (Plastic Optical Fiber em inglês). Elas apresentam a vantagem de uma grande ductilidade e são capazes de suportar duravelmente alongamentos superiores a 5 %, e mesmo a 10 %. O inconveniente maior das mesmas é sua atenuação óptica que é bem pior do que aquela das fibras ópticas feitas de vidro. As fibras ópticas poliméricas mais correntes, que são constituídas por polimetilmetacrilato (PMMA), têm uma atenuação da ordem de 150 dB/km a 850 nm, o que limita a aplicação das mesmas a um comprimento máximo da ordem de 100 metros. Mas existem também fibras ópticas poliméricas de melhor desempenho, notadamente aquelas feitas de polímero amorfo perfluorado que apresentam uma atenuação da ordem de 30 dB/km a 850 nm. Com esse tipo de fibra, é possível efetuar medições deslocadas a uma distância de 500 m.

[0023] As fibras ópticas poliméricas à base de poli-perflúor-butenil-vinil-éter (polímero comercializado sob a marca Cytop®) são especial mente vantajosas para executar a presente invenção. De fato, certas fibras com gradiente de índice constituídas a partir desse polímero apresentam uma atenuação de apenas 10 dB/km no infravermelho próximo, sob reserva que precauções especiais sejam tomadas por ocasião da fabricação das mesmas. Tais fibras permitem efetuar medições deslocadas a uma distância da ordem de 1000 m. A temperatura máxima de utilização de tais fibras é da ordem de 80°C, mas é possível submeter as mesmas sem dano a temperaturas superiores a 100°C, notadamente por ocasião da fase de fabricação da fita dotada de um instrumento de controle.

[0024] Outras particularidades e vantagens da invenção se destacarão com a leitura de vários modos de realização da invenção, assim como dos desenhos anexos nos quais: a figura 1 é uma vista em perspectiva parcial de um conduto tubular flexível de acordo com a invenção; a figura 2 é uma vista em corte de uma fita de retenção de acordo com um primeiro modo de realização; a figura 3 é uma vista em corte de uma fita de retenção de acordo com um segundo modo de realização; a figura 4 é uma vista em corte de uma fita de retenção de acordo com um terceiro modo de realização; a figura 5 é uma vista em corte de uma fita de retenção de acordo com um quarto modo de realização; a figura 6 é uma vista esquemática de conjunto de um conduto tubular flexível dotado de um instrumento de acordo com a presente invenção.

[0025] O conduto tubular flexível (1) representado na figura 1 compreende do interior para o exterior uma carcaça interna (2), uma bainha interna de estanqueidade (3), uma abóbada de pressão (4), um par de armaduras de tração (5, 6), uma camada de retenção (7) e uma bainha externa (8).

[0026] A carcaça interna (2) é constituída a partir de uma folha metálica inoxidável perfilada e enrolada com passo curto para formar espiras unidas grampeadas entre si. A função principal da carcaça interna (2) é a recuperação dos esforços radiais de esmagamento, por exemplo aqueles ligados à pressão hidrostática ou aqueles exercidos por equipamentos externos, notadamente por ocasião da instalação no mar do conduto. O conduto (1) representado na figura 1 é dito “de passagem não lisa” (“rough bore” em língua inglesa) devido à presença e à geometria da carcaça interna (2). No entanto, a presente invenção poderia também ser aplicada a um conduto que não compreende carcaça, um tal conduto sendo dito “de passagem lisa” (“smooth bore” em língua inglesa), pois sua primeira camada partindo-se do interior é a bainha interna de estanqueidade (3), essa bainha sendo de fato um tubo polimérico extrudado que apresenta uma parede interior lisa.

[0027] A bainha interna de estanqueidade (3) é uma bainha polimérica extrudada que tem como função o confinamento do hidrocarboneto que circula no interior do conduto (1), a carcaça interna (2) não sendo estanque.

