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http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/14159
Tipo: | Tese |
Título: | Resistência residual ao colapso de tubos danificados: uma abordagem baseada em dados de inspeção e modelagem numérica |
Título(s) alternativo(s): | Residual collapse strength of damaged tubes: a data-driven inspection and numerical modeling approach |
Autor(es): | Gouveia, Lucas Pereira de |
Primeiro Orientador: | Lima Junior, Eduardo Toledo de |
metadata.dc.contributor.referee1: | Santos, João Paulo Lima |
metadata.dc.contributor.referee2: | Lira, William Wagner Matos |
metadata.dc.contributor.referee3: | Souza, Charlton Okama de |
metadata.dc.contributor.referee4: | etto, Theodoro Antoun |
Resumo: | O objetivo deste trabalho é contribuir com uma avaliação robusta da integridade estrutural de tubulares em ambiente de alta complexidade e risco, como é o caso da região do pré-sal brasileiro. Mais especificamente, propõe-se uma metodologia de estimativa de resistência residual de tubos danificados por desgaste e/ou corrosão em poços de petróleo, integrando a inspeção geométrica dos elementos e modelagem numérica. Apresenta-se, ainda, uma abordagem probabilística para o problema, onde a confiabilidade estrutural é aplicada visando estimar a probabilidade falha do tubo danificado. Colunas de revestimento e de produção/injeção são importantes elementos de barreira de segurança, desempenhando funções estruturais cruciais e isolando poço e formação para evitar fluxo de fluido indesejado. O desgaste e a corrosão nesses tubulares ocorrem durante diferentes operações ao longo de seu ciclo de vida, sendo considerados de forma conservadora na fase de projeto, de modo a evitar situações de perda de integridade. No entanto, há muita incerteza nessas previsões. Equipamentos modernos de inspeção disponíveis no mercado, como ferramentas de perfilagem ultrassônica e eletromagnética, têm permitido avaliar o estado real dos tubos em serviço. O raio do tubo, a espessura e a perda de massa são os parâmetros medidos ao longo das colunas do poço. A interpretação adequada desses dados permite identificar os danos nos tubos e ainda quantificar as correspondentes severidades. Na metodologia aplicada, desenvolve-se um algoritmo para identificar danos em tubos com base em dados de inspeção e na premissa de que o tubo intacto é modelado adequadamente como uma elipse distorcida. A resistência residual ao colapso dos tubos é estimada utilizando-se uma modelagem bidimensional não linear através do Método dos Elementos Finitos, com o propósito de representar geometricamente os múltiplos danos mapeados. Na etapa final, aplica-se uma análise probabilística adotando-se como variáveis aleatórias alguns parâmetros geométricos e mecânicos dos tubos, inclusive relacionados à configuração do dano, como sua profundidade máxima e posição. Os resultados alcançados permitem concluir que a configuração geométrica inicial do tubo danificado pode levar a variações significativas na resistência residual, para diferentes parâmetros de dano, como profundidade, raio, posição e distribuição. Vale ressaltar que os modelos analíticos encontrados na literatura consideram esses fatores de forma parcial, mas não em sua totalidade. Desenvolve-se um estudo de caso com dados reais de inspeção por ultrassom para demonstrar a aplicação da metodologia proposta, comparando-se os resultados com valores de referência. Por fim, no estudo probabilístico avalia-se o aumento da probabilidade de falha decorrente do dano, associando os parâmetros de maior influência no resultado. O estudo proposto ampara um entendimento mais realista da condição dos elementos tubulares danificados em poços de petróleo. |
Abstract: | This work aims to contribute to the robust assessment of the structural integrity of tubulars in high-complexity and high-risk environments, such as the Brazilian pre-salt region. More specifically, a methodology is proposed for estimating the residual strength of tubes damaged by wear and/or corrosion in oil and gas wells, integrating geometric inspection of elements and numerical modelling. Additionally, a probabilistic approach to the problem is presented, where structural reliability is applied to estimate the failure probability of the damaged tube. Casing and production/injection columns are important safety barrier elements, providing structural stability and tightness, isolating the well and formation to prevent unwanted fluid flow. Wear and corrosion in these tubulars occur during different operations throughout their lifecycle and are conservatively considered in the design phase to avoid integrity loss events. However, there is considerable uncertainty in these predictions. Modern inspection technologies, such as ultrasonic and electromagnetic profiling tools, have enabled the assessment of the actual state of tubes in service. Tube radius, thickness, and mass loss are parameters measured along the well columns. Proper interpretation of this data allows for the identification and quantification of tube damage severity. In the applied methodology, an algorithm is developed to identify tube damage based on inspection data and the premise that the intact tube is appropriately modelled as a distorted ellipse. The residual collapse strength of the tubes is estimated using a two-dimensional nonlinear model with the Finite Element Method. In the final step, a probabilistic analysis is applied considering geometric and material parameters as random variables, including damage configuration parameters, such as maximum depth and position. The results obtained indicate that the initial geometric configuration of the damaged tube can result in significant variations in residual strengths for different damage parameters, such as depth, radius, position, and distribution. It is noteworthy that analytical models found in the literature consider these factors partially but not in their entirety. A case study is conducted using real ultrasonic inspection data to demonstrate the application of the proposed methodology, comparing the results with reference values. Finally, the probabilistic study evaluates the increase in failure probability due to damage, associating the parameters of greatest influence on the result. The proposed study supports a more realistic understanding of the condition of damaged tubular elements in oil wells. |
Palavras-chave: | Integridade de poços Colapso de tubulares Perfilagem a poço aberto Confiabilidade estrutural Well integrity Tubular collapse Instability Well logging Structural reliability |
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: | GOUVEIA, Lucas Pereira de. Resistência residual ao colapso de tubos danificados: uma abordagem baseada em dados de inspeção e modelagem numérica. 2024. 152 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) – Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil, Centro de Tecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2023. |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/14159 |
Data do documento: | 20-out-2023 |
Aparece nas coleções: | Dissertações e Teses defendidas na UFAL - CTEC |
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