Operações de Ancoragem

Operações de Ancoragem PNV 2587 Prof. Dr. André Bergsten Mendes

Indústria Offshore Distanciamento da costa Estruturas maiores Infra-estrutura: plantas de processamento Armazenamento Mão-de-obra Logística Especialização dos serviços de apoio

ÂNCORAS

Âncora A âncora é o elemento responsável pela fixação da linha de ancoragem no fundo do mar. A âncora deve resistir às cargas horizontais ou cargas verticais, dependendo do sistema de amarração utilizado. Tipos de âncoras : Âncora convencional (DEA Drag Embedment Anchor) Âncora de Carga Vertical (VLA Vertical Load Anchor) Âncora de Sucção Âncora Torpedo

Âncora convencional DEA Drag Embedment Anchor É o modelo tradicional, usado durante anos na indústria offshore. São cravadas por meio do arraste no solo marinho, sem penetração profunda (5 a 15 m abaixo da superfície). Em princípio, as cargas que chegam na âncora devem ser horizontais. São de fácil remoção quando puxadas na vertical ou no sentido contrário ao da cravação.

Âncora convencional DEA Drag Embedment Anchor

Âncora de carga vertical VLA Vertical Load Anchor São cravadas através do arraste no solo marinho, o que dificulta o correto posicionamento. Podem ter a forma parecida com uma arraia. Devido ao formato penetram em torno de 20 a 25 m no solo marinho, aumentando a resistência à carga vertical. São mais caras do que as convencionais. Tem sido difícil a remoção após instalada, o que contra indica para uso em projetos de curta duração.

Âncora de carga vertical VLA Vertical Load Anchor

Estaca de sucção Estacas de sucção são utilizadas em sistemas em que as linhas são mantidas tensionadas, como por exemplo, em semi-submersíveis taut-leg e TLPs. É uma estaca com forma de um cilindro oco, medindo 12 a 15 m de altura, por cerca de 5 m de diâmetro, com uma extremidade fechada e outra aberta. As estacas de sucção são inicialmente posicionadas por gravidade e depois um sistema de bombas retira toda a água de dentro da estaca, cravando-a através de um diferencial de pressão.

Estaca de sucção

Estaca torpedo É uma estaca cilíndrica sólida com ponta cônica fechada que é cravada no solo por gravidade após lançamento de altura calculada. Em geral seu comprimento é cerca de 10 vezes o diâmetro e pesa entre 50 e 100 t. Aletas dão maior área de contato com o solo e aumentam a resistência, tanto lateral quanto axial.

Estaca torpedo A Petrobras começou a usar torpedo para ancoragem de sondas, plataformas semi-submersíveis de produção e FPSOs, possibilitando sua instalação em águas com profundidades superiores a 2000m em 1999.

Estaca torpedo Vantagens: Permite cargas horizontais e verticais. É a melhor alternativa para plataforma semi-submersíveis e unidades FPSOs em águas profundas, e em locais congestionados. O custo de instalação desta estaca apresenta baixa sensibilidade ao aumento da lâmina d água, viabilizando economicamente a sua aplicação em águas profundas. Necessita-se somente de um rebocador para realizar o transporte e lançamento.

Estaca torpedo Dimensões Típicas Ancoragem de Sondas Ancoragem de Sistemas Flutuantes de Produção Diâmetro externo 760 mm 1070 mm Comprimento 12 m 15 m

Amarra Fabricadas com aço carbono ou de baixa liga. As principais características são elevada vida útil e grande resistência à abrasão, o que as torna ideais para uso nos trechos de entrada da linha de ancoragem na unidade (superfície do mar) e em contato com o solo marinho. Por causa de um peso linear muito elevado e de um custo elevado, elas não são indicadas para o trecho intermediário.

Amarra

Cabos Cabos são muito mais leves e mais baratos que as amarras. Os cabos de aço são mais resistentes ao manuseio do que os cabos de poliéster, têm diâmetro menor para a mesma carga máxima, são menos sensíveis a danos de abrasão e podem tocar o solo marinho durante a instalação. Cabos de poliéster são mais leves que os cabos de aço mas são mais caros e muito sensíveis à abrasão.

