análise de plataformas fixas de aço offshore com ênfase na

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  • I - INTRODUO

    I.1- OBJETIVO

    Este Projeto Final de Curso tem como objetivo comparar e indicar as diferenas das

    metodologias das normas de anlise estrutural de Plataformas Fixas de ao, considerando as

    incertezas das cargas ambientais de onda, vento e corrente e as incertezas relacionadas s

    resistncias.

    Para tal sero analisados e comparados os resultados obtidos pela aplicao dos

    critrios de dimensionamento da API-RP2A (WSD) e da API-RP2A (LRFD), sobre alguns

    elementos de uma jaqueta de uma plataforma "offshore", permitindo avaliar o impacto das

    mudanas sobre o projeto da mesma.

    Para muitas estruturas projetadas hoje em dia o uso de computadores faz-se

    necessrio. Para uma jaqueta de uma plataforma fixa "offshore" no diferente. Trata-se de

    uma estrutura composta por milhares de graus de liberdade, onde juntas e barras so

    solicitadas por dezenas de carregamentos, alguns dos quais bastante complexos, tais como

    carga de onda e corrente.

    As barras e as juntas de uma jaqueta, alm de solicitados por inmeros carregamentos,

    devem ser dimensionados segundo vrios critrios como tenses, instabilidade local e global,

    puncionamento e fadiga. Logo, para o projeto completo de uma jaqueta faz-se necessrio o

    uso de sistemas de anlise de iterao SOLO-FLUIDO-ESTRUTURA tipo ADEP [6, 7, 8].

    Neste trabalho daremos enfoque anlise dos esforos nas pernas ("chords") e

    diagonais (braces") e ao puncionamento das ligaes PERNAS / DIAGONAIS.

    1

  • I.2- GENERALIDADES

    Ao longo do tempo, o homem aprendeu que toda vez que so definidos padres para

    certos procedimentos, ganha-se tempo e qualidade, uma vez que na definio destes padres,

    opta-se pelo que h de melhor, baseado em ensaios, pesquisas e experincias anteriores.

    Visando estas padronizaes, foram criadas as normas, cujos comits so constitudos das

    maiores autoridades do meio cientfico, acadmico e profissional.

    Na rea de projeto de estruturas no foi diferente. Visando uma padronizao dos

    critrios de anlise e dimensionamento, foram desenvolvidas normas ou recomendaes.

    Assim em funo do tipo de material, do carregamento a que esto sujeitas e a utilizao que

    se prope para a estrutura, no esquecendo a responsabilidade e os riscos que esta pode

    incorrer, ter sua normalizao prpria ou uma que melhor se enquadre s suas caractersticas.

    Em 1889, o Texas nos EUA, lugar conhecido como "o bero do Petrleo no Mundo",

    foi o ponto inicial da extrao petrolfera. A indstria "offshore" (em mar aberto, longe do

    litoral) de extrao de petrleo teve incio no final do sculo passado na costa da Califrnia

    com estruturas rsticas de madeira e lminas d'gua (distncia do fundo onde se assenta

    plataforma a superfcie livre do mar) em torno de cinco metros. S em 1947 foram

    construdas as duas primeiras plataformas metlicas, j com o conceito de Jaqueta, pela

    empresa Superior Oil Company. Esse conceito consistiu em fabricar em canteiro, uma

    estrutura de travejamento que fosse colocada no local de instalao por guindaste e que

    servisse inicialmente de guia para a cravao das estacas e posteriormente travejamento para

    estas abaixo da linha dgua, provendo dessa maneira considervel resistncia s aes

    ambientais. Essas estruturas metlicas, mudaram o rumo da construo offshore, pois

    possibilitaram a instalao muito mais rpida do estaqueamento ao mesmo tempo em que

    abriram o caminho para lminas dgua mais profundas.

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  • Posteriormente foram instaladas no Golfo do Mxico, em guas de at 60 metros de

    profundidade. Entre 1950 e 1960, as plataformas j produziam em guas de at 100 metros,

    chegando, anos depois, para profundidades de 400 e 500 metros.

    Figura I.1

    Na dcada de 50, s se explorava a plataforma continental no golfo do Mxico e a

    Califrnia; dez anos depois, a explorao j era realizada desde a Austrlia at o Alaska.

    No grfico correspondente Figura I.2 tem-se a evoluo histrica da explorao de

    petrleo at o ano de 1980 por meio de plataformas fixas de petrleo.

    3

  • JAQUETA1930 1940 1950 1960 1970 1980

    Anos

    0

    100

    200

    300

    400

    Lm

    ina

    d'g

    ua (m

    )

    Figura I.2 - Desenvolvimento Histrico

    Observa-se no grfico que no perodo compreendido entre 1950 e 1980 (30 anos) a

    lmina dgua passou os 300 m.

    No Brasil, os trabalhos preliminares de levantamento geofsico surgiram em 1959.

    Segundo publicaes oficiais, programava-se para o incio de 1968 a operao da

    primeira plataforma de perfurao auto-elevatria (ver exemplo na Figura I.3). Esta, a

    Petrobrs I, seria construda pelas empresas Mecnica Pesada e Estaleiros Mau, porm, o

    programa exploratrio foi antecipado com a contratao da plataforma Vinegaroom empresa

    Zapata Overseas. Em 1962, a costa do Sergipe at o Rio de Janeiro serviu de base paras as

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  • primeiras perfuraes (Alagoas, Sergipe e Esprito Santo). O primeiro poo brasileiro, o 1-

    ESS-1, foi realizado no litoral do Esprito Santo, o qual no teve sucesso.

    Figura I.3 Plataforma Auto-Elevatria (Perfurao de Poos)

    O segundo poo, este em Sergipe, o 1-SES-1, foi desativado por dificuldades

    mecnicas. Em 1968, iniciou-se a perfurao do 1-SES-1A, que ao atingir 1320 metros de

    profundidade, apresentou petrleo jorrando um volume estimado de 100 barris por hora. Esse

    foi o poo pioneiro, dando incio produo no mar e que veio a constituir o complexo de

    Guaricema, instalado em Sergipe e que at hoje continua funcionado como estao de

    extrao de petrleo. Em 1996, no Brasil, existiam setenta e oito plataformas fixas metlicas

    atingindo at 170 metros de profundidade (distncia do fundo do mar a superfcie livre do

    mar) na Bacia de Campos.

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  • I.3 - CONCEPES ESTRUTURAIS PARA EXPLOTAO DE PETRLEO EM GUAS RASAS E INTERMEDIRIAS (PLATAFORMAS FIXAS DE AO E CONCRETO E PLATAFORMAS FLUTUANTES)

    At uma lmina d'gua de 30 metros a instalao de uma plataforma fixa de petrleo

    segue basicamente, com o auxilio de guindastes em todas as suas fases. Em 1955, a Shell

    iniciou a instalao em lminas d'gua superiores a 30 metros, ocasionando o surgimento de

    um novo problema, que consistia no peso e nas dimenses da jaqueta a ser iada. Em 1957 foi

    construda a primeira barcaa de lanamento, permitindo assim, a evoluo para lminas

    dgua mais profundas, denominadas de guas intermedirias. Com o avano tecnolgico, o

    nmero de estacas por perna da jaqueta evoluiu de uma, cravada pelo seu interior, para um

    grupo ligado diretamente perna ou jaqueta atravs de estruturas aporticadas na parte

    inferior da mesma (Figura I.4). Verificou-se que o limite tcnico/econmico para este tipo de

    plataforma foi de aproximadamente 500 metros. No Brasil, esta concepo atingiu a

    profundidade de 170 metros. Na Figura I.5 tem-se o conjunto das sete plataformas fixas mais

    profundas operando na bacia de Campos.

    Na Figura I.6 apresenta-se alm das plataformas fixas de ao e concreto, outras

    concepes estruturais que viabilizam a explorao econmica do petrleo em guas

    intermedirias, profundas e ultraprofundas:

    - (a) Plataformas fixas de ao (tambm conhecidas como jaquetas);

    - (b) Plataformas fixas de concreto (Mar do Norte);

    - (c) Plataformas flutuantes semi-submersveis;

    - (d) Navios ancorados (FPSO);

    - (e) Plataformas de pernas atirantadas (TLP);

    6

  • FIGURA I.4

    FIGURA I.5

    7

  • importante ressaltar que a plataforma fixa mais profunda instalada na costa brasileira

    a de Namorado II (mais direita da Figura I.5).

    As principais caractersticas da plataforma Namorado II so:

    - lmina dgua = 172 metros

    - ano de instalao = 1982

    - produo mdia diria = 35.000 bpd

    Atualmente, as principais plataformas fixas na Bacia de Campos so:

    Enchova I;

    Garoupa;

    Namorado I e Namorado II;

    Pampo I;

    Cherne I e Cherne II;

    Pampo IA e Pampo IB;

    Carapeba I, Carapeba II e Carapeba III;

    Vermelho I, Vermelho II e Vermelho III;

    importante ressaltar que as plataformas fixas mais profundas operando no Golfo do

    Mxico so as de Cognac instalada em 1978 a 309 m e a Bullwinkle instalada em 1980 a

    412 m.

    No Brasil foram instaladas somente trs plataformas de concreto (Ubarana I,II e III no

    Rio Grande do Norte) em guas rasas (15 metros) , sendo que as maiores plataformas fixas de

    concreto foram instaladas no Mar do Norte.

    8

  • Figura I.6 - Plataformas fixas (ao e concreto) e Plataformas flutuantes

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  • II PLATAFORMAS FIXAS DE AO

    Conforme descrito no captulo I, as plataformas fixas de ao so utilizadas para a

    explorao de petrleo em guas rasas e intermedirias. Recomendaes de anlise e projeto

    so fornecidos pela API-RP-2A [1].

    Nos fluxogramas das Figuras II.1 e II.2 tem-se uma viso geral das etapas de projeto,

    construo e instalao de uma plataforma fixa de petrleo.

    II.1 - Descrio das Etapas de Instalao

    Conforme pode ser visto nos dois fluxogramas apresentados, uma das grandes

    diferenas entre uma estrutura offshore e uma estrutura onshore est no fato de que a

    construo da primeira realizada no mar (dificuldade implcita), num local completamente

    diferente (normalmente mais do que um) do local de instalao escolhido para a explorao

    do petrleo. Uma plataforma martima ti