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WO2015118230A1 - Detection d'eau dans une bouee de tensionnement - Google Patents

Detection d'eau dans une bouee de tensionnement Download PDF

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Publication number
WO2015118230A1
WO2015118230A1 PCT/FR2014/050196 FR2014050196W WO2015118230A1 WO 2015118230 A1 WO2015118230 A1 WO 2015118230A1 FR 2014050196 W FR2014050196 W FR 2014050196W WO 2015118230 A1 WO2015118230 A1 WO 2015118230A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
buoy
echo
standard
representative
echoes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2014/050196
Other languages
English (en)
Inventor
Jean-Michel AUBERT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TotalEnergies SE
Original Assignee
Total SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Total SE filed Critical Total SE
Priority to MX2016010135A priority Critical patent/MX2016010135A/es
Priority to BR112016017726-6A priority patent/BR112016017726B1/pt
Priority to US15/115,456 priority patent/US9841308B2/en
Priority to PCT/FR2014/050196 priority patent/WO2015118230A1/fr
Priority to UY0001035977A priority patent/UY35977A/es
Priority to ARP150100306A priority patent/AR099232A1/es
Publication of WO2015118230A1 publication Critical patent/WO2015118230A1/fr
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
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    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/296—Acoustic waves
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/01—Risers
    • E21B17/012—Risers with buoyancy elements
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/01—Risers
    • E21B17/015—Non-vertical risers, e.g. articulated or catenary-type
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
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    • G01F23/296—Acoustic waves
    • G01F23/2962—Measuring transit time of reflected waves
    • G—PHYSICS
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    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F25/00—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
    • G01F25/20—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of apparatus for measuring liquid level

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for detecting water in a buoy for tensioning a riser (or "riser”) of an installation in an aquatic environment.
  • FIG. 1 represents an example of a known riser 10 implemented in a hydrocarbon extraction plant in a marine environment.
  • This riser 10 is conventionally used to transport, in a substantially vertical direction, petroleum products extracted from one or more wells dug in the marine subsoil 12, to a surface structure, for example up to a floating production, storage and loading (FPSO) base 18 (Floating production storage and offloading).
  • FPSO floating production, storage and loading
  • the set of conduits is grouped in the riser 10 and opens at the upper end of said riser.
  • Flexible lines 16 connect the conduits 14 from the upper end of the riser 10 to the surface structure 18 where the hydrocarbons produced can be stored.
  • This riser 10 and these pipes 16 can also be used in the other direction to, for example, convey water or gas from the floating base to the ground.
  • the riser 10 may conventionally have a length of the order of a few kilometers. Therefore, regardless of the material used to make this riser 10, the latter tends to flare. In addition, this trend can be accentuated by ocean currents. Also, to maintain vertical position of the riser 10, it is known to associate it with a tensioning buoy 20, said riser being fixed to the sea floor, at its lower end, by means of a anchor 22.
  • the tensioning buoy 20 is a generally metallic structure containing air to ensure, due to the Archimedes thrust, a tension towards the high on the riser 10, allowing its maintenance in vertical position and limiting buckling.
  • Figures 2 and 3 show a type of known tensioning buoy.
  • the tensioning buoy 20 consists of cylindrical flat-bottomed compartments 32 fixed to each other and communicating with each other through valves 26.
  • Each cylindrical compartment 24 has reinforcing members 28 on its upper and lower surfaces.
  • a tube 30, intended to be secured to the riser, passes through all the compartments 24 to distribute the forces exerted by this riser on the tensioning buoy 20.
  • the tensioning buoy 40 has cylindrical compartments 44 having a convex bottom 42 fixed to each other and communicating with each other through the valves 46.
  • the bulging funds 42 are intended to improve their mechanical resistance compared to compartments with a flat bottom.
  • Tensioning buoys which remain permanently in the marine environment, are subject to corrosion which can cause leaks in their compartments and, thus, make the tension buoy inoperative.
  • Tensioning buoys are regularly inspected using an underwater robot to determine if they are leaking and / or partially filled with water.
  • transducer or sensor / transmitter
  • the transducer placed against a wall of the tube, emits ultrasonic waves that propagate very well in water, but almost not in the air, and then measures the echo of the waves reflected by the wall of said tube, opposite to the wall against which the transducer is placed.
  • the present invention proposes a method for detecting water in a buoy for tensioning a riser of an installation in an aquatic environment, said method being characterized in that it comprises successive stages of:
  • the comparison of the representative response echo with the representative standard echo consists in calculating their difference in amplitude.
