[pt] Este trabalho apresenta a análise do sistema de medição utilizado pelo pig instrumentado tipo palito usado para detecção e dimensionamento de perda de espessura em dutos provocada por corrosão interna. A aplicação de testes experimentais de vibração, perfilagem geométrica e análise por elementos finitos têm objetivo de avaliar o sistema de medição dos sensores palito do Pig Palito, assim como mostrar os resultados obtidos com esta nova tecnologia de dimensionamento de micro geometria. Os dutos submarinos (offshore) empregam tradicionalmente as mesmas tecnologias de inspeção usadas em dutos terrestres (onshore) e uma dessas tecnologias é o pig instrumentado. No entanto, é encontrada uma vasta quantidade de dutos offshore com diferentes tipos de obstáculos que inviabilizam o uso dos pigs instrumentados convencionais, como os Pigs Magnéticos M.F.L. (Magnetic Flux Leakage) e Ultrassônicos. Os fatores relevantes que dificultam a inspeção, especialmente em dutos offshore, são os multi-diâmetros, raios de curvatura acentuados, equipamentos instalados ao longo do duto, alta espessura de parede do duto, escoamento multifásico, etc. Atualmente, o uso de Pigs Ultrassônicos e Magnéticos são as técnica disponíveis no mercado para inspeção da corrosão. Contudo, esses pigs possuem suas próprias limitações. Dentro deste contexto, foi desenvolvido um novo pig instrumentado, chamado de Pig Palito, para detecção e dimensionamento de perda de espessura em dutos com corrosão interna. Esta ferramenta foi desenvolvida para superar diversas limitações que outros pigs instrumentados convencionais têm durante a inspeção. Os resultados obtidos pela instrumentação do sensor palito na análise experimental indicam que a vibração dos sensores pode interferir na medição de micro geometria gerando erros de interpretação. A possibilidade de detecção, minimização e/ou eliminação desta possível deficiência do sensor palito são factíveis e abordadas na presente dissertação. Os bons resultados das inspeções de campo com os Pigs Palito comprovam o sucesso e viabilidade técnica no emprego desta tecnologia. / [en] This work presents the analysis and study of the technology used by the instrumented pig called Feeler Pig, used for detection and measurement of loss of wall thickness in pipelines due to internal corrosion. Those study´s objective are the evaluation of dynamic measurement of Feeler Pig´s sensors, through the application of experimental vibration tests, geometric evaluation`s tests and finite elements analysis, so that are showed the results rewarded by this new micro geometric measurement technique. Submarine pipelines (offshore pipelines) inspection traditionally employs the same technologies used for onshore pipelines and one of such technologies is the instrumented pig. However, it is very common to find offshore pipelines with many kinds of obstacles that may prevent the use of conventional instrumented pigs, like MFL (Magnetic Flux Leakage) pigs and ultrasonic ones. The relevant factors that make the inspection difficult, particularly in offshore pipelines, are the different diameters along the pipeline, small radius bends, equipments installed in the pipeline (such as manifolds and valves), increased wall thickness, multi-phase fluids, etc. Currently available techniques in the market to inspect these pipelines are ultrasonic and magnetic pigs, which, nevertheless, have their own limitations. Focusing on this context, a new tool was developed to detect and measure the loss of wall thickness in pipelines due to internal corrosion. This tool, called Feeler Pig, was designed to be able to overcome some of the limitations of conventional inspection pigs. The results achieved by instrumentation of the feeler type sensor`s body, experimental analysis tests, proved that vibration modes of the sensor interferes in the measurement of micro geometric. The possibility of detection, mitigation and / or elimination of the deficiencies of sensor`s issues are viable and addressed in this work. These, coupled with the excellent results of Feeler Pigs field inspections prove the technical feasibility and success in using this technology.

