BR112019027635B1 - METHOD FOR DETERMINING THE WALL THICKNESS OF A PIPE JOINT FOR USE IN A SUBSEA DUCT, PIPE JOINT, SUBSEA DUCT AND METHOD FOR DETERMINING A HYDROSTATIC COLLAPSE PRESSURE - Google Patents
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Abstract
Um método para determinar a espessura da parede mínima de uma junta de tubo para uso em um duto submarino compreende as etapas de: i) determinar um diâmetro interno da junta de tubo; ii) determinar uma pressão hidrostática mínima admissível na profundidade em que a junta do tubo deve ser usada; iii) determinar uma espessura de parede alvo para a junta de tubo, a espessura de parede alvo correspondente ao diâmetro interno e a pressão hidrostática mínima permitida; iv) fabricar uma pluralidade de juntas de tubo preliminares tendo o diâmetro interno e a espessura da parede alvo; v) realizar testes de colapso da pressão externa, resultando em dados representativos das pressões de colapso hidrostático nas quais a pluralidade de juntas de tubo preliminares colapsam; vi) determinar uma distribuição de probabilidade correspondente aos dados com base em um modelo estatístico de cauda derivado da Teoria dos Valores Extremos; vii) determinar, a partir da distribuição de probabilidade, uma pressão de colapso hidrostático ocorrendo com uma probabilidade de 10-5 ou menor; e, viii) determinar uma espessura de parede da junta do tubo correspondente ao diâmetro interno e à pressão de colapso hidrostático.A method for determining the minimum wall thickness of a pipe joint for use in a subsea pipeline comprises the steps of: i) determining an internal diameter of the pipe joint; ii) determine a minimum permissible hydrostatic pressure at the depth at which the pipe joint must be used; iii) determine a target wall thickness for the pipe joint, the target wall thickness corresponding to the internal diameter and the minimum allowable hydrostatic pressure; iv) fabricating a plurality of preliminary pipe joints having the target inner diameter and wall thickness; v) perform external pressure collapse tests, resulting in data representative of the hydrostatic collapse pressures at which the plurality of preliminary pipe joints collapse; vi) determine a probability distribution corresponding to the data based on a tailed statistical model derived from the Extreme Value Theory; vii) determine, from the probability distribution, a hydrostatic collapse pressure occurring with a probability of 10-5 or less; and, viii) determine a pipe joint wall thickness corresponding to the internal diameter and hydrostatic collapse pressure.
Description
[0001] A presente invenção refere-se a um método para projetar uma junta de tubo para uso em um duto submarino. Em particular, a invenção refere-se a um método para determinar uma espessura mínima de parede para a junta de tubo.[0001] The present invention relates to a method for designing a pipe joint for use in a subsea pipeline. In particular, the invention relates to a method for determining a minimum wall thickness for the pipe joint.
[0002] Na indústria de petróleo e gás tem havido um desenvolvimento estável ao longo dos últimos 20 anos na fabricação de dutos submarinos adequados para a instalação e operação em águas ultra-profundas, tipicamente águas mais profundas do que 2.000 m, para acessar reservatórios de águas profundas de petróleo e/ou gás. Atualmente tubos de pequeno diâmetro de cerca de 16 polegadas (cerca de 41 centímetros) de diâmetro têm sido instalados até uma profundidade de cerca de 3.000 m. Tubos de maiores diâmetros de até 32in (cerca de 81 centímetros) de diâmetro foram instalados em lâminas d'água de até 2.500m. É provável que projetos futuros exijam a instalação e operação de tubos em profundidades de até 3.500m e além.[0002] In the oil and gas industry there has been steady development over the last 20 years in the manufacture of subsea pipelines suitable for installation and operation in ultra-deep waters, typically waters deeper than 2,000 m, to access oil reservoirs. deep water oil and/or gas. Currently small diameter pipes of about 16 inches (about 41 centimeters) in diameter have been installed to a depth of about 3,000 m. Larger diameter pipes of up to 32in (about 81cm) in diameter have been installed in water depths of up to 2,500m. Future projects are likely to require the installation and operation of pipes at depths of up to 3,500m and beyond.
[0003] Tais tubulações são tipicamente instaladas cheias de ar à pressão atmosférica e subsequentemente cheias de óleo ou gás sob pressão, uma vez concluída a instalação. Um grande risco durante a instalação deste tipo de tubulação é a pressão hidrostática aplicada pela água, o que pode causar a deformação da tubulação de sua forma redonda praticamente inicial para uma forma quase plana. Isso é chamado colapso da pressão externa e, se não for controlado, pode resultar na perda total da tubulação. Ao determinar o potencial de colapso de pressão externa, as principais dimensões da tubulação são o diâmetro interno e a espessura da parede. Estas dimensões são também os principais fatores na determinação se um duto é economicamente viável ou não: o diâmetro interno controla a taxa à qual o óleo ou gás pode ser transportado através do duto, e assim afeta o custo operacional ao longo da vida do duto; e, a espessura da parede é diretamente proporcional ao custo de fabricação e instalação da tubulação. Isto é, o custo de fabricação e a instalação dos dutos aumentam à medida que a espessura da parede aumenta.[0003] Such pipelines are typically installed filled with air at atmospheric pressure and subsequently filled with oil or gas under pressure once installation is complete. A major risk during the installation of this type of piping is the hydrostatic pressure applied by the water, which can cause the piping to deform from its practically initial round shape to an almost flat shape. This is called external pressure collapse and, if left unchecked, can result in complete loss of the pipeline. When determining external pressure collapse potential, the key dimensions of the pipeline are the internal diameter and wall thickness. These dimensions are also the main factors in determining whether a pipeline is economically viable or not: the internal diameter controls the rate at which oil or gas can be transported through the pipeline, and thus affects the operating cost over the life of the pipeline; and, the wall thickness is directly proportional to the cost of manufacturing and installing the piping. That is, the cost of manufacturing and installing ducts increases as wall thickness increases.
[0004] Guias padrão de design industrial para calcular as dimensões necessárias para os dutos para operar em profundidades especificadas foram usados ao longo de décadas. No entanto, essas orientações avaliam para muito a espessura mínima da parede de uma tubulação, de modo a garantir, na medida do possível, que o colapso da pressão externa é evitado. Mas tal abordagem conservadora acrescenta significativamente ao custo de fabricação e instalação dos dutos.[0004] Standard industrial design guides for calculating the dimensions required for pipelines to operate at specified depths have been used for decades. However, these guidelines greatly assess the minimum wall thickness of a pipeline to ensure, as far as possible, that collapse from external pressure is avoided. But such a conservative approach adds significantly to the cost of manufacturing and installing the pipelines.
[0005] Por conseguinte, é necessário um método que possa determinar com mais precisão a espessura da parede de uma tubulação, minimizando a possibilidade de um colapso da pressão externa.[0005] Therefore, a method is needed that can more accurately determine the wall thickness of a pipeline, minimizing the possibility of external pressure collapse.
[0006] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, é fornecido um método para determinar a espessura da parede de uma junta de tubo para uso em uma tubulação submarina, o método compreendendo as etapas de: i) determinar um diâmetro interno da junta de tubo; ii) determinar uma pressão hidrostática mínima admissível na profundidade em que a junta do tubo deve ser usada; iii) determinar uma espessura de parede alvo para a junta de tubo, a espessura de parede alvo correspondente ao diâmetro interno e a pressão hidrostática mínima permitida; iv) fabricar uma pluralidade de juntas de tubo preliminares tendo o diâmetro interno e a espessura da parede alvo; v) realizar testes de colapso da pressão externa, resultando em dados representativos das pressões de colapso hidrostático nas quais a pluralidade de juntas preliminares do tubo colapsa; vi) determinar uma distribuição de probabilidade correspondente aos dados com base em um modelo estatístico de cauda derivado da Teoria do Valor Extremo; vii) determinar a partir da distribuição de probabilidade uma pressão de colapso hidrostático correspondente a uma probabilidade de 10-5 ou inferior; e viii) determinar uma espessura de parede da junta do tubo correspondente ao diâmetro interno e à pressão de colapso hidrostático. Este método é usado para projetar juntas de tubo com uma espessura de parede reduzida quando comparada com a espessura de parede fornecida por métodos convencionais de projeto de junta de tubo. Consequentemente, o método é um desvio notável dos métodos convencionais, que foram estabelecidos décadas atrás e continuam a ser usados hoje em dia, além de fornecer uma vantagem comercial considerável na disponibilidade de tubulações submarinas e na fabricação e instalação de juntas de tubulação para uso nas tubulações.[0006] According to a first aspect of the invention, there is provided a method for determining the wall thickness of a pipe joint for use in a subsea pipeline, the method comprising the steps of: i) determining an internal diameter of the pipe joint pipe; ii) determine a minimum permissible hydrostatic pressure at the depth at which the pipe joint must be used; iii) determine a target wall thickness for the pipe joint, the target wall thickness corresponding to the internal diameter and the minimum allowable hydrostatic pressure; iv) fabricating a plurality of preliminary pipe joints having the inner diameter and wall thickness of the target; v) perform external pressure collapse tests, resulting in data representative of the hydrostatic collapse pressures at which the plurality of preliminary pipe joints collapse; vi) determine a probability distribution corresponding to the data based on a tailed statistical model derived from the Extreme Value Theory; vii) determine from the probability distribution a hydrostatic collapse pressure corresponding to a probability of 10-5 or less; and viii) determine a pipe joint wall thickness corresponding to the internal diameter and hydrostatic collapse pressure. This method is used to design pipe joints with a reduced wall thickness when compared to the wall thickness provided by conventional pipe joint design methods. Consequently, the method is a notable departure from conventional methods, which were established decades ago and continue to be used today, and provides a considerable commercial advantage in the availability of subsea piping and in the manufacture and installation of piping joints for use in pipes.
[0007] De preferência, a etapa v) inclui ainda as etapas de: cortar um anel a partir de uma ou mais dentre a pluralidade de juntas de tubos preliminares; formar superfícies planas substancialmente paralelas nas extremidades do anel; fornecer meios para medir a tensão e a deformação do anel; montar o anel em uma câmara de pressão de modo que as extremidades do anel formem vedantes com paredes opostas da câmara para isolar o interior do anel do lado de fora; aumentar a pressão fora do anel e medir a tensão e a deformação no anel à medida que a pressão aumenta; e, determinar uma comparação da pressão aplicada ao exterior do anel e a tensão máxima medida para detectar o início da redução não linear acelerada no diâmetro do anel com o aumento da pressão. Isso fornece um método confiável e econômico de realizar testes de pressão externos quando comparado a testes de tubos em escala real.[0007] Preferably, step v) further includes the steps of: cutting a ring from one or more of the plurality of preliminary pipe joints; forming substantially parallel flat surfaces at the ends of the ring; provide means for measuring ring stress and strain; mounting the ring in a pressure chamber so that the ends of the ring form seals with opposing walls of the chamber to isolate the inside of the ring from the outside; increase the pressure outside the ring and measure the stress and strain in the ring as the pressure increases; and, determining a comparison of the pressure applied to the outside of the ring and the maximum stress measured to detect the onset of accelerated nonlinear reduction in ring diameter with increasing pressure. This provides a reliable and cost-effective method of performing external pressure testing when compared to full-scale pipe testing.
[0008] De preferência, a etapa de fornecer meios para medir a tensão e a deformação do anel compreende a aplicação de sensores no anel. É particularmente preferido que eles estejam implantando os sensores na superfície interna do anel.[0008] Preferably, the step of providing means for measuring the tension and deformation of the ring comprises applying sensors to the ring. It is particularly preferred that they are implanting the sensors on the inner surface of the ring.
[0009] De preferência, a etapa de montagem do anel na câmara de pressão inclui o fornecimento de vedações entre as extremidades do anel e as paredes da câmara e a etapa de aumentar a pressão fora do anel inclui bombear fluido pressurizado para a câmara em torno da parte externa do anel.[0009] Preferably, the step of assembling the ring in the pressure chamber includes providing seals between the ends of the ring and the walls of the chamber and the step of increasing pressure outside the ring includes pumping pressurized fluid into the chamber surrounding from the outside of the ring.
[0010] O comprimento do anel cortado da junta de tubo é preferencialmente selecionado de modo que a junta de tubo ainda permaneça dentro das tolerâncias para uso na tubulação. É tipicamente selecionado para ser cerca de duas vezes a espessura da parede da junta do tubo. Alternativamente, o comprimento é substancialmente de 50 mm.[0010] The length of the ring cut from the pipe joint is preferably selected so that the pipe joint still remains within tolerances for use in piping. It is typically selected to be about twice the thickness of the pipe joint wall. Alternatively, the length is substantially 50 mm.
[0011] De preferência, a etapa ii) inclui ainda a etapa de aplicação de um fator de segurança à profundidade na qual a junta de tubo deve ser usada para aumentar a pressão hidrostática mínima permitida e, assim, a espessura da parede alvo da junta de tubo. De preferência, o fator de segurança é um coeficiente. É particularmente preferível que o fator de segurança seja 1,1. Como alternativa, o fator de segurança é adicionado à profundidade em que a junta do tubo deve ser usada.[0011] Preferably, step ii) further includes the step of applying a safety factor to the depth at which the pipe joint is to be used to increase the minimum allowable hydrostatic pressure and thus the target wall thickness of the joint. of tube. Preferably, the safety factor is a coefficient. It is particularly preferable that the safety factor is 1.1. Alternatively, the safety factor is added to the depth at which the pipe joint must be used.
[0012] De preferência, a etapa vii) compreende determinar a partir da distribuição de probabilidade uma pressão de colapso hidrostático que ocorre com uma probabilidade de 10-6 ou 10-7. Esse nível de probabilidade é escolhido para corresponder ao nível de probabilidade nominal de 10-6 para um evento de classe de segurança muito alto.[0012] Preferably, step vii) comprises determining from the probability distribution a hydrostatic collapse pressure that occurs with a probability of 10-6 or 10-7. This probability level is chosen to correspond to the nominal probability level of 10-6 for a very high safety class event.
[0013] De preferência, o modelo estatístico de cauda é uma Distribuição Generalizada de Pareto (GPD). O GPD é um modelo de cauda estatística derivado da teoria de valores extremos. O GPD descreve a distribuição de excessos de um processo físico que estão além de um limite adequadamente escolhido. A Teoria do Valor Extremo Estatístico nos diz que o GPD inclui todas as classes de comportamento de cauda que são não-degeneradas.[0013] Preferably, the tail statistical model is a Generalized Pareto Distribution (GPD). The GPD is a statistical tail model derived from extreme value theory. The GPD describes the distribution of excesses of a physical process that are beyond an appropriately chosen limit. Statistical Extreme Value Theory tells us that the GPD includes all classes of tail behavior that are non-degenerate.
