Os tubos flexíveis são amplamente utilizados na produção de petróleo offshore, para transporte de petróleo bruto, óleo e gás natural. Pelo fato de operarem em um ambiente muito agressivo e estarem sujeitos a diversos tipos de carregamentos como pressão interna, pressões externas, tração, compressão, flexão e torção, eles possuem uma estrutura bastante complexa composta por diversas camadas concêntricas, com finalidades estruturais diversas, que interagem entre si. Em termos de carregamento, a compressão, em especial, seja ela dinâmica ou estática representa um problema para estes tubos. Embora eles sejam projetados para suportar altas cargas de tração, por meio de armaduras metálicas helicoidais, têm resistência limitada para cargas de compressão. A presença de tais esforços pode causar falhas por instabilidade radial das armaduras de tração. Este modo de falha, conhecido há mais de duas décadas, é denominado birdcaging, devido à forma característica assumida pelas armaduras. Além dessa instabilidade radial, as armaduras podem sofrer uma instabilidade lateral, a qual é igualmente catastrófica para os tubos flexíveis. Este trabalho consiste em uma investigação destes modos de falha com base em modelos numéricos, usando o Método dos Elementos Finitos. Com tais ferramentas, objetiva-se estudar a mecânica dos fenômenos de instabilidade de armadura de tração, juntamente com os efeitos causados pela alteração de parâmetros construtivos e ambientais nestes modos de falha. / Flexible pipes are widely employed in offshore oil production. Their functions include transporting of crude oil, natural gas, chemicals and water injection. Since they operate in aggressive environments and are subjected to loads such as internal and external pressure, tension, compression, bending and torsion, these pipes are built with a complex multilayered structure. In terms of loading, compression, specially, dynamic or static, present a problem to these pipes. Their tensile armor layers are particularly designed to withstand high levels of tension, but not for compression. The presence of such loads may cause radial instability failure on the armor layers. This failure mode, known for almost three decades, is called birdcaging, due to the peculiar shape assumed by the armor tendons at the post-buckling. Besides radial instability, the tensile armor layers may also suffer from lateral instability, which is equally catastrophic in the operation of flexible pipes. This work consists on an investigation of these failure modes based on numerical models, using the Finite Element Method. With these tools, the mechanism that governs these instability phenomena can be understood, along with the effects caused by the alteration of design and environmental parameters on the failure modes.

Para serem classificadas e aprovadas por uma sociedade classificadora, todas as estruturas offshore são submetidas a análises baseadas em regras padrão; os critérios de estabilidade utilizados são baseados no código IMO MODU (Internacional Maritime Organization Mobile Offshore Drilling Units), que referencia quase todos os tipos de unidades flutuantes, como de superfície, semi-submersíveis, e auto elevatórias, entretanto, encontram-se problemas ao tentar enquadrar alguns conceitos inovadores a um desses tipos, devido às grandes diferenças entre o existente e os novos projetos. A fim de prever o comportamento de uma estrutura flutuante, são necessárias análises de estabilidade que predigam o comportamento da plataforma em operação intacta, e eventualmente em caso de avarias. Com o propósito de superar dificuldades e encontrar os critérios apropriados, foi realizado. em conjunto pelo Departamento de Engenharia Naval e Oceânica da USP e Petrobras, esse estudo para gerar análises que cerceiem o comportamento desses novos tipos de plataforma e adéqüem as regras existentes aos novos conceitos para certificações futuras. Pode se observar que unidades do tipo FPSO são as mais comuns em campos de produção brasileiros por apresentarem grande área de convés, capacidade de armazenamento e serem unidades cuja operação é muito conhecida, além de terem baixos custos de construção, seja ela inteiramente construída ou apenas convertida. Entretanto, esse tipo de unidade apresenta movimentos não adequados para a utilização de Steel Catenary Risers (SCRs), inviabilizando sua utilização em águas ultra-profundas. Analisando as condições brasileiras, nota-se que ao considerar ondas, corrente e vento, as relações dimensionais de um FPSO não teriam a melhor proporcionalidade possível, principalmente devido às interferências hidrodinâmicas proporcionadas pelo swell. Isso impeliu o desenvolvimento de um novo conceito que atendesse melhor a função especifica da unidade, batizado monocoluna. Para esse conceito, foram gerados inúmeros cascos, porém apenas alguns deles foram escolhidos como ideais para serem submetidos a mais minuciosas análises, e nessa dissertação se discutem os critérios de estabilidade que devem ser aplicados a monocoluna. Todas as análises foram conduzidas considerando métodos numéricos e as dimensões finais foram aplicadas a ensaios em tanques de provas para que se comprovasse a eficiência dos sistemas criados. / To be classified and approved by a classification society, all offshore structures shall be submitted and analyzed according to standard rules. The stability criteria are based on the IMO MODU (International Maritime Organization Mobile Offshore Drilling Units) Code which has reference to almost all types of floating units such as surface, column-stabilized and self elevating. Although it