A exploração de bacias petrolíferas do pré-sal, principalmente campos gigantes como o campo de Libra, na bacia de Santos, traz consigo demandas por sistemas capazes de operar com poços de alta capacidade de produção e em grandes profundidades. Nesse cenário, linhas de produção ou injeção (risers) rígidas em catenária livre apresentam a forma mais simples de solução para essas demandas. A utilização de risers rígidos em catenária livre, como já sabido, permite uma maior produtividade por linha devido a possibilidade de utilização de dutos de maiores diâmetros, ao mesmo tempo em que resistem a maiores pressões, possibilitando a exploração de forma mais eficiente de poços em grandes profundidades. No entanto, este tipo de solução, devido a sua natureza de maior rigidez quando comparado com dutos flexíveis, é submetida a esforços dinâmicos elevados impostos no topo do riser pela grande movimentação da embarcação, principalmente em operações em águas profundas, inviabilizando sua aplicação em unidades do tipo FPSOs convencionais, construídos a partir da conversão de um navio petroleiro. Este problema dinâmico é agravado pelas condições ambientais da região, que são mais severas do que as observadas na Bacia de Campos, tornando difícil a aplicação das tecnologias existentes. A alta produtividade dos poços do pré-sal da Bacia de Santos também estimula a utilização de plantas de processo de alta capacidade de processamento de óleo, maiores do que as utilizadas até hoje no offshore brasileiro. Estimativas iniciais mostram que estas plantas gigantes demandam uma área de convés muito maior do que as plataformas convencionais, e, mais do que isso, de uma maior largura (boca) da embarcação. Para atender requisitos tão conflitantes, foi desenvolvido o conceito ULFPSO (Unidade Flutuante de Produção, Armazenamento e Alívio Ultra-Larga), que se caracteriza por sua proa e popa circulares e pela presença do moonpool, de forma a viabilizar a conexão dos risers mais próximos ao centro de gravidade da plataforma, reduzindo assim o esforço dinâmico. Adicionalmente a forma do casco é otimizada para redução do nível de movimentos verticais, reduzindo os esforços dinâmicos nos risers. Nesta dissertação de mestrado serão apresentados os estudos relativos à comprovação de viabilidade do conceito, dividido em três etapas: A primeira com foco no entendimento do problema e dimensionamento preliminar da unidade; A segunda focada na avaliação experimental do conceito; E finalmente, a terceira, com objetivo de avaliar o modelo de síntese para otimização do projeto do casco, com base nos resultados obtidos nas fases anteriores. / The offshore exploitation of oil fields in the pre-salt, especially giant fields such as Libra, in the Santos basin, brings with it demands for systems capable of operating with high capacity production wells and at ultra-deep waters. In this scenario production or injection steel catenary risers present the simplest solution for these demands. As known in industry, the use of steel catenary risers in free-hanging configuration allows greater productivity per line due to the possibility of using pipes of larger diameters, at the same time withstand higher pressures, allowing for more efficient wells operation at great depths. However, due to its nature more rigid compared to flexible pipe, this kind of solution is subjected to high dynamic forces imposed on the top of the riser by the large movement of the vessel, especially in deepwater operations, impeding their application in FPSO conventional units, constructed from the conversion of an oil tanker. This dynamic problem is compounded by environmental conditions of the region, which are harsher than those observed in the Campos Basin, making it difficult to apply other extant technologies. The high productivity of the pre-salt of Santos Basin wells stimulate the use of plants to high-capacity oil processing process, larger than those used today in the Brazilian offshore. Initial estimates show that these plants require a much larger deck area than conventional platforms and, more than that, a greatest width (breadth) of the vessel. To satisfy such conflicting requirements, the ULFPSO (Ultra Large Floating Production, Storage and Offloading) concept was developed, which is characterized by its circular bow and stern and the presence of the moonpool, to enable the connection of the risers closest to the platform\'s center of gravity, thereby reducing the dynamic tension. Additionally, the hull shape is optimized to reduce vertical movements, reducing dynamic stresses on the riser. In this master\'s thesis will be presented studies on the proof of concept viability, divided into three stages: The first focused on understanding the problem and preliminary sizing of the unit; The second focused on the experimental evaluation of the concept; And finally, the third, to evaluate the synthesis model for optimizing hull design, based on the results obtained in the previous phases.

