SIGUIENDO LA PISTA A LOS RIESGOS GEOLÓGICOS

Sintetizando:

La tecnología IMU (unidades de medición inercial) se ha convertido en una herramienta integral en la administración de amenazas de riesgos geológicos. Aunque inicialmente se usó para mejorar la ubicación de las líneas y reducir el tamaño de las excavaciones, actualmente IMU se usa para determinar si el ducto ha cambiado su forma original y, si es posible hacer varias inspecciones, potencialmente incluso la velocidad a la que el ducto se ha movido. En este artículo, los expertos de ROSEN Rhett Dotson y Alexander Brown examinan la repetibilidad de la tecnología IMU para identificar y cuantificar las deformaciones por flexión al comparar ocho segmentos de ductos diferentes que se inspeccionaron de siete a diez veces cada uno entre 2018 y 2020. Los datos recolectados permiten hacer una comparación entre las diferentes áreas de deformación por flexión para demostrar la repetibilidad de la herramienta y la confiabilidad para administrar la integridad de los ductos en áreas que presentan riesgos geológicos.

De todas las amenazas existentes que ponen en riesgo a los ductos actualmente, los riesgos geológicos se han convertido en uno de los peligros de ductos más escudriñados en años recientes. Antes de la actualización al reglamento de gas, las directrices regulatorias estaban bastante limitadas. El CFR 192.317(a) solamente establecía: "el operador debe tomar todas las medidas posibles para proteger cada línea de transmisión o toma contra erosiones, inundaciones, inestabilidad en el terreno, deslaves u otros peligros que podrían ocasionar que el ducto se mueva o que el ducto tenga que soportar cargas inusuales". Sin embargo, esta regulación está relacionada con los requisitos generales de construcción para los ductos de transmisión y no tanto con la administración de la integridad. La integración de la tecnología de unidades de medición inercial para ayudar a calcular las deformaciones por flexión y capturar los impactos del movimiento del suelo en los ductos también es un concepto relativamente nuevo en la industria de los ductos. Adicionalmente, la interacción de los ductos con el suelo no se entiende del todo en la industria en general. Además, definir un límite de deformación universal o regulaciones preceptivas para deformaciones o movimientos permisibles es difícil dado que los ductos tienen niveles muy variables en su susceptibilidad a riesgos geológicos. Estos factores contribuyen a la gran variación entre operadores en cuanto a qué tan adecuadamente sus IMP (programas de administración de la integridad) enfrentan la amenaza de los riesgos geológicos.

AVANCES EN LA TECNOLOGÍA IMU

La tecnología IMU ahora ha avanzado tanto que puede determinar si un ducto ha cambiado su forma original y, se han efectuado varias inspecciones, cuantificar la velocidad del movimiento. En consecuencia, las directrices regulatorias se han actualizado para reflejar que si un operador reconoce "daños ocasionados por fuerzas externas" como una amenaza plausible para su ducto, el operador deba tomar medidas para minimizar las consecuencias del movimiento del suelo. El CFR 192.935(b)(2) enlista específicamente el uso de "inspecciones internas con herramientas geoespaciales y de deformación" para ayudar en esta tarea. En teoría, usar tecnología IMU evaluar movimientos de ductos puede ser una herramienta beneficiosa para el plan de administración de integridad de un operador. Desgraciadamente, pocos operadores cuentan con datos suficientes obtenidos de inspecciones repetidas sobre el mismo sistema de ductos para analizar la repetibilidad de la tecnología IMU e identificar y cuantificar la deformación por flexión y el movimiento. Por lo tanto, a la fecha no existen estudios significativos que investiguen la repetibilidad IMU, principalmente debido a que la mayoría de las evaluaciones de integridad ocurren en intervalos de cinco o siete años. Este estudio analiza la repetibilidad y confiabilidad IMU usando datos recolectados de ocho segmentos inspeccionables dentro del mismo sistema de ductos que se inspeccionaron entre siete y diez veces entre mayo de 2018 y octubre de 2020. Este estudio también analizará las interacciones de las herramientas con anomalías del ducto (p.ej., señales ficticias), ofrecerá ejemplos de movimientos verificados e identificará una posible vía para lograr mayores innovaciones con la tecnología IMU.