  • the determination of the presence or absence of water in the buoy consists in comparing the calculated difference in amplitude with a predefined threshold
  • the threshold is 5 dB.
  • the step of defining the representative standard echo consists in particular in:
  • the selection of the pair of standard echoes having the greatest difference concerns the pairs of standard echoes beyond the second and below the twenty-first.
  • the step of defining the representative standard echo is done by numerical simulation and / or representative model test.
  • the step of measuring the representative response echo consists in particular of:
  • the ultrasonic signal emissions and the echo measurements are carried out by means of a transducer.
  • the invention also relates to a device for detecting water in a buoy for tensioning a riser of an installation in a marine environment, said device comprising
  • an ultrasonic transducer applied to a wall of said buoy, said transducer emitting an ultrasonic signal and measuring a representative response echo caused by the rebound of said signal within said buoy,
  • a data memory in which are stored a representative representative standard echo and the representative response echo measured by the transducer
  • Figure 1 already described, schematically shows an example of a riser of a hydrocarbon production facility in a marine environment
  • FIGS. 2 and 3 already described, illustrate schematically in front view and top view, respectively, a known example of tensioning buoy flat bottom.
  • Figure 4 already described, schematically shows in front view a known example of tensioning buoy with curved bottoms.
  • FIG. 5 represents, in the form of a logic diagram, an embodiment of a method for detecting water according to the invention
  • FIG. 6 schematically represents an embodiment of a water detection device according to the invention
  • FIG. 7 represents, in the form of a graph, an example of comparison between standard echoes and response echoes caused by the bouncing of an ultrasonic signal transmitted on a wall of a tensioning buoy.
  • the method 50 for detecting water in a buoy for tensioning a riser of an installation in the aquatic environment essentially comprises the following steps.
  • it is a marine hydrocarbon extraction facility similar to that shown in Figure 1.
  • This echo representative standard EE H can be defined by numerical simulation and / or by tests on a representative model.
  • this definition (54) of the EEn standard echo first consists in transmitting an ultrasonic signal on a wall of a standard buoy filled with water, at a given location of said wall, and then to measure a first series of standard echoes EE.
  • the same ultrasonic signal is emitted on the wall of said standard buoy, this time filled with air, at the same location of said wall, and then a second series of standard echoes is measured.
  • each standard of the first series and each corresponding standard of the second series is then calculated, the pair of standard echoes with the largest difference are selected, and a standard echo EEn is selected from the two echoes of the second series. said pair of standard echoes.
  • the representative standard echo EEn is the eleventh standard echo measured for a buoy filled with water.
  • the rank of the pair of standard echoes with the greatest difference depends on the conditions of ultrasound signal emission and echo measurement, as well as the thickness, geometry and condition of the the standard buoy.
  • Representative standard echoes may be defined at different compartments of the standard buoy whose state (contains water or not) is known because it is known to fill at least partially one or more compartments of a buoy tensioning in order to serve as a reserve of tensioning force.
  • the state of these compartments being known, it is possible to compare the standard echo representative of a compartment with the echo representative of another compartment, or more generally at other places of the standard buoy, so as to increase the accuracy of water detection
  • the next step of the detection method 50 according to the invention consists in emitting (56), by means of an ultrasound emitter 86 applied to a wall of a tensioning buoy to be tested, an ultrasonic signal.
  • the representative response echo ERn caused by the rebound of the ultrasonic signal within the tensioning buoy to be tested is then measured (58).
  • the step of measuring (58) the representative response echo ERi i consists of measuring a series of response echoes ER, then selecting the one corresponding to the echo representative standard chosen EEn.
  • the number of ER response echoes is the same as the number of EE standard echoes.
  • the measurement (58) of the ER response echoes is a measurement performed for example by means of an ultrasound receiver 86 applied to a wall of the tensioning buoy to be tested.
  • the ultrasound receiver is preferably placed substantially in the same place as the ultrasound transmitter.
  • an ultrasonic transducer 86 that is to say an ultrasonic transmitter / receiver device
  • Such a transducer 86 emits compression waves with a frequency of between 0.2 MHz and 20 MHz.
  • the coupling of the transducer 86 to the metal of the buoy is provided by seawater or an additional couplant.
  • the echoes are formed by the successive reflections of the ultrasonic signal at the levels of the different interfaces (i.e. material changes) encountered on its propagation path.
  • a first reflection of the ultrasonic signal has place at the interface between the paint layer covering the wall against which the transmitter is plated and the metal structure of the tensioning buoy.
  • This first echo can itself be reflected at the interface between the paint layer and the ultrasound receiver.
