Investigação dos impactos da energização com ar e água em dispositivos de vedação metal-metal na indústria petrolífera

Abstract

Este trabalho investigou os impactos da ativação de dispositivos de vedação metal-metal utilizados na indústria petrolífera em diferentes meios (ar e água). Estes dispositivos são conhecidos como Conjuntos de Vedação Universal (CVU), e o processo de ativação deste é chamado de energização. Neste contexto, realizou-se uma avaliação da influência do meio no processo de energização, nas cargas suportadas durante os ensaios que simulam condições reais de sistema cabeças de poço e nas tensões residuais destas amostras. Para isso, foram realizadas montagens em uma bancada de ensaio, com o intuito de simular condições reais de sistemas de cabeça de poço submarino. Realizou-se a ativação das vedações metal-metal e testes de carregamento. Por fim, foram realizadas análises das tensões residuais destes conjuntos de vedação metálica através da difração de raios X. Os resultados mostraram que amostras energizadas com água demandam uma força 33% maior para completar a energização em comparação às amostras energizadas ao ar, devido à diferença na compressibilidade destes fluidos. A geometria das amostras também influenciou nos resultados de energização, sendo que amostras energizadas na banda inferior dos wickers apresentaram valor de força 30% maior em comparação às amostras energizadas na banda superior. Isso ocorre pelo fato de as amostras energizadas na banda inferior apresentarem maior espessura do anel de energização. No carregamento, a energização com ar resultou em maior capacidade de carga (20%) em relação às amostras energizadas com água, devido ao maior cravamento dos wickers nos CVUs. Em relação à geometria, as amostras energizadas na banda inferior suportaram cargas 8% maiores que as amostras energizadas na banda superior. A análise das tensões residuais revelou que a amostra energizada com água apresentou tensões compressivas 92% maiores que a amostra energizada com ar e que a amostra energizada na banda inferior apresentou tensões residuais compressivas 30% maiores quando comparada à amostra energizada na banda superior.

This work investigated the impacts of activating metal-metal sealing devices used in the oil industry in different environments (air and water). These devices are known as Universal Sealing Assemblies (USAs), and the activation process is referred to as energization. In this context, an evaluation was conducted on the influence of the environment on the energization process, the loads sustained during tests simulating real conditions of wellhead systems, and the residual stresses of these samples. For this purpose, assemblies were set up on a test bench to simulate real conditions of subsea wellhead systems. The metal-metal seals were activated, and loading tests were performed. Finally, analyses of the residual stresses in these metal sealing assemblies were conducted using X-ray diffraction. The results showed that samples energized with water required a force 33% higher to complete energization compared to samples energized in air, due to the difference in compressibility of these fluids. The geometry of the samples also influenced energization results, with samples energized in the lower band of the wickers exhibiting a force value 30% higher compared to samples energized in the upper band. This is attributed to the fact that samples energized in the lower band have a thicker energization ring. In loading tests, energization with air resulted in a higher load-carrying capacity (20%) compared to samples energized with water, due to greater penetration of the wickers into the USAs. Regarding geometry, samples energized in the lower band sustained loads 8% higher than samples energized in the upper band. Analysis of residual stresses revealed that the sample energized with water exhibited compressive stresses 92% higher than the sample energized with air, and the sample energized in the lower band presented compressive residual stresses 30% higher compared to the sample energized in the upper band.