Baixe Livro Embarcações de Apoio à Exploração de Petróleo e Gás e outras Manuais, Projetos, Pesquisas em PDF para Cultura, somente na Docsity! 2010 Josué Octávio Plácido Mathedi Eng° Mecânico – Unisanta – Santos Eng° de Condicionamento e Comissionamento – USP – São Paulo Embarcações de Apoio à Exploração de Petróleo e Gás Josué Octávio Plácido Mathedi Embarcações de Apoio à Exploração de Petróleo e Gás Santos 2010 5 EMBARCAÇÕES DE APOIO À EXPLORAÇÃO DE PETRÓLEO E GÁS Módulo 1 – EMBARCAÇÕES DE APOIO Apresentação O objetivo deste livro é apresentar os principais tipos e características de navios e embarcações de apoio às plataformas de exploração de petróleo, englobando embarcações de apoio logístico, navios de carga geral, principais equipamentos e conceitos básicos de geometria e estabilidade de navios. O apoio offshore no Brasil começou há mais de 40 anos, quando os levantamentos de sísmica na plataforma continental, em 1966, marcaram o início da prospecção de petróleo no mar. A partir de 1968 quando foi descoberta a primeira jazida de petróleo no mar, no campo de Guaricema- Sergipe, através da plataforma flutuante P-1, nascia o apoio marítimo no Brasil. Com a guerra árabe-israelense, em 1973, que acarretou a crise mundial de petróleo, pela redução nas exportações de óleo cru, muitas nações desenvolvidas intensificaram as buscas de petróleo em seus territórios e os países tradicionalmente importadores passaram a investir mais na exploração, tanto em terra como no mar. No Brasil, a exploração começou no litoral de Sergipe e de Alagoas, seguida do Espírito Santo. Em 1974, um ano depois de instalada a crise mundial, a Petrobras deu um grande salto que marcou sua história: a descoberta de petróleo na Bacia de Campos (RJ), no Campo de Garoupa. A plataforma Sedco135-D foi a primeira a produzir no Campo de Enchova, em 1977, e a uma profundidade de 120 metros. Com o passar dos tempos novos campos gigantes de petróleo foram descobertos na Bacia de Campos – Albacora (1984), Marlim (1985) e Roncador (1996) e também na Bacia de Santos, descoberta em 2005, cujas principais jazidas são as de Tupi e Iara. Para que essa difícil, complexa e indispensável atividade industrial fosse completa e produzisse os melhores resultados, tornou-se necessário dotá-la de um eficiente apoio logístico para dar suporte às diversas fases das atividades offshore, como exploração, perfuração, engenharia, desenvolvimento do campo, produção, armazenamento/transporte, fechamento/remoção etc. As embarcações de apoio marítimo vêm marcando presença no Brasil e no mundo desde as primeiras prospecções, sendo indispensáveis à extração de óleo de nossas reservas submarinas. Chegam hoje a um extraordinário nível de eficiência, graças à incorporação de novas técnicas, ao crescente aprimoramento dos serviços e constante treinamento de pessoal especializado, cujo trabalho na árdua luta de extrair petróleo em alto mar converte-se em constante aprendizado, resultando em acentuado grau de aperfeiçoamento. 6 1.1. O que são Embarcações de Apoio Marítimo? A indústria do petróleo, mais que nenhuma outra, necessita de uma logística muito peculiar, pois está inserida num âmbito de elevado grau de periculosidade, o alto mar. A expressão “apoio logístico”, de caráter militar é um conceito estrategista, segundo o qual os suprimentos, em tempo de guerra, devem chegar à frente de batalha em tempo hábil, com segurança e a custos baixos. Entendem os militares que a vitória ou a derrota está diretamente relacionada com a qualidade deste apoio. "Macaé" embarcação de suprimento em operação – CBO Aeronave, modelo Super Puma AS332L2, capacidade 22 passageiros e três tripulantes. Um apoio pouco eficiente pode significar a derrota. Por isso os pioneiros na exploração no Golfo do México criaram a expressão "offshore logistics", para designar o suporte às atividades onde o mar é o campo de batalha na guerra pelo "ouro negro". O apoio logístico às plataformas de petróleo – verdadeiras cidades flutuantes instaladas em pleno oceano – pode ser feito de duas maneiras: Pelo ar, através de helicópteros, que transportam pessoas e pequenas cargas, em caráter de urgência, e pelo mar, através de embarcações que transportam materiais e equipamentos. Plataforma auto-elevatória P-1, primeira plataforma móvel de perfuração da Petrobras construída no Brasil entre 1967 e 1968. Plataforma Sedco135-D da Petrobras. 