[pt] A tendência da produção offshore do petróleo é crescente. O transporte do óleo nestes ambientes frios (águas profundas) ocasiona a perda de solubilidade e precipitação das parafinas de alto peso molecular. A deposição de parafinas nas paredes internas das linhas é um problema crítico para o transporte do óleo, causando o bloqueio parcial ou total da linha, um incremento da potência de bombeamento e elevados custos de manutenção que são proporcionais ao aumento da lâmina de água. A pesquisa bibliográfica realizada neste trabalho revela que ainda existem discordâncias entre os pesquisadores sobre a relevância de cada um dos mecanismos de deposição de parafina conhecidos. O melhor entendimento dos mesmos resultaria em previsões mais acuradas das taxas de deposição que seriam muito importantes para orientar programas de manutenção e o projeto de novas linhas. A filosofia do presente trabalho é realizar experimentos simples, com propriedades de fluido conhecidas e condições de contorno bem controladas procurando um melhor entendimento da importância e relevância de cada um dos mecanismos de deposição. Para este fim, foram realizadas experiências de visualização do fenômeno de deposição para uma mistura de óleo-parafina escoando em regime laminar, submetida a diferentes condições de temperatura. Experiências feitas com cristais de parafina precipitados em suspensão mostraram que é necessário um fluxo de calor negativo para produzir deposição. Para fluxos de calor zero e positivo não foi visualizada deposição alguma. Adicionalmente, para condições de fluxo de calor negativo, foram realizadas medições da evolução temporal da espessura da camada depositada tendo como variáveis, diferentes números de Reynolds e gradientes de temperatura. Os perfis de deposição obtidos das experiências realizadas são informação importante e original que podem ser utilizadas para validação de modelos de simulação numérica. / [en] Offshore crude oil production is steadily growing. Oil transport in these cold environments (deep water) causes the precipitation of the heavy organic crude oil components like waxes. Wax deposition at the inner wall of pipelines is a serious problem in crude oil transportation causing the partial or total plugging of pipelines, increase in pumping energy and a high cost of maintenance that is proportionally greater as development depth increases. A literature research conducted in the present work leads to the conclusion that the relative importance of the wax deposition mechanisms is still misunderstood. The importance of this knowledge will result in more accurate prediction of paraffin deposition rates that would be very important to sub sea pipelines maintenance and design. The philosophy of this work is to make simple experiments with known fluid properties and well controllable conditions trying to understand the importance and relevance of each known fouling mechanism. Hence, wax deposition experiments were performed in laminar flow for different temperature conditions with a single-phase paraffin-oil mixture, having the particle migration visualization in mind. Experiments with oil mixture injection temperature below the Wax Appearance Point (with wax crystals flowing) have shown that it is necessary a negative heat flux to produce significant deposition. For positive and zero heat fluxes there was no deposition visualized. Also, the unsteady fouling state for negative heat flux was followed and their temporal deposition profiles measured for different Reynolds and temperature conditions. Those temporal and dimensional deposition profiles are original important information to be compared with numerical simulation.

Este trabalho busca avaliar o efeito da sobrepressão interna na avaliação crítica de engenharia (ECA) de dutos submersos sujeitos a flambagem lateral controlada, que essencialmente consiste na análise de carregamentos combinados associados a grandes deformações longitudinais. O objetivo principal é avaliar a viabilidade da adoção de corpos-de-prova SENT na avaliação da resistência à fratura em dutos sujeitos a esforços combinados utilizando procedimentos analíticos que incorporam do aumento das forças motrizes devido à sobrepressão interna. Este estudo apresenta uma revisão sobre os procedimentos de ECA utilizados em dutos submersos e sobre o efeito da pressão interna na capacidade de deformação de dutos. Os procedimentos adotados atualmente e procedimentos alternativos são discutidos e implementados em um problema prático envolvendo diferentes razões de diâmetros por espessuras, expoentes de encruamento, níveis de sobrepressão e deformação longitudinal. Alguns casos selecionados são comparados com soluções elasto-plásticas de J, e.g. EPRI. Os resultados apresentados fornecem uma boa compreensão sobre as vantagens e limitações de cada procedimento, incluindo a possibilidade de estender sua aplicação além do limite normativo de 0,4% de deformação longitudinal. / This work aims to evaluate the effect of internal overpressure on the engineering critical assessment (ECA) of submarine pipelines subjected to controlled lateral buckling, which essentially consists of the analysis of combined loading with large longitudinal strains at the buckle crown. The main goal is to evaluate the feasibility of using SENT specimens to characterize the fracture resistance in the assessments of pipelines subjected to combined loadings using analytical procedures that takes into account the increase of crack driving force due to internal overpressure. This study presents a revision about ECA procedures used in submarine pipelines and about the effect of biaxial stresses their tensile strain capacity. Both standard and alternative procedures are discussed and implemented in a practical problem involving different diameter to thickness ratios, hardening exponents, levels of internal pressure and longitudinal strain. Some selected cases are compared with full elastic-plastic J solutions, e.g. EPRI. The results provide useful insights regarding the advantage and limitations of each procedure, including the possibilities to extend their applicability beyond the standard limit of 0,4% of longitudinal strain.