[0028] A abóbada de pressão (4) é formada por um fio de forma metálico enrolado com passo curto em espiras unidas em torno da bainha interna de estanqueidade. Ela permite assim recuperar os esforços radiais ligados à pressão do fluido que circula dentro do conduto. Ainda que a maior parte dos condutos tubulares flexíveis compreenda uma abóbada de pressão, a invenção poderia também ser aplicada a condutos que não compreendem um a tal camada.

[0029] As mantas de armadura de tração (5, 6) têm como função a recuperação dos esforços de tração que são exercidos sobre o conduto. Essas mantas são constituídas por fios de armadura geralmente metálicos enrolados de modo helicoidal com passo longo em torno da abóbada de pressão. Elas são cruzadas de modo a equilibrar os esforços de torção.

[0030] A bainha externa de proteção (8) feita de material polimérico é extrudada em torno da camada de retenção (7). A invenção poderia também ser aplicada a condutos que não compreendem bainha externa, ainda que esse caso não apresente um grande interesse prático.

[0031] A camada de retenção (7) compreende uma ou várias fitas de retenção enroladas com passo curto em torno das mantas de armadura de tração (5, 6). A camada de retenção (70 pode compreender várias camadas de fitas enroladas, essas camadas sendo superpostas umas sobre as outras.

[0032] A fita de retenção (10) representada na figura 2 compreende várias mechas de fibras de aramida (12) mantidas umas contra as outras por meios de contenção (16) que compreendem fibras transversais que circundam as ditas mechas longitudinais. Uma fibra óptica (14) orientada paralelamente ao eixo da fita é disposta em sua parte central. Essa fibra óptica, da qual o diâmetro exterior é da ordem de 125 a 700 micrômetros, é vantajosamente circundada por uma bainha ou tubo de proteção (18). De acordo com um modo de realização vantajoso, a fibra óptica é uma fibra com gradiente de índice à base de poli-perflúor-butenil-vinil-éter que apresenta um diâmetro exterior da ordem de 500 a 700 micrômetros (núcleo com diâmetro de 50 a 65 micrômetros). Tais fibras são notadamente comercializadas pela empresa Chromis Fiberoptics sob as referências GigaPOF®-50SR e GigaPOF®-62LD. A adição de um tubo ou de uma bainha de proteção polimérica permite limitar os fenômenos de desgaste da fibra óptica por atrito com as mechas de aramida, assim como aqueles do envelhecimento químico em contato com a água do mar. No modo de realização representado na figura 2, a espessura da fibra óptica munida de seu dispositivo de proteção é substancialmente igual àquela da fita de retenção, tipicamente da ordem de 0,5 mm a 2 mm.

[0033] A fita de retenção (20) representada na figura 3 compreende várias mechas de fibras metálicas (22), as ditas fibras metálicas sendo fios de aço de diâmetro muito pequeno que apresentam um limite elástico em tração muito grande Tais fios são notadamente utilizados para realizar as carcaças metálicas dos pneumáticos, e eles são conhecidos sob o nome de “steel cords”. O diâmetro dos mesmos é geralmente da ordem de alguns décimos de milímetro, e o limite elástico dos mesmos pode atingir e exceder 2000 MPa. As mechas constituídas com esses fios de aço são de fato cabos metálicos de diâmetro muito pequeno. Essas mechas são mantidas juntas por uma matriz polimérica (26) na qual elas são embutidas. Essa matriz que foi extrudada em torno das mechas constitui o meio de contenção (26) dessa fita. Uma fibra óptica (24) é ela também embutida nessa matriz. Nesse modo de realização, é vantajoso escolher uma fibra óptica feita de vidro, pois o módulo de elasticidade em tração das mechas feitas de aço é muito elevado (da ordem de 200 GPa) de modo que a fita se alonga muito pouco quando o conduto está em serviço (menos de 0,5 % de alongamento). Uma fibra óptica feita de vidro é portanto absolutamente capaz de resistir duravelmente a esse tipo de solicitação mecânica. Além disso, ela é também capaz de resistir à elevação de temperatura durante a extrusão da matriz polimérica (26) da fita, notadamente quando a matriz polimérica (26) é constituída à base de polietileno ou de poliamida.

