UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO CENTRO DE TECNOLOGIA ESCOLA POLITÉCNICA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA NAVAL E OCEÂNICA

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO CENTRO DE TECNOLOGIA ESCOLA POLITÉCNICA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA NAVAL E OCEÂNICA PROJETO FINAL EM ENGENHARIA NAVAL SETEMBRO/2006 Fabio Moreira de Sá Estudos Comparativos e Concepção de Alternativas de Plataformas do Tipo Mono-Coluna para Águas Profundas e Ultra Profundas. Metodologia de Projeto e Comportamento Hidrodinâmico. ORIENTADOR: PROFESSOR RICHARD DAVID SCHACHTER

2 ESTUDOS COMPARATIVOS E CONCEPÇÃO DE ALTERNATIVAS DE PLATAFORMAS DO TIPO MONO-COLUNA PARA ÁGUAS PROFUNDAS E ULTRA PROFUNDAS. METODOLOGIA DE PROJETO E COMPORTAMENTO HIDRODINÂMICO Fabio Moreira de Sá PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A CONCLUSÃO DO CURSO DE ENGENHARIA HABILITAÇÃO NAVAL. Banca Examinadora: Prof. Richard David Schachter, EP-UFRJ Prof. Antonio Carlos Fernandes, COPPE-UFRJ Eng. Carlos Gomes Jordani, CENPES-PETROBRAS Número de Páginas: 151 RIO DE JANEIRO, RJ BRASIL SETEMBRO DE

3 Agradecimentos Ao meu orientador o professor Richard David Schachter pelo auxílio e paciência fornecido no decorrer de todo o projeto. Ao meu grande colega de curso André Ramiro por toda a ajuda dada para a finalização deste trabalho. À Agência Nacional de Petróleo (ANP) e o seu representante na UFRJ, o professor Murilo, pelo patrocínio no período de À Petrobras, que através do engenheiro Carlos Gomes Jordani, permitiu gentilmente o uso dos programas MG e SSTAB. Á minha família pelo constante apoio nas horas difíceis durante todo o curso de graduação em Engenharia Naval. E, finalmente, a Deus pois sem ele não somos ninguém. 3

4 Índice Resumo Introdução Plataformas mono-colunas Plataformas Spar Sevan (SSP) MonoBR Metodologia de Projeto Eixos de Referência Projeto das Plataformas Peso Leve e Arranjo Geral do Convés Forma e Compartimentação Condições de Carregamento CG e Peso Total Modelação Estabilidade Estabilidade Intacta Análise dos Movimentos Análise dos Resultados Conclusões Referências Anexos

5 Resumo O presente trabalho faz uma comparação das três principais plataformas monocolunas existentes ou em fase de projeto, que são os conceitos tipo Spar, Sevan e Mono- BR. Como requisito de projeto todas essas unidades estariam operando na Bacia de Campos (Marlim Sul), numa lâmina d água de 1250m e com capacidade de estocagem de aproximadamente barris. Neste trabalho é possível comparar os movimentos hidrodinâmicos desses três conceitos de plataformas monocolunas existentes, em uma análise que permite incorporar aos projetos básicos eventuais melhorias, esperando-se obter aquela que possua melhor resposta frente as diferentes condições de carregamento. Sendo assim, foram estudados ao todo cinco modelos: os três já citados acima e dois projetos variantes da plataforma Spar Clássica. Todo o processo de comparação partiu do desenvolvimento de planilhas Excel nas quais, entrando com as dimensões principais da unidade, bem como o número total de tanques, esta fornece para uma dada condição de carregamento o deslocamento total, o calado de operação e as coordenadas finais do C.G. Para isso a planilha utiliza uma distribuição de peso leve padrão no top side, modificando apenas o valor do peso do chapeamento total do casco para cada conceito. O peso estrutural foi dado como 10% do valor do peso do chapeamento. Em seguida, foi feita uma modelação gráfica para cada conceito, a partir das dimensões principais, no programa Mesh Generator (MG). Este, por sua vez, serve como dado de entrada para o programa SSTAB. Através deste último software é possível obter, tendo em mãos os valores fornecidos pelas planilhas, as curvas hidrostáticas na linha de flutuação, a estabilidade intacta e a respectiva matriz de massa de cada plataforma. Munido dos dados de saída do programa SSTAB, foi finalmente possível realizar a comparação hidrodinâmica dos movimentos de Heave e Pitch, tendo em vista a simetria na seção transversal, dos cinco modelos propostos e gerados pelo Wamit, resumido e ilustrado em gráficos de planilha Excel. 5

6 1-Introdução A exploração e produção de petróleo no mar têm alavancado o surgimento de novos tipos de plataformas oceânicas à medida que se avança para águas ultraprofundas. Dentre estes novos tipos estão as mono-colunas. O conceito de plataforma mono-coluna tem sido muito pesquisado na comunidade técnico-científica e apresenta, como característica marcante, um único casco na forma de cilindro. Este por sua vez, deve ser vazado para permitir a passagem dos risers de produção até a planta de processo, localizada no topo do cilindro. Essa forma simples de estrutura barateia os custos de construção e reduz o seu movimento vertical (heave), tido como um dos movimentos mais críticos das estruturas flutuantes em operações offshore. Desse modo, as mono-colunas conseguem reunir de forma bastante adequada a simplicidade do seu conceito com a eficiência do seu desempenho nas aplicações em águas ultraprofundas. O trabalho em questão visa, portanto, apresentar uma comparação referente ao projeto de plataformas mono-colunas, com facilidades de produção de bpd, para operação sob condições ambientais típicas da Bacia de Campos. Os projetos estudados são as plataformas tipo Spar Clássica, Sevan, Mono-BR e duas novas alternativas criadas a partir da Spar Clássica. Cada alternativa foi avaliada em análise comparativa considerando principalmente os movimentos em estado de mar. Da análise e dos estudos foi definida uma concepção que melhor atenda a todos os requisitos de projeto, em uma solução de compromisso. Esta solução poderia ser uma concepção inovadora ou a confirmação de alguma existente, incorporando eventuais aperfeiçoamentos. No final do projeto, temos a confirmação das baixas amplitudes de movimentos de Heave e Roll esperados pela plataforma Spar Clássica, devido ao seu alto calado e forma geométrica. Outro conceito que obteve baixas amplitudes de movimentos foi a plataforma Spar Nova, seguida pela Sevan, Mono-BR e Spar Elíptica. 6

7 2- Plataformas mono-colunas As plataformas do tipo monocoluna têm como característica marcante a utilização de um casco com apenas uma coluna, diferente das semi-submersíveis. Neste sentido, o conceito assemelha-se às plataformas do tipo Spar, porém com calado menor. Em relação aos conceitos atuais, as plataformas monocoluna apresentam vantagens significativas, entre as quais podemos listar: - Menores movimentos, possibilitando a utilização de SCR 1 em catenária livre; - Maior reserva de estabilidade, quando avariada; - Flexibilidade operacional; - Boa relação Peso de convés por Deslocamento. Dentre os sistemas flutuantes no mundo, em operação ou em fase de projeto, os que possuem essa forma singular de casco monocoluna são as plataformas Spar, Sevan e MonoBR Plataformas Spar Introdução O conceito da plataforma Spar Buoy foi uma evolução das bóias oceanográficas que desde 1965 vem sendo utilizadas. Na indústria offshore, este conceito foi utilizado pela primeira vez na década de 70, quando a Shell instalou uma plataforma deste tipo, em Brent, para armazenamento de petróleo. Em 1993, a Shell instalou uma Spar em Dragen, para receber a produção de óleo de campos vizinhos [1]. A primeira aplicação do conceito Spar Buoy para a produção de petróleo, foi com a plataforma Neptune da ORYX. Esta foi instalada em outubro de 1996 no campo de Vioska Knoll, no Golfo do México [1]. Uma outra aplicação do conceito Spar foi um projeto feito pela Chevron, que construiu na Finlândia a plataforma Genesis, com capacidade de perfuração e produção [1]. 1- SCR: (Steel Catenary Risers) Risers Rígidos de Produção. 7

8 Além destas, existe ainda o projeto da Spar Diana da Exxon, construída pela Aker Rauma. Outras companhias de petróleo (Texaco, Shell, Amoco e Amerada Hess) estão considerando o uso de Spar Buoy na exploração de seus campos marítimos [1]. As plataformas Neptune e Genesis são unidades Spar com forma clássica. Em setembro de 1998, um novo projeto foi idealizado para aplicações quando o armazenamento não fosse necessário (Truss Spar), possuindo os mesmos movimentos das plataformas Spar Clássicas sendo, porém, mais leve [1]. Em janeiro de 1997, a tecnologia Spar Buoy sem estocagem foi liberada na Petrobrás para consideração de estudos de viabilidade técnico-econômica. Em 1999, teve-se início o estudo desta tecnologia, com estocagem, para aplicação em novos campos da Petrobrás [1]. Forma A plataforma tipo Spar Buoy, basicamente consiste em um casco cilíndrico flutuante, geralmente vertical e de grande calado. Podemos dividir a unidade em três partes principais: 1) Conveses são as bases de sustentação da planta de processo, da sonda de perfuração, dos alojamentos e do heliponto. 2) Suporte dos conveses (deck support frame) é a estrutura de sustentação dos conveses. 3) Casco é subdividido em tanques de flutuação, tanques de lastro permanente e tanques de lastro variáveis. Os tanques de flutuação são os responsáveis pela sustentação da plataforma. Os tanques de lastro permanente, também chamados de tanques de lastro fixo, são utilizados para ajustar o equilíbrio inicial da plataforma e ainda diminuir o centro de gravidade vertical (VCG) para proporcionar uma melhor estabilidade. E por último, os tanques de 8

