sesam para subsea, umbilicals, risers anf flowlines (surf)

5/9/2018 Sesam para Subsea, Umbilicals, Risers anf Flowlines (SURF) - slidepdf.com

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João Henrique Volpini MattosEngenheiro NavalRegional Sales Manager (South America) Offshore & Maritime Solutions / DNV Software

Agosto 2012

Sesam para Subsea, Umbilicais, Risers & Flowlines

Visão Geral



© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados..

Como podemos ajudá-lo a tomar as decisões certas ?

Desenvolvendoprodutosparaoprojetodeativosegerenciamentode

riscos,destesuaconcepçãoatéadesmobilização,nasáreas

marítimas,deoffshoreedeprocessosindustriais

Slide 2




DNV Software

DNV Software é uma das unidades da DNV, atuando como sua “software-house”comercial, servindo mais de 5.000 usuários nas áreas marítimas, offshore de

indústrias de processo. DNV Software tem cerca de 350 funcionários dedicados ao desenvolvimento,

testes, suporte e comercialização de suas soluções.

DNV Software é estabelecida em 12 dos 300 escritórios da DNV : Oslo, Londres,Glasgow, Houston, Shanghai, Pequim, Singapore, Pusan, Kaohsiung, Rio de

Janeiro, Mumbai e Dubai

Mais de 50 anos de experiência no desenvolvimento de software de qualidadebaseado no grande conhecimento e expertize da DNV.

Slide 3




Áreas de Atuação da DNV Software

Produtosesoluçõeslíderesnoprojetodeembarcaçõeseplataformas

offshore,análisehidrodinâmica,avaliaçãoestrutural,análisederisco,

gerenciamentodociclodevida,gerenciamentodoprocessodeprojetoe

engenhariabaseadanoconhecimento.

Slide 4

Nauticus™

ClassificaçãoMarítima & Offshore

Sesam™

Avaliação Estrutural

Safeti™

Risco & Confiabilidade

Synergi - Gestão de Risco, QHSE e Integridade



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Aplicações Subsea




Subsea Umbilicals Risers Flowlines – SURF


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A Importância de um Projeto Adequado Alguns custos típicos :

- Perfuração com MODU : USD 700K a 1.4M /dia- Plataforma fixa e topside : USD 400M

- Risers e umbilicais : US$ 1.000 a 2.600/m (20 a 50 por projeto) – total típico US$150M

- Instalação pipelines : US$ 150.000/km

- Parada de produção : US$ 60M/dia- Valor do gás dentro dos pipelines de

Nord Stream : US$ 80M

SURF contribui com 20% do custo deuma instalação de produção.

Analise, analise, analise ...

antes de construir



Utilização do Sesam no SURF Subsea

- GeniE & Usfos para análises estruturais

- Simo para operações marítimas

Umbilicais e risers flexíveis- DeepC para análise global (ULS & FLS)

- UmbiliCAD para desenho da seção transversal

- Helica para tensão e fadiga na seção transversal

- Vivana para análise de VIV Risers

- DeepC para projeto dos risers

- Riflex para análise no domínio to tempo

- Vivana para análise de VIV

Flowlines e pipelines- FatFree para cálculo do free-span de acordo com DNV RP-F105

- StableLines para on-bottom stability de acordo com DNV RP-F109

- DNV-OS-F101 Code Compliance para sistemas de pipeline submarinos

- PET (Pipeline Engineering Tool) para projeto preliminar de pipelines

- Vivana para análise de VIV



Simulação deOperaçõesMarítimas


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Operações Marítimas

Slide 10

Atividades não rotineiras de limitada duração, especialmente projetadas :

- Load out- Float out, float on/off

- Off loading

- Lifting, lift off, mating

- Towing

- Launching, upending, positioning

- Riser/umbilical instalation- Transito e posicionamento de semisubs,

FPSOs, jackups, etc.

Normas e Práticas Recomendadas DNV- DNV-OS-H101 Marine operations, General

- DNV-OS-H102 Marine Operations, Loads and Design- DNV-OS-H201 Load Transfer Operations

- DNV-OS-H202 Sea Transports

- DNV-RP-H101 Risk Management in Marine and Subsea Operations

- DNV-RP-H102 Modeling and Analysis of Marine Operations

- …



Simulação de operações marítimas (comportamento de

estruturas flutuantes e cargas suspensas) no domínio dotempo. Características :

- Modelação flexível de sistemas multi-corpos.

- Simulação não-linear no domínio do tempo.

- Carregamento de ambiente (vento, ondas, corrente).

