00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) CTEC - CENTRO DE TECNOLOGIA TRABALHOS DE CONCLUSÃO DE CURSO (TCC) - GRADUAÇÃO - CTEC Trabalhos de Conclusão de Curso (TCC) - Bacharelado - ENGENHARIA CIVIL - CTEC
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Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso
Título: Modelagem axissimétrica de conexões de colunas de perfuração submetidas à tração e torque de instalação
Autor(es): Moreira, Débora Santos
Primeiro Orientador: Lima Junior, Eduardo Toledo de
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Valença, Jéssica Pontes de Vasconcelos
metadata.dc.contributor.referee1: Gouveia, Lucas Pereira de
metadata.dc.contributor.referee2: Silva, Gustavo Teixeira da
Resumo: Petróleo e gás estão frequentemente localizados em grandes profundidades, exigindo colunas de perfuração extensas unidas por conexões robustas. Essas conexões são submetidas a intensos e complexos carregamentos, estando propensas ao surgimento de pontos de fragilidade mecânica, especialmente nas roscas de conexões do tipo rotary shouldered. Um aspecto fundamental para o desempenho das conexões é o torque por aperto, responsável por garantir o aperto adequado entre os componentes. Além disso, a robustez dos elementos, muitas vezes fabricados em aço, demanda estudos que avaliem seus limites operacionais, especialmente em relação ao máximo carregamento que a conexão pode desenvolver em condições de operação, sem que toda a seção transversal onde se desenvolvem as maiores tensões não exceda por completo o limite de escoamento do aço. Nesse contexto, o presente trabalho propõe aplicar o Método dos Elementos Finitos para analisar a distribuição de tensão em uma conexão submetida a pré-carregamento de torque por aperto e carga axial de tração. A metodologia é dividida em três etapas principais: pré-processamento, processamento e pós-processamento. Na primeira etapa, realiza-se a modelagem da conexão rosqueada conforme as normas da API (American Petroleum Institute), atribuindo propriedades do material, aplicando o ajuste de interferência inicial, definindo as condições de contorno, os carregamentos, e gerando a malha no ABAQUS®. A segunda etapa envolve o processamento dos dados no software, possibilitando o acesso às variáveis de saída e sua visualização gráfica. Na terceira etapa, os dados são interpretados e o Fator de Concentração de Tensão é calculado para identificar o local dos maiores níveis de concentração de tensões na conexão. Os resultados mostram que a modelagem via ABAQUS® possibilita a visualização do problema e a distribuição das tensões equivalentes de von Mises ao longo da seção axissimétrica da conexão. Observa-se que os maiores níveis de concentração de tensões ocorrem na raiz do primeiro filete de rosca engatado do pino, o que está em concordância com os estudos utilizados como referência da literatura. Em relação à resposta do aço empregado, é possível identificar a tensão máxima que a conexão pode desenvolver sem exceder o limite de escoamento, o que se constitui como um critério de projeto importante.
Abstract: Oil and gas are often located at great depths, requiring extensive drill strings joined by robust connections. These connections are subjected to intense and complex loads, making them prone to mechanical weak points, particularly in the threads of rotary-shouldered connections. A fundamental aspect of connection performance is the make-up torque, which ensures proper tightening between components. Additionally, the robustness of these elements, often made of steel, necessitates studies to assess their operational limits, particularly concerning the maximum load the connection can withstand under operating conditions without the cross-sectional area experiencing maximum stress exceeding the steel's yield strength. In this context, the present study proposes using the Finite Element Method (FEM) to analyze the stress distribution in a connection subjected to make-up torque preloading and axial tensile load. The methodology is divided into three main stages: pre-processing, processing, and post-processing. In the first stage, the threaded connection is modeled according to the standards of the API (American Petroleum Institute), assigning material properties, applying initial interference fit, defining boundary conditions and loads, and generating the mesh in ABAQUS®. The second stage involves processing the data in the software, enabling access to output variables and their graphical visualization. In the third stage, the data are interpreted, and the Stress Concentration Factor (SCF) is calculated to identify the location of the highest stress concentration levels in the connection. The results demonstrate that modeling in ABAQUS® allows for a detailed visualization of the problem and the distribution of von Mises equivalent stresses along the axisymmetric section of the connection. It is observed that the highest stress concentration levels occur at the root of the first engaged thread of the pin, aligning with findings from reference studies in the literature. Regarding the response of the steel used, it is possible to determine the maximum stress the connection can develop without exceeding the yield strength, establishing an important design criterion.
Palavras-chave: Modelagem axissimétrica
Análise estrutural
Torque
Coluna de Perfuração
Método dos Elementos Finitos
Axisymmetric modeling
Structural analysis (Engineering)
Drilling Column
Finite Element Method
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.department: Curso de Engenharia Civil - Bacharelado
Citação: MOREIRA, Débora Santos. Modelagem axissimétrica de conexões de colunas de perfuração submetidas à tração e torque de instalação. 2025. 59 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Civil) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2024.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/16406
Data do documento: 25-nov-2024
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