Luiz Otavio da Costa Marcelo Pereira
Título
MÉTODOS SIMPLIFICADORES PARA ANÁLISE DE FADIGA EM RISERS
Orientador(es)
Luís Volnei Sudati Sagrilo
Paulo Maurício Videiro
Resumo
Com a crescente demanda de unidades de produção flutuantes para a exploração de petróleo em lâminas d’água profundas, as condições ambientais são cada vez mais desafiadoras no projeto de sistemas de produção submarinos. As ondas oceânicas induzem movimento oscilatório na unidade flutuante que, consequentemente, geram carregamentos cíclicos que podem danificar risers através do mecanismo de fadiga. Para garantir a integridade durante a vida útil da unidade de produção, é necessário avaliar o dano à fadiga causado pelos carregamentos ambientais durante a fase de projeto para evitar possíveis consequências em caso de falha. O presente trabalho tem como objetivo apresentar métodos numéricos que sejam capazes de estimar a vida à fadiga em estruturas oceânicas com custo computacional reduzido através da simplificação da matriz de carregamentos ambientais. Foram estudadas duas classes distintas de métodos: o método de blocos equivalentes e o método de superfície de resposta. Ambos métodos foram testados para um exemplo de riser rígido em catenária (SCR) conectados a uma plataforma semi-submersível. A análise de fadiga foi realizada através de modelos de elementos finitos no domínio do tempo, com ondas irregulares e movimento da embarcação desacoplado. Os resultados obtidos foram comparados a métodos convencionais e demonstram que é possível obter estimativas aceitáveis para o dano anual reduzindo a matriz de carregamentos ambientais em 90%.
Abstract
With the increasing demand for floating production units to explore of oil reservoirs in deep waters, the environmental conditions are even more challenging when designing subsea production systems. The oceanic waves induce oscillatory motion to the floating unit, causing cyclic loading on risers which can be damaged due to fatigue failure mechanism. During design phases, it is required to evaluate fatigue damage induced by environmental loads to avoid eventual failure for the whole exploration system life. The research presented herein studies numerical methods which can provide fatigue damage estimates with reduced computational costs by simplifying the environmental loading matrix. Two different classes of methods were evaluated: the equivalent blocks methods, and the response surface methods. Both were tested with an example of a steel catenary riser (SCR) connected to a semisubmersible
vessel. Fatigue analysis was performed using finite element models in time domain, considering irregular waves formulation and de-coupled vessel motions. Obtained results were compared to conventional methods and showed that it is possible to obtain acceptable damage estimates for annual fatigue damage with up to 90% reduction in the design environmental load cases.
