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Tipo: TCC
Título: Modelagem de queda de risers em configuração lazy-wave
Título em inglês: Modeling of falling lazy-wave configuration risers
Autor(es): Meneses, Beatriz Matos
Orientador: Parente Junior, Evandro
Palavras-chave: Risers flexíveis;Risers em configuração lazy-wave;Modelagem pós-falha;Análise dinâmica
Data do documento: 2021
Citação: MENESES, Beatriz Matos. Modelagem de queda de risers em configuração lazy-wave. 2021. 126 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Civil) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2021.
Resumo: Risers são elementos essenciais para a exploração e produção de petróleo e gás em sistemas offshore, pois transportam fluidos de poços e conectam tubulações e outros equipamentos localizados no fundo do mar às plataformas na superfície. Mesmo com grandes avanços no estudo de análise e dimensionamento dessas estruturas, os risers ainda falham, resultando em sua ruptura e consequente queda no fundo do mar. A queda pode causar elevados custos ambientais, no caso de ocorrer vazamento de óleo, e econômicos, visto que o impacto da estrutura rompida com outras estruturas e equipamentos vizinhos pode comprometer a vida útil destes. Este trabalho tem como objetivo realizar a modelagem e análise pós-falha para compreender o comportamento da estrutura logo após a ocorrência da ruptura durante sua trajetória de queda, com foco em risers flexíveis em configuração lazy-wave. Para isso, simulações dinâmicas não-lineares foram realizadas em um exemplo de um modelo usando o software OrcaFlex. Primeiramente, foi realizado uma avaliação de parâmetros importantes do modelo, como a malha de elementos finitos, o algoritmo de integração, o incremento de tempo, o coeficiente de arrasto longitudinal, a esbeltez do riser, a relação momento-curvatura não-linear do riser e a rigidez normal do solo. Esta avaliação teve foco em compreender melhor a influência desses parâmetros na precisão e eficiência do modelo e na resposta estrutural do fenômeno. Além disso, objetivando determinar de forma mais confiável a velocidade máxima, tempo de queda e a geometria final no solo marinho, foi realizado um estudo estatístico por meio do uso de ondas aleatórias. Este estudo foi importante para avaliar a relevância dos parâmetros estudados e a influência da direção da corrente, bem como para auxiliar na determinação de uma zona segura, considerando uma dada probabilidade de não-excedência. Foi observado um grande efeito do coeficiente de arrasto longitudinal e da esbeltez do riser na resposta física do problema. Além disso, verificou-se que o uso de uma relação momento-curvatura não-linear tem grande importância para se obter resultados mais realistas, tendo em vista que ela leva a diferenças significativas em relação à rigidez linear constante. Uma conclusão importante foi observada no estudo estatístico, pois verificou-se que a redução da esbeltez reduz a aleatoriedade do fenômeno. A análise estocástica da direção da corrente indicou a necessidade de considerar correntes em diferentes direções para determinar a zona de segurança. Os resultados e análises obtidos podem auxiliar a prevenir a ocorrência de danos no caso de acidentes em projetos futuros de risers.
Abstract: Risers are essential elements for the exploration and production of oil and gas in offshore systems, as they transport fluids from wells and connect pipes and other equipment located on the seabed to floating units. Even with great advances in the methods of analysis and design of marine risers, these structures still fail, resulting in their collapse and fall on the seabed. The falling structure may can cause high environmental, in the event of an oil leak, and economic costs, since the impact of the collapsed structure with other neighboring structures and equipment can compromise their lifespan. This work aims to perform the modeling and post-failure analysis of marine structures to understand its behavior right after the occurrence of the rupture during its fall trajectory, with a focus on flexible risers in a lazy-wave configuration. For this, non-linear dynamic simulations were carried out on an example model using the OrcaFlex software. First, the effect of different parameters on the model response was assessed, such as the finite element mesh, the integration algorithm, the time step, the longitudinal drag coefficient, the riser’s slenderness, the use of a non-linear moment-curvature relationship of the riser and the normal stiffness of the soil. This procedure focused on providing a better understanding over the influence of these parameters in the precision and efficiency of the model and in the structural response of the phenomenon. In addition, in order to more reliably determine the maximum velocity, fall time and final geometry on the sea floor, a statistical study was carried out using random waves. This study was important to more reliably evaluate the relevance of the studied parameters and the influence of the current direction, as well as to assist in the design of a safe zone, considering a given probability of non-exceedance. It was observed that the longitudinal drag coefficient and the riser's slenderness have a major influence in the physical response of the problem. In addition, it was found that the use of a non-linear moment-curvature relationship is of great importance to obtain more realistic results, considering that it leads to significant differences when compared to the linear bending stiffness. It was found that a decrease on the riser’s slenderness reduces the randomness of the phenomenon. It was also indicated that the consideration of currents in different directions is important to determine the safe zone. The results and analyzes obtained can help to the occurrence of further damage in the event of accidents in future riser projects.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/60367
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