refers to a wide range of naval systems, problems were found when dealing with new concepts due to differences between these concepts and those presented by the rules. In order to predict the behavior of a floating structure, it is necessary to perform stability analyses that foresee how the platform will respond when in operation either intact or eventually damaged. With that in mind, this study that would analyze and evaluate the existing rules came up along with the Department of Naval and Ocean Engineering of the University of São Paulo and Petrobras, this study intends to check the applicability of the existing rules and propose more adequate rules for the monocolumn. It is possible to observe that FPSO units are more common at the Brazilian oil fields due to the presence of great deck area and storage capacity, their operation is well known, they have low constructions costs either if they are built from scratch or converted. Even so, this type of unit presents inadequate responses to the use of Steel Catenary Risers (SCRs), what doesnt allow its use in ultra deep water. Analyzing the Brazilian weather and sea condition, specially focusing on waves, sea strings and wind, the FPSO dimensions are not the best, especially due to the swell hydrodynamic responses. That forced the development of a new concept that better fulfill the units specific function, named monocolumn. Lots of units were defined as valid, but only some with the best responses were chosen for deeper analysis, therefore this study discusses the stability criteria that shall apply to this concept. All the analyses were conduced considering numerical methods and among all the possibilities, final dimensions were generated and prototypes were built and tested in test tanks to prove their efficiency.

O presente trabalho vem propor um estudo numérico qualitativo de um modelo hidro-elástico para simulação das vibrações induzidas por vórtices (VIV) em cabos submersos. O modelo é composto de um sistema acoplado de equações que descrevem tanto a estrutura quanto o fluido. A estrutura é modelada através de um oscilador elástico clássico e discretizada através de um método de massas concentradas. O fluido é considerado através de osciladores discretos baseados em modelos fenomenológicos com equação de Van der Pol ou Ginzburg-Landau. O acoplamento entre os dois ocorre na direção transversal ao escoamento local através da força de sustentação. O estudo foi feito para verificar quais tipos de comportamentos de resposta podem ser obtidos através do uso dos modelos fenomenológicos e, também, avaliar o potencial de tais modelos no ciclo de projeto na indústria atual, com foco na indústria petrolífera. Esta adequabilidade ao uso em projeto leva em conta, em primeiro lugar, a qualidade das respostas, mas também leva em conta a viabilidade da execução de simulações numéricas em tempo apropriado. Assim, um modelo numérico foi desenvolvido para permitir a integração, no domínio do tempo, deste sistema hidro- elástico. Esta integração é feita através de um método explícito de Euler e permite tratar não-linearidades dos osciladores elástico e fluido. Um conjunto de situações foi simulado numericamente, incluindo configurações verticais e também configurações em catenária. As simulações indicam alto grau de acoplamento entre os osciladores, o que leva a ressonância entre ambos na maior parte dos casos. Com relação ao comportamento do oscilador estrutural em si, foi possível observar fenômenos interessantes tais como lock-in e travelling waves, além do terceiro harmônico da vibração transversal detectado em alguns experimentos reportados em literatura. Com relação à adequabilidade do uso do modelo em projeto, considera-se que isto seja possível dada a relativa rapidez das simulações e aos resultados promissores que ainda podem ser melhorados. / The present work proposes a qualitative numerical study of a hydro-elastic model in order to simulate vortex-induced vibrations in submerged cables. The model is composed of a coupled system of equations describing the structure and the fluid. The structure is modeled through a classical elastic oscillator and discretized using a lumped mass approach. The fluid is modeled through discrete oscillators based on phenomenological models using Van der Pol or Ginzburg- Landau type equations. The coupling between these two oscillators is carried by the lift force. The study was carried in order to verify which response behavior can be obtained by using such phenomenological models and also, to evaluate their potential to be used in the offshore industry. In order to accomplish that, the model must provide reliable answers and must allow fast responses when it comes to simulation time. In this sense, a numerical model was developed to allow the time domain integration of this hydro-elastic model. The numerical integration is performed by a simple explicit Euler algorithm and allows dealing with non-linearities of both oscillators, elastic and fluid. A set of conditions was numerically simulated, including top tensioned risers and catenary. Simulations indicate a high level of coupling between the two oscillators and thus resonance is achieved in most part of the cases. With respect to the structural oscillator analysis, it was possible to observe interesting phenomena such as lock-in, travelling waves and also the third harmonic observed in some experiments and reported in the literature. Regarding the feasibility of the model usage in the daily offshore industry life, it seems possible once the model generally runs fast and some promising results were achieved.

