Alex Leandro de Lima
Título
Avaliação de Metodologias de Análise de Unidades Estacionárias de Produção de Petróleo Offshore
Resumo
Este trabalho apresenta a execução e a validação de análises dinâmicas acopladas de sistemas offshore, considerando a interação entre um corpo rígido, representando a unidade flutuante, e as linhas de ancoragem e risers, modeladas por elementos finitos. A metodologia de análise acoplada não-linear no domínio do tempo considera a interação entre o comportamento hidrodinâmico do casco e comportamento estrutural e hidrodinâmico das linhas de ancoragem e risers. Para isso, o casco é representado por uma equação dinâmica para resolver seus seis graus de liberdade (surge, sway, heave, roll, pitch e yaw) e as linhas são representadas no lado direito dessa equação de movimento por forças agindo nas conexões do casco. Demonstra-se que esta metodologia “fracamente acoplada” pode representar corretamente os efeitos da interação que compreendem o comportamento real de um sistema offshore. Para isto, primeiramente um exemplo acadêmico simples compara os resultados desta metodologia com uma análise dinâmica “totalmente acoplada”, onde o casco e as linhas são representados por elementos finitos. Em seguida, esta metodologia é usada para analisar modelos para os quais existem resultados experimentais, mais especificamente, em um sistema CALM e a semisubmersível ITTC. A avaliação dos resultados numéricos obtidos e a comparação com os resultados experimentais darão ênfase à precisão e confiança nas análises acopladas, que estão começando a ganhar um uso mais acentuado em projetos estruturais offshore.
Abstract
This work presents the implementation and validation of coupled dynamic analysis of offshore systems, considering the interaction between a rigid body, representing the floating platform, and the risers and mooring lines, modeled by finite elements. Consequently, the coupled nonlinear time-domain analysis methodology considers the interaction between the hydrodynamic behavior of the hull and the structural/hydrodynamic behavior of the mooring lines and risers. For that, the hull is represented by a dynamic equation to solve its six degrees of freedom (surge, sway, heave, roll, pitch and yaw) and the lines are represented, on the right side of that dynamic equation, by its forces acting on the hull connections. It will be demonstrated that this “weak” coupled methodology is able to represent correctly the interaction effects that comprise the real behavior of an offshore system. For that, firstly a simple academic example will compare the results of this methodology with a fully coupled dynamic analysis where the hull and the lines are all modeled by Finite Element Method. Next, results of coupled analyses will be compared with the results of models evaluated in tank tests, more specifically, a semi-submersible ITTC and a CALM monobuoy. The obtained results will stress the accuracy and reliability of the coupled dynamic non-linear simulations, which are beginning to gain a wider use by offshore engineers.