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Serviços / Árvores de natal
Engenharia de árvores de natal submarinas: análise térmica, de contato e estrutural
Curvas de resfriamento, isolamento térmico, vedação e estrutura de árvores de natal molhadas e equipamentos submarinos, com CFD++ e Adina. Achamos os limites do projeto antes do ensaio e da fabricação.
Fornecedora aprovada de uma empresa global de serviços de petróleo para análises de sistemas submarinos, após casos teste de FEA não linear, contato e CFD de erosão.
- Aprovação como fornecedora globalAprovada nos Estados Unidos e no Brasil, com contrato de longo prazo para simulações de sistemas submarinos.
- Isolamento aprovadoUm novo material de isolamento, mais leve, para linhas submarinas foi aprovado com a ajuda da ATS.
- Vedação verificada além do projetoA vedação de uma válvula atendeu ao vazamento interno permitido por até 3 ciclos, em uma condição muito maior que a de projeto.
- Método de colapso aprovado com ensaiosPressão de colapso de um duto de águas profundas em três configurações de carga e fixação.
- Ensaio dimensionado em laboratórioA análise térmica de um flange de ensaio mostrou que a temperatura-alvo não era excedida.
Soluções completas, da curva térmica à estrutura
Preferimos projetos inteiros a simulações isoladas: a ATS responsável pelas análises térmica, de contato e estrutural, e pelo relatório.
Térmica e estrutura juntas
O mesmo equipamento é verificado quanto ao tempo de resfriamento e quanto a tensões e vedação, e um achado não esconde o outro.
Projeto do isolamento
Material, espessura, forma e locais de instalação do isolamento são estudados para retardar o resfriamento.
Antes do ensaio
Os modelos definem os limites do equipamento e ajudam a dimensionar os ensaios, o que economiza ensaios e fabricação.
Precisa só de uma parte? Definimos o escopo com você.
O que você recebe
Curva de resfriamento
Temperatura em vários pontos da árvore desde a parada do escoamento quente, em regime permanente e transitório.
Projeto do isolamento
Material, espessura, forma e locais, otimizados com o iChrome Nexus acoplado a FEA ou CFD.
Análise de contato e vedação
Sedes de vedação e O-rings, com deformação elástica e plástica, e o vazamento interno permitido.
Materiais hiperelásticos
Análise de contato de tampões hiperelásticos para diferentes pressões, tamanhos, materiais e espessuras, com a pré-tensão confirmada por ensaios.
Colapso de dutos
Pressão de colapso para diferentes configurações de carga e fixação, com o solver não linear.
Planejamento de ensaios
Verificações térmicas de montagens de ensaio, por exemplo que um flange fique abaixo de uma temperatura-alvo em um ensaio de tração.
A árvore de natal e por que ela esfria
O que é
A árvore de natal é um conjunto de válvulas operadas remotamente e instaladas na cabeça do poço. Ela controla a produção do poço de modo inteligente e otimizado, sem necessidade de manutenção, e mede a pressão e a temperatura do poço e de suas linhas. As linhas podem ser de produção ou de injeção.
No Brasil, as árvores de natal molhadas são as mais comuns, por causa da produção offshore. O nome vem do tipo seco, em regiões frias dos EUA, que depois da neve parecia um pinheiro.
Como opera no pré-sal
No pré-sal, as árvores operam em grande profundidade, abaixo de 2000 m, com alta pressão externa e temperatura média de 4 °C. Podem bombear de 5.000 a 15.000 barris de petróleo por dia. Uma árvore de 5.000 psi pesa 86 toneladas e tem cerca de 7 metros.
Uma árvore molhada típica tem uma válvula mestra de produção, uma válvula lateral de produção, uma válvula de intertravamento de produção e anel, uma válvula mestra de anel e uma válvula lateral.
Resfriamento e parafinas
Se a extração é interrompida, as linhas e a árvore esfriam até a temperatura do oceano, 4 °C, pois o escoamento quente deixa de passar pela tubulação. O petróleo precisa escoar acima de 40 °C por causa das parafinas, que se solidificam em temperaturas menores e impedem o escoamento.
Um estudo importante é a curva de resfriamento em vários pontos da árvore a partir da parada. A árvore tem isolamento térmico para retardá-lo, e o material, a espessura, a forma e os locais de instalação precisam ser estudados para otimizar o projeto.
Como analisamos
A análise térmica é feita com CFD++ ou com os módulos térmicos avançados de FEA (Adina Thermal), que calculam o transitório não só em sólidos mas também em líquidos. O iChrome Nexus economiza tempo e projeta o isolamento acoplado a FEA ou CFD.
A ATS já fez projetos e simulações de análise térmica em regime permanente e transitório para sistemas submarinos, para empresas de serviços de petróleo e de engenharia submarina, inclusive um projeto de P&D para uma operadora.