[0014] De preferência, os valores dos parâmetros de escala e forma do GPD são derivados usando métodos Bayesian MCMC, em vez da probabilidade máxima padrão que é propensa a comportamentos não regulares em aplicações em que as caudas ou extremos da distribuição subjacente são extremamente curtos. É particularmente preferível que o valor do parâmetro de forma do GPD seja <-0,5; isto é, -0,5 ou menos.[0014] Preferably, the values of the scale and shape parameters of the GPD are derived using Bayesian MCMC methods, rather than the standard maximum likelihood which is prone to non-regular behavior in applications where the tails or extremes of the underlying distribution are extremely short. . It is particularly preferable that the GPD shape parameter value is <-0.5; that is, -0.5 or less.
[0015] De preferência, o método compreende ainda a etapa de fabricar uma pluralidade de juntas de tubo tendo o diâmetro interno e a espessura da parede. É particularmente preferível que sejam realizados testes de colapso da pressão externa, resultando em dados representativos das pressões de colapso hidrostático às quais a pluralidade de juntas de tubo colapsa.[0015] Preferably, the method further comprises the step of manufacturing a plurality of pipe joints having the internal diameter and wall thickness. It is particularly preferable that external pressure collapse tests be performed, resulting in data representative of the hydrostatic collapse pressures at which the plurality of pipe joints collapse.
[0016] De preferência, os testes de colapso da pressão externa compreendem as seguintes etapas: cortar um anel de uma ou mais dentre a pluralidade de juntas de tubos; formar superfícies planas substancialmente paralelas nas extremidades do anel; Fornecer meios para medir a tensão e a deformação do anel; montar o anel em uma câmara de pressão de modo que as extremidades do anel formem vedantes com paredes opostas da câmara para isolar o interior do anel do lado de fora; aumentar a pressão fora do anel e medir a tensão e a deformação no anel à medida que a pressão aumenta; e, determinar uma comparação da pressão aplicada ao exterior do anel e a tensão máxima medida para detectar o início da redução não linear acelerada no diâmetro do anel com o aumento da pressão.[0016] Preferably, external pressure collapse tests comprise the following steps: cutting a ring from one or more of the plurality of pipe joints; forming substantially parallel flat surfaces at the ends of the ring; Provide means to measure ring stress and deformation; mounting the ring in a pressure chamber so that the ends of the ring form seals with opposing walls of the chamber to isolate the inside of the ring from the outside; increase the pressure outside the ring and measure the stress and strain in the ring as the pressure increases; and, determining a comparison of the pressure applied to the outside of the ring and the maximum stress measured to detect the onset of accelerated nonlinear reduction in ring diameter with increasing pressure.
[0017] De acordo com um segundo aspecto da invenção, é fornecida uma junta de tubo para uso na fabricação de uma tubulação submarina, tendo a junta de tubo uma espessura de parede mínima determinada usando o método do primeiro aspecto da invenção.[0017] According to a second aspect of the invention, there is provided a pipe joint for use in the manufacture of a subsea pipeline, the pipe joint having a minimum wall thickness determined using the method of the first aspect of the invention.
[0018] De acordo com um terceiro aspecto da invenção, é fornecida uma tubulação submarina compreendendo uma ou mais juntas de tubo com uma espessura mínima de parede determinada usando o método do primeiro aspecto da invenção.[0018] According to a third aspect of the invention, there is provided a subsea pipeline comprising one or more pipe joints with a minimum wall thickness determined using the method of the first aspect of the invention.
[0019] De acordo com um quarto aspecto da invenção, é fornecido um método para determinar uma pressão de colapso hidrostática de uma junta de tubo para uso em uma tubulação submarina, o método compreendendo as etapas de: i) determinar um diâmetro interno da junta de tubo; ii) determinar uma pressão hidrostática mínima admissível na profundidade em que a junta do tubo deve ser usada; iii) determinar uma espessura de parede alvo para a junta de tubo, a espessura de parede alvo correspondente ao diâmetro interno e a pressão hidrostática mínima permitida; iv) fabricar uma pluralidade de juntas de tubo preliminares tendo o diâmetro interno e a espessura da parede alvo; v) realizar testes de colapso da pressão externa, resultando em dados representativos das pressões de colapso hidrostático nas quais a pluralidade de juntas preliminares de tubo colapsa; vi) determinar uma distribuição de probabilidade correspondente aos dados com base em um modelo estatístico de cauda derivado da teoria dos valores extremos; e vii) determinar a partir da distribuição de probabilidade uma pressão de ocorre com uma probabilidade de 10-5 ou menor.[0019] According to a fourth aspect of the invention, there is provided a method for determining a hydrostatic collapse pressure of a pipe joint for use in a subsea pipeline, the method comprising the steps of: i) determining an internal diameter of the joint of tube; ii) determine a minimum permissible hydrostatic pressure at the depth at which the pipe joint must be used; iii) determine a target wall thickness for the pipe joint, the target wall thickness corresponding to the internal diameter and the minimum allowable hydrostatic pressure; iv) fabricating a plurality of preliminary pipe joints having the target inner diameter and wall thickness; v) perform external pressure collapse tests, resulting in data representative of the hydrostatic collapse pressures at which the plurality of preliminary pipe joints collapse; vi) determine a probability distribution corresponding to the data based on a tailed statistical model derived from extreme value theory; and vii) determine from the probability distribution that pressure occurs with a probability of 10-5 or less.
[0020] De preferência, o método compreende ainda a etapa de determinar a espessura da parede da junta de tubo correspondente ao diâmetro interno e à pressão de colapso hidrostático.[0020] Preferably, the method further comprises the step of determining the wall thickness of the pipe joint corresponding to the internal diameter and the hydrostatic collapse pressure.
[0021] Os aspectos acima e outros da invenção serão agora descritos, apenas a título de exemplo, com referência aos desenhos anexos, nos quais:[0021] The above and other aspects of the invention will now be described, by way of example only, with reference to the attached drawings, in which:
[0022] A FIG. 1 mostra uma junta de tubo do tipo para teste;[0022] FIG. 1 shows a test type pipe joint;
[0023] A FIG. 2 mostra uma seção transversal de um anel de teste cortado da junta de tubo da FIG. 1;[0023] FIG. 2 shows a cross section of a test ring cut from the pipe joint of FIG. 1;
[0024] A FIG. 3 mostra uma seção transversal de um aparelho de teste;[0024] FIG. 3 shows a cross section of a testing apparatus;
[0025] A FIG. 4 mostra uma seção na linha A-A da FIG. 3;[0025] FIG. 4 shows a section on line A-A of FIG. 3;
[0026] A FIG. 5 mostra uma seção transversal de uma segunda concretização do aparelho de teste;[0026] FIG. 5 shows a cross section of a second embodiment of the testing apparatus;
[0027] A FIG. 6 mostra uma seção transversal de uma terceira concretização do aparelho de teste;[0027] FIG. 6 shows a cross section of a third embodiment of the testing apparatus;
[0028] A FIG. 7 é um gráfico da função de densidade de probabilidade plotada contra a pressão hidrostática, mostrando a diferença entre um modelo Normal ajustado e um modelo GPD ajustado;[0028] FIG. 7 is a graph of the probability density function plotted against hydrostatic pressure, showing the difference between a fitted Normal model and a fitted GPD model;
[0029] A FIG. 8 é um gráfico que mostra as funções de distribuição para os dois modelos da FIG. 7 em um intervalo de probabilidade de 0 a 0,6; e,[0029] FIG. 8 is a graph showing the distribution functions for the two models of FIG. 7 in a probability range of 0 to 0.6; It is,
[0030] A FIG. 9 é um gráfico que mostra as funções de distribuição para os dois modelos da FIG. 7 em um intervalo de probabilidade de 10-1 a 10-9.[0030] FIG. 9 is a graph showing the distribution functions for the two models in FIG. 7 in a probability range of 10-1 to 10-9.
