deepc : análise acoplada de risers e umbilicais

Agosto 2012

DeepC – Análise de Risers e Umbilicais Fan Joe Zhang

Sesam Business Development Manager – DNV Software / Houston

João Henrique Volpini Mattos Engenheiro Naval Regional Sales Manager - Maritime & Offshore Solutions (South America), DNV Software / Brasil

© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.

DeepC

Análise sem e com acoplamento. Modelagem de estruturas delgadas. Definição e execução de análises no domínio do tempo :

– Riflex e Simo para análise acoplada. – Riflex para análise convencional de riser.

Pós-processamento estatístico. Análise de fadiga dos risers. Code-checking de carregamento combinado de risers

metálicos.

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Ferramenta do Sesam para análise de risers e linhas de ancoragem conectadas à corpos flutuantes estacionários.

Presenter

Presentation Notes

A medida em que os poços de óleo e gás se tornam mais profundos, as instalações de plataformas em águas profundas se tornam mais desafiadoras. Os efeitos de acoplamento entre o flutuante e sua ancoragem se torna mais pronunciado e mais importante. Sesam é uma ferramenta excelente para a análise da interação entre o casco, ancoragem e risers.


DeepC : Histórico Resultante do projeto de pesquisa sobre ferramentas de análise em águas pro-

fundas (DEPER – JIP) no período 1996-1999.

O projeto foi uma cooperação entre DNV e Marintek, sob os auspícios do Royal Norwegian Council for Scientific and Industrial Research e várias companhias de petróleo e empresas de engenharia : - Aker Engineering - Australian Maritime Engineering CRC - Babcock & Wilcox - Brown & Root - ETPM AS - Kvaermer Oil & Gas - Mobil - Norsk Hydro - Offshore Design - Petrobras - Saga - Statoil - Umor Technology

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Presenter

Presentation Notes

Objetivos do DEEPER: - Aumentar a precisão na previsão dos movimentos de corpos flutuantes em águas profundas. - Ampliar a capacidade dos softwares existentes. - Compartilhar custos no desenvolvimento e manutenção das ferramentas de software


DeepC : Propósitos Análise tradicional do projeto de risers para águas rasas e profundas, des-

de a modelagem até a análise de fadiga e verificação por normas.

Calcular precisamente as respostas das linhas de ancoragem/risers e o movimento da embarcação.

Efetuar análise acoplada com vários corpos conectados, cobrindo todos os tipos de layouts de campos.

Levar em conta os efeitos de acoplamento : - Forças de restauração não lineares - Amortecimento devido à dinâmica das estruturas

delgadas - Carregamento nas estruturas delgadas - Forças de inércia nas estruturas delgadas

Servir de pré e pós-processador gráfico para Simo e Riflex.

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3 embarcações conectadas

Presenter

Presentation Notes

Esperar animação da figura inferior


DeepC : Aplicações FPSOs

- Amortecimento da excitação de baixa frequência. - Movimentos lentos de flutuação/avanço/deriva.

Semi–submersíveis - Melhoria da precisão da resposta da catenária de risers de aço. - Previsão da contribuição da fadiga de baixa frequência.

Spars - Melhoria da modelagem dos movimentos lentos de jogo,

arfagem e afundamento. - Fatiga de sistemas de risers tensionados. - Resposta de afundamento de treliças clássicas de Spars.

TLPs - Incorpora forças não lineares e dinâmicas da correnteza na

resposta na frequência das ondas. - Melhora a precisão da previsão do avanço e de alta frequência

do amortecimento da arfagem.

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Presenter

Presentation Notes

Para uma FPSO a análise acoplada resulta em : Níveis de amotercecimento dependente da excitação em baixa frequencia mais realístas. Tensões nas linhas de ancoragem mais consistentes. Respostas dos risers e ancoragem mais consistentes. Resposta no turret (momentos e forças) mais consistentes. Adicionalmente DeepC pode analisar condições intactas e em avaria, incluindo condições extremas de carga e fadiga. Para TLPs os efeitos de acoplamento são importantes tanto em baixas como em altas frequências : A análise acoplada introduz um maior amortecimento de alta frequência em avanço (surge) e caturro (pitch) quando comparada com a análise desacoplada. A análise acoplada aumenta a tensão nos tendões para as ondas de fadiga e diminue para as ondas extremas. A corrente tem pouca influência na análise acoplada.


Configuração de Risers : Steel Catenary Riser (SCR)

Pró :

Movimentos da plataforma absorvidos por mudanças na configuração da geo-metria

Contra :

Sujeito à cargas de fadiga, particularmente na região em que toca o solo, devido à : - Movimentos da plataforma - Vibração induzida por vórtices (VIV) - Correnteza.