Cabos Diferentes tipos de cabos :

Problemas possíveis...

Peso excessivo das linhas Exemplo : Âncora de sucção : 55 t Unit Weight Length Total Weight Top Chain 223 kg/m 200 m 44,6 t Wire 55 kg/m 2000 m 110 t Ground Chain 291 kg/m 650 m 189 t Peso total : 398,6 t

TIPOS DE ANCORAGEM

Ancoragem em catenária Possui um raio de ancoragem bastante grande. O atrito das linhas de ancoragem com o fundo oceânico contribui para maior estabilidade. Pode causar congestionamento de linhas de unidades próximas. Âncoras resistem apenas a cargas horizontais.

Ancoragem taut-leg Possui um raio de ancoragem de 2 a 3 vezes menor Linhas tencionadas. Inclinação em torno de 45 graus. Maior rigidez do sistema. Ancoras precisam resistir a cargas verticais.

Comparação: catenária x tautleg Catenária Taut-leg

Ancoragem spread mooring Embarcação conectada em vários pontos fixos às linhas de ancoragem. Bastante utilizado em plataformas do tipo SS e SPAR. Existem restrições ao seu uso em plataformas do tipo FPSO.

Ancoragem DICAS Differentiated Compliance Anchoring System Desenvolvido inicialmente pela Petrobras para operação de FPSOs na costa brasileira O princípio de funcionamento é baseado em linhas de ancoragem com rigidez diferenciada entre a popa e a proa da embarcação. Desta forma, o sistema permite pequenas variações do aproamento da plataforma de acordo com as cargas ambientais. Principal vantagem: possibilidade de ancorar os navios sem a instalação de turrets, diminuindo o custo de capital do sistema de ancoragem.

Ancoragem DICAS Differentiated Compliance Anchoring System

Ancoragem single point mooring Embarcação conectada em apenas um ponto às linhas de ancoragem. Utilizado em unidades do tipo FPSO em regiões de clima mais imprevisível. Pode ser dividido em: Monobóia, SALM, turrets

Monoboia CALM Buoy Catenary anchor leg mooring buoy Boia conectada à embarcação por meio de cabos. Ancorada por linhas de ancoragem em catenária.

Monoboia com yoke CALM yoke system Boia conectada à embarcação por meio de um braço rígido (yoke). Ancorada por linhas de ancoragem em catenária.

SALM - Single anchor leg mooring Boia conectada à embarcação por meio de um braço rígido (yoke) A boia é ancorada por uma coluna articulada, conectada a uma base instalada no fundo oceânico. Menos utilizado atualmente com os avanços na tecnologia dos risers.

Turrets No sistema de amarração por turret, todos os risers e as linhas de amarração são presas no turret. Por possuir rolamentos e uniões rotativas (swivel), o turret permite que a embarcação gire em torno das linhas.

Turret interno Turret localizado no interior da embarcação. Pode atingir diâmetros maiores que o turret externo. É possível conectá-lo em piores condições climáticas. Ocupa espaço no convés e reduz a capacidade de armazenamento.

Turret externo Turret localizado externamente à embarcação. Permite maior movimentação vertical e pode comprimir o riser. Maior chance de colisões entre o riser e o casco.

Ancoragem vertical Sistema de ancoragem utilizado em plataformas do tipo TLP(tension leg platform). Consiste em tendões tencionados, ligados à plataforma e a uma base construída no fundo oceânico. Essa base, por sua vez, é presa ao solo por estacas de aço que podem chegar a comprimentos de até 400 pés. Tendões são tubos de aço e possuem diâmetro variando entre 2 e 3 pés. Esse método reduz o movimento vertical da plataforma.

Ancoragem vertical

Sistemas dinâmicos Podem ser utilizados em conjunto com sistemas convencionais de ancoragem. Utilizados em Plataformas SS ou FPSO. 2 Tipos principais: Posicionamento Dinâmico Linhas de ancoragem ativas

Linhas de ancoragem ativas As tensões nas linhas de ancoragem podem ser modificadas ao longo do tempo. Melhor distribuição de desgastes. Ajuste a diferentes condições ambientais. Cada uma das linhas de ancoragem necessita de equipamentos que apliquem as tensões variáveis.