7 1.2. Embarcações de Apoio Marítimo – Características Apesar de possuir fundamentos e técnicas similares a exploração onshore, ou seja, em terra, a exploração de petróleo no mar requer uma logística bem mais complexa. Em razão disso, a gama de embarcações necessárias para atender ao trabalho no mar é muito grande e, a fim de propiciar adequado apoio, tem de crescer no mesmo ritmo das constantes inovações tecnológicas das operações offshore. As embarcações de apoio devem atender às diversas fases da exploração de petróleo, desde a fase correspondente à pesquisa sísmica até a fase final de fechamento do poço, passando, obviamente, pelas fases de perfuração e produção de petróleo. Para cada situação pode haver uma embarcação diferente devidamente equipada e projetada ao fim que se destina; por exemplo: na fase de pesquisa, cujo ciclo compreende os estudos geológicos e geofísicos até a perfuração do poço, navios-sísmicos são responsáveis pela localização geográfica de petróleo no mar, por meio de equipamentos de alta precisão, como sistema de radio localização equipados com sensores capazes de mapear as áreas específicas, fornecendo então os dados necessários para a demarcação e posterior perfuração. Evoluindo do conceito de embarcação de suprimento, novas características foram desenvolvidas de modo a atender às necessidades específicas, tais como: prontidão para casos de resgate decorrido de acidente; combate a incêndio; estimulação de poços, apoio às atividades de mergulho; reboque de plataformas e manuseio de âncoras e espias. De um modo geral, as embarcações de apoio marítimo dispõem de equipamentos capazes de atender não só às plataformas, mas também às suas próprias necessidades, apresentando: Face ao exposto, torna-se fácil definir o que são embarcações de apoio. São embarcações de tamanhos variados criadas especialmente para atender às instalações de petróleo no mar, transportando cargas entre as bases terrestres e as plataformas marítimas. Apresentam características básicas voltadas para otimizar sua operacionalidade, sendo empregadas desde os estudos Embarcações de apoio na base de Macaé - RJ preliminares de geologia até a remoção e fechamento de poços. Existem vários tipos de embarcações de apoio com características diferentes. (Os diversos tipos serão abordados no item 1.6 desta apostila). É bom frisarmos, dada à utilização generalizada do termo “barco”, a divisão entre embarcação e barco, ou entre embarcação e navio. Ambas são primeiro embarcações, e só depois barco ou navio. Da mesma forma um submarino ou caiaque são embarcações. Ou seja, todos os barcos são embarcações, mas nem todas as embarcações são barcos. 10 1.3. Sistema de Propulsão No século XIX, as embarcações a vapor dominavam as viagens marítimas. Sua criação dificilmente pode ser creditada a um inventor particular, pois a adaptação do motor a vapor para propulsão de embarcações foi tentada por vários projetistas, tanto na Europa quanto na América. Uma coisa é certa, a maioria dos projetistas, como o norte-americano Robert Fulton, utilizaram em seus estudos os conceitos do escocês James Watt (1736-1819), inventor da moderna máquina a vapor, que possibilitou a revolução industrial. Watt foi mundialmente reconhecido quando seu nome foi dado à unidade de potência de energia do Sistema Internacional (S.I.) – Watt. Até o final do século XX, as embarcações a vapor foram sendo substituídas gradativamente devido aos novos desafios comerciais da navegação, sendo que a partir da segunda metade do século XX, os navios movidos a Motor de Combustão Interna passaram a dominar o mercado. O sistema de propulsão tem por objetivo possibilitar o deslocamento das embarcações