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Configuração de Risers : Top-tensioned Riser (TTR) Contra :

Requisitos pesados de re-trabalho

Requer plataforma com boas caracte-rísticas de resposta de movimento - Tension Leg Platform (TLP)

- Afundamento negligível (0 to 30 cm)

- Spar - Pequeno afundamento (15 cm a 3m)

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Pró :

Risers verticais suportados pela tração no topo. Compensadores de afunda-mento permitindo um movimento relati-vo entre o riser e a plataforma.

Evita flambagem e flexão excessiva devido ao movimento da plataforma e VIV

Reduz custos de perfuração e comple-tação.


Configuração de Risers : Free-standing Riser Prós :

Desacopla a resposta do riser da plata-forma associada, bem como dos efeitos de vento e swell.

O requisito principal é garantir uma força de flutuação que estabilize o riser no longo prazo.

Contras :

O riser ainda sofre movimentos indu-zidos pela correnteza.

A resposta estrutural do riser à estes movimentos ao longo de sua vida útil ainda deve ser avaliada.

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Desafios no Projeto de Risers Modo tradicional : metodologias desacopladas.

Para águas profundas o efeitos do acoplamento das linhas relativamente ao movimento da plataforma pode ser significativo. É esperada uma redução na amplificação dos movimentos da plataforma comparado aos resultados da análise sem acoplamento.

A análise acoplada considera a interação entre - o comportamento hidrodinâmico do casco, - o comportamento estrutural das linhas de ancoragem. - e risers sujeitos às forças ambientais.

Para águas profundas e ultra-profundas, o projeto da SCR adotando deslocamentos prescritos da análise acoplada irá fornecer resultados mais realísticos e otimizados, do que quando comparado a análise não acoplada convencional.

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Características do Movimento da Plataforma em WF e LF

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A resposta na frequência de ondas (WF) devido ao carregamento das ondas na plataforma normalmente não é influenciada pelas estruturas delgadas. A resposta de baixa frequência (LF) é devida à excitação

dinâmica do vento e forças de onda de segunda ordem. O movimento horizontal de baixa frequência é definido

pela dinâmica da ressonância do sistema riser/an-coragem/plataforma. O amortecimento é essencial para a predição destes movimentos. O deslocamento médio é definido pelo carregamento

ambiental médio e as características de restauração do sistema riser/ancoragem/plataforma.

Mov

imen

to d

e av

anço

tempo

Componentes do movimento médio +LF+WF Riser/ancoragem/plataforma compreendem um sistema dinâmico integrado único

Resposta complexa ao vento, ondas e correnteza


Análise do Movimento Sem Acoplamento

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Modelo de Cargas da Plataforma : Massa e restauração hidrostática Modelo de amortecimento Carga de ondas de 1ª e 2ª ordem Carga de vento e correnteza

Modelo de Estrutura Esbelta : Características de restauração hidrostática Sem carregamento externo nas estruturas delgadas

Esquema da Solução : Solução no domínio do tempo da plataforma (6 graus de

liberdade) Força de restauração das estruturas esbeltas aplicadas

como forças estáticas externas não lineares (molas)

Avaliação em separado dos outros efeitos de acoplamento entre a plataforma e os riser é requerida. Ex : - Amortecimento devido à dinâmica das estruturas delgadas - Carga da correnteza nas estruturas delgadas. - Forças de inércia devido às estruturas delgadas.

Efeitos dependentes da excitação no sistema a serem avaliados caso a caso.

Modelo de resposta sem acoplamento :


Análise do Movimento Com Acoplamento

O modelo de forças da plataforma é incluido no modelo detalhado de elementos finitos na modelagem da estrutura delgada completa (risers e ancoragem).

Plataforma, ancoragem e risers são resolvidos simultaneamente no domínio do tempo, com equilíbrio dinâmico a cada passo de tempo.

Todos os efeitos de acoplamento na são automaticamente levados em conta.

Um modelo grosseiro da estrutura delgada ainda pode capturar os efeitos principais do acoplamento, e pode ser aplicada para uma maior eficiência computacional.

Uma resposta mais precisa para a análise global de desempenho estruturas ancoradas.

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Modelo de resposta acoplada entre a plataforma e a estrutura delgada

)()()()( t,xx,fxKxxCxxM =++

Todos os efeitos de acoplamento são levados em consideração, por ex. : - Força de restauração não linear - Amortecimento devido à dinâmica da estrutura esbelta - Correnteza nas estruturas esbeltas - Forças de inércia devido às estruturas esbeltas.


