Avaliação de desempenho em fadiga de fios de armadura de tração de dutos flexíveis com defeitos induzidos artificialmente

Abstract

Na produção e extração de petróleo e gás em ambientes marinhos, diversos componentes e sistemas são utilizados, dentre eles, dutos flexíveis dinâmicos, responsáveis pelo transporte de fluidos do poço à unidade de produção. Por estarem expostos a solicitações mecânicas oscilantes e ambientes corrosivos, é importante avaliar o desempenho em fadiga dos componentes dos dutos flexíveis quando há indícios de corrosão em suas superfícies. Sobretudo, os fios de aço que suportam as cargas mecânicas de operação em um riser, costumam ser componentes vulneráveis a falhas decorrentes da ação combinada de corrosão e solicitações oscilantes. O presente trabalho tem por objetivo avaliar o efeito de pites de corrosão, caracterizados por suas dimensões, quantidades e localização, na vida em fadiga de fios de tração de dutos flexíveis. Para que fosse possível correlacionar os parâmetros dos pites com o desempenho em fadiga, o processo de eletroerosão foi utilizado, permitindo um controle maior sobre o desenvolvimento de pites em comparação com a corrosão natural. O método de Taguchi foi utilizado para reduzir o número total de combinações de parâmetros a serem ensaiados e determinar os efeitos de cada parâmetro no desempenho em fadiga. Alguns pites produzidos por eletroerosão não possuíam as dimensões determinadas, em especial, os pites de menor diâmetro e maior profundidade. Foram realizados ensaios de fadiga em amostras de fios da armadura de tração para determinar o número de ciclos até a falha em patamares de carga pré-definidos. Os resultados dos ensaios de fadiga das amostras corroídas por eletroerosão sugerem um efeito mais significativo dos diâmetros dos pites na redução do desempenho em fadiga, comparando com os parâmetros controlados de profundidade, quantidade, localização e razão de aspecto. A redução do número de ciclos máxima ficou em torno de 73%, para pites de maior diâmetro, localizados na face plana do corpo de prova, e a redução mínima, em torno de 40%, para pites de menor diâmetro, localizados na aresta do corpo de prova.

In the extraction and production of oil and gas in sea environments, multiple components and systems are used, among them, flexible dynamic pipes, responsible for the transport of fluids. Because they are exposed to mechanical stress and corrosive conditions, it is important to assess the fatigue performance of the flexible pipe’s components when there are signs of corrosion on their surfaces. Especially, the steel wires that bear the mechanical load during a riser’s operation, are often vulnerable components to failure derived from the combination of corrosion and oscillating loads. The present work has the objective to assess the effects of corrosion pits, characterized by their dimensions, quantities and location, in the fatigue life of flexible pipes’ tension wires. To make possible the correlation of the pits’ parameters with their fatigue performance, the electrical discharge machining process was used, allowing a greater control of pits’ development when compared to natural corrosion. The Taguchi method was employed to reduce the total amount of parameter combinations to be tested and to ascertain the effects of each parameter in the fatigue performance. Some pits obtained by electrical discharge machining didn’t have the determined dimensions, especially the narrower and deeper pits. Fatigue tests were conducted in tensile armor wire specimens to assess the number of cycles to failure at pre-defined load levels. The fatigue testing results of electrical discharge machining corroded specimens suggest a more significant effect of the pits’ diameter in reducing the fatigue performance, when compared to the controlled parameters of depth, quantity, location and aspect ratio. The maximum cycles reduction was around 73%, for wider pits, located in the planar face of the specimen, and the minimum reduction, around 40%, for narrower pits, located at the edge of the specimen.