Ferramentas, e onde cada uma entra
As ferramentas servem ao trabalho de engenharia. Dizemos o que cada uma faz no projeto.
| Ferramenta | Papel no projeto | Situação |
|---|---|---|
| CFD++ | Escoamento, transferência de calor, combustão e partículas em 3D. A ATS é a representante exclusiva do CFD++ no Brasil. | Licenciada |
| Adina | Térmica em sólidos e líquidos, estruturas não lineares, contato e materiais hiperelásticos. | Licenciada |
| Femap, NX Nastran, Adina | Análise de tensões, contato, materiais hiperelásticos e não lineares, térmica e acoplamento fluido-estrutura. | Licenciada |
| iChrome Nexus | Otimizador e gerenciador de fluxos complexos entre CAD, CFD e FEA. | Licenciada |
| Python, Nsp, Scilab | Modelos analíticos e de controle, e otimização, sem necessidade de licença. | Em uso |
Evidências que você pode conferir
Trabalhos para empresas de serviços de petróleo e de engenharia submarina.
Trabalhos de projeto
| Projeto | O que fizemos | Ferramentas e ensaios | Resultado ou local |
|---|---|---|---|
| Análise térmica de equipamento submarinoProjeto | Garantir que o flange de um componente submetido a ensaio de tração não excedesse uma temperatura-alvo. | CFD térmico com convecção natural, radiação e condução, para duas geometrias de flange. | Temperatura-alvo não excedida. O cliente fez o ensaio sem problemas. |
| Análise de contato de uma vedação de válvulaProjeto | Estudo da vedação de uma válvula submetida a uma condição de operação muito maior que a de projeto. | FEA não linear com deformação elástica e plástica. | A sede de vedação atendeu ao vazamento interno permitido por até 3 ciclos de operação. Geometria deformada prevista após os 3 ciclos. |
| Colapso de dutoProjeto | Colapso de um duto usado em operação em águas profundas. | Três casos no solver não linear avançado, adequado à região de deformação plástica do material. | Pressão de colapso em três configurações de carga e fixação. Metodologia aprovada com dados de ensaio. |
| Tampão de dutoProjeto | Vedação de um tampão de duto sob diferentes pressões, tamanhos de duto, materiais e espessuras. | Material hiperelástico e análise de contato. Estudo das normas de ensaio de materiais. | Tampão testado analiticamente, sem ensaios caros. Pré-tensão confirmada por ensaios. Limites do equipamento conhecidos. |
| Oceaneering e Shell: aquecimento de uma linha submarinaProjeto | Análise térmica transitória de um sistema de aquecimento para remediar o escoamento em dutos no fundo do mar, abaixo de 2000 m. | CFD++ em regime permanente, modelo analítico e controle PID. Veja a página de sistemas suboceânicos. | A operadora aprovou o resultado. O cliente dimensionou o ensaio em laboratório com as recomendações de projeto da ATS. |
Como um trabalho acontece
Diagnóstico e meta
Definimos com a sua equipe o problema, as condições de operação e a meta.
Modelo
A geometria do equipamento é preparada e escolhemos a física aplicável.
Análise
Cálculo numérico baseado nos princípios físicos aplicáveis.
Verificação e validação
Os resultados são verificados quanto à consistência e comparados com ensaios, dados da planta ou literatura.
Solução e relatório
Projeto da solução, especificação do ensaio quando necessário e o relatório.
Acompanhamento
Apoio ao ensaio em campo ou à operação, e revisões.
Serviços relacionados
Perguntas que engenheiros fazem antes de nos contratar
O que vocês calculam para uma árvore de natal?
Principalmente a curva de resfriamento em vários pontos depois da parada, o projeto do isolamento e o contato, a vedação e a estrutura de válvulas e vedações.
Por que o tempo de resfriamento importa?
O petróleo precisa escoar acima de 40 °C. Abaixo disso, as parafinas se solidificam e bloqueiam o escoamento, e por isso o tempo que a árvore leva para esfriar depois de uma parada define o tempo de resposta da operação.
Podem verificar uma vedação além da condição de projeto?
Sim. Em um caso, a vedação de uma válvula atendeu ao vazamento interno permitido por até 3 ciclos em uma condição muito maior que a de projeto, e a geometria deformada foi prevista.
Os nossos dados ficam confidenciais?
Sim. Trabalhamos sob NDA, e os seus dados de projeto e relatórios ficam com você.
Conte-nos sobre o equipamento e a condição
Envie o equipamento, a pressão e a temperatura, e a pergunta que precisa ser respondida.
sales@aerothermalsolutions.co+55 11 3854-4224Um engenheiro da ATS responde. Trabalhamos sob NDA.
Duas formas de contratar: por pacote, para escopo e número de casos definidos, ou por hora, para escopo aberto. Um contrato por hora pode virar pacote.