9 lastro variáveis que ajustam o equilíbrio final da plataforma e a mantém no calado de operação. Um problema existente neste tipo de estrutura cilíndrica é o fenômeno chamado de Vibração Induzida por Vórtice (VIV), que vem sendo resolvido mais comumente através da utilização de strake helicoidal. O strake altera a geometria cilíndrica da plataforma no local do escoamento, impedindo assim, o aparecimento do VIV [2]. OBS: Uma nova alternativa ao uso de strake, como um tipo de supressor de vórtices, vem sendo estudada em projetos computacionais e em tanques de prova, tratando-se da porosidade no casco [2]. Movimentos A Spar tem três movimentos principais a serem abordados: Heave, Pitch/Roll e Surge. Existe um outro efeito, conseqüência da Vibração Induzida por Vórtice que causa arrasto induzido no casco. O movimento de Heave provém basicamente da ação das ondas aumentando a flutuação e produzindo um deslocamento vertical na estrutura. A forma cilíndrica com grande calado minimiza esse movimento à medida que reduz a área de atuação das componentes verticais das forças de onda. Em média o período natural, que é função somente do calado, está entre 28 e 36 segundos [1]. O movimento de Surge é conseqüência principalmente da ação das correntezas e do vento. Ele ocorre quando grupos de onda de baixa freqüência excitam a plataforma numa freqüência muito próxima à freqüência natural da estrutura. Tal efeito gera uma ressonância que pode produzir grandes deslocamentos transversais na estrutura, causando tensões nos risers, além é claro de sobrecarregar os sistemas de ancoragem. O período natural oscila entre 200 e 300 segundos [1]. O terceiro movimento a ser considerado é o Pitch /Rool que depende basicamente da relação entre o centro de gravidade e o centro de carena. É desejável garantir que o centro de gravidade da estrutura não esteja abaixo do centro de carena do volume imerso, o que para a Spar não é um problema grande devido à sua flutuação ser 9

10 proveniente principalmente dos hard tanks (tanques de flutuação), situados na parte superior do casco. Na quilha, é prevista uma série de tanques de lastro que têm por objetivo baixar o centro de gravidade. O período natural está acima de 30 segundos [1]. Instalação Existem duas possibilidades de instalação da plataforma na posição de operação. A primeira seria construí-la toda em terra e conduzi-la, por intermédio de navios rebocadores, ao ponto de locação. A segunda é realizada construindo a plataforma em blocos e transportando-a nos chamados navios cegonha (Dry Tow) até o poço. Lá a montagem seria então finalizada com a operação de upending da plataforma [3]. As figuras abaixo mostram as duas formas possíveis para o transporte de uma plataforma Spar. Figura Transporte de uma seção do casco por navio Dry Tow Figura Transporte do casco completo por reboque 10

11 A seguir, está mostrado na figura o upending da plataforma Genesis. Tal operação consiste em provocar um trim progressivo até que a plataforma fique na posição vertical, a partir do enchimento dos tanques de lastro. Figura Operação de Verticalização Conclusão A plataforma Spar consegue reunir de forma bastante adequada a simplicidade do seu conceito com a eficiência do seu desempenho nas aplicações em águas profundas. No entanto, ainda existem alguns outros aspectos que precisam ser investigados no seu projeto, como por exemplo, a investigação do controle de VIV no seu casco cilíndrico e a questão da instalação dos conveses em alto mar, limitando o peso da planta de processamento e dificultando a instalação da mesma [3]. 11

12 2.2- Sevan (SSP) Introdução Atualmente mais de uma centena de unidades de produção flutuante estão operando no mundo inteiro para extrair óleo e gás dos poços submersos. As indústrias estão trabalhando em áreas mais remotas da costa e em águas mais profundas, fazendo crescer a demanda por unidades flutuantes de perfuração, prospecção e produção. Hoje em dia, a frota mundial consiste principalmente de semi-submersíveis e navios petroleiros convertidos (FPSO) com alta capacidade de armazenamento e prospecção de óleo cru. A inovadora unidade SSP tem todas as características das unidades flutuantes atualmente existentes. A SSP não necessita de Turret, a perfeita simetria do casco pode receber as cargas de ondas, ventos e correntes em qualquer direção sem mudar a orientação da unidade. O design da SSP é baseado nos princípios de arquitetura naval. Padrões usuais são usados na construção da unidade de acordo com as sociedades classificadoras e demandas internacionais [4]. Forma A SSP tem duplo fundo e duplo costado para reduzir os riscos de perda de estabilidade e poluição. Todas as peças estruturais têm dimensões e qualidades padronizadas. A forma da SSP minimiza a carga global atuante na estrutura do casco [4]. As capacidades de armazenamento e lastro são otimizadas de acordo com as diferentes aplicações e necessidades de preenchimento dos tanques. Os lastros estão em tanques segregados. Os tubos de óleo e lastro estão localizados no centro da SSP. Estes são organizados em anel, com um único ramo para cada tanque. Não há canalização interna nos tanques. 12

13 Toda essa estrutura suporta os módulos do convés, assim como, acomodações, unidades de processamento e planta de produção. Figura Vista ilustrativa da SSP Movimentos Extensos testes em modelos têm sido feitos em tanques de provas, variando-se a geometria do modelo e as condições de carregamento no mesmo. Diversas alturas de ondas foram simuladas, representando as condições extremas de tempestades, como as existentes no Mar do Norte e no Golfo. Ventos e correntes correspondentes foram aplicados em todas as situações [4]. Modelos em forma de navio, representando unidades FPSO, foram comparados com a SSP. As duas unidades tinham o mesmo deslocamento e a mesma capacidade de armazenamento. O navio teve maiores movimentos de Heave e Pitch em relação à SSP, numa ampla faixa de espectro de ondas [4]. 13

14 Mesmo em condições extremas, os movimentos da SSP foram bem melhores que os do FPSO. O navio sofreu heave, pitch e roll podendo provocar tensões nas linhas de ancoragem e nos risers de produção. Os testes também confirmaram que o FPSO está mais exposto ao choque das ondas varrendo o convés (slamming 2 ). Várias profundidades foram testadas durante os ensaios no tanque de provas. Os risers foram alocados em diferentes pontos no fundo da SSP, com diferentes combinações, para se observar as diversas flexões nos mesmos. Sendo assim, foi possível determinar o melhor local na estrutura em que estes sofreriam menos tensões e fadiga [4]. Instalação Para o posicionamento da plataforma no seu local de prospecção utiliza-se um navio tipo cegonha. Essa mono-coluna tem a grande vantagem, em relação à plataforma Spar, de ser transportada completamente pronta, já com a planta de processo instalada para sua operação. Uma vez no local, um sistema convencional de ancoragem é usado para manter a SSP no lugar. Como opção, a SSP pode vir projetada com thrusters, como um sistema de posicionamento dinâmico ou ambos, ancoragem e thrusters, integrados. Figura Transporte da SSP Piranema por navio cegonha 2-slamming: Efeito ocasionado pela incidência de ondas no convés, causando tensões na estrutura primária. 14

15 Os risers de produção e exportação são conectados à plataforma por tubos guiados ou através do moonpool localizado no centro da SSP. A alta capacidade de armazenamento e o fato de não girar, permitem a SSP uma grande variedade de tipos de risers. Ambos os risers, rígidos e flexíveis, podem ser usados. Figura Vista estrutural da SSP Conclusão Os testes mostraram que a SSP, devido aos seus baixos movimentos, não exige grande tensões nos risers, diminuindo a fadiga e aumentando o seu tempo de vida. O pequeno movimento relativo entre a SSP e o navio tanque, observado nos testes de off-loading, provaram a segurança no descarregamento de uma unidade SSP [4]. Esta plataforma oferece boas soluções para os diversos problemas enfrentados na área offshore. Entre suas vantagens destacam-se: Sem uso de Turret; Grande convés, facilitando o arranjo estrutural da planta de produção; 15

16 Grande capacidade de armazenamento; Tanques de lastro segregado; Excelentes movimentos; Alto nível de segurança MonoBR Introdução A MonoBR é uma plataforma do tipo monocoluna, conceito inovador que vem sendo estudado em alguns centros de desenvolvimento ao redor do mundo. Este tipo de construção prima pela segurança e flexibilidade, apresentando vantagens competitivas frente aos conceitos atuais de plataformas sem e com armazenamento de petróleo. O conceito vem sendo desenvolvido pela USP, através dos grupos TPN (Tanque de Provas Numérico) e Oceânica, ambos internos ao Departamento de Engenharia Naval e Oceânica da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Den-Epusp [5]. Forma A plataforma tem um casco em forma de coluna com um grande diâmetro em relação ao seu pontal. Assim, com uma grande área no convés, pode-se ter um abrangente espaço para locação da planta de processamento, heliponto, lança do flare, guindastes e acomodações. Esta é a principal diferença marcante deste conceito quando comparada à plataforma Spar. Projetada para um deslocamento de mais de 120 mil toneladas, com largura de aproximadamente 70 metros no corpo principal e calado de 45 metros, suficientes para suportar uma planta de processo de mais de 35 mil toneladas (adequada para a produção 16