Este trabalho busca avaliar o efeito da sobrepressão interna na avaliação crítica de engenharia (ECA) de dutos submersos sujeitos a flambagem lateral controlada, que essencialmente consiste na análise de carregamentos combinados associados a grandes deformações longitudinais. O objetivo principal é avaliar a viabilidade da adoção de corpos-de-prova SENT na avaliação da resistência à fratura em dutos sujeitos a esforços combinados utilizando procedimentos analíticos que incorporam do aumento das forças motrizes devido à sobrepressão interna. Este estudo apresenta uma revisão sobre os procedimentos de ECA utilizados em dutos submersos e sobre o efeito da pressão interna na capacidade de deformação de dutos. Os procedimentos adotados atualmente e procedimentos alternativos são discutidos e implementados em um problema prático envolvendo diferentes razões de diâmetros por espessuras, expoentes de encruamento, níveis de sobrepressão e deformação longitudinal. Alguns casos selecionados são comparados com soluções elasto-plásticas de J, e.g. EPRI. Os resultados apresentados fornecem uma boa compreensão sobre as vantagens e limitações de cada procedimento, incluindo a possibilidade de estender sua aplicação além do limite normativo de 0,4% de deformação longitudinal. / This work aims to evaluate the effect of internal overpressure on the engineering critical assessment (ECA) of submarine pipelines subjected to controlled lateral buckling, which essentially consists of the analysis of combined loading with large longitudinal strains at the buckle crown. The main goal is to evaluate the feasibility of using SENT specimens to characterize the fracture resistance in the assessments of pipelines subjected to combined loadings using analytical procedures that takes into account the increase of crack driving force due to internal overpressure. This study presents a revision about ECA procedures used in submarine pipelines and about the effect of biaxial stresses their tensile strain capacity. Both standard and alternative procedures are discussed and implemented in a practical problem involving different diameter to thickness ratios, hardening exponents, levels of internal pressure and longitudinal strain. Some selected cases are compared with full elastic-plastic J solutions, e.g. EPRI. The results provide useful insights regarding the advantage and limitations of each procedure, including the possibilities to extend their applicability beyond the standard limit of 0,4% of longitudinal strain.

