Filipe Almeida de Rezende
Título
ANÁLISE DE FADIGA PARA A ESTRUTURA DA CABEÇA DE POÇO DE PETRÓLEO OFFSHORE
Resumo
Durante as operações de perfuração, a cabeça de poço sofre ação de cargas cíclicas provenientes do riser conectado e através do BOP. Tensões cíclicas, por sua vez, induzem dano por fadiga e podem provocar o colapso da estrutura se atingirem o número de ciclos admissível. A acumulação do dano nesta estrutura é influenciada por múltiplos fatores, como a rigidez do solo, interação entre os revestimentos, o modelo do riser, o peso do BOP, dentre outros. Desta forma, o presente trabalho propõe uma metodologia para análise de fadiga em cabeças de poços submarinas baseada na resposta global de esforços solicitantes na estrutura e na definição de funções de transferência de esforços para tensões locais, estimadas por meio de uma regressão simbólica, estabelecida a partir de um modelo local 3D. A partir destes resultados, é possível extrair as tensões de fadiga nos diversos detalhes e pontos de concentração de tensão existentes na estrutura (hot spots) e calcular o dano por meio do uso de um modelo para análise de fadiga apropriado.
Os resultados mostram que a metodologia proposta é compatível com os métodos usuais de cálculo de fadiga no domínio do tempo. Além disso, a metodologia utilizada permite a consideração de efeitos tridimensionais do modelo local, obtendo resultados mais consistentes com o real comportamento da estrutura.
Abstract
During the drilling operations, subsea wellhead suffers the action of cyclic loads from the connected riser and BOP Stack. Cyclic stresses will cause fatigue damage and can lead to the structure’s collapse. Damage accumulation depends on many variables, like soil stiffness, soil-casings interaction, riser model and BOP weight. Thus, the present work proposes a methodology for assessing fatigue damage for subsea wellhead. The methodology is based on the global forces and moments response at wellhead datum, and in defining load-to-stress transfer functions by means of Finite Element modelling and Symbolic Regression. Combining the global loads and the transfer functions, is possible to obtain the hot spot stresses, and evaluate the fatigue damage using a proper fatigue model. Results shown that the proposed methodology is feasible when compared with the other methods of fatigue assessment in time domain. Moreover, it allows considering the tri-dimensional effects provided by the local model, obtaining results more consistent with the real structural behavior of the wellhead.