17 de 200 mil barris de óleo pesado por dia), estando entre as maiores já projetadas no mundo [5]. Figura Ilustração da Mono-BR em operação Movimentos Um dos principais focos no desenvolvimento do projeto MonoBR foi a obtenção de um excelente comportamento em ondas, superior a outras concepções equivalentes. Como resultado, obteve-se na região de períodos de ondas até 18 s movimentos da ordem de 15% da altura das ondas. Isso significa que, para um mar de altura centenária (8m), a plataforma terá movimento vertical de aproximadamente 1m. Característica melhor que de uma semi-submersível [5]. 17

18 Para atingir tal característica o casco foi desenvolvido baseado em estudos hidrodinâmicos complexos, sendo sua forma concebida de modo que a força de ondas no casco fosse minimizada, em todos os graus de liberdade [5]. Além do formato do casco, dispositivos redutores de movimento, chamados de saia e de moonpool, foram dimensionados para melhorar ainda mais esta característica. A saia é uma estrutura na parte inferior do casco, que produz efeitos semelhantes às bolinas de navios, aumentando a massa adicional e o amortecimento do sistema. Por se tratar de um sistema estacionário, sua dimensão não fica limitada à resistência ao avanço, e sim à limitações estruturais. O moonpool também é baseado em sistemas já conhecidos, sendo utilizado para a passagem de equipamentos em navios de perfuração. Seu dimensionamento usual é feito de modo que o movimento interno da água seja mínimo. Já o moonpool da MonoBR, visa um comportamento distinto, atuando como um redutor passivo de movimentos, devido à uma diferença de fase entre os movimentos de heave da plataforma e da água interna ao moonpool, semelhante a um sistema massa-mola. Essa defasagem é provocada pela inclusão de uma restrição de área no fundo do tanque, alterando a dinâmica da água interna [5]. Com movimentos baixos viabilizados, além do aumento da vida de fadiga, existe a possibilidade de utilização de risers de maiores diâmetros e espessuras de isolamento térmico, sejam eles flexíveis ou SCR [5]. Segurança Outro ponto abordado com muita ênfase no projeto foi a segurança. A plataforma atende a critérios internacionais em estabilidade intacta e avariada, na qual apresenta grande reserva, devido às características do casco. Além disso, é possível retornar a condição sem inclinação após uma avaria apenas com a movimentação de lastro [5]. Pontos como a passagem de tubulações também foram abordados. Toda a tubulação deverá passar por fora do casco, seja dentro do moonpool ou ao lado do costado. Isso evita a inundação de tanques caso alguma tubulação se rompa [5]. 18

19 Instalação Assim como a SSP, essa plataforma também seria transportada do estaleiro ao campo de atuação, completamente pronta, por um navio tipo cegonha. Características da operação, como o pull-in dos risers e hook-up da ancoragem também receberam atenção. Através da colaboração de engenheiros de campo da Petrobrás, foi desenvolvido um sistema que simplifica essa instalação, deixando-a mais ágil e econômica [5]. A fim de contribuir na alavancagem da indústria naval brasileira, manteve-se, desde o início do projeto, a possibilidade de construção do casco e do convés no Brasil. Para isso, o projeto levou em consideração as capacidades dos canteiros e estaleiros existentes, para que a construção fosse possível sem grandes modificações nas facilidades [5]. Tal fato reduz o custo de construção, além de permitir a alocação de mão-de-obra brasileira e a geração de divisas ao país. Outro fator importante é a diminuição do prazo de entrega do casco, aumentado quando existe a necessidade de transporte de outro local de construção para o Brasil. Todas essas vantagens permitem a redução do tempo desde o início da construção até o primeiro óleo [5]. Além de estar inovando no produto, o projeto MonoBR é também diferenciado no modo em que está sendo conduzido. Utilizando conceitos de gerenciamento de projetos baseados em engenharia simultânea, foi possível integrar os colaboradores, cada um contribuindo com a sua especialidade. A Petrobrás, através do Cenpes, contribuiu com a orientação dos grupos, utilizando sua experiência adquirida em projetos anteriores; a USP, através do conhecimento agregado em pesquisas e desenvolvimentos oceânicos, participou como executora. O IPT apoiou o projeto na realização de ensaios com modelos reduzidos [5]. Além destas três principais instituições envolvidas, foram agregadas empresas privadas para participar da execução deste projeto, além de engenheiros de campo da Petrobrás que contribuíram com sua experiência, trazendo para a MonoBR uma filosofia segura de instalação e operação [5]. 19

20 Conclusão Desde o início do desenvolvimento, procurou-se trazer para a fase conceitual a maioria dos problemas que podem ocorrer ao longo do projeto completo. A grande vantagem é efetuar as modificações necessárias quando os gastos para corrigi-las ainda são baixos, diminuindo as horas de retrabalho e, conseqüentemente, o custo final do empreendimento. Para atingir objetivos tão ambiciosos foi empregada uma metodologia de gerenciamento de projetos rígida, na qual reuniões sistemáticas eram realizadas entre todas as disciplinas envolvidas. Cronogramas sempre atualizados foram mantidos e acompanhados, além de uma equipe dedicada integralmente a este trabalho [5]. Estes itens possibilitaram que as metas definidas fossem atendidas, e o produto saísse exatamente como o esperado pela Petrobrás. Apoiada no desenvolvimento de novos conceitos de plataforma, a Petrobrás prepara-se para explorar reservatórios localizados em águas ultraprofundas e, com isso, vencer o desafio de produzir óleo pesado a mais de dois mil metros de profundidade [5]. Figura Detalhes ilustrativo da Mono-BR 20

21 3-Metodologia de Projeto O projeto se iniciou a partir de uma extensa pesquisa bibliográfica cujo objetivo era estudar as principais características dos conceitos mono-coluna mencionados, como também, compará-los com outros tipos de estruturas oceânicas para aplicações em águas profundas, destacando suas principais vantagens e desvantagens, resumidas na seguinte tabela: Tabela 3.1-Comparação entre plataformas em operação [3] FPSO SPAR SEMI-SUB TLP Facilidade transporte e instalação Capacidade de perfuração Completação seca Capacidade de armazenamento Baixo movimento de Heave Baixo custo de fabricação Na seqüência do projeto nos detivemos no estudo e desenvolvimento de plataformas tipo Spar, baseado no método Solution-Focused Design (SFD). O método Solution-Focused Design adota uma combinação dos procedimentos esboçados por Jones (1984) e por Cross (1991), trazendo o processo creativo na fase da definição do produto. Isto implica em usar o processo de brainstorming na definição do produto. Este procedimento permite a intercalação do raciocínio indutivo ao raciocínio dedutivo, na fase analítica do projeto, encontrando as melhores correlações entre especificações de desempenho e modalidades de falha, onde idéias novas são geradas [6]. Os esboços realizados no brainstorming são trazidos ao estágio mais adiantado do processo de projeto para ajudar a definir melhor o produto. A metodologia resultante é representada por um fluxograma interativo do processo de projeto [6]. 21

22 Plataforma Spar O conceito Spar para aplicações em petróleo é novo ainda. Apenas três plataformas de produção estão em operação, sendo que somente uma (Brent Spar) possui capacidade de armazenamento. Tem-se então, a caracterização de um problema mal-definido, segundo Cross [7]. Sendo assim, utilizando-se a técnica denominada Projeto com Foco na Solução desejou-se estudar concepções distintas de Spar s e compará-las com outros modelos de mono-colunas existentes (Sevan e Mono-BR), avaliando através dos resultados obtidos aquela que melhor atenda as especificações de projeto, quais sejam: - Campo de atuação: Marlim Sul - Lâmina d água de operação: 1250 m - Produção de óleo: bpd - Número de poços: 18 completação seca + 5 poços satélites - Capacidade de estocagem: barris OBS: A relação entre barris de óleo e 1 m³ é: 1 m³ 6.29 barris Desse modo, pode-se calcular o volume máximo de armazenamento como sendo: barris 6.29 barris = ,51 m³ Das especificações do projeto, foram desenvolvidos esboços (sketchings) de plataformas tipo Spar indicando, porém, possíveis melhorias em suas formas a fim de minimizar os movimentos e melhorar o transporte / instalação. Após a realização do Brainstorming, foram listados e classificados os principais fatores de projeto encontrados. Esta classificação se divide em: - Variável Livre (VL): refere-se, basicamente, aos dados de entrada do projeto que dão informações a respeito da capacidade de armazenamento desejada e local de operação; - Variável Dependente: refere-se aos fatores que podem assumir condições de Restrição (R), Configuração (C) ou Desempenho (D). 22

23 A tabela abaixo apresenta os fatores de projeto e suas respectivas classificações: Tabela 3.2-Fatores de Projeto Fatores Cenário (VL) Movimentos (R) Forma (C) Air Gap (R) Estrutura (R) Compartimentação (C) Arranjo Geral (C) Peso e CG (R) Hidrostáticas e Curvas Cruzadas (R) Estabilidade (R) Amarração (D) Passeio (D) Transporte, Verticalização e Montagem (D) Planta de Processo (C) Calado (R) 23