  • a second echo comes from the reflection of the ultrasonic signal at the interface between the metal structure of the tensioning buoy and the inside of the tensioning buoy, which may be, a priori, either air, or water, if the buoy is leaky.
  • the reflection of the ultrasonic signal is almost complete at a steel / air interface and, in any case, significantly greater than the reflection of the ultrasonic signal at a steel / water interface.
  • the ER response echoes of the same ultrasonic signal are influenced by the presence or absence of water in the tensioning buoy.
  • the echoes are greater in the absence of water in the tensioning buoy on the propagation path of the ultrasonic signal in case of presence of water.
  • the speed of propagation of an ultrasonic signal is greater in the water than in the air.
  • the presence of water in a tensioning buoy can cause a shift of the ER response echoes of an ultrasonic signal with respect to the same echoes in the absence of water.
  • the lag remains however minimal and therefore difficult to determine.
  • the method 50 continues by comparing (60) the representative response echo ERn to the representative standard echo EEn.
  • this comparison (60) consists in calculating the difference ⁇ between the amplitude AEn of the representative standard echo EEn and the amplitude ARn.
  • the first measured echoes can come from the reflection of the ultrasonic signal on the paint / steel interface (and the successive reflections of the signal thus reflected). Therefore, to improve the accuracy of the detection of water in the buoy tensioning, it is expected to ignore the first measured echoes, for example, the first two echoes.
  • the echoes of very high orders may be unrepresentative because of the many successive reflections which are then involved in the buoy tension and which generate a flattening of the signal due in particular to the non-zero size of the ultrasonic transducer and roughness of the surfaces involved. Therefore, to improve the accuracy of the comparison step 60, it is preferentially interested echoes being beyond the second and below the twenty-first. In the example shown in Figure 6, we deal with echoes from the third and up to the eleventh inclusive.
  • the determination step (62) consists of comparing the calculated amplitude difference ⁇ with a predefined threshold, preferably of the order of 5 dB. Therefore, if said amplitude difference does not exceed said threshold, it is concluded that the buoy contains no water and, if said amplitude difference exceeds said threshold, it is concluded that the buoy contains water.
  • the device 70 adapted to implement the method 50 according to the invention comprises a man-machine interface 84, an ultrasonic transducer 86, a data memory 88, a program memory 90, and a computer 92 controlling said human-machine interface said transducer and said data and program memories.
  • these elements of the device 70 according to the invention are interconnected by a bus of the CAN (Controller Area Network) type.
  • the ultrasonic transducer 86 is applied to a wall of the buoy to be tested, emits an ultrasonic signal 56 and measures the representative echo response ERn caused by the bounces of said ultrasonic signal within said buoy.
  • the representative standard echo EEn and the representative response echo ERi i measured by the transducer 86 are stored in the data memory 88.
  • Program memory 90 includes
  • a program 82 for determining 62 the presence or absence of water in the buoy according to said comparison is not limited to the examples described and shown, but it is capable of numerous variants accessible to those skilled in the art.

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Abstract

L'invention se rapporte à un procédé de détection d'eau dans une bouée de tensionnement d'une colonne montante d'une installation en milieu aquatique, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend des étapes successives de: -définition d'un écho étalon représentatif (EE11), -émission dudit signal ultrasonore sur une paroi de ladite bouée, -mesure d'un écho réponse représentatif (ER11) provoqué par le rebond dudit signal ultrasonore au sein de ladite bouée, -comparaison dudit écho réponse représentatif audit écho étalonreprésentatif, -détermination de la présence ou l'absence d'eau dans la bouée en fonction de ladite comparaison.

Description

DETECTION D'EAU DANS UNE BOUEE DE TENSIONNEMENT
La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif de détection d'eau dans une bouée de tensionnement d'une colonne montante (ou « riser ») d'une installation en milieu aquatique.
La figure 1 représente un exemple de colonne montante 10 connue, mise en œuvre dans une installation d'extraction d'hydrocarbures en milieu marin.
Cette colonne montante 10 est classiquement mise en œuvre pour transporter, suivant une direction sensiblement verticale, des produits pétroliers extraits d'un ou plusieurs puits creusés dans le sous-sol marin 12, jusqu'à une structure en surface, par exemple jusqu'à une base flottante 18 de production, stockage et chargement (ou FPSO pour « Floating production storage and offloading »).
Les hydrocarbures, extraits des puits, parcourent tout d'abord un réseau de conduits 14 qui s'étendent sur la surface du fond marin, entre les puits et l'extrémité inférieure de la colonne montante 10. Chaque conduit relie un ou plusieurs puits à l'extrémité inférieure de la colonne montante 10.