[0034] A fita de retenção (30) representada na figura 4 compreende duas espessuras superpostas de mechas de fibras (32) mantidas juntas por meios de contenção (36). Várias fibras ópticas (33, 34, 35) foram integradas nessa fita em diversos lugares na largura e na espessura da fita.

[0035] A fita de retenção (40) representada na figura 5 compreende, ela também, as mechas de fibra de aramida (42) mantidas por meios de contenção (46) do tipo fibras transversais que circundam totalmente e/ou parcialmente as ditas mechas. Nessa variante, a fibra óptica (44) apresenta um diâmetro substancialmente inferior à espessura da fita. Nesse caso, é vantajoso dispor essa fibra na proximidade da face maior da fita que está situada no lado do interior do conduto (a face maior oposta sendo voltada para o exterior do conduto). Essa disposição especial evita que a fibra se desloque na espessura da fita quando essa última é submetida a esforços de tensão. De fato, quando a camada de retenção se dilata, a fibra óptica (44) permanece em contato direto com os meios de contenção (46) situados no lado interior do conduto.

[0036] O dispositivo representado na figura 6 compreende um conduto flexível (1) equipado com duas ponteiras de extremidade (50, 52). A camada de retenção desse conduto é dotada de um instrumento de controle com uma fibra óptica (55) que se estende de modo helicoidal ao longo do conduto a partir de uma das ponteiras (52). A fibra óptica (550 integrada no conduto é ligada a um aparelho (58) que compreende um aparelho de emissão (54) de um sinal óptico, assim como um aparelho de medição (57) de um sinal óptico que transitou ao longo da fibra, essa ligação sendo assegurada por um ou vários cabos de fibra óptica (56, 53) intercalados entre por um lado a fibra óptica (55) integrada no conduto e por outro lado os aparelhos de emissão (54) e de medição (57). Meios são dispostos na ponteira (52) para deixar esses cabos passarem.

[0037] De acordo com um modo vantajoso de realização da invenção, o conduto (1) é um conduto flexível que liga o fundo marinho a uma instalação de petróleo situada na superfície. Esse tipo de conduto ascendente (“riser” em inglês) é bastante solicitado na parte baixa, ao nível do ponto de contato com o fundo marinho (pressão hidrostática máxima e fenômeno de fadiga ligado às variações de curvatura associadas ao movimento da instalação de superfície devido à vaga). É, portanto, importante vigiar a integridade da camada de retenção ao nível do ponto de contato com o fundo marinho. Essa zona de uma centena de metros de comprimento é bem delimitada e geralmente situada na proximidade da ponteira situada no fundo marinho. É, portanto, vantajoso dotar de um instrumento de controle unicamente essa zona até a ponteira situada no fundo marinho para fazer em seguida o sinal subir até os aparelhos de emissão (54) e de medição (57) situados na superfície, a subida do sinal podendo ser feita via um cabo de fibra óptica (53) distinto do conduto (1).

[0038] Vários métodos de medição bem conhecidos podem ser utilizados para determinar o alongamento da fibra óptica. É possível notadamente citar o método que utiliza redes de Bragg previamente foto-impressas ao longo da fibra. O método de medição distribuída por reflectometria Brillouin é uma variante interessante pois ele permite determinar o perfil de alongamento ao longo de toda a fibra sem necessidade de modificar previamente essa última.

[0039] Para o que diz respeito às fibras ópticas feitas de polímero, além das redes de Bragg, é também possível utilizar um método baseado na reflectometria Rayleigh acoplado a um tratamento de sinal do tipo intercorrelação que permite determinar segmento por segmento as deformações axiais da fibra.