[pt] Neste trabalho apresenta-se a avaliação do desempenho de ferramentas de inspeção em linha (ILI) ou pig instrumentado na medição de defeitos causados por corrosão e estudam-se diferentes métodos para o cálculo da confiabilidade estrutural ou cálculo da probabilidade de falha (POF) de um duto corroído, baseada na análise do relatório do pig. O relatório de inspeção do pig é avaliado através de comparações de seus resultados com as medições dos defeitos feitas por ferramentas de referência (medições em campo). Os erros associados a cada sistema de medição podem ser encontrados a partir de métodos estatísticos como os métodos da raiz do erro quadrático médio, dos estimadores de Grubbs, de Thompson e de Jaech. As medições das duas ferramentas são também avaliadas através de testes estatísticos para a linha de tendência e o coeficiente de correlação linear (r). O número mínimo de medições de campo necessárias para verificar o desempenho do pig no dimensionamento dos defeitos de corrosão é determinado pela implementação de um teste baseado na análise seqüencial. Uma vez que o relatório do pig é avaliado e aceito, a POF de um duto corroído é calculada usando os métodos analíticos de primeira ordem (FORM) e propagação de incertezas, e o método de simulação de Monte Carlo. A POF do duto é calculada em função de modelos de pressão de falha onde suas variáveis são definidas como funções de probabilidade (fdp). No caso das dimensões do defeito, a fdp e seus parâmetros estatísticos são obtidos a partir da exatidão do pig. A comparação entre a POF calculada e a POF admissível permite determinar quando será necessário fazer uma nova re-inspeção. Quando a POF calculada atinge um valor maior que a POF admissível, antes de se completar um tempo desejado para a próxima inspeção, o procedimento desenvolvido permite decidir qual o número de reparos que deverá ser feito para que este tempo seja alcançado. / [en] This work presents: i) the assessment of in line inspection (ILI) tools performance in the measurement of defects caused by corrosion; ii) differents methods to calculate structural reliability and probability of failure (POF) of corroded pipeline based in the ILI report. The inspection report of the ILI (or instrumented pig) is compared with the the geometry of defects measured by a reference tool (field measurements) and the erros associated to each measurement system are analyzed and assessed from statistical methods. The statistical analysis emploies methods such as the root mean square error/diffrential, and the Grubbs s, Thompson s and Jaech s estimators. The measurements taken by both tools (pig and field) are compared and analyzed through statistical tests that consider the tendency line and the coefficient of linear correlation (r). The minimum number of field measurements necessary to verify the performance of the ILI in sizing of corrosion defects is determined by the implementation of a test based on the sequential analysis. POF of a pipeline is calculated using three different methods: i) first order reliability methods (FORM); ii) propagation of uncertainties and iii) the method Monte Carlo. The POF of the pipeline is calculated as a function of different failure models whose variables (such as pressure, geometric and material parameters) are defined by their probability functions (pdf). The pdf and statistical parameters of the defect dimensions are determined from the accuracy of the pig measurements. The comparison between calculated and acceptable POF allows the determination of next reinspection period. When the calculated POF exceeds the acceptable POF before completing the amount of time desired for the next inspection, the developed procedure allows to know the number of repairs that must be made to reach the desired time when the next ILI will be carried out.

[pt] A utilização de PIG em oleodutos e gasodutos tem uma grande importância para a manutenção da integridade estrutural de tubulações, e pode ser utilizado para inspeção, limpeza e separação de interface. Neste contexto é importante que a passagem de PIG ocorra de modo controlado causando o menor impacto possível à operação, respeitando os limites operacionais da tubulação e dentro dos limites de velocidade de deslocamento do PIG. Caso o PIG possua uma velocidade baixa, ele pode ficar preso à tubulação, podendo ser difícil soltá-lo. Por outro lado, caso a velocidade seja elevada o PIG pode danificar a tubulação em função dos impactos gerados. Com o objetivo de atender os requisitos referente a velocidade recomendável de deslocamento do PIG referente aos limites operacionais existentes e não danificá-lo, foi desenvolvido um simulador termo hidráulico de deslocamento de PIGs. O simulador prevê escoamentos transientes isotérmico ou térmico acoplado ao deslocamento do PIG. Para controlar a velocidade do PIG, uma válvula de controle foi instalada no corpo do próprio PIG. Sua velocidade de deslocamento é função da abertura do furo de bypass, ou seja, quanto maior a velocidade de escoamento na tubulação, maior a abertura e maior o fluxo através do PIG para manter a velocidade controlada. As equações de conservação de massa, quantidade de movimento e energia, acopladas com um balanço de