Charlton Okama de Souza
Título
ANÁLISE ESTRUTURAL DE POÇOS SUBMARINOS: UMA AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DO TOPO DE CIMENTO DO REVESTIMENTO DE SUPERFÍCIE
Resumo
Neste trabalho, desenvolveu-se uma metodologia de análise estrutural para carregamentos verticais de poços submarinos para situações particulares em que o revestimento de superfície pode ficar parcialmente cimentado. No modelo desenvolvido, o revestimento condutor é representado por uma mola não-linear com comportamento histerético obtida pelo Método dos Elementos Finitos. Neste contexto, o solo é modelado mediante um conjunto de curvas t-z, as quais foram desenvolvidas para os trechos de carregamento, inversão e recarregamento. As demais colunas de revestimentos são representadas por molas elásticas. O modelo estrutural é analisado para cada etapa de construção e operação do poço mediante compatibilização de deslocamentos e esforços na cabeça de poço. O modelo ainda contempla a correção das variáveis de análise, em razão da possibilidade de flambagem do revestimento de superfície. Um estudo de caso relevante é apresentado com o intuito de exemplificar e verificar a metodologia desenvolvida. As análises revelaram que a extensão não cimentada do revestimento de superfície apresenta grande influência na análise de tensões e na movimentação do sistema de cabeça de poço submarina. Esta influência é mais acentuada em poços cuja capacidade de carga do condutor é ultrapassada. As comparações dos resultados do modelo proposto com simulações numéricas em elementos finitos, realizadas com o software Abaqus®, mostraram uma grande aderência.
Abstract
This work presents a development to analyze wellhead movement in subsea wells for cases where surface casing may not be fully cemented. The structural casing is represented by a non-linear spring with hysteretic behavior, obtained by the Finite Element Method. In this context, the soil is represented by a set of t-z non-linear curves.
For loading, unloading and reloading paths, new t-z curves was developed . The other casings are represented by linear springs. The structural model is analysed for each step of well construction and production/injection loads through the displacement compatibility and balance of forces on the wellhead. Beside that, the model proposed takes into account the correction of results due to surface casing buckling. An analysis of a representative case is done to present the methodology and verify the model. The results revealed that the uncemented extension of the surface casing shows great influence in the overall analysis, leading to high surface casing stress and significative wellhead movement. This influence is more pronounced in scenarios which the load capacity of structural casing is reached. The comparison between the model and Finite Element Analysis, using the software Abaqus®, showed good agreement.
