Análise da incidência de ondas sobre os pilares de sustentação de uma plataforma de petróleo por meio de simulação numérica

Abstract

Plataformas semissubmersíveis são estruturas essenciais para o processo de perfuração de poços e produção de petróleo. Por ter diversos usos, o petróleo possui demanda crescente não somente no Brasil como também no mundo. Plataformas offshore tem sido projetadas e construídas no litoral brasileiro, sendo necessário o devido conhecimento sobre a interação onda-estrutura. Este trabalho tem o objetivo de estudar os fenômenos envolvidos nesta interação, buscando entender a influência das ondas nos pilares de sustentação de uma plataforma semissubmersível. A plataforma utilizada como referência foi a P-55, localizada na Bacia de Campos, Rio de Janeiro, pela Petrobrás. Três situações com altura e período de onda distintos foram simuladas utilizando o programa OpenFOAM para calcular a força aplicada sobre os pilares. Os resultados mostraram que a relação entre as propriedades da onda e a força aplicada sobre os pilares não é linear, podendo haver situações onde uma onda com menor amplitude e maior período resulta em maiores forças do que o caso contrário. Outro fator importante é a ação dos pilares a montante como regularizadores de ondas, diminuindo seus efeitos para ondas de amplitudes maiores e de maior impacto. Analisando as velocidades e os campos de vorticidade é possível de identificar campos de recirculação e o comportamento do fluido ao se interagir com a estrutura.

Semisubmersible platforms are essential structures to the oil drilling and production process. For it has several uses, there is an increasing demand for oil not only in Brazil but also worldwide. Offshore platforms have been designed and constructed at Brazilian shores, which demands vast wave-structure interaction knowledge. The present work has the aim of studying the phenomenon involved on this interaction as well as the influence of waves on semisubmersible platforms pillars. The platform used as a reference is called P-55, located at Bacia de Campos, Rio de Janeiro, which belongs to Petrobras. Three situations were simulated using OpenFOAM for different wave periods and heights, calculating the slamming force of the water on the pillars. The results show that a relation between the wave properties and the force applied over the pillars is not linear, which makes it possible to have occasions where a wave with smaller amplitude and higher period may have more impact on a pillar considering hydrodynamic forces. Another important point is that the upstream pillars act as regulators, lessening the effects of the wave-structure interactions for waves with high amplitude. With the analysis of the velocity and vorticity fields, it is possible to identify recirculation areas in the domain and the fluid behavior when interacting with the structure.