forças no PIG, foram discretizadas pelo método das diferenças finitas e resolvidas de forma acoplada. Para o controle da velocidade optou-se pelo método de controle PID. Investiga-se o deslocamento do PIG tanto para escoamento de líquido quanto de gás, considerando ou não a perda de calor para o ambiente. Diversos casos são apresentados demonstrando a eficácia do método de controle modelado. / [en] The use of PIG in oil and gas pipelines has great important to maintain the structural integrity of pipelines, and it can be used for inspection, cleaning and interface separation. In this context, it is important that the PIG displacement happen in a controlled way causing the lowest possible impact to the operation, respecting the operating limits of the pipe and within the limits of the PIG s speed of displacement. If the PIG has a low speed, it can be trapped in the tubing and it can be difficult to release it. On the other hand, if the speed is high the PIG can damage the tubing in function of the generated impacts. In order to respect the requirements for the recommended PIG velocity displacement, and operational pipelines limits requirements, a thermo hydraulic PIG simulator was developed. The simulator predicts isothermal or thermal transient flow coupled with the PIG displacement. To control the PIG velocity, a control valve is installed in the body of the PIG. The PIG speed is as a function of the bypass aperture inside the PIG s body, ie, the greater the flow velocity in the pipe, the greater is the opening and the greater the flow through the PIG. The conservation equations of mass, momentum and energy coupled with force balance at the PIG were discretized by the finite difference method, and solved in coupled manner. A PID control method was employed to control the PIG velocity. It is investigated the displacement of PIG in both liquid and gas flow, considering or not the loss of heat for the environment. Several cases are presented demonstrating the effectiveness of the control method modeled.

[pt] Neste trabalho, apresenta-se uma modelagem numérica de um problema de contato unilateral com acoplamento elasto-hidrodinâmico. Emprega-se estruturas elásticas de baixa rigidez e apresenta-se o escoamento pela equação da lubrificação de Reynolds. O método dos elementos finitos é usado para discretização da estrutura e do campo de pressão hidrodinâmica. Um procedimento numérico para solução do problema proposto também é apresentado, que se baseia na projeção viável da direção de busca. O objetivo principal do trabalho é desenvolver uma ferramenta numérica para estudar as forças que oferecem resistência ao movimento de um pig em seu movimento no interior do duto. / [en] This work is concerned with numerical modeling of the unilateral contact problem involving low stiffness structures and a rigid surface under conditions of hydrodynamic lubrication. Reynolds fluid film lubrication theory is employed. The Finite Element Method is applied in the discretization of both the structure and the hydrodynamic pressure field. A numerical procedure to solve the proposed problem, based on the feasible projection search direction approach, is presented. The main motivation for the work reported in this dissertation is to develop a numerical tool to model the resistance forces acting against the motion of cleaning and inspecting pigs in pipelines.

[pt] Na exploração de campos offshore, é frequente a necessidade transportar óleo e gás por dutos de produção ou de transferência que percorrem grandes distâncias no leito submarino. Em relação aos gasodutos, podem ocorrer a formação de condensado ao longo desses, o que afeta drasticamente a capacidade de entrega e a modalidade operacional, sendo a remoção do condensado realizada por pigs. Além disso, devido a existência de condições extremas como baixas temperaturas e altas pressões, pode ocorrer a formação de plug de hidrato nos gasodutos. Nesse caso, são previstas operações especiais para a remoção do plug de hidrato, onde, durante o procedimento, pode ser gerado condensado. Dessa forma, é importante que essas operações sejam simuladas durante a fase de projeto e de operação para avaliar a efetividade dos procedimentos e os valores das variáveis de processo de forma a garantir a segurança operacional do sistema. O objetivo deste estudo é investigar numericamente o processo de deslocamento de pigs e de plugs de hidrato ao longo de tubulações, na presença de condensado. A formação de condensado é obtida através de um modelo de equilíbrio de fases, que utiliza a equação de Peng-Robinson para o cálculo das propriedades termodinâmicas para ambas as fases. O escoamento bifásico é modelado como unidimensional. A solução das equações de conservação de massa, quantidade de movimento linear e energia, acopladas ao balanço de forças para prever o deslocamento do pig/plug são resolvidas utilizando o método numérico de diferenças finitas. A modelagem do escoamento e do modelo termodinâmico, englobando o equilíbrio de fases e as propriedades termodinâmicas, foram validadas com soluções analíticas e dados da literatura. Estudos de casos de deslocamento de pig e de plug de hidrato na presença de condensado foram realizados e os