ANÁLISE DA INSTALAÇÃO DE RISER FLEXÍVEL COM CONFIGURAÇÃO LAZY WAVE IAN CALS CAPUCHI MACHADO

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1 ANÁLISE DA INSTALAÇÃO DE RISER FLEXÍVEL COM CONFIGURAÇÃO LAZY WAVE IAN CALS CAPUCHI MACHADO Projeto de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia Naval e Oceânica, Escola Politécnica, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Engenheiro Naval e Oceânico. Orientadora: Marta Cecilia Tapia Reyes Rio de Janeiro Fevereiro de 2016

2 Universidade Federal do Rio de Janeiro Escola Politécnica Engenharia Naval e Oceânica POLI/UF RJ ANÁLISE DA INSTALAÇÃO DE RISER FLEXÍVEL COM CONFIGURAÇÃO LAZY WAVE IAN CALS CAPUCHI MACHADO PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA NAVAL E OCEÂNICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO NALVAL E OCEÂNICO. Aprovado por: Prof.ªMarta Cecilia Tapia Reyes,D.Sc. Prof. Julio Cesar Ramalho Cyrino, D.Sc. Prof. Carl Host Albrecht, D.Sc. RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL FEVEREIRO DE 2016 ii

3 Machado, Ian Cals Capuchi Análise da instalação de Riser Flexível com configuração Lazy Wave / Ian Cals Capuchi Machado - Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola Politécnica, 2016 XIV, 74 p.: il.: 29,7 cm. Orientador: Marta Cecilia Tapia Reyes Projeto de Graduação - UFRJ/ POLI/ Engenharia Naval e Oceânica, 2016 Referências Bibliográficas:. p Introdução 2. Duto Flexível e Umbilical 3. Pipe Lay Support Vessel 4. Acessórios 5. Operações Envolvidas 6. A Instalação 7. Programas 8. Estudo de Caso 9. Análise dos Resultados 10. Conclusões 11. Referências I. Tapia Reyes, Marta Cecilia. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Naval e Oceânica. III. Análise da instalação de Riser Flexível com configuração Lazy Wave. iii

4 iv Veni, vidi, vici.

5 AGRADECIMENTOS Agradeço a minha mãe que, sendo a mulher que é, formou o homem que sou. A minha avó, por todo suporte ao longo de toda minha vida. Ao meu irmão, que me ensinou o verdadeiro significado de amizade. A minha namorada, por todo companheirismo e carinho ao longo desse caminho. Aos meus amigos e aos meus colegas de universidade pelo apoio e parceria. Aos professores que realmente entendem o valor de ensinar. v

6 Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Naval e Oceânico. Análise da instalação de Riser Flexível com configuração Lazy Wave Ao instalar Risers flexíveis nos campos de pré-sal, dois dos grandes desafios de trabalhar com ultra-profundidades são o excesso de carga aos quais os navios FPSO estão sujeitos e as altas cargas de compressão e tração dos dutos na região de Touchdown Point. Com o intuito de reduzir essas altas cargas, foi criada a configuração de catenária chamada Lazy Wave, que consiste na instalação de flutuadores equidistantes ao longo do duto que fornecem empuxo que aliviam as cargas exercidas pelo Riser e, assim, evitam os problemas causados pelo excesso de peso. Para a instalação de tal método, é necessária uma minuciosa análise capaz de cobrir todos os passos da instalação visando mitigar os possíveis problemas. Esse estudo tem como propósito apresentar todas variáveis levadas em consideração nas análises, introduzir o método de instalação e, ainda, evidenciar as melhorias devido à adição dos flutuadores. Ian Cals Capuchi Machado Fevereiro/2016 Orientadora: Marta Cecília Tapia Reyes Curso: Engenharia Naval e Oceânica Palavras-chave: Linhas Flexíveis, Lazy Wave, Riser, Offshore, Interligação Submarina, Catenária. vi

7 Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Naval Engineer. Flexible Riser Installation Analysis with Lazy Wave configuration When installing flexible risers in the pre-salt fields, two of the greatest challenges of working with ultra-deep waters are the overload which affects the FPSO vessels and the high compressive and tension loads of the pipelines over the Touchdown Point area. In order to reduce these loads, it was created the Lazy Wave riser configuration, which consists in the installation of equidistant buoys along the riser that provides buoyancy to relieve the loads generated by the riser weight. For the installation, a thorough analysis will be made covering all the installation steps. This study aims to present all variables which were considered at the analysis, introduce the installation method and also highlight the improvements due to the addition of buoys along the riser section. Ian Cals Capuchi Machado February/2016 Advisor: Marta CecíliaTapia Reyes Graduation: Naval Engineering Keywords: Flexible pipes, Riser, Lazy Wave, Offshore, Catenary vii

8 Tabela 7.1- Dados do FPSO Tabela 7.2 Informações do I-Tube Tabela Dados dos dutos flexíveis Tabela Dados dos acessórios Tabela Informações Conector Tabela Informações Vértebra Tabela Informações MCV Tabela Coordenadas MCV Tabela Informações Dutos Flexíveis Tabela Posição dos flutuadores de CVD Tabela Dados para cálculo de Lazy Wave Tabela Tabela de Lançamento Tabela Parâmetros de cargas ambientais Tabela Primeiro Flutuador Instalado Tabela % dos Flutuadores Submersos Tabela Último Flutuador Instalado a 50m da Lâmina D'água Tabela PLSV Posicioando para Pull-in Tabela Máxima carga para passo Tabela Mínima carga para passo Tabela Máxima carga para passo Tabela Mínima carga para passo Tabela Máxima Carga para passo Tabela Mínima Carga para passo Tabela Máxima carga para passo Tabela Mínima carga para passo Tabela Tabela de Pull-in de 2ª Tabela Cargas máximas e mínimas dos passos críticos Tabela Dados da Posição Final de Lazy Wave viii

9 Tabela Dados da Catenária simples comparados aos de Lazy Wave ix

10 Figura 2.1 Configurações de Risers Flexíveis Figura Flowlines e Equipamentos Submarinos Figura Camadas Duto Flexível Figura Umbilical Figura Tensionador Horizontal Figura Método J-Lay Figura Bobinas de Armazenamento Figura Bobinas com Segregamento Figura Carrossel Figura Spooling Figura Flutuadores Lazy Wave Figura Clamp Interno Figura Ferramenta de Aperto Figura Módulo de Conexão Vertical Figura Conector Figura Conector no Han-off Figura Vertebras intertravadas Figura Vertebra acoplada ao duto Figura Triplate Figura Enrijecedor Figura I-tube Figure Boca de Sino Figura CVD de 1ª Figura Pull-in de 2ª Figura Clamp Interno com as lingadas Figura Suporte Metálico Figura Anexando Clamp ao Suporte Metálico x

11 Figura Fixando o Clamp Interno Figura Utilização da Ferramenta de Aperto Figura Içamento do Flutuador para a mesa de trabalho Figura Retirada das cintas do flutuador Figura Conexão do flutuador ao duto Figura Descida dos flutuadores Figura MCV Verticalizado Figura MCV no HUB com linha suspensa Figura MCV no HUB com linha assentada Figura CVD com flutuadores Figura Escolha de configuração de catenária Figura Interface CATENARIA Figura Dados dos flutuadores Figura Unifilar da linha com flutuador Figura Output CATENARIA Figura Coordenadas MCV Figura Posição dos flutuadores de CVD Figura Posicionamento dos flutuadores de CVD Figura Passos das Operações de Lazy Wave Figura Incidência de Ondas Figura Passos do Pull-in de 2ª Figura Configuração final de Lazy Wave xi

12 Abreviações A&R: Abandonment and Recovery Guincho para recolhimento e abandono de linha; CVD: Conexão Vertical Direta; FPSO: Floating Production Storage and Offloading Unidade flutuante de armazenamento e transferência do petroleo extraído; HLS: Horizontal Lay System Sistema de Lançamento horizontal de linha; MCV: Modulo de Conexão Vertical; PLEM: Pipe Line End Manifold Terminal do Manifold para duto flexível; PLET: Pipe Line End Terminal Terminal final do duto flexível; PLSV: Pipe Lay Support Vessel Navio de lançamento de linha RDS: Reel Drive System Sistema de Lançamento por Bobina; ROV: Remoted Operational Vehicle veículo de operação remota; TDP: Touchdown Point Ponto o qual o Riser vira Flowline, em suma, é a região que o riser toca o solo; UEP: Unidade de Exploração e Produção; ;VLS: Vertical Lay System Sistema de Lançamento vertical de linha; xii

13 Sumário 1. INTRODUÇÃO DUTO FLEXÍVEL E UMBILICAL RISER FLOWLINE DUTO FLEXÍVEL Estrutura Duto Flexível UMBILICAL PIPE LAY SUPPORT VESSEL TIPOS DE LANÇAMENTO DE DUTOS S-Lay J-Lay TIPOS DE ARMAZENAMENTO Bobinas Carrossel GUINDASTES ACESSÓRIOS FLUTUADORES CLAMP INTERNO FERRAMENTA DE APERTO DE CLAMP MCV CONECTOR VÉRTEBRA TRIPLATE ENRIJECEDOR DE EXTREMIDADE I-TUBE BOCA DE SINO OPERAÇÕES ENVOLVIDAS CVD DE 1ª EXTREMIDADE PULL-IN DE 2ª EXTREMIDADE A INSTALAÇÃO A INSTALAÇÃO MORRE ESTE CAPITULO VAI PARA O Fatores que influenciam a instalação Sequência de Instalação xiii

14 5.4. A FINALIZAÇÃO MODELAÇÃO DAS OPERAÇÕES ANÁLISES PARA CVD DE 1ª ANÁLISES PARA LAZY WAVE MODELAÇÃO DE CATEÁRIA SIMPLES ESTUDO DE CASO FPSO TEM AUTORIZAÇÃO PARA IDENTIFICAR O NAVIO??? OPERAÇÕES DO PROJETO HEIN????? COPIOU DO RELATÓRIO TÉCNICO??? CARACTERÍSTICAS DOS FLUTUADORES INFORMAÇÕES I-TUBE INFORMAÇÕES DOS DUTOS FLEXÍVEIS INFORMAÇÕES DOS ACESSÓRIOS MODELAÇÃO INICIAL DE CATENÁRIA SIMPLES CÁLCULOS PARA CVD DE 1ª CÁLCULOS PARA LAZY WAVE CÁLCULOS PARA PULL-IN DE 2ª ANÁLISE DOS RESULTADOS CONCLUSÕES REFERÊNCIAS ANEXO 1 DADOS DO POÇO E DA PLATAFORMA ANEXO 2 DADOS CONECTOR ANEXO 3 DADOS ENRIJECEDOR ANEXO 4 DADOS VÉRTEBRA ANEXO 5 DADOS FLUTUADORES ANEXO 6 DADOS BOCA DE SINO ANEXO 7 DADOS I-TUBE xiv

