Influência da geometria de dano pré-existente nas pressões de colapso e de propagação em dutos submarinos

Abstract

O colapso e a sua propagação em dutos submarinos são fenômenos de alta complexidade e abordados em projetos de linhas de exploração de petróleo e gás. Normas, como DNVGL-ST-F101, auxiliam no projeto destas linhas, no entanto, suas aplicações são restritas a duto com pequenas imperfeições, não conseguindo prever o comportamento da pressão de colapso e a pressão de propagação do colapso em tubulações sujeitas a danos maiores, como aqueles gerados por impactos de objetos ou embarcações. Além disso, a norma sugere que para estes casos se realize uma análise experimental ou pelo método dos elementos finitos. Dessa forma, este trabalho busca realizar uma análise do comportamento da pressão de colapso e da pressão de propagação do colapso para diferentes geometrias de endentadores através do uso do método dos elementos finitos. Um modelo numérico representativo foi gerado com o uso de análises explicitas e pelo método de RIKS. Os valores obtidos para cada geometria foram comparados e analisados. Foi possível verificar que dentre os endentadores modelados, o endentador com geometria cúbica gerou as maiores variações de pressão de colapso e de pressão de propagação do colapso. Além disso, quanto maior é o parâmetro ovalidade por endentação, maior é o impacto sobre a pressão de colapso e menor é a razão entre pressão de colapso e pressão de propagação do colapso. Danos com valores de ovalidade por endentação superiores a 35 % já podem iniciar propagação do colapso e a falha total da estrutura.

The collapse and its propagation in subsea pipelines are highly complex phenomena and are addressed in oil and gas exploration line projects. Standards such as DNVGL-ST-F101 assist in the design of these lines, however, their applications are restricted to pipelines with small imperfections, failing to predict the behavior of the collapse and propagation pressure in pipelines subject to major damage, such as those generated by impacts from objects or vessels. In addition, the standard suggests that for these cases an experimental analysis or the finite element method is carried out. Thus, this work seeks to perform an analysis of the behavior of the collapse and propagation pressure for different indenter geometries through the use of the finite element method. A representative numerical model was generated using explicit analyzes and the RIKS method. The values obtained for each geometry were compared and analyzed. It was possible to verify that among the modeled indenters, the indenter with cubic geometry generated the greatest variations in collapse pressure and collapse propagation pressure. Furthermore, the greater the ovality per indentation parameter, the greater the impact on the collapse pressure and the smaller the ratio of collapse pressure to collapse propagation pressure. Damage with indentation ovality values greater than 35% can initiate collapse propagation and complete failure of the structure.