Augusto Ruschel
Título
MÉTODO DA REDUÇÃO DE DIMENSÃO UNIVARIADA APLICADO À ANÁLISE DE FADIGA DE ESTRUTURAS DE CABEÇAS DE POÇOS DE PETRÓLEO CONSIDERANDO O EFEITO SIMULTÂNEO DE ONDAS DE MAR LOCAL E DE SWELL
Resumo
Devido à observação de movimentos dinâmicos em estruturas de cabeça do poço durante operações de perfuração, a fadiga destes elementos estruturais tornou-se uma grande preocupação para a indústria do petróleo. Uma das causas mais importantes é a ação das ondas na unidade flutuante à qual o riser está conectado. As ondas podem ser classificadas a partir de sua origem. As ondas de mar local são as geradas pelo vento local. Já as ondas de swell são aquelas geradas em uma localização distante e que alcançam a região de interesse. Não é comum lidar com esses dois tipos de ondas de forma independente e simultânea em uma análise de fadiga tradicional, principalmente devido ao alto custo computacional associado à modelagem adequada de ambas as fontes de onda. Assim, este trabalho propõe o uso do Método de Redução de Dimensão Univariada (UDRM) para calcular o dano à fadiga em estruturas de cabeça de poço considerando os efeitos de ondas de mar local e de swell. A principal vantagem deste procedimento é que ele reduz drasticamente o número de simulações numéricas do sistema estrutural exigidas na avaliação de fadiga. A metodologia foi aplicada a dois estudos de caso considerando as condições ambientais da costa brasileira. A precisão dos resultados e a eficiência do UDRM foram comparadas aos obtidos por meio de uma abordagem baseada na Simulação Monte Carlo. Os resultados da comparação indicam que o UDRM é uma alternativa viável para a avaliação da vida em fadiga de estruturas offshore sujeitas a mares bimodais, com significativa redução dos custos computacionais das análises.
Abstract
Due to the observation of dynamic motions in wellhead structures during drilling operations, wellhead fatigue became a major concern for the oil industry. One of the most important causes is the wave action on the floating unit to which the riser is connected. Waves can be classified from their origin. The local sea waves are those generated by the local wind. Swell waves are those generated in a distant location that reach the region of interest. It is not common to deal with these two types of waves independently and simultaneously in a traditional fatigue analysis, mainly due to the high computational cost associated with the adequate modeling of both wave sources.
Thus, this work proposes the use of the Univariate Dimension Reduction Method (UDRM) to calculate the fatigue damage in wellhead structures considering the effects of wind-sea and swell waves. The main advantage of this procedure is that it drastically reduces the number of numerical simulations of the structural system required in the assessment of fatigue. The methodology is applied to two case studies considering the environmental conditions of the Brazilian coast. The results and efficiency of the UDRM are compared to those obtained through an approach based on the Monte Carlo Simulation. The comparison’s results indicate UDRM is a feasible alternative for calculating the fatigue lives of offshore wellhead structures subjected to sea and swell waves, reducing substantially the computational costs of the required analyses.
