00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) CTEC - CENTRO DE TECNOLOGIA Dissertações e Teses defendidas na UFAL - CTEC
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Tipo: Dissertação
Título: Análise numérica da resistência ao colapso em tubulares de revestimento de poços dotados de imperfeições de manufatura e desgaste
Autor(es): Silva, Gustavo Teixeira da
Primeiro Orientador: Lima Junior, Eduardo Toledo de
metadata.dc.contributor.referee1: Lages, Eduardo Nobre
metadata.dc.contributor.referee2: Silva, Emílio César Cavalcante Melo da
Resumo: Sistemas de revestimento de poços de óleo e gás consistem em elementos tubulares instalados ao longo da profundidade, proporcionando estabilidade e estanqueidade, devendo atender às rigorosas premissas de integridade estrutural, principalmente em se tratando de cenários offshore. Diante disto, alguns eventos podem expor o revestimento a elevados diferenciais de pressão, conduzindo o tubular à falha sob pressão externa, denominada colapso. Imperfeições associadas aos processos de fabricação de tubulares de revestimento, tais como excentricidade, ovalização da seção transversal e a tensão residual do aço, podem ter significativa influência no mecanismo de falha por colapso. Além destes, verifica-se a presença do desgaste em poços executados, causado predominantemente pelo contato da coluna de perfuração com a parede interna do revestimento. Em muitos casos, estas imperfeições podem levar à redução considerável da resistência ao colapso, especialmente em tubos de parede delgada, cujo mecanismo de falha está associado à instabilidade geométrica provocada pela elevada esbeltez transversal. Já os tubos de seção robusta, estes tendem a falhar sob níveis de tensão próximos ao limite de escoamento ou limite de resistência à tração do material. Este trabalho apresenta uma análise numérica da perda de resistência ao colapso de tubulares imperfeitos e desgastados internamente, admitindo-se o estado plano de deformação, em regime física e geometricamente não linear. O método dos elementos finitos é empregado na análise e verificação da pressão de colapso dos tubos, com o uso do software ABAQUS®. O comportamento mecânico do aço é descrito pelo modelo constitutivo elastoplástico com endurecimento não linear fornecido pelo código ASME BPVC (2015). A validação dos modelos de elementos finitos é realizada com base nas respostas obtidas pelas formulações e resultados experimentais propostos por Clinedinst et al. (1939), Klever e Tamano (2006) e Moreira Junior (2012), para tubos perfeitos ou com imperfeições de manufatura e desgaste. A consideração do desgaste interno é feita pela remoção de material da seção em zonas com forma de canaleta (groove wear) ou ainda por dados obtidos de perfilagem, baseados em medições reais da parede interna de revestimentos. Apresentam-se estudos paramétricos para avaliação da influência dos parâmetros de esbeltez, desgaste e imperfeições na pressão resistente de colapso dos tubulares. Diante dos resultados deste trabalho constata-se que a presença de imperfeições de manufatura, a depender de seus níveis, promove perdas consideráveis de resistência ao colapso, sendo a ovalização a que provoca efeitos mais pronunciados. Quanto aos espécimes desgastados, nota-se a influência da profundidade do desgaste, dos diâmetros das tool joints que produzem as canaletas e suas referidas posições angulares, enquanto que para tubulares perfilados, verifica-se que além da profundidade do desgaste a sua extensão ao longo da parede interna pode implicar na diminuição significativa das pressões de colapso.
Abstract: Casing systems for oil and gas wells consist of tubular elements installed along the depth, providing stability and tightness, and must meet the strict premises of structural integrity, especially in the case of offshore scenarios. Given this, some events may expose the casing to high differentials. pressure, leading the tubular to failure under external pressure, called collapse. Imperfections associated with casing tubular manufacturing processes, such as eccentricity, ovality of the cross section, and the residual stress of the steel, can have a significant influence on the failure mechanism by collapse. In addition to these, there is the presence of wear in wells performed, caused predominantly by the contact of the drilling column with the inner wall of the casing. In many cases, these imperfections can lead to a considerable reduction in the collapse strength, especially in thin-walled tubes, whose failure mechanism is associated with geometric instability caused by high transverse slenderness. Robust section tubes tend to fail under stress levels near to the yield limit or material tensile strength limit. This work presents a numerical analysis of the collapse strength of imperfect and internally worn tubulars, admitting the deformation plane state, in a physically and geometrically nonlinear regime. The finite element method is used in the analysis and verification of the collapse pressure of the tubes, as used by ABAQUS® software. The mechanical behavior of steel is described by the constitutive elastoplastic model with nonlinear hardening provided by the ASME BPVC (2015). Evaluation of finite element models is performed based on the responses obtained by the formulations and experimental results proposed by Clinedinst et al. (1939), Klever e Tamano (2006), and Moreira Junior (2012), for perfect tubes or with manufacturing and wear imperfections. The consideration of internal wear is made by removing material from the section in groove wear zones or by data obtained from profiling, based on real measurements of the internal wall of the casing. Parametric studies are presented to assess the influence of slenderness, wear, and imperfection parameters on the collapse strength. From the results obtained, it appears that the presence of manufacturing imperfections, depending on their levels, promotes considerable reduction of collapse strength, the most pronounced of which being ovality. Regarding the worn specimens, it is noted the influence of parameters such as wear depth, diameter of the tool joint that produces the groove, and their angular positions. In the case of profiled tubulars, it is verified that in addition to the depth of wear, its extension along the inner wall can imply a considerable decrease in collapse pressure.
Palavras-chave: Poços de petróleo - Tubulação – Revestimentos
Manufatura de tubos revestidos
Integridade estrutural
Casing collapse
Manufacturing imperfections
Wear
Instability
Finite element method
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
Citação: SILVA, Gustavo Teixeira da. Análise numérica da resistência ao colapso em tubulares de revestimento de poços dotados de imperfeições de manufatura e desgaste. 2023. 122 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Centro de Tecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2020.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/10833
Data do documento: 22-dez-2020
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