A função Manutenção é extremamente relevante para garantir o cumprimento do planejamento da produção de óleo e gás natural de uma unidade marítima de produção, pois impacta diretamente na eficácia do processo produtivo. Quando se trata de uma instalação offshore, a manutenção passa a ser ainda mais importante, pois falhas em equipamentos e sistemas industriais podem, além de causar perdas econômicas, causar graves acidentes às pessoas e ao meio ambiente. Gerir a manutenção de uma planta industrial flutuante, localizada a 300 quilômetros da costa, como no caso daquelas localizadas nos campos do pré-sal brasileiro, é uma tarefa que requer a aplicação das técnicas mais modernas de gerenciamento de manutenção e processos de trabalho ágeis e dinâmicos para garantir o suporte técnico adequado a partir de instalações localizadas em ambientes onshore. Neste contexto, esta tese tem como objetivo avaliar e propor uma metodologia para definição da estratégia de manutenção a ser implementada em novas unidades de produção de petróleo e gás natural destinadas a operar em ambiente offshore. Esta metodologia, pautada na manutenção centrada em confiabilidade, tem como objetivo garantir que a estratégia de manutenção, além de garantir a máxima disponibilidade e eficiência dos equipamentos e sistemas, também seja compatível com a filosofia das Operações Integradas, recentemente desenvolvida pela indústria norueguesa de exploração e produção de petróleo para otimizar a produção de seus campos que já estão em fase de amadurecimento. Dessa forma, este trabalho contribuirá para que, com base na metodologia proposta para definição da estratégia de manutenção, novas plataformas de petróleo e gás natural possam operar com ainda mais segurança e eficiência, garantindo o melhor aproveitamento possível das reservas de petróleo. Este trabalho inclui uma análise de custos simplificada para os estudos de caso propostos, não fazendo parte do escopo do trabalho uma análise de custos detalhada para toda instalação. / Maintenance strategy is extremely important to guarantee the oil and gas production of an offshore unit and impacts directly on the efficacy of the production process. Maintenance is even more important in offshore units because equipment failures can result in serious accidents, environmental damage and economic losses. Deal with maintenance of industrial floating plants located 300 kilometers from the coast, as those located in the Brazilian pre-salt fields, is a hard task that requires the application of the most modern techniques of maintenance management and dynamic work processes in order to ensure adequate technical support from facilities located in onshore environments. This thesis aims to evaluate and propose a methodology for defining the maintenance strategy to be implemented in new oil and gas production facilities designed to operate in offshore environment. This methodology is based on reliability centered maintenance and aims to ensure that maintenance strategy results in maximum availability and efficiency of equipment and systems. The methodology is also compatible with the philosophy of Integrated Operations recently developed by Norwegian petroleum industry to optimize the production from their mature oil fields. The results of this work contribute for more safety and efficient operations in order to maximize the utilization of oil and gas reserves. This work includes a simplified cost analysis for the proposed case studies. A detailed cost analysis for the entire installation is not part of the scope.

