Resumo: Nas últimas décadas, as descobertas de campos de petróleo em águas ultra profundas levaram a desafios tecnológicos relacionados ao projeto de sistemas de produção marítimos e ao desenvolvimento de equipamentos submarinos. Nesse cenário, dutos flexíveis são amplamente utilizados para elevar o fluido de produção do equipamento submarino para a unidade flutuante, e eventualmente, para injetar fluidos no sistema de cabeça de poço molhada. Durante o desenvolvimento de campos marítimos, uma operação crítica é a conexão do duto flexível com o equipamento submarino. Um método para instalação tipicamente utilizado em campos marítimos no Brasil é conhecido como Conexão Vertical Direta. Nesse conceito, o Módulo de Conexão Vertical (MCV) é conectado a um duto flexível por meio de um flange parafusado e assentado no equipamento submarino com assistência de um cabo auxiliar. Durante a operação de conexão, esforços excessivos podem ocorrer devido à reação induzida pelo duto flexível conectado ao MCV. O presente trabalho tem como objetivo descrever a operação de Conexão Vertical Direta e propor uma metodologia para estudar os esforços induzidos pelo duto flexível durante sua instalação. Para esse propósito, um modelo numérico é desenvolvido para simular a operação de Conexão Vertical Direta e este é utilizado para simular o procedimento de instalação utilizando o programa comercial OrcaFlex. A solução numérica utiliza o conceito de parâmetros concentrados para representar o duto flexível. Uma função externa é implementada para simular a reação do equipamento submarino imposta ao MCV, em que a rigidez elástica de tal equipamento é estimada e substituída por uma viga Euler-Bernoulli. A interação hidrodinâmica entre o fluido e as estruturas são representadas de acordo com a formulação de Morison modificada. O comportamento dinâmico do sistema é estudado por meio da variação dos coeficientes hidrodinâmicos, e os resultados são apresentados em termos de reações na conexão flangeada do MCV com o duto flexível. Os resultados das simulações numéricas do presente trabalho permitem a avaliação da amplitude dos esforços que atuam no MCV durante a Conexão Vertical Direta com objetivo de auxiliar o planejamento operacional do processo de instalação Ver menos

Abstract: In the last decade, offshore petroleum field discoveries in ultra-deepwater have led to technological challenges regarding the operational design of production systems and the development of subsea resources. In this scenario, flexible pipes have been extensively used to elevate the production fluid from the subsea equipment to the topside facilities, and sometimes, to conduct injection fluids into the wellhead system. During the development of offshore fields, one critical operation is the connection of a flexible pipe to the subsea equipment. An operational procedure for the installation commonly used in offshore Brazil is known as Direct Vertical Connection. In this concept, the Vertical Connection Module (VCM) is connected to the flexible pipe through a flanged joint, and lowered in to the subsea equipment with assistance of an auxiliary cable. During the connection operation, excessive loads may occur due to the reaction transfer from the flexible pipe to the VCM. The present work aims to describe the Direct Vertical Connection operation and to propose a methodology to study the forces induced by the flexible riser into the VCM during such operation. For this purpose, a numerical model is developed for the Direct Vertical Connection and it is employed to simulate the installation procedure through the commercial software OrcaFlex. Numerical solution uses the lumped mass concept to represent the flexible pipe. An external function is implemented to simulate the reaction of the subsea equipment to the VCM, i.e., the elastic stiffness of the subsea equipment is estimated and represented as a Euler-Bernoulli beam. The hydrodynamic interaction between the fluid and structures is represented according to the modified Morison formulation. The dynamic behavior of the system is investigated by varying the hydrodynamic coefficients, and the results are shown in terms of reaction forces acting on the flange of the VCM. Numerical simulation results in the present work allows to evaluate the range of loading which acts during the Direct Vertical Connection to help operational design of the installation process Ver menos