Análisis estructural de conexiones de líneas submarinas para transporte de petróleo usando el método de elementos finitos

Abstract

La producción de reservatorios petrolíferos en aguas ultra-profundas ha llevado al desenvolvimiento de nuevas tecnologías, entre ellas los ductos sándwiches para el transporte de petróleo y gas natural a través de las líneas submarinas. Las características principales de los ductos sándwiches son la alta capacidad a la resistencia estructural, el aislamiento térmico y bajo costo de producción en comparación a las alternativas existentes. El Perú tiene instalado líneas de producción offshore y aún el área está fase de desenvolvimiento. La tesis desarrolla los conceptos para el análisis de las líneas de producción, y muestra que es posible la introducción de la tecnología de ductos sándwiches para el desarrollo de la industria offshore peruana. En la presente tesis se propone una conexión roscada para un ducto sándwich y se evaluó su desempeño mediante un análisis de elementos finitos, utilizando el programa comercial (Abaqus). La conexión roscada propuesta es del tipo integral, con dientes cuadrados, y sello metal-metal. El análisis por elementos finitos se realizó mediante dos modelos; un modelo bidimensional y un modelo tridimensional. El análisis de los resultados numérico permitió obtener los límites de trabajo para el conector propuesto.

Production of the oil reservoirs in deep waters has led to the development of new technologies, such as sandwich pipelines for the transportation of oil and natural gas in pipelines. The main characteristics of the sandwich pipe are the high capacity for structural resistance, thermal insulation, and low production cost compared to existing alternatives. Peru has installed pipelines and the offshore industry is still in the development phase. The thesis develops the concepts for the analysis of the pipelines and shows that it is possible to introduce sandwich pipe technology to develop the Peruvian offshore industry. In this thesis, a threaded connection for a sandwich pipe was proposed and its performance was evaluated by means of a finite element analysis, using the commercial program (Abaqus). The proposed threaded connection is of the integral type, with square teeth, and a metal-to-metal seal. Finite element analysis was performed using two models; a two-dimensional model and a three-dimensional model. The analysis of the numerical results allowed to obtain the working limits for the proposed connector.