15 1. INTRODUÇÃO A busca pelo petróleo ao redor do mundo não é novidade. Com início da moderna indústria petrolífera em meados de 1850, a procura se limitava a poços terrestres de petróleo, que eram perfurados a profundidades de 20 metros e produziam algumas poucas centenas de barris por poço, surgindo assim os primeiros passos da exploração Onshore do produto. Aos poucos os EUA e outros países começaram a se dar conta de sua importância. A Primeira Guerra Mundial deflagrou essa percepção, com a utilização dos primeiros aviões de guerra e os submarinos com motor Diesel, bem como a crescente importância do mercado automobilístico ao redor de todo o mundo. O EUA começou a incentivar que suas empresas participassem da exploração em outras partes do mundo e então, a corrida pela exploração e produção de petróleo se iniciava no início do século XX. Após as grandes descobertas de poços de petróleo na área continental, diversos países passaram a explorar também as bacias marítimas. Inclusive o Brasil, que, no início da década de 1960, com a tese do pesquisador norte-americano Walter K. Link, concluiu que seria impossível extrair petróleo em larga escala e por um bom tempo em poços onshore, mas que dizia que, com avanços tecnológicos, seria possível explorar poços offshore. Com o tempo, concluiu-se que essa tese estava correta e que as bacias marítimas brasileiras trariam produções em larga escala quando comparados com os poços continentais. No entanto, tal inovação se restringia a águas rasas, com lâmina d água de não mais que 400 metros de profundidade, onde as Jaquetas tiveram sua grande importância no final da década de 1960 até meados de Observando uma necessidade de aprimoramento tecnológico para águas mais profundas, a Petrobras [1] investiu em conhecimento e em sua tecnologia interna, criando o Cenpes para acelerar o desenvolvimento de tecnologias offshore. Isso permitiu a estatal adquirir um conhecimento ímpar em instalações offshore que possibilitou um aumento das explorações dos campos de petróleo. Exemplo disso foi a exploração da Bacia de Campos, descoberta em 1974 e que teve sua primeira perfuração em Esse campo tinha características diferentes dos demais, pois possuía profundidades cada vez maiores que aumentavam o desafio tecnológico. A 15

16 Bacia fez com que o país se aprimorasse cada vez mais no ramo de águas profundas e, com o passar dos anos, especulações sobre petróleo em águas ultra-profundas fizeram aumentar as buscas desses campos. E assim, no ano de 2006, o país anunciou a descoberta do Pré-Sal. Reservas petrolíferas em lâminas d água de até 4000m d água, que se localizam debaixo de uma profunda camada de sal e de sedimentos. O petróleo é considerado de densidade média, considerado mais valioso, melhor e mais fácil de refinar que o petróleo do pós-sal. Com essa crescente produção de óleo derivado de águas profundas e ultra-profundas, a utilização de dutos flexíveis, também conhecidos como Risers Flexíveis, se tornou imprescindível. Esses dutos são excelentes para grandes profundidades, pois possuem grande capacidade de curvatura, sem perder sua integridade. São versáteis, simples de transportar, são pré-fabricados, de fácil armazenamento em bobinas ou cestas, entre outras muitas vantagens de sua utilização. Esses dutos podem transportar petróleo, além de outras finalidades, como transporte de fluidos de injeção, gás ou algum produto químico. Os Risers Flexíveis são instalados por navios PLSV s, que utilizam de cestas para armazenamento de dutos e tensionadores para o lançamento dos mesmos, além de possuírem os equipamentos necessários para a instalação dos equipamentos no leito marinho. Na maioria das vezes não é necessário utilizar outros navios nas operações, sendo o PLSV autossuficiente operacionalmente falando. Pelas profundidades das operações do Pré-Sal, os comprimentos de linhas flexíveis acabam se tornando um grande percalço. O peso das linhas por metro é grande, e se considerarmos um poço localizado a 2000m, é de se concluir que os esforços aos quais as embarcações são submetidas nas instalações são altíssimos. Dessa forma, surgiram tecnologias inovadoras para auxiliar e aliviar as tensões que o navio está submetido e garantir a viabilidade dos projetos em águas ultra-profundas. Entre essas tecnologias, está a Lazy Wave. Consiste na instalação de uma quantidade de módulos de flutuabilidade que formam uma seção flutuante que reduz consideravelmente as cargas e podem dar maior mobilidade a sistemas flutuantes. O objetivo deste estudo é de analisar as configurações de catenária existentes quando o Riser está sujeito a uma configuração de Lazy Wave. Serão apresentados os 16

17 equipamentos necessários para a instalação dos dutos com os flutuadores. Estudos sobre o procedimento de instalação serão primordiais para o entendimento de como adotar essa tecnologia para aliviar tensões, e um estudo de caso será utilizado para melhor explicitar os conhecimentos necessários para tal atividade. No capítulo 2 serão apresentados os tipos de duto flexível e umbilicais que podem ser instalados com a configuração de Lazy Wave. Suas características principais serão explicitadas, a estrutura dos dutos será detalhada de forma a entender como são compostos os dutos para resistir a condições extremas nas profundidades de instalação. Os navios de instalação dos dutos, bem como todos os equipamentos presentes no convés da embarcação no processo de lançamento dos Risers serão introduzidos no capítulo 3 para um maior entendimento das operações envolvidas em um projeto de instalação de dutos com configuração Lazy Wave. O capítulo 4 deste relatório abordará todos acessórios necessários para a instalação dos dutos no respectivo projeto. Equipamentos como conectores, enrijecedores, MCV, entre outros fundamentais estarão minuciosamente explicados e apresentados através de imagens para que o leitor possa ter uma melhor visualização dos mesmos. Para se ter um conhecimento mais geral ao redor de todas as etapas das operações da instalação de dutos flexíveis com configuração de Lazy Wave, foi criado o capítulo 5. Este capítulo abordará operações como a Conexão Vertical de Primeira Extremidade, Pull-in de Segunda Extremidade, o passo-a-passo das instalações dos flutuadores nos dutos flexíveis ainda dentro das embarcações de lançamento de linhas e por fim a finalização das operações. Programas que auxiliam ao projetista a calcular esforços envolvidos no processo, pesos dos materiais em catenária, e análise estáticas e dinâmicas das operações serão apresentados no capítulo 6. Após a apresentação de todos os fatores envolvidos nas operações, será realizado no capítulo 7 um estudo de caso para aplicar o conhecimento apresentado durante todo o relatório. Serão utilizados dados obtidos em sites da Petrobras e de outros sites de fornecedores de acessórios normalmente utilizados em operações do tipo para realização dos cálculos. 17

18 No capítulo 8 serão analisados todos os dados obtidos nos estudos de caso através dos cálculos feitos pelos programas utilizados. Serão comparados dados de configurações de catenária simples com os dados obtidos para configuração de Lazy Wave para que seja possível tirar conclusões das mudanças geradas pela adição de flutuadores nos dutos flexíveis. Por fim, o capítulo 9 tratará das conclusões feitas pelo autor deste projeto a fim de elucidar as vantagens geradas pela configuração de Lazy Wave frente à configuração de catenária simples. 18

19 2. Duto Flexível e Umbilical 2.1. Riser Os dutos flexíveis apresentam diferentes classificações baseado em suas diferentes funções quando operando. Para as linhas que se encontram conectadas às Unidades de Exploração e Produção (denominadas de UEP) suspensas até o contato com o leito marinho, dá-se o nome de Riser Flexível. Tendo como característica exposição a cargas maiores devido à gravidade, bem como flexões consideráveis devido às cargas ambientais. O Riser comumente tem uma curva até o leito marinho, semelhante à meiaparábola, chamada também de catenária, a menos que haja ações que evitem essa curvatura. [1] Figura 2.1 Configurações de Risers Flexíveis Assim sendo, o riser precisa ser estruturado para resistir a um número muito grande de ciclos de vida pelo tempo em que estiver em operação. Isso acarreta em uma linha com maior dimensionamento estrutural, aumentando seu peso por metro, que aumenta consequentemente a carga a qual as embarcações estão sujeitas. 19

20 2.2. Flowline Para todo duto flexível que está apoiado no solo marítimo e conectado a um equipamento submarino, seja ele um Riser, Árvore de Natal, PLET, PLEM, dá-se o nome de Flowline. Por se encontrar em águas ultra-profundas, as cargas ambientais são praticamente nulas, sendo assim não há exposição grande à torções, tensões ou grandes cargas. Como se encontram apoiadas ao leito marinho, tampouco se encontram sob efeito da gravidade. Figura Flowlines e Equipamentos Submarinos Dessa forma, sua estrutura não demanda grandes reforços, sendo somente necessário resistir às trações ou compressões dadas devido à instalação do produto, ou ao lançamento do mesmo. Sendo assim, sua estrutura somente a permite funcionar como Flowline, não podendo ser utilizada como peça de reposição de Risers. [2] 2.3. Duto Flexível Em meados da década de , foram instalados os primeiros Dutos Flexíveis no país. Muito comum em águas profundas, tem consideráveis vantagens quando comparado aos dutos rígidos [2], dentre elas podemos destacar: Antecipação da produção; Reutilização dos dutos em diferentes campos; 20