METODOLOGÍA

Antes de revisar el desempeño de las evaluaciones sobre las deformaciones por flexión, vale la pena abordar las metodologías que se usan para efectuar evaluaciones de deformaciones por flexión. Las herramientas ILI inspección interna) equipadas con IMU registran aceleraciones angulares y laterales en vez de registrar la posición o la velocidad. Se usa la navegación por estima para generar coordinadas geoespaciales (es decir, coordenadas GPS o coordenadas este/norte) cuando los puntos de referencia ya conocidos como AGM (marcadores de superficie) se incorporan en la inspección. Sin embargo, cabe señalar que la presencia o ausencia de puntos de referencia no tiene ningún impacto en las deformaciones por flexión para un segmento del ducto.

 

Las deformaciones por flexión y la curvatura del ducto derivan de los perfiles de inclinación y azimut. Los cálculos suponen que el ducto es recto y se dobla de acuerdo con la forma capturada por el IMU. La curvatura vertical es una función de la inclinación y la longitud de referencia. Posteriormente, las deformaciones por flexión vertical y horizontal son funciones del diámetro del ducto y de las curvaturas correspondientes. La deformación total se calcula como resultado de las deformaciones por flexión vertical y horizontal.

 

Las ubicaciones de las deformaciones por flexión se identifican con base en dos factores principales. Primero, la deformación reportada debe cumplir con el umbral de reporte mínimo de 0.125%. En segundo lugar, la longitud afectada mínima debería ser de por lo menos 40 a 60 pies (12.19 a 18.29 metros). Estos requisitos de reporte mínimos separan la deformación por flexión legítima y la curvatura de las señales ficticias que resultan de soldaduras circunferenciales u otras interacciones entre el ducto y la herramienta. También ayudan a distinguir deformaciones esperadas en el ducto, como lo son los codos de campo.

 

Aunque identificar las deformaciones por flexión es una herramienta útil en cualquier IMP, solamente revela el ducto en su estado actual y no exactamente cómo y cuándo se materializó la deformación por flexión. Las evaluaciones de movimiento de ductos comparan las respuestas inerciales de inspecciones IMU sucesivas en las que las deformaciones por flexión y los OOS (perfiles fuera de rectitud) se comparan para identificar el movimiento. Estas evaluaciones tienen una máxima efectividad al comparar la deformación y los OOS debido a que las interacciones entre el ducto y la herramienta e incluso la configuración de la herramienta (es decir una combinación de herramientas en lugar de solamente el cáliper) puede ocasionar variaciones en la deformación que pudieran aparecer como movimientos ficticios. De forma similar a la deformación por flexión, la comparación OOS no se basa únicamente en los AGMs para su precisión, dado que el OOS mide el cambio local entre dos puntos para determinar el movimiento. El posicionamiento AGM solamente impacta la ubicación geoespacial de un movimiento de ducto o un área de deformación por flexión.

Las evaluaciones de movimientos de ductos pueden detectar ubicaciones que han sufrido cambios en la deformación mayores a 0.06%, lo cual es ligeramente mayor al doble de la precisión declarada de una sola evaluación de deformación por flexión (es decir ±0.02%). El umbral mínimo para el movimiento detectado se enlista como de 7.9 pulgadas (0.2) metros a lo largo de 40 a 60 pies (12.19 a 18.29 metros), pero al monitorear ubicaciones conocidas o sospechadas, es posible identificar las anomalías inferiores al umbral de movimiento. La Figura 1 muestra el ejemplo de un movimiento de ducto en la que el OOS, la deformación y los perfiles de inclinación/azimut se trazan juntos para dos inspecciones separadas. Las líneas rojas representan la primera inspección, las líneas azules representan la inspección más reciente y las líneas verdes representan la diferencia calculada entre las dos inspecciones. El ejemplo revela un cambio de deformación de 0.4% y aproximadamente siete pies (2.134 metros) de movimiento lateral en el suelo.

