Avaliação numérica e experimental de tensões residuais na montagem de conectores de dutos flexíveis

Abstract

A gestão da integridade estrutural de dutos flexíveis é fundamental para o avanço da exploração de petróleo e gás em águas profundas e ultraprofundas. Tais dutos possuem uma estrutura complexa composta de várias camadas concêntricas sobrepostas formadas por fios de aço enrolados lado a lado, com função estrutural, e camadas poliméricas extrudadas para garantir a vedação. Para permitir a interligação destes dutos, em suas extremidades, são instalados conectores, os quais, em sua configuração convencional, incluem, durante a montagem, uma etapa de dobramento e posterior retorno dos fios da armadura de tração. Essa mudança de geometria ocorre em uma seção sujeita a grandes esforços, sendo um dos principais pontos de falha deste tipo de acessório, tendo causado, inclusive, falhas em campo. Para melhor predizer a vida do duto, é importante o estudo desse processo, bem como determinar as tensões residuais presentes no fio de aço da armadura de tração. O objetivo deste trabalho foi investigar o processo de montagem dos conectores a partir de uma abordagem numérica e experimental para o efeito do raio de dobramento sobre as tensões residuais e raio de dobramento residual de fios de tração em dutos flexíveis, sendo que foram avaliados diferentes gabaritos de dobramento. Os resultados mostraram que há uma variação considerável nas tensões residuais em função das condições de dobramento dos fios, sendo que, com aumento do raio do gabarito, ocorre uma redução importante na magnitude destas tensões, e aumento do raio residual.

The management of structural integrity of flexible pipes is critical to advance oil and gas exploration in deep water. These pipes have a complex structure composed of several overlapping concentric layers formed by side-by-side coiled steel wires, with structural function, and extruded polymeric layers, to ensure seal. To allow interconnection of these pipes, at their ends, connectors are installed, which, in a conventional configuration during assembly including a folding step and subsequent return of tensile armor wires. This change of geometry occurs in a section subjected to great efforts, being one of the main points of failure of this type of accessory, having even caused, field failures. To better predict the life of pipe, is important to study this process, and to know the residual stresses present in steel wire of the tensile armor layer. The objective of this work was to investigate the process of assembling the connectors from a numerical and experimental approach to the effect of the bending radius on residual stresses and residual bending radius of tensile wires in flexible pipes, with different folding collars being evaluated. The results showed that there is a considerable change in the residual stresses, where, with an increase in the radius of the collar, there was reduction of residual stress, and increase of residual radius.