O presente trabalho vem propor um estudo numérico qualitativo de um modelo hidro-elástico para simulação das vibrações induzidas por vórtices (VIV) em cabos submersos. O modelo é composto de um sistema acoplado de equações que descrevem tanto a estrutura quanto o fluido. A estrutura é modelada através de um oscilador elástico clássico e discretizada através de um método de massas concentradas. O fluido é considerado através de osciladores discretos baseados em modelos fenomenológicos com equação de Van der Pol ou Ginzburg-Landau. O acoplamento entre os dois ocorre na direção transversal ao escoamento local através da força de sustentação. O estudo foi feito para verificar quais tipos de comportamentos de resposta podem ser obtidos através do uso dos modelos fenomenológicos e, também, avaliar o potencial de tais modelos no ciclo de projeto na indústria atual, com foco na indústria petrolífera. Esta adequabilidade ao uso em projeto leva em conta, em primeiro lugar, a qualidade das respostas, mas também leva em conta a viabilidade da execução de simulações numéricas em tempo apropriado. Assim, um modelo numérico foi desenvolvido para permitir a integração, no domínio do tempo, deste sistema hidro- elástico. Esta integração é feita através de um método explícito de Euler e permite tratar não-linearidades dos osciladores elástico e fluido. Um conjunto de situações foi simulado numericamente, incluindo configurações verticais e também configurações em catenária. As simulações indicam alto grau de acoplamento entre os osciladores, o que leva a ressonância entre ambos na maior parte dos casos. Com relação ao comportamento do oscilador estrutural em si, foi possível observar fenômenos interessantes tais como lock-in e travelling waves, além do terceiro harmônico da vibração transversal detectado em alguns experimentos reportados em literatura. Com relação à adequabilidade do uso do modelo em projeto, considera-se que isto seja possível dada a relativa rapidez das simulações e aos resultados promissores que ainda podem ser melhorados. / The present work proposes a qualitative numerical study of a hydro-elastic model in order to simulate vortex-induced vibrations in submerged cables. The model is composed of a coupled system of equations describing the structure and the fluid. The structure is modeled through a classical elastic oscillator and discretized using a lumped mass approach. The fluid is modeled through discrete oscillators based on phenomenological models using Van der Pol or Ginzburg- Landau type equations. The coupling between these two oscillators is carried by the lift force. The study was carried in order to verify which response behavior can be obtained by using such phenomenological models and also, to evaluate their potential to be used in the offshore industry. In order to accomplish that, the model must provide reliable answers and must allow fast responses when it comes to simulation time. In this sense, a numerical model was developed to allow the time domain integration of this hydro-elastic model. The numerical integration is performed by a simple explicit Euler algorithm and allows dealing with non-linearities of both oscillators, elastic and fluid. A set of conditions was numerically simulated, including top tensioned risers and catenary. Simulations indicate a high level of coupling between the two oscillators and thus resonance is achieved in most part of the cases. With respect to the structural oscillator analysis, it was possible to observe interesting phenomena such as lock-in, travelling waves and also the third harmonic observed in some experiments and reported in the literature. Regarding the feasibility of the model usage in the daily offshore industry life, it seems possible once the model generally runs fast and some promising results were achieved.