[0031] Nos desenhos, partes semelhantes são indicadas por números de referência iguais.[0031] In the drawings, similar parts are indicated by equal reference numbers.
[0032] Ao selecionar um sistema de tubulação submarina, todos os aspectos relacionados ao seu projeto devem ser considerados, incluindo, é claro, o diâmetro interno e a espessura da parede das juntas de tubo usadas na fabricação da tubulação. O diâmetro interno de uma junta de tubo é calculado para garantir que o fluxo de fluido através da tubulação seja suficiente para garantir o sucesso econômico da tubulação durante sua vida útil operacional. Uma vez calculado o diâmetro interno, uma espessura de parede alvo da junta do tubo é calculada de acordo com o diâmetro interno e a pressão hidrostática na profundidade em que a tubulação deve ser usada a fim de evitar, na medida do possível, colapso da pressão externa durante a instalação do duto. A espessura da parede alvo pode ser calculada usando a orientação padrão do projeto industrial. Um exemplo de tal orientação que é comumente utilizada para estes cálculos é DNV-OS-F101, em que a segurança da falha de colapso da pressão durante a instalação do duto é determinada pelo uso de um modelo teórico aproximado do processo de colapso da pressão, juntamente com vários fatores derivados teoricamente relacionados às propriedades do material do tubo e um fator geral de segurança derivado teoricamente. Na orientação de exemplo, a espessura da parede alvo para uma junta de tubo é obtida aplicando um fator de segurança de 1,32 à profundidade em que a tubulação deve ser usada. Isso aumenta a pressão hidrostática hipotética à qual a junta do tubo seria exposta, levando a um aumento na espessura da parede alvo. No entanto, na presente divulgação, um fator de segurança de 1,1 pode ser usado. O fator de segurança de 1,32 foi calibrado usando o método Projeto de Fator de Resistência e Carga (LRFD) em comparação com os resultados dos testes de pressão de colapso disponíveis no momento em que a orientação foi preparada. Devido às grandes implicações financeiras de se perder um longo duto durante a instalação em águas ultra-profundas, isto tem sido a prática durante projetos específicos para adicionalmente basear o projeto de dutos em testes de colapso de juntas de tubulação específicos. No entanto, o teste de pressão de juntas de tubo em grande escala é caro e requer uma câmara de pressão adequada. Apenas algumas câmaras capazes de aplicar pressões correspondentes a águas muito profundas estão disponíveis no mundo, e o transporte das juntas de tubo a partir de um moinho de tubo para uma instalação de teste adequada é frequentemente inconveniente e cara. Pelo menos por esses motivos, normalmente apenas alguns testes de pressão de tubo em escala real são realizados durante um projeto específico que envolve um duto de águas ultra profundas.[0032] When selecting a subsea piping system, all aspects related to its design must be considered, including, of course, the internal diameter and wall thickness of the pipe joints used in manufacturing the piping. The internal diameter of a pipe joint is calculated to ensure that fluid flow through the pipeline is sufficient to ensure the economic success of the pipeline during its operational lifetime. Once the internal diameter has been calculated, a target wall thickness of the pipe joint is calculated according to the internal diameter and the hydrostatic pressure at the depth at which the pipeline is to be used in order to avoid, as far as possible, pressure collapse external during duct installation. Target wall thickness can be calculated using standard industrial design guidance. An example of such guidance that is commonly used for these calculations is DNV-OS-F101, in which the safety of pressure collapse failure during pipeline installation is determined by using an approximate theoretical model of the pressure collapse process, together with several theoretically derived factors related to the pipe material properties and a theoretically derived overall safety factor. In the example guidance, the target wall thickness for a pipe joint is obtained by applying a safety factor of 1.32 to the depth at which the pipe is to be used. This increases the hypothetical hydrostatic pressure to which the pipe joint would be exposed, leading to an increase in target wall thickness. However, in the present disclosure, a safety factor of 1.1 may be used. The safety factor of 1.32 was calibrated using the Load and Strength Factor Design (LRFD) method against collapse pressure test results available at the time the guidance was prepared. Due to the large financial implications of losing a long pipeline during installation in ultra-deep water, it has been the practice during specific projects to additionally base pipeline design on collapse tests of specific pipeline joints. However, large-scale pressure testing of pipe joints is expensive and requires a suitable pressure chamber. Only a few chambers capable of applying pressures corresponding to very deep waters are available in the world, and transporting pipe joints from a pipe mill to a suitable testing facility is often inconvenient and expensive. For at least these reasons, typically only a few full-scale pipe pressure tests are performed during a specific project involving an ultra-deepwater pipeline.
[0033] Os testes em seções longas de juntas de tubo individuais mostraram que as deformações que levam ao colapso da pressão externa são praticamente uniformes ao longo do comprimento do tubo. A observação é suportada por testes práticos, estudos teóricos e modelos numéricos. A implicação é que a pressão hidrostática à qual o colapso de pressão externa ocorre será a mesma para um corte de anel a partir de uma junta de tubo como para uma junta de tubo completa, desde que o anel seja submetido à mesma carga que a junta do tubo. O requerente desenvolveu um teste alternativo de colapso de pressão externa para substituir o teste de duto em escala total, utilizando um método de teste baseado em corte de anéis a partir de um tubo comum e usinando o anel a um comprimento uniforme. Essa abordagem é mostrada em WO2008/114049, que descreve um método e um aparelho para testar juntas de tubo para uso na fabricação de tubulações submarinas que envolvem o teste de uma amostra de anel (daqui em diante "o anel de teste") cortada e usinada a partir da junta de tubo fabricada.[0033] Tests on long sections of individual tube joints have shown that the deformations leading to collapse from external pressure are practically uniform along the length of the tube. Observation is supported by practical tests, theoretical studies and numerical models. The implication is that the hydrostatic pressure at which external pressure collapse occurs will be the same for a ring cut from a pipe joint as for a complete pipe joint, provided the ring is subjected to the same load as the joint. of the tube. The applicant has developed an alternative external pressure collapse test to replace the full-scale pipeline test, utilizing a test method based on cutting rings from a common pipe and machining the ring to a uniform length. This approach is shown in WO2008/114049, which describes a method and apparatus for testing pipe joints for use in the manufacture of subsea pipelines that involves testing a ring sample (hereinafter "the test ring") cut and machined from the fabricated pipe joint.
[0034] O anel de teste é colocado em uma estrutura rígida que permite que as faces usinadas do anel de teste sejam vedadas, de modo que a pressão possa ser aplicada apenas à superfície circular externa do anel de teste. A superfície circular interna do anel de teste é mantida à pressão ambiente e, portanto, é adequada para fixação de dispositivos para medir as tensões e deformações causadas pela pressão na superfície circular externa do anel de teste.[0034] The test ring is placed in a rigid frame that allows the machined faces of the test ring to be sealed so that pressure can only be applied to the outer circular surface of the test ring. The inner circular surface of the test ring is maintained at ambient pressure and is therefore suitable for attaching devices to measure the stresses and strains caused by pressure on the outer circular surface of the test ring.