Figura 1 - gráfica de ejemplo de movimiento de ducto

ESTUDIO DE CASO Y RESULTADOS

Este estudio cubrió ocho segmentos inspeccionables que abarcan aproximadamente 300 millas (482.2 kilómetros). El OD (diámetro exterior) y el grado del ducto para siete de estos segmentos son 36 pulgadas (91.44 centímetros) y X70, mientras que el segmento restante está compuesto de 24 pulgadas (60.96 centímetros) y ducto de grados X52 y  X65. El grosor de la pared varió de 0.515 pulgadas (1.308 centímetros) a 0.875 pulgadas (2.222 centímetros) para el ducto de 36 pulgadas (91.44 centímetros) y 0.375 pulgadas (0.9525 centímetros) para el ducto de 24 pulgadas (60.96 centímetros). La MAOP (máxima presión de operación permisible) para todos los segmentos es de 1440 psi.

 

La Tabla 1 resume la siguiente información asociada con cada segmento inspeccionable: la ID del ducto y las anomalías seleccionadas, la frecuencia de la inspección, el número de BSTRs (anomalías de deformación por flexión) y las PLMM (áreas verificadas de movimiento del ducto).

Todos los segmentos se inspeccionaron entre siete y diez ocasiones durante este estudio, entre mayo de 2018 y octubre de 2020. La mayoría de las inspecciones se efectuaron usando un IMU combinado con una herramienta caliper (XGG) pero algunas inspecciones también se efectuaron usando una combinación MFL-A y una herramienta caliper (CXG). En total, este estudio de caso identificó 166 anomalías de deformación por flexión y 13 áreas verificadas de movimiento de ductos. El objetivo de este estudio fue establecer la repetibilidad y la confiabilidad de los datos de deformación por flexión en la deformación pico en comparación con la precisión de herramienta de ±0.02% que se declaró previamente y al mismo tiempo observar la repetibilidad asociada con las interacciones entre ductos y herramientas tales como las soldaduras circunferenciales y los codos de campo.

Tabla 1 - Desglose de segmentos inspeccionables

Debido a que un cambio en la deformación está implícito y se espera en un aviso de movimiento de ducto, todas esas áreas se retiraron del conjunto de datos de repetibilidad. Esto resultó en un total de 1,299 avisos repetidos de deformaciones por flexión en todos los segmentos del ducto. La variación en un aviso de deformación por flexión se calculó como la diferencia absoluta entre el valor pico de la deformación por flexión y el promedio de todos los valores pico de la deformación por flexión en una sola ubicación.

 

El percentil 80 de la variación en los 1299 avisos fue de 0.026% y el percentil 95 de la variación fue 0.055%. Estos valores incluyeron avisos que estuvieron afectados por las interacciones entre el ducto y la herramienta, las cuales se espera que desvíen resultados de forma tal que la variación observada sea mayor. Al eliminar estas interacciones el conjunto de datos se reduce a 1061 avisos. Los percentiles 80 y 95 de la variación en este escenario fueron de 0.024% y 0.045%, respectivamente. Estos valores se resumen en la Tabla 2.

Tabla 2 - Variaciones de deformación por flexión

Es importante señalar que estos valores únicamente representan la variación entre las deformaciones pico en lugar de la variación basada punto a punto dentro de un aviso de deformación por flexión. Si se hubiera medido la variación entre los avisos de deformación por flexión en intervalos de 4 pulgadas (10.16 centímetros), se habría esperado que las variaciones entre los percentiles 80 y 95 mejoraran significativamente. De cualquier forma, las variaciones de deformaciones pico, particularmente para el percentil 80, muestran una buena concordancia y repetibilidad de acuerdo con la precisión de deformación por flexión de ±0.02% que se había declarado.

