Estudo paramétrico da atenuação de cargas estáticas em sistemas de ancoragem offshore

Abstract

As reservas de petróleo e gás estão localizadas cada vez mais longe da costa e em águas profundas e ultra profundas, o que faz necessário a utilização de estruturas flutuantes, as quais estão sujeitas às forças impostas por condições ambientais, tais como vento, ondas e correntes marítimas. É portanto relevante o estudo de sistemas de ancoragem de estrutura flutuantes, sendo estes responsáveis pelo posicionamento da plataforma, garantindo segurança às operações realizada. Este é o objetivo do presente trabalho, que diz respeito a um estudo numérico do comportamento do trecho enterrado da linha de ancoragem de plataformas flutuantes de extração, produção e/ou armazenamento de petróleo. O sistema de ancoragem estudado é do tipo taut-leg, recomendado para lâminas de água superiores a 1000m. Este tipo de ancoragem pode ser dividido em três partes, um trecho suspenso que vai da plataforma até o leito marinho, um trecho apoiado sobre o leito marinho e um terceiro segmento que penetra no solo junto com a âncora, o qual adquire a forma de uma catenária invertida. Este tipo de sistema chega ao leito marinho com inclinações entre 30 e 45° e é capaz de resistir a esforços horizontais e verticais. O objetivo deste estudo é analisar os parâmetros envolvidos, as forças atuantes e a configuração do trecho em catenária invertida, através de análise numérica para os experimentos realizados em laboratório em escala reduzida. Os ensaios experimentais realizados por Rocha (2014) consistiram na aplicação de um conjunto de forças no trecho da linha de ancoragem que simula o encontro da corrente com o leito marinho, medindo-se as cargas no ponto que representa o olhal onde a corrente é fixada à âncora. A configuração da linha no trecho enterrado era obtida através de um ultrassom. Neste trabalho foi feita retro-análise numérica dos resultados obtidos experimentalmente a fim de se determinar os parâmetros que definem o equilíbrio do trecho enterrado da linha de ancoragem. Esses parâmetros foram validados para diferentes carregamentos, respeitando as configurações do solo e da corrente, através de um conjunto de equações diferenciais e do software DIGIN. Com base nas análises são quantificados a atenuação do sistema e os parâmetros de capacidade de carga e adesão que controlam o processo de transferência de cargas.

Oil and gas reserves are located offshore, in deep and ultra deep waters and for this reason the use of floating structures becomes necessary. Those structures are subject to forces imposed by environmental conditions such as wind, waves and sea currents. It is therefore relevant to study the anchoring of floating structure systems, as it is responsible for positioning the platform and ensuring security operations. This is the aim of the present research efforts, which describes a numerical study of the behavior of the embedded portion of systems designed to anchor the floating platform during extraction, production and/or storage of oil. The taut-leg mooring system is the one studied herein, which is recommended for water depth beyond 1000m. This type of mooring system can be divided in three parts, one part that runs from the suspended platform to the seabed, a slice resting on the seabed and a third segment that penetrates the soil together with the anchor, which takes the form of a inverse catenary. This type of mooring system reaches the seabed at angles of 30° to 45 ° and is able to resist horizontal and vertical forces. The objective of this study is to analyze the parameters involved in the anchor system, the forces acting at the inverse catenary and its configuration through numerical analysis of small-scale laboratory experiments. Experimental tests conducted by Rocha (2014) consisted of applying a set of forces on the a chain that simulates the embedded portion of the anchor line, from the seabed to the shank attachment point, using a load cell located at a point that represents the lug throw in which the chain is connected to the anchor. The configuration of the embedded portion of anchor line was obtained through an ultrasound. In this study the experimental results were numerically back analyzed in order to determine the parameters that define the equilibrium of the embedded slice of the anchor line. These parameters were validated for various loads in compliance with both soil resistance and the configuration of the chain through a set of differential equations and DIGIN software. Based on this analysis, the attenuation of the system is quantified and the parameters controlling of load capacity and adherence are obtained.