Sistema de posicionamento dinâmico Controle da posição por meio de sistemas de posicionamento (GPS) e propulsão ativa. Alta manobrabilidade. Resposta rápida à mudanças nas condições ambientais. Muito conveniente para unidades que ficam curtos períodos em cada local. Custo alto, mas fixo. Independe da lâmina d agua. Requer pessoal para operação e manutenção. Possibilidade de falha, pode haver necessidade de âncoras de segurança.

EMBARCAÇÕES DE APOIO MARÍTIMO

Embarcações de Apoio Marítimo Apoio Offshore Classificação Embarcação Supridores PSV Rebocadores / Supridores AHTS Rebocadores AHT Survey Stand-by / Rescue Heavy Lift Pipe Layer Oilwell Service Heavy Deck Cargo Embarcações Especiais Outras Tanker ROV DSV Maintenance Stone Discharge Transporte de Passageiros Crew Boat

Embarcações AHTS Embarcações multifuncionais AHTS - Anchor Handling Tug Supply - desempenhando tarefas: Reboque de plataformas oceânicas: perfuração e produção Lançamento de linhas de ancoragem Transporte de suprimentos Elevados custos fixos Embarcações afretadas a termo (6 meses a 5 anos)

Embarcações AHTS Anchor Handling Tug Supply Rebocadores com elevado bollard-pull Potência (bhp): 12.000 a 21.000 Dispositivos adicionais: ROV, A-Frame, Heavy-Lift Ampla área de convés Elevadas taxas de afretamento

Embarcações AHTS

Equipamentos Guincho Principal e Auxiliares Pinos Hidráulicos

Equipamentos

Equipamentos Shark Jaw Rolo de Popa Karm Fork

Atividades de Ancoragem

Atividades de Ancoragem 1. Movimentação de Sondas Preparação (pré-lançamento) Desconexão Reboque Conexão Recolhimento 2. Auxílio em Offloading 3. Segurar UEP em condições ambientais adversas

Offloading

Atividades de Ancoragem 4. Instalação de manifolds 5. Instalação de UEPs Teste de cravação Sinalização Lançamento de linhas Teste de inclinação Reboque Conexão Tensionamento

Demanda Programada ID Serviço Descrição # Ocorrências 1 UEP Afretada - Âncora vertical - Instalação 3 6 UEP Afretada - Âncora vertical - Desmobilização de UEPs após a vid 1 7 UEP Afretada - Âncora de arraste - Instalação 2 12 UEP Afretada - Âncora de arraste - Desmobilização de UEPs após a 2 13 UEP Própria - Âncora vertical - Instalação 2 95 Teste de cravação - Instalação de UEP Afretada 7 25 Lançamento de torpedos para ancoragem das linhas de coleta 40 27 Manifolds (PLEM, PLET, etc.) instalados com AHTS com A-Frame (pe 2 32 Pull-in/pull-out de unidades turret 288 66 Empréstimo de barcos para outras empresas 14

Demanda Programada Dimensionamento Estático Barcos x Dias Alocados para cada Serviço ID Serviço Duração Média (dias) 12.000 15.000 18.000 21.000 ROV A-Frame Heavy Lift Total/Tarefa Total 1 65,32 0,10 0,10 1,76 0,00 0,98 0,00 0,00 191,83 575,49 6 14,00 0,00 1,57 1,00 0,00 0,00 0,00 0,00 36,00 36,00 7 65,32 0,10 0,10 1,76 0,00 0,98 0,00 0,00 191,83 383,66 12 14,00 0,57 1,57 1,00 0,00 0,00 0,00 0,00 44,00 88,00 13 72,32 0,17 0,19 1,61 0,00 0,88 0,00 0,00 205,83 411,66 95 16,00 0,00 0,00 0,00 0,00 1,00 1,00 0,00 32,00 224,00 25 7,50 0,00 0,00 0,00 0,00 1,00 0,00 0,00 7,50 300,00 27 14,00 0,00 1,00 0,00 0,00 1,00 1,00 0,00 42,00 84,00 32 2,00 1,00 1,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 4,00 1.152,00 66 90,00 1,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 90,00 1.260,00 Dimensionamento estático : considera unicamente as durações dos serviços, incluindo tempo de porto 12.000 15.000 18.000 21.000 ROV A-Frame Heavy Lift Total Barcos x Dias 1.908,58 729,61 850,03 0,00 886,60 140,00 0,00 4.514,81 Barcos 2,62 1,00 1,17 0,00 1,22 0,19 0,00 6,19

