Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://hdl.handle.net/11422/23179
Tipo: Tese
Título: Application of fracture criteria to the simulation of BOP ram shearing
Autor(es)/Inventor(es): Zhu, Lei
Orientador: Estefen, Segen Farid
Coorientador: Souza, Marcelo Igor Lourenço
Resumo: O Blowout Preventor (BOP) submarino é de grande importância para a segurança de operações offshore de perfuração de poços de petróleo e gás. O ram de cisalhamento BOP fornece a última defesa para proteção contra explosão. Uma abordagem comum para avaliar a capacidade de cisalhamento da ram BOP é a técnica de elementos finitos, mas a precisão ainda é um desafio devido à dificuldade de selecionar e aplicar um critério de fratura adequado. O objetivo desta tese é fornecer uma abordagem completa para a aplicação de critérios de fratura para a simulação de cisalhamento de BOP. Os seguintes critérios de fratura, CrashFEM, Johnson-Cook e Mohr-Coulomb Modificado, são aplicados e os resultados obtidos são comparados. Os dados experimentais do TRIP 690 são usados para derivar os parâmetros de fratura para todos os critérios, e uma abordagem de calibração modificada, especificamente para o critério CrashFEM, é proposta com base em um teste de tração padrão do material do tubo de perfuração S135, permitindo assim a aplicação prática do critério de fratura fornecido. Para verificar o modelo numérico combinado com o critério de fratura, é conduzido um experimento de cisalhamento em larga escala do BOP. Modelos numéricos confiáveis com malha refinada são construídos de acordo com as condição de carga e contorno do experimento. A curva de pressão de cisalhamento é primeiramente comparada com a curva de pressão simulada. O resultado mostra que a correlação entre resultados numéricos e experimentais é consistente. Um estudo de caso é realizado para investigar a eficiência de cisalhamento para diferentes lâminas de ram. O modelo proposto é aplicado com sucesso para analisar a eficiência de cisalhamento de cada desenho de ram.
Resumo: A subsea blowout preventer (BOP) stack is of great importance for the safety of offshore oil and gas drilling operations. The shear ram BOP provides the last defense for blowout protection. Fail to cut the drill pipe or isolate the well may induce disaster damage on humans and facilities, as it happened in the case of the Macondo accident. A common approach to help to evaluate the shear capacity of the BOP ram is the finite element technique, but the accuracy is still a challenge due to the difficulty of selecting and applying a proper fracture criterion. The objective of this thesis is to provide a thorough approach to apply fracture criteria for the simulation of BOP ram shearing. The following fracture criteria, CrashFEM, Johnson-Cook, and Modified Mohr-Coulomb, are applied, and the obtained results are compared. The TRIP 690 experimental data are used to derive the fracture parameters for all criteria, and a modified calibration approach, specifically for CrashFEM criterion, is proposed based on a standard tensile test of S135 drill pipe material, thus enabling the practical application of provided fracture criterion. To verify the numerical model combined with the fracture criterion, a full-scale BOP ram shearing experiment is conducted. Reliable numerical models with refined mesh are built according to the loading and boundary conditions in the experiment. The shearing pressure curve is firstly compared with the simulated pressure curve. The result shows that the correlation between numerical and experimental results is consistent. A case study is conducted to investigate the shear efficiency for different ram blades. The proposed model is successfully applied to analyze the shear efficiency of each ram design.
Palavras-chave: Dispositivo de prevenção de explosão
Simulação de cisalhamento de carneiro
Critérios de fratura
Assunto CNPq: Engenharia Oceânica
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica
Unidade produtora: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Editora: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Data de publicação: Jul-2020
País de publicação: Brasil
Idioma da publicação: eng
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:Engenharia Oceânica

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