Orientador: Sergio Nascimento Bordalo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-14T18:41:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_RafaeldeCastro_M.pdf: 1603033 bytes, checksum: 5b19ae643a703f87aab5fd52d37d741a (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: A deposição de parafinas em dutos submarinos é um sério problema para a produção marítima de petróleo. Parafinas são substâncias orgânicas caracterizadas por longas cadeias de carbono e hidrogênio, formadas por ligações covalentes simples, apresentando peso molecular elevado, devido ao grande número de átomos de carbono. Parafinas precipitam-se de soluções oleosas devido a um decréscimo de temperatura, e com o tempo, a parafina sólida fora da solução líquida deposita-se nas paredes das tubulações obstruindo o fluxo e ocasionando o aumento de perda de carga por fricção nas linhas. Em conseqüência, ocorre diminuição da vazão dos fluidos e entupimento da seção do duto de produção, entre outros problemas. O presente trabalho visa estudar esse fenômeno na produção de petróleo no mar, onde existe um gradiente térmico ao longo do escoamento devido à elevada diferença de temperatura entre o reservatório e o fundo do oceano. Para esse fim, foi construído um aparato experimental que consiste em uma tubulação horizontal de 25,4 mm (1") de diâmetro e cerca de 13 metros de comprimento, imersa em um banho de água gelada. Medidas de gradiente de pressão e de temperatura são efetuadas ao longo da tubulação, de modo a estudar o efeito da presença de água no escoamento, em relação ao fluxo monofásico de óleo, na deposição de parafina e no aumento do gradiente de pressão. / Abstract: The paraffin deposition in submarine pipelines poses a serious problem for the offshore oil production. Paraffins are organic substances characterized by long chains of carbon and hydrogen, linked by simple covalent bonds, presenting high molecular weight, due to the large number of carbon atoms. Paraffins precipitate off oily solutions due to a temperature decrease, and with time, the solid paraffin out of the liquid solution deposits on the walls of the pipeline, obstructing the flow and causing an increase of the pressure drop along the lines. Consequently, a reduction of the flow rate occurs, as well as clogging of the cross section of the production duct, among others problems. The present work aims to study this phenomenon in the case of oil production at the sea, where a thermal gradient exists along the flowlines, due to high temperature difference between the petroleum reservoir and the bottom of the ocean. To this end, an experimental apparatus was built consisting of an horizontal pipeline about 13 meters long with a 25,4 mm (1 in) diameter, immersed in a chilly water bath. Measurements of temperature and pressure were taken along the length of the pipeline, to study the effect of the two-phase flow, in relation to the single-phase flow, on the paraffin deposition and on the increase of the pressure gradient. / Mestrado / Explotação / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

[pt] Neste trabalho são avaliadas as condições de estabilidade do subsolo marinho ao longo da rota de um duto rígido de aço revestido com concreto, de 10 de diâmetro, localizado na Bacia de Campos, RJ. Os dados geológicos e geotécnicos foram adquiridos a partir de um amplo levantamento geofísico e geotécnico realizado na diretriz do duto. Devido as adversidades à estabilidade do fundo marinho, várias análises vêm sendo realizadas de forma qualitativa e quantitativa. Atualmente, por questões ambientais e de segurança de obras de engenharia, busca-se uma avaliação mais quantitativa dos riscos geológicos associados à condição de estabilidade do fundo marinho, pois os escorregamentos de taludes representam o principal risco para estas estruturas. As análises de estabilidade foram feitas a partir da teoria do talude infinito, em metodologia aplicada por Nowacki et al. (2003) nos campos profundos de Mad Dog e Atlantis, no Golfo do México, e comparadas com os resultados encontrados a partir da formulação clássica do talude infinito. Uma integração de dados geotécnicos e geofísicos foi necessária, para que todos os parâmetros utilizados na metodologia pudessem ser obtidos. Os resultados indicaram dois pontos críticos ao longo da rota, ambos associados aos flancos do cânion Itapemirim, que apresentam gradientes altos. Foram realizados breves estudos com o objetivo de se avaliar a possibilidade de ocorrência de mecanismos disparadores (terremotos e ondas de tempestade) nesses pontos críticos mas os resultados descartaram esta possibilidade. Concluiu- se ainda que os dados geotécnicos utilizados neste trabalho não foram suficientes e de certo modo não apropriados para a análise de estabilidade de taludes. Uma nova campanha de ensaios geotécnicos de laboratório foi proposta para futuros estudos. / [en] This research analyses stability conditions of marine sediments superficial layers of along a 10 in. diameter pipeline`s route, located at Campos Basin, RJ. The geological and geotechnical data were obtained during a wide geophysical and geotechnical survey along the pipeline`s route. Due to adversities to botton stability found in the marine environment, several qualitative and quantitative stability analysis have been made. Nowadays, because of environmental and safety issues, the researches are more focused on quantitative analysis of geohazards associated with the stability condition of the sea bottom, since slope slides represent the main risk for those structures. The stability analyses were based on the infinite slope theory. The methodology applied was the same used by Nowacki et al. (2003) at the deep fields of Mad Dog and Atlantis, in the Gulf of Mexico. The results were compared with the results from the classical formulation of the infinite slope. An integration of geotechnical and geophysical data was necessary, in order to obtain all the parameters used in the methodology. The results indicated two critical points along the route, both associated with the flanks of the Itapemirim Canyon, which have steep slopes. Brief studies were made to evaluate the importance of triggering mechanisms (earthquakes and storm waves) at these critical points but the results discard this possibility. It was also concluded that the geotechnical data used in this research were insufficient and in a certain way not appropriate for the slope stability analysis. A new geotechnical lab tests campaign was proposed for future studies.