24 Em seguida, foi montada uma matriz de interação, apresentada na tabela 3.3, onde é possível visualizar qual fator de projeto é requisito do outro, identificando assim, aqueles de maior importância e ordenando o processo de projeto. Tabela 3.3-Matriz de Interação Fatores ) Cenário x x x 2) Movimentos x x x x x x x x x x 3) Forma x x x 4) Air Gap x 5) Estrutura x x x x x 6) Compartimentação x x 7) Arranjo Geral x x 8) Peso e CG x x x x 9) Hidrostáticas e Curvas Cruzadas x 10) Estabilidade x 11) Amarração x 12) Passeio 13) Transporte, Verticalização e Montagem 14) Planta de Processo 15) Calado Finalizando essa parte inicial da modelação da solução chegou-se ao fluxograma de projeto, apresentado na figura abaixo, com todas as iterações e interações entre os fatores de projeto. 24

25 Fluxograma de Projeto Iteração Interação Figura 3.4-Fluxograma de Projeto 25

26 Plataforma Spar Nova Uma primeira variação do conceito Spar que teve adicionado em sua forma básica, na altura da linha d água, uma praia com o intuito de aumentar a massa adicional minimizando o movimento de Roll da plataforma. Este conceito possui a desvantagem, como a Spar Clássica, de ter o reboque dificultado devido ao alto tamanho do seu pontal e, principalmente, devido ao acréscimo da aba na plataforma. Sendo assim, a parte com aba seria unida ao restante da estrutura cilíndrica no local de operação por um navio cegonha. Plataforma Spar Elíptica Também foi proposta uma segunda modificação, dessa vez alterando a seção circular da plataforma Spar Clássica por uma seção elíptica. Esta forma (tina com bases elípticas) teria o intuito de diminuir o efeito provocado pelo VIV, uma vez que a geometria do seu casco não apresenta seção circular. Este conceito também teria a vantagem de ser rebocada ao local de operação deitada com baixa resistência ao avanço quando comparada à Spar ou ainda, poderia ser estudada a possibilidade de ser rebocada na posição vertical com os conveses instalados. 4-Eixos de Referência Os cálculos realizados em planilhas Excel, referentes à plataforma Spar Clássica, foram adaptados aos outros conceitos em estudo visando o aperfeiçoamento da forma. Esses cálculos, caso não haja alguma observação, seguem os eixos de referência posicionados na Linha de Centro (LC) e Linha de Base (LB) das mono-colunas, como mostrado nas figuras a seguir. 26

27 Figura 4.1-Vista Superior da Plataforma Spar Figura 4.2-Vista Lateral da Plataforma Spar 27

28 5-Projeto das Plataformas Em uma mono-coluna a geração do casco é função dos tanques internos e do peso do convés. Para defini-lo, primeiro estipulam-se os diâmetros externo e interno dos cilindros que compõem o casco da plataforma. Conhecidos os diâmetros, resta estipular uma altura para cada tanque da plataforma. O tanque de carga, por exemplo, depende da capacidade de óleo a ser armazenada logo, a divisão desse volume pela área transversal do casco resultará na altura total desse tanque. Assim, a altura final da plataforma (pontal) será a soma das alturas encontradas para os tanques de lastro fixo, lastro variável, flutuação e armazenamento. Tais valores encontram-se alocados no rosto de entrada de cada planilha: Tabela Plataforma Spar Clássica Dimensões Principais Raio Externo m Área Transversal Raio Interno m m² Cap. de Armazenamento m³ Compartimentos Densidade (t/m³) No. de Tanques No. de por Nível Níveis Perm. Tanque de Flutuação Tanque de Carga Tanque de Lastro Fixo Tanque de Lastro Variável Sup Tanque de Lastro Variável Inf Altura dos Tanques de Flutuação m Altura dos Tanques de Carga m Altura dos Tanques de Lastro Fixo m Altura dos Tanques de Lastro Variável (Sup.) m Altura dos Tanques de Lastro Variável (Inf.) m Altura Total (Pontal) m Referência do CG: LCG e TCG na LC; KG na LB 28

29 Tabela Plataforma Sevan SSP Dimensões Principais Raio Externo (RE) m Raio Interno (RI, moonpool) 1.50 m Dist. Radial Antepara L m Dist. Radial Antepara L m Espessura E1 TLV 2.00 m Espessura E2 TLV 1.00 m Cap. de Armazenamento m³ Altura de expansão do TLV (Inf.) m Área Transversal (RE - RI) m² Raio da Aba (TLF) m Compartimentos Densidade (t/m³) No. de Tanques No. de por Nível Níveis Perm. Tanque de Flutuação Tanque de Carga Externos / Internos Tanque de Lastro Fixo (TLF) Tanque de Lastro Variável (TLV) Altura dos Tanques de Flutuação 0.00 m Altura dos Tanques de Carga (=TLV) m Altura dos Tanques de Lastro Fixo 4.00 m Altura Total (Pontal) m Referência do CG: LCG e TCG na LC; KG na LB Tabela Plataforma Spar-Nova Dimensões Principais Raio Externo m Área Transversal Raio Interno m m² Cap. de Armazenamento m³ Compartimentos Densidade (t/m³) No. de Tanques por No. de Nível Níveis Perm. Tanque de Flutuação Tanque de Carga Tanque de Lastro Fixo Tanque de Lastro Variável Sup Tanque de Lastro Variável Inf Altura dos Tanques de Flutuação 4.00 m Altura dos Tanques de Carga m Altura dos Tanques de Lastro Fixo m Altura dos Tanques de Lastro Variável (Sup.) 8.00 m Altura dos Tanques de Lastro Variável (Inf.) m Altura Total (Pontal) m Referência do CG: LCG e TCG na LC; KG na LB 29

30 Tabela Plataforma Spar-Elíptica Dimensões Principais Área Transversal Raio Interno (moonpool) m m² Cap. de Armazenamento m³ Compartimentos Densidade (t/m³) No. de Tanques por No. de Nível Níveis Perm. Tanque de Flutuação Tanque de Carga Tanque de Lastro Fixo Tanque de Lastro Variável Sup Tanque de Lastro Variável Inf Altura dos Tanques de Flutuação m Altura dos Tanques de Carga m Altura dos Tanques de Lastro Fixo m Altura dos Tanques de Lastro Variável (Sup.) m Altura dos Tanques de Lastro Variável (Inf.) 0.00 m Altura Total (Pontal) m Referência do CG: LCG e TCG na LC; KG na LB OBS: Os valores das dimensões principais utilizados para a plataforma Mono-BR foram retirados de [8]. 30

31 5.1-Peso Leve e Arranjo Geral do Convés Com o pontal e os diâmetros estimados, em relação aos respectivos conceitos originais, tem-se então um casco preliminar definido para cada modelo a ser estudado. Com isso, é possível obter as características hidrostáticas do mesmo, bem como determinar o peso de aço e as coordenadas do centro de gravidade. O passo seguinte refere-se à definição dos equipamentos de convés e obtenção dos seus respectivos pesos. Tais equipamentos devem ser posicionados de forma a não permitir que a plataforma sofra qualquer tipo de inclinação, ou seja, deve-se garantir que o arranjo destes itens conduza o centro de gravidade transversal e longitudinal do convés para um valor bem próximo do zero. O cálculo do peso do convés começou pela listagem dos equipamentos e estruturas comuns em uma plataforma de produção. Como, inicialmente, não se conheciam as dimensões nem especificações dos equipamentos, alguns pesos tiveram de ser estimados de uma plataforma Spar semelhante. Com a evolução do projeto, e as interações sendo feitas, tais equipamentos puderam ser dimensionados e suas características obtidas dos manuais dos fabricantes, permitindo assim o refinamento do cálculo do peso. Com o dimensionamento do arranjo geral e o casco preliminar definido é possível estimar o peso leve da plataforma. Quanto ao peso estrutural total (incluindo os elementos primários e secundários) este foi calculado como sendo um acréscimo de 10% no peso do chapeamento do casco para cada conceito, considerando fixadas a densidade do aço utilizado 7850 kg/m³ e espessura superestimada de 45 mm dos chapeamentos. OBS: A partir da configuração final encontrada foram feitas adaptações no posicionamento dos equipamentos de convés, a fim de obter um melhor arranjo geral para cada conceito. 31

32 A configuração final encontrada para a plataforma Spar, assim como para as demais plataformas, apresenta dois decks de 71 x 83 metros: - No deck 1 chegam os risers de produção os quais se conectam com as árvores de natal secas. Também presentes neste deck estão os tanques com consumíveis (4 tanques de água potável e 4 tanques de óleo diesel), cujo arranjo teve como objetivo tornar zero a influência destes no posicionamento do centro de gravidade. - No deck 2, situado 5,60 metros acima, estão localizados a maior parte dos equipamentos presentes na plataforma incluindo a planta de processo e a superestrutura. deck 2. As figuras a seguir mostram, em detalhe, as configurações obtidas no deck 1 e no Figura Deck 1 32

33 Figura Deck 2 Com o dimensionamento do arranjo geral e o casco preliminar definido é possível estimar o peso leve das mono-colunas. É importante frisar que o peso do chapeamento do casco varia dependendo do conceito a ser estudado, ou seja, este foi calculado como sendo a área lateral do casco de cada modelo multiplicado pela densidade do aço e espessura do chapeamento. A partir deste valor temos o peso estrutural do casco da plataforma em estudo, considerando 10% para os reforços primários e secundários. Logo, para o calculo do peso leve final temos: Peso Leve = 1.1*(Chapeamento do Casco )+ Peso dos Equipamentos de Convés As tabelas a seguir apresentam uma descrição dos itens de peso leve e CG encontrados para cada conceito. 33