Análise Acoplada com Múltiplos Corpos

Na análise da resposta dinâmica dos corpos flutuantes, a análise acoplada leva em conta a restauração, amortecimento e forças inerciais dos outros corpos. Os flutuantes, ancoragem e risers são resolvidos simultaneamente, com

equilíbrio dinâmico em cada passo de tempo.

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TLP

FPSO

CALM BUOY

4000 4050 4100 4150 4200(sec)

Axial force at two ends of FTL (wave/wind/current_180deg, swell_225deg)

end at FPSO end at TLP

Os flutuantes, linhas de ancoragem, risers, e FTL, constituem um sistema dinâmico integrado que responde ao vento, corrente e ondas de maneira complexa.

FLOW TRANSFER LINE

Presenter

Presentation Notes

Todos os termos de amortecimento devem ser levados em conta para obtermos uma resposta global realística. A derivação dos amortecimento devido à ancoragem e risers é um processo iterativo (o amortecimento depende da amplitude, que por sua vez depende do amortecimento)


Efeitos do Acoplamento 1) Restauração estática do sistema de posicionamento como

uma função do deslocamento do flutuante. 2) Carga de corrente e seus efeitos na força de restauração

do sistema de ancoragem e de risers. 3) Fricção com o leito marítimo (se as estruturas tiverem

contato com o fundo). 4) Amortecimento pelos sistemas de ancoragem e risers

devido à dinâmica, correnteza, etc. 5) Contato casco-riser (importante em Spars). 6) Forças adicionais de inércia devido aos sistemas de

ancoragem e risers.

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Análise desacoplada : 1) levado em conta com precisão 2), 4), 6) podem ser aproximados 3), 5) geralmente não são considerados Análise acoplada : Tratamento consistente de todos os 6 efeitos

restauração

amortecimento

inércia

Presenter

Presentation Notes

Em SPARS o amortecimento potencial é pequeno, sendo assim todas as contribuições são importantes na redução da resposta de afundamento, e uma das contribuições importantes é a fricção entre o riser e o casco.


Quando os Efeitos do Acoplamento São Importantes ?

Sistema Flutuante

Profundidade

Raso Moderada Profunda Ultra Profunda

FPSO Pequenos Moderados Altos Altos

TLP ------ Pequenos Moderados Moderados

Spar Sistema de riser Aircan

------ ------ Moderados Moderados/ Altos

Spar Sistema de riser suportado

pela Spar ------ ------ Altos Altos

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Estratégias de Análise Acoplada Análise separada do movimento da plataforma/estrutura delgada

O propósito da análise acoplada é a predição dos movimentos da plataforma

Um modelo groseiro das estruturas delgadas é aplicado, ainda capturando os efeitos principais do acoplamento (amortecimento, restauração, correnteza)

Uma análise detalhada da resposta da estrutura delgadas é feita através de elementos finitos, considerando os movimentos forçados da plataforma.

Abordagem flexível e eficiente, frequentemente utilizada no projeto de risers com análise detalhada de fadiga.

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Vessel MotionAnalysis

LF & WF vesselmotions

Select vessel motionrepresentation

Advancedvessel model

Simplifiedslender structuremodel

Establish‘representative’offset (mean & LF)

Advanced slenderstructure model ofeach riser & mooring

Slender structureanalysis

WF &LFvesselmotions

WF & LF slenderstructure responses

Vessel WFmotion RAO

Slender structureanalysis

WF slenderstructure responses

(b) (a)

Análise combinada do movimento da plataforma/estrutura delgada Inclui o modelo detalhado das estruturas delgadas de interesse no modelo

de resposta acoplada..

Abordagem simples “tudo de uma vez”


Carregamento Hidrodinâmico No Sesam as forças de excitação da embarcação podem ser calculadas

utilizando : - Método da radiação/refração – teoria potencial 3D. - Teoria das faixas – modelo de forças viscosas. - ou ambos.

O carregamento hidrodinâmico das estruturas esbeltas são modeladas por Morison, baseando-se na velocidade relativa. Os principais modelos utilizados são : - Carregamento de ondas regulares (Stokes 5ª ordem e Airy). - Carregamento de ondas irregulares (Airy). - Cinemática calculada por FFT ou séries cossenoidais. - Carregamento hidrodinâmico calculado até a superfície livre (Wheeler, movimento

potencial). - Carregamento hidrodinâmico em tubulações parcialmente submersas.

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Benefício principal : Condições regulares em adição a condições irregula-res de mar.

A análise típica de fadiga devido a ondas regulares é similar a análise com ondas irregulares, que normalmente incluem : - Criação de múltiplas ondas regulares e duração baseados em um diagrama de

dispersão de ondas. - Especificação de um determinado número de períodos (em geral 10) baseados

em um gabarito de análise pré-definido, - Execução de todas as análises e da análise final de fadiga.

