Tatiana Vargas Londoño
Resumo
A alta demanda na indústria do petróleo ao longo do tempo tem vindo a promover a busca de petróleo em águas cada vez mais profundas, onde a incerteza do comportamento estrutural de dutos flexíveis aumenta principalmente devido ao peso próprio, a pressão interna e externa, os movimentos impostos pelo sistema flutuante e as cargas ambientais como correnteza, onda e vento. Todos esses fenômenos geram tensões e deformações na seção transversal do duto, mas devido à sua seção transversal composta, a previsão da resposta estrutural de dutos flexíveis para esses tipos de carga é bastante complexa. Assim, o principal objetivo deste trabalho é avaliar o comportamento local de dutos flexíveis sob combinações de cargas axissimétricas (tração, torção e pressão interna) e cargas de flexão, através de uma série de testes experimentais num duto de 9.13” ID. Nestes testes experimentais, foi estudado o comportamento do duto à i) tração pura ii) torção combinada com tração, e iii) flexão combinada com tração. Além disso, cada caso de carga foi testado considerando o efeito da pressão interna. Desta forma, obtiveram-se as deformações na armadura externa de tração, o alongamento axial devido à tração, a rotação axial devida à torção, a força axial de reação devido à pressão interna e a deflexão devido à flexão. Estas medições foram usadas para calibrar um modelo teórico a fim de simular a resposta do duto. Os resultados para as rigidezes e as deformações induzidas nos arames da armadura externa de tração, concordam bem com os resultados experimentais em cada cenário, apresentando-se uma resposta linear no caso da tração e não linear para a torção e a flexão.
Palavras chave: dutos flexíveis de camadas não aderentes, monitoração de estruturas, caracterização mecânica de materiais, estruturas offshore.
Abstract
The high demand in the oil industry over time has promoted the search for petroleum in ever deeper waters where the uncertainty of the structural behavior of flexible risers increases due primarily to self-weight, internal and external pressure, movements imposed by the floating system and environmental loads such as currents, waves and wind. All these phenomena generate stresses and strains in the cross section of the riser, but due to its compound cross-section, the prediction of the structural response of flexible pipes to such loads is quite complex. Therefore, the main objective of this work is to evaluate the local behavior of flexible pipes under combinations of axisymmetric (tension, torsion and internal pressure) and bending loads via a series of experimental tests in a 9.13” I.D pipe. In these experimental tests, was studied the behavior of the pipe for i) pure tension; ii) torsion combined with tension; and iii) bending combined with tension. Beside this, each load case was also tested considering the effect of internal pressure. In this way, was obtained the strains in the tensile armor layer, axial elongation due to tension, twist due to torsion, axial reaction forces due to internal pressure and deflection due to bending.
These measurements were used to calibrate a theoretical model devoted to simulate the pipe's response. The results for stiffness and induced strains in all wires of the outer tensile armor, agree well with the experimental results in each scenario, obtaining a linear response for tension loads and non-linear response for twist and bending loads.
Keywords: unbounded flexible pipe; structural monitoring; characterization of mechanical properties, offshore structures.