Para serem classificadas e aprovadas por uma sociedade classificadora, todas as estruturas offshore são submetidas a análises baseadas em regras padrão; os critérios de estabilidade utilizados são baseados no código IMO MODU (Internacional Maritime Organization Mobile Offshore Drilling Units), que referencia quase todos os tipos de unidades flutuantes, como de superfície, semi-submersíveis, e auto elevatórias, entretanto, encontram-se problemas ao tentar enquadrar alguns conceitos inovadores a um desses tipos, devido às grandes diferenças entre o existente e os novos projetos. A fim de prever o comportamento de uma estrutura flutuante, são necessárias análises de estabilidade que predigam o comportamento da plataforma em operação intacta, e eventualmente em caso de avarias. Com o propósito de superar dificuldades e encontrar os critérios apropriados, foi realizado. em conjunto pelo Departamento de Engenharia Naval e Oceânica da USP e Petrobras, esse estudo para gerar análises que cerceiem o comportamento desses novos tipos de plataforma e adéqüem as regras existentes aos novos conceitos para certificações futuras. Pode se observar que unidades do tipo FPSO são as mais comuns em campos de produção brasileiros por apresentarem grande área de convés, capacidade de armazenamento e serem unidades cuja operação é muito conhecida, além de terem baixos custos de construção, seja ela inteiramente construída ou apenas convertida. Entretanto, esse tipo de unidade apresenta movimentos não adequados para a utilização de Steel Catenary Risers (SCRs), inviabilizando sua utilização em águas ultra-profundas. Analisando as condições brasileiras, nota-se que ao considerar ondas, corrente e vento, as relações dimensionais de um FPSO não teriam a melhor proporcionalidade possível, principalmente devido às interferências hidrodinâmicas proporcionadas pelo swell. Isso impeliu o desenvolvimento de um novo conceito que atendesse melhor a função especifica da unidade, batizado monocoluna. Para esse conceito, foram gerados inúmeros cascos, porém apenas alguns deles foram escolhidos como ideais para serem submetidos a mais minuciosas análises, e nessa dissertação se discutem os critérios de estabilidade que devem ser aplicados a monocoluna. Todas as análises foram conduzidas considerando métodos numéricos e as dimensões finais foram aplicadas a ensaios em tanques de provas para que se comprovasse a eficiência dos sistemas criados. / To be classified and approved by a classification society, all offshore structures shall be submitted and analyzed according to standard rules. The stability criteria are based on the IMO MODU (International Maritime Organization Mobile Offshore Drilling Units) Code which has reference to almost all types of floating units such as surface, column-stabilized and self elevating. Although it refers to a wide range of naval systems, problems were found when dealing with new concepts due to differences between these concepts and those presented by the rules. In order to predict the behavior of a floating structure, it is necessary to perform stability analyses that foresee how the platform will respond when in operation either intact or eventually damaged. With that in mind, this study that would analyze and evaluate the existing rules came up along with the Department of Naval and Ocean Engineering of the University of São Paulo and Petrobras, this study intends to check the applicability of the existing rules and propose more adequate rules for the monocolumn. It is possible to observe that FPSO units are more common at the Brazilian oil fields due to the presence of great deck area and storage capacity, their operation is well known, they have low constructions costs either if they are built from scratch or converted. Even so, this type of unit presents inadequate responses to the use of Steel Catenary Risers (SCRs), what doesnt allow its use in ultra deep water. Analyzing the Brazilian weather and sea condition, specially focusing on waves, sea strings and wind, the FPSO dimensions are not the best, especially due to the swell hydrodynamic responses. That forced the development of a new concept that better fulfill the units specific function, named monocolumn. Lots of units were defined as valid, but only some with the best responses were chosen for deeper analysis, therefore this study discusses the stability criteria that shall apply to this concept. All the analyses were conduced considering numerical methods and among all the possibilities, final dimensions were generated and prototypes were built and tested in test tanks to prove their efficiency.

Numa unidade offshore de produção de petróleo, o gás produzido é tratado para atingir as especificações requeridas e permitir sua utilização em diferentes demandas como gás combustível, gas lift, exportação de gás ou injeção de gás. No Brasil, a Agência Nacional do Petróleo regula a produção de óleo e gás, limita a queima de gás e controla a movimentação e utilização de gás de acordo com as estimativas informadas pelo operador. Falhas no sistema de tratamento de gás levam à queima e podem causar parada de produção. A confiabilidade e disponibilidade do sistema de tratamento de gás é uma preocupação relevante. Entender as relações e influências dos vários subsistemas e equipamentos do sistema nessas medidas de desempenho pode levar a melhorias nas estratégias de manutenção que podem minimizar perdas na produção de óleo e de gás. Dentre os vários métodos de análise de confiabilidade, as redes de Petri estocásticas se destacam quando comparadas às ferramentas tradicionais como diagrama de blocos ou árvore de falhas devido a sua habilidade em modelar aspectos como dependências funcionais, lógicas e sequências. Nesse trabalho