Condições de ondas regulares podem também ser utilizadas em análise acoplada.

Carregamento de Ondas Regulares

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Onda regular apresentada

Presenter

Presentation Notes

Um exemplo típico é a validação de testes de modelo. Atualmente, condições de ondas regulares (algumas vezes chamadas de ruído branco) são incluídas nos testes de modelo para obtenção dos RAOs de flutuantes, incluindo os sistemas de ancoragem e risers. A análise tradicional no domínio da frequência (método não-acoplado) somente incluem efeitos de estruturas esbeltas, que podem ser de relevância sifgnificativa em águas profundas. DeepC oferece uma maneira eficiente de calcular as respostas sob ondas regulares ao mesmo tempo em que considera os efeitos de acoplamento.


Diagramas de Dispersão Direcionais Benefícios principais : Utilização de múltiplos dia-

gramas de dispersão.

Esta funcionalidade torna muito mais fácil a mani-pulação de diagramas de dispersão dependentes da direção. - O usuário somente precisa especificar as proba-

bilidades de cada discretização da dispersão (como mostrado a direita).

- Esta funcionalidade se aplica a tanto a diagramas de dispersão regulares como irregulares.

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Presenter

Presentation Notes

Esta funcionalidade faz com que o DeepC fique mais próximo dos requisitos da vida real.


Execução Paralela É possível executar várias análises em pararelo (max. 64).

- Redução do tempo de processamento. - Licenças adicionais do Simo/Riflex podem ser necessárias.

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DeepC : Softwares DNV Relacionados GeniE Modelagem do casco e distribuição de massas.

HydroD Interface gráfica para o Wadam - Wadam Interação corpo-onda, radiação/refração e teoria de

Morison.

Mimosa Análise de ancoragem no domínio da frequência.

Digin Comportamento e instalação de âncoras ofshore.

DeepC Análise de acoplamento e de raisers, não linear no domínio do tempo. - Simo Geração de forças no flutuante (também usado para

simulação de operações marítimas e análise sem acoplamento.

- Riflex Programa de elementos finitos para estruturas delgadas, análise e solver de equações de movimento.

Xtract Apresentação aperfeiçoada de resultados e animação.

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HydroD

Wadam

DeepC

Simo Riflex

Xtract

GeniE

Mimosa

Digin

Presenter

Presentation Notes

Do GeniE para o HydroD traremos o modelo geométrico e o modelo de massas. Do Wadam para o DeepC traremos as RAO. Do GeniE para o DeepC traremos o modelo geométrico.


opcional opcional

DeepC : Como Utilizar

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DeepC D2.0-05 Date: 10 Apr 2003 10:51:36

0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 1.1 1.15 1.2

050

000

1000

0015

0000

2000

0025

0000

3000

00

Power Spectrum of Oil Offloading Line Tension

Circular Frequency [rad/s]

Ene

rgy

Den

sity

Spe

ctru

m

S0: 41204.1, S1: 23002.7, S2: 14502, S3: 10137.2, S4: 7653.19, Tz: 8.92615, Cut off: 1, Smoothing: 7

HydroD / Wadam DeepC / Riflex / Simo

Hidrodinâmica: • Forças • Massa adicional • Amortecimento • Funções de transferência

Modelagem & Análise: • Ancoragem/risers • Ambiente • Modificação da embarcação (coeficientes de vento e corrente, massa, etc.) • Controle da análise

Processamento das séries temporais: • Estatísticas de forças e movimentos. • Filtragem (LF, WF) • Envelopes de resposta • Verificação de normas • Análise de fadiga

GeniE

Modelo: • Forma de casco • Distribuição de massas


Wadam (Wave Analysis by Diffraction and Morison Theory)

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Análise hidrodinâmica da iteração entre ondas e estrutura (domínio da fre-quência) para corpos estacionários.

Interação hidrodinâmica entre vários corpos independentes Estruturas fixas e flutuantes de formato arbitrário

– Semi-submersíveis – TLP – FPSO – SPARS – Gravity based

Teoria de radiação-difração 3D e de Morison Amortecimento viscoso Forças de excitação e resposta de 2ª ordem Geração das cargas para análise estrutural (Sestra) Transferência de dados para o DeepC

Presenter

Presentation Notes

É uma aplicação DOS mas pode ser executada a partir do HydroD. A parte do software responsável pela radiação-difração (teoria potencial 3D) foi desenvolvida pelo MIT (Wamit) Forças e momentos de excitação das ondas Massa adicional e amortecimento Movimentos do corpo rígido Forças e momentos seccionais Elevação da onda e cinemática do fluido em pontos especificados Forças de pressão em tanques internos


Wadam em Aplicações Multi-Corpos A análise multi-corpos do Wadam calcula a

interação hidrodinâmica entre os corpos

Obtenção dos operadores de amplitude de resposta (RAO) - Os movimentos de uma das embarcações podem

alterar a resposta da outra devido à perturbação do fluido

Massa adicional e amortecimento - Se as embarcações estiverem muito próximas,

elas podem agir como paredes, levando a diferentes massas adicionais e coeficientes de amortecimento

Visualização da superfície livre - Animação do novo campo de ondas e da região

entre as embarcações

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direção das ondas

pico

cavado


DeepC/Wadam : Análise de Corpos Próximos (1) Acoplamento hidrodinâmico entre corpos flutuantes

Matrizes de massa adicional e amortecimento - Transferidas do Wadam para o DeepC - Matrizes fora da diagonal ainda não são incluídas no Riflex (e

portanto no DeepC

Forças de excitação de 1ª ordem - Transferidas do Wadam para o DeepC

Forças de arrasto de 2ª ordem - Transferidas do Wadam para o DeepC

Movimento dos corpos - Calculados pelo DeepC

25

[ ] [ ][ ] [ ]

22211211


DeepC/Wadam : Análise de Corpos Próximos (2)

Alternativas de Análise a) Corpo único b) Multi-corpos c) Multi-corpos simplificado, negligenciando as matrizes fora da diagonal

principal quando calcular os movimentos dos corpos

26

224 m

20 m


DeepC/Wadam : Análise de Corpos Próximos (3)

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Multi-corpos

Multi-corpos simplificado

Corpo único

Jogo Afundamento


DeepC/Wadam : Análise de Corpos Próximos (4) Matrizes fora da diagonal são contribuições importantes

na solução do movimento - A análise do Wadam mostra este efeito - Simo trata as matrizes fora da diagonal e pode ser usado

acoplando as estruturas modeladas mas não fazendo a análise acoplada - Combinando a opção multi-corpos do Wadam com a análise do Simo podemos

calcular os acoplamentos físicos e hidrodinâ- micos entre dois ou mais corpos flutuantes.

A generalização não é possível - Sistemas multi-corpos acoplados diferem de

configuração para configuração - Sistemas de ancoragem são muito diferentes - Grandes diferenças no tamanho dos corpos

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[ ] [ ][ ] [ ]

22211211


Simo (1) Simulação de operações marítimas, com análise do movimento e manu-tenção da posição de embarcações e cargas suspensas.

Modelagem flexível de sistemas multi-corpos Simulação não linear no domínio do tempo Cargas ambientais devido ao vento, ondas e corrente Simulação interativa ou em lote Posicionamento dinâmico Operações de guindastes com acoplamento mecânico Completação do convés (deck mating)

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Presenter

Presentation Notes

Cálculo do movimento de qualquer número de corpos : integração das equações do movimento para cada corpo separadamente´. Cada corpo pode ter 3 ou 6 graus de liberdade. Movimentos extremos e forças nas linhas de ancoragem de semisubs e FPSOs : Forças de arrasto viscoso, forças de difração de segunda ordem. A animação mostra exemplo de um módulo sendo içado sem um estado de mar bastante alto. As cargas e o movimento errático do objeto são são apresentadas.


Simo (2) Cálculo do movimento de qualquer número de

corpos - Forças “fracas” de acoplamento e engate - Integração das equações de movimento para cada

corpo separadamente - Passo máximo de tempo relacionado ao menor

período natural

Cada corpo tem 3 ou 6 graus de liberdade - Vários modelos de forças

Sistemas de posicionamento - Molas - Linhas de ancoragem - Impelidores

Acoplamentos - Molas e amortecedores

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Riflex (1)

Análise estrutural não linear de risers e umbilicais

Estruturas marítimas delgadas - Risers, linhas de ancoragem, umbilicais,

tendões de TLP

Recursos - Ondas regulares e irregulares - Recurso para perturbação cinemática - Perfis arbitrários - Efeitos de pressão hidrostática interna e

externa - Contato com leito do oceano - Propriedades não lineares de materiais - Formulação do contato Pipe-in-Pipe - Elementos de conexão (rótulas, juntas

flexíveis, swivels)

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Presenter

Presentation Notes

Recursos principais : Ambiente Ondas regulares e irregulares. Vários espectros ou entreada direta de séries temporais. Perfis de corrente arbritários, constantes ou variáveis com o tempo. Carregamento Carregamento hidrodinâmico descrito pela equação generalizada de Morison (força de inércia em fase com a aceleração local do escoamento e força de arrasto proporcional ao quadrado da velocidade instantânea do escoamento), Carregamento no sistema causado por movimentos de uma ou mais embarcações. Movimentos das embarcações baseadas em funções de transferência do movimento ou entrada direta de séries temporais. Contato com o leiro do mar. Modelo especial para membros estruturais parcialmente submersos (mangueiras flutuantes)


Riflex (2)

Slide 32

Imbatível na velocidade de obtenção da solução (de 10 a 20x mais rápido que outros softwares na análise com mar irregular)

Excepcionalmente estável

Grande flexibilidade

Grande versatilidade para cargas ambientais

Opera com grandes massas de dados muito eficientemente

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DeepC : Interface

Dicas e barra de status

Menus e barra de ferramentas

Área de trabalho

Interface de linha de comandos

Navegador

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DeepC : Deriva Lenta de FPSO Níveis de amortecimento dependentes da

excitação de baixa frequência mais realistas - Tensões consistentes na linha de ancoragem - Respostas consistentes nos risers - Respostas consistentes no turret

(forças/momentos)

Casos intactos e avariados podem ser verificados

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Casos extremos de fadiga podem ser cobertos

Interações hidrodinâmicas e estruturais (ex : FTL – flow transfer line)

Estratégia de análise adequada ⇒ tempo de computação ≈ tempo real

Interação onda e correnteza (wave drift damping)


DeepC : Análise de Linhas de Ancoragem Modelagem de uma ou várias linhas

na interface gráfica do DeepC

Linhas independentes do movimento da embarcação : - Funções de transferência lidas de

arquivo (acoplada ou desacoplada) - Séries temporais lidas de arquivo

(tipicamente desacoplada) - Séries temporais lidas de análise

acoplada exitente

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DeepC : Análise Pipe-in-pipe

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Análise de Fadiga e Code-Checking – 3 Abordagens Análise acoplada

- Resultados mais precisos - Ondas regulares e irregulares - Abordagem mais demorada

Análise não acoplada com ondas irregulares - Abordagem mais comum, mas os resuyltados

podem ser sensíveis à profundidade - Movimento da embarcação baseado em RAO's - Abordagem mais rápida

Análise não acoplada com ondas regulares - Abordagem rapidíssima utilizada na fase

preliminar do projeto - Similar à modelagem com mar irregular

Uma opção eficiente 1. Faça a análise acoplada global com um modelo

grosseiro incluindo todas as estruturas delgadas,

2. Remova todas as linhas exceto as do rizer a ser analisado,

3. Refine o modelo (fazendo vários modelos locais detalhados),

4. Re-execute a série temporal da análise acoplada para cada modelo local para executar o pós-processamento.

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DeepC : Verificação de Risers

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Baseada em análise sem ou com acoplamento

Verificação da capacidade de acordo com - DNV OS F201 - Tensões de Von Mises (API RP) - ISO 13628-7

Tensões axiais e momentos fletores escalados por fatores de acordo com - LRFD ou WSD - ULS, SLS, ALS

Presenter

Presentation Notes

Para águas profundas, a análise dos risers deve ser realizada usando a abordagem de análise acoplada. Neste caso, a funcionalidade completa do DeepC é usada para calcular os deslocamentos e tensões utilizadas em uma verificação de normas ou análise de fadiga dos risers. �Normalmente isso é feito em duas etapas; primeiro os movimentos do navio são calculados na análise juntamente com um modelo grosseiro dos risers. Em seguida, uma nova análise refinada desacoplada de risers é realizada, utilizando-se os movimentos calculados do navio calculado como entrada quando estiver executando as mesmas séries temporais.� Todos a modelagem dos risers, realização da análise envolvendo Riflex e Simo e o pós-processamento de resultados é feita a partir da interface do DeepC. Além dos recursos já mencionados, é típico �realizar o pós-processamento estatístico dos resultados das séries temporais.


DeepC : Análise de Fadiga (1)

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Análise de fadiga em linhas tubulares - Baseada em análise com ou sem

acoplamento - Não linear no domínio do tempo - Ondas regulares e irregulares - Contagem de Rain-flow


DeepC : Análise de Fadiga (2)

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Representação gráfica da vida de fadiga

Representação tabular dos dados estatísticos de fadiga

Discretização da dispersão - Cada bloco corresponde a uma seleção

de células - Uma análise no domínio do tempo para

cada bloco.


DeepC : Resultados Plotagens XY para apresentação de séries temporais,

resposta, espectro, envelopes, etc., com exportação para o MS Excel.

Apresentação gráfica e relatório estatístico da vida útil por fadiga.

Animação de movimentos típicos e forças na ancoragem e risers.

Pós-processamento interno de respostas de séries temporais (forças e deslocamentos) : - Filtros passa-alta/passa-baixa - Espectro de resposta - Envelopes - Cálculo de parâmetros estatísticos chave

41


Exemplo 1 : Análise Acoplada de FPSO em Turret

Experiência / exemplos

Efeitos típicos do acoplamento

Efeitos do sistema

42

Norne

Modelo no DeepC


A Importância dos Efeitos do Acoplamento

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Deslocamento médio/dinâmico do FPSO como função da profundidade

Amortecimento do avanço como função da profundidade

Dynamic

Mean (static)


Experiência da FPSO com Análise Acoplada Efeitos significativos de acoplamento

identificados - Carga da correnteza nas estruturas delgadas (até

40% do total). - Amortecimento de avanço em baixa frequência de

20-30% do crítico. - Resposta na frequência de ondas não influenciada

pelos efeitos de acoplamento.

Efeitos do acoplamento fortemente dependentes do sistema - Número de risers e linhas de ancoragem (mais

amortecimento e forças de inércia). - Profundidade.

Efeitos de acoplamento dependentes da excitação - Ondas e correnteza. - Precisa ser estimado para a condição ambiente real.

Experiências com a análise acoplada - Performance numérica estável. - Pode ser aplicado um modelo simplificado das

estruturas delgadas. - Tempo de computação = tempo real. - Aplicável nas análises do projeto. - A modelagem é rápida para usuários

experientes.

44

A análise acoplada contribui significativamente para o aumento da confiabilidade da análise dos movimentos da FPSO


Exemplo 2 : Análise Acoplada de SPAR

45

Experiência / exemplos

Efeitos típicos do acoplamento

Efeitos do sistema


Tipos de SPAR

46

convencional truss

cell


Respostas Importantes da Análise Acoplada de SPAR Avanço/deriva, afundamento e balanço/caturro na frequência de onda

Avanço/deriva, afundamento e balanço/caturro em baixa frequência

Tensões das linhas de ancoragem

Resposta dos risers

Movimentos verticais em sistemas de risers suportados por bóias (air-can)

Golpe no tensionador para sistemas de risers verticais suportados pela SPAR

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Características dos Movimentos WF-LF da SPAR

48

O centro de rotação em LF fica no fairlead

Centro de rotação em WF


Movimento de Avanço – Acoplado/Desacoplado (1)

49

Movimentos na quillha do SPAR


Movimento de Avanço – Acoplado/Desacoplado (2)

50

Movimentos na linha d`água do SPAR


Efeitos do Acoplamento Casco/Estruturas Delgadas

51

Hoover/Diana (1460m) sobre o centro de Houston

Efeitos de acoplamento ; o tamanho influencia !


DeepC : Análise Acoplada de SPAR Clássica

52


DeepC : Análise Acoplada de SPAR Truss

53

Risers tensionados pelo topo

(15)

Linhas de ancoragem (16)

Risers SCR (2)

Casco do SPAR


Esperiência na Análise Acoplada de SPAR Efeitos gerais do acoplamento

- Padrão complexo do movimento WF/LF - Dificuldade na calibração de modelos de análise

sem acoplamento - Efeitos significativos de acoplamento

identificados - Sensível à profundidade e condições ambientais - Efeitos de acoplamento identificados no

movimento de afundamento em WF (em particular em sistemas SSVR). Caso contrário sem efeitos de acoplamento em WF

- Redução no desvio padrão em LF

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A análise acoplada é essencial para a análise de SPAR em águas profundas

Avanço – WL 10-20 %

Avanço – Quilha 10-35 %

Caturri 15-30 %

Efeitos de Acoplamento no Afundamento - Análise acoplada essencial, particularmente para

SSVR - Desvio padrão reduzido por um fator de 2

quando comparado a análise sem acoplamento - Modelagem do atrito/deslizamento do contato

casco/riser é essencial - Contribuição significativa de amortecimento pelo

sistema de ancoragem, em particular para sistemas convencionais amarra/cabo

Experiências com a análise acoplada - Performance numérica estável. - Pode ser aplicado um modelo simplificado das

estruturas delgadas. - Tempo de computação = tempo real. - Aplicável nas análises do projeto. - A modelagem é complexa mas rápida para

usuários experientes.


DNV Offshore Codes : Hierarquia

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Especificações de Serviço

Padrões Offshore

Práticas Recomendadas

Projeto

Construção

Operação

Normas internacionalmente aceitas

OSS-302 Offshore Riser Systems

OS-F201 Dynamic Risers (steel)

RP (titan, composite, flexibles)

Presenter

Presentation Notes

OSS : Offshore Service Specification OS : Offshore Standard RP : Recomended Practices A separação das descrições de serviços com base técnica permite:�- Demarcação clara dos serviços oferecidos pela DNV e o embasamento tecnológico�- Maior utilização dos códigos reconhecidos pela indústria reconhecido como base para os serviços DNV�- Foco no conteúdo e apresentação dos serviços DNV�- Concentração no desenvolvimento de normas técnicas�onde os clientes relatam uma necessidade e / ou�onde DNV possuir conhecimentos únicos de novas tecnologias.�- Maior aplicação do know-how técnico da DNV em aplicações fora da classe�


DNV-OS-F201 Dynamic Risers

Critérios de Projeto

AÇO

Filosofia de Projeto

Cargas

Análises

Práticas Recomendadas

DNV-RP-F204 Riser Fatigue,

DNV-RP-C204 Coupled Analyses

...

DeepC – Análise Acoplada

DeepC.Riser – Análise de Risers

Suporte às Normas e Práticas Recomendadas de Risers


DeepC

57

O DeepC completo consiste de :

DeepC Concept Manager Modelagem / entrada de dados Controle da análise

Pós-processamento especial para cálculo dos envelopes de espectro e estatísticas chave dos resultados das séries temporais

DeepC Post-processing Engine

Solver integrado de elementos finitos (vigas e pórticos) para análise acoplada de riser/ancoragem

DeepC Analysis Engine RIFLEX

Interface integrada entre o corpo flutuante e os solvers FE para análise acoplada

DeepC Analysis Engine SIMO

Fatigue (FLS)

ULS code checks

Avaliação de avaria por fadiga das linhas de ancoragem e risers

Verificação ULS pelas regras DNV-FS-201 LRFD, WSD, Von Mises (API)

Extensões


Subconjunto do DeepC : - Interface com usuário customizada. - Modelagem de uma ou várias linhas.

Movimento da embarcação independente da linha : - Funções de transferência lidas de arquivo (RAO

do Wadam ou séries temporais lidas de análise acoplada existente).

Análise no domínio do tempo : - Somente Riflex (Simo não é utilizado).

Ondas regulares : - Em adição à ondas irregulares.

Velocidade computacional : - Análise de fadiga. - VIV (vortex induced vibrations) extensão Vivana do Riflex. - Cenários.

58

DeepC.Riser

Presenter

Presentation Notes

A metodologia utilizada pelo DeepC.Riser pressupõe que o deslocamento representativo (estático e de baixa frequência) e freqüências de ondas de plataforma sejam calculados em programas separados (normalmente Mimosa e HydroD). Estes resultados são tratados como entrada para os risers em uma análise desacoplada.� A solução no domínio do tempo é calculada pelo Riflex, garantindo um cálculo robusto e muito rápido. Para a análise de fadiga, quando múltiplas análises são necessáris, o Riflex prova sua eficiência como o solver mais rápido do mercado. A análise da catenária de risers de aço pode agora ser feito por meio da investigação da forma, tensões, resultados de verificação pelas normas ou a vida de fadiga.�


O DeepC.Riser é um pacote consistindo de :

DeepC.Riser GUI Modelagem / entrada de dados Controle da análise

Pós-processamento especial para cálculo dos envelopes de espectro e estatísticas chave dos resultados das séries temporais

DeepC Post-processing Engine

Avaliação de avaria por fadiga das linhas de ancoragem e risers Fatigue (FLS)

Extensões

DeepC.Riser

Solver integrado de elementos finitos (vigas e pórticos) para análise de riser simples

DeepC Analysis Engine RIFLEX

Verificação ULS pelas regras DNV-FS-201 LRFD, WSD, Von Mises (API) ULS code checks

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DeepC : Sumário

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Eficiência computacional

Performance numérica (estabilidade e robustez com relação ao sistema de modela-gem)

Flexibilidade de modelagem, fácil acesso à modificações no sistema

Pós-processamento eficiente (ULS/FLS)

Recurso de verificação por normas (LRFD)

A análise com acoplamento é essencial em águas profundas

Extensivamente validado


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“As the oil and gas fields get deeper, the installations of deepwater

platforms become more challenging. The coupling effects

between a floater and it’s moorings become more pronounced

and more important. Sesam is an excellent tool for analysing

the interaction between hull, moorings and risers.” Andy Kyriakides, Project Manager, Modec International LLC.


João Henrique Volpini Mattos Engenheiro Naval DNV Software - Maritime & Offshore Solutions Regional Sales Manager – South America [email protected] +55 21 3722 7337 +55 21 8132 8927

Salvaguardando a vida, a propriedade e o meio ambiente

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