34 Tabela Peso Leve e CG (Spar) Item Peso (t) Xg (m) Yg (m) Zg (m) Casco 18876,44 0,00 0,00-101,68 Deck ,00 0,00 0,00 6,50 Deck ,00 0,00 0,00 0,90 Superestrutura 394,43-23,00-10,60 11,30 Heliponto 70,00-33,33 6,66 11,31 Planta de Processo 4500,00 20,26 0,00 11,80 Guindaste 1 160,00-20,30 41,00 8,00 Guindaste 2 160,00 20,30-41,00 8,00 Lança do Flare 30,00 36,60 40,66 8,30 Praça de Bombas 150,00-7,93 0,00 7,80 Salvatagem 1 35,00 0,00-42,00 7,80 Salvatagem 2 35,00 0,00 42,00 7,80 Água Destilada 0,15 0,00 0,00 8,00 Tq de Óleo Diesel 1 277,51-18,32-39,50 2,55 Tq de Óleo Diesel 2 277,51-33,50 18,25 2,55 Tq de Óleo Diesel 3 277,51 18,32 39,50 2,55 Tq de Óleo Diesel 4 277,51 33,50-18,25 2,55 Tq de Água Potável 1 414,00-33,43-18,25 2,55 Tq de Água Potável 2 414,00-18,32 39,50 2,55 Tq de Água Potável 3 414,00 33,43 18,25 2,55 Tq de Água Potável 4 414,00 18,32-39,50 2,55 Bombas 210,10 0,00 0,00-156,90 Ancoragem 7013,25 0,00 0,00-130,00 Geradores 16,25-26,60 27,33 7,80 Outfit (10% peso total) 3719,67-21,00 0,60 4,00 Peso Leve (t) Mx My Mz Total 40916, ,27 180, ,36 Xg (m) Yg (m) Zg (m) Centro de Gravidade 0,00 0,00 103,81 34

35 Tabela Peso Leve e CG (Sevan) Item Peso (t) Xg (m) Yg (m) Zg (m) Casco 5309,95 0,00 0,00-22,34 Deck 2 0,00 0,00 0,00 0,00 Deck ,00 0,00 0,00 0,90 Superestrutura 394,43-45,50-10,60 11,30 Heliponto 70,00-50,50 6,66 11,31 Planta de Processo 4500,00 17,00 0,00 11,80 Guindaste 1 160,00-40,50 41,00 8,00 Guindaste 2 160,00 40,50-41,00 8,00 Lança do Flare 30,00 60,00 40,66 8,30 Praça de Bombas 150,00-7,93 0,00 7,80 Salvatagem 1 35,00 0,00-42,00 7,80 Salvatagem 2 35,00 0,00 42,00 7,80 Água Destilada 0,15 0,00 0,00 8,00 Tq de Óleo Diesel 1 277,51-18,32-39,50 2,55 Tq de Óleo Diesel 2 277,51-33,50 18,25 2,55 Tq de Óleo Diesel 3 277,51 18,32 39,50 2,55 Tq de Óleo Diesel 4 277,51 33,50-18,25 2,55 Tq de Água Potável 1 414,00-33,43-18,25 2,55 Tq de Água Potável 2 414,00-18,32 39,50 2,55 Tq de Água Potável 3 414,00 33,43 18,25 2,55 Tq de Água Potável 4 414,00 18,32-39,50 2,55 Bombas 210,10 0,00 0,00-156,90 Ancoragem 7013,25 0,00 0,00-130,00 Geradores 16,25-26,60 27,33 7,80 Outfit (10% peso total) 2363,02-23,00 0,60 4,00 Peso Leve (t) Mx My Mz Total 25993,18 847,30-633, ,10 Xg (m) Yg (m) Zg (m) Centro de Gravidade 0,00 0,00 22,69 35

36 Tabela Peso Leve e CG (Spar-Nova) Item Peso (t) Xg (m) Yg (m) Zg (m) Casco 17066,43 0,00 0,00-91,93 Deck ,00 0,00 0,00 6,50 Deck ,00 0,00 0,00 0,90 Superestrutura 394,43-23,00-10,60 11,30 Heliponto 70,00-33,33 6,66 11,31 Planta de Processo 4500,00 20,26 0,00 11,80 Guindaste 1 160,00-20,30 41,00 8,00 Guindaste 2 160,00 20,30-41,00 8,00 Lança do Flare 30,00 36,60 40,66 8,30 Praça de Bombas 150,00-7,93 0,00 7,80 Salvatagem 1 35,00 0,00-42,00 7,80 Salvatagem 2 35,00 0,00 42,00 7,80 Água Destilada 0,15 0,00 0,00 8,00 Tq de Óleo Diesel 1 277,51-18,32-39,50 2,55 Tq de Óleo Diesel 2 277,51-33,50 18,25 2,55 Tq de Óleo Diesel 3 277,51 18,32 39,50 2,55 Tq de Óleo Diesel 4 277,51 33,50-18,25 2,55 Tq de Água Potável 1 414,00-33,43-18,25 2,55 Tq de Água Potável 2 414,00-18,32 39,50 2,55 Tq de Água Potável 3 414,00 33,43 18,25 2,55 Tq de Água Potável 4 414,00 18,32-39,50 2,55 Bombas 210,10 0,00 0,00-156,90 Ancoragem 7013,25 0,00 0,00-130,00 Geradores 16,25-26,60 27,33 7,80 Outfit (10% peso total) 3538,67-21,00 0,60 4,00 Peso Leve (t) Mx My Mz Total 38925, ,29 72, ,37 Xg (m) Yg (m) Zg (m) Centro de Gravidade 0,00 0,00 92,20 36

37 Tabela Peso Leve e CG (Spar-Elíptica) Item Peso (t) Xg (m) Yg (m) Zg (m) Casco 6632,17 0,00 0,00-55,00 Deck ,00 0,00 0,00 6,50 Deck ,00 0,00 0,00 0,90 Superestrutura 394,43-23,00-10,60 11,30 Heliponto 70,00-33,33 6,66 11,31 Planta de Processo 4500,00 20,26 0,00 11,80 Guindaste 1 160,00-20,30 41,00 8,00 Guindaste 2 160,00 20,30-41,00 8,00 Lança do Flare 30,00 36,60 40,66 8,30 Praça de Bombas 150,00-7,93 0,00 7,80 Salvatagem 1 35,00 0,00-42,00 7,80 Salvatagem 2 35,00 0,00 42,00 7,80 Água Destilada 0,15 0,00 0,00 8,00 Tq de Óleo Diesel 1 277,51-18,32-39,50 2,55 Tq de Óleo Diesel 2 277,51-33,50 18,25 2,55 Tq de Óleo Diesel 3 277,51 18,32 39,50 2,55 Tq de Óleo Diesel 4 277,51 33,50-18,25 2,55 Tq de Água Potável 1 414,00-33,43-18,25 2,55 Tq de Água Potável 2 414,00-18,32 39,50 2,55 Tq de Água Potável 3 414,00 33,43 18,25 2,55 Tq de Água Potável 4 414,00 18,32-39,50 2,55 Bombas 210,10 0,00 0,00-156,90 Ancoragem 7013,25 0,00 0,00-130,00 Geradores 16,25-26,60 27,33 7,80 Outfit (10% peso total) 2495,24-21,00 0,60 4,00 Peso Leve (t) Mx My Mz Total 27447, ,24-553, ,53 Xg (m) Yg (m) Zg (m) Centro de Gravidade 0,00 0,00 49,65 OBS: As referências X, Y e Z para os itens de peso leve dispostos nos conveses estão localizados no centro do deck 1. Os demais cálculos, assim como o CG, tem referência na LB e LC da mono-coluna. OBS: Todos os dados da plataforma Mono-BR usados neste trabalho foram retirados de [8]. 37

38 Tabela Dimensões principais e Dados de peso leve da plataforma Mono-BR (Itapoã)[8] 38

39 5.2-Forma e Compartimentação As plataformas mono-coluna caracterizam-se por possuírem a forma singular de um casco cilíndrico assentado verticalmente na água. Os conceitos em estudo se distinguem por possuírem formas variadas deste casco. O conceito Spar apresenta um longo casco cilíndrico quando comparado aos outros conceitos tendo, porém, a desvantagem de possuir menor área de convés. Já a plataforma Mono-BR se diferencia da Sevan por apresentar uma estrutura em forma de tronco de cone na altura da linha d água, com a finalidade de minimizar o efeito do comportamento em onda nesta região. Neste projeto, os cascos das mono-colunas tiveram suas dimensões principais (diâmetro externo e pontal) estimadas de plataformas semelhantes, como é o caso da plataforma Spar Clássica ou retiradas de papers internacionais, caso da Sevan e Mono- BR. Os tanques foram divididos, basicamente, em quatro parcelas: - Tanque de Flutuação; - Tanque de Carga ou Armazenamento; - Tanque de Lastro Variável; - Tanque de Lastro Fixo. Como mencionado anteriormente, a altura do tanque de carga resultou da divisão entre a quantidade de óleo que se deseja armazenar pela área da seção do casco. Todos os conceitos, com exceção da Spar Clássica e da Nova Spar, apresentam tanques de lastro segregado. No caso da Spar, imaginou-se que o tanque de lastro devia ser suficientemente grande para manter a estabilidade da plataforma quando em lastro e carga. Porém, a avaliação hidrostática mostrou que para a manutenção da altura metacêntrica (GM) positiva, a altura desse tanque deveria ser muito próxima da altura do tanque de armazenamento, o que logicamente contribuiria para o aumento excessivo do pontal. Por esse motivo, foi necessário mudar a concepção dos tanques de carga da plataforma tipo Spar, de forma que armazenassem óleo e água do mar alternadamente. Assim, na condição de carga total a plataforma teria somente óleo nesse tanque. Durante a operação de offloading, o óleo passado ao navio aliviador seria substituído, gradativamente, pela água do mar. 39