foram construídos quatro modelos utilizando redes de Petri estocásticas para analisar a disponibilidade do sistema de tratamento de gás. A facilidade de construção modelo A sugere sua utilização em etapas preliminares de projeto para validar o arranjo inicial, as quantidades de equipamentos e as configurações de redundância. O modelo B pode ser utilizado para identificar os subsistemas e equipamentos que mais contribuem para as falhas do sistema e para realizar previsões quanto aos modos de operação do sistema e índice de aproveitamento de gás. A análise de sensibilidade dos resultados de disponibilidade quanto aos dados de falha utilizados mostrou que a variação do tempo médio para reparo tem maior influência. Por meio do modelo C verificou-se que uma plataforma operando num conjunto e sujeita a restrições de importação e exportação de gás tem maior indisponibilidade e maior probabilidade de falha do que uma plataforma operando isolada. O modelo D permite concluir que a inclusão de um modo de falha ao modelo não implica em variação significativa dos resultados de confiabilidade e que nos resultados de disponibilidade a variação passa a ser significativa quando adotam-se pequenos valores de tempo médio entre falhas e grandes valores de tempo médio para reparo. A construção das redes de Petri estocásticas para o sistema completo exige uma compreensão detalhada do funcionamento do sistema em análise o que também pode ser destacado como uma vantagem das redes de Petri estocásticas, contribuindo para aquisição de conhecimento acerca do sistema e dando segurança quanto a fidelidade do modelo criado. / In an offshore oil production facility, produced gas is treated to meet the necessary specifications to allow its use in different demands, as gas fuel, as exportation gas and as injection gas. In Brazil, the National Petroleum Agency regulates oil and gas production, establishing and gas flaring limits, the utilization and distribution of gas according to the operator\'s estimations. Failures in the gas treatment system eventually can cause oil production interruptions to avoid attaining the gas flaring limits. Reliability and availability of the gas treatment system is a major concern. Understanding the relationships and influences of the various gas treatment subsystems and equipment on these performance measures may lead to design or maintenance strategies improvements that could ultimately minimize oil and gas losses in the facility. Among several modelling methods stochastic Petri nets stands out comparing to traditional reliability tools like reliability block diagrams or fault tree analysis due to its ability to model aspects such as functional dependencies, logics and sequences. In this work, four models were built using stochastic Petri nets to assess the availability of a gas treatment system. The model A is easy to build and may be used in preliminary design stages to validate the initial arrangement, equipment and redundancies. The model B may be used to identify subsystems and equipment that most contribute to system failures and to predict operation modes and efficiency in the gas utilization. The sensibility analysis of reliability data has shown a predominant influence of the mean time to repair. Using model C, it could be noticed that a platform operating in a group submitted to injection and exportation gas limits has a greater unavailability and probability of failure than an isolated operating platform. Model D allow one to conclude that including a failure mode in the model does not imply in significant variation in the reliability results and that the variation is only significant in availability when using small mean time to failure values and large mean time to repair values. The stochastic Petri nets construction for the complete system requires an accurate comprehension about the system operation what could also be mentioned as an advantage of the stochastic Petri nets.

A corrosão acarreta riscos ambientais, perdas de vidas e elevados gastos financeiros. Logo, a prevenção e o controle tornam-se mandatórios para a operação segura e rentável de estruturas metálicas. O combate à corrosão depende essencialmente de uma maior compreensão dos fenômenos envolvidos e de investimentos em novas tecnologias. A indústria do petróleo recorre frequentemente à aplicação do aço inoxidável UNS S31803 em suas estruturas, devido a sua boa resistência mecânica e à corrosão. Apesar de ser considerada uma liga de boa soldabilidade, ainda é possível que existam heterogeneidades, defeitos e a formação de fases indesejadas após a soldagem, os quais podem deteriorar a resistência à corrosão da junta. A técnica de soldagem com pino consumível (FHPP) mostra-se como uma recente alternativa para o setor industrial offshore devido as suas qualidades inerentes. Deste modo, a finalidade desse trabalho é avaliar separadamente a resistência à corrosão das principais regiões da junta soldada por FHPP (material base do pino e do substrato e a zona termomecanicamente afetada) de aço inoxidável dúplex UNS S31803, frente a um meio de água do mar sintética na condição naturalmente aerada. De tal modo, é possível identificar eventual comprometimento da resistência à corrosão de uniões desta natureza. Para isso foi desenvolvida uma célula eletroquímica de três eletrodos com dimensões reduzidas (microcélula). Assim, as regiões principais da junta soldada foram analisadas separadamente através de polarizações potenciodinâmicas cíclicas. Foi possível obter os potenciais de corrosão (Ecor), de quebra de passividade (Eq) e de proteção (Eprot1 e Eprot2), junto com os coeficientes de Tafel (ba e bc) e as densidades de corrente de corrosão (icor) e de quebra de passividade (iq). Com base nestas