Este projeto tem o objetivo de apresentar o estudo dos arames da armadura de tração que são empregados no transporte de óleo, gás e umbilicais hidráulicos na indústria petrolífera. Este estudo foi desenvolvido sob a necessidade de melhor ancoragem dos arames da armadura de tração de modo a garantir que, mesmo após a ruptura do arame dentro do conector não haverá o escorregamento do mesmo provocando a queda do duto flexível. Assim sendo, foi estabelecido o estudo de aderência da interface dos arames da armadura de tração dos dutos flexíveis. Com os ensaios concluídos se estudou um novo procedimento para o melhoramento de aderência mecânica dos arames com a resina epóxi. Após os ensaios de aderência e adesão concluídos foi realizado ensaio de tração em cada arame da armadura de tração sob sua montagem no conector de extremidade para verificação de carregamento que chegam nos ganchos dos arames da armadura de tração. Os estudos realizados no conector de extremidade de 2,5 demonstram que os ganchos dos arames da armadura de tração são de grande importância para a integridade estrutural do duto flexível, visto que o cone de resina formado dentro do conector não está em contato com toda a área dos arames das armaduras de tração. / This project aims to present the study of tensile armor wires usually employed in the transport of oil, gas and hydraulic umbilicals in the petroleum industry. This study was developed as a need for better anchoring of the tensile armor wires in order to guarantee that even after the rupture of the wire within the connector it will not slip causing the fall of the flexible riser. Thus was established the adhesion study of the interface of the tensile armor wires of the flexible risers. After the end of the tests a new procedure for improving mechanical adhesion between the wires and the epoxy resin was studied. After the end of the adhesion tests tensile test was performed on each wire of the tensile armor under its mounting on the end fitting for checking the loading that reaches the hook of the armor wires. The trials performed in the 2.5end fitting show that the tensile armor wire hooks are of great importance for the structural integrity of the flexible riser, as there is no contact between the resin cone formed within the end fitting and the tensile armor wires area.

Este projeto tem o objetivo de apresentar o estudo dos arames da armadura de tração que são empregados no transporte de óleo, gás e umbilicais hidráulicos na indústria petrolífera. Este estudo foi desenvolvido sob a necessidade de melhor ancoragem dos arames da armadura de tração de modo a garantir que, mesmo após a ruptura do arame dentro do conector não haverá o escorregamento do mesmo provocando a queda do duto flexível. Assim sendo, foi estabelecido o estudo de aderência da interface dos arames da armadura de tração dos dutos flexíveis. Com os ensaios concluídos se estudou um novo procedimento para o melhoramento de aderência mecânica dos arames com a resina epóxi. Após os ensaios de aderência e adesão concluídos foi realizado ensaio de tração em cada arame da armadura de tração sob sua montagem no conector de extremidade para verificação de carregamento que chegam nos ganchos dos arames da armadura de tração. Os estudos realizados no conector de extremidade de 2,5 demonstram que os ganchos dos arames da armadura de tração são de grande importância para a integridade estrutural do duto flexível, visto que o cone de resina formado dentro do conector não está em contato com toda a área dos arames das armaduras de tração. / This project aims to present the study of tensile armor wires usually employed in the transport of oil, gas and hydraulic umbilicals in the petroleum industry. This study was developed as a need for better anchoring of the tensile armor wires in order to guarantee that even after the rupture of the wire within the connector it will not slip causing the fall of the flexible riser. Thus was established the adhesion study of the interface of the tensile armor wires of the flexible risers. After the end of the tests a new procedure for improving mechanical adhesion between the wires and the epoxy resin was studied. After the end of the adhesion tests tensile test was performed on each wire of the tensile armor under its mounting on the end fitting for checking the loading that reaches the hook of the armor wires. The trials performed in the 2.5end fitting show that the tensile armor wire hooks are of great importance for the structural integrity of the flexible riser, as there is no contact between the resin cone formed within the end fitting and the tensile armor wires area.