40 O comprimento do tanque de flutuação também foi, primeiramente, proposto pelo projetista. Do mesmo modo que o anterior, no decorrer do projeto foi sofrendo alterações motivadas pelo valor de calado desejado para a plataforma. Tal calado deveria ficar sempre localizado na região limitada pelo tanque de flutuação, de modo a proteger a região da carga no caso de uma colisão. Os tanques de lastro variável foram os últimos a serem determinados sendo função apenas da variação de calado. O diâmetro interno de cada plataforma também sofreu alterações conforme variava o conceito. Sua redução aumentava a flutuabilidade e diminuía o calado, o que contribuía para a redução no valor de GM. Por outro lado seu acréscimo, apesar de favorecer a estabilidade, acarretava no aumento da altura dos tanques e conseqüentemente da plataforma. Durante todo o processo de geração da forma dos cascos buscou-se a dimensão ótima através da alteração das alturas e dos diâmetros. OBS: Para agilizar as alterações requeridas nas mono-colunas foi elaborada uma planilha que após receber as alturas dos tanques e pesos sobre o convés, estima o peso final do casco e calcula o centro de gravidade. As figuras abaixo apresentam os perfis de cada conceito e as seções em cada região. Figura Arranjo dos Tanques da Plataforma Spar 40

41 Figura Arranjo dos Tanques da Plataforma Sevan Figura Arranjo dos Tanques da Plataforma Mono-BR 41

42 Figura Arranjo dos Tanques da Nova Spar Figura Arranjo dos Tanques da Spar Elíptica 42

43 5.3-Condições de Carregamento Em nível de comparação dos modelos foi definida apenas uma condição de carregamento (Carga Total). Tal condição carrega completamente os tanques de armazenamento, tanques de lastro fixo e lastro variável. Ou seja, a comparação dos movimentos ocorre na condição mais extrema de operação das plataformas. Tabela Condição de Carregamento Analisada Condição de Carregamento Carga Total Tanques de Armazenamento % Cheio (0 de água do mar) Tanques de Lastro Fixo 100 Tanques de Lastro Variável 100 Tanques de Flutuação 0 A seguir, temos as planilhas Excel realizadas no decorrer do trabalho com a condição de carregamento mencionada acima para cada tanque das mono-colunas estudadas. 43

44 Spar Clássica: Tabela Carregamento dos Tanques de Flutuação da Plataforma Spar Clássica Fluido: % de Água No. total de níveis: 2 Tanques de Flutuação % Cheio Volume (m³) Peso (t) Xg (m) Yg (m) Zg (m) Tanque de Flutuação 1 0,00 0,00 0,00 21,62 8,96 182,36 Tanque de Flutuação 2 0,00 0,00 0,00 8,96 21,62 182,36 Tanque de Flutuação 3 0,00 0,00 0,00-8,96 21,62 182,36 Tanque de Flutuação 4 0,00 0,00 0,00-21,62 8,96 182,36 Tanque de Flutuação 5 0,00 0,00 0,00-21,62-8,96 182,36 Tanque de Flutuação 6 0,00 0,00 0,00-8,96-21,62 182,36 Tanque de Flutuação 7 0,00 0,00 0,00 8,96-21,62 182,36 Tanque de Flutuação 8 0,00 0,00 0,00 21,62-8,96 182,36 Tanque de Flutuação 9 0,00 0,00 0,00 21,62 8,96 192,86 Tanque de Flutuação 10 0,00 0,00 0,00 8,96 21,62 192,86 Tanque de Flutuação 11 0,00 0,00 0,00-8,96 21,62 192,86 Tanque de Flutuação 12 0,00 0,00 0,00-21,62 8,96 192,86 Tanque de Flutuação 13 0,00 0,00 0,00-21,62-8,96 192,86 Tanque de Flutuação 14 0,00 0,00 0,00-8,96-21,62 192,86 Tanque de Flutuação 15 0,00 0,00 0,00 8,96-21,62 192,86 Tanque de Flutuação 16 0,00 0,00 0,00 21,62-8,96 192,86 0,00 Tabela Carregamento dos Tanques de Lastro Variável Superior da Plataforma Spar Clássica Fluido: % de Água No. total de níveis: 1 Tanques de Lastro Var. Sup. % Cheio Volume (m³) Peso (t) Xg (m) Yg(m) Zg (m) Tq Lasto Var. Superior 1 100, , ,57 18,75 7,77 177,11 Tq Lasto Var. Superior 2 100, , ,57 7,77 18,75 177,11 Tq Lasto Var. Superior 3 100, , ,57-7,77 18,75 177,11 Tq Lasto Var. Superior 4 100, , ,57-18,75 7,77 177,11 Tq Lasto Var. Superior 5 100, , ,57-18,75-7,77 177,11 Tq Lasto Var. Superior 6 100, , ,57-7,77-18,75 177,11 Tq Lasto Var. Superior 7 100, , ,57 7,77-18,75 177,11 Tq Lasto Var. Superior 8 100, , ,57 18,75-7,77 177, ,58 44

45 Tabela Carregamento dos Tanques de Carga (% Óleo) da Plataforma Spar Clássica Fluido: % de Óleo; entre (Óleo + Água) No. total de níveis: 3 Tanques de Carga % Cheio Volume (m³) Peso (t) Xg (m) Yg (m) Zg (m) Tanque de Carga 1 100, , ,00 15,76 11,45 58,64 Tanque de Carga 2 100, , ,00-6,02 18,53 58,64 Tanque de Carga 3 100, , ,00-19,49 0,00 58,64 Tanque de Carga 4 100, , ,00-6,02-18,53 58,64 Tanque de Carga 5 100, , ,00 15,76-11,45 58,64 Tanque de Carga 6 100, , ,00 15,76 11,45 103,93 Tanque de Carga 7 100, , ,00-6,02 18,53 103,93 Tanque de Carga 8 100, , ,00-19,49 0,00 103,93 Tanque de Carga 9 100, , ,00-6,02-18,53 103,93 Tanque de Carga , , ,00 15,76-11,45 103,93 Tanque de Carga , , ,00 15,76 11,45 149,22 Tanque de Carga , , ,00-6,02 18,53 149,22 Tanque de Carga , , ,00-19,49 0,00 149,22 Tanque de Carga , , ,00-6,02-18,53 149,22 Tanque de Carga , , ,00 15,76-11,45 149, ,00 Tabela Carregamento dos Tanques de Carga (% Água) da Plataforma Spar Clássica Fluido: % de Água; entre (Óleo + Água) No. total de níveis: 3 Tanques de Carga % Cheio Volume (m³) Peso (t) Xg (m) Yg (m) Zg (m) Tanque de Carga 1 0,00 0,00 0,00 15,76 11,45 36,00 Tanque de Carga 2 0,00 0,00 0,00-6,02 18,53 36,00 Tanque de Carga 3 0,00 0,00 0,00-19,49 0,00 36,00 Tanque de Carga 4 0,00 0,00 0,00-6,02-18,53 36,00 Tanque de Carga 5 0,00 0,00 0,00 15,76-11,45 36,00 Tanque de Carga 6 0,00 0,00 0,00 15,76 11,45 81,29 Tanque de Carga 7 0,00 0,00 0,00-6,02 18,53 81,29 Tanque de Carga 8 0,00 0,00 0,00-19,49 0,00 81,29 Tanque de Carga 9 0,00 0,00 0,00-6,02-18,53 81,29 Tanque de Carga 10 0,00 0,00 0,00 15,76-11,45 81,29 Tanque de Carga 11 0,00 0,00 0,00 15,76 11,45 126,58 Tanque de Carga 12 0,00 0,00 0,00-6,02 18,53 126,58 Tanque de Carga 13 0,00 0,00 0,00-19,49 0,00 126,58 Tanque de Carga 14 0,00 0,00 0,00-6,02-18,53 126,58 Tanque de Carga 15 0,00 0,00 0,00 15,76-11,45 126,58 0,00 45