21 Facilidade de instalação e remanejamento; Em caso de estar armazenada no leito marinho em Almoxarifes Submarinos, possui facilidade em se recuperar do leito marinho pelos navios PLSV; Rápido carregamento nos PLSV s; Fácil armazenamento; Fácil manutenção; Pode ser instalado em regiões que exigem pequenos raios. Não obstante ser bastante vantajoso, ele é um riser muito mais caro que o Rígido, custando até U$10.000,00 o metro de duto flexível devido a suas camadas de proteção. Sua vida útil também é menor, possui limitações de temperatura e pressão, entre outras desvantagens Estrutura Duto Flexível O duto flexível é constituído de diversas camadas concêntricas [4]. Cada camada presente exerce uma função diferente no duto. Seus movimentos ocorrem de acordo com os esforços aplicados aos dutos, sendo possível fazer curvas com pequenos raios, quando comparamos com os raios alcançados utilizando-se dutos rígidos. Destacaremos agora as diferentes camadas presentes em um Flexível e suas funcionalidades: Carcaça Intertravada: Resistência ao colapso da camada interna, devido à pressão externa. É fabricada através do dobramento das fitas metálicas onde são enroladas helicoidalmente. Também auxilia no aumento da rigidez axial do duto; Revestimento Interno de Plástico: Resistência à corrosão, danos químicos que possam ser causados pelos fluidos carregados e abrasão; Amadura de Pressão (opcional): Resiste à pressão interna, também auxilia na resistência ao esmagamento causado pela armadura de tração; Armadura de Tração: Resistência às cargas axiais e às torcionais. Pode resistir à pressão caso não haja Armadura de Pressão; 21

22 Isolamento Térmico: Isola a carga interna das influências térmicas do ambiente externo, evitando que o óleo resfrie com contato com a temperatura externa; Revestimento Externo: Barreira de contenção das demais camadas à água marinha. Protege da corrosão, abrasão e de incrustações. Figura Camadas Duto Flexível 2.4. Umbilical O uso de FPSO s para a produção do pré-sal combinados a poços muito profundos para a extração do óleo, gerou a necessidade de métodos de controle remoto de poços. Umbilicais provêm uma ligação fixa entre os dois, fornecendo comunicação, energia, controle e injeção de químicos. [4] Sua estrutura é semelhante a de um flexível, porém seu núcleo possui cabos elétricos, cabos de fibra ótica, mangueira de químicos ou de fluidos, entre outros compostos. O Umbilical é um conjunto de pequenos serviços unidos em um só riser. Seus fornecimentos mais comuns são de: Controle Hidráulico; Energia Elétrica; Controle elétrico; Fibra Ótica; Injeção Química. 22

23 Figura Umbilical 23

24 3. Pipe Lay Support Vessel Os navios PLSV (Pipelay Support Vessel) são os navios responsáveis pelo lançamento de linhas rígidas e flexíveis, bem como são responsáveis pela interconexão da linha, e de seus respectivos equipamentos, entre poço e UEP (Unidade de Exploração e Produção) ou a outros equipamentos da infraestrutura submarina em campos de exploração [5]. Esses navios são derivados dos Platform Support Vessel, que, com o tempo e a necessidade, foram evoluindo e se tornando um tipo específico de embarcação. No PLSV, se destacam os tipos de equipamentos que se encontram no convés. Protagonistas nas operações, estes equipamentos variam conforme o tipo de lançamento da embarcação, bem como variam conforme o tipo de armazenamento das linhas flexíveis. Para detalhar as funções de cada acessório/equipamento necessário para as instalações das linhas, primeiramente serão apresentados primeiramente os diferentes tipos de lançamento e armazenamento dos flexíveis Tipos de Lançamento de dutos Embarcações PLSV variam suas formas de lançamento de Risers, devido ao tipo de riser, a forma do navio, a profundidade de instalação, a facilidade de armazenamento, entre outras variáveis que influenciam o método. Serão destacados os principais métodos e suas diferenças [6]: S-Lay Esse tipo de lançamento ocorre em navios com o sistema de lançamento horizontal (HLS Horizontal Lay System). Típico de navios que instalam Risers Rígidos, por não poderem armazenar risers enrolados, faz-se a soldagem dos tubos no convés da embarcação, bem como sua inspeção logo após o processo de solda. Suas operações levam mais tempo e são menos confiáveis devido aos riscos de falha na soldagem. Além de ser um método mais recomendado para águas rasas. O lançamento é feito através de Tensionadores Horizontais, estes são equipamentos que seguram, lançam ou recolhem a linha para o leito marinho. Esses tensionadores são 24

25 providos de sapatas (3 a 4) que são removíveis, variando conforme o diâmetro externo do Riser a ser lançado. Além desses, conta também com guindastes e A-Frame. Figura Tensionador Horizontal O S-lay tem esse nome devido à forma que o Riser adquire ao ser lançado. A forma como o produto é lançado produz duas flexões que são geradas: ao deixar o convés da embarcação pela popa, o riser flexiona-se em curva acentuada na entrada da água que se denomina Overbend. Ao encostar no solo marítimo, a linha gera uma curvatura denominada Sagbend. Essas flexões no Riser são a parte mais crítica de uma instalação desse tipo, e podem fazer com que haja um colapso da linha, sendo necessária uma análise de instalação para cada caso J-Lay Esse método é destinado às embarcações cujo sistema de lançamento é vertical (VLS Vertical Lay System). Mais recomendado para instalação de Risers Flexíveis e Umbilicais, esse método não gera o Overbend, curvatura tão indesejada na parte superior, rente à popa. Mais apropriado para águas profundas, o método consiste em lançar o Riser através de um tensionador vertical que segura, lança ou recolhe a linha para o fundo. Esses tensionadores possuem sapatas que variam conforme o diâmetro externo da linha e podem ser trocados facilmente. Seu nome se dá devido à forma que é gerada pelo lançamento da linha, de J. 25

26 Figura Método J-Lay Esse tipo de lançamento apresenta vantagens em relação ao lançamento horizontal, como maior espaço livre no convés, boa área de trabalho para instalar equipamentos na linha, lançamento perto da linha de centro do navio, entre outros. Como desvantagens pode-se levar em conta o calado aéreo que a embarcação adquire devido ao tensionador, o centro de gravidade da embarcação será mais para cima que pode gerar problemas de estabilidade, a estrutura tem que ser mais reforçada nessa região, as operações levam maior tempo. Esse método pode ser realizado através de uma moonpool encontrada no meio do convés ou em um dos bordos do navio Tipos de Armazenamento O tipo de lançamento vertical de Risers VLS traz algumas opções de armazenamento das linhas flexíveis e umbilicais. Por poderem flexionar, as linhas podem ser enroladas em bobinas, carrosséis ou cestas. Carrosséis e cestas são ideais para linhas muito compridas ou múltiplas linhas. Bobinas são mais recomendadas para pequenos projetos, com linhas mais limitadas Bobinas As bobinas podem armazenar flexíveis ou umbilicais. A bobina é um tipo de içamento que tem seu carregamento mais fácil para manuseio das linhas, visto que para 26

27 carregar/descarregar, somente é necessário trocar a bobina já no porto ou via balsa, por guindaste ou cábria. Isso cria vantagens em relação à velocidade de (des)carregamento, sendo mais vantajosa frente a outras tecnologias. Figura Bobinas de Armazenamento Uma bobina pode acomodar um ou mais produtos. No caso de haver mais de um produto, utiliza-se um segregador de linhas que separa os dois tipos na mesma bobina. Figura Bobinas com Segregamento Como desvantagem é destacada as limitações em quesito de volume e peso, sendo inferior às capacidades dos carrosséis e cestas. A necessidade de um guindaste/cábria adequado para o içamento também é levado em consideração. A bobina também exige um sistema de trilhos chamado RDS (Reel Drive System), que auxilia na sua 27

28 acomodação e mobilização. Esse equipamento ocupa um grande espaço no convés, restringindo a área livre de trabalho Carrossel Para esse tipo de armazenamento, tem-se dois tipos: Cesta e Spool. A diferença está apenas no equipamento que auxilia o Spooling. Para a Cesta, o próprio eixo é o equipamento, que, ao girar em tensão constante auxilia no enrolar da linha. Figura Carrossel Enquanto no Spool necessita de um equipamento que fornece essa tensão para a linha e tem um movimento vertical constante para uniformizar o armazenamento da linha sem que haja um bom enrolamento das mesmas. 28

29 Figura Spooling Esses sistemas conseguem suportar cargas muito maiores de linhas e não ocupam qualquer espaço no convés, visto que, em sua grande maioria, são instalados abaixo do deck. Tendo assim uma maior área de trabalho disponível. Podem armazenar mais de uma linha ao mesmo tempo, porém, é recomendado que fossem de mesmo diâmetro para não haver problemas de não uniformidade durante o Spooling. No entanto, seu carregamento/descarregamento é consideravelmente mais lento e de maior dificuldade, visto que o Spooling das linhas tem de ser feito através de Softwares que garantam que as linhas ficarão bem enroladas e bem tensionadas enquanto armazenadas Guindastes São utilizados para manuseio dos acessórios e equipamentos pesados, o guindaste deve ser certificado para operações offshore, geralmente possuem Heave Compensator, facilitando realização de conexões verticais diretas (CVD) nos Hubs de produção, além de Manifolds. 29

30 4. Acessórios Para cada instalação de dutos flexíveis interligando um poço a uma plataforma, temos diferentes tipos de acessórios, variando conforme profundidade, tipo de ligação, tipo de duto, entre outras variáveis. Para a instalação de dutos flexíveis com configuração Lazy Wave que apresentam os processos de CVD de 1ª e Pull-in de 2ª (Capítulo 5), os acessórios essenciais para serem adicionados aos risers são: Flutuadores, Clamp interno, MCV, Conectores, Vértebras, Triplate, Enrijecedor de Extremidade, I-Tube e Boca de sino. Esses acessórios são primordiais nas instalações e, para maior compreensão de suas funcionalidades, bem como se obter uma visualização dos mesmos, serão apresentados neste capítulo todos acessórios detalhatamente envolvidos nas instalação da configuração Lazy Wave Flutuadores Flutuadores são os acessórios responsáveis pelo empuxo que faz com que o riser seja elevado e adquira a configuração em forma de onda, característica das Lazy Waves [3]. O números de flutuadores por riser variam, dependendo de cada caso de estudo. A distância entre cada boia também é determinado após uma análise de peso de linha, tipo de configuração desejada, entre outras variáveis. Ao longo de sua vida útil, haverá uma perda de flutuabilidade nas boias devido à penetração de água no material, sendo necessário que no estudo se leve em conta uma perda de empuxo para os devidos cálculos. 30