observações, acredita-se que a junta soldada apresenta comportamento eletroquímico em todas suas regiões. / Corrosion impacts annually in environmental risks, loss of human life and high financial costs. Thus, the prevention and the control became mandatory for safe and profitable operation of metal structures. Therefore, the maintenance of acceptable levels of corrosion depends essentially on a greater understanding of the corrosion phenomena and investments in new technologies. The petroleum industry often relies on the UNS S31803 stainless steel in their structures, due to the good mechanical and corrosion resistance of this material. Even though it is considered to be an alloy of good weldability, it is still possible to have heterogeneities, defects and formation of deleterious phases after the welding, which may result in the weakening of the corrosion resistance of the joint. Friction hydro pillar process, arise as a good and recent alternative to the offshore industry, due to its inherent qualities. Therefore, the aim of this study is to individually evaluate the corrosion resistance of the main regions (base materials from the pin and from the subtract and the thermo-mechanically affected zone) of the duplex stainless steel UNS S31803 joint welded by FHPP, against synthetic seawater in the naturally aerated condition, in order to identify potential impairment of the corrosion resistance of these joints. For this, it was developed a three electrode electrochemical cell with reduced dimensions (microcell). This way, the main regions of the welded joint could be analyzed separately with cyclic potenciodinâmica polarizations. It was obtained the corrosion (Ecor), pitting (Eq) and protective (Eprot1 and Eprot2) potentials, along with the Tafel slopes (ba and bc) and corrosion (icor) and passivity breakdown (iq) current densities. Based on these observations, it is believed that the welded joint present good electrochemical behavior in all its regions.

A corrosão acarreta riscos ambientais, perdas de vidas e elevados gastos financeiros. Logo, a prevenção e o controle tornam-se mandatórios para a operação segura e rentável de estruturas metálicas. O combate à corrosão depende essencialmente de uma maior compreensão dos fenômenos envolvidos e de investimentos em novas tecnologias. A indústria do petróleo recorre frequentemente à aplicação do aço inoxidável UNS S31803 em suas estruturas, devido a sua boa resistência mecânica e à corrosão. Apesar de ser considerada uma liga de boa soldabilidade, ainda é possível que existam heterogeneidades, defeitos e a formação de fases indesejadas após a soldagem, os quais podem deteriorar a resistência à corrosão da junta. A técnica de soldagem com pino consumível (FHPP) mostra-se como uma recente alternativa para o setor industrial offshore devido as suas qualidades inerentes. Deste modo, a finalidade desse trabalho é avaliar separadamente a resistência à corrosão das principais regiões da junta soldada por FHPP (material base do pino e do substrato e a zona termomecanicamente afetada) de aço inoxidável dúplex UNS S31803, frente a um meio de água do mar sintética na condição naturalmente aerada. De tal modo, é possível identificar eventual comprometimento da resistência à corrosão de uniões desta natureza. Para isso foi desenvolvida uma célula eletroquímica de três eletrodos com dimensões reduzidas (microcélula). Assim, as regiões principais da junta soldada foram analisadas separadamente através de polarizações potenciodinâmicas cíclicas. Foi possível obter os potenciais de corrosão (Ecor), de quebra de passividade (Eq) e de proteção (Eprot1 e Eprot2), junto com os coeficientes de Tafel (ba e bc) e as densidades de corrente de corrosão (icor) e de quebra de passividade (iq). Com base nestas observações, acredita-se que a junta soldada apresenta comportamento eletroquímico em todas suas regiões. / Corrosion impacts annually in environmental risks, loss of human life and high financial costs. Thus, the prevention and the control became mandatory for safe and profitable operation of metal structures. Therefore, the maintenance of acceptable levels of corrosion depends essentially on a greater understanding of the corrosion phenomena and investments in new technologies. The petroleum industry often relies on the UNS S31803 stainless steel in their structures, due to the good mechanical and corrosion resistance of this material. Even though it is considered to be an alloy of good weldability, it is still possible to have heterogeneities, defects and formation of deleterious phases after the welding, which may result in the weakening of the corrosion resistance of the joint. Friction hydro pillar process, arise as a good and recent alternative to the offshore industry, due to its inherent qualities. Therefore, the aim of this study is to individually evaluate the corrosion resistance of the main regions (base materials from the pin and from the subtract and the thermo-mechanically affected zone) of the duplex stainless steel UNS S31803 joint welded by FHPP, against synthetic seawater in the naturally aerated condition, in order to identify potential impairment of the corrosion resistance of these joints. For this, it was developed a three electrode electrochemical cell with reduced dimensions (microcell). This way, the main regions of the welded joint could be analyzed separately with cyclic potenciodinâmica polarizations. It was obtained the corrosion (Ecor), pitting (Eq) and protective (Eprot1 and Eprot2) potentials, along with the Tafel slopes (ba and bc) and corrosion (icor) and passivity breakdown (iq) current densities. Based on these observations, it is believed that the welded joint present good electrochemical behavior in all its regions.