L'ensemble des conduits est regroupé dans la colonne montante 10 et débouche au niveau de l'extrémité supérieure de ladite colonne montante. Des canalisations souples 16 relient les conduits 14 depuis l'extrémité supérieure de la colonne montante 10 jusqu'à la structure en surface 18 où les hydrocarbures produits peuvent être stockées.
Cette colonne montante 10 et ces canalisations 16 peuvent aussi être utilisées dans l'autre sens pour, par exemple, acheminer de l'eau ou du gaz depuis la base flottante vers le sol.
La colonne montante 10 peut classiquement présenter une longueur de l'ordre de quelques kilomètres. Dès lors, quel que soit le matériau utilisé pour réaliser cette colonne montante 10, cette dernière a tendance à flamber. En outre, cette tendance peut être accentuée par les courants marins. Aussi, pour assurer le maintien en position verticale de la colonne montante 10, il est connu de l'associer à une bouée de tensionnement 20, ladite colonne montante étant fixée au sol marin, au niveau de son extrémité inférieure, au moyen d'une ancre 22.
La bouée de tensionnement 20 est une structure généralement métallique contenant de l'air pour assurer, du fait de la poussée d'Archimède, une tension vers le haut sur la colonne montante 10, permettant son maintien en position verticale et limitant le flambage.
Les figures 2 et 3 représentent un type de bouée de tensionnement connu.
La bouée de tensionnement 20 est constituée de compartiments cylindriques 24 à fond plat 32 fixés les uns aux autres et communiquant les uns avec les autres à travers des vannes 26. Chaque compartiment cylindrique 24 présente des éléments de renfort 28 sur ses surfaces supérieure et inférieure. En outre, un tube 30, destiné à être solidarisé avec la colonne montante, traverse l'ensemble des compartiments 24 pour répartir les efforts exercés par cette colonne montante sur la bouée de tensionnement 20.
Dans une variante représentée sur la figure 4, la bouée de tensionnement 40 comporte des compartiments cylindriques 44 présentant un fond bombé 42 fixés les uns aux autres et communiquant les uns avec les autres à travers des vannes 46. Les fonds bombés 42 visent à améliorer leur résistance mécanique par rapport à des compartiments au fond plat.
Les bouées de tensionnement, qui restent à demeure dans le milieu marin, sont soumises à la corrosion qui peut provoquer des fuites dans leurs compartiments et, ainsi, rendre la bouée de tensionnement inopérante.
Les bouées de tensionnement sont donc régulièrement examinées au moyen d'un robot sous-marin, pour déterminer si elles présentent des fuites et/ou si elles sont partiellement remplies d'eau.
Pour se faire, il est connu de placer une source radioactive d'un côté de la bouée de tensionnement et un capteur de radiations en face de la source, de l'autre côté de ladite bouée. Comme l'eau est un écran aux radiations, la présence d'eau est déterminée quand le niveau de radiations captées devient inférieur à un seuil déterminé.
Bien que relativement fiable, ce procédé connu nécessite l'utilisation d'une source radioactive, ce qui présente des risques évidents de sécurité et de sûreté. En outre, il est difficile de se procurer une telle source radioactive et de l'importer sur le lieu d'utilisation. Enfin, en fonction de la géométrie de la bouée de tensionnement, le seuil peut être difficile à déterminer.
Par ailleurs, il est connu de surveiller l'intégrité de la structure d'une plate-forme off-shore, réalisée de tubes d'acier cylindriques, en mettant en œuvre un transducteur (ou capteur/émetteur) d'ultrasons placé sur un desdits tubes. Plus précisément, le transducteur, placé contre une paroi du tube, émet des ondes ultrasonores qui se propagent très bien dans l'eau, mais quasiment pas dans l'air, puis mesure l'écho des ondes réfléchies par la paroi dudit tube, opposée à la paroi contre laquelle est placé le transducteur.
Ce procédé est efficace dans le cas d'une structure de plate-forme off-shore comportant des tubes cylindriques de taille limitée mais il est difficilement transposable aux bouées de tensionnement. Comme les figures 2 et 3 le montrent, la bouée de tensionnement 20 présente en effet un tube central 30 qui tend à diffuser une onde ultrasonore incidente dans des directions divergentes. Il est alors extrêmement difficile voire même impossible de mesurer l'écho des ondes ultrasonores réfléchies par ce tube et/ou par la paroi opposée. De plus, au vu des diamètres de ce type de bouées, les tolérances de parallélisme nécessaires au bon retour de l'onde ultrasonore sur le palpeur sont difficilement compatibles avec les tolérances classiques de ce type d ' ouvrage chaudronné .
