Revisão nov 10

SISTEMAS DE ANCORAGEM

As forças ambientais importantes que atuam sobre a unidade são vento, onda e corrente. Convenção de sentidoOnda e Vento de onde VEM.Corrente para onde VAI.Altura significativa de onda é definida como a média do terço de ondas mais altas

Num sistema ativo de ancoragem há correspondência de um guincho para cada linha de ancoragem e é possível a qualquer instante alterar o comprimento de cada linha de ancoragem. Há várias linhas para cada guincho em um sistema passivo, geralmente neste caso há um guincho por córner da unidade ou mesmo um único guincho para todas as linhas, alternativa usual em FPSOs com turret.

No sistema de ancoragem convencional ou em catenária a restauração da posição inicial é dada pela diferença na configuração das catenárias. A força horizontal de restauração tende a igualar o ângulo das catenárias opostas.O comprimento da linha de ancoragem é bem maior que a distância entre a âncora e a plataforma, deste modo, uma parte da linha fica pousada no solo e outra forma uma curva que depende do peso por metro da linha. Esta curva é chamada de catenária.

No sistema de ancoragem em taut leg, a restauração é devida às características elásticas do cabo de poliéster. Não pode ser utilizado em águas rasas.No sistema taut leg temos a linha de ancoragem permanentemente esticada, percorrendo uma trajetória em linha reta entre a plataforma e a ancora

O raio de ancoragem no sistema taut leg é de duas a três vezes menor que o raio de ancoragem do sistema catenária e o passeio (offset) é da ordem de 3% da profundidade d’água, sendo cerca de três vezes menor do que no sistema em catenária.

Quanto à distribuição das linhas, os sistemas podem ser em ponto único, com todas as linhas convergindo para o mesmo ponto, ou distribuído, com as linhas se concentrando nos pontos extremos da Unidade (geralmente 4 pontos).

O movimento no plano horizontal da Unidade, a partir da posição teórica até a nova posição de equilíbrio quando há forças ambientais atuando sobre ela, é chamado de passeio ou offset. O acompanhamento deste passeio é uma das formas de monitorar a integridade dos sistemas de ancoragem.

O sistema de ancoragem para unidade de perfuração atende a critérios menos rigorosos que o sistema de uma UEP, não é acompanhado pela Sociedade Classificadora e pode ser desconectado, junto com o riser de perfuração, em emergências. As unidades permanentes de produção ancoradas são projetadas para uma condição ambiental cinco vezes maior do que o tempo de real utilização (condição ambiental centenária para vinte anos de operação). Precisam resistir a qualquer condição ambiental mantendo um deslocamento inferior ao limite dos risers conectados.

Equipamentos a bordo da Unidade

Guincho – equipamento que permite recolher ou pagar um determinado comprimento de amarra ou cabo da linha de ancoragem, determinando assim a tração aplicada na linha.

Chain jack – Macaco hidráulico que faz a mesma função do guincho. Manutenção mais fácil, ocupa menos espaço e mais lento durante a operação.

Fairlead ou fairleader – Coroa com a conformação interna adequada para receber uma amarra ou cabo de aço. Posicionada próximo à quilha da Unidade. Ponto onde são aplicados os esforços horizontais da linha de ancoragem.

Chainstopper – ponto onde a amarra de topo é aprisionada e onde são aplicados os esforços verticais da linha de ancoragem.

1 – PONTOS FIXOS

. Âncoras de Arraste Convencional (DEA – Drag Embedment Anchor )

É o modelo tradicional, usado durante anos na industria offshore. É cravada através do arraste no solo marinho, sem penetração profunda (logo abaixo da superfície do solo).

Em princípio, as cargas que chegam na âncora devem ser horizontais, implicando numa grande distância entre o ponto em que a linha de ancoragem toca o fundo (touch down point - TDP) e a âncora. As Certificadoras estão aceitando projetos que tenham um ângulo de até 5o de uplift (componente vertical da carga), na situação limite, para alguns modelos de âncora mais modernos.

São de fácil remoção quando puxadas na vertical ou no sentido contrário ao de cravação.

Necessita de comprovação da carga de cravação através de teste.

. Âncoras de Carga Vertical (VLA – Vertical Load Anchor )

São cravadas através de arraste no solo marinho, como a anterior.Estas âncoras podem ter uma forma parecida com a de uma arraia jamanta ou de uma enxada, devido ao formato penetram em torno de 15 metros no solo marinho, aumentando significativamente a resistência à carga vertical.

São mais caras do que as convencionais, por haver menos concorrência no mercado. Tem sido difícil a sua remoção depois de instalada, o que a contra-indica para uso em MODUs, ou projetos de curta duração, onde há previsão de reutilização.

Necessita de comprovação da carga de cravação através de teste.

. Estacas de Sucção ( Suction Pile )

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.

É cravada no solo marinho através do vácuo que uma bomba instalada no topo produz. O vácuo faz que a estaca penetre totalmente no solo. Permite carga vertical e pode ser usado em sistemas convencionais ou taut leg. Não necessita de teste de carga de projeto.

A experiência na Bacia de Campos não foi satisfatória, há cerca de cinco anos, pela grande quantidade de horas aguardando condições favoráveis de mar para execução das operações. Há informações de que esta técnica, se usados os recursos adequados de suporte na superfície, é uma alternativa competitiva.

. Estacas Perfuradas e Cimentadas ( Grouted Pile )

Estaca que simula a primeira fase de perfuração de um poço, tendo um trecho de amarras ligado ao meio da seção do revestimento. Tem uma tecnologia bem consolidada e confiável, mas, geralmente não é utilizada pelo alto custo da unidade de perfuração (sonda). . Estacas Torpedo ( Torpedo Pile )

Estaca cilíndrica sólida (45 a 90t de peso) com ponta que é cravada no solo por gravidade após lançamento de altura calculada.

Admite carga vertical, reduzindo o raio de ancoragem da UEP. A tecnologia foi desenvolvida pela PETROBRAS, e encontra-se em fase final de aprovação pelas certificadoras para uso em ancoragem de UEPs – 1.000 tf a 45o.

Tem sido usada para ancoragem de linhas flexíveis e sondas MODU.

. Comparação dos pontos fixos

As principais vantagens dos métodos de instalação na vertical (estacas) quando comparados contra os métodos de arraste (âncoras) são:

Mais fáceis de instalar por necessitar de menos recursos (exceto a estaca cimentada).Não necessitam de teste de carga para que a instalação seja aprovada. Maior precisão na posição final.Menos sensíveis a obstáculos no fundo e na superfície por não necessitar de arraste.

Como vantagem para as âncoras restam apenas os seguintes:A maior facilidade de retirada das âncoras de arraste convencional, característica muito importante para ancoragem de unidades por curto período em catenária (não vale para a VLA). As estacas de sucção e torpedo necessitam de um tempo de assentamento do solo (set up), que hoje tem um valor conservador de uma semana.

Passamos a considerar estacas em sistemas provisórios apenas nos casos em que a possibilidade de permitir cargas verticais no ponto fixo ou instalação sem necessidade de arraste é uma grande vantagem.

Uma outra vantagem das âncoras é de serem necessários menos dados referentes às características do solo onde vai ser feita a cravação. Isto, no entanto é largamente superado pela desvantagem de necessitarmos de um teste de carga, envolvendo uma complicada logística de vários barcos conectados entre si.

Portanto, deve-se esperar que as próximas unidades com ancoragem permanente tenham estacas como pontos fixos e que a maioria dos pontos fixos para unidades MODU sejam âncoras de arraste.

2 – ELEMENTOS LINEARES

. Amarras

São de aço carbono, podendo ser de baixa liga. A Petrobrás hoje adota apenas os graus R3, R3S e R4 da IACS W-22.O diâmetro de referencia é o da barra cilíndrica conformada para a formação do elo. As extremidades são soldadas usando resistência elétrica.

As principais características são de 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) e em contato com o solo marinho.

Podem ter malhete ou não. O formato do elo é diferente. Um elo que perdeu o malhete é um elo danificado e deve ser removido.

As extremidades de uma amarra podem ter elos de dimensões especiais, chamados de elos finais, sempre sem malhete, que permitem a conexão através de manilhas de união.

O peso linear elevado é propriedade muito importante para o trecho apoiado no solo quando o sistema de ancoragem é em catenária. Em compensação, as amarras, pelo seu alto peso linear e custo mais elevado, não são indicadas para o trecho intermediário. São usadas no fundo do mar, até algumas dezenas de metros acima do TDP e na superfície, entre o guincho e 100 m de profundidade, em virtude da boa resistência à abrasão.

. Cabos de Aço

Os cabos de aço são mais resistentes ao manuseio do que os cabos de poliéster. Têm diâmetro menor para a mesma carga máxima quando comparados com cabos de poliéster. São menos sensíveis a danos por abrasão, podendo tocar no solo marinho durante a instalação.

A utilização de cabos de seis pernas (não balanceados) em conjunto com cabos de poliéster não é recomendada para aplicações de longo prazo, pois o poliéster atua como um swivel, permitindo a torção cíclica do cabo de aço, gerada pela variação de tensão na linha de ancoragem.

Isto faz com a vida do cabo seja abreviada em até dez vezes devido a problemas de fadiga.

Existem os cabos balanceados – como os “spiral strand” - que são bem mais caros e sensíveis ao manuseio, mas não induzem torções residuaisna linha de ancoragem e não estão sujeitos ao problema de fadiga acima mencionado, por não terem movimento de rotação. Estes cabos, se instalados adequadamente, tem uma vida esperada maior que os cabos de 6 pernas no ambiente marítimo.

Pela sua melhor capacidade de cortar o solo, em relação á amarra, este tipo de cabo é atualmente empregado principalmente como cabo forerunner (150 m seguintes ao cabresto) de âncoras VLA. Algumas instaladoras o utilizam como cabo intermediário (FPSO P-37 – Campo de Marlim)

. Cabos de Poliéster

Quando comparados com cabos de aço os cabos de poliéster são mais leves, porém com um diâmetro maior, para mesma carga mínima de ruptura (MBL - Minimum Breaking Load) e possuem características elásticas que viabilizam a instalação de sistemas de ancoragem taut leg (menor raio de ancoragem). São mais caros que os cabos de aço e mais baratos que as amarras. São muito sensíveis à abrasão e a contaminação por toque no fundo do mar (ingresso de grãos de areia). Possuem excelente resistência a fadiga e fluência.

Outras fibras sintéticas tem sido investigadas para aplicação em ancoragem. Dentre estas se destacam a aramida, o HMPE e o plástico reforçado com fibras de carbono (CFRP).Elas possuem resistência semelhante à do cabo de aço, porém tem custo elevado.O HMPE - High Modulus PolyEthylene (Dyneema ou Spectra) apresenta fluência à temperatura ambiente.O problema principal da Aramida (Kevlar) é a baixa resistência à compressão. Ocorreu uma falha catastrófica na instalação da Lena Guyed Tower.O CFRP (Carbon Fibre Reinforced Plastic) é composto por varetas de polímero reforçado com fibra de carbono. Tem alta rigidez, dificultando o enrolamento em tambor para transporte e dificuldade na terminação (soquetagem).

3 - Acessórios de Ligação

Os principais acessórios de ligação utilizados são:

para unir dois elementos : Elos kenter ( formato de um elo desmontável em 3 partes, com um pino cônico para fixação) – Projetados para ligar elos comuns de amarra.Manilhas (uma barra dobrada em formato de U, com olhais nas extremidades, por onde passa um pino. Este pino é mantido na posição com o uso de uma porca contrapinada). Projetadas para ligar elos finais entre si ou elos finais a âncoras.

para unir três elementos : Placa triangular ou delta plate.

Existem acessórios que permitem conexão/desconexão de tramos da linha de ancoragem no fundo do mar, como gancho KS e manilha pino mola.