em geral por meios próprios durante toda sua vida operacional. O “coração” do sistema é, na maior parte dos casos, um motor Diesel, cujo tamanho e potência requeridos vão depender principalmente do tipo de embarcação. Este é o sistema de propulsão direta, mais comum e mais utilizada, mas há também o sistema de propulsão indireta, utilizado em embarcações especiais, onde o tipo de serviço requer um sistema de propulsão especial (Embarcações de apoio e rebocadores). A História dos navios com propulsão a motor diesel começa em 1892, com o alemão Rudolf Diesel e, 20 anos mais tarde, o primeiro motor diesel quatro tempos para navios já estava operacional. No período entre guerras houve um aumento considerável de navios com propulsão a diesel, principalmente na navegação de longo curso. Uma série de inovações foram feitas nesses motores, possibilitando o uso de óleo pesado nos motores de média rotação, sendo que o pioneiro nisso foi o Navio MV Princess of Vancouver, nos anos 50. Em alguns navios que possuem grande potência (normalmente acima de 30.000 BHP – Break Horse Power), o propulsor pode também gerar energia pelos gases de descarga, através de um turbo-gerador. Existem muitos fatores que interferem na escolha do sistema de propulsão, dentre eles destacam-se: Potência requerida; Tipo de carga do navio; Arranjo da Praça de Máquinas. Navio MV Princess Of Vancouver 11 Potência requerida Existem dois fatores importantes que indicam qual será a potência requerida de uma embarcação, em especial de um navio: a velocidade de serviço de projeto e a resistência ao avanço. O primeiro diz respeito ao fim a que se destina a embarcação; numa lancha ou num catamaran, por exemplo, que necessitam de grande velocidade, são empregados motores de combustão interna de alta rotação, onde há a melhor relação peso X potência; ao passo que num navio petroleiro, de dimensões muito maiores, nem sempre a velocidade é um fator primordial, portanto, nesse tipo de embarcação é empregado motor de baixa rotação, conferindo-lhe elevada potência e torque, além de menor custo operacional. O segundo fator tem a ver com a forma do casco. Formas mais afuniladas geram menor coeficiente de arrasto, ou seja, oferecem menor resistência ao avanço da embarcação e conseqüentemente maior velocidade. (O estudo da geometria dos navios nos fornece os coeficientes de forma, que serão abordados no módulo 4). Tipo de carga do navio Podemos dizer que há uma estreita relação entre todos esses fatores. A potência requerida e o arranjo da praça de máquinas estão diretamente relacionados com o tipo de carga dos navios. Quanto maior o valor agregado à carga do navio, maior será a necessidade da mesma chegar ao seu destino em menor tempo, logo será necessária maior velocidade e conseqüentemente maior potencia de motor. Arranjo da praça de máquinas O arranjo da praça de máquinas compreende a disposição de todo o maquinário, principalmente motores e geradores de energia dos navios, e deve ser tal a ponto de fornecer espaço suficiente aos maquinários que ele comporta, além de espaço necessário à operação e manutenção dos mesmos. Em alguns navios onde o projeto se inicia a partir de características do tipo de carga, o arranjo final é seriamente influenciado por esta premissa, muitas vezes não disponibilizando um espaço para sistemas propulsivos convencionais. 1.4. Sistema de Posicionamento Dinâmico – DPS Como já mencionado, as embarcações de apoio devem ser dotadas de grande capacidade de manobra a fim de posicioná-las próximas às unidades de produção de petróleo. Com o passar dos tempos e o advento de novas tecnologias foram sendo incorporados vários recursos às embarcações de apoio. Começaremos pelo Sistema de Posicionamento Dinâmico ou Dynamic Positioning System – DPS. O DPS é a associação de vários outros recursos (item 2.2.4.1 do módulo 2), como: hélices e lemes gêmeos, impelidores laterais, lemes independentes e central de manobras computadorizada. Representa o último avanço tecnológico em termos de sistemas de manobras e