[0035] As vedações nas duas faces planas usinadas do anel de teste são tais que, durante o teste de colapso da pressão, a deformação das faces circulares do anel de teste é impedida. As vedações nas faces planas do anel são tais que, durante o teste, a pressão é restrita a estar apenas na superfície circular externa do anel de teste e apenas em uma pequena área das faces usinadas planas. As vedações são tais que o anel de teste não está sujeito a forças substanciais paralelas às faces planas usinadas, de modo que as deformações das faces circulares do anel de teste são impedidas.[0035] The seals on the two machined flat faces of the test ring are such that, during the pressure collapse test, deformation of the circular faces of the test ring is prevented. The seals on the flat faces of the ring are such that during testing the pressure is restricted to being only on the outer circular surface of the test ring and only on a small area of the flat machined faces. The seals are such that the test ring is not subjected to substantial forces parallel to the machined flat faces, so that deformations of the circular faces of the test ring are prevented.
[0036] A pressão é aplicada a partir de uma bomba externa, de modo que a pressão seja aumentada ou diminuída pela adição ou subtração de um volume especificado de fluido para ou a partir do espaço ao redor da superfície circular externa do anel de teste. Esse arranjo permite que as deformações radiais do anel de teste causadas pela pressão na superfície cilíndrica externa aumentem ou diminuam de maneira controlada.[0036] Pressure is applied from an external pump such that the pressure is increased or decreased by adding or subtracting a specified volume of fluid to or from the space around the outer circular surface of the test ring. This arrangement allows the radial deformations of the test ring caused by pressure on the outer cylindrical surface to increase or decrease in a controlled manner.
[0037] A ação das vedações nas superfícies planas usinadas do anel de teste pode ser alcançada envolvendo o anel de teste em um bloco rígido que é moldado para garantir que não haja deformação nas vedações. Uma disposição alternativa é ter o espaço no qual as vedações operam ajustáveis e controladas pela ação de um pistão que está sujeito à mesma (ou diferente) pressão aplicada à superfície cilíndrica externa do anel de teste.[0037] The action of the seals on the flat machined surfaces of the test ring can be achieved by enclosing the test ring in a rigid block that is shaped to ensure that there is no deformation of the seals. An alternative arrangement is to have the space in which the seals operate adjustable and controlled by the action of a piston that is subject to the same (or different) pressure applied to the outer cylindrical surface of the test ring.
[0038] Um teste típico envolverá as seguintes etapas: i) cortar o anel de teste do tubo e usinar as extremidades planas e paralelas às tolerâncias prescritas; ii) encaixar anexos para medir as tensões e deformações do teste de anel; iii) encaixar o anel de teste em uma estrutura com as vedações no lugar; vi) aplicar uma pressão e assegurar que as vedações estão ativas e eficazes; v) aumentar a pressão, registrando as medições de tensão e deformação; e vi) continuar a aumentar a pressão até que um valor máximo seja atingido; isto é, até que a ocorrência de colapso da pressão externa.[0038] A typical test will involve the following steps: i) cutting the test ring from the tube and machining the ends flat and parallel to the prescribed tolerances; ii) fit attachments to measure ring test stresses and strains; iii) fit the test ring into a structure with the seals in place; vi) apply pressure and ensure that the seals are active and effective; v) increase the pressure, recording tension and strain measurements; and vi) continue to increase the pressure until a maximum value is reached; that is, until external pressure collapse occurs.
[0039] Também pode ser útil traçar uma curva de pressão aplicada contra a tensão máxima medida para detectar o início de uma redução não-linear acelerada no diâmetro do anel com o aumento da pressão, independente de qualquer vazamento de fluido hidráulico pelas vedações.[0039] It may also be useful to plot a curve of applied pressure against the maximum measured stress to detect the onset of an accelerated non-linear reduction in ring diameter with increasing pressure, independent of any leakage of hydraulic fluid through the seals.
[0040] A FIG. 1 mostra uma junta de tubo 10 usada em tubulações submarinas. Um exemplo típico terá cerca de 12,2 m de comprimento, um diâmetro externo de 508 mm e uma espessura de parede de 35 mm. O anel de teste 12 (também mostrado na FIG. 2) é cortado de uma extremidade do tubo e tem um comprimento de 70 mm, aproximadamente o dobro da espessura da parede. Mesmo após este comprimento do anel de teste 12 ter sido cortado, a junta de tubo 10 pode ainda ser utilizada na construção de um duto. As superfícies de extremidade 14 do anel de teste 12 são usinadas de modo a serem substancialmente paralelas e planas. Por substancialmente paralelas e planas, significa que há uma tolerância de ±0,01 mm no comprimento total do anel de teste 12. De preferência, o fator de rugosidade não deve exceder a ISO Grau N6.[0040] FIG. 1 shows a pipe joint 10 used in subsea pipelines. A typical example will be around 12.2m long, have an outer diameter of 508mm and a wall thickness of 35mm. Test ring 12 (also shown in FIG. 2) is cut from one end of the tube and has a length of 70 mm, approximately twice the wall thickness. Even after this length of the test ring 12 has been cut, the pipe joint 10 can still be used in the construction of a duct. The end surfaces 14 of the test ring 12 are machined to be substantially parallel and flat. By substantially parallel and flat, it means that there is a tolerance of ±0.01 mm on the total length of test ring 12. Preferably, the roughness factor should not exceed ISO Grade N6.
[0041] As FIG. 3 e FIG. 4 mostram uma concretização de um aparelho de teste para uso no método de teste, configurado com um anel de teste 12 no lugar para teste. O anel de teste 12 é montado entre a seção superior 16 e a seção inferior 18 que juntas definem uma câmara de teste de pressão. As duas seções da câmara de teste de pressão 16, 18 são providas de torneiras de localização 19, que se localizam nos orifícios de localização correspondentes com vedantes associados 21 para permitir a localização das duas metades. Vedações contendo pressão de anel em O ou energizadas por pressão 20 são fornecidas nas seções superior e inferior. Estas são engatadas pelo anel de teste 12 para formar um espaço anular acessível por um suprimento de fluido de teste hidráulico pressurizado através de uma porta de entrada apropriada 24. O vazio central 26 dentro do anel de teste 12 é ventilado para a atmosfera através de um orifício de sangria 28 que possui diâmetro suficientemente grande para também fornecer acesso para qualquer cabeamento de instrumentação aos medidores de tensão (não mostrados) na superfície cilíndrica interna do anel de teste 12.[0041] FIGS. 3 and FIG. 4 show an embodiment of a testing apparatus for use in the testing method, configured with a testing ring 12 in place for testing. The test ring 12 is mounted between the upper section 16 and the lower section 18 which together define a pressure test chamber. The two sections of the pressure test chamber 16, 18 are provided with locating taps 19, which locate in corresponding locating holes with associated seals 21 to allow locating of the two halves. O-ring pressure containing or pressure energized seals 20 are provided in the upper and lower sections. These are engaged by the test ring 12 to form an annular space accessible by a supply of pressurized hydraulic test fluid through a suitable inlet port 24. The central void 26 within the test ring 12 is vented to the atmosphere through a bleed hole 28 which is sufficiently large in diameter to also provide access for any instrumentation cabling to the strain gauges (not shown) on the inner cylindrical surface of the test ring 12.
[0042] As duas metades 16, 18 são mantidas juntas por parafusos de vedação mecânica 30. Os parafusos 30 se estendem através de furos 32 na seção superior 16 e passam através do espaço vazio 26 para engatar em furos roscados 34 na seção inferior 18. Dois parafusos 30 são mostrados, mas qualquer número adequado pode ser usado para garantir a fixação adequada.[0042] The two halves 16, 18 are held together by mechanical seal screws 30. The screws 30 extend through holes 32 in the upper section 16 and pass through the void space 26 to engage threaded holes 34 in the lower section 18. Two #30 screws are shown, but any suitable number may be used to ensure proper attachment.