31 Figura Flutuadores Lazy Wave 4.2. Clamp Interno Os Clamps são acessórios que fazem parte dos flutuadores [7]. Eles são instalados anteriormente às boias com o fim de fixá-las aos Risers. Os clamps possuem pinos de titânio que servem para fixação na linha. Figura Clamp Interno 4.3. Ferramenta de Aperto de Clamp Como já diz o nome, as ferramentas de aperto tem como função fornecer o torque necessário nas porcas dos pinos de titânio presentes nos clamps, para garantir o aperto necessário para fixação dos clamps nos Risers. 31

32 Figura Ferramenta de Aperto 4.4. MCV MCV é a sigla para Módulo de Conexão Vertical, que consiste em um equipamento que faz a ligação do Riser e dos Umbilicais com o PLET (Pipe Line End Terminal) ou PLEM (Pipe Line End Manifold). Como o nome já diz, sua conexão é vertical. Figura Módulo de Conexão Vertical Sua instalação ocorre com o auxílio de ROV s e guindastes. Para casos em que ocorre a conexão vertical com a primeira extremidade do Riser, dá-se o nome de CVD de 1ª Extremidade Conexão Vertical Direta de Primeira Extremidade. Quando ocorre a conexão vertical com a segunda extremidade, é chamado de CVD de 2ª Conexão Vertical Direta de Segunda Extremidade. 32

33 Tais operações serão apresentadas com mais detalhes mais a frente Conector Os conectores se encontram no final de cada tramo de Riser. Em cada extremidade de linha é encontrado um. Os conectores tem como finalidade unir diferentes tipos de tramo para formar um único. Figura Conector Em muitos casos, as segundas extremidades ficam apoiadas à mesa de trabalho, sendo exposta à cargas altas, visto que suporta todo peso de linha pendurado, assim necessitam ter rigidez alta para que resistam a estas altas cargas. Figura Conector no Han-off A união de dois conectores é dada através do flangeamento por porcas. Ferramentas de aperto são utilizadas para gerar o torque necessário para unir os dois flanges, sendo fixados com porcas e arruelas. 33

34 4.6. Vértebra Situados sempre após os conectores, tem como função evitar que os Risers tenham um Overbend nas regiões de alta curvatura, como em casos de CVD, que possuem verticalização do equipamento e devido a isso um aumento na curvatura da região. Figura Vertebras intertravadas Sua rigidez ocorre somente quando o raio de travamento é atingido, uma vez travado, a vértebra dificilmente volta a sua configuração original. Figura Vertebra acoplada ao duto 34

35 Cada Vértebra consiste em um casco bipartido, feito de polímero ou aço intertravado, que é fixado com parafusos e porcas. É dividido em módulos, tendo seu número variado conforme cada caso Triplate Acessório que permite que dois guinchos se conectem ao mesmo duto flexível, sendo estes guinchos, geralmente, pertencentes a dois navios distintos. Sua função é de permitir transferência de carga da linha flexível de um guincho para o outro, assim transferindo o riser de um navio para o outro (ou para outra plataforma). Figura Triplate 4.8. Enrijecedor de extremidade O Enrijecedor é encontrado sempre na extremidade de topo dos Risers que tem interligação com navios FPSO ou com Plataformas. Tem como função prevenir o Overbend dos dutos ou umbilicais principalmente das cargas dinâmicas e dos danos causados devido à fadiga. Como o nome já diz, ele fornece a rigidez necessária para suportar as cargas sujeitas no riser através de seu formato cônico, que provê uma transferência de rigidez do riser para a estrutura de topo. 35

36 Figura Enrijecedor 4.9. I-tube O I-tube consiste em um tubo de aço reforçado cuja função é guiar a passagem do Riser ou Umbilical para o FPSO. Seu diâmetro é ligeiramente maior que o duto, permitindo a passagem da linha com o conector apenas. Figura I-tube 36

37 4.10. Boca de Sino A Boca de Sino fica na extremidade inferior do I-tube. Sua função consiste em prender o enrijecedor conforme o conector e o duto vão sendo guiados pelo I-tube, tendo o Enrijecedor alojado em sua base. Figura Boca de Sino 37

38 5. Operações Envolvidas Neste capítulo serão explicitadas as principais operações envolvidas em instalações de flutuadores Lazy Wave para que seja possível ter uma maior compreensão das etapas. Para instalação de dutos flexíveis em configuração de Lazy Wave, só há uma forma de instalação de dutos, que é a Conexão Vertical de Primeira Extremidade, seguida da instalação dos flutuadores na linha, lançamento do duto no leito marinho e então realizase o Pull-in de Segunda Extremidade. Existem operações de Conexão Vertical de Segunda Extremidade e Pull-in de Primeira Extremidade, mas, para casos de Lazy Wave, somente é aplicável as CVD de 1ª e Pull-in de 2ª. Os motivos para as operações serem restritamente essas para casos de Lazy Wave serão explicitados mais a frente CVD de 1ª Extremidade A Conexão Vertical Direta de 1ª Extremidade tem como característica o MCV conectado a extremidade inicial do Riser. Nesta etapa, grande parte do duto se encontra ainda armazenado dentro da embarcação. Para descida do equipamento, não se faz necessária a utilização de guindastes, visto que o duto, estando acoplado ao MCV realiza o transporte do mesmo, sendo somente necessário que se pague a linha via tensionadores. [7] Quando o MCV se aproxima do equipamento submarino a ser conectado (hub do PLET ou PLEM), então se utiliza do guindaste para realizar a verticalização do equipamento para encaixe no Hub de Entrada, tendo assim parte da carga transferida para o guindaste. A CVD de 1ª é o caso que fornece as maiores cargas para o navio, visto que a linha ainda se encontra toda armazenada no PLSV e, dependendo da linha d água e do peso da linha por metro, pode adquirir grande peso devido as altíssimas profundidades. A região que ocorre a conexão vertical direta é a região mais crítica da estrutura, visto que há grandes pesos atuantes naquela região como Vértebra, Conector e MCV. Sendo assim, é onde ocorre o maior risco da linha atingir o raio mínimo de curvatura. Assim, flutuadores devem estar presentes na região, para gerarem uma força contrária ao peso desses acessórios de forma a aliviar o peso incidente na região e assim evitar um esforço muito grande no duto. 38

39 Figura CVD de 1ª 5.2. Pull-in de 2ª Extremidade O Pull-in de segunda extremidade ocorre após uma interligação submarina da primeira extremidade da linha (como, por exemplo, uma CVD de 1ª). O navio, após instalar o MCV no leito equipamento submarino, paga linha pelo track definido anteriormente pelo projeto rumo a uma Unidade de Exploração e Produção, até que por fim somente sobre a segunda extremidade do duto na mesa de trabalho. [8] Quando chega esse momento, então a plataforma lança um cabo de guincho ao mar, bem como o PLSV desce seu cabo de guincho pelo moonpool. Com o auxílio do ROV, o cabo do guincho da plataforma é conectado ao guincho do navio e então é trazido para a mesa de trabalho. Ao recolher o guincho, este é conectado à cabeça de tração por um triplate. O PLSV conecta o guincho do guindaste Abanadonment & Recovery (mais conhecido pelo nome de A&R) também ao triplate para, mais tarde poder se soltar e o triplate assim somente ser sustentado pelo guincho da plataforma. Após as conexões dos cabos às lingadas, o navio pode pagar o A&R e a segunda extremidade desce até uma profundidade que se julgue adequada. Então, o guincho da plataforma começa a recolher de modo a levar a linha em direção a UEP. Quando se chega a um ponto equidistante, então o cabo do navio é desconectado do triplate com 39

40 auxílio do ROV. Após isso, o guincho da plataforma recolhe a carga de forma integral, até que se recolha a linha até o respectivo I-Tube. Ao chegar ao suporte destinado, o enrijecedor da linha é fixado na boca de sino e a linha continua a ser recolhida até que o conector de topo chegue ao seu destino, no final do I-tube. Figura Pull-in de 2ª 5.3. A Instalação Serão abordados nesta seção os aspectos que influenciam na instalação de flutuadores para que uma linha flexível adquira a configuração de Lazy Wave. Também será explicitado o passo-a-passo da instalação, desde a instalação no PLSV até sua submersão e então, será explicado como se finaliza o processo com a interligação com o equipamento submarino e a conexão da segunda extremidade com a plataforma. 40

41 Fatores que influenciam a instalação Ao iniciar o estudo de caso para instalação de flutuadores em uma linha flexível é preciso levar em conta os fatores que caracterizam a região, bem como o navio e a UEP. Assim, serão mencionados todos os fatores envolvidos no estudo de instalação. Lâmina D água: Obviamente, as águas ultra-profundas características dos campos de pré-sal influenciam na análise, visto que as pressões são altíssimas, necessitando estudo para resistência do material dos flutuadores a serem fabricados. As baixas temperaturas tem grande influência na rigidez do duto flexível, também influenciando consequentemente as boias. [2] Unidade de Exploração e Produção: é sabido que há dois tipos mais utilizados de UEP s no Brasil as semissubmersíveis e os FPSO s. Uma das grandes diferenças entre as duas está nos movimentos de Heave, Pitch e Roll, estes são muito mais acentuados em FPSO s que nas semisub s. Devido a formas, o FPSO possui maiores movimentos quando comparado às semisubs. VLS: A capacidade do VLS (torre de lançamento) também influenciará na instalação das boias. A instalação das boias nos dutos flexíveis em navios de lançamento vertical se dá pela mesa de trabalho, usualmente sendo uma Moonpool na linha de centro da embarcação. Desta forma a instalação é mais fácil, visto que as linhas flexíveis ficam sustentadas pelos tensionadores enquanto se instalam os flutuadores um por um. No entanto, a capacidade de carga da torre de lançamento ditará se o navio pode ou não realizar a instalação Lazy Wave [6]. Estado de Mar: A região a qual será instalado o duto precisa de um estudo prévio dos estados de mar incidentes, para se ter noção dos movimentos que serão gerados nos navios e nas linhas, visto que também influenciarão fatores como corrente e onda. Assim, após um estudo de caso, se define um Estado de Mar Limitante que diz as condições máximas que serão suportadas pelos dutos flexíveis que possuem flutuadores. Serão necessárias informações como Período de onda, Altura de Onda e Incidência de onda por direção azimutal. 41