propulsão. Consiste basicamente de uma central computadorizada de análise e comandos baseados nas informações recebidas de sensores externos sobre ventos e 12 corrente, e de comparação sobre o posicionamento da embarcação em relação a uma referência, a qual pode ser através do sistema doppler (diferença de ângulo na onda sonora entre a sua transmissão e o eco) ou através de sinais rádio de origem conhecida (similar ao DGPS). Este sistema é utilizado não só em todas as embarcações de apoio, mas também em unidades flutuantes de perfuração e produção de petróleo, como as plataformas semi-submersíveis que, por sofrem ação direta dos ventos e correntes marítimas, não podem sofrer alterações bruscas de posicionamento em relação à coluna de perfuração. 1.5. Arranjo de Convés O arranjo de convés é o principal fator no projeto de uma embarcação offshore. Os equipamentos podem variar de guinchos de reboque e manuseio de âncoras a plantas de estimulação de poços de petróleo. O layout do convés vai depender do propósito da embarcação. Um navio supridor – Supply Vessel, por exemplo, deve ter seu convés principal liberado para o transporte de carga geral e suprimento. Já uma embarcação do tipo PLV – Pipe Laying Vessel possui convés principal repleto de equipamentos voltados ao posicionamento de cabos no fundo do mar. Por se tratar basicamente da disposição e espaçamento dos equipamentos das embarcações, o arranjo de convés poderá ser visto nas fotos do item 1.6. a seguir. Joystic de posicionamento dinâmico Console de posicionamento dinâmico – central de manobras computadorizada. Embarcação de suprimentos – Suplly Vessel. Embarcação de lançamento de linhas e tubos – PLV. 15 1.6.1.3. Equipamentos de Rebocador – Diagrama 1.6.2. Anchor Handling Tug Supply – AHTS Esta é uma embarcação de apoio bastante versátil, pois, além de servir ao propósito de manuseio de âncoras e reboque, atua também como barco supridor. O arranjo de convés destas embarcações é composto de equipamentos bastante especializados que servirão principalmente para ancoragem de plataformas. Devido às grandes profundidades alcançadas atualmente na perfuração e prospecção, as âncoras evoluem no seu projeto e sistema de penetração. Para altas profundidades são empregados sistemas compostos de “âncoras verticais” e cabos de kevlar. O manuseio nessas profundidades exige muito da embarcação e o arranjo do convés é preparado para superar todas as forças que surgem durante as operações. Os equipamentos são: guinchos de reboque, guinchos de manuseio, pelicanos hidráulicos, guias (fairleads) hidráulicas, paiol de amarra (chain locker), limitadores no guarda cabo (horse bar), entre outros. O reboque é a operação mais simples, consistindo basicamente da 1. Luz de topo 2. Mastro 3. Bandeira 4. Sirene de nevoeiro 5. Antena de rádio 6. Lâmpada de sinalização (morse) 7. Chaminé 8. Ponte de navegação 9. Visor Vista Clara 10. Amurada 11. Escada de acesso à ponte 12. Salva-vidas 13. "H-Bitt" 14. Cabrestante 15. Gancho para reboque 16. Cabo 17. Coberta principal 18. Escotilha 19. Passador de cabos 20. Borda de popa 21. Defensa 22. Proa 23. Leme 24. Abertura do Hélice 25. Hélice 26. Eixo do Hélice 16 conexão do cabo de reboque a uma engrenagem de reboque (pendente, stretcher – amortecedor – pendente) e esta à cabresteira da unidade rebocada. Esta cabresteira é composta normalmente por cabos de aço conectados a olhais nas colunas frontais da unidade, ou na proa, unidos em uma placa triangular denominada “monkey face”. A figura a seguir mostra a conexão. AHTS com carga no convés Características 60 a 80 metros de comprimento; Potência de 6.000 a 20.000 HP; Capacidade de carga acima de 2.000 TPB; Possuem impelidores laterais (Bow-Thruster e Estern Thruster – vide item 2.2.4.1); Tripla função: manuseio de âncoras, rebocador e transporte de suprimento. Diagramas de Cabresteira e Reboque Unidade Flutuante Rebocador AHTS Monkey Face Pendentes Catenária Detalhe da área do guincho de reboque de um AHTS 17 1.6.3. Navio Supridor – Supply Vessel – SV Os navios supridores deram origem às variações de embarcações de apoio existentes hoje no mercado offshore. Inicialmente não se exigia muita capacidade de manobra, pois os primeiros SV’s atuavam em águas rasas e com influência dos ventos e correntes marítimas. Como já dito, apresentam o convés principal livre para o transporte de cargas e suprimento. São utilizados no apoio às plataformas de petróleo, transportando em seu deck tubos e equipamentos e, em silos, suprimentos como: cimento, lama, salmoura, água doce, óleo diesel, granéis etc. Assim como a maioria dos navios de suprimento apresentam a superestrutura à vante. Possuem tomadas de descarga de granéis líquidos e sólidos na parte de ré (popa) do convés principal e nos dois bordos, onde se conectam os mangotes das unidades. Há ainda uma versão menor dessas embarcações que recebe o nome de Mini Supply – MS, mas que desempenha as mesmas funções, porém com menor potência e menor capacidade de carga, 2.000 HP e 300 TBP, respectivamente. Características Dimensões menores que as dos navios PSV’s, apresentando em geral de 30 a 80 metros de comprimento; Potência entre 2.000 e 3.000 HP; Capacidade de carga em torno de 1.500 TPB; Possuem normalmente 6 silos para armazenagem de granéis líquidos e sólidos; Impelidores laterais (Bow-Thrusters e Estern Thrusters); Função principal: transporte de suprimentos. 1.6.4. Platform Supply Vessel – PSV É bom ressaltarmos a grande verdade acerca das embarcações de apoio: elas efetuam, em geral, multi-tarefas. Isto quer dizer que até mesmo Embarcação do tipo SV Supply boat em operação 20 1.6.5. Pipe Laying Support Vessel – PLSV Embarcação destinada ao lançamento e posicionamento no fundo do mar de linhas flexíveis e rígidas (Risers) de produção de petróleo, além de cabos de telecomunicações. Este tipo de embarcação, PLV surgiu devido a expansão mundial do mercado de exploração de petróleo. No Brasil, as descobertas de novos poços de petróleo e gás nas Bacias de Campos, Santos e Espírito Santo estão gerando uma demanda de novas plataformas e, com isso, aumentando a demanda por embarcações que realizem operações de lançamento de linhas dessas unidades. Os PLSV’s não apresentam rota definida, pois não lançam constantemente linhas para as unidades de exploração, logo poderão atuar em diferentes blocos e bacias de petróleo ao redor do mundo. Em virtude disso, um projeto bem detalhado e otimizado para operar em qualquer mar é essencial. (Abaixo segue uma ilustração das áreas de atuação das embarcações lançadoras de linhas no mundo). Mas o que são linhas? As linhas nada mais são que os dutos submarinos, (flexíveis ou rígidos), que ligam os poços de petróleo até a plataforma ou bases em terra. Estas linhas podem ser divididas em: linhas flexíveis ou rígidas. Linhas Flexíveis: são linhas de fácil armazenamento, se comparadas com as rígidas, devido sua maior flexibilidade e raio de armazenamento menor. De forma a não “quebrar” a linha. Estas são armazenadas em cestas ou bobinas. Linhas Rígidas: são linhas com maior dificuldade de armazenamento devido sua rigidez, e um alto raio de armazenamento para que não deforme a linha. Estas são armazenadas em carretel (enormes bobinas), e em alguns casos ela é transportada rebocada de forma que vá flutuando até o local onde vai ser instalada. Locais de operação e possíveis rotas das embarcações do tipo PLV. 21 Características Possuem arranjo de convés bastante complexo; Sistema de posicionamento dinâmico - DPS; Equipadas com carretel para lançamento de linhas, rampa provida por tensionadores, guinchos, ROV (Remotely Operated Vehicle) – Veículo operado remotamente para inspeção e intervenção submarina, entre outros. Bow-Thrusters e Stern-Thrusters. PLSV - Lançamento de linhas flexíveis PLSV - Lançamento de linhas rígidas “A” Frame Roda de Lançamento “Reels” - Carretéis 22 Até aqui, algumas páginas de cortesia para apresentação do livro. Havendo interesse, o livro encontra-se a venda no site: http://www.agbook.com.br/book/31258--Embarcacoes_de_Apoio Saudações Octávio Mathedi