Projeto de um Jumper Rgido to validate the growing awareness that subsea rigid jumpers are indeed susceptible to Vortex Induced Vibrations (VIV). The jumper is ... vortex induced vibration

  • View
    214

  • Download
    1

Embed Size (px)

Text of Projeto de um Jumper Rgido to validate the growing awareness that subsea rigid jumpers are indeed...

  • Universidade Federal do Rio de Janeiro

    Escola Politcnica

    Programa de Projeto de Estruturas

    Pedro Paulo Sousa Barros

    PROJETO DE UM JUMPER RGIDO OFFSHORE

  • Pedro Paulo Sousa Barros

    PROJETO DE UM JUMPER RGIDO OFFSHORE

    Dissertao de Mestrado apresentada ao Programa de Projeto

    de Estruturas da Escola Politcnica, da Universidade Federal

    do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessrios

    obteno do ttulo de Mestre em Projetos de Estruturas.

    Examinada por:

    _______________________________________________

    Prof. Gilberto Bruno Ellwanger, D.Sc.

    _______________________________________________

    Prof. Sergio Hampshire de Carvalho Santos, D.Sc.

    _______________________________________________

    Profa. Maria Casco Ferreira de Almeida, D.Sc.

    _______________________________________________

    Thiago Angelo Gonalves Lacerda, D.Sc.

    RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

    OUTUBRO DE 2014

  • Barros, Pedro

    Projeto de um Jumper Rgido Offshore / Pedro Barros 2014.

    V, 261 p.: il.; 29,7 cm.

    Dissertao (Mestrado em Projeto de Estruturas) Universidade

    Federal do Rio de Janeiro, Escola Politcnica, Programa de Projeto de

    Estruturas, Rio de Janeiro, 2014.

    Orientador: Gilberto Bruno Ellwanger

    Referncias Bibliogrficas: p. 186-195.

    1. Jumper. 2. Offshore, 3. Fadiga. I. Barros, Pedro. II. Ellwanger,

    Gilberto. III. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola

    Politcnica, Programa de Projeto em Estruturas. IV. Ttulo.

  • iii

    Dedico este trabalho aos meus pais,

    que me ajudaram em tudo que lhes foi possvel

    ao longo de suas vidas e me deram acesso ao

    mais precioso dos tesouros: o conhecimento.

  • iv

    AGRADECIMENTOS

    A Deus, nosso Senhor, o maior Amor.

    Ao professor Gilberto, pela amizade, ensinamentos, companheirismo e compreenso

    por todo o decorrer dos cursos de Mestrado, Ps-Graduao e Graduao.

    minha querida famlia. Em especial, aos meus pais Adalton e Solange, pela criao

    que me deram, pelos ensinamentos, pelo amor, pelo esforo de toda uma vida de trabalho em

    prol da educao e bem estar dos filhos, orientando-me na busca do sucesso e da felicidade

    sem nunca esquecer a humildade e as dificuldades que sero encontradas neste longo

    caminho. Ao meu irmo amigo e querido Luiz Ricardo, pela ajuda, amizade e pelo amor.

    Agradeo a todos os familiares que me ajudaram nessa caminhada, a minha av

    Heleany, pelas suas oraes, e a todos os outros pelo carinho e preocupao.

    minha futura esposa, Viviane, amor e amiga, que esteve ao meu lado todo tempo,

    compreendendo minhas angstias e me ajudando a superar todos os desafios. sua famlia,

    muito obrigado pela pacincia e compreenso.

    Aos amigos e grandes profissionais da empresa SAIPEM, em especial aos amigos

    Victor e Felipe Bandeira, Pedro Costa, Jaqueline Martins, Barbara Azevedo, Luigi Foschi e

    Jonylson Amarante, pela ajuda no trabalho e pela amizade.

    Aos amigos que contriburam de forma direta ou indireta na elaborao deste

    trabalho.

    A todo o Corpo Docente do PPE/UFRJ, pelas aulas e por toda informao que, com

    certeza, serviro por toda minha vida profissional. Em especial ao professor Sergio

    Hampshire pelo carinho, amizade e conselhos.

  • v

    Resumo da Dissertao de Mestrado apresentada Escola Politcnica/UFRJ como parte dos

    requisitos necessrios para a obteno do grau de Mestre em Projeto de Estrutura (M. Sc.).