42 Estrutura da Linha: Cada duto flexível que possua estrutura diferente terá diferentes configurações. Isso se dá, pois cada estrutura tem diferentes características próprias, tais como: Diâmetro Externo, Diâmetro Interno, Rigidez Axial, Peso por metro na água, Peso por metro no ar, Comprimento Total, Raio de Curvatura Mínimo, etc. Acessórios: Para cada caso diferente, haverá diferentes configurações de instalação de acessórios como posição e peso dos mesmos. Em algumas situações haverá acessórios em um duto que em outros casos não será necessário à instalação Sequência de Instalação Para o estudo de caso, será explicado o passo-a-passo da instalação de flutuadores em uma linha flexível qualquer, visto que o processo não muda com a mudança de estrutura. O tipo de lançamento do navio será o Vertical Lay System com moonpool sendo a mesa de trabalho aonde ocorrerá a instalação das boias. OBS: O posicionamento das boias, bem como a quantidade delas é previamente definido pelos estudos da contratante, cabendo ao navio PLSV somente realizar a instalação das mesmas de acordo com o respectivo projeto. 1. Transferência para a mesa de trabalho de todos os itens necessários para a instalação dos flutuadores, como: Ferramenta de aperto, lingadas, massames. 2. Instalação de olhais de içamento nos Clamps Internos; 3. Preparação das lingadas de manuseio dos Clamps de acordo com o peso dos mesmos; 42

43 Figura Clamp Interno com as lingadas 4. Retiração dos pinos de titânio e parafusos; 5. Lubrificação dos pinos e parafusos com graxa definida pelo projeto; 6. Posicionamento dos Clamps Internos, pinos de titânio e parafusos na mesa de trabalho com o auxílio de guindastes da embarcação. Neste momento é recomendado que se evite contato dos pinos de titânio com o deck da embarcação. 7. Posicionamento dos flutuadores na mesa de trabalho utilizando os guindastes da embarcação. 8. Com os acessórios presentas na mesa de trabalho, realização de transferência do duto flexível do seu local de armazenamento ao moonpool até que a primeira cota de instalação de flutuadores marcada na linha chegue a uma altura que permita a instalação do Clamp. 9. Inspeção da localização do suporte metálico que auxilia a fixação do Clamp e limpeza da região de instalação. 10. Instalação do suporte metálico para apoio do Clamp Interno. O posicionamento do suporte deve ser levemente abaixo da cota de instalação do 43

44 flutuador para que se garanta que a seção média do Clamp coincida com a marcação da cota de instalação, para garantir maior precisão da instalação. Figura Suporte Metálico 11. Mobilização dos Clamps em direção à linha com auxílio de guindastes. Ele deve ser apoiado no suporte metálico anteriormente instalado. É necessária a utilização de Cargo Straps para o posicionamento adequado do Clamp. Figura Anexando Clamp ao Suporte Metálico 12. Quando o Clamp estiver alinhado, os pinos de titânio devem ser posicionados. 13. Quando as Cargo Straps se encontrarem bem tensionadas, retira-se então o suporte metálico. 44

45 Figura Fixando o Clamp Interno 14. Içamento da Ferramenta de Aperto, com o auxílio do guindaste, para o encaixe com o Clamp. Encaixe da ferramenta com os pinos de titânio. 15. Aplicação do torque nas porcas e contra porcas dos pinos de titânio seguindo a especificação dos fabricantes dos flutuadores. Figura Utilização da Ferramenta de Aperto 16. Com as porcas bem torqueadas, retira-se a Cargo Strap que envolve o Clamp interno. 17. Remoção da Ferramenta de Aperto do Clamp Interno, com o auxílio do guindaste. 18. Instalação de manilhas nos olhais de içamento dos Flutuadores. 19. Conexão do guindaste à boia e movimentação da mesma até o duto. 45

46 Figura Içamento do Flutuador para a mesa de trabalho 20. Retirada das cintas que envolvem o flutuador e garantem sua união. Figura Retirada das cintas do flutuador 21. Separação dos módulos bipartidos do flutuador. 22. Com o auxílio do guindaste, realização do içamento dos módulos bipartidos até o duto. 23. Instalação dos flutuadores no duto. Ao juntar os módulos, realizar fixação das cintas em volta dos flutuadores. Recomenda-se aqui que se faça uma marcação 46

47 numérica a fim de ter conhecimento da sequência de instalação, facilitando para o ROV que inspecione as boias. Figura Conexão do flutuador ao duto Abertura do Moonpool para descer a linha até que o flutuador ultrapasse completamente as portas da Mesa de Trabalho, fechamento do Moonpool. Figura Descida dos flutuadores 24. Lançamento de linha até que a próxima cota de instalação do Flutuador chegue a altura de instalação desejada. 47

48 25. Repetição dos passos anteriores até que se chegue ao último flutuador a ser instalado. 26. Após a instalação da última boia realizar a remoção de todas as ferramentas da mesa de trabalho com auxílio do guindaste. 27. Lançamento da linha de forma convencional A Finalização Antes da instalação dos flutuadores, se o comprimento dos tramos do duto flexível for suficiente para descerem toda a Lâmina D água, é realizada então a Conexão Vertical de Primeira Extremidade no hub do PLET (ou PLEM). Essa conexão é anteriormente analisada com base em algumas informações do respectivo projeto tais como: Peso da linha; Peso dos acessórios (Vértebra e Conector); Comprimento dos acessórios (Vértebra e Conector); Peso do MCV dentro e fora d água; Parâmetros do MCV, parâmetros da CVD de 1ª tais como altura MCV ao leito; Posicionamento dos flutuadores de CVD (diferentemente dos flutuadores de Lazy Wave, estes servem para aliviar o peso exercido pelos acessórios, de forma a evitar que a extremidade atinja o raio mínimo de curvatura e assim traga problemas estruturais para a linha); Coordenadas de X e Y do MCV em relação ao flange, olhal de içamento e CG; Ângulo de entrada do Flange do MCV. Essas são algumas das principais informações que necessitam serem fornecidas para que se possa realizar a análise da CVD. 48

49 Com a análise em mãos, realiza-se a Conexão Vertical Direta em 1ª antes da instalação dos flutuadores, pois, se estes fossem instalados antes, exerceriam um empuxo muito grande a ponto de atrapalhar a conexão entre MCV e PLET. Essa ligação é monitorada constantemente a fim de que se obtenham dados de cada etapa do lançamento. É criada então uma Tabela de Lançamento de forma a estudar esses dados para ter maior controle sobre a instalação. Os dados são divididos por passos da operação, sendo eles tais como: Conexão entre os tramos de flow e riser, Primeiro flutuador instalado, Primeiro flutuador submerso, 25% dos flutuadores instalados, 50% dos flutuadores instalados, 75% dos flutuadores instalados, Extremidade de topo da lazy wave na mesa de trabalho, entre outros passos até último passo que é quando o PLSV está posicionado para dar início ao Pull-in. Os dados fornecidos na Tabela de Lançamento são: Distância Moonpool x I-tube (m); Linha Paga a cada passo (m); Comprimento Total de linha paga (m); Movimento do PLSV (m); Movimento Acumulado do PLSV (m); Ângulo de topo (º); Carga Estática no Tipo (tf); Flutuadores Instalados no Passo; Flutuadores Submersos; Flutuadores Total; Após a CVD, se dá continuidade ao lançamento de linha, agora com os flutuadores instalados um por um, sendo monitorados conforme os passos da Tabela de Lançamento. 49

50 Após a imersão de todos flutuadores na água, e tendo lançado todo comprimento de linha do projeto até a chegada da segunda extremidade na mesa de trabalho, se inicia então o procedimento de Pull-in de Segunda Extremidade. Ocorre então a aproximação do PLSV da plataforma (FPSO) a fim de realizar a transferência de carga da linha que o Pipe Lay carrega para o guincho da UEP, com o auxílio do ROV. Após a transferência, a carga fica toda por conta do FPSO, cabendo a ele recolher a linha até que o Enrijecedor chegue a boca de sino e a extremidade de topo chegue ao final do I-tube. Mais uma vez realizam-se análises estáticas que cobrem desde o último passo da Tabela de Lançamento até a Extremidade de topo a boca de sino, considerando o PLSV paralelo ao FPSO. Os dados de análise são mais complexos nesse caso, pois envolvem análises do PLSV e do FPSO (ou da plataforma). Os dados fornecidos na Tabela de Pull-in são: Profundidade do Topo da Estrutura (m); Dados do PLSV: Comprimento de Cabo Pago (m); Comprimento Total de Cabo (m); Ângulo de Topo do Cabo (º); Carga Estática no Cabo (Tf). Dados do FPSO: Comprimento do Cabo Recolhido (m); Comprimento Total de Cabo (m); Ângulo de Topo do Cabo (º); Carga de Topo Estática (Tf). 50

51 6. Modelação das Operações Para realizar estudos das operações que serão realizadas a fim de obter dados de suma importância para analisar a viabilidade, bem como as melhorias da adição de flutuadores, serão utilizados programas de modelação computacional que simulam condições semelhantes às das condições da região para se ter uma maior verossimilidade. Os programas utilizados são o OrcaFlex e o Catenária. Ambos serão melhor explicados ao longo desse capítulo. O OrcaFlex é um programa de análise estática de sistemas marinhos em regiões Offshore, reconhecido por sua ampla capacidade técnica e usabilidade de fácil entendimento. Desenvolvida pela empresa de Software Orcina [9], seu uso vai desde assuntos de engenharia offshore a outras áreas como estudos sísmicos, engenharia oceânica, pesquisas oceanográficas, estudo de energias marítimas renováveis, entre outras áreas de estudo. A utilização do programa englobará todas as etapas da instalação do riser com os flutuadores, iniciando no estudo da análise de Conexão Vertical Direta, visto que este ponto, como já dito anteriormente, oferece riscos à integridade do material em seu ponto de instalação devido aos momentos gerados pelos pesos dos acessórios e duto. Seguido da análise estática e dinâmica de instalação de Lazy Wave, fase mais crítica da operação e ponto de destaque do presente estudo. Por fim, utiliza-se o programa para realizar as análises estáticas do Pull-in de Segunda Extremidade, a fim de ter todas as informações de carga nos passos envolvidos na operação. A versão utilizada do programa será OrcaFlex 9.8c. Segue abaixo a sequência de análises feitas pelo programa: 6.1. Análises para CVD de 1ª Para análise da CVD de primeira extremidade serão estudados os três momentos mais críticos da operação que serão explicitados a seguir Todos os casos envolvidos serão considerados com a linha alagada de água do mar, visto que é quando há maiores cargas no duto, no guindaste e nos tensionadores. Caso 1 MCV Verticalizado: 51