46 Tabela Carregamento dos Tanques de Lastro Variável Inferior da Plataforma Spar Clássica Fluido: % de Água No. total de níveis: 1 Tanques de Lastro Var. Inf. % Cheio Volume (m³) Peso (t) Xg (m) Yg (m) Zg (m) Tq Lasto Var. Inferior 1 100, , ,16 15,76 11,45 30,00 Tq Lasto Var. Inferior 2 100, , ,16-6,02 18,53 30,00 Tq Lasto Var. Inferior 3 100, , ,16-19,49 0,00 30,00 Tq Lasto Var. Inferior 4 100, , ,16-6,02-18,53 30,00 Tq Lasto Var. Inferior 5 100, , ,16 15,76-11,45 30, ,81 Tabela Carregamento dos Tanques de Lastro Fixo da Plataforma Spar Clássica Fluido: % de Água No. total de níveis: 2 Tanques de Lastro Fixo % Cheio Volume (m³) Peso (t) Xg (m) Yg (m) Zg (m) Tanque de Lastro Fixo 1 100, , ,16 15,76 11,45 6,00 Tanque de Lastro Fixo 2 100, , ,16-6,02 18,53 6,00 Tanque de Lastro Fixo 3 100, , ,16-19,49 0,00 6,00 Tanque de Lastro Fixo 4 100, , ,16-6,02-18,53 6,00 Tanque de Lastro Fixo 5 100, , ,16 15,76-11,45 6,00 Tanque de Lastro Fixo 6 100, , ,16 15,76 11,45 18,00 Tanque de Lastro Fixo 7 100, , ,16-6,02 18,53 18,00 Tanque de Lastro Fixo 8 100, , ,16-19,49 0,00 18,00 Tanque de Lastro Fixo 9 100, , ,16-6,02-18,53 18,00 Tanque de Lastro Fixo , , ,16 15,76-11,45 18, ,62 46

47 Sevan (SSP): Tabela Carregamento dos Tanques de Carga Externos da Plataforma Sevan Fluido: % de Óleo No. de tanques: 8 Tanques de Carga Externos % Cheio Volume (m³) Peso (t) Xg (m) Yg(m) Zg (m) 1 100, , ,65 29,65 12,28 24, , , ,65 12,28 29,65 24, , , ,65-12,28 29,65 24, , , ,65-29,65 12,28 24, , , ,65-29,65-12,28 24, , , ,65-12,28-29,65 24, , , ,65 12,28-29,65 24, , , ,65 29,65-12,28 24, ,20 Tabela Carregamento dos Tanques de Carga Internos da Plataforma Sevan Fluido: % de Óleo No. de tanques: 8 Tanques de Carga Internos % Cheio Volume (m³) Peso (t) Xg (m) Yg(m) Zg (m) 1 100, , ,85 8,11 3,36 0, , , ,85 3,36 8,11 0, , , ,85-3,36 8,11 0, , , ,85-8,11 3,36 0, , , ,85-8,11-3,36 0, , , ,85-3,36-8,11 0, , , ,85 3,36-8,11 0, , , ,85 8,11-3,36 0, ,80 Tabela Carregamento dos Tanques de Lastro Variável Superior da Plataforma Sevan Fluido: % de Água No. total de tanques: 8 Tanques de Lastro Variável (Sup.) % Cheio Volume (m³) Peso (t) Xg (m) Yg (m) Zg (m) 1 100, , ,46 44,03 18,24 29, , , ,46 18,24 44,03 29, , , ,46-18,24 44,03 29, , , ,46-44,03 18,24 29, , , ,46-44,03-18,24 29, , , ,46-18,24-44,03 29, , , ,46 18,24-44,03 29, , , ,46 44,03-18,24 29, ,71 47

48 Tabela Carregamento dos Tanques de Lastro Variável Inferior da Plataforma Sevan Fluido: % de Água No. total de tanques: 8 Tanques de Lastro Variável (Inf.) % Cheio Volume (m³) Peso (t) Xg (m) Yg (m) Zg (m) 1 100, , ,78 43,61 18,06 9, , , ,78 18,06 43,61 9, , , ,78-18,06 43,61 9, , , ,78-43,61 18,06 9, , , ,78-43,61-18,06 9, , , ,78-18,06-43,61 9, , , ,78 18,06-43,61 9, , , ,78 43,61-18,06 9, ,26 Tabela Carregamento dos Tanques de Lastro Fixo da Plataforma Sevan Fluido: % de Água No. total de tanques: 1 Tanques de Lastro Fixo % Cheio Volume (m³) Peso (t) Xg (m) Yg (m) Zg (m) 1 100, , ,33 0,00 0,00 2, ,33 48

49 Spar Nova: Tabela Carregamento dos Tanques de Flutuação da Plataforma Spar Nova Fluido: % de Água No. total de níveis: 1 Tanques de Flutuação % Cheio Volume (m³) Peso (t) Xg (m) Yg (m) Zg (m) Tanque de Flutuação 1 0,00 0,00 0,00 18,17 13,20 179,86 Tanque de Flutuação 2 0,00 0,00 0,00-6,94 21,37 179,86 Tanque de Flutuação 3 0,00 0,00 0,00-22,46 0,00 179,86 Tanque de Flutuação 4 0,00 0,00 0,00-6,94-21,37 179,86 Tanque de Flutuação 5 0,00 0,00 0,00 18,17-13,20 179,86 0,00 Tabela Carregamento dos Tanques de Lastro Variável Superior da Plataforma Spar Nova Fluido: % de Água No. total de níveis: 1 % Cheio Volume (m³) Tanques de Lastro Var. Sup. Peso (t) Xg (m) Yg(m) Zg (m) Tq Lasto Var. Superior 1 100, , ,11 15,76 11,45 175,86 Tq Lasto Var. Superior 2 100, , ,11-6,02 18,53 175,86 Tq Lasto Var. Superior 3 100, , ,11-19,49 0,00 175,86 Tq Lasto Var. Superior 4 100, , ,11-6,02-18,53 175,86 Tq Lasto Var. Superior 5 100, , ,11 15,76-11,45 175, ,54 Tabela Carregamento dos Tanques de Carga (% Óleo) da Plataforma Spar Nova Fluido: % de Óleo; entre (Óleo + Água) No. total de níveis: 3 Tanques de Carga % Cheio Volume (m³) Peso (t) Xg (m) Yg (m) Zg (m) Tanque de Carga 1 100, , ,00 15,76 11,45 58,64 Tanque de Carga 2 100, , ,00-6,02 18,53 58,64 Tanque de Carga 3 100, , ,00-19,49 0,00 58,64 Tanque de Carga 4 100, , ,00-6,02-18,53 58,64 Tanque de Carga 5 100, , ,00 15,76-11,45 58,64 Tanque de Carga 6 100, , ,00 15,76 11,45 103,93 Tanque de Carga 7 100, , ,00-6,02 18,53 103,93 Tanque de Carga 8 100, , ,00-19,49 0,00 103,93 Tanque de Carga 9 100, , ,00-6,02-18,53 103,93 Tanque de Carga , , ,00 15,76-11,45 103,93 Tanque de Carga , , ,00 15,76 11,45 149,22 Tanque de Carga , , ,00-6,02 18,53 149,22 Tanque de Carga , , ,00-19,49 0,00 149,22 Tanque de Carga , , ,00-6,02-18,53 149,22 Tanque de Carga , , ,00 15,76-11,45 149, ,00 49

50 Tabela Carregamento dos Tanques de Carga (% Água) da Plataforma Spar Nova Fluido: % de Água; entre (Óleo + Água) No. total de níveis: 3 Tanques de Carga % Cheio Volume (m³) Peso (t) Xg (m) Yg (m) Zg (m) Tanque de Carga 1 0,00 0,00 0,00 15,76 11,45 36,00 Tanque de Carga 2 0,00 0,00 0,00-6,02 18,53 36,00 Tanque de Carga 3 0,00 0,00 0,00-19,49 0,00 36,00 Tanque de Carga 4 0,00 0,00 0,00-6,02-18,53 36,00 Tanque de Carga 5 0,00 0,00 0,00 15,76-11,45 36,00 Tanque de Carga 6 0,00 0,00 0,00 15,76 11,45 81,29 Tanque de Carga 7 0,00 0,00 0,00-6,02 18,53 81,29 Tanque de Carga 8 0,00 0,00 0,00-19,49 0,00 81,29 Tanque de Carga 9 0,00 0,00 0,00-6,02-18,53 81,29 Tanque de Carga 10 0,00 0,00 0,00 15,76-11,45 81,29 Tanque de Carga 11 0,00 0,00 0,00 15,76 11,45 126,58 Tanque de Carga 12 0,00 0,00 0,00-6,02 18,53 126,58 Tanque de Carga 13 0,00 0,00 0,00-19,49 0,00 126,58 Tanque de Carga 14 0,00 0,00 0,00-6,02-18,53 126,58 Tanque de Carga 15 0,00 0,00 0,00 15,76-11,45 126,58 0,00 Tabela Carregamento dos Tanques de Lastro Variável Inferior da Plataforma Spar Nova Fluido: % de Água No. total de níveis: 1 Tanques de Lastro Var. Inf. % Cheio Volume (m³) Peso (t) Xg (m) Yg (m) Zg (m) Tq Lasto Var. Inferior 1 100, , ,16 15,76 11,45 30,00 Tq Lasto Var. Inferior 2 100, , ,16-6,02 18,53 30,00 Tq Lasto Var. Inferior 3 100, , ,16-19,49 0,00 30,00 Tq Lasto Var. Inferior 4 100, , ,16-6,02-18,53 30,00 Tq Lasto Var. Inferior 5 100, , ,16 15,76-11,45 30, ,81 Tabela Carregamento dos Tanques de Lastro Fixo da Plataforma Spar Nova Fluido: % de Água No. total de níveis: 2 Tanques de Lastro Fixo % Cheio Volume (m³) Peso (t) Xg (m) Yg (m) Zg (m) Tanque de Lastro Fixo 1 100, , ,16 15,76 11,45 6,00 Tanque de Lastro Fixo 2 100, , ,16-6,02 18,53 6,00 Tanque de Lastro Fixo 3 100, , ,16-19,49 0,00 6,00 Tanque de Lastro Fixo 4 100, , ,16-6,02-18,53 6,00 Tanque de Lastro Fixo 5 100, , ,16 15,76-11,45 6,00 Tanque de Lastro Fixo 6 100, , ,16 15,76 11,45 18,00 Tanque de Lastro Fixo 7 100, , ,16-6,02 18,53 18,00 Tanque de Lastro Fixo 8 100, , ,16-19,49 0,00 18,00 Tanque de Lastro Fixo 9 100, , ,16-6,02-18,53 18,00 Tanque de Lastro Fixo , , ,16 15,76-11,45 18, ,62 50