En outre, les deux procédés connus précédemment décrits, sont difficilement applicables, voire inapplicables, pour détecter de l'eau dans une bouée présentant
- un diamètre supérieur à quatre mètres,
- des compartiments à fond bombé.
II existe donc un réel besoin pour un procédé et un dispositif, aisés à mettre en œuvre, permettant de déterminer avec précision la présence ou l'absence d'eau dans une bouée de tensionnement.
À cette fin, la présente invention propose un procédé de détection d'eau dans une bouée de tensionnement d'une colonne montante d'une installation en milieu aquatique, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend des étapes successives de :
- définition d'un écho étalon représentatif,
- émission dudit signal ultrasonore sur une paroi de ladite bouée,
- mesure d'un écho réponse représentatif provoqué par le rebond dudit signal ultrasonore au sein de ladite bouée,
- comparaison dudit écho réponse représentatif audit écho étalon représentatif,
- détermination de la présence ou l'absence d'eau dans la bouée en fonction de ladite comparaison. Selon des caractéristiques particulières, la comparaison de l'écho réponse représentatif à l'écho étalon représentatif consiste à calculer leur différence d'amplitude.
Selon des caractéristiques particulières, la détermination de la présence ou l'absence d'eau dans la bouée consiste à comparer la différence d'amplitude calculée à un seuil prédéfini, et
- si ladite différence d'amplitude ne dépasse pas ledit seuil, à conclure que la bouée ne contient pas d'eau, ou
- si ladite différence d'amplitude dépasse ledit seuil, à conclure que la bouée contient de l'eau.
Selon des caractéristiques particulières, le seuil vaut 5 dB.
Grâce à ces dispositions, on s'affranchit des incertitudes potentielles liées notamment au bruit et aux conditions de mise en œuvre du procédé selon l'invention.
Selon des caractéristiques particulières, l'étape de définition de l'écho étalon représentatif consiste notamment à :
- émettre un signal ultrasonore sur une paroi d'une bouée étalon remplie d'eau, à un endroit donné de ladite paroi, puis
- mesurer une première série d'échos étalons, et
- émettre le même signal ultrasonore, sur la paroi de ladite bouée étalon remplie d'air, au même endroit de ladite paroi, puis
- mesurer une deuxième série d'échos étalons, puis
- calculer l'écart entre chaque étalon de la première série et chaque étalon correspondant de la deuxième série, puis
- sélectionner la paire d'échos étalons présentant l'écart le plus grand,
- choisir un des deux échos de ladite paire d'échos étalons.
Selon des caractéristiques particulières, la sélection de la paire d'échos étalons présentant l'écart le plus grand, porte sur les paires d'échos étalons au-delà de la deuxième et en deçà de la vingt-et-unième.
Selon des caractéristiques particulières, l'étape de définition de l'écho étalon représentatif se fait par simulation numérique et / ou essai sur maquette représentative.
Selon des caractéristiques particulières, l'étape de mesure de l'écho réponse représentatif consiste notamment à :
- mesurer une série d'échos réponses, puis - sélectionner l'écho réponse correspondant à l'écho étalon représentatif choisi. Selon des caractéristiques particulières, les émissions de signaux ultrasonores et les mesures d'échos sont réalisées au moyen d'un transducteur.
L'invention concerne également un dispositif de détection d'eau dans une bouée de tensionnement d'une colonne montante d'une installation en milieu marin, ledit dispositif comportant
- une interface homme-machine,
- un transducteur ultrasonore appliqué sur une paroi de ladite bouée, ledit transducteur émettant un signal ultrasonore et mesurant un écho réponse représentatif provoqué par le rebond dudit signal au sein de ladite bouée,
- une mémoire de données dans laquelle sont stockés un écho étalon représentatif prédéfini et l'écho réponse représentatif mesuré par le transducteur,
- une mémoire de programmes comprenant
- un programme d'émission dudit signal ultrasonore,
- un programme de mesure dudit écho réponse,
- un programme de comparaison d'une amplitude de l'écho réponse représentatif à l'écho étalon représentatif,
- un programme de détermination de la présence ou l'absence d'eau dans la bouée en fonction de ladite comparaison,
- un calculateur pilotant ladite interface homme-machine, ledit transducteur et lesdites mémoires de données et de programmes.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation préféré de l'invention, donnée à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés.