52 O primeiro caso de análise envolve a descida do MCV em direção ao PLET, já próximo ao hub no instante de acoplamento. O ângulo de inclinação do MCV nesse momento é igual a 0º, visto que este está verticalizado pelo guindaste. Figura MCV Verticalizado Caso 2: - MCV no Hub com linha Suspensa: Este caso representa a situação de CVD de primeira extremidade em que o MCV está assentado no hub e a linha suspensa pelo PLSV. O propósito do estudo deste caso é determinar o momento máximo na interface do MCV e a linha no sentido de suspender o flange do MCV. 52

53 Figura MCV no HUB com linha suspensa Caso 3 MCV no Hub com flowline assentado O ponto de estudo deste caso é determinar os esforços na interface do MCV com o flowline. Visto que o MCV se encontra travado e a linha assentada no mar, é necessário verificar se a estrutura suporta tais esforços ao ser instalada definitivamente. Figura MCV no HUB com linha assentada Algumas vezes nessas análises, se tem resultados que indicam um travamento da vértebra antes que ela atinja sua posição final. O travamento gera um aumento considerável do momento fletor aplicado no MCV durante a instalação, o que leva a 53

54 falha do equipamento. Desta forma, para evitar o travamento total, deve ser considerado o uso de sistemas de flutuadores acoplados ao restritor de curvatura. Figura CVD com flutuadores 6.2. Análises para Lazy Wave Análises Estáticas Para a análise da Lazy Wave serão estudados diversos passos, como dito na seção 6.3. As análises estáticas consideram os passos críticos para a operação, mantendo 1 de ângulo de topo durante o lançamento, visto que se trata de um navio de lançamento Vertical, exceto para o último passo da tabela de lançamento, quando a extremidade de topo da lazy wave está conectada ao guincho de A&R, na altura da mesa de trabalho, com PLSV preparado para realização do pull-in para o FPSO. As cargas estáticas, comprimentos de cabos e ângulos de topo são verificados para o instante da transferência de carga do PLSV para o FPSO. Os passos mais críticos envolvidos no estudo são: Caso 1 Primeiro flutuador instalado Para buscar uma referência inicial da influência de carga com os flutuadores exercendo seu empuxo, é destacado o momento em que o primeiro deles é instalado, de forma a ter a referência do marco zero. Aqui somente lançou-se linha para que fosse realizada a CVD de 1ª extremidade. Caso 2 100% dos flutuadores submersos 54

55 Nesse momento tem-se o marco final da instalação dos flutuadores, assim pode se comparar ao momento de marco zero para obter informações sobre a influência que o empuxo de todas as boias exerce sobre a carga total da linha flexível. Caso 3 Último flutuador instalado se encontra a 50m da lâmina D água Quando a última boia atinge 50m de lâmina d água, o empuxo de todas as boias juntas fornece a menor carga estática de topo. Isso é algo a ser buscado, mas tem seu risco. Este momento é crítico, pois há o risco de que a linha sofra compressão acima da linha dos flutuadores, visto que a carga causa pelas cargas ambientais (análise dinâmica) podem fazer com que a linha tenha aceleração vertical a cima do limite e assim danifique o produto. Caso haja o risco de compressão, é necessário adicionar peso morto na região de Flowline do duto a fim de evitar as acelerações verticais que possam gerar a compressão. Caso 4 PLSV posicionado para dar início ao Pull-in Esse é o momento mais crítico, onde a carga estática no topo se encontra máxima devido à angulação que a linha adquire pela conexão do cabo do A&R do PLSV com o cabo da plataforma. Aqui também é onde toda a linha já foi lançada, restando apenas a conexão da extremidade final com a plataforma para se ter a interligação concluída. Análises Dinâmicas A análise de estado de mar limitante faz a cobertura de todos os passos envolvidos na instalação e imersão dos flutuadores. São gerados de output as Máximas Alturas Significativas de onda em função do aproamento da embarcação e do período de onda incidente na região no momento das operações. O programa utiliza de simulações dinâmicas que analisam ondas regulares com diferentes alturas e períodos de onda. Os passos a serem destacados na análise dinâmica são os citados acima, pois são os considerados mais críticos para a operação. A direção de incidência das ondas está presente na análise, sendo analisadas ondas incidentes a: 0º, 30º, 60º, 90º, 120º, 150º e 180º. 55

56 Para as alturas de onda, foram consideradas as alturas de maior incidência da região, baseado numa coletânea de informações sobre as principais alturas de onda da região. Foram analisadas alturas de onda de: 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 e 3,0m. O Períodos de onda analisados foi baseado nos principais períodos de onda da região, análogo à altura de onda. Os principais períodos da região são: 6, 7, 8, 9, 10, 11,12 e 13 segundos. Por fim, o programa gera como output uma tabela para os passos mais críticos, anteriormente citados, com as Máximas Cargas Dinâmicas e também as Míninmas Cargas Dinâmicas no topo. As condições de contorno acima apresentadas estão também presentes na análise, sendo evidenciadas as diferentes cargas para as diferentes direções, alturas e períodos de onda Modelação de Cateária Simples Para realizar as comparações com o método de Lazy Wave, será realizada modelação de catenária simples que fornecerá de output os dados de cargas de topo e da área de TDP do respectivo projeto. O programa Catenária tem como intuito auxiliar no fornecimento de dados para a configuração de catenária que o duto flexível irá adquirir na forma final, já instalada [10]. Ele é um programa de interface simples e de fácil utilização para o usuário. Inicialmente, ao abrir o programa, deve-se escolher o tipo configuração de catenária. Figura Escolha de configuração de catenária 56

57 Sabemos que o objetivo deste projeto é o cálculo de Lazy Wave, não obstante, é recomendável que se utilize para fins comparativos, a configuração de catenária simples, para que se obtenha os valores da tensão na região de Touchdown Point, onde a tração e compressão são críticos. Assim, colhendo tais informações será possível analisar, com o programa OrcaFlex, o quanto a configuração Lazy Wave auxiliou a reduzir tal tensão. Após escolher a catenária simples, o programa abre uma tela com diversos dados a serem inputados pelo usuário para que seja possível a realização dos cálculos. Para o caso deste projeto, as informações a serem inputadas são: W - O peso da linha (kg/m) alagada e submersa; Y - A Lâmina D água da região de instalação do duto subtraindo o comprimento submerso do I-tube; O ângulo de topo do I-tube do FPSO. Figura Interface CATENARIA Tendo colocado as informações essenciais ao cálculo básico de catenária simples, então deve-se clicar no botão CALCULAR e o programa gerará os outputs da configuração final do duto flexível naquele caso específico. Os Outputs são: 57

58 X Distância horizontal do TDP para a boca de sino (m); S Comprimento de linha suspensa (m); Ta Carga de topo gerada pelo duto (t); H Tensão gerada pelo duto na região de TDP (kgf). Assim, após gerar os dados baseados no projeto especificado, será possível comparar resultados para determinar a eficiência dos flutuadores aplicadas na configuração de Lazy Wave. 58

59 7. Estudo de Caso Para tentar colocar em prática todos os conhecimentos obtidos nesse projeto, será proposto um estudo de caso prático de uma instalação de Lazy Wave de uma linha de serviço do poço ao FPSO FPSO O FPSO do estudo está localizado a 240 km do litoral do Rio de Janeiro, sobre uma Lâmina D água de 2240m na área de Iracema Norte, no campo de Lula, Bacia de Santos. Sua capacidade é de 150 mil barris de óleo por dia e consegue comprimir oito milhões de metros cúbicos de gás natural por dia. Seguem mais dados da UEP: Tabela 7.1- Dados do FPSO Dados FPSO Processamento de Petróleo 150 mil barris/dia Tratamento e Compressão de Gás 8 milhões m³/dia Tratamento de Água de Injeção 264 mil barris/dia Capacidade de Armazenamento 1,6 milhão de barris de óleo Profundidade de água 2240 metros Comprimento Total 332 metros Boca 58 metros Pontal 31 metros Peso 82 metros O FPSO é conectado a oito poços produtores e nove poços injetores. O gás natural provindo dos poços será exportado via gasoduto submarino Operações do projeto A interligação entre poço e plataforma se dará por duto flexível. Para tal, o projeto consistirá em uma Conexão Vertical de Primeira Extremidade no poço 7-LL-051 inicialmente, seguido da instalação de flutuadores Lazy Wave e por fim o Pull-in de Segunda Extremidade que conectará o duto flexível ao FPSO Características dos flutuadores Para o cálculo de instalação Lazy Wave, o cliente deve fornecer as informações necessárias para a análise. Informações como: Espaçamento entre flutuadores, Empuxo 59

60 Líquido, Peso no ar, Diâmetro e Comprimento. Segue os valores abaixo para o caso estudado: Figura Dados dos flutuadores Figura Unifilar da linha com flutuador Analisando o Empuxo médio da boia no início da vida multiplicado pelo número de boias presentes na linha, teremos então o Empuxo Total fornecido pela configuração de Lazy Wave. Sendo assim, nosso Empuxo Total será equivalente a 40t Informações I-tube As análises para realização do Pull-in de 2ª necessitam de informações do suporte ao qual o duto flexível será conectado. Segue as informações Tabela 7.2 Informações do I-Tube 60