A exploração de bacias petrolíferas do pré-sal, principalmente campos gigantes como o campo de Libra, na bacia de Santos, traz consigo demandas por sistemas capazes de operar com poços de alta capacidade de produção e em grandes profundidades. Nesse cenário, linhas de produção ou injeção (risers) rígidas em catenária livre apresentam a forma mais simples de solução para essas demandas. A utilização de risers rígidos em catenária livre, como já sabido, permite uma maior produtividade por linha devido a possibilidade de utilização de dutos de maiores diâmetros, ao mesmo tempo em que resistem a maiores pressões, possibilitando a exploração de forma mais eficiente de poços em grandes profundidades. No entanto, este tipo de solução, devido a sua natureza de maior rigidez quando comparado com dutos flexíveis, é submetida a esforços dinâmicos elevados impostos no topo do riser pela grande movimentação da embarcação, principalmente em operações em águas profundas, inviabilizando sua aplicação em unidades do tipo FPSOs convencionais, construídos a partir da conversão de um navio petroleiro. Este problema dinâmico é agravado pelas condições ambientais da região, que são mais severas do que as observadas na Bacia de Campos, tornando difícil a aplicação das tecnologias existentes. A alta produtividade dos poços do pré-sal da Bacia de Santos também estimula a utilização de plantas de processo de alta capacidade de processamento de óleo, maiores do que as utilizadas até hoje no offshore brasileiro. Estimativas iniciais mostram que estas plantas gigantes demandam uma área de convés muito maior do que as plataformas convencionais, e, mais do que isso, de uma maior largura (boca) da embarcação. Para atender requisitos tão conflitantes, foi desenvolvido o conceito ULFPSO (Unidade Flutuante de Produção, Armazenamento e Alívio Ultra-Larga), que se caracteriza por sua proa e popa circulares e pela presença do moonpool, de forma a viabilizar a conexão dos risers mais próximos ao centro de gravidade da plataforma, reduzindo assim o esforço dinâmico. Adicionalmente a forma do casco é otimizada para redução do nível de movimentos verticais, reduzindo os esforços dinâmicos nos risers. Nesta dissertação de mestrado serão apresentados os estudos relativos à comprovação de viabilidade do conceito, dividido em três etapas: A primeira com foco no entendimento do problema e dimensionamento preliminar da unidade; A segunda focada na avaliação experimental do conceito; E finalmente, a terceira, com objetivo de avaliar o modelo de síntese para otimização do projeto do casco, com base nos resultados obtidos nas fases anteriores. / The offshore exploitation of oil fields in the pre-salt, especially giant fields such as Libra, in the Santos basin, brings with it demands for systems capable of operating with high capacity production wells and at ultra-deep waters. In this scenario production or injection steel catenary risers present the simplest solution for these demands. As known in industry, the use of steel catenary risers in free-hanging configuration allows greater productivity per line due to the possibility of using pipes of larger diameters, at the same time withstand higher pressures, allowing for more efficient wells operation at great depths. However, due to its nature more rigid compared to flexible pipe, this kind of solution is subjected to high dynamic forces imposed on the top of the riser by the large movement of the vessel, especially in deepwater operations, impeding their application in FPSO conventional units, constructed from the conversion of an oil tanker. This dynamic problem is compounded by environmental conditions of the region, which are harsher than those observed in the Campos Basin, making it difficult to apply other extant technologies. The high productivity of the pre-salt of Santos Basin wells stimulate the use of plants to high-capacity oil processing process, larger than those used today in the Brazilian offshore. Initial estimates show that these plants require a much larger deck area than conventional platforms and, more than that, a greatest width (breadth) of the vessel. To satisfy such conflicting requirements, the ULFPSO (Ultra Large Floating Production, Storage and Offloading) concept was developed, which is characterized by its circular bow and stern and the presence of the moonpool, to enable the connection of the risers closest to the platform\'s center of gravity, thereby reducing the dynamic tension. Additionally, the hull shape is optimized to reduce vertical movements, reducing dynamic stresses on the riser. In this master\'s thesis will be presented studies on the proof of concept viability, divided into three stages: The first focused on understanding the problem and preliminary sizing of the unit; The second focused on the experimental evaluation of the concept; And finally, the third, to evaluate the synthesis model for optimizing hull design, based on the results obtained in the previous phases.