Estudo paramétrico do sistema de ancoragem de uma plataforma FPSO

Abstract

A exploração de petróleo em águas cada vez mais profundas requer o contínuo desenvolvimento tecnológico, o qual, no âmbito da Engenharia Naval, abrange o posicionamento, dimensionamento e instalação de sistemas de ancoragem. Dado que os sistemas flutuantes de produção sofrem a constante ação de forças ambientais (ondas, ventos e correntes) nas mais variadas intensidades e direções, cabe ao sistema de ancoragem manter a posição da plataforma, garantindo que os dutos de extração sofram níveis aceitáveis de deformação ao longo da operação. Com o intuito de atender aos requisitos de projeto, maximizar o desempenho e reduzir os custos de um sistema de ancoragem, este trabalho avalia as influências do número de linhas, dos azimutes e das trações no topo das linhas no peso do sistema, na integridade das linhas e no deslocamento de uma plataforma oceânica. Para a realização deste estudo, são consideradas linhas de ancoragem dispostas em catenária inelástica, cuja análise é realizada utilizando-se o programa Exmoor, desenvolvido pela Universidade de São Paulo em parceria com a Universidade Federal de Santa Catarina e a Petrobras. Por fim, é apresentado um estudo de caso referente a aplicação de técnicas de otimização realizado com o auxílio do programa Synapse Offshore. Os resultados obtidos permitem concluir que o deslocamento de um sistema flutuante é inversamente proporcional ao nível de tensão nas linhas e ao peso do sistema de ancoragem. Além disso, verificou-se que o uso de linhas mistas permite obter um sistema de ancoragem que, além de atender aos requisitos estabelecidos para o projeto, apresenta um peso total até 76,49% menor do que a solução considerando apenas linhas homogêneas fabricadas com cabos de aço e/ou amarras. Por fim, constatou-se que existe um número de linhas ótimo, o qual reduz o peso do sistema de ancoragem, sem comprometer os requisitos de projeto impostos. Já a utilização de técnicas de otimização permitiu obter um arranjo com 75,55% mais abertura na direção leste sem comprometer os requisitos de operação estabelecidos para o sistema.

Oil exploration in ever deeper waters requires continuous technological development, which, within the scope of Naval Engineering, includes the positioning, sizing and installation of anchoring systems. Given that floating production systems suffer the constant action of environmental forces (waves, winds and currents) in the most varied intensities and directions, it is up to the anchoring system to maintain the position of the platform, ensuring that the extraction ducts suffer acceptable levels of deformation throughout the operation. In order to meet the design requirements, maximize the performance and reduce the costs of an anchoring system, this work evaluates the influences of the number of lines, azimuths and tensions at the top of the lines on the weight of the system, the integrity of the lines and the displacement of an ocean shelf. To carry out this study, anchor lines arranged in inelastic catenary are considered, whose analysis is carried out using the Exmoor program, developed by the University of São Paulo in partnership with the Federal University of Santa Catarina and Petrobras. Finally, a case study is presented regarding the application of optimization techniques carried out with the help of the Synapse Offshore program. The results obtained allow us to conclude that the displacement of a floating system is inversely proportional to the tension level in the lines and to the weight of the anchoring system. In addition, it was verified that the use of mixed lines allows obtaining an anchoring system that, in addition to meeting the requirements established for the project, presents a total weight up to 76,49% less than the solution considering only homogeneous lines manufactured with steel cables and/or tethers. Finally, it was found that there is an optimal number of lines, which reduces the weight of the anchoring system, without compromising the imposed design requirements. The use of optimization techniques allowed obtaining an arrangement with 75,55% more opening in the east direction without compromising the operating requirements established for the system.