61 7.5. Informações dos dutos flexíveis As análises dependem de uma coletânea de informações dos dutos flexíveis que serão instalados. Foram obtidos os dados essenciais que servem de input para os cálculos necessários para a análise: Tipo de Riser Diâmetro Externo (mm) Tabela Dados dos dutos flexíveis Rigidez de Curvatura (kn.m²) Peso na Água (tf/m) Peso no ar (tf/m) Compriment o Total (m) Raio mínimo de curvatura para instalação (m) de Topo 217,95 15,89 0,0813 0, ,13 Intermediário 189,93 10,68 0,0494 0, ,845 Fundo 185,93 10,05 0,0439 0, ,815 Flowline 167,33 6,66 0,0437 0, , Informações dos Acessórios Segue o dado de todos acessórios que serão instalados na linha necessários para a boa funcionalidade do Riser ao longo de sua vida útil: Tabela Dados dos acessórios Acessório Peso Submerso Peso no Ar (tf) (tf) Conector topo 0,844 0,971 Collar Pull-in 0,278 0,32 Enrijecedor Topo 5,36 8,017 Enrijecedor 0,089 0,172 Enrijecedor 0,131 0,22 Enrijecedor 0,083 0,162 Conector 0,335 0,398 Conector 0,352 0,409 Conector 0,352 0,409 Conector 0,332 0,38 Conector 0,332 0,38 Conector 0,21 0,244 Conector 0,402 0,462 Colar de Ancoragem 0,115 0,132 Colar Batente 0,5 0,588 Somando o peso submerso de todos os acessórios, teremos um adicional ao peso da linha suspensa um total de 10t Modelação inicial de Catenária Simples Para se ter noção do quanto os flutuadores da Lazy Wave aliviaram a tensão horizontal da catenária na região de TDP, serão calculados os valores de carga horizontal na região 61

62 de Touchdown Point e da carga vertical de topo para a Catenária Simples, de forma a poder comparar, após descobrir os valores, com os valores estimados para configuração Lazy Wave. O peso do duto será considerado o de Peso Misto, que envolve uma média dos diferentes pesos da estrutura de topo, da intermediária e a de fundo, excluindo a flowline que fica assentada no leito. Foi modelado uma catenária simples com as informações de peso da linha, LDA da região e o ângulo de lançamento Adicionadas as informações essenciais, serão calculados os outputs do estudo de caso específico. Figura Output CATENARIA Assim temos que a tensão da carga de topo será de 130t sem a adição dos flutuadores. Porém, esta conta não leva em consideração o peso dos acessórios submersos. Foi visto na seção de acessórios que o peso total somado é de 10t. Então vemos que a carga total de topo para uma catenária simples seria em torno de 140t Cálculos para CVD de 1ª Para que se possam ser feitas as análises necessárias para a realização da CVD de primeira extremidade são necessários dados dos equipamentos, como já citado nas 62

63 seções anteriores que servirão de input para o programa OrcaFlex gerar a análise. A seguir seguem os principais dados para CVD de 1ª: Tabela Informações Conector Conector Peso (kg) Comprimento (m) 462 1,155 Tabela Informações Vértebra Vértebra Peso (kg) Comprimento (m) Raio mínimo de Curvatura (m) ,567 3,598 Tabela Informações MCV MCV Massa do MCV (kg) Ângulo do Flange (º) Submerso 6749 No ar Figura Coordenadas MCV 63

64 Tabela Coordenadas MCV Tabela Informações Dutos Flexíveis Linha Flexível Diâmetro Externo (m) Peso na Água (kg/m) Raio mínimo de curvatura para instalação (m) Rigidez a Curvatura (kn.m²) 0, ,7 1,17 6,66 Com esses dados, iniciou-se os cálculos para determinar se seria necessária a instalação de flutuadores para que a CVD ocorresse sem travamento da vértebra. É gerada uma tabela com os dados de posição dos flutuadores a partir do flange do MCV até a localização dos mesmos, tendo como complemento a informação e quando empuxo cada boia gera na sua posição. Também em anexo é mostrada a posição que a linha deve ter no momento em que realiza a CVD de 1ª. Bóias Tabela Posição dos flutuadores de CVD Posição das bóias a partir do flange do MCV (m) Empuxo das boias (kgf) 1 3, ,5 227, ,9 5 N/A N/A Figura Posição dos flutuadores de CVD 64

65 Figura Posicionamento dos flutuadores de CVD 65

66 7.9. Cálculos para Lazy Wave Para o estudo de Lazy Wave, alguns dados são de suma importância para iniciar os cálculos para análise. Dados do FPSO, gerais, do PLSV e dos flutuadores a ser instalada são inputados para início de estudo. Tabela Dados para cálculo de Lazy Wave Dados Gerais Pull-in de 1ª ou 2ª 2 Lâmina D'água 2240 Condição de Instalação do Linha Cheia Produto Distância entre mesa de trabalho e boca de sino 65 durante Pull-in (m) Distância horizontal entre I tube e conector (m) Dados FPSO Calado médio FPSO (m) 22,02 Profundidade Boca de sino (m) 19,02 Ângulo Boca de Sino (º) 5 Comprimento I-tube (m) 26,2 Ângulo máximo permitido para 7 Pull-in (º) Dados PLSV Carga máxima de topo no 146 PLSV (t) Ângulo de topo máximo 7 durante Pull-in (º) Ângulo de topo máximo durante instalação dos 1 flutuadores (º) Dados Flutuadores Flutabilidade de cada Boia 703,6 (kgf) Distância do Centro da Primeira Boia a ser instalada 2000 (m) a partir do FPSO Distância do Centro da Última Boia a ser instalada (m) a 1725 partir do FPSO Além desses dados, informações da linha, dos acessórios e do campo também são essenciais para utilizar de input nas análises. As informações da linha foram anteriormente citadas, bem como as dos acessórios. As do campo estão em anexo ao fim desse estudo. 66

67 Agora serão descritos o passo-a-passo da instalação dos dutos Lazy Wave, abrangendo desde a CVD de 1ª até o momento em que o PLSV inicia o Pull-in. Esses passos são escolhidos, pois auxiliam a tripulação do PLSV a ter as informações necessárias no momento da instalação. Segue abaixo os passos tidos como mais importantes para a respectiva operação: Passo 1 - Conexão entre os tramos de flowline e riser de fundo. Passo 2 - Pagos 50% do tramo de riser de fundo. Passo 3 - Conexão entre os tramos de riser de fundo e riser intermediário. Passo 4 - Primeiro flutuador instalado. Passo 5 - Primeiro flutuador submerso. Passo 6-25% dos flutuadores instalados. Passo 7-50% dos flutuadores instalados Passo 8-75% dos flutuadores instalados. Passo 9-100% dos flutuadores instalados e submersos. Passo 10 - Último flutuador instalado se encontra a 50m da lâmina d'água. Passo 11 - Pagos 50% do tramo de riser intermediário. Passo 12 - Conexão entre os tramos de riser intermediário e riser de topo. Passo 13 - Pagos 50% do riser de topo. Passo 14 - Extremidade de topo da lazy wave chega na mesa de trabalho. Passo 15 - PLSV posicionado para dar início ao pull-in, com moonpool a 65m da boca de sino. 67

68 Figura Passos das Operações de Lazy Wave A figura acima ilustra os passos analisados já mencionados. Ao final do passo 15 podese notar que a configuração de Lazy Wave já está quase completa, tendo um formato parecido com o que se espera de tal configuração. Eles fazem parte da análise estática da instalação de Lazy Wave. Essa análise é feitas a partir da compilação dos dados anteriormente inputados no programa e geram essas configurações baseadas no peso das boias, na quantidade delas, no ângulo de lançamento, na profundidade da região e na distância do PLSV para o FPSO. Ao Junto a esses passos da operação, é gerada a Tabela de Lançamento, que auxiliará ao PLSV se inteirar das cargas estáticas exercidas pela linha flexível ao longo da instalação do duto flexível cobrindo desde a conexão riser/flowline até o passo em que o PLSV está posicionado para o pull-in, como citado anteriormente. Segue abaixo as informações geradas após o input dos dados. 68

69 Tabela Tabela de Lançamento Deve se notar que as cargas estáticas começam altas, começam a descer, tem um ponto de inflexão e voltam a subir, o momento de menor carga estática, como já mencionado é um dos pontos críticos, que é o momento em que todas as boias já foram instaladas e estão submersas. Após as tabelas com as cargas estáticas, é iniciada então as análises dinâmicas da embarcação. As tabelas de estados de mar limitantes são apresentadas, cada uma cobrindo um passo específico da operação, já mencionados na seção anterior, cobrindo os passos considerados mais críticos da operação. Os resultados são apresentados na forma de máxima altura significativa de onda, Hs, em função do aproamento relativo da embarcação e período de onda, T. Figura Incidência de Ondas Segue abaixo as condições ambientais analisadas para as operações, baseado nas maiores incidências do Campo estudado. 69

70 Tabela Parâmetros de cargas ambientais A seguir estão as tabelas de análise dinâmica de estado de mar para os quatro principais passos considerados mais críticos da operação: Passo 4 Primeiro Flutuador Instalado Tabela Primeiro Flutuador Instalado Passo 9 100% dos Flutuadores Submersos Tabela % dos Flutuadores Submersos Passo 10 Último Flutuador instalado a 50m da Lâmina D água Tabela Último Flutuador Instalado a 50m da Lâmina D'água 70

71 Passo 15 PLSV Posicionado para o Pull-in Tabela PLSV Posicioando para Pull-in Após ter sido analisada todas as incidências de onda no navio PLSV, é dada continuidade a análise dinâmica, agora analisando as máximas e mínimas cargas dinâmicas de topo que a embarcação fica sujeita ao longo das operações. Novamente são estudados os passos considerados mais críticos da operação. Segue abaixo os valores de todas as cargas, em tonelada-força, analisadas para os estados de mar limitantes da região de operação: Passo 4 Primeiro Flutuador Instalado Tabela Máxima carga para passo 4 Tabela Mínima carga para passo 4 71

72 Passo 9 100% dos Flutuadores Submersos Tabela Máxima carga para passo 9 Tabela Mínima carga para passo 9 Passo 10 Último Flutuador instalado a 50m da Lâmina D água Tabela Máxima Carga para passo 10 Tabela Mínima Carga para passo 10 72

