O aumento na complexidade das operações de sistemas de produção de petróleo e gás no mar e um fato concreto. Atualmente, a necessidade de avaliar o comportamento no mar destes sistemas requer a compreensão de fenômenos, até então, pouco explorados e que tornam imprescindível uma investigação apoiada em experimentos com modelos reduzidos. Resultados obtidos em tanques de provas, por sua vez, requerem metodologias que contam com a experiência do pesquisador e que, em muitos casos, não são encontradas de maneira detalhada o suficiente na literatura. Ou seja, muitas destas metodologias normalmente são encontradas, no entanto, não em nível para que pesquisadores iniciantes desenvolvam atividades experimentais minimamente pertinentes as eventuais tomadas de decisão ou confrontação com outras linhas de abordagem como a analítica e/ou a numérica. Portanto, e exatamente neste contexto que se insere a presente dissertação de mestrado, buscando descrever em detalhes a teoria e prática envolvida nos procedimentos experimentais para o estudo de comportamento no mar típico de uma plataforma padrão, perfeitamente adaptáveis a outras geometrias mais complexas de sistemas navais e oceânicos. Esses procedimentos envolvem desde o planejamento dos ensaios necessários, passando pelos cuidados durante sua execução, culminando nos métodos de análise dos resultados e formas usuais de documentação. Para facilitar o processo de compreensão, além do próprio texto, este trabalho também contemplou a construção de uma ferramenta matemática dedicada a condução das atividades acima, destacando-se a avaliação e obtenção de parâmetros a partir de ensaios de decaimento e o levantamento expedito das curvas de resposta em ondas regulares, transientes e irregulares. / The increasing complexity of o shore system operations for oil and gas production is a reality. Currently, the need to evaluate the seakeeping of these systems requires understanding some phenomena not yet explored and, for that reason, researches using experiments with small scale models become indispensable. Results obtained in model basins require methodologies that rely on the researchers experience and, most of the time, they are not found detailed enough in the literature. When many of these methodologies are usually found, however, they are not ready for beginner researchers to develop experimental activities minimally relevant to any decision and/or confrontation with other lines, such as the analytical and/or numerical approaches. Therefore, the context of this dissertation describes in detail the theory and involved practice in an experimental procedure for the study of seakeeping of a standard platform, perfectly adaptable to other complex geometries and naval systems. These procedures involve the planning of the necessary tests, through the care during their execution, culminating in the methods of result analyses and usual forms of documentation. In order to facilitate the process of understanding, the construction of a dedicated mathematical tool to conduct the activities described above is provided, emphasizing the assessment and quick obtaining parameters from decay tests, curves response in regular and transient waves, among many others.

Esta dissertação de mestrado tem como objetivo fundamental a apresentação de análises e comparações, que visam fazer parte do processo de aprimoramento constante do método numérico de simulação de unidades flutuantes produtoras de petróleo, chamado TPN Tanque de Provas Numérico. Para tanto, foram executados ensaios com modelo em escala reduzida, cujos resultados foram comparados com o modelo numérico do TPN. A unidade padrão utilizada nos ensaios foi a plataforma semi-submersível ITTC-SR192, escala 1:105, ensaios estes realizados no tanque de provas do IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo. Por meio de comparação com os resultados dos ensaios, foram verificadas as habilidades do TPN em reproduzir os movimentos do casco, a tração no topo das linhas de produção e o amortecimento induzido pelas mesmas. Importante destacar que os parâmetros verificados tiveram a finalidade adicional de confrontar os resultados numérico-experimentais com foco na investigação da influência das linhas de produção na própria dinâmica do sistema flutuante. Tendo em vista esse objetivo complementar, todos os ensaios foram realizados com e sem a presença de linhas de produção, no texto referenciadas apenas por risers, modeladas como um grupo de estruturas bastante flexíveis e de grande diâmetro, a fim de prover um aumento significativo no amortecimento do sistema. Sendo assim, o comportamento dinâmico dos casos com e sem risers foram comparados buscando observar as diferenças nos movimentos do sistema em ondas e correnteza. Além disso, utilizando o método recomendado pela API, referência [3] , doravante denominado apenas por método Near and Far, a tração de topo de um dos risers foi simulada numericamente com a imposição de movimentos obtidos nos experimentos, dando assim meios para comparação dos critérios de projeto, considerando a influência das linhas conectadas nas plataformas de petróleo. / This research aims to present analysis and comparisons, intended to make part of the constant improvement of the oil platform analysis software, called Numerical Offshore Tank (Tanque de Provas Numérico - TPN). For this purpose, small-scale model tests were performed, and the results compared with the numerical model in TPN. The standard unit used in these model tests was the semisubmersible ITTC-SR192, at scale 1:105, and the tests were performed at IPT (State of São Paulo Institute for Technological Research) towing tank. By means of the model tests results comparisons, the ability of the TPN in reproduce the hull motions, the risers top tensions and damping induced by these lines was evaluated. Importantly, these parameters were verified with the further purpose of comparing the numerical and the experimental results, focusing on the influence of the production lines in the dynamics of the floating system. Taking into account this additional objective, all the model tests were performed with and without production lines, i.e. risers, modeled as a group of highly flexible and large diameter structures, in order to provide a significant increment in the damping of the system. Thus, the dynamic behaviors of the cases with and without risers were compared, giving means to observe motion differences in waves and current. Moreover, using the method recommend by API, reference [3], hereinafter called Near and Far, the top tension of one riser was numerically simulated with the imposition of the motions obtained in the experiments, giving means to compare the riser design criteria, considering the influence of lines attached to the oil platforms.

