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Previous issue date: 2016-01-29 / Ao esgotar as reservas de hidrocarbonetos em terra e águas rasas, a indústria vem explorando
e produzindo petróleo em águas profundas e ultraprofundas. No entanto, a
verificação hidrodinâmica de novos sistemas flutuantes de produção continua usando as
metodologias consagradas, especialmente os ensaios em tanques oceânicos de laboratório.
A utilização de modelos em escala reduzida vem sendo adotada desde os primeiros projetos
em águas rasas e continua até hoje nos projetos em águas ultraprofundas. No entanto, os
ensaios em profundidades superiores a 1.500m necessitam de um fator de escala muito
elevado, com diversos problemas associados, dentre eles as dificuldades de acomodar as
linhas de ancoragem e as incertezas relacionadas a modelos muito pequenos. Dentre as
soluções possíveis, os ensaios híbridos (numérico-experimental) se apresentam como a
solução mais viável para verificação experimental em águas ultraprofundas, em especial
o ensaio híbrido passivo. Esse tipo de ensaio é organizado em etapas, sendo a primeira
delas responsável pela definição do sistema truncado. Se essa etapa não for executada de
forma satisfatória, o sucesso do ensaio pode ser comprometido. Assim, a fim de minimizar
essa questão, propõe-se nesta tese de doutorado uma forma sistemática para encontrar
sistemas truncado equivalentes, considerando os efeitos estáticos e dinâmicos, através da
utilização de ferramentas de otimização. Nesse sentido, a abordagem adotada utiliza um
simulador para análise estática e dinâmica de estruturas offshore denominado Dynasim e
um algoritmo de otimização baseado em gradiente através do sistema Dakota. Também é
utilizada a metodologia de planejamento de experimentos para identificar os fatores que
influenciam as respostas estática e dinâmica do problema, evitando o uso de variáveis de
projeto irrelevantes no estudo da otimização. Ressalta-se que essa metodologia não foi
aplicada em outros trabalhos no contexto de sistemas de ancoragem truncado, segundo
nosso conhecimento. Além disso, analisa-se o projeto ótimo do sistema truncado em várias
condições ambientais, cujo interesse é verificar a concordância dele com o sistema de ancoragem
na profundidade completa. Devido ao elevado custo computacional envolvido nessa
verificação, utiliza-se a computação de alto desempenho, com processamento paralelo, para
viabilizar a realização dessas análises. Como é demonstrado neste trabalho, a metodologia
proposta facilita a busca de sistemas de ancoragem truncado equivalente preservando as
características estáticas e dinâmicas do sistema de ancoragem completo. São apresentados
e discutidos quatro casos, os dois primeiros se referem a casos simplificados, o terceiro é
baseado na literatura e o quarto é baseado em um cenário real. Os resultados obtidos nos
casos estudados mostram que os sistemas truncados equivalentes encontrados conseguem
reproduzir o comportamento dos sistemas completos para as condições verificadas. / With the depletion of onshore and offshore shallow-water reserves, the industry has
exploited and produced oil in deep water and ultra-deepwater. However, the hydrodynamic
verification of new floating production systems continues using the established
methodologies, especially by carrying out tests on ocean basin laboratories. Small-scale
model tests have been used since the first projects in shallow water and continue today
in the projects in ultra-deepwater. However, tests in depths above 1,500m require a
very high scale factor, which poses several complications, among them the difficulties to
accommodate the mooring lines and the small models related uncertainties. Among the
possible solutions, the hybrid testing (numerical and experimental) are the most feasible
solution to experimental verification in ultra-deepwater, especially the hybrid passive
systems test. Such test is divided into steps, the first one responsible for the definition
of the truncated system. If this step is not performed satisfactorily, the success of the
test may be compromised. Thus, in order to minimize this issue, a systematic way to
find equivalent truncated systems, considering the static and dynamic effects through
the use of the optimization tools is proposed in this doctoral thesis. Accordingly, the
approach adopted uses a numerical simulator, called Dynasim, for static and dynamic
analysis of offshore structures, and a gradient based optimization algorithm, given in
Dakota computational system. Additionally, the design of experiments methodology is
used to identify the factors that influence the static and dynamic responses of the problem,
avoiding the use of irrelevant design variables in the optimization process. It has to be
emphasized that this methodology has not been used in other works in the context of
truncated mooring systems, to our knowledge. Furthermore, the optimal design of the
truncated system is analyzed for several environmental conditions. The aim is to verify the
agreement of the truncated mooring system with system in the full-depth. Due to the high
computational cost involved in the verification, we use the high-performance computing,
with parallel computation, to perform the analyzes. As shown in this work, the proposed
methodology easy the search for equivalent truncated mooring systems preserving the
static and dynamic characteristics of full-depth mooring systems. Four case studies are
presented and discussed. The first two refer to simplified cases; the third is based on the
literature and the fourth is based on a real scenario. The results in each case show that
the truncated equivalent system found can reproduce the behavior of full-depth system for
the verified conditions.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufpe.br:123456789/17553 |
| Date | 29 January 2016 |
| Creators | FERREIRA, Fábio Martins Gonçalves |
| Contributors | http://lattes.cnpq.br/6568615406054840, LYRA, Paulo Roberto Maciel, SILVA, Silvana Maria Bastos Afonso da |
| Publisher | Universidade Federal de Pernambuco, Programa de Pos Graduacao em Engenharia Civil, UFPE, Brasil |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Breton |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPE, instname:Universidade Federal de Pernambuco, instacron:UFPE |
| Rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil, http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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