[0043] A força com a qual as duas seções 16, 18 são mantidas juntas é suficiente para fazer o anel 22 pressionar firmemente interna e externamente contra as vedações contendo pressão 20, 21. A tolerância com a qual o anel de teste 12 é cortado do tubo é tal que não ocorre vazamento do espaço anular 22 para o espaço vazio 26, evitando ao mesmo tempo atrito de restrição indevido no movimento radial para dentro do diâmetro externo do anel de teste 12 sob carga hidráulica.[0043] The force with which the two sections 16, 18 are held together is sufficient to make the ring 22 press firmly internally and externally against the pressure containing seals 20, 21. The tolerance to which the test ring 12 is cut of the tube is such that no leakage occurs from the annular space 22 into the void space 26, while avoiding undue restraint friction in the inward radial movement of the outer diameter of the test ring 12 under hydraulic load.
[0044] A FIG. 5 mostra uma segunda concretização do aparelho de teste no qual os parafusos de aperto mostrados na FIG. 3 e na FIG. 4 são substituídos por um arranjo de pistão hidráulico. Um cilindro 36 é formado na seção inferior 18 na qual um pistão 38 está localizado de maneira deslizante. A extremidade externa do cilindro é fechada por uma placa 40. Um furo 42 equipado com vedantes deslizantes se estende da extremidade interna do cilindro 36 até o espaço vazio 26. Uma haste conectora 44 se estende do pistão 38, através do furo 42 para um furo de localização 46 na seção superior 16, onde é fixado a um grampo de anel de pistão 48. Uma porta de entrada 50 é fornecida na extremidade inferior do cilindro 36 para permitir a admissão de fluido pressurizado que aciona o pistão 38 ao longo do cilindro 36 para prender a seção superior 16 à seção inferior 18.[0044] FIG. 5 shows a second embodiment of the testing apparatus in which the clamping screws shown in FIG. 3 and in FIG. 4 are replaced by a hydraulic piston arrangement. A cylinder 36 is formed in the lower section 18 in which a piston 38 is slidably located. The outer end of the cylinder is closed by a plate 40. A bore 42 equipped with sliding seals extends from the inner end of the cylinder 36 to the blank 26. A connecting rod 44 extends from the piston 38, through the bore 42 to a of location 46 in the upper section 16, where it is attached to a piston ring clamp 48. An inlet port 50 is provided at the lower end of the cylinder 36 to allow the admission of pressurized fluid that drives the piston 38 along the cylinder 36 to attach the upper section 16 to the lower section 18.
[0045] A FIG. 6 mostra uma concretização adicional do aparelho de teste para uso no método de teste configurado com um anel de teste 12 no lugar para teste. O anel de teste é montado entre uma parte superior cilíndrica 16 e uma seção cilíndrica inferior 18 com uma seção de anel espaçador 52 situada entre elas, que em conjunto definem uma câmara de teste de pressão. O aparelho é fornecido com uma porta de entrada 24 para fornecer fluido pressurizado à câmara de pressão.[0045] FIG. 6 shows a further embodiment of the testing apparatus for use in the testing method configured with a testing ring 12 in place for testing. The test ring is mounted between an upper cylindrical section 16 and a lower cylindrical section 18 with a spacer ring section 52 situated between them, which together define a pressure test chamber. The apparatus is provided with an inlet port 24 for supplying pressurized fluid to the pressure chamber.
[0046] As seções superior e inferior têm a forma de um anel, com uma abertura central 26. A abertura central fornece acesso ao centro do equipamento de teste e à superfície interna do anel de teste, para fixação dos sensores e outros equipamentos para realização de um teste de colapso da pressão. As superfícies opostas das seções de topo e inferior são escalonadas formando um ressalto 54 que se estende circunferencialmente em torno da aresta inferior e superior das seções de topo 16 e de fundo 18, respectivamente. Isso fornece uma seção anular saliente 56 protuberante entre o ressalto e a abertura de cada seção. O ressalto 54 de cada seção fornece uma superfície de suporte entre a qual se localiza o anel espaçador 52. A seção anular escalonada 56 de cada uma das seções superior e inferior fornece uma superfície de suporte na qual se monta o anel de teste 12. O diâmetro externo da seção escalonada anular corresponde substancialmente ao diâmetro interno do anel espaçador 52. O anel espaçador 52 auxilia no ajuste da distância entre as duas faces das seções superior e inferior. O diâmetro interno do anel espaçador 52 é menor que o diâmetro externo das seções superior 16 e inferior 18 e maior que o diâmetro de sua respectiva abertura. O diâmetro externo do anel espaçador 52 é maior que o diâmetro externo das seções superior 16 e inferior 18.[0046] The upper and lower sections are in the form of a ring, with a central opening 26. The central opening provides access to the center of the test equipment and the inner surface of the test ring, for attaching sensors and other equipment to perform of a pressure collapse test. The opposing surfaces of the top and bottom sections are stepped forming a boss 54 that extends circumferentially around the bottom and top edge of the top 16 and bottom 18 sections, respectively. This provides a protruding annular section 56 protruding between the shoulder and the opening of each section. The shoulder 54 of each section provides a support surface between which the spacer ring 52 is located. The stepped annular section 56 of each of the upper and lower sections provides a support surface on which the test ring 12 is mounted. The outer diameter of the annular stepped section substantially corresponds to the inner diameter of the spacer ring 52. The spacer ring 52 assists in adjusting the distance between the two faces of the upper and lower sections. The inner diameter of the spacer ring 52 is smaller than the outer diameter of the upper 16 and lower 18 sections and larger than the diameter of their respective opening. The outer diameter of the spacer ring 52 is greater than the outer diameter of the upper 16 and lower 18 sections.
[0047] Ranhuras circunferenciais para segurar os meios de vedação 20 são fornecidas nas faces opostas das seções superior 16 e inferior 18. São fornecidos meios de vedação adicionais 58 entre o anel espaçador 52 e as superfícies laterais das seções anulares escalonadas 56 das seções superior 16 e inferior 18, em ranhuras circunferenciais na superfície lateral da seção escalonada anular.[0047] Circumferential grooves for holding sealing means 20 are provided on opposite faces of the upper 16 and lower sections 18. Additional sealing means 58 are provided between the spacer ring 52 and the side surfaces of the stepped annular sections 56 of the upper sections 16 and lower 18, in circumferential grooves on the side surface of the annular stepped section.
[0048] As seções da seção superior e inferior são mantidas juntas por meios de vedação mecânica, por exemplo, parafusos (não mostrados), que se estendem através dos orifícios 32 ao redor da borda externa da seção superior 16 e do anel espaçador 20 para engatar com os orifícios 32 na seção inferior 18. Meios de fixação adicionais podem se estender através dos orifícios na seção anular escalonada 56 da seção superior e engatar com orifícios na seção anular escalonada 56 da seção inferior 18. Qualquer número de meios de fixação pode ser usado para garantir a fixação adequada das seções juntas.[0048] The upper and lower section sections are held together by mechanical sealing means, e.g. screws (not shown), which extend through holes 32 around the outer edge of the upper section 16 and spacer ring 20 to engage with holes 32 in the lower section 18. Additional fastening means may extend through holes in the stepped annular section 56 of the upper section and engage with holes in the stepped annular section 56 of the lower section 18. Any number of fastening means may be used to ensure proper fastening of sections together.