La figure 1, déjà décrite, représente schématiquement un exemple de colonne montante d'une installation de production d'hydrocarbures en milieu marin ;
Les figures 2 et 3, déjà décrites, illustrent schématiquement en vue de face et vue de dessus, respectivement, un exemple connu de bouée de tensionnement à fonds plats.
La figure 4, déjà décrite, représente schématiquement en vue de face un exemple connu de bouée de tensionnement à fonds bombés.
La figure 5 représente, sous forme d'un logigramme, un mode de réalisation d'un procédé de détection d'eau selon l'invention, La figure 6 représente schématiquement un mode de réalisation d'un dispositif de détection d'eau selon l'invention,
La figure 7 représente, sous forme d'un graphique, un exemple de comparaison entre des échos étalons et des échos réponses provoqués par les rebonds d'un signal ultrasonore émis sur une paroi d'une bouée de tensionnement.
Le procédé 50 de détection d'eau dans une bouée de tensionnement d'une colonne montante d'une installation en milieu aquatique selon l'invention, comprend essentiellement les étapes suivantes. Dans l'exemple, il s'agit d'une installation d'extraction d'hydrocarbures en milieu marin semblable à celle représentée sur la figure 1.
Tout d'abord, on définit (54) un écho étalon représentatif EEn. Cets écho étalon représentatif EE H peut être défini par simulation numérique et / ou par des essais sur une maquette représentative.
Plus précisément, dans le cas des essais sur maquette, cette définition (54) de l'écho étalon EEn consiste dans un premier temps à émettre un signal ultrasonore sur une paroi d'une bouée étalon remplie d'eau, à un endroit donné de ladite paroi, puis à mesurer une première série d'échos étalons EE.
Dans un deuxième temps, on émet le même signal ultrasonore, sur la paroi de ladite bouée étalon cette fois remplie d'air, au même endroit de ladite paroi, puis on mesure une deuxième série d'échos étalons.
On calcule ensuite l'écart entre chaque étalon de la première série et chaque étalon correspondant de la deuxième série, on sélectionne la paire d'échos étalons présentant l'écart le plus grand, et on choisit un écho étalon EEn parmi les deux échos de ladite paire d'échos étalons.
Dans le cas de la simulation numérique, les émissions de signaux ultrasonores sont virtuelles et les mesures sont des évaluations.
Dans l'exemple représenté, l'écho étalon représentatif EEn est le onzième écho étalon mesuré pour une bouée remplie d'eau.
Le rang de la paire d'échos étalons présentant l'écart le plus grand dépend des conditions d'émission du signal ultrasonore et de mesure des échos, ainsi que de l'épaisseur, de la géométrie et de l'état de la paroi de la bouée étalon. Des échos étalons représentatifs peuvent être définis au niveau de différents compartiments de la bouée étalon dont l'état (contient de l'eau ou non) est connu car il est connu de remplir au moins partiellement un ou plusieurs compartiment d'une bouée de tensionnement, ceci afin de servir de réserve de force de tensionnement. L'état de ces compartiments étant connu, il est possible de comparer l'écho étalon représentatif d'un compartiment avec l'écho représentatif d'un autre compartiment, ou plus généralement à d'autres endroits de la bouée étalon, de manière à augmenter la précision de la détection d'eau
L'étape suivante du procédé 50 de détection selon l'invention consiste à émettre (56), au moyen d'un émetteur d'ultrasons 86 appliqué sur une paroi d'une bouée de tensionnement à tester, un signal ultrasonore.
On mesure (58) ensuite l'écho réponse représentatif ERn provoqué par le rebond du signal ultrasonore au sein de la bouée de tensionnement à tester. Dans un mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention, l'étape de mesure (58) de l'écho réponse représentatif ERi i consiste à mesurer une série d'échos réponses ER, puis à sélectionner celui qui correspondant à l'écho étalon représentatif choisi EEn.
Typiquement, le nombre d'échos réponses ER est le même que le nombre d'échos étalons EE. Dans l'exemple représenté à la figure 7, on a douze échos réponses ER et douze échos étalons EE.
La mesure (58) des échos réponses ER est une mesure réalisée par exemple au moyen d'un récepteur d'ultrasons 86 appliqué sur une paroi de la bouée de tensionnement à tester.
Pour ce faire, le récepteur d'ultrasons est de préférence placé sensiblement au même endroit que l'émetteur d'ultrasons. Cela est notamment possible dans le cas où un transducteur d'ultrasons 86 (c'est-à-dire un dispositif émetteur/récepteur d'ultrasons) est mis en œuvre à la fois pour l'émission 56 du signal ultrasonore et pour la mesure (58) des échos réponses ER. Un tel transducteur 86 émet des ondes de compression d'une fréquence comprise entre 0,2 Mhz et 20 MHz. Le couplage du transducteur 86 au métal de la bouée est assuré par l'eau de mer ou un couplant additionnel.
