MPM


Descrição do projeto

Título: Modelagem numérica de interação duto-escorregamentos submarinos através do método dos pontos materiais – MPM.
Coordenação: Adeildo Soares Ramos Júnior – Professor do magistério superior;
Currículo Lattes: http://lattes.cnpq.br/3156454754179977
Dados gerais:
Tipo de investimento: Pesquisa básica
Financiador: Petróleo Brasileiro SA – PETROBRAS
Área tecnológica: Engenharia oceânica
Linha de pesquisa: Geomecânica computacional
Vigência: 16/11/2017 – 13/01/2021

Motivação:

Objetivo geral:

Essa pesquisa tem por objetivo a modelagem computacional de escorregamentos submarinos e a análise dos decorrentes impactos nas estruturas offshore adjacentes. Considerando que na exploração offshore são instalados diversos equipamentos no leito marinho e que este mesmo leito é constituído de relevo irregular, propícios a escorregamentos, a modelagem desses fenômenos e seus efeitos sobre as estruturas e equipamentos existentes irão permitir um conhecimento mais preciso dos riscos existentes.

Objetivos específicos:

  • Desenvolver formulação matemática associada ao Método dos Pontos Materiais (MPM);
  • Desenvolver um simulador computacional que contemple a formulação do MPM adotada;
  • Verificar a implementação computacional com base em dados sintéticos;
  • Validar simulações com base em resultados experimentais

Justificativas:

Escorregamentos de massa são riscos potenciais a patrimônios, como por exemplo linhas de dutos subaquáticas e cabos de comunicação. Comuns em ambientes aquáticos e terrestres são normalmente causados por ações sísmicas e periódicas ou por aumentos substanciais na inclinação de taludes, no caso aquático, ou por chuvas torrenciais, no caso terrestre. Além de danos patrimoniais, escorregamentos são riscos à segurança pública quando causam tsunamis ou soterramentos em regiões habitadas. Escorregamentos submarinos, além de suas implicações na engenharia e na segurança, possuem grande importância geológica. O desenvolvimento de técnicas de perfuração offshore pela indústria de petróleo aumentou o interesse no estudo de escorregamentos submarinos. Sistemas de depósito submarino, comumente chamados de cicatrizes submarinas, são sistemas complexos formados por depósitos de correntes turbidíticas. Enquanto várias dessas cicatrizes são geradas predominantemente pelas correntes turbidíticas, ao menos algumas delas são formadas inteiramente por combinações de vários depósitos de detritos submarinos. Visando enriquecer a compreensão do comportamento de escorregamentos submarinos, simulações numéricas são propostas como ferramentas de auxílio. O Método dos Pontos Materiais (MPM) é um método numérico que discretiza um corpo contínuo em um número finito de pontos materiais. Para obter a evolução das características mecânicas esse método utiliza uma malha fixa, onde a equação de conservação de momentos é avaliada. Desta forma o MPM consegue evitar as dificuldades tanto das formulações Eulerianas como das Lagrangeanas, não possui o termo convectivo na equação de conservação de momento e não apresenta o problema de distorção de malha, que ocorre em sistemas de grandes deformações, inerente a elementos finitos. Isto faz do MPM um método com grande potencial para simular escorregamentos submarinos.

Resultados esperados:

  • Conhecimento produzido:
  • Formulação matemática e modelagem computacional do MPM utilizando modelos fisicamente e geometricamente não lineares para simulação de escorregamentos submarinos;
  • Ferramentas de pós-processamento encarregadas de extrair as informações geradas pelo módulo computacional;
  • Ferramentas de pré-processamento para a geração de modelos numéricos do MPM;
  • Recursos computacionais e desenvolvimentos científicos e tecnológicos gerados para realização de pesquisas de interesse;
  • Exemplos para estudo das formulações e implementações, buscando validar através de modelos simplificados;
  • Estudos paramétricos das variáveis envolvidas nos modelos numéricos;
  • Produtos:
  • Sistema computacional para modelagem de escorregamentos submarinos utilizando as formulações e módulos computacionais desenvolvidos nos itens anteriores;
  • A incorporação no sistema computacional de um módulo de impressão tridimensional de modelos numéricos, visando auxiliar na interpretação dos resultados, tais como, a topografia submarina pré e pós-escorregamento.;

Benefícios do projeto:

O entendimento de como escorregamentos submarinos evoluem é um problema significante pois estes eventos são extremamente difíceis de monitorar diretamente e tem um profundo impacto sobre as estruturas submarinas envolvidas. Alguns campos de petróleo, em especial aqueles do pré-sal, estão muito afastados da costa e de seus consumidores finais. O transporte dos hidrocarbonetos produzidos para as refinarias acarreta, portanto, diversos problemas de logística. Dutos submarinos para transporte de óleo e gás têm se apresentado como uma alternativa promissora de auxílio a esta logística. Esta alternativa dispensa (ou reduz) estruturas de armazenamento,  simplificando e agilizando o processo e reduzindo custos. No entanto, sabe-se que os escorregamentos submarinos são uma ameaça à integridade dos dutos, pois podem danificar sua estrutura e causar prejuízos financeiros ou desastres ambientais. Um melhor entendimento do processo do escorregamento submarino, objeto de investigação deste projeto, permite um melhor dimensionamento ou arranjo da malha dutoviária. Além disto, a modelagem numérica dos escorregamentos irá permitir um conhecimento mais preciso dos riscos existentes aos equipamentos instalados no leito marinho tais como: risers, linhas de ancoragem, válvulas e equipamentos de monitoramento. É importante notar que escorregamentos submarinos também posam como risco à segurança de tripulações, pois podem deixar embarcações à deriva ao danificar linhas de ancoragem ou até mesmo provocar explosões devido a vazamentos. Portanto os estudos e desenvolvimentos propostos neste projeto se aplicam diretamente na exploração offshore, gerando como benefício a redução de custos através da redução dos riscos de danos provocados por escorregamentos submarinos, além da prevenção de possíveis desastres ambientais decorrentes de danos às estruturas petrolíferas.