    PROJETO DE UM JUMPER RGIDO

    Pedro Paulo Sousa Barros

    Outubro/2014

    Orientador: Gilberto Bruno Ellwanger, D.Sc.

    Programa: Projeto de Estruturas

    O presente trabalho visa apresentar uma metodologia de avaliao e clculo de um

    jumper rgido offshore, apresentado por meio de um projeto, onde levado em considerao

    as referncias normativas dos principais rgos tcnicos especializados. Este projeto aborda

    os parmetros e condies pertinentes sua verificao, alm de validar a crescente

    conscincia de que os jumpers rgidos submarinos so de fato suscetveis s Vibraes

    Induzidas por Vrtices (VIV).

    O jumper uma estrutura de interligao submarina cuja principal funo de ser um

    conector de transporte de fluidos entre dois componentes de produo submarinos, quaisquer

    que sejam eles (PLEM, PLET, Manifold, rvores de Natal, Risers, etc.), que est exposta s

    correntes ocenicas, sendo susceptvel ocorrncia das VIV.

    O estudo das vibraes induzidas por vrtices vem adquirindo um papel muito

    importante na explorao e produo das reservas de petrleo e gs offshore. Isto acontece

    devido ao aumento das profundidades de explorao, aumento da lmina dgua e das foras

    de correntes geradas pelo meio ambiente.

  • vi

    Abstract of Dissertation presented to POLI/UFRJ for partial fulfillment of the requirements

    for the degree of Master in Design of Structures (M. Sc.).

    RIGID OFFSHORE JUMPER DESIGN

    Pedro Paulo Sousa Barros

    September/2014

    Advisor: Gilberto Bruno Ellwanger, D.Sc.

    Department: Design of Structures

    This work presents a methodology for evaluation and calculation of a rigid offshore

    jumper, presented through a project, considering the normative references of main specialized

    technicians bodies. This project will treat of the parameters and conditions relevant to check

    and to validate the growing awareness that subsea rigid jumpers are indeed susceptible to

    Vortex Induced Vibrations (VIV).

    The jumper is a submarine interconnection structure whose main function is to be a

    connector for the transport of fluids between two subsea production components, such as

    PLEM, PLET, Manifold, Christmas Trees, Risers, etc., which is exposed to ocean currents,

    being susceptible to the occurrence of VIV.

    The study of vortex induced vibration is acquiring an important role in the oil and gas

    industry. This happens due to the increase of exploration depths, increase of water depth and

    due to the forces generated by the environmental current.

  • vii

    SUMRIO

    SUMRIO ............................................................................................................................ 7

    NOMENCLATURA .............................................................................................................. 26

    GLOSSRIO ....................................................................................................................... 32

    CAPTULO 1 INTRODUO .................................................................................................. 1

    1.1. Contexto ............................................................................................................................ 1

    1.2. Motivao ......................................................................................................................... 6

    1.3. Objetivo e Escopo ............................................................................................................. 8

    1.4. Organizao do Texto ..................................................................................................... 10

    CAPTULO 2 O JUMPER ..................................................................................................... 11

    2.1. Definies & Funes ..................................................................................................... 11

    2.2. Tipos de Tie-in ................................................................................................................ 15

    2.3. Configuraes ................................................................................................................. 17

    2.4. Componentes................................................................................................................... 18

    2.5. Conectores ....................................................................................................................... 19

    2.6. Fabricao e Montagem .................................................................................................. 23

    2.7. Soldagem do jumper ....................................................................................................... 24

    2.8. Composio Material dos Tubos .................................................................................... 26

    CAPTULO 3 CARREGAMENTOS ......................................................................................... 29

    3.1. Introduo ....................................................................................................................... 29

    3.2. Tolerncias de Instalao ................................................................................................ 29

    3.3. Tolerncias de Fabricao (Metrologia) ......................................................................... 33

    3.3.1. Metrologia com Sistema Taut Wire ............................................................................................. 34

    3.3.2. Metrologia Utilizando Sistema Hidroacstico ............................................................................ 36

    3.3.3. Metrologia Utilizando Sensores Inerciais ................................................................................... 38

    3.3.4. Laser Scanner Submarino ............................................................................................................ 40

    3.3.5. Fotogrametria Submarina ......................................................