Les échos sont formés par les réflexions successives du signal ultrasonore aux niveaux des différentes interfaces (c'est-à-dire des changements de matière) rencontrés sur son chemin de propagation. Ainsi, une première réflexion du signal ultrasonore a lieu à l'interface entre la couche de peinture recouvrant la paroi contre laquelle l'émetteur est plaqué et la structure métallique de la bouée de tensionnement. Ce premier écho peut lui-même être réfléchi au niveau de l'interface entre la couche de peinture et le récepteur d'ultrasons. Un deuxième écho provient de la réflexion du signal ultrasonore au niveau de l'interface entre la structure métallique de la bouée de tensionnement et l'intérieur de la bouée de tensionnement, qui peut être, a priori, soit de l'air, soit de l'eau, si la bouée de tensionnement présente des fuites.
En reprenant l'exemple ci-dessus, la réflexion du signal ultrasonore est pratiquement totale au niveau d'une interface acier/air et, en tous les cas, nettement supérieure à la réflexion du signal ultrasonore au niveau d'une interface acier/eau. Ainsi, on comprend que les échos réponses ER d'un même signal ultrasonore sont influencés par la présence ou non d'eau dans la bouée de tensionnement. En particulier, les échos sont plus importants en cas d'absence d'eau dans la bouée de tensionnement sur le chemin de propagation du signal ultrasonore qu'en cas de présence d'eau.
Il peut également être noté que la vitesse de propagation d'un signal ultrasonore est plus importante dans l'eau que dans l'air. Ainsi, la présence d'eau dans une bouée de tensionnement peut provoquer un décalage des échos réponses ER d'un signal ultrasonore par rapport aux mêmes échos en absence d'eau. Le décalage reste cependant minime et donc difficilement déterminable.
Le procédé 50 se poursuit en comparant (60) l'écho réponse représentatif ERn à l'écho étalon représentatif EEn. Préférentiellement, cette comparaison (60) consiste à calculer la différence επ entre l'amplitude AEn de l'écho étalon représentatif EEn et l'amplitude ARn.
En outre, comme évoqué ci-avant, les premiers échos mesurés peuvent provenir de la réflexion du signal ultrasonore sur l'interface peinture/acier (et les réflexions successives du signal ainsi réfléchi). Dès lors, pour améliorer la précision de la détection d'eau dans la bouée de tensionnement, on prévoit de ne pas tenir compte des premiers échos mesurés, par exemple, les deux premiers échos.
De manière sensiblement analogue, les échos d'ordres très élevés (par exemple supérieurs au vingtième) peuvent être peu représentatifs du fait des nombreuses réflexions successives qui sont alors intervenues dans la bouée de tensionnement et qui génèrent un aplatissement du signal du fait notamment de la taille non nulle du transducteur ultrasonore et de la rugosité des surfaces impliquées. C'est pourquoi, pour améliorer la précision de l'étape de comparaison 60, on s'intéresse préférentiellement aux échos étant au-delà du deuxième et en deçà du vingt-et-unième. Dans l'exemple illustré par la figure 6, on s'occupe des échos à partir du troisième et jusqu'au onzième inclus.
On peut enfin déterminer (62), en fonction de la comparaison (60), si de l'eau est présente ou non dans la bouée de tensionnement et donc en déduire si la bouée de tensionnement présente ou non des fuites.
De préférence, l'étape de détermination (62) consiste à comparer la différence d'amplitude calculée επ à un seuil prédéfini, de préférence de l'ordre de 5 dB. Dès lors, si ladite différence d'amplitude ne dépasse pas ledit seuil, on conclut que la bouée ne contient pas d'eau et, si ladite différence d'amplitude dépasse ledit seuil, on conclut que la bouée contient de l'eau.
Le dispositif 70 adapté à mettre en œuvre le procédé 50 selon l'invention comporte une interface homme-machine 84, un transducteur ultrasonore 86, une mémoire de données 88, une mémoire de programmes 90, et un calculateur 92 pilotant ladite interface homme-machine, ledit transducteur et lesdites mémoires de données et de programmes. Typiquement ces éléments du dispositif 70 selon l'invention sont reliés entre eux par un bus de type CAN (Controller Area Network).
