Desenvolvimento de metodologia para simulação em escala reduzida dos efeitos do reeling nas propriedades mecânicas de dutos submarinos de aço x70

Abstract

Dutos de aço carbono são amplamente utilizados para transporte de petróleo e gás e seus derivados. Essas tubulações podem ser bobinadas em grandes carretéis, em um processo denominado reeling, que simplifica o armazenamento, transporte e instalação do duto com embarcações em ambiente de exploração de petróleo off-shore. No entanto, durante o processo de bobinamento e desbobinamento, são introduzidas deformações compressivas e trativas no tubo, ocasionando modificações das propriedades mecânicas do material e redução da sua vida em serviço. Para estudar estes efeitos, uma possibilidade é a execução de ensaios mecânicos em escala real, mas os equipamentos necessários para induzir níveis comparáveis de deformação em laboratório são caros e complexos. Outra possibilidade é executar ensaios em escala reduzida a fim de obter parâmetros de entrada para modelos de elementos finitos que possam descrever os fenômenos. O presente trabalho se dedica a investigar uma metodologia para condução destes ensaios em escala reduzida de forma a se obter dados de boa qualidade a respeito das propriedades mecânicas do material, no formato requerido por softwares de elementos finitos. Foi possível verificar fenômenos como a ocorrência ou ausência de escoamento descontínuo dependendo da configuração do ensaio, e também avaliar as características dos patamares de escoamento, e o surgimento do efeito Bauschinger sob o regime de carregamento cíclico em tração e compressão. Os ensaios mecânicos conduzidos foram monitorados por DIC (correlação de imagem digital) e COD (extensômetro do tipo clip gauge) e os dados obtidos com estes dois métodos são comparados.

Carbon steel pipelines are widely used for the transportation of oil, gas, and their derivatives. These pipes can be coiled on large reels, in a process called reeling, which simplifies the storage, transportation, and installation of the pipeline with vessels in offshore oil exploration environments. However, during the coiling and uncoiling process, compressive and tensile deformations are introduced into the tube, causing modifications to the mechanical properties of the material and a reduction in its service life. To study these effects, one option is to perform full-scale mechanical tests, but the equipment needed to induce comparable levels of deformation in the laboratory is expensive and complex. Another option is to perform tests on a reduced scale to obtain input parameters for finite element models that can describe the phenomena. This work is dedicated to investigating a methodology for conducting these small scale tests to obtain high-quality data regarding the mechanical properties of the material, in the format required by finite element software. It was possible to observe phenomena such as the occurrence or absence of discontinuous yielding depending on the testing conditions, and to evaluate the characteristics of the yield plateau and the emergence of the Bauschinger effect under cyclic loading in tension and compression. The conducted mechanical tests were monitored by DIC (digital image correlation) and COD (clip gauge strain gauge), and the data obtained with these two methods are compared.