Operações de Ancoragem

Operações de Ancoragem

PNV 2587Prof. 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 dalinha de ancoragem no fundo do mar.

A âncora deve resistir às cargas horizontais ou cargasverticais, dependendo do sistema de amarraçãoutilizado.

Tipos de âncoras :Âncora convencional (DEA – Drag Embedment Anchor)

Âncora de Carga Vertical (VLA – Vertical Load Anchor)

Âncora de Sucção

Âncora Torpedo

Âncora convencionalDEA – Drag Embedment Anchor

É o modelo tradicional, usado durante anos naindústria offshore.

São cravadas por meio do arraste no solo marinho,sem penetração profunda (5 a 15 m abaixo dasuperfície).

Em princípio, as cargas que chegam na âncora devemser horizontais.

São de fácil remoção quando puxadas na vertical ouno sentido contrário ao da cravação.

Âncora convencionalDEA – Drag Embedment Anchor

Âncora de carga verticalVLA – Vertical Load Anchor

São cravadas através do arraste no solo marinho, oque dificulta o correto posicionamento.

Podem ter a forma parecida com uma arraia.

Devido ao formato penetram em torno de 20 a 25 mno solo marinho, aumentando a resistência à cargavertical.

São mais caras do que as convencionais.

Tem sido difícil a remoção após instalada, o quecontra indica para uso em projetos de curta duração.

Âncora de carga verticalVLA – Vertical Load Anchor

Estaca de sucção

Estacas de sucção são utilizadas em sistemas em queas linhas são mantidas tensionadas, como porexemplo, em semi-submersíveis taut-leg e TLPs.

É uma estaca com forma de um cilindro oco, medindo12 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 posicionadaspor gravidade e depois um sistema de bombas retiratoda a água de dentro da estaca, cravando-a atravésde um diferencial de pressão.

Estaca de sucção

Estaca torpedo

É uma estaca cilíndrica sólida com ponta cônicafechada que é cravada no solo por gravidade apóslançamento de altura calculada.

Em geral seu comprimento é cerca de 10 vezes odiâmetro e pesa entre 50 e 100 t.

Aletas dão maior área de contato com o solo eaumentam a resistência, tanto lateral quanto axial.

Estaca torpedo

A Petrobras começou a usar torpedo para ancoragemde sondas, plataformas semi-submersíveis deprodução e FPSOs, possibilitando sua instalação emáguas com profundidades superiores a 2000m em1999.

Estaca torpedo

Vantagens:

Permite cargas horizontais e verticais.

É a melhor alternativa para plataforma semi-submersíveis eunidades FPSOs em águas profundas, e em locaiscongestionados.

O custo de instalação desta estaca apresenta baixasensibilidade ao aumento da lâmina d’água, viabilizandoeconomicamente a sua aplicação em águas profundas.

Necessita-se somente de um rebocador para realizar otransporte 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 egrande resistência à abrasão, o que as torna ideaispara uso nos trechos de entrada da linha deancoragem na unidade (superfície do mar) e emcontato com o solo marinho.

Por causa de um peso linear muito elevado e de umcusto elevado, elas não são indicadas para o trechointermediário.

Amarra

Cabos

Cabos são muito mais leves e mais baratos que asamarras.

Os cabos de aço são mais resistentes ao manuseio doque os cabos de poliéster, têm diâmetro menor para amesma carga máxima, são menos sensíveis a danos deabrasão e podem tocar o solo marinho durante ainstalação.

Cabos de poliéster são mais leves que os cabos de açomas 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

Peso total : 398,6 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

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 congestiona-mento 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 taut-leg

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 DICASDifferentiated 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 DICASDifferentiated Compliance Anchoring System

Ancoragem single point mooring

Embarcação conectada em apenas um ponto àslinhas de ancoragem.

Utilizado em unidades do tipo FPSO em regiões declima mais imprevisível.

Pode ser dividido em: Monobóia, SALM, turrets

MonoboiaCALM Buoy – Catenary anchor leg mooring buoy

Boia conectada à embarcação por meio de cabos.

Ancorada por linhas de ancoragem em catenária.

Monoboia com yokeCALM yoke system

Boia conectada à embarcação por meio de um braço rígido (yoke).

Ancorada por linhas de ancoragem em catenária.

SALM - Single anchor legmooring

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 turretexterno.

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 DinâmicoLinhas 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 MarítimoClassificação Embarcação

Supridores PSV

Rebocadores / Supridores AHTS

Rebocadores AHT

Survey

Stand-by / Rescue

Heavy Lift

Pipe Layer

Oilwell Service

Heavy Deck Cargo

Outras

Tanker

ROV

DSV

Maintenance

Stone Discharge

Transporte de Passageiros Crew Boat

Embarcações Especiais

Apoio Offshore

Embarcações AHTS

Embarcações multifuncionais AHTS - “AnchorHandling 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 5anos)

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

Rolo de Popa

Shark Jaw

Karm Fork

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


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 vertica l - Insta lação 3

6 UEP Afretada - Âncora vertica l - Desmobi l i zação de UEPs após a vida úti l1

7 UEP Afretada - Âncora de arraste - Insta lação 2

12 UEP Afretada - Âncora de arraste - Desmobi l i zação de UEPs após a vida úti l2

13 UEP Própria - Âncora vertica l - Insta lação 2

95 Teste de cravação - Insta lação de UEP Afretada 7

25 Lançamento de torpedos para ancoragem das l inhas de coleta 40

27 Manifolds (PLEM, PLET, etc.) insta lados com AHTS com A-Frame (peso tota l abaixo de 250 t somando o peso do cabo de aço de lançamento)2

32 Pul l -in/pul l -out de unidades turret 288

66 Empréstimo de barcos para outras empresas 14

Demanda ProgramadaDimensionamento Estático

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

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

Barcos x Dias Alocados para cada Serviço

Dimensionamento “estático”: considera unicamente as durações dos serviços, incluindo tempo de porto

Demanda Probabilística

ID Serviço Descrição # Ocorrências

39 DMAs a real izar em profundidades entre 0 e 300 metros (com pré-lançamento antecipado)18



42 DMAs a real izar em profundidades entre 901 e 1.200 metros (com pré-lançamento antecipado)12

43 DMAs a real izar em profundidades entre 1.201 e 1.500 metros (com pré-lançamento antecipado)4

45 DMAs a real izar em profundidades entre 0 e 300 metros (sem pré-lançamento antecipado)38



48 DMAs a real izar em profundidades entre 901 e 1.200 metros (sem pré-lançamento antecipado)22

49 DMAs a real izar em profundidades entre 1.201 e 1.500 metros (sem pré-lançamento antecipado)4

34 Offloading pela fa l ta de frota de tug supply (TS) do ATER 900

38 Lançamento de torpedo base guia 20

Demanda ProbabilísticaDimensionamento Estático

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

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

Barcos x Dias Alocados para cada Serviço

Dimensionamento “estático”: considera unicamente as durações dos serviços, incluindo tempo de porto

Resultado Simulação

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

O cenário 2009-2010 foi rodado usando o simulador, incluindo a demanda programada e a demanda probabilística, variando a composição da frota

Resultado SimulaçãoCenário 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 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

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Operações de Ancoragem