Orientador: Celso Kazuyuki Morooka / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-16T19:35:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Stefane_Wania_M.pdf: 1299302 bytes, checksum: 5e10da42a4a2b40651a938ac99f33efb (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O presente trabalho propõe um procedimento para calcular a probabilidade de falha por fadiga em um SCR (Steel Catenary Riser), identificando os principais parâmetros e avaliando a influência destes na probabilidade desse tipo de falha. São consideradas nesse procedimento as condições oceanográficas, tais como esforços de ondas, correntezas e movimentos da plataforma, e as incertezas presentes no dano acumulado total à fadiga ¿ dado pela regra de Miner-Palmgren. A metodologia adotada é probabilística e se baseia no Método de Confiabilidade de Primeira Ordem (FORM). Uma função de falha para o SCR é definida considerando-se a resistência e os carregamentos aplicados no riser, a aleatoriedade das condições oceanográficas e as características mecânicas do SCR. Neste trabalho, o procedimento proposto foi implementado em um programa comercial e aplicado para um caso reportado na literatura e para outro caso, considerando dados obtidos via Petrobras, de um campo marítimo brasileiro em operação. Os resultados de probabilidade de falha por fadiga, bem como de vida útil, são discutidos e avaliados para diferentes localizações ao longo do comprimento do SCR. Estes resultados mostraram-se bons quando comparados com os resultados encontrados na literatura. Através destes resultados verificou-se a sensibilidade da probabilidade de falha por fadiga para os principais parâmetros, sendo o parâmetro m da curva S-N o mais influente. / Abstract: The current work presents a procedure to evaluate the probability of fatigue failure for an offshore Steel Catenary Riser (SCR), through identification and assessment of the influence of the main parameters involved in the probability of failure due to fatigue mechanism. Ocean conditions such as waves, currents and platform motions, as well as uncertainties due to total cumulative damage given by Miner-Palmgren¿s rule, are considered in this procedure. A probabilistic methodology is adopted, which is based on the First Order Reliability Method (FORM). A failure function for the SCR is defined considering the structural strength and the loads acting on the riser, as well as the random nature of ocean conditions and mechanical properties of the SCR. The suggested procedure was implemented and applied for two practical cases. The first case uses data from literature and the second one considers data from a typical Brazilian offshore operation field by Petrobras. In the calculations, results for the probability of failure are, as well as the riser service life, discussed and assessed at different locations along the SCR length. Good results were obtained from the analysis as they are comparable and very close to the results observed in literature. From those results, the sensitivity of the probability of failure due to fatigue for a SCR could be verified. It could also be observed that the m parameter from SN curve has shown to be the most effective parameter. / Mestrado / Explotação / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

Orientador: Celso Kazuyuki Morooka / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-24T00:38:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tsukada_RaphaelIssamu_D.pdf: 8094235 bytes, checksum: 003f9b0a99d7b57efcd8ccf12ba266fd (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Durante os últimos anos, as Vibrações Induzidas por Vórtices (VIV) foram intensamente estudadas a partir de experimentos com cilindros retos instalados verticalmente ou horizontalmente, que diferem significativamente das tubulações curvas em forma de catenária, encontradas nos risers em catenária. Desta forma, as VIVs para esta configuração de riser ainda são pouco compreendidas. Nesse sentido, neste trabalho é proposto um procedimento para o cálculo das VIVs em riser em catenária no domínio do tempo, utilizando as hipóteses do princípio da independência, que considera que apenas a componente normal da velocidade de correnteza em relação ao eixo do riser é significativa para as VIVs. Uma abordagem semi-empírica é adotada para calcular as forças transversais das VIVs, com base em coeficientes hidrodinâmicos encontrados a partir de experimentos com cilindros rígidos oscilando transversalmente ao escoamento. A frequência das forças de VIV é calculada através da mudança da frequência natural do riser devido à variação da massa adicional com a velocidade reduzida. Uma vez que respostas multi-modais podem ocorrer, um procedimento com base nas observações experimentais de células de desprendimento de vórtices e regiões de power-in são adotadas para determinar os modos de vibração excitados pelas VIVs. Dois experimentos com modelos flexíveis foram analisados. A partir do primeiro experimento verificou-se a validade das considerações do princípio da independência para tubos flexíveis. Já o segundo experimento teve a finalidade de entender o comportamento dinâmico de risers em catenária devido às VIVs, que demonstrou grande influência do comportamento das traveling waves na resposta da estrutura às VIVs. Por fim, o procedimento de cálculo das VIVs foi comparado com resultados experimentais para diferentes configurações e apresentou uma boa concordância. / Abstract: During the last years, the Vortex Induced Vibrations (VIV) were intensively studied from experiments with straight cylinders installed vertically or horizontally, which differ significantly from curved cylinders in catenary shape, found in catenary risers. Thus, for this riser configuration, VIVs are still poorly understood. Accordingly, this thesis proposes a procedure for the calculation of VIVs in catenary riser in the time domain, using the assumptions of the principle of independence, under which only the normal component of the flow velocity relative to the riser axis is significant to VIV. A semiempirical approach is adopted to calculate the transverse forces of VIV based on hydrodynamic coefficients found from experiments with rigid cylinders oscillating transversely to the flow. The frequency of the VIV forces is calculated by changing the natural frequency of the riser due to the variation of added mass in relation to the reduced velocity. Since multi-modal responses can occur, a procedure based on experimental observations of vortex shedding cells and power-in regions are adopted to determine the vibration modes excited by VIV. Two experiments with flexible models were analyzed. From the first experiment, the validity of the considerations of the principle of independence for flexible pipes is verified. The second experiment aimed to understand the dynamic behavior of catenary risers due to VIV, which showed a great influence of traveling wave's behavior in the response of the structure to VIV. Finally, the procedure of calculating VIV was compared with experimental results for different configurations and showed good agreement. / Doutorado / Explotação / Doutor em Ciências e Engenharia de Petróleo

Orientadores: Celso Kazuyuki Morooka, Eugênio Libório Feitoza Fortaleza / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-21T00:36:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Shiguemoto_DenisAntonio_M.pdf: 2730769 bytes, checksum: 3e344d27e331583f273c868cd954634f (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Descobertas recentes de petróleo em laminas d'água cada vez mais profundas tem motivado o desenvolvimento de novas configurações de sistemas de produção de petróleo. Neste contexto, o Riser Hibrido Auto Sustentável (RHAS) surge como uma alternativa para produção de petróleo em águas ultraprofundas...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: Recent discoveries of petroleum in water depths deeper and deeper have motivated the development of new configurations of petroleum production systems. In this context, the Self Standing Hybrid Riser (SSHR) is an alternative to petroleum production in ultra deep waters...Note: The complete abstract is available with the full electronic document / Mestrado / Explotação / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo