zonas de operaÇÃo seguras de risers para projeto integrado...

ZONAS DE OPERAÇÃO SEGURAS DE RISERS PARA

PROJETO INTEGRADO COM SISTEMAS DE ANCORAGEM

Carolina Almeida dos Guaranys

Projeto de Graduação apresentado ao Curso

de Engenharia Civil, Escola Politécnica, da

Universidade Federal do Rio de Janeiro,

como parte dos requisitos necessários à

obtenção do título de Engenheiro Civil.

Orientadores: Bruno Martins Jacovazzo

Bruno da Fonseca Monteiro

Rio de Janeiro

Agosto de 2015

ii

ZONAS DE OPERAÇÃO SEGURAS DE RISERS PARA PROJETO INTEGRADO

COM SISTEMAS DE ANCORAGEM


PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO

DE ENGENHARIA CIVIL DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE

FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS

NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO CIVIL.

Examinado por:

_______________________________________________

Prof. Bruno Martins Jacovazzo, D.Sc.

________________________________________________

Prof. Bruno da Fonseca Monteiro, D.Sc.

________________________________________________

.Prof. Ricardo Valeriano Alves, D.Sc.

________________________________________________

Prof. Henrique Innecco Longo, D.Sc.

RIO DE JANEIRO, RJ- BRASIL.

AGOSTO DE 2015

iii

Guaranys, Carolina Almeida dos

Zonas de Operação Seguras de Risers para Projeto

Integrado com Sistemas de Ancoragem / Carolina Almeida

dos Guaranys. - Rio de Janeiro: UFRJ / ESCOLA

POLITÉCNICA, 2015.

XI, 77 p.: il.; 29,7 cm

Orientadores: Bruno Martins Jacovazzo e Bruno da

Fonseca Monteiro

Projeto de Graduação – UFRJ / POLI / Engenharia

Civil, 2015.

Referencias Bibliográficas: p.76-77.

1. Sistemas Offshore. 2. ZOR. 3. Sistema Integrado

de Ancoragem x Risers. I. Jacovazzo, Bruno Martins et al.

II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola

Politécnica, Curso de Engenharia Civil. III. Zonas de

Operação Seguras de Risers para Projeto Integrado com

Sistemas de Ancoragem.

iv

Agradecimentos

Agradeço primeiramente à minha família, em especial os meus pais e irmã,

Denise Correa de Almeida, Rogério Tiraboschi dos Guaranys e Erica Almeida dos

Guaranys, meus maiores exemplos de integridade e superação. Essa conquista é de

vocês também.

Aos verdadeiros amigos que não desistiram da minha amizade mesmo com

minha frequente ausência fruto do tempo livre que a faculdade de Engenharia me

tomou.

Aos meus orientadores Bruno Jacovazzo e Bruno Monteiro pela dedicação e

orientação, e por dividir comigo suas experiências como engenheiros nos últimos

meses. Sem isso eu não seria capaz de finalizar esse trabalho.

A todos da instituição de ensino superior UFRJ, professores, amigos e pessoas

que cruzaram meu caminho e conviveram de alguma forma comigo nesses últimos

anos. Elas contribuíram para a pessoa que sou hoje e, por isso, agradeço.

v

Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/UFRJ como parte

dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Civil.

ZONAS DE OPERAÇÃO SEGURAS DE RISERS PARA PROJETO INTEGRADO

COM SISTEMAS DE ANCORAGEM


Agosto/2015

Orientadores: Bruno Martins Jacovazzo e Bruno da Fonseca Monteiro

Curso: Engenharia Civil

O presente trabalho visa determinar zonas seguras de operação de risers (ZOR) de um

sistema flutuante de produção offshore de um modelo representativo de um caso real.

Essas zonas definem uma envoltória de offsets para a plataforma que deve ser

considerada no projeto de ancoragem, ou seja, o sistema de ancoragem deve ser capaz

de manter a plataforma dentro da região segura para os risers, garantindo a integridade

do sistema. Essa metodologia visa uma maior integração entre os projetos de

ancoragem e risers, que tradicionalmente são realizados de forma independente.

Palavras-chave: Zonas de Operação de Risers, Projeto Integrado, Estruturas Offshore

vi

Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of

the requirements for the degree of Civil Engineer.

RISERS SAFE OPERATIONAL ZONES FOR AN INTEGRATED PROJECT WITH

ANCHORING SYSTEMS


August/2015

Advisors: Bruno Martins Jacovazzo e Bruno da Fonseca Monteiro

Graduation: Civil Engineering

This study aims to determine risers safe operational zones (SAFOP) of a floating

offshore production system that is representative of a real case model. These zones

define an offset envelope for the platform, which should be considered in the mooring

system design. In other words, the mooring system should be capable of maintaining

the platform inside the risers safe zone, ensuring the system integrity. This

methodology aims for a higher integration between the risers and mooring projects,

which traditionally are performed in an independently way.

Key words: Risers Safe Operational Zone, Integration project, Offshore Structure

vii

SUMÁRIO ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................................................................ ixÍNDICE DE TABELAS ........................................................................................................................... xi1 Introdução .......................................................................................................................................... 1

1.1 Histórico .................................................................................................................................. 1

1.2 Contexto ................................................................................................................................. 2

1.3 Objetivos ................................................................................................................................. 3

1.4 Organização ............................................................................................................................ 4

2 Sistemas Offshore ............................................................................................................................. 5

2.1 Tipos de Plataforma ................................................................................................................ 6

2.1.1 Plataforma Semi-Submersível ......................................................................................... 6

2.1.2 FPSO ................................................................................................................................ 7

2.2 Sistemas de Ancoragem .......................................................................................................... 9

2.2.1 Tipos de Arranjo .............................................................................................................. 9

2.2.2 Composição das linhas de ancoragem .......................................................................... 11

2.2.3 Configurações Geométricas .......................................................................................... 13

2.3 Tipos de risers ....................................................................................................................... 15

2.3.1 Riser Rígido (Steel Catenary Riser - SCR) ...................................................................... 16

2.3.2 Riser flexível .................................................................................................................. 16

2.3.3 Sistemas Híbridos .......................................................................................................... 16

3 Tipos de Carregamento .................................................................................................................. 18

3.1 Carregamentos Funcionais ................................................................................................... 18

3.2 Carregamentos Ambientais .................................................................................................. 19

3.2.1 Onda .............................................................................................................................. 19

3.2.2 Corrente ........................................................................................................................ 19

3.2.3 Vento ............................................................................................................................. 20

4 Projeto Integrado Ancoragem x Risers ......................................................................................... 21

4.1 Comportamento das linhas de ancoragem e dos risers ........... Erro! Indicador não definido.

4.2 Zona Operacional dos Risers – ZOR ...................................................................................... 23

4.3 Diagrama de Offsets ............................................................................................................. 27

4.4 Cruzamento do Diagrama de offsets com a ZOR .................................................................. 29

5 Estudo de Caso ................................................................................................................................ 30

5.1 Introdução ............................................................................................................................ 30

viii

5.2 Descrição do Modelo ............................................................................................................ 31

5.3 Casos de Carregamentos ...................................................................................................... 33

5.4 Critério de Projeto dos Risers ............................................................................................... 35

5.5 Resumo dos Resultados da ZOR ........................................................................................... 37

5.6 Resultados Detalhados ......................................................................................................... 41

5.6.1 Direção Norte ................................................................................................................ 41

5.6.2 Direção Nor-Nordeste ................................................................................................... 43

5.6.3 Direção Nordeste .......................................................................................................... 44

5.6.4 Direção És-Nordeste ..................................................................................................... 46

5.6.5 Direção Leste ................................................................................................................ 48

5.6.6 Direção És –Sudeste ...................................................................................................... 50

5.6.7 Direção Sudeste ............................................................................................................ 52

5.6.8 Direção Su-Sudeste ....................................................................................................... 54

5.6.9 Direção Sul .................................................................................................................... 56

5.6.10 Direção Su-Sudoeste ..................................................................................................... 59

5.6.11 Direção Sudoeste .......................................................................................................... 60

5.6.12 Direção Oés-Sudoeste ................................................................................................... 63

5.6.13 Direção Oeste ............................................................................................................... 65

5.6.14 Direção Oés-Noroeste ................................................................................................... 67

5.6.15 Direção Noroeste .......................................................................................................... 69

5.6.16 Direção Nor-Noroeste ................................................................................................... 71

6 Comentários Finais ......................................................................................................................... 747 Propostas para Trabalhos Futuros ................................................................................................ 768 Referências ...................................................................................................................................... 77

ix

ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 - Profundidade de exploração de petróleo da camada Pré-sal [1] ......................................... 1 Figura 2 - Tipos de Plataformas Offshore [2] ....................................................................................... 6 Figura 3 - P-55: A maior plataforma SS do Brasil [3] .......................................................................... 7 Figura 4 - Turret interno [4] ................................................................................................................ 10 Figura 5 - Turret externo [4] ................................................................................................................ 10 Figura 6 - Spread Mooring System [5] ................................................................................................ 10 Figura 7 - Amarra de elo com malhete [6] .......................................................................................... 11 Figura 8 - Cabo de Aço [7] .................................................................................................................. 12 Figura 9 - Cabo de Poliéster [7] .......................................................................................................... 12 Figura 10 - Catenária Convencional [8] ............................................................................................. 13 Figura 11 - Comparação Catenária com Taut-Leg [9] ........................................................................ 14 Figura 12 - Modelos de Risers usados no Pré-Sal [3] ......................................................................... 15 Figura 13 - Camadas do Riser Flexível [4] ......................................................................................... 16 Figura 14 - Boia de Sustentação de risers – BSR [3]........................................................................... 17 Figura 15 -Torre de Risers [3] ............................................................................................................. 17 Figura 16 - Exemplo de ZOR [12]........................................................................................................ 24 Figura 17 - Diagrama de Offsets [12] .................................................................................................. 27 Figura 18 - Superposição do Diagrama de Offsets e a ZOR [12] ........................................................ 29 Figura 19 - Vista 3D do modelo ........................................................................................................... 31 Figura 20 - Vista superior do Modelo .................................................................................................. 32 Figura 21 – Exemplo da configuração triangular da corrente ............................................................ 34 Figura 22 - ZOR sem carregamento ambiental .................................................................................... 37 Figura 23 - ZOR com carregamento ambiental ................................................................................... 38 Figura 24 - Comparação entre as ZORs .............................................................................................. 39 Figura 25 - Direção Norte .................................................................................................................... 41 Figura 26 - Deslocamento limite .......................................................................................................... 42 Figura 27 – Comprimento mínimo apoiado ......................................................................................... 42 Figura 28 - Direção Nor-Nordeste ....................................................................................................... 43 Figura 29 – Deslocamento limite ......................................................................................................... 44 Figura 30 - MBR não violado ............................................................................................................... 44 Figura 31 -Direção Nordeste ............................................................................................................... 45 Figura 32 – Deslocamento limite ......................................................................................................... 46 Figura 33 - MBR não violado ............................................................................................................... 46 Figura 34 - direção És-Nordeste .......................................................................................................... 47 Figura 35 – Deslocamento limite ......................................................................................................... 48 Figura 36 – MBR não violado .............................................................................................................. 48 Figura 37 - Direção Leste .................................................................................................................... 49 Figura 38 – Deslocamento limite ......................................................................................................... 50 Figura 39 – MBR não violado .............................................................................................................. 50 Figura 40 - Direção És-Sudeste ........................................................................................................... 51 Figura 41 – Deslocamento limite ......................................................................................................... 52 Figura 42 – MBR não violado .............................................................................................................. 52 Figura 43 - Direção Sudeste ................................................................................................................. 53 Figura 44 – Deslocamento limite ......................................................................................................... 54

x

Figura 45 - MBR não violado ............................................................................................................... 54 Figura 46 - Direção Su-Sudeste ........................................................................................................... 55 Figura 47 – Deslocamento limite ......................................................................................................... 56 Figura 48 – Interferência violada ........................................................................................................ 56 Figura 49 - Direção Sul ........................................................................................................................ 57 Figura 50 - Deslocamento limite .......................................................................................................... 58 Figura 51 - Interferência violada ........................................................................................................ 58 Figura 52 - Direção Su-Sudoeste ......................................................................................................... 59 Figura 53 – Deslocamento limite ......................................................................................................... 60 Figura 54 - MBR não violado ............................................................................................................... 60 Figura 55 - Direção Sudoeste ............................................................................................................... 61 Figura 56 – Deslocamento limite ......................................................................................................... 62 Figura 57 – Interferência violada ........................................................................................................ 63 Figura 58 - Direção Oés-Sudoeste ....................................................................................................... 63 Figura 59 – Deslocamento limite ......................................................................................................... 64 Figura 61 – Interferência violada ........................................................................................................ 65 Figura 61 - Direção Oeste .................................................................................................................... 65 Figura 62 – Deslocamento limite ......................................................................................................... 66 Figura 63 – Interferência violada ........................................................................................................ 67 Figura 64 - Direção Oés-Noroeste ....................................................................................................... 67 Figura 65 – Deslocamento limite ......................................................................................................... 68 Figura 66 – Interferência violada ........................................................................................................ 69 Figura 67 - Direção Noroeste .............................................................................................................. 69 Figura 68 – Deslocamento limite ......................................................................................................... 70 Figura 69 – Comprimento mínimo apoiado ......................................................................................... 71 Figura 70 - Direção Nor-Noroeste ....................................................................................................... 71 Figura 71 – Deslocamento limite ......................................................................................................... 72 Figura 72 – Comprimento mínimo apoiado ......................................................................................... 73

xi

ÍNDICE DE TABELAS Tabela 1 - Propriedades dos Risers ...................................................................................................... 32 Tabela 2 - Velocidades das Correntes .................................................................................................. 33 Tabela 3 - Critério de Utilização dos risers ......................................................................................... 36 Tabela 4 - Violações da ZOR sem carregamento ambiental ................................................................ 38 Tabela 5 - Violações da ZOR com carregamento ambiental ................................................................ 39 Tabela 6 - Direção Norte ...................................................................................................................... 41 Tabela 7 - Direção Nor-Nordeste ......................................................................................................... 43 Tabela 8 - Violação Direção Nor-Nordeste ......................................................................................... 43 Tabela 9 - Direção Nordeste ................................................................................................................ 45 Tabela 10 - Violação Direção Nordeste .............................................................................................. 45 Tabela 11 - Direção És-Nordeste ......................................................................................................... 47 Tabela 12 - Violação Direção És-Nordeste .......................................................................................... 47 Tabela 13 - Direção Leste .................................................................................................................... 49 Tabela 14 - Violação Direção Leste ..................................................................................................... 49 Tabela 15 - Direção És –Sudeste .......................................................................................................... 51 Tabela 16 - Violação Direção És –Sudeste .......................................................................................... 51 Tabela 17 - Direção Sudeste ................................................................................................................. 53 Tabela 18 - Violação Direção Sudeste ................................................................................................. 53 Tabela 19 - Direção Su-Sudeste ........................................................................................................... 55 Tabela 20 - Direção Sul ........................................................................................................................ 57 Tabela 21 - Direção Su-Sudoeste ......................................................................................................... 59 Tabela 22 - Violação Direção Su-Sudoeste .......................................................................................... 59 Tabela 26 - Direção Sudoeste ............................................................................................................... 61 Tabela 24 - Direção Oés-Sudoeste ....................................................................................................... 64 Tabela 25 - Direção Oeste .................................................................................................................... 66 Tabela 26 - Direção Oés-Noroeste ....................................................................................................... 68 Tabela 27 - Direção Noroeste .............................................................................................................. 70 Tabela 28 - Direção Nor-Noroeste ....................................................................................................... 72

1

1 INTRODUÇÃO

1.1 Histórico

O petróleo no Brasil começou a ser explorado em 1953, onde a primeira jazida

de petróleo foi descoberta, no município de Lobato, Paraná. No ano de 1968, a

empresa brasileira Petrobras passou a desenvolver um projeto de extração, e em 1974,

após a descoberta de poços na Bacia de Campos, a maior reserva de petróleo do país,

iniciou-se a exploração de petróleo em águas profundas.

Com o passar do tempo, o Brasil tornou-se uma das poucas nações a dominar a

tecnologia de exploração petrolífera em águas profundas e ultraprofundas, e passou a

ser reconhecida internacionalmente com alta capacidade técnica para tal. Foi no ano de

2007, que o governo brasileiro anunciou a descoberta do novo campo, a camada pré-

sal, ilustrada esquematicamente na Figura 1, a qual se encontra do litoral de Santa

Catarina ao litoral do Espírito Santo. São poços de petróleo que estão de 5 a 7 mil

metros de profundidade, capazes de dobrar o volume de produção de óleo e gás

combustível do Brasil. Por este motivo, o cenário de águas profundas determinava um

aperfeiçoamento das técnicas de exploração e perfuração.

Figura 1 - Profundidade de exploração de petróleo da camada Pré-sal [1]

2

1.2 Contexto

As principais plataformas flutuantes de produção usualmente empregadas

consistem em: casco, que suporta o topside (“convés”) onde ocorre a separação e o

tratamento do gás, óleo e água; linhas de ancoragem, que limitam os passeios do casco

com a ação das condições ambientais; e os risers, onde os fluídos advindos da

exploração são transportados do poço ao casco.

A prática tradicional de projeto dos sistemas de ancoragem e risers consiste em

realizar análises separadas e independentes de cada projeto. Nelas se definem diferentes

limites de passeio do casco para cada direção, a partir de experiência prévia em

sistemas similares e verifica-se se os passeios estabelecidos não violam nenhum critério

estrutural. Eram assim elaborados um projeto para os risers e outro para o sistema de

ancoragem, desconsiderando a influência entre si.

Com o avanço da exploração para águas cada vez mais profundas, verificou-se a

necessidade de considerar no projeto a influência da interação entre os componentes

(casco, risers, linhas de ancoragem), pois nesse cenário os risers passam a ter maior

influência em termos de massa, amortecimento e rigidez, além de transmitir ao casco as

cargas de correnteza.

Vem sendo desenvolvidos então, com a evolução dos modelos computacionais,

estudos de projeto integrado entre os risers e a ancoragem, para assim otimizar e

aprimorar os procedimentos. Os projetos se tornaram mais econômicos e de melhor

desempenho ao evitar o superdimensionamento dos mesmos.

3

1.3 Objetivos

Este trabalho tem como objetivo estabelecer os passeios limites de uma

determinada plataforma, configurando uma zona de operação segura, denominada ZOR

(Zona Operacional dos risers), a fim de evitar possíveis danos estruturais nos risers. A

partir dos resultados, um projeto de um sistema de ancoragem poderia ser elaborado de

maneira a manter a plataforma dentro dessa zona de segurança. Além disso, pode-se

avaliar e realizar alterações no projeto dos risers para uma melhor eficiência.

O processo inicia-se por realizar simulações do sistema de risers baseada em

um modelo de elementos finitos representativo da plataforma considerada. Aplicam-se

carregamentos ambientais e movimentos prescritos no topo dos risers, verificando-se

por fim os critérios estruturais.

4

1.4 Organização

De início, no Capítulo 2, são descritos os elementos básicos de um sistema

offshore, como os principais tipos de plataformas flutuantes e seus principais

componentes, como o sistema de ancoragem e os risers.

Posteriormente, o Capítulo 3 retrata os tipos de carregamentos funcionais e

ambientais considerados nos projetos de risers e dos sistemas de ancoragem. A ação

ambiental é caracterizada pelas forças atuantes devido ao vento, onda e correnteza.

Apresenta-se no Capítulo 4 a metodologia do projeto integrado do sistema de

ancoragem e dos risers. É descrito o método que define uma envoltória de passeios

limites para o sistema de risers de uma plataforma, definido como ZOR (Zona

Operacional dos Risers). Descreve-se também para o sistema de ancoragem, como o

diagrama de offsets são elaborados e, na Seção 4.4, a incorporação da ZOR no seu

projeto final.

O estudo de caso é descrito no Capítulo 5, em que um sistema de risers

representativo da realidade é analisado para a concepção de sua zona segura de

operação. Inicia-se pela descrição do modelo estudado e dos casos de carregamento

aplicados. Na Seção 5.4, os critérios de projeto dos risers utilizados no trabalho são

descritos. São, portanto, expostos os resultados da análise do sistema com suas devidas

considerações.

Por fim, no Capítulo 6 apontam-se as conclusões e avaliações finais do estudo a

partir dos resultados da análise realizada e no Capítulo 7, são sugeridos trabalhos

futuros que possam completar o presente estudo.

5

2 SISTEMAS OFFSHORE

As principais diferenças entre as plataformas flutuantes e as fixas consistem na

construção, transporte e instalação, tipos de carregamentos incidentes, as respostas a

essa solicitação, e como são descomissionadas e reutilizadas no fim da sua vida útil de

operação. O comum entre as mesmas são o espaço no convés e a capacidade de carga

para suportar equipamento de perfuração e da planta de processamento e tratamento do

gás, óleo e água.

Como o foco do estudo são as plataformas flutuantes, são apresentados nos itens

a seguir seus conceitos e componentes básicos. Inicia-se por uma descrição

generalizada dos tipos de plataformas flutuantes e posterior comentário de seus

elementos constituintes: o sistema de ancoragem, caracterizado pelo tipo de sistema,

material da linha, configuração geométrica ao longo de sua profundidade; e risers,

descritos pelo tipo e sua configuração geométrica.

6

2.1 Tipos de Plataforma

Este capítulo consiste em detalhar as plataformas flutuantes atuantes no

mercado de petróleo, e atualmente mais utilizadas devido ao cenário de exploração e

perfuração de águas profundas. A Figura 2 ilustra os possíveis tipos de plataforma de

produção de petróleo: Plataforma Jackup, Compliant Tower, Auto-Elevável, Tension

Leg, Sea-Star, Spar, Semisubmerssível, FPSO e Fixa, da esquerda para a direita.

Figura 2 - Tipos de Plataformas Offshore [2]

Diferentemente das fixadas no solo marinho, as plataformas flutuantes quando

alocadas na posição de projeto, próxima aos poços que deverão extrair e processar o

óleo, são ancoradas e, por isso, denominadas estacionárias. Essa conexão é realizada

através de cabos de aço ou correntes e cabos de poliéster, denominadas linhas de

ancoragem do sistema flutuante.

Apesar da variabilidade tecnológica e de engenharia das plataformas presentes

no cenário atual, esse estudo só menciona as flutuantes mais comuns: Semi-

Submersível e o FPSO (Floating, Production, Storage and Offloading – “Produção,

armazenamento e descarga flutuante”).

2.1.1 Plataforma Semi-Submersível

Esse tipo de plataforma é sustentado por flutuadores, denominados pontoons, os

quais possuem a função de bombear água para dentro de seus lastros, alterando a

flutuação da plataforma. Acima dos flutuadores, estão as colunas de sustentação que

proporcionam a base ao convés e ao topside, que por sua vez, é onde se encontra a

planta de separação e processo dos componentes extraídos do poço perfurado.

7

Essas plataformas podem ser de perfuração ou produção do petróleo. Por

apresentar grande mobilidade, são excelentes opções para a perfuração de poços

exploratórios.

A P-55, ilustrada na Figura 3, é a maior plataforma desse tipo no Brasil. Entrou

em produção no final de 2013, no Campo de Roncador (Bacia de Campos), ancorada a

uma profundidade aproximada de 1.800 metros. Tem capacidade diária para processar

180 mil barris de petróleo e comprimir 4 milhões de m³ de gás natural.

Figura 3 - P-55: A maior plataforma SS do Brasil [3]

2.1.2 FPSO

Em meio a uma crise de oferta de petróleo, que demandava uma rápida

produção dos campos recém-descobertos, o recurso encontrado foi converter navios

petroleiros ou graneleiros. A conversão consiste na reutilização do casco e a instalação

de módulos de processamento (separação e tratamento dos fluidos) no convés,

transformando-os em unidades de produção.

Uma das maiores vantagens dos FPSOs (Floating, Production, Storage and

Offloading) é a presença de sistemas de processamento do gás no próprio topside e de

armazenagem, sendo desnecessária a transferência frequente do óleo produzido para a

costa. Além disso, por apresentar maior agilidade de construção, visto que se utiliza da

conversão, estão dispostos para a produção mais rapidamente, antecipando o lucro.

Ancorada em uma das maiores e desafiadoras profundidades de 2.120 metros do

Brasil, o FPSO Cidade de Paraty da Petrobrás, demonstrada na Figura 4, entrou em

produção no pré-sal da Bacia de Santos em junho de 2013.Tem capacidade de

8

processar diariamente 120 mil barris e comprimir 5 milhões de m³ de gás natural. Com

experiência de mais de 30 anos na utilização desse tipo de plataforma, a Petrobras é a

empresa que opera o maior número de FPSOs no mundo.

Figure 1 - Um dos FPSOs com maior profundidade de exploração no Brasil [3]

9

2.2 Sistemas de Ancoragem

2.2.1 Tipos de Arranjo

O dimensionamento do sistema de ancoragem deve levar em consideração a

ação dos carregamentos ambientais nela atuante: vento, onda e correnteza do

determinado local que a plataforma será posicionada. Atua como molas que produzem

esforços capazes de restaurar a posição do flutuante quando é modificada pela ação

ambiental.

Ao avaliar as condições ambientais impostas, determina-se o tipo do sistema de

ancoragem mais apropriado à plataforma, dentre os mais comuns: Single Point

Mooring ou Spread Mooring (detalhados a seguir).

Assim, podem-se enumerar os fatores determinantes para escolha do Sistema de

Ancoragem:

O tipo de plataforma.

Geometria da plataforma flutuante.

Direção e Intensidade dos carregamentos ambientais.

O número de linhas de ancoragem e sua respectiva resistência são diretamente

relacionados ao grau de intensidade das forças solicitantes. Para profundidades

elevadas, como há um acréscimo do peso do casco e do número de risers necessários, o

número de linhas é geralmente maior.

Neste tipo de sistema de ancoragem, as linhas se concentram num ponto único

do FPSO, denominado turret (“torre”), permitindo que o casco se alinhe às condições

ambientais impostas no momento, processo denominado weathervaning. O turret,

externo ou interno à plataforma, ilustrados nas

Single Point Mooring System (“Sistema único de ancoragem”)

Figura 4 e Figura 5, possibilita que ele

gire em torno do seu eixo, adaptando-se às condições ambientais atuantes.

10

Figura 4 - Turret interno [4]

Figura 5 - Turret externo [4]

Esse tipo de sistema de ancoragem é caracterizado por ter linhas distribuídas por

todo o casco. No caso do FPSO, elas são instaladas na proa e na popa, como pode ser

visto na

Spread Mooring System (“Sistema de ancoragem distribuído”)

Figura 6.

As forças de tração das linhas são projetadas de modo que sua resultante alinhe

parcialmente a direção com a resultante das condições ambientais. Esse

dimensionamento acarreta na minimização dos esforços no casco.

Figura 6 - Spread Mooring System [5]

http://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRxqFQoTCJnMoceUs8cCFQhDkAodDCUH1Q&url=http://fukymarintech.weebly.com/mooring-types.html&ei=4WvTVdnXOYiGwQSMypyoDQ&bvm=bv.99804247,d.Y2I&psig=AFQjCNFryjfu1elm8WfCInBAef8dhVuvdQ&ust=1440005461225100�

11

2.2.2 Composição das linhas de ancoragem

As linhas de ancoragem podem ser compostas por cabos de aço, amarras, cabos

sintéticos ou pela combinação destes. A escolha do tipo de material é relacionada ao

tipo de configuração geométrica que o sistema de ancoragem terá.

Normalmente as linhas são compostas por trechos inicial e final de cabo de aço

ou amarras e cabo sintético (como poliéster) no trecho intermediário, para assim

diminuir seu peso. Pode apresentar também, elementos auxiliares no projeto global

como boiais e flutuadores.

As amarras são elos de aço de seção circular, com ou sem malhete. A amarra

com malhete é ilustrada na

Amarras

Figura 7. São classificadas quanto à sua resistência, e a

escolha do grau de resistência depende da necessidade e do custo do projeto.

Pode romper por ultrapassar a carga limite de ruptura ou à fadiga, esta última

decorrente do movimento do casco flutuante. Em FPSOs, a vida útil à fadiga das

amarras é relacionada principalmente à tração elevada.

Figura 7 - Amarra de elo com malhete [6]

Os cabos são compostos por fios de aço, denominados pernas, que por sua vez,

são torcidas em volta de um espiral (termo técnico, pois na realidade é uma hélice). Sua

composição pode ser observada na

Cabos de Aço

Figura 8.

12

As falhas por fadiga normalmente ocorrem nas extremidades e na proximidade

ás âncoras. Sendo assim, são dimensionadas de acordo com a sua tração mínima de

ruptura (MBL), dependente do tipo de aço e do diâmetro do cabo.

Figura 8(a) - Composição Figura 8(b) - Exemplo

Figura 8 - Cabo de Aço [7]

Podem ser compostos de poliéster, aramida, HMPE ou poliamida. O cabo de

poliéster é ilustrado na

Cabos Sintéticos

Figura 9 a seguir.

Apresentam uma flexibilidade maior que o cabo de aço e das amarras, porém

com a mesma carga axial de ruptura. Contém também uma baixa relação

massa/resistência, boa resistência à fadiga e custo reduzido. Porém, possuem baixa

resistência à abrasão (desgaste do material no contato com o solo), limitando sua

utilização aos trechos sem contato com o solo.

Figura 9 - Cabo de Poliéster [7]

13

2.2.3 Configurações Geométricas

A relação diâmetro/comprimento das linhas implica que os efeitos de flexão são

desprezíveis, considerando assim apenas sua rigidez axial. Entretanto, sua análise

estrutural é complexa devido às não linearidades do conjunto e dos carregamentos

hidrodinâmicos ambientais. Por isso, cada configuração geométrica deve ser analisada

de forma peculiar e seus comprimentos e geometria calculados de acordo com cada

projeto.

Sua configuração é uma catenária convencional, onde apenas transmite esforços

horizontais ao solo. As linhas devem ter comprimento suficiente para evitar o

levantamento da âncora, mesmo considerando o rompimento de outra linha. Como

demonstra a

Convencional

Figura 10, observam-se os componentes da catenária, o ângulo de topo, a

curvatura e o TDP (Touch Down Point – “Ponto de contato com o solo”).

A desvantagem do sistema é a necessidade de um raio grande de ancoragem,

aproximadamente o triplo da lâmina d´água, o que ocasiona em uma possível

interferência com outros risers ou linhas.

Figura 10 - Catenária Convencional [8]

As linhas formam aproximadamente um ângulo de 45° com a vertical, e com a

vantagem de apresentar um raio de ancoragem menor que a configuração convencional.

Proporciona ao sistema uma maior rigidez, proveniente da âncora que transfere esforço

Taut-Leg (“linhas retesadas”)

14

vertical ao solo. Desta forma, esse sistema apresenta passeios limites do casco menores

devido à rigidez de sua ancoragem, como pode ser observado na Figura 11. Entretanto,

a configuração apresenta a desvantagem da necessidade da instalação de âncoras no

solo que possam suportar as forças verticais solicitadas.

Figura 11 - Comparação Catenária com Taut-Leg [9]

15

2.3 Tipos de risers

O riser é definido como a tubulação que transfere o petróleo ou gás dos poços

no fundo do mar para as plataformas de produção. Além disso, pode ter a função de

injetar fluídos, como água e gás, no poço, facilitando a condução do oléo para a

superfície. É, portanto, a interface entre a estrutura estática do fundo do mar e a

estrutura dinâmica que é o casco e, por isso, necessita de uma análise estrutural

detalhada de seu comportamento. A Figura 12 representa o tipo de riser utilizado no

pré-sal brasileiro.

Figura 12 - Modelos de Risers usados no Pré-Sal [3]

Quanto à sua configuração geométrica, são classificados em:

Vertical - o riser vertical se mantém sempre tracionado através de uma

força de tração no seu topo, para deste modo, evitar a flambagem e

possíveis danos estruturais.

Catenária - configuração que requer um raio de curvatura mínimo, o que

pode ocasionar em uma interferência com outros risers ou linhas de

ancoragem. Porém, não necessita da força de tração no topo e possui

uma carga distribuída ao longo do seu comprimento.

Complexa - configuração desenvolvida recentemente para tecnologias e

soluções inovadoras devido ao fato de se caracterizar como uma

catenária dupla, através de flutuadores ou bóias submersas.

Quanto ao seu tipo estrutural, são classificados em riser rígido ou flexível,

descritos a seguir.

16

2.3.1 Riser Rígido (Steel Catenary Riser - SCR)

Consiste em um tubo de aço e em uma solução para águas profundas,

apresentando configuração de catenária. O riser rígido tem a capacidade de suportar

pressões internas e externas extremas. Contudo, não possui significativa tolerância a

movimentos do casco e possui elevado peso específico, gerando um esforço de tração

excessivo no casco.

O SCR é um tipo bastante comum na indústria do óleo e gás. Diferentemente

das linhas de ancoragem em catenária, sua rigidez à flexão deve ser analisada em

virtude do elevado momento fletor solicitante. Nas conexões com o casco, estes

esforços são aliviados por conectores/juntas capazes de absorver parte deste momento.

2.3.2 Riser flexível

Consiste em tubo de camadas de aço, com a finalidade de proteger o riser contra

tração e pressão externa, intercaladas com camadas de polietileno. A utilização de

várias camadas de aço proporciona flexibilidade ao riser, e as de polietileno permitem

uma maior estanqueidade, proteção contra corrosão e evitam a abrasão. Entretanto, não

apresenta resistência a pressões extremas, sendo preferível sua escolha em projetos de

águas rasas.

Figura 13 - Camadas do Riser Flexível [4]

2.3.3 Sistemas Híbridos

Foram desenvolvidas novas tecnologias para águas profundas, e uma delas era

combinar risers rígidos com flexíveis para assim obter suas vantagens operacionais e

estruturais. O objetivo era combinar a resistência a pressões externas dos risers rígidos

17

e a flexibilidade dos risers flexíveis que suportam maior movimentação do casco e sua

consequente fadiga.

Um exemplo é a boia de sustentação de risers – BSR (Tethered Riser Buoy –

“Boia tensionada dos risers”), ilustrada na Figura 14, uma combinação de seção rígida

para a parte inferior e uma seção flexível para a superior. Os risers são conectados a

uma boia ancorada por tendões tracionados, que por sua vez, estão vinculados ao solo

por estacas. Esse sistema viabiliza o uso de risers Rígidos (SCR) em grandes

profundidades.

Figura 14 - Boia de Sustentação de risers – BSR [3]

Outro exemplo são as Torres de risers, uma tecnologia desenvolvida para

quando há necessidade de um número elevado de risers. Fornece uma flexibilidade por

evitar um design conturbado e otimiza a performance de circulação do fluido para

águas profundas por ter um acesso vertical ao poço.

Figura 15 -Torre de Risers [3]

18

3 TIPOS DE CARREGAMENTO

3.1 Carregamentos Funcionais

São fundamentais na obtenção da resposta estrutural, e consequentemente, no

dimensionamento estrutural dos risers e linhas de ancoragem, como seu material,

diâmetro, geometria e entre outros. Como exemplos de carregamentos funcionais têm-

se: peso próprio das linhas, pressão interna do fluido no riser, pressão hidrostática

externa, tração no topo das linhas e inércia.

19

3.2 Carregamentos Ambientais

As plataformas offshore estão sujeitas a carregamentos ambientais

característicos de determinado local, que impõem uma resultante de forças na sua

estrutura e nas linhas. Como exemplos de carregamentos ambientais têm-se: vento,

força da onda, força das correntes.

Nas plataformas flutuantes, esses carregamentos são responsáveis pela

movimentação do casco, o que transfere esforços às linhas de ancoragem e risers,

podendo violar seus respectivos critérios estruturais. Sua análise é então essencial para

segurança e estabilidade do conjunto.

A seguir é apresentada de maneira geral a descrição das forças aplicadas na

estrutura oriundas das condições ambientais.

3.2.1 Onda

O comportamento de uma onda do mar é descrito pelos seus principais

parâmetros característicos: altura, período, comprimento de onda, elevação e

velocidade de propagação. O estado de mar das ondas pode ser regular (ondas de

mesma amplitude e frequência) ou irregular, sendo o último melhor representativo da

realidade, pois é a superposição de ondas regulares. É baseado em medições e

observações realizadas em uma determinada região e através delas, obtêm-se

parâmetros estatísticos conhecidos como Período de Pico (TP) e Altura Significativa

(Hs) para cada estado de mar.

A partir dessas especificações, desenvolve-se uma formulação matemática

denominada Problema de Valor de Contorno (PVC), onde se determinam as

velocidades, acelerações, deslocamentos e pressões de fluido. Porém, esse problema é

definido por ter componentes e forças de comportamento não linear e por isso, sua

solução é através de iterações numéricas.

3.2.2 Corrente

Impostas pela ação do vento na superfície do mar, pela variação da pressão

atmosférica e pelos efeitos de maré, são forças que atuam nas linhas e no casco. São

20

representadas por perfis poligonais, em que as velocidades variam em sua magnitude e

direção de incidência, dados em função da profundidade.

3.2.3 Vento

A carga de vento atua na superfície do casco, e por isso, atuante na área exposta

do casco. Possui parcela estática, constante ao longo do tempo baseada na velocidade

média; e dinâmica, através de um espectro de vento e gera movimentos de baixa

frequência (fundamental no dimensionamento de plataformas flutuantes).

A força do vento é calculada baseada nos seus parâmetros, massa específica do

ar, velocidade do vento e área exposta, obtidos através de medições no campo. O

cálculo é feito segundo a fórmula da norma API RP 2A [11].

21

4 PROJETO INTEGRADO ANCORAGEM X

RISERS

Tradicionalmente, o projeto dos sistemas de ancoragem e risers de uma

plataforma são realizados separadamente por equipes distintas. Fixa-se, desde o início

do projeto, um valor de passeio máximo da plataforma que deve ser mantido pelo

sistema de ancoragem, como por exemplo, 10% da lâmina d’água. Em paralelo, o

sistema de risers é projetado de maneira a não sofrer danos com o deslocamento da

plataforma dentro desta região. Em muitos casos, o sistema de ancoragem projetado

restringe os passeios da plataforma a valores inferiores ao limite estabelecido

inicialmente, enquanto que o sistema de risers seria capaz de suportar passeios maiores.

Esse problema, que é causado pela falta de integração entre os dois projetos, pode ficar

ainda mais acentuado no caso de sistemas de risers assimétricos. Nesse caso, a

plataforma poderia passear mais para uma direção do que para outras sem danificar o

sistema de risers. Com isso, o sistema de ancoragem poderia ser dimensionado de

maneira a considerar essa característica, melhorando sua eficiência.

Ao longo dos últimos anos, há uma tendência de integração entre os dois

projetos. Inicialmente são gerados diagramas que demarcam as zonas de operação

seguras para os risers (ZOR). Em seguida, o sistema de ancoragem é projetado de

maneira a respeitar os limites de passeio estabelecidos pela ZOR. Essa metodologia é

descrita com detalhes nos itens a seguir.

22

4.1 Conceitos Gerais de Projeto

O projeto da ancoragem deve ser desenvolvido com o propósito de garantir que

o passeio da unidade flutuante, mesmo sob condições ambientais extremas, não

danifique a estrutura dos risers conectados ao casco. O passeio é a denominação dada à

distância horizontal que a unidade percorre desde a sua posição de equilíbrio neutro até

a posição de equilíbrio sob o carregamento ambiental. Normalmente, este passeio é

medido como um percentual da lâmina d’água.

Tecnicamente, o passeio da plataforma flutuante é proporcional à rigidez do

conjunto, que representa a capacidade de resistência à deformação ao deslocamento

imposto pelas forças ambientais aplicadas. Sendo assim, depende do material (mais

especificamente seu módulo de elasticidade) e do arranjo do sistema de ancoragem e

dos risers.

Já os risers devem ser analisados para assegurar níveis aceitáveis de

deformações, tensões e resistência à fadiga, devido às forças impostas pelas correntes,

ondas e movimentos do casco. A pressão hidrostática interna (fluido) e a externa (água

do mar) são também fundamentais nas análises.

Para monitorar os esforços e as deformações impostas às linhas, são realizadas

análises estruturais que dependem de ferramentas de simulação numérica. O

mecanismo de análise computacional do comportamento estrutural dos elementos é o

modelo matemático, construído com base no Método dos Elementos Finitos.

Além disso, as linhas e risers apresentam um comportamento não linear

geométrico, devido a grandes deslocamentos, e físico, devido à relação entre materiais

que apresentam comportamento não-linear na sua relação tensão x deformação. Por

isso, a resposta dinâmica das linhas deve ser feita pela análise no domínio tempo, em

que se ponderam todas as não linearidades do sistema. A posição das linhas é

atualizada, recalculando cada termo de massa, amortecimento e rigidez, a cada

intervalo de tempo. Por esse motivo, necessita de um tempo de processamento

computacional maior.

23

4.2 Zona Operacional dos Risers – ZOR

A Zona Operacional dos Risers - ZOR - é a denominação da envoltória dos

passeios limites da plataforma sujeita a carregamentos ambientais, que não violam

nenhum critério estrutural dos risers. Ou seja, é a zona segura representada em um

diagrama, em que a plataforma pode se deslocar, sem causar dano estrutural nos risers.

A primeira etapa consiste em aplicar no topo dos risers deslocamentos

prescritos para cada direção, representando o deslocamento da plataforma flutuante.

Com a aplicação dos deslocamentos juntamente com o peso próprio dos risers e os

carregamentos da correnteza, realiza-se uma análise estática não-linear. A partir dos

resultados, os critérios estruturais dos risers são verificados até que algum seja violado.

O passeio limite é, portanto, o deslocamento anterior ao violado.

Posteriormente, procede as denominadas simulações dinâmicas, na qual

introduz-se os carregamentos de onda, que solicitam mais a estrutura do riser. A partir

do deslocamento limite encontrado na etapa anterior, diminui-se gradativamente até o

deslocamento máximo e seguro em que o critério estrutural deixe de ser violado.

A vantagem de se realizar uma análise estática antes é que a mesma possui um

tempo computacional bem reduzido, e que proporciona o limite de deslocamento da

plataforma flutuante. Assim, já possuindo uma aproximação do passeio de falha, são

necessárias menos simulações dinâmicas e menos tempo para sua execução para

encontrar o deslocamento de segurança.

Deste modo, obtendo o deslocamento de segurança limite para cada direção um

diagrama é elaborado, no qual as curvas limitam a zona segura de utilização dos risers,

onde todos os critérios são assegurados. O objetivo da elaboração da ZOR, ilustrada na

Figura 16, é obter conclusões sobre possíveis alterações no projeto de risers que

possam aprimorar e otimizar o desempenho do sistema, além de proporcionar a

integração com o sistema de ancoragem que poderia ser dimensionado de maneira a

manter a plataforma dentro dessa zona de segurança.

24

Figura 16 - Exemplo de ZOR [12]

Para a elaboração da ZOR, devem ser considerados e avaliados 3 parâmetros de

projeto: as direções, as combinações dos carregamentos e os critérios estruturais.

Como mencionado acima, o procedimento de deslocamento do topo dos risers é

realizado para cada direção do diagrama polar, sendo no mínimo 16 direções. A

distância das novas posições é usualmente representada de acordo com a porcentagem

da lâmina d´água de projeto, aumentando-as em um processo progressivo para atingir a

violação de algum critério estrutural, e consequentemente, seu deslocamento limite.

Normalmente, considera-se o mesmo número de combinações dos

carregamentos ambientais e das direções de incidência dos deslocamentos. Devem-se

considerar também combinações ambientais alinhadas e desalinhadas com as direções

dos deslocamentos na análise do diagrama da ZOR. Por exemplo, a correnteza na

direção sul deve ser avaliada na análise do deslocamento tanto para o sul, quanto para

sudeste e sudoeste.

Dados os resultados das análises dos deslocamentos, os risers são verificados

quanto a seus critérios estruturais, evitando qualquer tipo de falha mecânica ou ruptura.

Os principais requisitos que devem ser considerados são segurança, risco e

confiabilidade, e considerações funcionais, operacionais, estruturais e do material.

Os risers rígidos podem apresentar falha devido a:

Plastificação do material.

Flambagem localizada do riser.

25

Colapso hidrostático; pressão externa do projeto deve ser menor que a

pressão de colapso para evitar o esmagamento do riser.

Já os risers flexíveis possuem uma maior probabilidade de falha devido a suas

diversas camadas:

Falha da armadura de pressão, ocasionada por pressões internas ou

externas elevadas, com ou sem tração elevada.

Ruptura das armaduras de pressão ou tração devido ao elevado esforço

axial.

Flambagem das armaduras de tração devido à falha por compressão ou

por torção.

Ruptura da armadura de pressão ou da camada externa ocasionada pela

flexão excessiva.

Para evitar as falhas mencionadas acima, recomenda-se atender critérios

estruturais dos risers flexíveis e rígidos no estudo da ZOR, abaixo dos valores limites.

São eles:

Interferência; É necessário evitar o contato do riser com outro elemento, como

linhas de ancoragem, Casco ou outro riser.

Tração na conexão de fundo; cada tipo de riser, dependendo de seu diâmetro, de

sua seção transversal e de sua armadura de tração de projeto, possui uma tração limite

de conexão com o manifold ou com a flowline.

Variação limite do ângulo de topo; a variação a partir do ângulo inicial no topo

deve ser menor que a limitada.

Tração de topo; assim como no fundo, a tração deve ser menor que o limite

estabelecido pelo fabricante para cada tipo de riser.

Compressão; O riser não é dimensionado para resistir a compressão, para evitar

uma possível falha por flambagem localizada.

Comprimento mínimo apoiado no fundo

Além desses, cada tipo de riser possui um critério de verificação específico.

Para os risers rígidos, é:

; O riser deve ser dimensionado para

um comprimento apoiado mínimo, com objetivo de evitar trações verticais nas

conexões com certa margem de segurança.

26

Tensão de Von Misses

Para os risers flexíveis, são:

; É a tensão combinada dos esforços solicitados no riser

de tração, flexão e torção que deve ser menor que a admissível, dependentes da tensão

de escoamento do aço

Raio mínimo de curvatura; o raio de curvatura não deve ultrapassar o MBR

(Minimium Bend Radius) estabelecido pelo fabricante.

Tensão nas armaduras de tração; a armadura de tração do riser é dimensionada

para resistir aos esforços de tração e pressão, com uma tensão de tração limite de

acordo com a tensão de escoamento do aço.

Torção limite:

A torção solicitada deve ser abaixo da admissível para evitar uma

possível falha na armadura de tração por flambagem localizada.

27

4.3 Diagrama de Offsets

O diagrama de offsets é a denominação da envoltória dos passeios máximos da

plataforma em várias direções sujeita a carregamentos ambientais. É necessário

considerar combinações ambientais extremas, ou seja, com períodos de retorno

decenários e centenários, e combinações alinhadas e desalinhadas.

Diferentemente das simulações realizadas anteriormente nos risers para calcular

a ZOR, onde o deslocamento da plataforma foi prescrito, agora a plataforma é livre

para se deslocar com a atuação dos carregamentos. Isso significa que, mesmo sendo

aplicados carregamentos alinhados, a plataforma se desloca na direção de acordo com a

rigidez do sistema, não necessariamente em linha reta. A Figura 17 apresenta um

exemplo de diagrama de offsets.

Os modelos de análise do sistema de ancoragem devem considerar uma

configuração global da plataforma, com a contribuição dos risers utilizados na geração

da ZOR.

Figura 17 - Diagrama de Offsets [12]

Cabe ressaltar que os critérios de projeto para as linhas de ancoragem (como

tração, interferência, atrito com o solo, entre outros) devem ser atendidos dentro de

toda a região limitada pelo diagrama de offsets.

28

Os diagramas de offset podem ser obtidos para duas condições distintas:

Sistema Intacto e Sistema de Avaria. Após a elaboração do diagrama de offsets no

sistema intacto, resultante da atuação dos carregamentos ambientais extremos, elabora-

se outro diagrama, repetindo o processo, porém considerando a ruptura de uma linha de

ancoragem.

29

4.4 Cruzamento do Diagrama de offsets com a ZOR

No processo integrado do projeto, o diagrama de offsets e a ZOR são

sobrepostos. O cruzamento tem o propósito de verificar que os limites máximos de

passeio do casco não ultrapassem a zona segura de operação dos risers. Um exemplo de

cruzamento dos diagramas pode ser observado na Figura 18.

Deste modo, é possível avaliar as direções e consequentes combinações

ambientais que excedem o limite da ZOR e que infringem os critérios estruturais dos

risers. As devidas modificações necessárias devem ser realizadas de forma que garanta

a segurança do sistema, limitando os offsets para dentro da área segura estipulada pelos

risers. Por outro lado, se os limites do diagrama e da ZOR estiverem muito afastados

significa que há um superdimensionamento do sistema de ancoragem, permitindo uma

reavaliação do projeto para soluções mais econômicas.

Deve ser considerada também, a situação de avaria do sistema de ancoragem,

garantindo a segurança da plataforma em situações acidentais de possível rompimento

das linhas.

Figura 18 - Superposição do Diagrama de Offsets e a ZOR [12]

30

5 ESTUDO DE CASO

5.1 Introdução

O presente estudo de caso tem como objetivo exemplificar o dimensionamento

da Zona de Operação dos Risers (ZOR) de uma plataforma flutuante de petróleo, para

um futuro projeto de integração ao sistema de ancoragem.

Como mencionado na Seção 4.2, a geração da ZOR considera a aplicação de

carregamentos estáticos e dinâmicos. Entretanto, neste estudo será levado em conta

como carregamento ambiental a ação da correnteza e por esse motivo, apenas será

abordada a análise estática do sistema de risers. Dessa maneira, pode-se descrever o

processo de estudo como uma simplificação do procedimento de elaboração da ZOR.

Será utilizado no trabalho para a análise do sistema de risers o programa

PROSIM/SITUA, desenvolvido desde 1997 pelo Laboratório de Métodos

Computacionais e Sistemas Offshore da COPPE – LAMCSO em parceria com a

Petrobras. O programa executa análises estáticas e dinâmicas não-lineares no domínio

do tempo, considerando o acoplamento entre o comportamento hidrodinâmico do casco

de unidades flutuantes e o comportamento estrutural-hidrodinâmico das linhas de

ancoragem e risers, representadas por elementos finitos [13].

É fundamental ressaltar que o objetivo de estudo é a elaboração da ZOR, e

sendo assim, possui o foco no projeto dos risers da plataforma flutuante. As posteriores

etapas de integração ao sistema de ancoragem não terão sua concepção no estudo.

31

5.2 Descrição do Modelo

O modelo utilizado no estudo é composto por 18 risers flexíveis, com

distribuição assimétrica, representativos de um caso real, localizado numa lâmina

d’água de 620 metros. As Figura 19 e Figura 20 ilustram de maneira mais adequada o

modelo do sistema de risers estudado.

A análise do sistema foi realizada no software SITUA-Prosim, cujos risers são

representados por elementos finitos de pórtico. O MEF é de elevada importância no

estudo do comportamento dos risers, pois esses requerem uma análise mais detalhada

de sua resposta estrutural. As propriedades dos risers são observadas na

Tabela 1.

Figura 19 - Vista 3D do modelo

32

Figura 20 - Vista superior do Modelo

Tabela 1 - Propriedades dos Risers

1 INJEÇÃO 2.52 PRODUÇÃO 43 PRODUÇÃO 44 INJEÇÃO 2.55 PRODUÇÃO 46 INJEÇÃO 2.57 PRODUÇÃO 48 INJEÇÃO 2.59 INJEÇÃO DE GÁS 7.62510 PRODUÇÃO 411 INJEÇÃO 2.512 PRODUÇÃO 413 INJEÇÃO 414 PRODUÇÃO 415 INJEÇÃO 416 PRODUÇÃO 417 INJEÇÃO 2.518 EXPORTAÇÃO 11.25

NomeRiser Diâmetro (in)

33

5.3 Casos de Carregamentos

Como este estudo de caso contempla a geração da ZOR estática, foram

considerados apenas carregamentos de correnteza. As correntes, representativas de

mares brasileiros, foram definidas nas 16 direções: Norte, Nor-Nordeste, Nordeste, És-

Nordeste, Leste, És-Sudeste, Sudeste, Su-Sudeste, Sul, Su-Sudoeste, Sudoeste, Oés-

Sudoeste, Oeste, Oés-Noroeste, Noroeste, Nor-Noroeste.

A Tabela 2 especifica os valores das velocidades das correntes na superfície

relacionados às suas direções de incidência.

Tabela 2 - Velocidades das Correntes

No programa SITUA-Prosim, as correntes foram especificadas, uma a uma,

quanto a sua direção de incidência e sua velocidade. Elas possuem a configuração

triangular ao longo da profundidade, como exemplificado na Figura 21 para a corrente

na direção Nordeste.

Eixo Global Correnteza (m/s)N 1,05

NNE 1,15NE 1,25

ENE 1,16E 1,06

ESE 1,03SE 1,1SSE 1,51

S 1,67SSW 1,5SW 1,33

WSW 1,46W 1,59

WNW 1,34NW 1,09

NNW 1,07

34

Figura 21 – Exemplo da configuração triangular da corrente

As combinações dos carregamentos considerados no estudo se deram pela

associação dos deslocamentos alinhados com a correnteza, ou seja, ambos na mesma

direção. A análise, portanto, envolveu uma matriz de 16 combinações.

35

5.4 Critério de Projeto dos Risers

Como o modelo adotado para este estudo de caso é composto apenas por risers

flexíveis, os valores dos critérios de projeto são estabelecidos pelos próprios

fabricantes. De acordo com o que foi mencionado na Seção 5.1, o objetivo deste estudo

de caso é exemplificar o dimensionamento de uma Zona de Operação dos Risers

(ZOR). Dessa maneira, apenas os principais critérios de projeto foram avaliados, dentre

aqueles apresentados na Seção 4.2. Os critérios avaliados encontram-se listados a

seguir:

Tração máxima ao longo do riser.

Obtidos dos fabricantes:

Compressão nula.

Tração máxima na conexão de fundo do riser.

Estimados:

Interferência nula entre os risers.

Mínimo raio de curvatura (MBR - Minimum Bend Radius).

Comprimento mínimo apoiado do riser.

Os valores limites utilizados no estudo encontram-se detalhados na Tabela 3.

36

Tabela 3 - Critério de Utilização dos risers

Tração Topo (kN) Tração Fundo (kN) Raio Mínimo de Curvatura (m)1 2,5 870 200 52 4 1260 200 103 4 1260 200 104 2,5 870 200 55 4 1260 200 106 2,5 870 200 57 4 1260 200 108 2,5 870 200 59 7,625 3500 300 1010 4 1260 200 1011 2,5 870 200 512 4 1260 200 1013 4 1260 200 1014 4 1260 200 1015 4 1260 200 1016 4 1260 200 1017 2,5 870 200 518 11,25 7500 700 10

Riser Critérios de Utilização limitesDiâmetro (in)

37

5.5 Resumo dos Resultados da ZOR

Foram elaborados dois diagramas de Zonas Operacionais dos Risers, com e sem

a solicitação do carregamento das correntes. Tal procedimento foi realizado com o

propósito de uma possível posterior comparação entre os diagramas, e assim a

verificação da influência da carga da corrente no conjunto.

Portanto, os diagramas da ZOR finais obtidos são apresentados nas Figura 22 e

Figura 23.

As Tabela 4 e Tabela 5 indicam para cada direção de incidência, quais os

critérios foram desrespeitados, os valores dos critérios atendidos, quais os risers que

tiveram seus critérios desrespeitados e os passeios limites da plataforma.

Figura 22 - ZOR sem carregamento ambiental

38

Figura 23 - ZOR com carregamento ambiental

Tabela 4 - Violações da ZOR sem carregamento ambiental

Limite ZOR (m) Riser Critério Violado Valor do Critério não violado

Porcentagem da Lâmina d´água (%)

1 N 125 9 Comprimento mínimo apoiado - 20,2

2 NNE 45 2 Raio de Curvatura 9,4 7,33 NE 30 2 Raio de Curvatura 9,8 4,84 ENE 30 2 Raio de Curvatura 9,8 4,85 E 55 2 Raio de Curvatura 9,5 8,96 ESE 80 7 Raio de Curvatura 9,9 12,97 SE 100 7 Raio de Curvatura 9,7 16,18 SSE 120 8 com 7 interferência - 19,49 S 110 7 com 8 interferência - 17,710 SSW 95 13 Raio de Curvatura 9,5 15,311 SW 85 13 com 14 interferência - 13,712 WSW 80 13 com 14 interferência - 12,913 W 70 13 com 14 interferência - 11,314 WNW 70 13 com 14 interferência - 11,3

15 NW 115 3 Comprimento mínimo apoiado - 18,5

16 NNW 185 16 Comprimento mínimo apoiado - 29,8

Deslocamentos Máximos para ZOR estática sem carregamento ambiental

Direção

39

Tabela 5 - Violações da ZOR com carregamento ambiental

A Figura 24 demonstra a comparação entre os diagramas da análise estática com

e sem carregamento ambiental, possibilitando uma avaliação visual entre os mesmos.

Figura 24 - Comparação entre as ZORs

Limite ZOR (m) Riser Critério Violado Valor do Critério violado


1 N 115 9 Comprimento mínimo apoiado - 18,5

2 NNE 40 2 Raio de Curvatura 9,5 6,53 NE 30 2 Raio de Curvatura 9,1 4,84 ENE 35 2 Raio de Curvatura 8,3 5,65 E 50 2 Raio de Curvatura 9,8 8,16 ESE 75 7 Raio de Curvatura 9,4 12,17 SE 90 7 Raio de Curvatura 9,7 14,58 SSE 90 7 com 8 interferência - 14,59 S 80 7 com 8 interferência - 12,910 SSW 80 13 Raio de Curvatura 9,4 12,911 SW 80 13 com 14 interferência - 12,912 WSW 70 13 com 14 interferência - 11,313 W 60 13 com 14 interferência - 9,714 WNW 65 13 com 14 interferência - 10,5

15 NW 115 3 Comprimento mínimo apoiado - 18,5

16 NNW 185 16 Comprimento mínimo apoiado - 29,8

Direção

Deslocamentos Limites para ZOR estática com carregamento ambiental

40

Equiparando os resultados obtidos, é possível estabelecer que para as direções

Su-Sudeste e Sul a influência do carregamento ambiental foi maior. A aplicação dos

carregamentos ambientais de correnteza ocasionou uma redução no passeio limite de

25% e 27,3%, respectivamente.

Em oposição, para a direção Nordeste, foi verificado que não houve diferença

nos resultados obtidos. Isso pode ser justificado pelo fato do critério ter sido violado

com um passeio muito pequeno da plataforma, que tem influência muito mais

significativa nos resultados que a aplicação do carregamento ambiental propriamente

dito.

Nas direções restantes, percebe-se que os deslocamentos máximos são próximos

incluindo ou não o carregamento ambiental. O critério não atendido para tais direções é

o mesmo em ambos os diagramas, sendo em sua a maioria a interferência entres os

risers e o raio de curvatura mínimo.

41

5.6 Resultados Detalhados

A seguir, apresenta-se uma análise mais detalhada dos resultados da ZOR para

cada direção de incidência, e em qual deslocamento seus critérios estruturais são

desrespeitados.

5.6.1 Direção Norte

A plataforma flutuante teve seu movimento prescrito para o Norte, como

demonstra a Figura 25.

(a) – Vista 3D (b) – Vista Superior

Figura 25 - Direção Norte

Para esta direção, observa-se através da Tabela 6, a violação do comprimento

mínimo apoiado no solo do riser 9 que deve ser evitado para não provocar uma força

vertical no fundo. Pode-se observar também que se este critério fosse atendido, o

deslocamento limite da ZOR seria por volta do dobro do valor obtido.

Tabela 6 - Direção Norte



205 16 Tração no fundo 183 33,1240 17 Tração no topo 673 38,7

115 9 Comprimento mínimo apoiado - 18,5

Direção

1 N

42

Nas Figura 26 e Figura 27, pode-se observar o comprimento mínimo apoiado

sendo respeitado.

Figura 26 - Deslocamento limite

Figura 27 – Comprimento mínimo apoiado

43

5.6.2 Direção Nor-Nordeste

A unidade foi deslocada para a direção Nor-Nordeste, como mostra a Figura 28.

(a) –Vista 3D (b) –Vista Superior

Figura 28 - Direção Nor-Nordeste

A partir das Figuras acima, verifica-se que o movimento ocorre na direção dos

risers 1 e 2, e deste modo, se curvam de maneira crítica à sua segurança estrutural. Este

critério é violado no riser 2, como demonstra a Tabela 8, a uma posição de 40 metros.

A Tabela 7, comprova que se não fosse pela violação do MBR, a plataforma seria capaz

de possuir deslocamentos bem menos restritos.

Tabela 7 - Direção Nor-Nordeste

Tabela 8 - Violação Direção Nor-Nordeste



200 16 Tração no fundo 185 32,3


40 2 Raio de Curvatura 9,5 6,5145 3 com 4 interferência - 23,4

Direção

2 NNE

45m 40m2 9.5m 10,3 10 m

Riser MBR (m) LimiteNNE

44

Através das Figura 29 e Figura 30 é possível verificar quando o riser 2 se

encontra no valor seguro de operação.

Figura 29 – Deslocamento limite

Figura 30 - MBR não violado

5.6.3 Direção Nordeste

O deslocamento para direção Nordeste respresenta-se pela Figura 31:

45


Figura 31 -Direção Nordeste

Para esta direção de deslocamento, o critério de cautela continua sendo o raio de

curvatura mínimo para o riser 2 e sua posição limite é de 30 metros, proporcional a

aproximadamente 5% da lâmina d´água. A Tabela 10 comprova a violação do critério

no passo seguinte. Se o riser tivesse o MBR atendido, o passeio limite teria o triplo do

valor obtido, como demonstra a Tabela 9.

Tabela 9 - Direção Nordeste

Tabela 10 - Violação Direção Nordeste

As Figura 32 e Figura 33 demonstram a curvatura do riser 2 superior ao limite

mínimo estabelecido.

Limite ZOR (m) Riser Critério Violado Valor do Critério violado

Porcentagem da lâmina d´água (%)

250 11 Tração no topo 850 40.3205 9 Tração no fundo 291 33.1

90 9 Comprimento mínimo apoiado - 14.5

30 2 Raio de Curvatura 9.1 4.8110 3 com 4 interferência - 17.7

Direção

3 NE

35m 30m2 9,1 10,7 10 m

Riser MBR (m)NE

Limite

46



5.6.4 Direção És-Nordeste

No programa Situa, o movimento prescrito na direção És-Nordeste é

representado pela Figura 34:

47


Figura 34 - direção És-Nordeste

O deslocamento máximo para essa direção é de 35 metros e o riser que merece

precaução continua sendo o riser 2, pois percebe-se que ele passa a ter uma curvatura

além de seu valor crítico na Tabela 12. Observa-se também, na Tabela 11, um

significativo aumento de 60 metros no passeio limite da plataforma se o MBR fosse

atendido.

Tabela 11 - Direção És-Nordeste

Tabela 12 - Violação Direção És-Nordeste

As Figura 35 e Figura 36 demonstram a curvatura do riser 2 no passo em que

seu critério não é violado.






Direção

4 ENE

40m 35m2 8,3 10,9 10 m

ENERiser MBR (m) Limite

48


Figura 36 – MBR não violado

5.6.5 Direção Leste

O movimento prescrito na direção leste deu-se pela Figura 37:

49

(a) –Vista 3D b) –Vista Superior

Figura 37 - Direção Leste

O passeio limite para esta direção foi caracterizada por 50 metros e seu critério

de violação dos risers foi também o MBR para o riser 2, comprovado na Tabela 14.

Pode-se determinar então que, através da Tabela 13, se o raio mínimo fosse atendido, o

deslocamento limite aumentaria significativamente e seria proporcional a 18,5% da

lâmina d´água do projeto.

Tabela 13 - Direção Leste

Tabela 14 - Violação Direção Leste

As Figura 38 e Figura 39 abaixo comprovam o deslocamento limites para a

direção Leste.






5 E

Direção

55m 50m2 9,8 10,4 10m

ERiser MBR (m) Limite

50



5.6.6 Direção És –Sudeste

Para esta direção, o movimento foi representado pela Figura 40:

51


Figura 40 - Direção És-Sudeste

Para a direção És–Sudeste, o critério violado continua sendo o raio de curvatura

mínimo, porém como comprova a Tabela 16 , para uma distância maior de 75 metros.

Através da

Tabela 15, observa-se que o riser 7 tem seu raio não atendido, restringindo

bastante o passeio limite se comparado com o próximo critério violado.

Tabela 15 - Direção És –Sudeste

Tabela 16 - Violação Direção És –Sudeste

As Figura 41 e Figura 42 demonstram a conclusão anterior, onde o riser ainda

opera em segurança.





75 7 Raio de Curvatura 9,4 12,1

6 ESE

Direção

80m 75m7 9,4 12,2 10m

Riser MBR (m)ESE

Limite

52



5.6.7 Direção Sudeste

No modelo do SITUA, o deslocamento é visto como na Figura 43:

53


Figura 43 - Direção Sudeste

A posição limite para esta direção é de 90 metros, e seu critério de violação

continua sendo o MBR do riser 7, demonstrada na Tabela 18 . Para esta direção

observa-se na Tabela 17, uma menor diferença de passeios limites, se comparado ao

próximo critério violado.

Tabela 17 - Direção Sudeste

Tabela 18 - Violação Direção Sudeste

As Figura 44 e Figura 45 comprovam a curvatura dentro da zona de segurança

do riser.



215 18 Tração no fundo 667 34,7265 18 tração no topo 5566 42,790 7 Raio de Curvatura 9,7 14,5

105 1 com 2 interferência - 16,9

7 SE

Direção

95m 90m7 9,7 10,8 10m

SERiser MBR (m) Limite

54



5.6.8 Direção Su-Sudeste

Para a direção Su-Sudeste o modelo teve o movimento prescrito na Figura 46 do

modo que:

55


Figura 46 - Direção Su-Sudeste

Para esta direção, verifica-se um passeio limite de 90 metros devido à

interferência entre os risers 7 e 8. Porém, deve-se observar pela Tabela 19, que ocorre

também interferência entre os riser 15 e 16 a uma posição de 55 metros mais distante,

ou seja, um maior deslocamento seguro de operação.

Tabela 19 - Direção Su-Sudeste

A Figura 47 demonstra a iminência da interferência no momento da ZOR limite,

porém percebe-se a posição de sua violação na Figura 48.



250 8 Tração no fundo 672 40,3190 14 Raio de Curvatura 9,6 30,690 7 com 8 interferência - 14,5


8 SSE

Direção

56


Figura 48 – Interferência violada

5.6.9 Direção Sul

O movimento na direção sul foi representado na Figura 49:

57


Figura 49 - Direção Sul

A distância limite obtida foi de 80 metros, apontada na interferência entre os

risers 7 e 8, assim como na direção anterior. Na Tabela 20, percebe-se que se a

interferência não ocorresse, o MBR do riser 13 limitaria a plataforma a um

deslocamento por volta de 19% maior.

Tabela 20 - Direção Sul

As Figura 49 e Figura 52 ilustram a ocorrência da interferência no sistema de risers estudado.



250 1 Comprimento

mínimo apoiado - 40,3


9 S

Direção

58

Figura 50 - Deslocamento limite

Figura 51 - Interferência violada

59

5.6.10 Direção Su-Sudoeste

A Figura 52 demonstra o movimento prescrito na direção Su-Sudoeste:


Figura 52 - Direção Su-Sudoeste

Para o deslocamento de 80 metros, o critério de mínimo raio de curvatura foi

violado para o riser 13. A Tabela 22 demonstra o momento de rompimento do critério.

Se o MBR do riser 13 fosse maior, o deslocamento limite da plataforma aumentaria em

40 metros, como aponta a Tabela 21.

Tabela 21 - Direção Su-Sudoeste

Tabela 22 - Violação Direção Su-Sudoeste

As Figura 53 e Figura 54 exemplificam quando o MBR se encontra dentro do

limite estimado.



215 1 Comprimento

mínimo apoiado - 34,7


10 SSW

Direção

85m 80m13 8,3 10,5 10m

SSWRiser MBR (m) Limite

60



5.6.11 Direção Sudoeste

O movimento na Figura 55 dado à plataforma na direção Sudoeste foi tal que:

61


Figura 55 - Direção Sudoeste

A interferência entre os risers 13 e 14 ocorreu na posição de 80 metros, como

comprovam as Figura 56 e

Figura 57 . Pode-se observar na Tabela 23, que se a interferência entres os risers

fosse solucionada, o deslocamento limite seria por volta de 40% maior.

Tabela 23 - Direção Sudoeste

62







11 SW

Direção

63


5.6.12 Direção Oés-Sudoeste

A direção Oés-Sudoeste foi caracterizada pela Figura 58:


Figura 58 - Direção Oés-Sudoeste

64

Através da Tabela 24 percebe-se que a interferência entre os risers 13 e 14

ocorre bem antes da violação de qualquer outro critério. Se o critério violado fosse

atendido, a plataforma poderia se deslocar seguramente por mais 110 metros nessa

direção.

Tabela 24 - Direção Oés-Sudoeste

As Figura 59 e Figura 60 comprovam a interferência entres os risers na ZOR

limite de 70 metros:







12 WSW

Direção

65


5.6.13 Direção Oeste

A direção Oeste é dada pela Figura 61:


Figura 61 - Direção Oeste

Nesta direção, a posição limite foi ocasionada por interferência, também entre

os risers 13 e 14. A Tabela 25, pode demonstrar que se não houvesse interfereência do

limite da ZOR seria 58% maior.

66

Tabela 25 - Direção Oeste

As Figura 62 – Deslocamento limitee Figura 63 – Interferência violadapodem comprovar as conclusões citadas.







13 W

Direção

67


5.6.14 Direção Oés-Noroeste

O movimento prescrito nessa direção foi caracterizado pela Figura 64:


Figura 64 - Direção Oés-Noroeste

68

O deslocamento limite para esta direção deu-se por 65 metros, na violação

também da interferência entre os risers 13 e 14. A Tabela 26, aponta os possíveis

deslocamentos limites da plataforma se o sistema de risers não tivesse interferência

entre si.

Tabela 26 - Direção Oés-Noroeste

As Figura 65 e Figura 66 pode comprovar a interferência violada.







14 WNW

Direção

69


5.6.15 Direção Noroeste

O deslocamento na direção Noroeste pode ser visto na Figura 67:


Figura 67 - Direção Noroeste

70

Tal direção trouxe como posição limite de 115 metros devido a violação

comprimento mínimo apoiado do riser 3. Observa-se também para esta direção de

movimento, na Tabela 27, um aumento do deslocamento limite se o comprimento

mínimo fosse atendido.

Tabela 27 - Direção Noroeste

As Figura 68 e Figura 69 provam o deslocamento prescrito dentro da zona

segura dos risers e o momento final onde a violação ocorre.







15 NW

Direção

71


5.6.16 Direção Nor-Noroeste

O movimento prescrito para tal direção foi dado pela Figura 70:


Figura 70 - Direção Nor-Noroeste

72

A violação do comprimento mínimo no fundo do riser 16 ocorre na posição de

185 metros, sendo essa o maior passeio limite da ZOR. Além disso, observa-se através

da Tabela 28 , uma disparidade grande ao próximo critério na atendido.

Tabela 28 - Direção Nor-Noroeste

As Figura 71 e Figura 72 representam o deslocamento limite da ZOR,

demonstrando que o riser possui seu comprimento mínimo apoiado no solo.







NNW16

Direção

73


74

6 COMENTÁRIOS FINAIS

Este trabalho apresentou o conceito de integração entre os projetos de risers e

sistemas de ancoragem de plataformas flutuantes offshore. Como primeira etapa do

processo, inicia-se a elaboração da Zona de Operação dos Risers (ZOR), em que é

possível determinar a área que limita o deslocamento seguro da plataforma. Verificam-

se os critérios estruturais do sistema de risers para cada posição que a plataforma possa

assumir, a fim de identificar em quais posições eles deixam de ser atendidos. Deste

modo, elabora-se no formato de um diagrama a zona de segurança de operação dos

risers.

Após essa etapa, utiliza-se a ZOR para o cruzamento com o diagrama de offsets,

este realizado a partir de um modelo das linhas de ancoragem, casco da plataforma e

dos risers. É possível então, uma integração dos dois projetos, e uma posterior

adaptação do sistema de linhas de ancoragem que limite o passeio das plataformas para

dentro da ZOR.

No presente estudo, o foco foi na geração da ZOR. A partir de uma plataforma

flutuante baseada em um modelo representativo da realidade, contendo 18 risers

flexíveis, foi possível analisar através do programa SITUA/Prosim a resposta estrutural

dos risers. A análise foi estática, na qual apenas foram avaliados os carregamentos

ambientais das correntes e os deslocamentos prescritos no topo dos risers.

Pode-se concluir ao observar a ZOR do projeto, que a maioria dos movimentos

limites não ultrapassou 20% da lâmina d´água. Normalmente, a plataforma não

costuma ultrapassar essa porcentagem de deslocamento.

A assimetria do sistema de risers ocasionou uma grande disparidade entre os

passeios limites da ZOR para cada direção analisada. Por exemplo, a direção Nor-

Noroeste apresenta um deslocamento de quase 30% da lâmina d´água, enquanto que se

pode perceber uma significativa restrição dos movimentos de Nor-Nordeste a Leste,

com um deslocamento proporcional a aproximadamente 5% da lâmina d´água. Os

valores excessivamente restritivos encontrados para essas direções citados também

podem ser explicados devido à estimativa conservadora dos parâmetros de raio de

curvatura mínimo (Minimum Bend Radius – MBR).

Pode-se observar que os risers 2 e 7 tiveram sua curvatura violadas em

inúmeras direções para diferentes velocidades de corrente. Caso fosse constatado que

75

os valores estimados de MBR dos risers não fossem tão conservadores, uma vez de

posse dos dados reais, um aumento no ângulo de topo desses risers poderia ser capaz

de conferir uma melhor eficiência ao sistema, já que o raio de curvatura na região do

TDP aumentaria. Essa região apresenta os menores raios de curvatura ao longo dos

risers.

Outro predominante critério estrutural de violação da segurança dos risers foi a

interferência entre eles nas direções de Sudoeste a Oés-Noroeste. Houve um frequente

contato entre os risers 13 e 14 e 7 e 8, o que poderia causar um atrito entre eles e um

provável dano nos seus materiais. Deste modo, caso fosse possível no projeto, um

aumento da distância entres os risers ou a variação do ângulo de topo entre risers

vizinhos proporcionaria uma performance melhor do sistema.

Pode-se concluir então, que pequenas alterações no projeto do sistema dos

risers podem acarretar em consequências para todo o projeto, pois o sistema de

ancoragem vai ter seu dimensionamento baseado na zona de segurança operacional dos

risers.

76

7 PROPOSTAS PARA TRABALHOS

FUTUROS

A metodologia do processo de elaboração da ZOR foi realizada através de um

método aproximado. A sugestão para posteriores trabalhos é então, para uma análise

mais detalhada da ZOR em que se inclua uma análise dinâmica do projeto de risers da

unidade flutuante, na qual se avalia também a influência do carregamento ambiental de

onda. Deste modo, haveriam outros casos de combinações de carregamentos a serem

analisadas, incorporando também o desalinhamento do movimento prescrito a das

correntes e ondas. Além disso, determinados critérios estruturais não foram

considerados no estudo, e podem possuir valores determinantes no projeto.

Outro ponto que pode ser sugerido para próximos estudos é a integração de

risers e do sistema de ancoragem, que não teve concepção no projeto presente. O

modelo dos risers analisado pode ser acrescentado ao sistema de ancoragem e assim,

elaborar o diagrama de offsets. Com este, pode-se cruzar os diagramas e obter um

sistema que possua melhor desempenho, considerando ambos os projetos.

77

8 REFERÊNCIAS [1] Site da Ecodebate: http://www.ecodebate.com.br/2015/04/08/a-mistificacao-do-pre-sal-esta-

afundando-o-brasil-artigo-de-jose-eustaquio-diniz-alves/ - Acesso em: 11/08/2015 [2] Site da Wikipedia Pt: https://pt.wikipedia.org-/wiki/Plataforma_petrol%C3%ADfera - Acesso em:

11/08/2015 [3] Site da Petrobras: http://www.petrobras.com.br/fatos-e-dados/nove-plataformas-que-vao-ampliar-

a-producao-de-petroleo-no-brasil.htm - Acesso em: 11/08/2015 [4] Site da Oceânica Ufrj: http://www.oceanica.ufrj.br-/deno/prod_academic/relatorios/2011/Nathalie-

Thiago/relat1/-Conteudo.htm - Acesso em: 11/08/2015 [5] Site da Fukymarintech: http://fukymarintech.weebly.com/mooring-types.html - Acesso em: 11/08/2015 [6] Site da Oceânica Ufrj: http://www.oceanica.ufrj.br/-deno/prod_academic/relatorios/atuais/DanielQ-

+Leticia/relat1/fundeio.htm - Acesso em: 11/08/2015 [7] Site da Moveconsult: http://www.moveconsult.com.br/cabos.php - Acesso em: 11/08/2015 [8] Site da Subsea Worldnews: subseaworldnews.com - Acesso em: 11/08/2015 [9] Site da Scielo: http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0101-74382002000300002-&script-

=sci_arttext - Acesso em: 11/08/2015 [10] Site da Brascabo: www.brascabo.net - Acesso em: 11/08/2015 [11] API RP 2A - Recommended Practice for Planning, Designing, and

Constructing Fixed Offshore Platforms—Working Stress Design [12] GIRÓN, A. R. C. – Projeto Integrado de Sistemas de Ancoragem e

Risers em Plataformas Flutuantes de Produção de Petróleo. Tese de Doutorado no Programa de Pós-Graduação da Engenharia Civil, COPPE da UFRJ, Rio de Janeiro, 2013.

https://pt.wikipedia.org-/wiki/Plataforma_petrol%C3%ADfera�

http://subseaworldnews.com/2014/05/02/2h-offshore-to-demonstrate-new-abaqus-scr-at-otc/�

http://www.brascabo.net/�

78

[13] Site do LAMCSO: http://www.lamcso.coppe.ufrj.br-/index.php-/software-/prosim - Acesso em:

11/08/2015 [14] MONTEIRO, B. F. – Otimização do Sistema de Ancoragem através do

Método do Enxame de Partículas com base em uma Metodologia de Projeto Integrado. Tese de Doutorado no Programa de Pós-Graduação da Engenharia Civil, COPPE da UFRJ, Rio de Janeiro, 2014.

[15] SENRA, S. F. – Metodologia de Análise e Projeto Integrado de

Sistemas Flutuantes para Explotação de Petróleo Offshore. Tese de Doutorado no Programa de Pós-Graduação da Engenharia Civil, UFRJ, Rio de Janeiro, 2004.

[16] CHAKRABARTI, S. K. – Hydrodynamics of Offshore Structures [17] JACOB, B.P., PROSIM- Simulação Numérica do Comportamento de

Sistemas Para Explotação de Petróleo Offshore. Versão Preliminar, Manual Teórico, LAMCSO/COPPE/UFRJ, Programa de Engenharia Civil, Rio de Janeiro, 2006.

http://www.lamcso.coppe.ufrj.br-/index.php-/software-/prosim�

zonas de operaÇÃo seguras de risers para projeto integrado...

Documents