[0040] Esse método vantajoso permite determinar o perfil de alongamento ao longo de toda a fibra sem necessidade de modificar previamente essa última. Esse método é baseado no emprego de um reflectômetro óptico temporal, conhecido sob o nome OTDR (“Optical Time Domain Reflectometry” em inglês). Esse aparelho é correntemente utilizado no domínio das telecomunicações para testar as fibras ópticas. O OTDR é conectado a uma das extremidades da fibra. Ele compreende um aparelho de emissão (54) de impulsos luminosos que se propagam ao longo da fibra óptica, esse aparelho de emissão sendo na prática um laser. Devido notadamente ao fenômeno de difusão elástica ou de Rayleigh, a onda luminosa que se propaga ao longo da fibra óptica se atenua progressivamente, cada ponto da fibra óptica reenviando para a fonte uma proporção muito pequena do impulso luminoso incidente (fenômeno de retrodifusão). O OTDR é também equipado com um aparelho de medição (57) de um sinal óptico que transitou ao longo da fibra, a saber, no caso presente um sinal luminoso refletido pela fibra óptica. A partir dessa medição, conhecendo a velocidade de propagação do impulso luminoso ao longo da fibra, esse aparelho fornece uma curva que dá a intensidade do sinal refletido em função do comprimento da fibra óptica.

[0041] No caso de uma fibra óptica homogênea perfeita, essa curva apresenta a forma de um exponencial decrescente. No caso de uma fibra óptica real sujeita a imperfeições locais (variações locais de índice óptico e/ou de geometria, microfraturas, ...) as reflexões induzidas por essas imperfeições provocam pequenos desvios em relação à curva exponencial teórica. Esses pequenos sinais constituem de uma certa forma a assinatura da fibra óptica. Quando a fibra óptica é submetida a uma tração, as distâncias que separam as imperfeições locais aumentam na mesma proporção. Assim por exemplo, se a fibra óptica compreende em repouso duas imperfeições distantes de 200 mm, essas imperfeições serão distantes de 210 mm quando a fibra tiver sido submetida a um alongamento de 5 %. Esse aumento da distância que separa as duas imperfeições pode ser medido comparando-se para isso as curvas fornecidas pelo OTDR antes e depois da colocação sob tensão da fibra.

[0042] A precisão desse método de medição depende, portanto, da resolução espacial do OTDR e do comprimento dos segmentos de fibra para os quais o alongamento médio deve ser determinado. Na prática, bons resultados podem ser obtidos utilizando-se um OTDR de alta resolução (“High Resolution OTDR” em inglês), quer dizer que apresenta uma resolução espacial inferior a 5 mm, e trabalhando-se em segmentos elementares pelo menos cem vezes mais longos do que a resolução espacial do OTDR, e vantajosamente mil vezes mais longos. Nesse exemplo, se o comprimento de cada segmento elementar é 5 m, o alongamento médio de cada um desses segmentos pode ser determinado com uma precisão da ordem do milésimo (0,1 %), o que é absolutamente satisfatório para a aplicação em questão. Assim, ainda para o mesmo exemplo, se o comprimento total da fibra óptica polimérica é 1000 m, é vantajoso recortar o sinal em 200 segmentos sucessivos que têm cada um deles um comprimento de 5 m e tratar em seguida o sinal segmento por segmento a fim de determinar sucessivamente os 200 valores de alongamento. O fato de trabalhar com segmentos da ordem de 5 m não apresenta problema na medida em que o perímetro médio da camada de retenção (7) é da ordem do metro, de modo que o comprimento de cada segmento corresponde a somente algumas espiras da fita de retenção, quer dizer na prática a um comprimento de conduto flexível inferior a 0,5 m. Desse modo, é possível determinar a dilatação média da camada de retenção (7) ao longo do conduto flexível à razão de um valor a cada 0,5 m de conduto, o que é absolutamente satisfatório para a aplicação em questão.

[0043] O tratamento de intercorrelação mencionado acima permite comparar um sinal proveniente de um segmento com um sinal anterior proveniente do mesmo segmento, a fim de determinar precisamente a decalagem entre esses dois sinais, o que permite deduzir daí o alongamento desse segmento.