51 Spar Elíptica: Tabela Carregamento dos Tanques de Flutuação da Plataforma Spar Elíptica Fluido: % de Água No. total de níveis: 1 Tanques de Flutuação % Cheio Volume (m³) Peso (t) Xg (m) Yg (m) Zg (m) Tanque de Flutuação 1 0,00 0,00 0,00 6,79 6,79 100,00 Tanque de Flutuação 2 0,00 0,00 0,00-6,79 6,79 100,00 Tanque de Flutuação 3 0,00 0,00 0,00-6,79-6,79 100,00 Tanque de Flutuação 4 0,00 0,00 0,00 6,79-6,79 100,00 0,00 Tabela Carregamento dos Tanques de Lastro Variável Superior da Plataforma Spar Elíptica Fluido: % de Água No. total de níveis: 1 Tanques de Lastro Var. Sup. % Cheio Volume (m³) Peso (t) Xg (m) Yg(m) Zg (m) Tq Lasto Var. Superior 1 0,00 0,00 0,00-0,85-0,85 90,00 Tq Lasto Var. Superior 2 0,00 0,00 0,00 0,85-0,85 90,00 Tq Lasto Var. Superior 3 0,00 0,00 0,00 0,85 0,85 90,00 Tq Lasto Var. Superior 4 0,00 0,00 0,00-0,85 0,85 90,00 0,00 Tabela Carregamento dos Tanques de Carga (% Óleo) da Plataforma Spar Elíptica Fluido: % de Óleo; entre (Óleo + Água) No. total de níveis: 4 Tanques de Carga % Cheio Volume (m³) Peso (t) Xg (m) Yg (m) Zg (m) Tanque de Carga 1 60, , ,00 0,00 6,79 24,00 Tanque de Carga 2 60, , ,00 0,00-6,79 24,00 Tanque de Carga 3 60, , ,00 0,00 6,79 44,00 Tanque de Carga 4 60, , ,00 0,00-6,79 44,00 Tanque de Carga 5 60, , ,00 0,00 6,79 64,00 Tanque de Carga 6 60, , ,00 0,00-6,79 64,00 Tanque de Carga 7 60, , ,00 0,00 6,79 84,00 Tanque de Carga 8 60, , ,00 0,00-6,79 84, ,00 51

52 Tabela Carregamento dos Tanques de Carga (% Água) da Plataforma Spar Elíptica Fluido: % de Água; entre (Óleo + Água) No. total de níveis: 4 Tanques de Carga % Cheio Volume (m³) Peso (t) Xg (m) Yg (m) Zg (m) Tanque de Carga 1 0,00 0,00 0,00 0,00 6,79 10,00 Tanque de Carga 2 0,00 0,00 0,00 0,00-6,79 10,00 Tanque de Carga 3 0,00 0,00 0,00 0,00 6,79 30,00 Tanque de Carga 4 0,00 0,00 0,00 0,00-6,79 30,00 Tanque de Carga 5 0,00 0,00 0,00 0,00 6,79 50,00 Tanque de Carga 6 0,00 0,00 0,00 0,00-6,79 50,00 Tanque de Carga 7 0,00 0,00 0,00 0,00 6,79 70,00 Tanque de Carga 8 0,00 0,00 0,00 0,00-6,79 70,00 0,00 Tabela Carregamento dos Tanques de Lastro Fixo da Plataforma Spar Elíptica Fluido: % de Água No. total de níveis: 1 Tanques de Lastro Fixo % Cheio Volume (m³) Peso (t) Xg (m) Yg (m) Zg (m) Tanque de Lastro Fixo 1 100, , ,06 6,79 6,79 5,00 Tanque de Lastro Fixo 2 100, , ,06-6,79 6,79 5,00 Tanque de Lastro Fixo 3 100, , ,06-6,79-6,79 5,00 Tanque de Lastro Fixo 4 100, , ,06 6,79-6,79 5, ,22 52

53 5.4-CG e Peso Total Finalmente com as estimativas finais de Peso Leve, Forma, Compartimentação e definida a Condição de Carregamento para a qual as plataformas estariam operando foi possível calcular, através da elaboração de uma planilha Excel para cada conceito, o peso total, as coordenadas do centro de gravidade e o calado dos respectivos modelos. A seguir, temos os resultados finais encontrados: Tabela CG e Peso Total (Spar Clássica) Plataforma Spar Clássica Xg Yg Zg Centro de Gravidade dos Tanques (m) 0,00 0,00 90,37 Centro de Gravidade dos Conveses (m) 0,05 0,01 164,82 Centro de Gravidade Final (m) 0,00 0,00 98,51 Peso dos Tanques (t) ,01 Peso dos Conveses (t) 22039,89 Peso Total (t) ,63 Calado de Operação (m) 199,57 Tabela CG e Peso Total (Sevan) Plataforma Sevan Xg Yg Zg Centro de Gravidade dos Tanques (m) 0,00 0,00 19,40 Centro de Gravidade dos Conveses (m) 0,04-0,03 2,97 Centro de Gravidade Final (m) 0,00 0,00 18,13 Peso dos Tanques (t) ,30 Peso dos Conveses (t) 20683,24 Peso Total (t) ,44 Calado de Operação (m) 28,36 53

54 Tabela CG e Peso Total (Mono-BR) Plataforma Mono-BR Xg Yg Zg Centro de Gravidade dos Tanques (m) 0,14 0,24 5,01 Centro de Gravidade dos Conveses (m) 0,58-2,15 56,10 Centro de Gravidade Final (m) 0,00 0,00 14,24 Peso dos Tanques (t) 12541,60 Peso dos Conveses (t) 4460,00 Peso Total (t) 37234,00 Calado de Operação (m) 42,00 Tabela CG e Peso Total (Spar Nova) Plataforma Spar Nova Xg Yg Zg Centro de Gravidade dos Tanques (m) 0,00 0,00 87,18 Centro de Gravidade dos Conveses (m) 0,23 0,00 144,97 Centro de Gravidade Final (m) 0,02 0,00 93,63 Peso dos Tanques (t) ,97 Peso dos Conveses (t) 21858,89 Peso Total (t) ,86 Calado de Operação (m) 177,31 54

55 Tabela CG e Peso Total (Spar Elíptica) Plataforma Spar Elíptica Xg Yg Zg Centro de Gravidade dos Tanques (m) 0,00 0,00 48,02 Centro de Gravidade dos Conveses (m) 1,29-0,03 68,96 Centro de Gravidade Final (m) 0,22 0,00 51,62 Peso dos Tanques (t) 96356,22 Peso dos Conveses (t) 20815,46 Peso Total (t) ,07 Calado de Operação (m) 100,58 A seguir, temos os resultados hidrostáticos encontrados pelo programa SSTAB [9]. Plataforma Spar Figura Propriedades Hidrostáticas (Spar Clássica) 55

56 Plataforma Sevan Figura Propriedades Hidrostáticas (Sevan) 56

57 Plataforma Mono-BR Figura Propriedades Hidrostáticas (Mono-BR) OBS: O calado mostrado na figura acima é apenas ilustrativo, não representando a condição de operação da plataforma. 57

58 Plataforma Nova Spar Figura Propriedades Hidrostáticas (Spar Nova) OBS: O calado mostrado na figura acima é apenas ilustrativo, não representando a condição de operação da plataforma. 58

59 Plataforma Spar Elíptica Figura Propriedades Hidrostáticas (Spar Elíptica) OBS: O calado mostrado na figura acima é apenas ilustrativo, não representando a condição de operação da plataforma. 59

60 5.5- Modelação Os próximos passos do projeto referem-se às modelações dos sistemas flutuantes em estudo. Desse modo, com base em informações dadas pelo arranjo geral foi possível obter a modelação gráfica de cada conceito em um programa computacional chamado Mesh Generator (MG) [9]. Com o auxílio das planilhas de peso leve e compartimentação, os cinco modelos propostos e rodados pelo MG serviram como dados de entrada para um outro programa chamado SSTAB [9]. Através deste programa é possível obter as curvas hidrostáticas, o calado de operação, a estabilidade e a matriz de massa para cada conceito. A seguir, ilustramos a saída gráfica do programa SSTAB para cada plataforma rodada e a respectiva indicação de linha d água para uma determinada condição de carregamento. Conceito Spar: Figura Vista Isométrica da Spar Clássica 60

61 Figura Vista Lateral e LDA de operação da Spar Clássica Figura Vista Superior da Spar Clássica 61

62 Conceito Sevan: Figura Vista lateral e LDA de operação da Sevan (SSP) 62

63 Figura Vistas Superior e frontal da SSP 63

64 Figura Tanques de Carga da SSP Figura Tanques de Lastro da SSP 64