INTERACCIONES DUCTO-HERRAMIENTA

Las deformaciones por flexión pico y se agrupan en las siguiente cinco categorías: interacciones en soldaduras circunferenciales, codos de campo o de ducto, cambios en el grosor de pared, la configuración de herramienta (es decir XGG vs. CXG) y artefactos de datos. De estas cinco categorías, las interacciones de soldadura circunferencial y los codos de ducto ameritan que se discutan más a detalle debido a que son las fuentes de variaciones más prevalentes y mejor comprendidas. Adicionalmente, casi el 15% de todos los avisos de las deformaciones por flexión (168 de 1299) experimentaron una variación como resultado de la interacción entre el ducto y la herramienta, lo cual además sugiere que vale la pena explorar este tema en particular.

 

La Figura 2 ofrece un ejemplo de un codo de campo que influye en la variación de deformación pico. El sombreado color rosa representa el grado del aviso de la deformación por flexión y el sombreado color verde indica un codo de campo. Los trazos totales de la deformación por flexión de las primeras seis inspecciones (de nueve en total) efectuadas en este segmento inspeccionable se han superpuesto y la configuración de herramienta para cada inspección también se especifica. Las líneas azules punteadas representan la variación ocasionada por el codo de campo en el centro de la imagen. Hay una clara variación arriba y abajo del codo de campo, pero está más pronunciada hacia arriba. La deformación pico máxima que se observa hacia arriba en el codo de campo es 0.35%, mientras que la deformación pico mínima en la misma ubicación es de 0.25% (es decir una variación de 0.1%).

 

En este trazo también llama la atención la variación de deformación que se presenta en la soldadura circunferencial que intencionalmente está excluida del aviso de la deformación por flexión, representada con las líneas rojas punteadas. La deformación máxima observada en la soldadura circunferencial es de 0.26% (no mostrada) y la mínima es 0.10%. Una diferencia de deformación de 0.16% que abarca solamente ocho pies (234.84 centímetros) se puede atribuir sin duda al artefacto de datos, especialmente dado que la deformación total por flexión hacia arriba y hacia debajo de la soldadura circunferencial no es mayor a 0.05%. Esto enfatiza los retos inherentes para reportar confiablemente las deformaciones por flexión en todas las soldaduras circunferenciales.

Figura 2 - Variación influenciada por el codo y la soldadura circunferencial

MOVIMIENTO VERIFICADO

Se descubrieron trece áreas confirmadas de movimiento de ductos durante este estudio. Un resumen de estas ubicaciones se proporciona en la Tabla 3. Nótese que diez de las 13 ubicaciones se asocian con movimiento horizontal o combinado del ducto.

Figura 3 - Resumen de movimientos del ducto

Uno de los avisos más notorios se muestra en la Figura 3, el cual reportó originalmente aproximadamente dos pies de movimiento lateral y una deformación por flexión correspondiente de 0.36%. Sin ningún aviso de avance por parte del operador, una inspección posterior reveló dos pies de movimiento lateral en la dirección opuesta. Después de algunas conversaciones con el operador, el analista confirmó una operación de alivio de esfuerzo que se había efectuado y se había identificado correctamente en esta ubicación.

Figura 3 - Ejemplo de movimiento del ducto para aliviar el esfuerzo

CONCLUSIÓN

Las evaluaciones de las deformaciones por flexión y de los movimientos de ductos son una herramienta invaluable en el IMP de cualquier operador y el estudio de caso de repetibilidad respalda que se puede esperar que el IMU se comporte dentro de una precisión declarada de ±0.02%. La variación de ±0.026% entre las deformaciones pico basadas en el percentil 80 es excelente al compararla con límites de integridad típicos para las deformaciones por flexión en toda la industria. Se espera que mejore si se altera con un enfoque de punto a punto. Desde este estudio, hubo por lo menos una (pero hasta tres) inspecciones que se efectuaron en este sistema de ductos y actualmente los esfuerzos para incorporar IMUs a equipos de limpieza para facilitar evaluaciones de movimientos de ductos sucesivos de forma más efectiva están en desarrollo.

La tecnología IMU sin duda continuará madurando y continuará esforzándose para estar a la altura de los retos para ofrecer protección contra riesgos geológicos impredecibles, particularmente dado que las autoridades regulatorias proporcionan guías actualizadas e integrales para operar ductos de forma segura.