- Forças de ancoragem e de posicionamento.

- Posicionamento dinâmico.

- Forças de acoplamento (guindastes, defensas, etc.).

- Dinâmica da zona de splash.

Aplicações :

- Operações de offloading.- Deck mating , remoção/instalação de módulos.

- Operações com guindastes (lifting).

- Transferência (offloading)

- Instalação de TLPs.

Slide 11

Simo (1)Desenvolvido e mantido pela Marintek.

Comercializado pela DNV.



Simo (2) Cálculo do movimento de qualquer número de corpos

- Forças “fracas” de acoplamento e engate

- Integração das equações de movimento para cada corposeparadamente

- Passo máximo de tempo relacionado ao menor períodonatural

Cada corpo tem 3 ou 6 graus de liberdade

- Vários modelos de forças

Sistemas de posicionamento

- Molas

- Linhas de ancoragem

- Impelidores

Acoplamentos

- Molas e amortecedores

Slide 12



AncoragemImagens de Oceânica Engenharia, Consultoria e Projetos Ltda.

Cidade doSamba

Maracanã

AeroportoSantos

Dumont


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Mimosa (1)

Cálculos no domínio da frequência Cargas ambientais devido a ondas, vento e corrente

Movimentos induzidos por ondas

Movimentos lentos de flutuação

Linhas de ancoragem compostas Movimento transiente após rompimento da linha

Estatística não gaussiana

Posicionamento dinâmico com impelidores

Análise de estabilidade de navios ancorados pelo turret

Simulações de longo prazo

Cálculo da resposta extrema baseada em Rayleigh

Espectro de rajadas de vento API

Sistema para análise estática e dinâmica de ancoragem

Desenvolvido e mantido pela Marintek.




Slide 15

Mimosa (2)

Desvio padrão, período de oscilação médio, valor significativo e máximo esperado,

são disponíveis para:- Movimento de qualquer ponto da embarcação no domínio da frequência para os 6 graus de

liberdade.

- Tensão de ancoragem estática e dinâmica, incluindo a devido ao movimento de deriva lenta.

Movimento transiente após ruptura da linha ou falha no impelidor (DP blackout) emtermos do tempo versus movimento, tensão, trajetória do movimento, excursãomáxima de qualquer ponto da embarcação e tensão máxima de ancoragem.

Comprimento de cabo requerido no guincho para mover a embarcação para umanova posição.

Distribuição ótima de tensões.

15



Projeto deRisers




Risers Trecho da tubulação que fica em suspensão

e que faz a transferência de material (hidro-carbonetos, fluidos de injeção, fluidos decontrole, gás) entre o leito oceânico e asunidades de perfuração ou produção nasuperfície.

Continuamente sujeitos às ações dinâmicasde ondas, correntes marítimas e movimentoda plataforma, tem seu comportamentoinfluenciado pelo grande número de esfor-ços a que são submetidos, sendo considera-dos como uma das partes críticas de um

sistema de exploração offshore.

Slide 17

Riser rígidoRiser flexível




Tipos de Análises Cobertas pelo Sesam ULS

- Deflecções, forças, tensões e resultados de code-checks

- DeepC (Simo + Riflex)

FLS

- Fadiga global e refinada

- DeepC (Simo + Riflex)

VIV- Resposta de frequência e dano por fadiga

- VIV cruzado e alinhado

- Vivana



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Riflex (1)

Deslocamento, curvatura, ângulos, esforçosresultantes (tensão efetiva, momento fletor e torsor)

Estruturas marítimas delgadas- Risers flexíveis, SCR, linhas de ancoragem, umbilicais,

tendões de TLP, linhas de reboque, mangueiras detransferência.

Recursos- Ondas regulares e irregulares

- Recurso para perturbação cinemática

- Perfis arbitrários

- Efeitos de pressão hidrostática interna e externa- Contato com leito do oceano

- Propriedades não lineares de materiais

- Formulação do contato Pipe-in-Pipe

- Elementos de conexão (rótulas, juntas flexíveis, etc.)

Desenvolvido e mantido pela Marintek.


Análise estrutural não linear de risers e umbilicais, descrevendo o seu com-portamento global estático e dinâmico.



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Riflex (2)

20

Desenvolvido pela MARINTEK e SINTEF em cooperação com a NTNU (NorwegianUniversity of Science and Technology) como um JIP.

- BP Petroleum Development

- Conoco Norway

- Esso Norge

- Norske Hydro

- Saga Petroleum

- Statoil

Imbatível na velocidade de obtençãoda solução

Excepcionalmente estável

Grande flexibilidade

Grande versatilidade para cargas ambientais

Opera com grandes massas de dados muito eficientemente

diversas configurações de risers




VIV – Vibração Induzida por Vórtices Fenômeno gerado pela oscilação do

movimento do fluido devido à criaçãode uma esteira de vórtices a juzantedo corpo.

Slide 21

corrente esteira de vórtices




VIV – Problemas Decorrentes Risers e pipelines

- Redução da vida útil devido à fadiga.- Aumento na tensão axial.

- Aumento nas cargas extremas

- Aumento no arrasto

SPAR, TLP, Semis, etc.

- Aumento no movimento global- Aumento nas tensões das linhas de

ancoragem.

Slide 22




Vivana

Extensão opcional do Riflex. Análise estática e dinâmica

- Utiliza o modelo e análise estática do Riflex

- Utiliza o método de elementos finitos

- Propriedades não constantes, tais como diâ-metro e rigidez

- Sheared current- Leito marítimo desigual

- Resposta 3D

Análise de VIV- No domínio da frequência

- Carregamento de VIV a partir de coeficientes semi-empíricos baseados em modelos.- Frequências de resposta discretas

- Cálculo da amplitude do movimento e amplificação do arrasto

- Cálculo de fadiga.

Desenvolvido e mantido pela Marintek e NTMU.


Cálculo de VIV em estruturas esbeltas sujeitas à correnteza.




Análise Acoplada

24

TLP

FPSO

CALM BUOY

Na análise da resposta dinâmica do flutuante, a análise acoplada leva em conta arestauração, amortecimento e forças inerciais dos outros corpos.

O flutuante, ancoragem e risers são resolvidos simultaneamente, com equilíbriodinâmico em cada passo de tempo.

4000 4050 4100 4150 4200

(sec)

Axial force at two ends of FTL (wave/wind/current_180deg, swell_225deg)

end at FPSO end at TLP

Os flutuantes, linhas de ancoragem, risers, e FTL,

constituem um sistema dinâmico integrado queresponde ao vento, corrente e ondas de maneira

complexa.

FLOW TRANSFER LINE




Efeitos do Acoplamento1) Restauração estática do sistema de posicionamento como uma função do desloca-

mento do flutuante.

2) Carga de corrente e seus efeitos na força de restauração do sistema de ancorageme de risers.

3) Fricção com o leito marítimo (se as estruturas tiverem contato com o fundo).

4) Amortecimento pelos sistemas de ancoragem e risers devido à dinâmica, corren-teza, etc.

5) Contato casco-riser (importante em Spars).6) Forças adicionais de inércia devido aos sistemas de ancoragem e risers.

25

: 1)levadoemcontacomprecisão

2),4),6)podemseraproximados 3),5)geralmentenãosãoconsiderados

: Tratamentoconsistentedetodosos6efeitos




DeepCFerramenta para análise acoplada de risers, ancoragem e corpos flutuantesestacionários.

Modelagem de estruturas delgadas.

Definição e execução de análises no domínio do tempo :

– Riflex e Simo para análise acoplada.

– Riflex para análise convencional de riser.

Pós-processamento estatístico.

Análise de fadiga dos risers.

Code-checking de carregamento combinado de risersmetálicos.




Análise tradicional do projeto de risers para águas rasas e profundas, desde amodelagem até a análise de fadiga e verificação por normas.

Calcular precisamente as respostas das linhas deancoragem/risers e o movimento da embarcação.

Efetuar análise acoplada com vários corposconectados, cobrindo todos os tipos de layoutsde campos.

Levar em conta os efeitos de acoplamento :- Forças de restauração não lineares

- Amortecimento devido à dinâmica das estruturasdelgadas

- Carregamento nas estruturas delgadas

- Forças de inércia nas estruturas delgadas

Servir de pré e pós-processador gráfico paraSimo e Riflex.

DeepC : Propósitos

27




Projeto deUmbilicais




UmbilicaisConjunto de mangueiras que transportam fluidos hidráulicos, ar comprimi-do, fluidos para injeção química, cabos elétricos, fibra ótica, etc., para acio-namento dos mecanismos de controle dos equipamentos submarinos emonitoramento das caracteristicas do poço.

Projeto estrutural : – Avaliação para suportar cargas

extremas. – Verificação da vida útil sob condi-

ções de carga cíclica.

Complicadores : – Deslizamento entre camadas e

elementos. – Efeito do desgaste das camadas. – Dano por fadiga.




Projeto de Umbilicais

30

Projeto dos

componentes

• Requisitos funcionais

• Normas e padrões

• Massa e peso submerso

• Rigidez

• Curva de capacidade simplificada

Projeto da seção

transversal

• Rigidez

• Curva de capacidade simplificada

Análise global

e fadiga

• Série temporal para cada estado

de mar

• Flutuante e umbilicais

• Diagrama de dispersão

• Análise com e sem acoplamento

• Etc.

Verificação de

capacidade e

fadiga

UmbiliCAD

UmbiliCAD& Helica

DeepC

Helica




UmbiliCADFerramenta de projeto da seção transversal de umbilicais.

Auxilia na geração dos desenhos e curvas de capacidade. Projetos elaborados em horas ao invés de dias.

Elimina a necessidade de software de CAD complementar.

0

100

200

300

400

500

600

-0.0004 -0.0003 -0.0002 -0.0001 0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004

T o t a l h e l i x s t r e

s s

Curvature

Helix position : 270.0000

Capacity Curve

0.0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

0.0 0.04 0.08 0.12 0.16 0.2 0.24 0.28Curvature [1/m]

T e n s i o n [

k N ]

100% Utilisation

80% Utilisation

Desenvolvido e mantido pela UltraDeep.





Helica (2) Características da seção transversal levadas em

conta :

- Movimento relativo entre camadas/componentes- Fricção, aderência/deslizamento (dependente da

tensão)

- Histerese do momento fletor x curvatura

Análise de fadiga no curto prazo

- Avaliação do dano por fadiga em uma condiçãoambiental de curto prazo, considerando ocarregamento em termos de séries temporais desimultâneas de curvatura bi-axial e tensão efetivaproduzida pela resposta da análise dinâmica global.

- Helica utiliza os resultados do DeepC como a

resposta no domínio do tempo da análise dinâmicaglobal.

Análise de fadiga em longo prazo

- Avaliação da fadiga de longo prazo pela acumulaçãde todas as condições de curto prazo.

Séries temporais

(Riflex)

Curvas de capacidade

(Helica)




Projeto de flowlinese pipelines de acordo com aspráticas DNV

Slide 34




OS-F101 Code ComplianceSoftware de code-check acordo com a norma DNV-OS-F101 “SubmarinePipeline Systems”.

Interface Excel.

Verificação de conformidade para :

– Explosão devido à pressão excessiva nas condiçõesde operação e teste.

– Colapso para o pipeline vazio.

– Propagação da flambagem para o pipeline vazio.

– Carregamento controlado por interação das cargas(momento, força axial e sobrepressão interna/externa)

– Deslocamento controlado por interação das cargas (tensão axial e sobrepressãointerna/externa).

O programa calcula : – A espessura mínima do duto para as condições dadas.

– A utilização baseada em uma espessura da parede fornecida pelo usuário.

Slide 35




FatFreeSoftware de análise do vão livre de pipelines de acordo com DNV-RP-F105 “Free Spanning Pipelines”.

Interface Excel.

Análise de ULS e FLS devido ao VIV(alinhado e cruzado) criado pela correntezae carregamento de ondas.

Cálculo das tensões de pico de Von Mises.

Análise de sensibilidade para altura do vão,trenches, comprimento do vão.

Curvas SN da DNV-RP-C203.

Slide 36




StableLinesSoftware de análise de estabilidade de pipelines sujeitos aos efeitos de ondae correnteza, baseado nos princípios da DNV-RP-F109 “On-Bottom StabilityDesign of Submarine Pipelines”.

Interface Excel.

Variação de qualquer parâmetro.

Análises múltiplas em uma únicaexecução.

Três métodos de estabilidade lateral :

– Estabilidade absoluta (nenhum movimento do pipeline).

– Estabilidade generalizada com deslocamento de 0,5 OD. – Estabilidade generalizada com deslocamento de 10 OD.

Geração de relatórios.

Análise de sensibilidade apresentada graficamente.

Slide 37




Pipeline Engineering Tools - PETPET é um software de análise de projeto preliminar de pipelines, cobrindodiferentes aspectos do projeto.

Interface Excel.

Verificação da norma DNV-OS-F101.

Cálculo da masse e volume.

Expansão das extremidades durante a operaçãoe testes.

Flambagem.

Estabilidade

Fadiga

Restrições e características do carretel.

Tensões, curvatura e momento, distância do ponto de contato à unidade, cálculo dacatenária, etc., para instalações em J-Lay e S-Lay.

Proteção catódica.

Slide 38




Sesam cobre o projeto de

- Subsea- Operações marítimas- Ancoragem

- Umbilicais- Risers- Flowlines e pipelines




Observações Finais

40

Análise estrutural,

operações marítimas

e ancoragem

Análise global, projeto da seção

transversal, fadiga e VIV

Avaliação de fadiga e VIV

Ferramentas de engenharia

de pipelines de acordo com

as práticas DNV###### Vers. 1.0

DNVversion Expiry date:23.02.2009 Release Note

Project: Date: 06.06.2008 Calculationsby

Verifiedby

Direction Hs,1-year Hs,10-year Hs,100-year Tp,1-year Tp,10-year Tp,100-year Uc,1-year Uc,10-year Uc,100-year

(deg) (m) ( m) ( m) ( s) ( s) ( s) ( m/ s) ( m/ s) ( m/ s)

θpipe[deg] 90 ρwater [kg/m3] 1025 s 8 0 8 9 10 9 10 11 0.4 0 .5 0 .6

Ds [ m] 0 .9 14 0 ρsteel[ kg /m 3] 7 85 0 z0 [ m] 4 .0 0E -0 5 zr [m] 0.2 30 8 9 10 9 10 11 0.4 0 .5 0 .6

tsteel[ m] 0 .0 45 0 ρconc[ kg /m3 ] 3 00 0 zt[m] - d [m] 40 60 8 9 10 9 10 11 0.4 0 .5 0 .6

tconc[m] 0.0000 ρcont [kg/m3] 150 zp [m] - θ[ deg] - 90 8 9 10 9 10 11 0.4 0 .5 0 .6

rtot,y - γ 3.3 120 8 9 10 9 10 11 0.4 0.5 0.6

d50 0.5 Tstorm [hrs] 3 150 8 9 10 9 10 11 0.4 0.5 0.6

rperm,z 1 180 8 9 10 9 10 11 0.4 0.5 0.6

tcoat,1 0.0003 ρcoat,1 1300 µ 0.60 210 8 9 10 9 10 11 0.4 0.5 0.6

tcoat,2 0.0003 ρcoat,2 900 γs'[N/m

3] 1 00 00 τ 1058 240 8 9 10 9 10 11 0.4 0.5 0.6

tcoat,3 0.0024 ρcoat,3 900 γs [N/m3] 1 20 00 sg,operation 1.54 270 8 9 10 9 10 11 0.4 0.5 0.6

tcoat,4 0 ρcoat,4 0 su [N/m2] 7 500 d/D - 300 8 9 10 9 10 11 0.4 0.5 0.6

tcoat,5 0 ρcoat,5 0 Gc - γSC - 330 8 9 10 9 10 11 0.4 0.5 0.6

0.030

668

tsteel,added [m] tsteel,added[m]

ws,vertical [N] ws,vertical [N]668

0.013

36412856

7802

0.100

wnecessary [N]

tconc [m]

STABLELINESOn-BottomStability of SubmarinePipelines

GeneratingProgram

References: Verificationofversion

NN

NN

Pipeline data

12

Soil interaction

ReturnPeriodValuesfo rWaveand Current

Environmentalarameters

Number of directions considered

Input path

Programmed byDNV Deep WaterTechnology

Knut Vedeld ([email protected])

Björn Henriksen ([email protected])

OlavAamlid ([email protected])

Design condition for pipe in operation

StabilityCriterion

wnecessary [N]

tconc [m]

Results - Emptypipe

0.044

4858

ws [N]

Results - Pipe in operation

ws [N]

Coating data

CoatingDensity[kg/m3]Coatingthickness[m]

Design condition for emptypipe

Output path

C:\Projects\On-Bottom Stability\StableLines\TestInput

C:\Projects\On-Bottom Stability\StableLines\TestInput

filefile

Input file nameOutput file name

OpenCase

Parametric RunsCalculate

Sand

.5DDisplacement

SaveCase

10-year and100-year RPVCombination1-year and10-year RPVCombination

Necessaryweightv.s directions

0

2000

4000

6000

8000

10000

0 3 0 6 0 9 0 1 2 0 1 5 0 1 8 0 2 1 0 2 4 0 2 7 0 3 00 3 3 0

directions

w s

ws,operational

ws,emptyConcretethicknessv.s.density

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

1950 2117 2283 2450 2617 2783 2950 3117 3283 3450Concretedensit y

C o n c r e t e

t h i c k n e s s

Empty con ition

Operationalcondition



Safeguarding life, propertyand the environment

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