¿SE HA MOVIDO EL DUCTO?

Sintetizando:

Para la detección de deformación por flexión y movimiento de ducto inducidos por riesgos geológicos, IMU (unidad de medición inercial) ha demostrado ser un componente indispensable para la integridad de los ductos. Esto es especialmente el caso para operadores cuyos ductos se ubican en áreas que son susceptibles a cargas externas debido a deslizamientos, terremotos, erosiones por inundación, movimientos del lecho marino y otros riesgos geológicos. El servicio RoGeo PD (PipeDrift) de ROSEN es una plataforma IMU dedicada que permite que los operadores puedan correr una herramienta sencilla y eficiente para resolver amenazar de riesgos geológicos en casos en los que se requieren únicamente evaluaciones de deformación por flexión y movimiento de ducto. La simplicidad de la plataforma les permite a los operadores movilizar y emplear IMU de forma exitosa y con mucho menos esfuerzo y tiempo de lo requerido en combinación con tecnologías ILI (inspección interna). La robustez del armazón permite hacer inspecciones a velocidades mucho mayores en comparación con sus contrapartes de combinaciones de herramientas, lo cual resulta en un menor impacto en el flujo/operaciones. Finalmente, su implementación ofrece una respuesta rápida y económica para resolver la pregunta: ¿se ha movido el ducto?

PROCESO DE EVALUACIÓN DE RIESGOS GEOLÓGICOS

Los datos relevantes recolectados por una unidad de medición inercial consisten en dos componentes: registro del tiempo y datos inerciales. Las respuestas inerciales son recolectadas por tres acelerómetros (lineales) y tres giroscopios (rotativos) que proporcionan seis grados de libertad definidos por un sistema de referencia de coordenadas cartesianas. Al medir la inercia y el tiempo con alta frecuencia y alinear el conjunto de datos con un sistema maestro de distancia es posible calcular las deformaciones por flexión y detectar el movimiento del ducto. La plataforma del servicio RoGeo PD no incluye un odómetro de rueda; por lo tanto, no existe un registro de distancia nativo dentro del conjunto de datos sin procesar. Para superar este reto, los datos IMU se alinean lineal y geo-espacialmente junto con un sistema maestro de distancia que pertenece a un conjunto de datos con un registro de distancia integrado. Este proceso es similar a los métodos de alineación típicos que se utilizan al comparar anomalías entre dos ductos. La diferencia principal es que las señales IMU sin procesar se usan para alinear los datos.

Para obtener un conjunto de datos PD e IMU alineado, los datos sin procesar primero se procesan sin ninguna corrección lineal o geo-espacial. Un ingeniero de integridad alinea los datos de forma lineal y genera una serie de puntos de desviación (offset points) que los correlaciona a un registro maestro de distancia perteneciente a una inspección de línea base. Posteriormente, un analista de datos vincula el conjunto de datos a la inspección de la línea base en un intervalo específico para garantizar la precisión geo-espacial sin silenciar las respuestas de las señales del movimiento del ducto. Posteriormente, se calculan las deformaciones por flexión y se hacen todos los ajustes finales a los datos. Una vez que se han completado estos pasos, ya es posible efectuar evaluaciones completas de deformación por flexión y movimiento de ducto.

DEFORMACIÓN POR FLEXIÓN

Influencias externas tales como eventos climatológicos extremos, hidrología del subsuelo, asentamientos y actividades de construcción pueden ocasionar que el ducto se desplace de la posición original en la que se construyó y puede provocar una deformación por flexión en el cuerpo de una tubería. En magnitudes elevadas, las deformaciones por flexión pueden ocasionar deformaciones plásticas en un ducto y comprometer la integridad de las soldaduras longitudinales y circunferenciales. Calcular y entender las deformaciones por flexión presentes en un ducto es de suma importancia para determinar la integridad general del sistema.

Al usar una metodología predefinida, un conjunto de suposiciones relacionadas y los datos recolectados a partir de una unidad de medición, es posible calcular las curvaturas verticales y horizontales en un punto instantáneo en el ducto si se utilizan las Ecuaciones 1 y 2.

Entonces, los componentes de la máxima deformación por flexión se pueden calcular si se utilizan las ecuaciones 3 y 4.

Una vez que se han calculado las deformaciones por flexión, es posible hacer una revisión para encontrar anomalías (con base en los criterios del conjunto), identificar interacciones de la deformación con las propiedades de la tubería y comparar las deformaciones calculadas con las de conjuntos de datos adicionales para determinar la probabilidad del movimiento del ducto (tal como se muestra en la Figura 1).