[0049] Este método de teste, em conjunto com os aparelhos de teste associados, demonstra uma série de vantagens sobre a abordagem anterior de teste de tubos em escala total. Em primeiro lugar, ele permite que o teste de uma amostra representativa de anéis de teste retiradas de todas as juntas de tubos necessários para um duto dê provas quantificadas físicas diretas da capacidade de cada uma destas juntas de tubo para resistir ao colapso externo de pressão hidrostática. A tolerância ao colapso de cada anel de teste pode ser seguramente considerada representativa da tolerância ao colapso da junta do tubo da qual é cortado. Em segundo lugar, o uso do método de teste é significativamente menos caro do que a realização de testes de tubos de escala cheia e, portanto, resulta num maior conjunto de dados, que permite uma redução no fator de segurança atualmente utilizado na orientação exemplar para aumentar a espessura da parede de toda a tubulação com base no aumento da exposição da tubulação com comprimento crescente, à crescente probabilidade estatística de uma única junta suficientemente fora da especificação para precipitar o colapso. A junta de tubo a partir da qual cada anel de teste é cortado ainda pode ser utilizada como junta de tubo de produção e, portanto, não é desperdiçada.[0049] This testing method, in conjunction with associated testing apparatus, demonstrates a number of advantages over the previous approach of full-scale pipe testing. Firstly, it allows the testing of a representative sample of test rings taken from all pipe joints required for a pipeline to give direct physical quantified evidence of the ability of each of these pipe joints to resist external collapse from hydrostatic pressure. . The collapse tolerance of each test ring can safely be considered representative of the collapse tolerance of the pipe joint from which it is cut. Secondly, use of the test method is significantly less expensive than carrying out full-scale pipe testing and therefore results in a larger data set, which allows for a reduction in the safety factor currently used in exemplary guidance for increasing the wall thickness of the entire pipeline based on the increasing exposure of the pipeline of increasing length to the increasing statistical probability of a single joint sufficiently out of specification to precipitate collapse. The pipe joint from which each test ring is cut can still be used as a production pipe joint and is therefore not wasted.
[0050] Uma vez que a espessura da parede alvo tiver sido calculada, uma pluralidade de juntas de tubos preliminares é fabricada, cada junta de tubo compreende o diâmetro interno e a espessura da parede alvo. Os testes de colapso de pressão externa são então realizados nas juntas de tubo preliminares para determinar sua tolerância às pressões hidrostáticas externas, resultando em um conjunto de dados representativo das pressões de colapso hidrostático nas quais os tubos preliminares colapsam. Os testes de colapso da pressão externa podem ser realizados em qualquer uma das juntas de tubos de grande escala ou, de preferência, usando o método de teste anterior desenvolvido pelo requerente.[0050] Once the target wall thickness has been calculated, a plurality of preliminary pipe joints are manufactured, each pipe joint comprising the inner diameter and thickness of the target wall. External pressure collapse tests are then performed on the preliminary pipe joints to determine their tolerance to external hydrostatic pressures, resulting in a data set representative of the hydrostatic collapse pressures at which the preliminary pipes collapse. External pressure collapse tests may be performed on any of the large-scale pipe joints or, preferably, using the previous test method developed by the applicant.
[0051] O conjunto de dados é então inspecionado para determinar qual seria a pressão de colapso hidrostático com uma probabilidade de 10-7, por exemplo. Isso é feito plotando uma distribuição de probabilidade com base no conjunto de dados. A prática atual é ajustar um modelo de distribuição Normal para o conjunto de dados a fim de se obter a distribuição de probabilidade. No entanto, a presente invenção determina a distribuição de probabilidade por ajuste de um modelo estatístico de cauda derivado da teoria do valor extremo, tal como um modelo de Distribuição de Pareto Generalizada (GPD). A FIG. 7 mostra um gráfico 61 da função de densidade de probabilidade f(x) representada graficamente contra a pressão hidrostática (x), e mostra a diferença entre a função de densidade de um modelo Normal ajustado 62 e um modelo de GPD ajustado 64. Ambos os modelos 62, 64 são ajustados com um conjunto de dados que permanece em uma gama de 34,7MPa e 44,4MPa, e o gráfico 61 é representado graficamente ao longo de um intervalo de 25MPa a 40MPa, que se estende pela faixa do conjunto de dados e a cauda inferior extrema da distribuição na qual não há observações. O modelo Normal ajustado 62 mostra a distribuição em forma de sino, com uma média de 39,2MPa e desvio padrão de 2,1MPa correspondente à média e desvio padrão da amostra, respectivamente. O modelo GPD ajustado 64 é um modelo estatístico de cauda, neste caso, ajustado apenas aos dados abaixo de um limite de 40,3MPa. Os parâmetros da distribuição do modelo GPD ajustado 64 são a escala de 3,91MPa e forma -0,669. Estes parâmetros são médias posteriores derivadas usando métodos Bayesian MCMC. Será evidente no gráfico 61 que a distribuição derivada do modelo GPD ajustado 64 tem uma cauda convexa, que para abruptamente em um ponto final inferior finito. Isso contrasta com a distribuição derivada do modelo de distribuição Normal ajustado, que possui uma cauda contínua infinitamente longa ao longo da qual o nível de pressão de colapso previsto diminui exponencialmente à medida que a probabilidade de colapso diminui.[0051] The data set is then inspected to determine what the hydrostatic collapse pressure would be with a probability of 10-7, for example. This is done by plotting a probability distribution based on the data set. Current practice is to fit a Normal distribution model to the data set in order to obtain the probability distribution. However, the present invention determines the probability distribution by fitting a tailed statistical model derived from extreme value theory, such as a Generalized Pareto Distribution (GPD) model. FIG. 7 shows a graph 61 of the probability density function f(x) plotted against hydrostatic pressure (x), and shows the difference between the density function of a fitted Normal model 62 and a fitted GPD model 64. Both models 62, 64 are fitted with a data set that remains in a range of 34.7MPa and 44.4MPa, and graph 61 is plotted over a range of 25MPa to 40MPa, which spans the range of the data set. data and the extreme lower tail of the distribution in which there are no observations. The adjusted Normal model 62 shows a bell-shaped distribution, with a mean of 39.2MPa and standard deviation of 2.1MPa corresponding to the sample mean and standard deviation, respectively. The adjusted GPD model 64 is a tailed statistical model, in this case only fitted to data below a threshold of 40.3MPa. The distribution parameters of the adjusted GPD model 64 are the scale of 3.91MPa and form -0.669. These parameters are posterior averages derived using Bayesian MCMC methods. It will be evident from graph 61 that the distribution derived from the fitted GPD model 64 has a convex tail, which stops abruptly at a finite lower endpoint. This contrasts with the distribution derived from the fitted Normal distribution model, which has an infinitely long continuous tail along which the predicted collapse pressure level decreases exponentially as the probability of collapse decreases.
[0052] A FIG. 8 e a FIG. 9 mostram gráficos 66, 68 respectivamente, plotando as funções de distribuição para os dois modelos 62, 64 em um intervalo de probabilidade, movendo- se do intervalo em que existem dados para a cauda muito inferior, para a qual não há observações extremas. Pode ser visto a partir da FIG. 8 que a distribuição funciona para os dois modelos 62, 64 em um intervalo de probabilidade de 0 a 0,6, concordando intimamente no intervalo para o qual existem dados.[0052] FIG. 8 and FIG. 9 show graphs 66, 68 respectively, plotting the distribution functions for the two models 62, 64 over a probability range, moving from the range where data exists to the very lower tail for which there are no extreme observations. It can be seen from FIG. 8 that the distribution works for the two models 62, 64 in a probability range of 0 to 0.6, closely agreeing on the range for which data exist.