resultados obtidos foram bastante satisfatórios, permitindo concluir que os modelos desenvolvidos podem ser utilizados para a análise e previsão das operações de passagem de pig e de remoção de plugs de hidrato na presença de condensado. / [en] In offshore oilfield exploration, gas is often transported through long-distance transfer pipelines or production pipelines on the seabed. Along the pipeline, condensate may be formed, which dramatically affect the delivery capacity and the operational mode, requiring condensate removal employing pigs. Further, due to the presence of extreme conditions encountered in these pipelines, such as low temperatures and high pressures, hydrate plug can also be formed inside the gas pipelines. In this case, special procedures are foreseen to remove the hydrate plug, during which condensate may be generated. Thus, it is essential that these operations should be simulated throughout the design and operation stages to evaluate the efficacy of these procedures and the process variable values in order to guarantee the system s operational safety. The purpose of this study is to investigate numerically the process of displacement of pigs and hydrate plugs along pipelines, in the presence of condensate. The condensate formation is obtained through a phase behavior model (FLASH), which employs the Peng-Robinson equation to calculate the thermodynamic properties for both phases. Two-phase flow is modeled as one-dimensional. The conservation equations of mass, linear momentum and energy, coupled with the force balance to predict the displacement of the pig/plug are solved, using the numerical method of finite differences. The flow and thermodynamic models were validated with analytical solutions and literature data. The validation of the thermodynamic model included the phase equilibrium and thermodynamic properties. Case studies of displacement of pig and hydrate plug in the presence of condensate were performed and the results obtained were very satisfactory, allowing to conclude that the developed models can be used for the analysis and prediction of the pigging operations and removal of hydrate plugs in the presence of condensate.

[pt] O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de ferramentas de inspeção capazes de detectar e localizar pequenos vazamentos em oleodutos e gasodutos. Hoje, diversos dutos brasileiros são equipados com eficientes sistemas de detecção de vazamentos, porém ainda não são capazes de detectar pequenos vazamentos causados por lentos processos de corrosão. A tecnologia de inspeção de dutos mais utilizada mundialmente é a de pigs instrumentados. O pig é lançado dentro do duto e percorre toda sua extensão identificando defeitos como amassamentos e corrosão. Duas tecnologias foram desenvolvidas, uma para oleodutos e outra para gasodutos. O princípio de funcionamento do pig para oleodutos se baseia no registro da variação de pressão gerada pelo vazamento. Quando o pig passa pelo vazamento, a pressão do volume central diminui em relação às pressões à montante e jusante do pig, gerando um sinal característico que permite a identificação. A tecnologia para gasodutos utiliza a energia acústica gerada pelo vazamento. A idéia básica é equipar o pig com microfones capazes de escutar o som provocado pelo vazamento propagado no próprio gás. Com uma boa interpretação da assinatura acústica deste fenômeno, é possível detectar o evento ao longo do duto. O desafio é discriminar a assinatura do vazamento dos ruídos normalmente emitidos em um gasoduto, como ruído de bombeio, ruído da turbulência da vazão, abertura e fechamento de válvulas, etc. Cada tecnologia teve seu protótipo montado e testado em campo onde vazamentos foram detectados com sucesso. São apresentadas as fundamentações teóricas de cada tecnologia e os resultados dos testes de laboratório e de campo assim como propostas futuras. / [en] This work s objective is the development of inspections tools capable to detect and locate small leaks in gas and oil pipelines. Nowadays, many brazilian pipelines are equipped with reliable leak detection systems, but these still can t detect small leaks caused by slow corrosion processes. The most used pipeline inspection technology is the instrumented pigs. The pig is launched inside the pipeline and goes through it detecting dents and corrosions. Two technologies were developed, one for oil pipelines and other for gas pipelines. The pig oil pipeline working principle is based on the register of the pressure variation caused by a leakage. When the pig pass by a leak, the pressure in the middle of the pig drops, generating a characteristic signal. The gas pipeline technology uses the acoustic energy caused by a gas leaks. The main idea is to equip the pig with specials microphones capable to listen the leak sound propagated in the gas. With a good acoustic interpretation of this phenomenon, is possible to detect this event. The biggest challenge is to discriminate the leak signature from the others pipe s noises. Which technology had it prototype manufactured and tested in real oil and gas pipelines with success. Will be shown the theory of which technology, the labs and fields tests results and future proposals.