[pt] A perfuração de poços marítimos em águas profundas e ultra-profundas é feita por sondas de perfuração flutuantes, que se conectam ao poço no leito marinho por meio do riser de perfuração. Essa conexão transmite esforços dinâmicos para a cabeça de poço e revestimentos, provocando fadiga nessa estrutura. Levantou-se a hipótese de que as características dinâmicas do sistema mudam quando há aplicação de um carregamento elevado devido à deriva da sonda após uma falha do sistema elétrico, alterando o dano acumulado por fadiga. A primeira etapa do trabalho envolveu a simulação estática deste carregamento extremo em um modelo solo-estaca em elementos finitos 3D. Com base nos resultados obtidos, realizou-se uma análise dinâmica para dois tipos de solo e duas lâminas d água diferentes. Concluiu-se que o solo menos rígido sofre pouca influência sobre o dano acumulado, enquanto que para o solo mais rígido aumenta-se em cerca de 50 por cento o dano acumulado. / [en] The drilling of offshore oilwells in deep and ultra-deep waters is done by floating drilling rigs, which connect to the well in the seabed through the drilling riser. This connection transmits dynamic efforts to the wellhead and casings, causing fatigue in this structure. We formulated the hypothesis that dynamic characteristics of the system change when a high load is applied if the rig drifts after a blackout, changing the accumulated damage from fatigue. At first, we have simulated the consequences of this extreme load using a soil-pile model in Abaqus, a 3D finite element software. Based on the results obtained, a dynamic analysis was performed for two different soil types and two different water depths. It was concluded that the less rigid soil is only a little sensitive to the degradation of soil condition, meanwhile the more rigid soil increases the accumulated damage by about 50 percent.

Orientadores: Celso Kazuyuki Morooka, Sergio Nascimento Bordalo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica e Instituto de Geociencias / Made available in DSpace on 2018-08-12T07:18:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Valdivia_PauloGuilger_M.pdf: 3149280 bytes, checksum: 67a3cd4d1474a0a93fd6072dff86c551 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Risers de produção são dutos com a função de transportar os fluidos do poço produtor de petróleo, no leito marinho, à unidade de produção na superfície do mar. O presente trabalho tem como objetivo principal caracterizar a resposta dinâmica de um riser em configuração de catenária sob influência do escoamento de hidrocarbonetos em seu interior. Observa-se da literatura que poucos trabalhos podem ser encontrados abordando a questão da influência do escoamento interno no comportamento estático e dinâmico desse sistema de riser. Com esta finalidade, foi projetado e elaborado um modelo reduzido de um riser rígido em catenária (SCR - Steel Catenary Riser) para ensaios em laboratório. Considerou-se como protótipo um SCR em operação em lâmina de água de 900 metros. Os valores de vazão de campo foram considerados no desenvolvimento, e testes foram conduzidos, produzindo escoamento bifásico água e ar, representando o escoamento bifásico de óleo e gás no interior de um riser. Além disso, um modelo numérico da literatura foi implementado, a fim de simular o carregamento gerado pelo escoamento interno no duto. Os resultados obtidos experimentalmente, em termos de amplitudes de deslocamentos, freqüências de resposta e forças, foram comparados com valores gerados para o modelo de riser através de simulação numérica. Os valores obtidos através de simulação numérica mostraram boa equivalência com o experimento, e os ensaios mais bem representados pela implementação foram aqueles nos quais ocorreu padrão bifásico golfadas. / Abstract: The pipe which transports fluids from the petroleum production well, on the seabed, up to the production unity, on the sea surface, is named riser. The main objective of this work is to characterize the dynamic response of a riser, hanging in catenary configuration, with the influence of the internal flow of hydrocarbons. It was observed from literature, that only a few works have the approach of considering the internal flow in the riser static and dynamic behavior. On this purpose, a laboratory-scale model was designed and assembled, based on the properties of a SCR (Steel Catenary Riser). The prototype which was considered operates in 900 meters water depth and its values of field flow rates were taken into account. Flow tests were conducted with two-phase water and air mixtures, representing oil and gas inside the riser. Moreover, a numerical model from literature was implemented in order to reproduce the loading generated by the internal flow. Results obtained experimentally, in terms of displacements amplitude, response frequencies and forces, were compared with values generated for the riser model through numerical simulation. The values obtained by numerical simulation showed good agreement with experimental results, and the cases that were best represented by implementation were those that the two-phase flow occurred in slug pattern. / Mestrado / Explotação / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo