RISER VERTICAL SUSPENSO E ANCORADO POR AMARRAS (RSAA)
II.1. Introdução
As descobertas em águas profundas na Bacia de Santos estão levando a PETROBRAS a dar saltos cada vez maiores para o futuro, abordando desafios pioneiros de tecnologia e logística, numa escala sem precedentes na indústria mundial de petróleo. E para que o crescimento seja contínuo, os desafios que vão surgindo devem ser vencidos para que a demanda e a descoberta de campos petrolíferos em águas cada vez mais profundas sejam atendidas.
Uma das inovações tecnológicas que busca vencer alguns desafios levantados pelas novas reservas nos campos de Tupi é o sistema conhecido como riser suspenso e ancorado por amarras ou RSAA (COSTA et al., 2009).
Uma das grandes dificuldades de se dimensionar risers rígidos em catenária, denominados de SCRs, é o fato deles não resistirem aos níveis de movimentos impostos pelas unidades flutuantes de produção a qual estão conectados. Esses movimentos induzem níveis elevados de esforços flexionais e tração no ponto de conexão do riser com a unidade, além de elevados níveis de tensão no ponto de contato do riser com o solo, denominado de TDP, decorrentes dos momentos fletores nesta região.
Desta forma, o riser suspenso e ancorado por amarras, denominado de RSAA, foi concebido de forma a contornar essas duas dificuldades existentes no dimensionamento de estruturas convencionais como os SCRs.
No RSAA, os esforços na região do topo ficam separados em termos de flexão e tração, pois os esforços flexionais são absorvidos pelo jumper constituído de linha flexível e os esforços de tração são absorvidos pelas amarras e transmitidos para o tubo vertical de aço. Já na região que o sistema toca o solo, denominado de TDP, o dimensionamento da linha flexível é realizado de forma que a mesma apresente raios de
Esta é a proposta inicial e original do sistema, entretanto outras alternativas têm sido analisadas em virtude de cenários menos rigorosos. Uma alternativa bastante viável já analisada é fazer a conexão de topo do tubo vertical diretamente na unidade flutuante, dispensando-se assim a existência de jumper de topo de linha de ancoragem. Isso dependerá dos níveis de rotação impostos pela unidade flutuante em questão. Assim sendo, pode-se promover a conexão de topo do tubo vertical com a unidade flutuante através de stressjoint de aço especial ou até mesmo de titânio.
Este sistema traz enormes vantagens na indústria offshore, visto que, um dos problemas que mais se destaca quando se produz em águas profundas sob condições ambientais diversas, é o movimento imposto pela unidade flutuante, principalmente nos FPSOs onde os movimentos são maiores. Outro aspecto importante, porém, secundário é que o sistema permite o não congestionamento do arranjo de fundo, que geralmente acontece quando há plataformas com muitas linhas, ou ainda no caso de duas plataformas operando em regiões próximas.
II.2. Descrição do Sistema RSAA
A configuração inicialmente proposta do RSAA é constituída por um riser de aço vertical que é sustentado por um segmento de amarra e ligado ao flutuante através de um jumper, como mostrado na Figura II-1. Na configuração em que o riser de aço não está conectado diretamente ao flutuante, a transmissão de momentos fletores para o
riser é minimizado, conseqüentemente, reduzindo as tensões em seu topo. Caso seja
escolhida a opção em que o tubo esteja ligado diretamente ao flutuante, os esforços devido ao momento fletor se restringem ao topo, se dissipando ao longo do riser. A extremidade inferior do riser de aço, que fica distante do fundo marinho, está ligada à
flowline por outra estrutura flexível única ou por um conjunto delas (bundle), como
indicado na Figura II-2 (DANTAS et al., 2009). O riser flexível pode possuir uma configuração em catenária livre ou em lazy-wave onde, neste caso, os flutuadores ajudam a reduzir os momentos de flexão no TDP. Como no topo, nesta extremidade do
riser de aço também é conectada uma amarra, que é instalada frouxa, ancorada ao fundo
ajudando a manter o sistema corretamente posicionado e aumentando a força de restauração quando são impostos movimentos de heave. Este segmento de amarra tem
que ser dimensionado para não tracionar excessivamente o sistema, mas apenas ter o tamanho suficiente para mantê-lo na mesma posição, mesmo em condições extremas, como correntes marítimas fortes. Finalmente, as conexões entre as estruturas flexíveis e o riser vertical e entre os segmentos de linha de amarra e o riser vertical, são feitas por conectores de aço em forma de Y, Figura II-3, que já foram estudados em (SOUSA et al., 2009).
Figura II-1 – Sistema RSAA em algumas de suas variações.
(a) (b)
Figura II-2 – Sistema RSAA composto somente por uma linha (a) e em feixe (Bundle) (b). (DANTAS et al., 2009).
(a) (b)
Figura II-3 – Modelo dos conectores de aço do RSAA. Conector superior (a) e Conector inferior (b). (SOUSA et al., 2009).
O sistema descrito acima, RSAA, possui como principais vantagens a dissociação da alta tração e os momentos de flexão na ligação de topo do riser rígido (DANTAS et al., 2009), (SOUSA et al., 2009) e (LACEO et al., 2009), e a redução da influência dos movimentos verticais na região do TDP, sobretudo, na vida útil à fadiga do riser vertical.
Ao justificar o motivo pelo qual foi escolhido o referido riser para aplicação da metodologia investigada neste trabalho, destaca-se a necessidade de explorar mais este conceito, ampliando os conhecimentos para que possa ser empregado num cenário real e desafiador, como a área do Pré-sal, ou a área central do Golfo do México, em águas ultra profundas, uma vez que este conceito busca solucionar os problemas de se explotar em cenários com esta característica. Podemos destacar, mais uma vez, algumas vantagens operacionais deste conceito devido às características dinâmicas do RSAA. Segundo (COSTA et al., 2009), são elas:
• O sistema é menos sensível aos movimentos de grande amplitude, no
range de períodos de onda, pois apresenta períodos naturais na faixa de
2 a 4 segundos;
• O sistema é sensível apenas a movimentos de grandes amplitudes com períodos muito pequenos;
• O aumento de offset da unidade não aumenta a tensão no riser ou nos
• O dimensionamento das linhas do RSAA não depende da direção de incidência ambiental;
• Embora haja uma amplificação dinâmica por conta dos movimentos relativos, o sistema responde basicamente de forma quase estática;