[0044] De preferência a utilizar um OTDR, é possível utilizar um aparelho de emissão (54) capaz de emitir sinais ópticos de intensidade modulada de modo sinusoidal, a frequência dessa modulação podendo variar entre alguns MHz e algumas centenas de MHz, e mesmo alguns GHz, o que permite varrer toda uma faixa de frequências. Esse aparelho de emissão é acoplado a um aparelho de medição (57) do tipo fotodiodo ligado a um analisador vetorial (“Vector Network Analyser” em inglês) sincronizado no sinal de modulação. Desse modo, é possível medir a função de transferência complexa associada a cada frequência de modulação, o que permite em seguida passar do domínio frequencial para o domínio temporal com o auxílio de um tratamento por transformada de Fourier inversa. Essa variante do OTDR, conhecida sob o nome de OFDR (“Optical Frequency Domain Reflectometry” em inglês) apresenta as vantagens de ser mais rápida e mais precisa.

Claims (9)

1. Conduto tubular flexível (1) do tipo não ligado adaptado ao transporte de fluidos no domínio da exploração de petróleo offshore, que compreende pelo menos do interior para o exterior uma bainha de estanqueidade interna (3), uma manta de armaduras de tração (5, 6) enrolada em hélice ∞m passo longo, e uma camada de retenção (7) da dita manta de armaduras de tração (5, 6) que compreende pelo menos uma fita de retenção (10, 20, 30, 40) enrolada em hélice com passo curto em torno da dita manta de armaduras de tração, a dita fita de retenção compreendendo mechas de fibras (12, 22, 32, 42), as ditas mechas de fibras sendo orientadas substancialmente de acordo com a direção longitudinal da dita fita de retenção, a dita fita de retenção compreendendo meios de contenção (16, 26, 36, 46) para manter juntas as ditas mechas de fibras, a dita fita de retenção (7) compreendendo pelo menos uma fibra óptica (14, 24, 33, 34, 35, 44, 55) orientada substancialmente de acordo com a direção longitudinal da dita fita de retenção (7), caracterizado pelo fato de que os ditos meios de contenção compreendem fibras transversais orientadas de acordo com uma direção substancialmente perpendicular à direção longitudinal da dita fita de retenção, as ditas fibras transversais mantendo juntas as ditas mechas de fibras e a dita fibra óptica.

2. Conduto tubular flexível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita fibra óptica é uma fibra óptica polimérica.

3. Conduto tubular flexível de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a dita fibra óptica é realizada à base de um polímero amorfo perfluorado.

4. Conduto tubular flexível de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a dita fibra óptica apresenta em temperatura ambiente um alongamento na ruptura superior a 5 %.

5. Conduto tubular flexível de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a dita fibra óptica é uma fibra óptica com gradiente de índice.

6. Conduto tubular flexível de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que as ditas mechas de fibras apresentam em temperatura ambiente um módulo de elasticidade em tração superior a 50 GPa.

7. Conduto tubular flexível de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que os ditos meios de contenção compreendem uma matriz polimérica que circunda as ditas mechas de fibras e a dita fibra óptica.

8. Conduto tubular flexível de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a dita fibra óptica é disposta no interior da dita fita de retenção no lado mais próximo do eixo do dito conduto flexível.

9. Método de determinação das propriedades de um conduto tubular flexível conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas seguintes: - conexão da dita fibra óptica a um aparelho de emissão (54) de um sinal óptico destinado a ser injetado na fibra óptica e a um aparelho de medição (57) de um sinal óptico tendo transitado ao longo da dita fibra óptica; - injeção pelo dito aparelho de emissão de um sinal óptico na dita fibra óptica; - circulação de um sinal óptico ao longo da dita fibra óptica; - medição pelo dito aparelho de medição de um sinal óptico que transitou ao longo da dita fibra óptica; - determinação com o auxílio dessa medição do alongamento da dita fibra

Images