Dinâmica e controle de uma estrutura rotativa flexível esbelta sujeita a torção e rubbing. - Santos, Adriano Domeny dos (2023)
A indústria de óleo e gás há décadas constitui um setor de grande relevância estratégica para um país. Pelo seu alto custo fixo, melhorias no processo de extração e refino costumam representar um aumento considerável na margem de lucro, bem como tornar viável a extração em áreas que antes não eram. Desde a década de 60, a perfuração rotativa constitui a técnica mais consolidada na extração de óleo e gás em poços profundos. Essa técnica se baseia na utilização de uma coluna metálica extremamente esbelta, para transmissão de energia rotativa desde o nível da superfície até a broca, que pode se encontrar a quilômetros de profundidade no solo; e também na utilização de um sistema paralelo de circulação de fluido de perfuração, para retirada do cascalho, arrefecimento e lubrificação da broca, e manutenção da pressão interna na parede do furo de perfuração, no decorrer do processo. A elevada esbeltez da coluna de perfuração, e a presença de forças de interação não lineares sobre a coluna, especialmente forças de impacto e de atrito, são as principais causas das altas vibrações do sistema, das quais algumas são as responsáveis pela redução considerável na eficiência do processo de perfuração, quantificada pela taxa de avanço da broca com o sistema em pleno funcionamento. A presente proposta de doutorado teve como alvo o estudo do comportamento dinâmico de sistemas rotativos flexíveis, qualitativamente similares ao utilizado na técnica de perfuração rotativa. Na tentativa de melhorar a estabilização dessas estruturas rotativas muito esbeltas, sujeitas a torção e flexão, alguns passos foram dados no desenvolvimento de novas estratégias de controle do sistema, seja por meio de simulações numéricas, seja por meio de ensaios em bancada experimental. Na bancada experimental desenvolvida e utilizada no presente trabalho, alguns componentes rotativos estiveram submetidos a interações de impacto e escorregamento (rubbing), bem como a atrito seco, o que permitiu observar experimentalmente comportamentos não-lineares do sistema, tais como o stick-slip, fenômeno caracterizado pela ocorrência sucessiva de esticamento e distensão torcionais do eixo, causado principalmente pelo atrito.