Demanda Probabilística ID Serviço Descrição # Ocorrências 39 DMAs a realizar em profundidades entre 0 e 300 metros (com pré-lançamento ante 18 40 DMAs a realizar em profundidades entre 301 e 600 metros (com pré-lançamento a 6 41 DMAs a realizar em profundidades entre 601 e 900 metros (com pré-lançamento a 6 42 DMAs a realizar em profundidades entre 901 e 1.200 metros (com pré-lançamento 12 43 DMAs a realizar em profundidades entre 1.201 e 1.500 metros (com pré-lançament 4 45 DMAs a realizar em profundidades entre 0 e 300 metros (sem pré-lançamento ant 38 46 DMAs a realizar em profundidades entre 301 e 600 metros (sem pré-lançamento a 14 47 DMAs a realizar em profundidades entre 601 e 900 metros (sem pré-lançamento a 12 48 DMAs a realizar em profundidades entre 901 e 1.200 metros (sem pré-lançamento 22 49 DMAs a realizar em profundidades entre 1.201 e 1.500 metros (sem pré-lançament 4 34 Offloading pela falta de frota de tug supply (TS) do ATER 900 38 Lançamento de torpedo base guia 20

Demanda Probabilística Dimensionamento Estático Barcos x Dias Alocados para cada Serviço ID Serviço Duração Média (dias) 12.000 15.000 18.000 21.000 ROV A-Frame Heavy Lift Total/Tarefa Total 39 11,4 0,97 0,99 0,21 0,00 0,00 0,00 0,00 24,76 445,65 40 13,0 0,95 1,03 0,25 0,00 0,00 0,00 0,00 28,76 172,55 41 14,6 0,00 1,97 0,27 0,00 0,00 0,00 0,00 32,76 196,55 42 15,4 0,00 1,98 0,26 0,00 0,00 0,00 0,00 34,36 412,30 43 18,5 0,00 1,42 0,96 0,00 0,00 0,00 0,00 44,16 176,63 45 6,3 1,25 1,35 0,55 0,00 0,00 0,00 0,00 19,69 748,28 46 7,0 1,22 1,41 0,60 0,00 0,00 0,00 0,00 22,63 316,75 47 7,7 0,00 2,67 0,63 0,00 0,00 0,00 0,00 25,56 306,70 48 8,7 0,00 2,71 0,67 0,00 0,00 0,00 0,00 29,29 644,42 49 10,5 0,00 2,15 1,42 0,00 0,00 0,00 0,00 37,46 149,83 34 2,0 1,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 2,00 1.800,00 38 6,5 0,00 0,00 0,00 0,00 1,00 0,00 0,00 6,50 130,00 Dimensionamento estático : considera unicamente as durações dos serviços, incluindo tempo de porto 12.000 15.000 18.000 21.000 ROV A-Frame Heavy Lift Total Barcos x Dias 2.490,08 2.238,35 641,23 0,00 130,00 0,00 0,00 5.499,67 Barcos 3,42 3,07 0,88 0,00 0,18 0,00 0,00 7,54

Resultado Simulação O cenário 2009-2010 foi rodado usando o simulador, incluindo a demanda programada e a demanda probabilística, variando a composição da frota Cenário 17 18 19 20 21 22 23 # 12.000 4 4 4 4 4 4 4 # 15.000 8 8 8 8 8 8 8 # 18.000 10 11 12 13 13 14 15 # 21.000 0 0 0 0 1 1 1 # ROV 4 4 4 4 4 4 4 # A-Frame 3 3 3 3 3 3 3 Total Embarcações 22 23 24 25 26 27 28 Início Simulação 01/01/09 0:00 01/01/09 0:00 01/01/09 0:00 01/01/09 0:00 01/01/09 0:00 01/01/09 0:00 01/01/09 0:00 Término Simulação 31/12/10 0:00 31/12/10 0:00 31/12/10 0:00 31/12/10 0:00 31/12/10 0:00 31/12/10 0:00 31/12/10 0:00 Término Efetivo 29/01/11 5:40 11/01/11 9:32 21/01/11 1:54 11/01/11 12:16 05/01/11 13:39 05/01/11 10:57 05/01/11 12:58 Atraso (dias) 29,24 11,40 21,08 11,51 5,57 5,46 5,54 # Tarefas 2.471 2.506 2.490 2.528 2.543 2.588 2.592 # Tarefas Concluídas 2.471 2.506 2.490 2.528 2.543 2.588 2.592 Custo Frota (US$) 1.007.999.948,86 1.064.371.054,89 1.131.472.017,05 1.185.614.745,60 1.248.906.087,55 1.308.834.158,43 1.374.659.984,39 Custo Combustível (US$) 88.600.212,69 88.858.097,75 88.345.603,59 88.337.875,11 87.941.668,72 89.530.987,07 90.369.088,89 Custo Portuário (US$) 1.535.724,42 1.587.474,40 1.598.584,75 1.634.101,03 1.660.428,40 1.704.236,59 1.753.373,81

Resultado Simulação Cenário 17 18 19 20 21 22 23 Barcos x Dias Navegando 1.588,78 1.498,81 1.487,95 1.422,50 1.314,75 1.371,47 1.413,82 Barcos x Dias Operando 9.384,64 9.431,71 9.275,67 9.311,96 9.259,68 9.332,23 9.291,94 Barcos x Dias Aguardando 435,90 425,66 454,38 417,22 374,05 417,40 375,25 Barcos x Dias Porto 1.131,39 1.135,83 1.085,15 1.107,25 1.065,55 1.092,56 1.140,77 Barcos x Dias Não Operacional 763,91 815,87 867,05 892,16 954,25 995,93 1.023,27 % Navegando 9,80% 8,88% 8,45% 7,82% 6,97% 7,04% 7,01% % Operando 57,81% 55,98% 52,75% 51,36% 49,13% 47,96% 45,98% % Aguardando 2,68% 2,53% 2,58% 2,29% 1,99% 2,14% 1,86% % Porto 6,96% 6,72% 6,16% 6,08% 5,64% 5,61% 5,65% % Não Operacional 4,72% 4,84% 4,93% 4,91% 5,06% 5,12% 5,08% % Ociosidade 18,03% 21,06% 25,13% 27,53% 31,21% 32,13% 34,42% Nível de Serviço (dias) 2,07 1,87 1,21 1,09 1,02 0,66 0,81 % Tarefas Iniciadas até 24hs 28,44% 32,76% 38,68% 41,05% 43,65% 48,30% 45,15% % Tarefas Iniciadas entre 24 e 48hs 11,77% 11,77% 11,83% 10,37% 9,77% 9,62% 8,87% % Tarefas Iniciadas entre 48 e 72hs 9,58% 8,54% 7,42% 8,13% 7,50% 6,72% 6,38% % Tarefas Iniciadas entre 72 e 96hs 7,62% 7,02% 7,16% 7,38% 8,14% 6,62% 7,96% % Tarefas Iniciadas entre 96 e 120hs 5,09% 6,06% 4,99% 5,74% 6,13% 7,28% 7,17% % Tarefas Iniciadas após 120hs 37,50% 33,85% 29,92% 27,33% 24,81% 21,47% 24,47%

Resumo Simulação Cenário Frota Ociosidade Prazo Adicional (dias) Nível de Serviço (dias) 17 22 18,03% 29,24 2,07 18 23 21,06% 11,40 1,87 19 24 25,13% 21,08 1,21 20 25 27,53% 11,51 1,09 21 26 31,21% 5,57 1,02 22 27 32,13% 5,46 0,66 23 28 34,42% 5,54 0,81

Resumo Simulação 25 embarcações % Navegando % Operando % Aguardando % Porto % Não Operacional % Ociosidade