Figura 1: ejemplo de comparación de deformaciones por flexión

MOVIMIENTO DEL DUCTO

Las desviaciones del ducto se pueden cuantificar al comparar las trayectorias de dos ductos en un intervalo de distancia especificado. Estas trayectorias se derivan utilizando la información diferencial espacial generada una vez que los datos IMU se han procesado exitosamente. Para lograr una comparación significativa, la PD y las trayectorias de la línea base se proyectan en un marco común de referencia como el inicio y el fin de un segmento seleccionado en los dos conjuntos de datos que coinciden con el eje horizontal. Esto se logra al calcular valores de coordenadas normalizados, lo cual genera una gráfica de línea recta que pasa por el origen y el fin del conjunto de coordenadas y calcula la distancia ortogonal de las coordenadas originales a la línea recta. Al usar los valores resultantes, las OOS (áreas no rectas) y las ΔE (diferencias de elevación) se pueden calcular como:

donde ΔX, ΔY y ΔZ son los componentes de distancia de un punto de coordenadas dados a la línea que pasa por el origen y el fin del conjunto de coordenadas e i^ y j^ son vectores de unidad que corresponden a la línea recta. Al trazar los valores utilizando las Ecuaciones 8 y 9 contra un sistema maestro de distancia especificado, es posible comparar las trayectorias de los dos conjuntos de datos y es posible caracterizar las desviaciones. Esto se ilustra en la Figura 2 a continuación. Todas las desviaciones cuantificadas en este documento se calcularon con una precisión de ±1.31 pies con 80% de confianza.

Figura 2: ejemplo de área de movimiento del ducto

VERIFICACIÓN DE LA CALIDAD DE LOS DATOS IMU

Durante sus primeras etapas de desarrollo, el proceso PipeDrift fue dinámico y estuvo en constante evolución. Los incrementos en eficiencia mediante revisiones en métodos de post-procesamiento ocurrieron a lo largo del primer año del avance de la tecnología. Sin embargo, la precisión y confiabilidad de la tecnología fue evidente desde el principio. Dos servicios RoGeo PD, que se llevaron a cabo en abril y junio de 2021, son ejemplo suficiente. Mediante la observación cuantitativa y cualitativa, se puede mostrar que los datos generados por la plataforma de tecnología PD son aceptables al compararlos con sus contrapartes de combinación de herramientas que han sido confiables históricamente. Las Figuras 3 y 4 ilustran la precisión de la tecnología al comparar las deformaciones por flexión generadas por los servicios RoGeo PD y RoGeo XT para un área identificada de movimiento del ducto.

Figura 3: comparación de deformación por flexión RoGeo PD - RoGeo XT

Figura 4: comparación de deformación por flexión RoGeo PD - RoGeo PD

BENEFICIOS Y LIMITANTES DE LA TECNOLOGÍA

La combinación de tecnologías ILI ofrece muchísimas ventajas. Estas ventajas hacen que la combinación de herramientas sea ideal para intervalos de inspección estándar en áreas en las que no existe una amenaza elevada conocida ocasionada por riesgos geológicos y en donde no se desea tener varios tipos de evaluación. Sin embargo, en casos en los que existe una amenaza elevada y se necesita solamente una evaluación basada en IMU, el servicio RoGeo ofrece los siguientes beneficios:

Diseño robusto y sencillo
Capacidad para un rápido re-lanzamiento
Impacto reducido para las operaciones/flujo del producto
Configuración y lanzamiento más simples
Mayor frecuencia de revisión de riesgos geológicos
El uso de marcadores en la superficie no es necesario (las coordenadas de la línea base se usan para las referencias geo-espaciales)

Finalmente, RoGeo PD puede responder la pregunta: ¿se ha movido el ducto? Con un esfuerzo mínimo y bajo impacto en las operaciones. A la fecha, se han logrado velocidades promedio sostenidas de hasta 8.7 m/s sin ninguna influencia adversa en la calidad de los datos o en la integridad de la herramienta. Debido a la naturaleza de la construcción de la herramienta, se requiere una inspección de línea base con una herramienta que genere un sistema de distancia nativo y un registro de soldadura circunferencial y las áreas de reemplazo deben ser identificadas antes de un servicio RoGeo PD.

EN UN FUTURO

Actualmente se han programado varios servicios RoGeo PD 2022 como soporte para programas de monitoreo de riesgos geológicos proactivos conforme el servicio continúa creciendo y mejorando. Los algoritmos de igualación de señales y el aprendizaje automatizado (machine learning) se están implementando de forma activa en el proceso de alineamiento lineal PipeDrift para reducir los tiempos de reporte y se está efectuando una investigación adicional con respecto a los efectos de los parámetros físicos en la captura de datos IMU. Adicionalmente, las precisiones mejoradas de reporte se están evaluando actualmente y se enlistan en la siguiente tabla:

Tabla 1: borrador revisado de precisiones de movimiento de ducto

Ahora y en el futuro, la implementación de los servicios RoGeo PD en los programas de administración de riesgos geológicos para ubicaciones susceptibles pueden ofrecer información relevante valiosa y reducen los costos de forma significativa.