[0053] O gráfico 68 da FIG. 9 mostra as funções de distribuição para os dois modelos 62, 64 em um intervalo de probabilidade 10-1 a 10-9. Esse gráfico enfatiza a diferença entre os dois modelos 62, 64, à medida que eles são extrapolados além do conjunto de dados para estimar as probabilidades de colapso da pressão externa para pressões além do intervalo do conjunto de dados. Será aparente a partir do gráfico 68 que a função de distribuição derivada do modelo normal ajustado 62, que tem uma cauda inferior decaindo lentamente até zero, atribui probabilidades muito maiores de colapso quando em comparação com a curva de distribuição obtida do modelo GPD ajustado 64, que tem uma forma convexa e um ponto final inferior finito que é relativamente próximo ao menor ponto de dados observado no conjunto de dados.[0053] Graph 68 of FIG. 9 shows the distribution functions for the two models 62, 64 in a probability range 10-1 to 10-9. This plot emphasizes the difference between the two models 62, 64 as they are extrapolated beyond the data set to estimate external pressure collapse probabilities for pressures beyond the range of the data set. It will be apparent from graph 68 that the distribution function derived from the fitted normal model 62, which has a lower tail slowly decaying to zero, assigns much higher probabilities of collapse when compared to the distribution curve obtained from the fitted GPD model 64. which has a convex shape and a finite lower endpoint that is relatively close to the smallest observed data point in the data set.
[0054] A utilização do modelo de GPD ajustado fornece um novo método de prever de forma confiável a pressão externa de colapso de juntas de tubo que permite uma redução altamente significativa na parede da espessura da junta de tubo, fornecendo melhor disponibilidade comercial das tubulações e economias de custo significativas. Por exemplo, supondo que o conjunto de dados se refira a uma junta de tubo a ser instalada a uma profundidade de 2.500m, a pressão de colapso mínima permitida para a junta de tubo estaria na região de 25,1MPa com base em uma densidade de água de 1,025kg/m3 e uma aceleração gravitacional de 9,81 m/s2. Voltando à FIG. 9, o conjunto de dados mostra que a pressão de colapso do tubo a uma probabilidade de 10-7 com base na função de distribuição derivada do modelo normal montado 62 estaria na região de 29MPa. A comparação dessa pressão com a pressão de colapso mínima permitida de 25,1MPa mostra que a espessura da parede alvo e o diâmetro interno da junta pontual são seguros e talvez a espessura da parede possa ser reduzida levemente em, por exemplo, 1 mm. Neste exemplo, suponha que o duto tenha um comprimento de 500 km. A construção desse duto exigiria na região de 40.000 juntas de tubo. Se o custo do aço para tubos for de cerca de 19.000 libras por m3, reduzir a espessura da parede em 1 mm resultará em uma economia de cerca de 23 milhões de libras.[0054] The use of the adjusted GPD model provides a new method of reliably predicting the external collapsing pressure of pipe joints that allows for a highly significant reduction in pipe joint wall thickness, providing improved commercial availability of pipelines and significant cost savings. For example, assuming the data set refers to a pipe joint to be installed at a depth of 2,500m, the minimum allowable collapse pressure for the pipe joint would be in the region of 25.1MPa based on a density of water of 1.025kg/m3 and a gravitational acceleration of 9.81 m/s2. Returning to FIG. 9, the data set shows that the pipe collapse pressure at a probability of 10-7 based on the distribution function derived from the assembled normal model 62 would be in the region of 29MPa. Comparison of this pressure with the minimum allowable collapse pressure of 25.1MPa shows that the target wall thickness and the internal diameter of the point joint are safe and perhaps the wall thickness could be reduced slightly by, for example, 1 mm. In this example, assume the pipeline is 500 km long. Construction of this pipeline would require in the region of 40,000 pipe joints. If the cost of pipe steel is around £19,000 per m3, reducing the wall thickness by 1mm will result in a saving of around £23 million.
[0055] O mesmo conjunto de dados mostra que a pressão de colapso do tubo a uma probabilidade de 10-7 base na distribuição da função derivada a partir do modelo GPD ajustado 64 está na região de 34,5MPa. A comparação dessa pressão com a pressão de colapso mínima permitida de 25,1MPa mostra que a espessura alvo da parede é muito conservadora, o que abre a oportunidade de reduzir significativamente a espessura da parede, levando a uma economia de custos consideravelmente grande. Seguindo o exemplo acima, a diferença entre a pressão de colapso do tubo derivada usando o modelo GPD ajustado 64 a uma probabilidade de 10-7 e a pressão de colapso mínima permitida de 25,1MPa mostra que a espessura da parede pode ser significativamente reduzida em até 9mm ou mais. Essa redução na espessura da parede pode levar a economias na ordem de £204 milhões, que é uma ordem de magnitude maior quando comparada às economias potenciais derivadas do uso de uma função de distribuição de probabilidade derivada do modelo de distribuição Normal ajustado 62.[0055] The same data set shows that the pipe collapse pressure at a probability of 10-7 based on the distribution of the function derived from the fitted GPD model 64 is in the region of 34.5MPa. Comparing this pressure to the minimum allowable collapse pressure of 25.1MPa shows that the target wall thickness is very conservative, which opens up the opportunity to significantly reduce the wall thickness, leading to considerably large cost savings. Following the example above, the difference between the pipe collapse pressure derived using the fitted GPD model 64 at a probability of 10-7 and the minimum allowable collapse pressure of 25.1MPa shows that the wall thickness can be significantly reduced by up to 9mm or more. This reduction in wall thickness could lead to savings in the order of £204 million, which is an order of magnitude greater when compared to the potential savings derived from using a probability distribution function derived from the fitted Normal distribution model 62.
[0056] Os métodos de acordo com a invenção são afastamentos notáveis do método convencional de projeto de juntas de tubo que foi estabelecido décadas atrás e continua a ser usado hoje, e fornece uma vantagem comercial considerável na disponibilidade dos dutos submarinos, e na fabricação e instalação de juntas de tubo para utilização nos dutos. Os versados na técnica compreenderão que os métodos atualmente divulgados ensinam a título de exemplo e não por limitação. Portanto, o assunto contido na descrição acima ou mostrado nos desenhos anexos deve ser interpretado como ilustrativo e não em um sentido limitativo. As reivindicações a seguir destinam- se a cobrir todas as características genéricas e específicas descritas neste documento, bem como todas as declarações do escopo do presente método e aparelhos, que, como uma questão de linguagem, pode-se dizer que estão entre elas.[0056] The methods according to the invention are notable departures from the conventional method of pipe joint design that was established decades ago and continues to be used today, and provide a considerable commercial advantage in the availability of subsea pipelines, and in the manufacture and installation of pipe joints for use in ducts. Those skilled in the art will understand that the methods currently disclosed teach by way of example and not by way of limitation. Therefore, the subject matter contained in the above description or shown in the accompanying drawings should be construed as illustrative and not in a limiting sense. The following claims are intended to cover all generic and specific features described herein, as well as all statements of the scope of the present method and apparatus, which, as a matter of language, may be said to be among them.
Claims (23)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB1709816.1 | 2017-06-20 | ||
| GB1709816.1A GB2565528B (en) | 2017-06-20 | 2017-06-20 | Method of designing a pipe joint for use in a subsea pipeline |
| PCT/GB2018/051695 WO2018234779A1 (en) | 2017-06-20 | 2018-06-19 | Method of designing a pipe joint for use in a subsea pipeline |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BR112019027635A2 BR112019027635A2 (en) | 2020-07-07 |
| BR112019027635B1 true BR112019027635B1 (en) | 2024-05-21 |
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