Le transducteur ultrasonore 86 est appliqué sur une paroi de la bouée à tester, émet 56 un signal ultrasonore et mesure 58 l'écho réponse représentatif ERn provoqué par les rebonds dudit signal ultrasonore au sein de ladite bouée.
L'écho étalon représentatif EEn prédéfini et l'écho réponse représentatif ERi i mesuré par le transducteur 86 sont stockés dans la mémoire de données 88.
La mémoire de programmes 90 comprend
- un programme 76 d'émission 56 du signal ultrasonore,
- un programme 78 de mesure 58 de l'écho réponse représentatif ERn,
- un programme 80 de comparaison 60 dudit écho réponse représentatif mesuré à l'écho étalons représentatif EEn,
- un programme 82 de détermination 62 de la présence ou l'absence d'eau dans la bouée en fonction de ladite comparaison. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé (50) de détection d'eau dans une bouée de tensionnement (20 ; 40) d'une colonne montante (10) d'une installation en milieu aquatique, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend des étapes successives de :
- définition (54) d'un écho étalon représentatif (EEn),
- émission (56) dudit signal ultrasonore sur une paroi de ladite bouée,
- mesure (58) d'un écho réponse représentatif (ERn) provoqué par le rebond dudit signal ultrasonore au sein de ladite bouée,
- comparaison (60) dudit écho réponse représentatif audit écho étalon représentatif,
- détermination (62) de la présence ou l'absence d'eau dans la bouée en fonction de ladite comparaison.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la comparaison (60) de l'écho réponse représentatif (ERn) à l'écho étalon représentatif (EEn) consiste à calculer leur différence d'amplitude (εη).
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la détermination (62) de la présence ou l'absence d'eau dans la bouée consiste à comparer la différence d'amplitude calculée à un seuil prédéfini, et
- si ladite différence d'amplitude ne dépasse pas ledit seuil, à conclure que la bouée ne contient pas d'eau, ou
- si ladite différence d'amplitude dépasse ledit seuil, à conclure que la bouée contient de l'eau.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le seuil vaut 5 dB.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étape de définition (54) de l'écho étalon représentatif (EEn) consiste notamment à :
- émettre un signal ultrasonore sur une paroi d'une bouée étalon remplie d'eau, à un endroit donné de ladite paroi, puis
- mesurer une première série d'échos étalons (EE), et - émettre le même signal ultrasonore, sur la paroi de ladite bouée étalon remplie d'air, au même endroit de ladite paroi, puis
- mesurer une deuxième série d'échos étalons, puis
- calculer l'écart entre chaque étalon de la première série et chaque étalon correspondant de la deuxième série, puis
- sélectionner la paire d'échos étalons présentant l'écart le plus grand,
- choisir un (EEn) des deux échos de ladite paire d'échos étalons.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la sélection de la paire d'échos étalons présentant l'écart le plus grand, porte sur les paires d'échos étalons au-delà de la deuxième et en deçà de la vingt-et-unième.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'étape de définition (54) de l'écho étalon représentatif (EEn) se fait par simulation numérique et / ou essai sur maquette représentative.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel l'étape de mesure (58) de l'écho réponse représentatif (ERn) consiste notamment à :
- mesurer une série d'échos réponses (ER), puis
- sélectionner l'écho réponse (ERn) correspondant à l'écho étalon représentatif choisi (EEn).
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les émissions de signaux ultrasonores et les mesures d'échos sont réalisées au moyen d'un transducteur (86).
10. Dispositif (70) de détection d'eau dans une bouée de tensionnement (20 ; 40) d'une colonne montante (10) d'une installation en milieu marin, ledit dispositif comportant
- une interface homme-machine (84),
- un transducteur ultrasonore (86) appliqué sur une paroi de ladite bouée, ledit transducteur émettant (56) un signal ultrasonore et mesurant (58) un écho réponse représentatif (ERn) provoqué par le rebond dudit signal au sein de ladite bouée,
- une mémoire de données (88) dans laquelle sont stockés un écho étalon représentatif (EEn) prédéfini et l'écho réponse représentatif mesuré par le transducteur,
- une mémoire de programmes (90) comprenant
- un programme (76) d'émission (56) dudit signal ultrasonore,
- un programme (78) de mesure (58) dudit écho réponse,
- un programme (80) de comparaison (60) d'une amplitude de l'écho réponse représentatif (ERn) à l'écho étalon représentatif (EEn),
- un programme (82) de détermination (62) de la présence ou l'absence d'eau dans la bouée en fonction de ladite comparaison,
- un calculateur (92) pilotant ladite interface homme-machine, ledit transducteur et lesdites mémoires de données et de programmes.
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