Avaliação das tensões induzidas nos fios da armadura de tração de dutos flexíveis durante a montagem de conector do tipo foldless

Abstract

A produção de petróleo e gás em alto mar é diretamente dependente do comportamento mecânico dos equipamentos que fazem parte dos sistemas de exploração e produção. Desta forma, a garantia de integridade de componentes críticos dessa cadeia de produção é de suma importância. Dentre os equipamentos críticos utilizados, os dutos flexíveis figuram como uma das principais alternativas para o escoamento da produção dos poços para as unidades flutuantes de produção. Estes, ainda, são a principal forma de transporte utilizada na extração de petróleo e gás em alto mar no território brasileiro, águas profundas e ultraprofundas. O acervo de estudos sobre risers, dutos flexíveis que são submetidos a carregamentos cíclicos durante operação, revelam a existência de uma região crítica de falha por fadiga destes equipamentos, a região de suas terminações. Tal criticidade pode ser explicada pela deformação plástica imposta aos fios das armaduras de tração dos dutos durante o processo de terminação destes em acessórios específicos. Baseado nessas condições conhecidas de dano, foram desenvolvidos diversos estudos relacionados e com objetivo em comum, de reduzir os efeitos deletérios oriundos do processo de montagem de conectores. Dentre os trabalhos de maiores relevâncias, o estudo que propôs um novo conceito de conector surgiu com o objetivo de reduzir os danos ocasionados pela deformação plástica por meio da eliminação da etapa de dobramento dos fios do processo de montagem. Seguindo essa linha, o presente trabalho avaliou de forma qualitativa e quantitativa o processo de montagem do conector do tipo foldless. Com duas abordagens, experimental e numérica, foram mapeadas as etapas e possíveis prejuízos a integridade dos fios causados pela manipulação destes (durante o processo de montagem dos conectores em suas extremidades), em diferentes condições. Os resultados obtidos demonstraram que apesar do modelo de conector ter um conceito com foco na melhoria de desempenho à fadiga, o processo de montagem é pouco robusto devido a seu caráter manual e com pouco controle, e por conta dessas limitações de processo a dobra dos fios não é totalmente eliminada. Ainda, o trabalho apresenta condições e melhorias de projeto e processo que convergem para um resultado menos agressivo aos fios das armaduras de tração visando um ganho na vida em fadiga destes equipamentos.

The oil and gas production is directly dependent on advances in the technology of the components that are part of the extraction system. Thus, ensuring the integrity and reducing damage of critical components is of paramount importance. Flexible pipelines, widely used in oil extraction in deep and ultra-deep waters, are critical components subject to losses in useful life rates, mainly because they need termination at their ends for connection with other pipelines or other components of the system. The collection of studies on risers, flexible pipelines that are subjected to cyclic loading during operation, reveal that there is a critical region of failure due to fatigue in these components, a criticality that can be explained by the plastic deformation submitted to the wires of the tensile armor of the pipelines during the process of terminating these in specific fittings, called connectors. Based on these known damage conditions, several related studies were developed with the common objective of reducing the negative effects on risers arising from the connector assembly process. Among the most relevant works, the study that proposed a new connector concept emerged with the objective of eliminating the damage caused by plastic deformation by eliminating the wire bending step of the assembly process. Following this line, the present work seeks to qualitatively evaluate the assembly process of the foldless connector. With two approaches, experimental and numerical, the steps and possible damages to the integrity of the wires caused by their manipulation, under different conditions, were mapped. The result shows that although the connector model has a concept focused on improving fatigue performance, the assembly process is not very robust because it is done manually and without control, and due to these process limitations, the bending of the wires is not completely eliminated. Finally, the work presents conditions and improvements for design and process that converge to a process that is less aggressive to the wires.