Mais recentemente a exploração offshore de petróleo e gás tem se intensificado na costa brasileira. Uma das características da exploração offshore no Brasil está ligada ao fato de os hidrocarbonetos se situarem a grandes profundidades no mar, frequentemente abaixo de uma espessa camada de sal, exigindo o desenvolvimento de novas tecnologias para vencer os desafios para sua prospecção e extração. A profundidade dos poços pode variar entre dois mil e sete mil metros abaixo da superfície do mar. Um dos grandes desafios é garantir uma boa conexão dos equipamentos de extração com a unidade de produção na superfície, o que se faz com risers. Há distintas configurações de risers, entre as quais os verticais, em catenária, lazy waves ou steep waves, sendo que o riser em catenária e o vertical, em particular, serão estudados aqui. Este trabalho visa a estudar os efeitos dinâmicos não lineares no riser, que, por ser extremamente esbelto, exige a consideração da não linearidade geométrica. Entre eles, destaca-se a possibilidade de ocorrência da ressonância paramétrica. Os carregamentos dinâmicos podem ser provenientes da movimentação da unidade flutuante, correntezas ou escoamento interno. Neste trabalho serão elaborados modelos em elementos finitos, utilizando o software Abaqus, que possui mais recursos que a maioria dos softwares comerciais para as análises que se pretende realizar. Esses modelos simularão inicialmente a configuração de equilíbrio estático do riser e posteriormente serão adicionados os carregamentos dinâmicos. Na representação do encontro do riser com o solo no fundo do mar, serão utilizados elementos de contato elásticos. Pretende-se discutir a viabilidade e as limitações no uso de programas generalistas de análise estrutural pelo método dos elementos finitos, no confronto com programas dedicados, e ainda comparando os resultados obtidos com aqueles que decorrem de soluções analíticas, ou experimentais, quando disponíveis. / More recently the offshore oil and gas exploitation has being intensified on the Brazilian coast. One of the characteristics of offshore exploitation in Brazil is linked to the fact that hydrocarbons are located at great depths under the sea bed, often below a thick layer of salt, requiring the development of new technologies to meet these challenges. The depth of the wells can vary between 2,000 and 7,000 meters below the sea surface. A major challenge is to ensure a good connection between the extraction system and the production unit at the sea surface, which is provided by risers. There are different configurations of risers, including the vertical, catenary, lazy-wave or steep-wave; the catenary and vertical risers will be studied in this work. This work aims at studying the nonlinear dynamic effects on the riser, which, being extremely slender, requires consideration of the geometric nonlinearity. Among them, there is the possibility of occurrence of parametric resonance. The dynamic loads may come from the motion of the floating unit and external or internal fluid flow. This work will be developed using finite-element models in Abaqus, which has more resources than most commercial softwares to carry out the type of analyses of interest. Initially these models simulate the static equilibrium configuration of the catenary riser, which will be later disturbed by dynamic loads. The modeling of the so called touch-down zone (TDZ) will use elastic contact elements. It is intended to discuss the feasibility and limitations when using generalist codes for structural analysis by the finite-element method, in comparison with dedicated codes, and also to correlate these results with those from analytical and experimental studies, whenever available.