O aumento na complexidade das operações de sistemas de produção de petróleo e gás no mar e um fato concreto. Atualmente, a necessidade de avaliar o comportamento no mar destes sistemas requer a compreensão de fenômenos, até então, pouco explorados e que tornam imprescindível uma investigação apoiada em experimentos com modelos reduzidos. Resultados obtidos em tanques de provas, por sua vez, requerem metodologias que contam com a experiência do pesquisador e que, em muitos casos, não são encontradas de maneira detalhada o suficiente na literatura. Ou seja, muitas destas metodologias normalmente são encontradas, no entanto, não em nível para que pesquisadores iniciantes desenvolvam atividades experimentais minimamente pertinentes as eventuais tomadas de decisão ou confrontação com outras linhas de abordagem como a analítica e/ou a numérica. Portanto, e exatamente neste contexto que se insere a presente dissertação de mestrado, buscando descrever em detalhes a teoria e prática envolvida nos procedimentos experimentais para o estudo de comportamento no mar típico de uma plataforma padrão, perfeitamente adaptáveis a outras geometrias mais complexas de sistemas navais e oceânicos. Esses procedimentos envolvem desde o planejamento dos ensaios necessários, passando pelos cuidados durante sua execução, culminando nos métodos de análise dos resultados e formas usuais de documentação. Para facilitar o processo de compreensão, além do próprio texto, este trabalho também contemplou a construção de uma ferramenta matemática dedicada a condução das atividades acima, destacando-se a avaliação e obtenção de parâmetros a partir de ensaios de decaimento e o levantamento expedito das curvas de resposta em ondas regulares, transientes e irregulares. / The increasing complexity of o shore system operations for oil and gas production is a reality. Currently, the need to evaluate the seakeeping of these systems requires understanding some phenomena not yet explored and, for that reason, researches using experiments with small scale models become indispensable. Results obtained in model basins require methodologies that rely on the researchers experience and, most of the time, they are not found detailed enough in the literature. When many of these methodologies are usually found, however, they are not ready for beginner researchers to develop experimental activities minimally relevant to any decision and/or confrontation with other lines, such as the analytical and/or numerical approaches. Therefore, the context of this dissertation describes in detail the theory and involved practice in an experimental procedure for the study of seakeeping of a standard platform, perfectly adaptable to other complex geometries and naval systems. These procedures involve the planning of the necessary tests, through the care during their execution, culminating in the methods of result analyses and usual forms of documentation. In order to facilitate the process of understanding, the construction of a dedicated mathematical tool to conduct the activities described above is provided, emphasizing the assessment and quick obtaining parameters from decay tests, curves response in regular and transient waves, among many others.

Esta dissertação de mestrado tem como objetivo fundamental a apresentação de análises e comparações, que visam fazer parte do processo de aprimoramento constante do método numérico de simulação de unidades flutuantes produtoras de petróleo, chamado TPN Tanque de Provas Numérico. Para tanto, foram executados ensaios com modelo em escala reduzida, cujos resultados foram comparados com o modelo numérico do TPN. A unidade padrão utilizada nos ensaios foi a plataforma semi-submersível ITTC-SR192, escala 1:105, ensaios estes realizados no tanque de provas do IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo. Por meio de comparação com os resultados dos ensaios, foram verificadas as habilidades do TPN em reproduzir os movimentos do casco, a tração no topo das linhas de produção e o amortecimento induzido pelas mesmas. Importante destacar que os parâmetros verificados tiveram a finalidade adicional de confrontar os resultados numérico-experimentais com foco na investigação da influência das linhas de produção na própria dinâmica do sistema flutuante. Tendo em vista esse objetivo complementar, todos os ensaios foram realizados com e sem a presença de linhas de produção, no texto referenciadas apenas por risers, modeladas como um grupo de estruturas bastante flexíveis e de grande diâmetro, a fim de prover um aumento significativo no amortecimento do sistema. Sendo assim, o comportamento dinâmico dos casos com e sem risers foram comparados buscando observar as diferenças nos movimentos do sistema em ondas e correnteza. Além disso, utilizando o método recomendado pela API, referência [3] , doravante denominado apenas por método Near and Far, a tração de topo de um dos risers foi simulada numericamente com a imposição de movimentos obtidos nos experimentos, dando assim meios para comparação dos critérios de projeto, considerando a influência das linhas conectadas nas plataformas de petróleo. / This research aims to present analysis and comparisons, intended to make part of the constant improvement of the oil platform analysis software, called Numerical Offshore Tank (Tanque de Provas Numérico - TPN). For this purpose, small-scale model tests were performed, and the results compared with the numerical model in TPN. The standard unit used in these model tests was the semisubmersible ITTC-SR192, at scale 1:105, and the tests were performed at IPT (State of São Paulo Institute for Technological Research) towing tank. By means of the model tests results comparisons, the ability of the TPN in reproduce the hull motions, the risers top tensions and damping induced by these lines was evaluated. Importantly, these parameters were verified with the further purpose of comparing the numerical and the experimental results, focusing on the influence of the production lines in the dynamics of the floating system. Taking into account this additional objective, all the model tests were performed with and without production lines, i.e. risers, modeled as a group of highly flexible and large diameter structures, in order to provide a significant increment in the damping of the system. Thus, the dynamic behaviors of the cases with and without risers were compared, giving means to observe motion differences in waves and current. Moreover, using the method recommend by API, reference [3], hereinafter called Near and Far, the top tension of one riser was numerically simulated with the imposition of the motions obtained in the experiments, giving means to compare the riser design criteria, considering the influence of lines attached to the oil platforms.