73 Passo 15 PLSV Posicionado para o Pull-in Tabela Máxima carga para passo 15 Tabela Mínima carga para passo 15 Com o fim das análises dinâmicas, pode-se considerar que todos os casos, passos e considerações foram abrangidos, tendo assim uma cobertura total da operação. Com isso, é possível continuar as operações e iniciar o estudo do Pull-in de 2ª Extremidade Cálculos para Pull-in de 2ª Para os cálculos de Pull-in de Segunda Extremidade, serão coletados os dados da tabela 10, apresentados na seção anterior, para que se possam ser inputados os dados necessários para o cálculo das configurações de linha com a realização do Pull-in para o FPSO. Após o input, é gerada uma tabela semelhante à Tabela de Lançamento, mas agora para Pull-in. Esta apresenta os resultados da análise estática realizada para a operação de pull-in, considerando o PLSV paralelo ao FPSO, 50 m entre cascos. Inicialmente serão descritos o passo-a-passo do Pull-in de segunda extremidade. Esses passos são escolhidos, pois auxiliam a tripulação do PLSV e do FPSO a terem as informações necessárias no momento da instalação. Segue abaixo os passos tidos como mais importantes para a respectiva operação: 73

74 Passo 15 - Esse passo corresponde ao último passo da tabela de lançamento, de onde começa o pull-in. Passo 1 Esse passo contempla a descida da linha pelo Moonpool até 98m de Lâmina D água. Passo 2 Neste momento é realizada a conexão entre guincho do FPSO e guincho do PLSV, onde daí inicia-se a transferência de carga do PLSV para a UEP. Passo 3 - O topo da lazy wave se encontra na metade da distância (projeção horizontal) entre o PLSV e o FPSO. Passo 4 - O cabo do guincho do PLSV pode ser desconectado a partir desse passo. A carga está toda no cabo do FPSO. Passo 5 Linha a 100m do I-tube. Passo 6 - Extremidade de topo na entrada da boca de sino. Segue abaixo a Tabela de Pull-in: Figura Passos do Pull-in de 2ª 74

75 Tabela Tabela de Pull-in de 2ª É possível se notar pela tabela que ocorre a transferência de carga do PLSV para o FPSO mais acentuadamente a partir do passo 3, bem como a mudança de ângulo vai convergindo gradualmente para o ângulo final do I-Tube presente no FPSO (informação contida na seção de informações do I-tube). Ao final da etapa de cálculos das cargas estáticas do Pull-in de Segunda Extremidade, pode ser considerado que toda a operação está contemplada nas análises. Assim, tendo os valores obtidos, pode-se analisar os resultados do estudo de caso e verificar a viabilidade do projeto analisado. 75

76 8. Análise dos Resultados Ao fim das análises estáticas e dinâmicas envolvidas em todas as etapas das operações, estas agora serão avaliadas a fim de se definir se a respectiva operação é considerada viável ou não, quais melhores condições de instalação e quais maiores cargas exercidas durante os passos. Para o caso de instalação dos flutuadores, as análises não indicam ocorrências de cargas compressivas durante a instalação dos flutuadores. Portanto, não se faz necessária a instalação de peso morto de contingência. Para o estado de mar limitante é observado que os passos analisados mostram pequenas restrições de mar para mares de través nos passos 9 e 10. Para mares incidindo com 60 com a popa e a proa, a única limitação é para o período de 9s, com Hs limite de 2.5m. Para mares de proa ou popa +/- 30 não foram encontradas restrições até 3.0m de Hs. Para o passo 15, quando o PLSV está posicionado para dar início ao pull-in, nenhuma restrição foi encontrada para Hs de até 3.0m. Ao fim da análise, é possível se definir quais são as maiores e as menores cargas de topo as quais o PLSV estaria sujeito apresentadas em cada passo. Seus valores são mostrados em tonelada-força (tf). Tabela Cargas máximas e mínimas dos passos críticos Ao final das operações, já tendo sido realizada a Conexão Vertical Direta de 1ª Extremidade, a Lazy Wave com a instalação de todos os 59 flutuadores, bem como o Pull-in de 2ª Extremidade, o duto flexível terá adquirido sua forma final a seguinte configuração final: 76

77 Figura Configuração final de Lazy Wave Além da configuração final, temos gerado pela análise a estimativa da distância horizontal do TDP para a boca de sino, o ângulo final da extremidade de topo, a carga de topo total, carga horizontal na região de TDP e o comprimento suspenso de linha obtido. Com esses valores, podemos comparar aos obtidos na análise preliminar de catenária simples do programa Catenária a fim de determinarmos a eficiência da configuração Lazy Wave frente a configuração simples. Tabela Dados da Posição Final de Lazy Wave Dados para Posição Final de Lazy Wave Ângulo de Topo (º) 5 Distância Horizontal TDP (m) 1030,8 Comprimento Suspenso (m) 2640 Carga de Topo (t) 105 Tensão no TDP (tf) 8,4 Assim, expomos lado a lado os valores obtidos através da estimativa inicial de catenária simples pelo programa Catenária e os valores obtidos na análise de OrcaFlex para configuração de Lazy Wave. Tabela Dados da Catenária simples comparados aos de Lazy Wave Dados Estimados para Catenária Simples Dados para Posição Final de Lazy Wave Disparidade Ângulo de Topo (º) Distância Horizontal TDP (m) 669, ,8 361,12 Comprimento Suspenso (m) Carga de Topo (t) Tensão no TDP (tf) 11,3 8,4-2,9 77

78 Agora analisa-se os resultados: 1- Ângulo de Topo Este valor obviamente não se alteraria, visto que o ângulo da boca de sino é fixo, logo não há disparidade. 2- Distância Horizontal de TDP É notável que houve um aumento na distância horizontal do Touchdown point para a boca de sino. Isso se dá devido aos flutuadores, que por fornecerem empuxo, mudam a configuração do riser na descida, não tendo um ângulo tão inclinado, sendo mais suave e por isso aumentando a distância horizontal. 3- Comprimento de Linha Suspensa - Análogo a explicação da Distância Horizontal. Devido ao empuxo fornecido pelos flutuadores, há uma mudança na angulação de descida do riser para o leito. Dessa forma o comprimento suspenso tende a aumentar. 4- Carga de Topo O Sinal negativo na carga de topo tem o significado de alívio na carga. Com os flutuadores fornecendo aproximadamente 40t de empuxo, e com uma carga de aproximadamente 140t, é claro que a carga de topo terá um drástico alívio. 5- Tensão no TDP Novamente, o sinal negativo expressa um alívio na carga incidente na região de Touchdown Point. Essa região é muito crítica e sofre com constantes compressões e trações, assim, reduzir a carga na área é um dos objetivos da adição de flutuadores. 78

79 9. Conclusões Analisando os resultados obtidos, pode-se dizer que, com os dados apresentados, ficou clara a influência direta dos flutuadores Lazy Wave no alívio das cargas geradas pelo peso do duto flexível ao longo de sua configuração abaixo da Lâmina D água. As regiões mais afetadas pelas instalações das boias foram principalmente a região da extremidade de topo, aonde o riser se conecta a Unidade de Exploração e Produção, e na região de Touchdown Point, aonde a compressão e tração do duto são críticas e exigem um maior cuidado para não haver danificação do material. Nesse relatório foi evidenciada a extrema importância da utilização do programa OrcaFlex para as análises estáticas e dinâmicas do processo de interligação submarina. Essas análises permitem que seja possível prever os períodos de onda que apresentam maior dificuldade de instalação, bem como a altura de onda crítica para o processo. Isso permite que a empresa que realizará a instalação consiga organizar uma janela de operações de forma mais clara baseado em previsões meteorológicas que evidenciem as melhores condições para a instalação. O passo a passo da instalação apresentado no programa também faz com que haja um maior conhecimento sobre os detalhes da operação, ficando resguardado a respeito de todos os momentos da operação. Assim, o PLSV fica com maior controle sobre as operações, mitigando os riscos, trazendo maior segurança e confiança para a interligação. O Programa Catenária não é de suma importância para um projeto de instalação Lazy Wave, mas o mesmo permite que sejam obtidos dados que disponibilizem uma comparação entre o processo sem flutuadores e com eles. Isso faz com que se fortaleça a ideia de que as boias são de extrema importância para evitar desgastes do produto, bem como evitam a sobrecarga dos navios de exploração. Dessa forma, pode se notar que a configuração Lazy Wave exige uma análise minuciosa ao redor de todas variáveis envolvidas nas etapas de instalação do duto flexível do poço ao navio FPSO. No entanto, uma vez realizadas essas análises de forma bem feita, o projeto está resguardado de quaisquer perigos envolvidos nas operações. 79

80 Assim é concluído o estudo da instalação de um riser flexível com configuração Lazy Wave. Este projeto serviu de auxílio para o autor na maior compreensão das influências sobre esse tipo de operação, no maior conhecimento e domínio sobre os programas utilizados, bem como aumentou o entendimento sobre as análises, aprimorando a capacidade de interpretação de dados. 80

81 10. Referências [1] Petrobras [on line] Disponível: [Acesso: 15 Janeiro 2016]. [2] Xavier, M. L. (2006), "Instalação de dutos flexíveis em águas ultraprofundas", de Mestrado, Engenharia Oceânica, COPPE/UFRJ. [3] PETROBRAS. N-2409 Norma Petrobras para Dutos Flexíveis, [4] Engineering Standard - Flexibles, Umbilical s and Controls, Moorings [5] Subsea 7 [on line] Disponível: [Acesso: 04 Janeiro 2016]. [6] Huisman [on line] Disponível [Acesso 15 Dezembro 2015]. [7] Balmoral Group [online] Disponível: [Acesso 05 Fevereiro 2016] [8] Lopes, V. S. (2005), Influência da rigidez à flexão de duto flexível na instalação de módulos de conexão vertical em águas profundas, de Mestrado, Engenharia Oceânica, COPPE/UFRJ. [9] Lima, H. F. (2007) Metodologia para a tomada de decisão no projeto de sistemas submarinos de produção de óleo e gás de Mestrado, Engenharia Oceânica, COPPE/UFRJ. [10] ORCAFLEX version 9,8c, Orcina Ltda, [11] CATENARIA version

82 Anexo 1 Dados do Poço e da Plataforma

83 Anexo 2 Dados Conector

84 Anexo 3 Dados Enrijecedor

85 Anexo 4 Dados Vértebra

86 Anexo 5 Dados Flutuadores

87 Anexo 6 Dados Boca de Sino

88 Anexo 7 Dados I-tube