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Type: Dissertação
Title: Método da redução de dimensão univariada aplicado na análise de fadiga de estruturas de cabeças de poços de petróleo considerando o efeito simultâneo de ondas de mar local e de swell
Author(s)/Inventor(s): Ruschel, Augusto
Advisor: Sagrilo, Luis Volnei Sudati
Co-advisor: Sousa, Fernando Jorge Mendes de
Abstract: Devido à observação de movimentos dinâmicos em estruturas de cabeça do poço durante operações de perfuração, a fadiga destes elementos estruturais tornou-se uma grande preocupação para a indústria do petróleo. Uma das causas mais importantes é a ação das ondas na unidade flutuante à qual o riser está conectado. As ondas podem ser classificadas a partir de sua origem. As ondas de mar local são as geradas pelo vento local. Já as ondas de swell são aquelas geradas em uma localização distante e que alcançam a região de interesse. Não é comum lidar com esses dois tipos de ondas de forma independente e simultânea em uma análise de fadiga tradicional, principalmente devido ao alto custo computacional associado à modelagem adequada de ambas as fontes de onda. Assim, este trabalho propõe o uso do Método de Redução de Dimensão Univariada (UDRM) para calcular o dano à fadiga em estruturas de cabeça de poço considerando os efeitos de ondas de mar local e de swell. A principal vantagem deste procedimento é que ele reduz drasticamente o número de simulações numéricas do sistema estrutural exigidas na avaliação de fadiga. A metodologia foi aplicada a dois estudos de caso considerando as condições ambientais da costa brasileira. A precisão dos resultados e a eficiência do UDRM foram comparadas aos obtidos por meio de uma abordagem baseada na Simulação Monte Carlo. Os resultados da comparação indicam que o UDRM é uma alternativa viável para a avaliação da vida em fadiga de estruturas offshore sujeitas a mares bimodais, com significativa redução dos custos computacionais das análises.
Abstract: Due to the observation of dynamic motions in wellhead structures during drilling operations, wellhead fatigue became a major concern for the oil industry. One of the most important causes is the wave action on the floating unit to which the riser is connected. Waves can be classified from their origin. The local sea waves are those generated by the local wind. Swell waves are those generated in a distant location that reach the region of interest. It is not common to deal with these two types of waves independently and simultaneously in a traditional fatigue analysis, mainly due to the high computational cost associated with the adequate modeling of both wave sources. Thus, this work proposes the use of the Univariate Dimension Reduction Method (UDRM) to calculate the fatigue damage in wellhead structures considering the effects of wind-sea and swell waves. The main advantage of this procedure is that it drastically reduces the number of numerical simulations of the structural system required in the assessment of fatigue. The methodology is applied to two case studies considering the environmental conditions of the Brazilian coast. The results and efficiency of the UDRM are compared to those obtained through an approach based on the Monte Carlo Simulation. The comparison’s results indicate UDRM is a feasible alternative for calculating the fatigue lives of offshore wellhead structures subjected to sea and swell waves, reducing substantially the computational costs of the required analyses.
Keywords: Fadiga estrutural
Estruturas offshore
Cabeça de poço
Ondas de mar
Swell
Simulação de Monte Carl
Redução de dimensão univariada
Structural fatigue
Offshore structures
Wellhead
Sea waves
Swell waves
Monte Carlo simulation
Univariate dimension reduction
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURAS::MECANICA DAS ESTRUTURAS
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Apr-2021
Publisher country: Brasil
Language: por
Right access: Acesso Aberto
Citation: RUSCHEL, Augusto. Método da redução de dimensão univariada aplicado na análise de fadiga de estruturas de cabeças de poços de petróleo considerando o efeito simultâneo de ondas de mar local e de swell. 2021. 86 f. Dissertação (Mestrado) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021.
Appears in Collections:Engenharia Civil

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