INTEGRISPAN


Descrição do projeto

Título: Ferramenta Numérica Customizada (IntegriSpan) para Análise e Validação Experimental de Fadiga em Dutos Rígidos com Vãos-Livres Submetidos a VIV.
Coordenação: Eduardo Setton Sampaio da Silveira – Professor do magistério superior;
Currículo Lattes: http://lattes.cnpq.br/9693173807382512
Dados gerais:
Tipo de investimento: Pesquisa aplicada
Financiador: Petróleo Brasileiro SA – PETROBRAS
Área tecnológica: Dutos e risers
Linha de pesquisa: Geomecânica computacional
Vigência: 11/12/2017 – 07/02/2022

Motivação:

Objetivo geral:

Essa pesquisa tem por objetivo aumentar o conhecimento do complexo fenômeno de vibrações induzidas por  vórtices em dutos rígidos submarinos com vãos-livres utilizando ferramenta numérica customizada com interface gráfica a ser desenvolvida (IntegriSpan) e sua validação através de retroanálise de resultados de monitoramento em escala real de vãos-livres.

Objetivos específicos:

  • Desenvolver ferramenta numérica de elementos finitos customizada com interface gráfica para análise do comportamento estrutural de fadiga em dutos com vãos-livres considerando o efeito de VIV (IntegriSpan);
  • Definir as variáveis mais significativas em relação ao efeito de fadiga provocada pelo fenômeno de vibrações induzidas por vórtices em dutos rígidos através de software comercial Abaqus e da planilha de cálculo da
  • DNV Fatfree (relacionada ao monitoramento em escala real);
  • Definir os parâmetros e valores relevantes (comprimento vão-livre, frequência/modo de vibração, amplitude de vibração x velocidade reduzida, interação solo-duto, influência parâmetros hidrodinâmicos, etc.) para o rograma de monitoramento em escala real;
  • Validar a ferramenta numérica customizada (IntegriSpan) através de retroanálise dos resultados obtidos via monitoramento em escala real;
  • Integrar o software customizado IntegriSpan com a ferramenta de integridade estrutural global de dutos rígidos IntegriDutos;
  • Desenvolver a versão 1.0 de um Sistema Especialista construído com base em superfícies de respostas de diversos casos simulados correlacionados ao tema em questão.

Justificativas:

Ao longo das últimas décadas, à medida que novos campos de petróleo e gás foram descobertos em águas profundas e distantes da costa, surgiu a necessidade de aplicação sistemas de coleta e exportação submarinos utilizando dutos rígidos submarinos cada vez mais extensos, e consequentemente com maior propensão à ocorrência de vãos-livres induzidos por irregularidades do piso marinho. Nesse contexto, um melhor conhecimento do complexo fenômeno de vibrações induzidas por desprendimento de vórtices (VIV) torna se cada vez mais relevante, tanto na fase de projeto, quanto no gerenciamento de integridade de dutos rígidos submarinos. Deste modo, um melhor entendimento do complexo fenômeno de vibrações induzidas por desprendimento de vórtices (VIV) em estruturas submarinas esbeltas tem grande importância no cenário dos sistemas submarinos. Atualmente, existem diversos sistemas submarinos em operação nas Bacias de Campos e Espírito Santo que estão no final ou já ultrapassaram a metade de sua vida de projeto, o que torna a presente pesquisa ainda mais relevante para a reavaliação de integridade e extensão de vida operacional com critérios de cálculo validados. Nesse contexto, destaca-se a importância do desenvolvimento dessa pesquisa e desenvolvimento proposto, que por meio da identificação das principais características do fenômeno de formação de vórtices em dutos rígidos submarinos com vão-livres, propõe  desenvolver Ferramenta customizada/Template de avaliação validada por um extenso programa de monitoramento em escala real. Os estudos conduzidos nessa pesquisa irão focar esforços em duas estratégias:

  • Representação detalhada do comportamento estrutural duto-solo considerando não linearidades e sequência de carregamentos envolvidos;
  • Estudo do modelo hidrodinâmico de VIV via comparação dos resultados do monitoramento em escala real com a guideline DNV RP-F105 amplamente utilizada pela comunidade técnica de dutos submarinos.

Resultados esperados:

  • Conhecimento produzido:
  • Estudo e validação de metodologia preconizada pela DNV RP-F105 para análise de projetoe integridade de vãos-livres devido á fadiga por VIV;
  • Relatórios contendo estudos detalhados de casos pilotos com estudos do fenômeno de fadiga induzido pelo fenômeno de vibrações induzidas por vórtices (VIV), onde serão analisadas as principais variáveis de interesse e faixas de ocorrência;
  • Suporte na definição dos vãos a serem monitorados e avaliação de resultados do monitoramento em escala real de VIV em dutos.
  • Produtos:
  • Ferramenta numérica customizada com interface gráfica (IntegriSpan), para avaliação de fadiga por VIV em dutos rígidos com vãos-livres com manual teórico, tutorial e arquivos fonte;
  • Versão 1.0 do Sistema Especialista baseado em superfícies de respostas dos casos simulados.
  • Métodos:
  • Integração da ferramenta de análise de vãos-livres IntegriSpan com a ferramenta de integridade global de dutos rígidos IntegriDutos.

Benefícios do projeto:

Um melhor entendimento e validação experimental do comportamento dinâmico de dutos rígidos submarinos devido ao fenômeno de VIV trará benefícios tangíveis como:

  • Aplicação de metodologia de cálculo de VIV calibrada para vãos-livres e possibilidade de otimização do número de calçamentos nos vãos-livres durante a fase de projeto;
  • Avaliação mais realista de vida a fadiga residual de dutos em fim de vida operacional;
  • Padronização dos cálculos de VIV em vãos-livres através de Ferramenta numérica customizada com interface gráfica (Template) com metodologia, propriedades e parâmetros calibrados;
  • Otimização do tempo de análise através de Ferramenta customizada/Template com interface gráfica amigável e preparada para receber dados de solo, batimetria, etc. em formato padronizado de inspeções submarinas.