FPSO-Turret System Stability

Turret  system positioning  is  a  crucial  task  in  the design  of an  FPSO. A  common  approach  is  to  avoid  equilibrium  bifurcation  when  the system  is  subject  to  current  action,  in  order  to  assure  low  levels  of

mooring  forces  as well  as  undesired  dynamic  behaviour  that  could  lead to  excessive  loading  both  on  the bearings  and  on  the  risers. 

Installing  the  turret  near  the  midship  section  is  a  desired  trend  and doing  it  whilst  preserving  the  ship's  directional  stability  can  be  made possible  with  the  use  of  passive  current  stabilisers.  This  move,  on  the other hand,  has  to  be  investigated  for  the  case when waves  and wind  are present,  as,  in  this  case,  the  stabiliser may produce  an  adverse  effect. 

The  present  work  addresses  this  point  through  a  case  study  where the  dynamics  of a  typical  VLCC  converted  into  a  FPSO  and  moored  to the  seabed  through  a  turret  system  is  numerically  simulated  with  a model where wave-current  interaction  is taken  into  account.  It  has  been  found  that  a  small  degree  of  instability  with  respect  to current  action  may  reduce  wave  heading  which  tend  to  improve  the system  overall  behaviour,  as  far  as  mooring  forces  are  concerned.  The effect  of rudder-type  stabilisers  on  equilibrium  bifurcation  and  on wave heading  is  discussed  and  exemplified.  A  brief  discussion  on  other aspects  involved  in  moving  the  turret  towards  midships  or  installing

stabilisers  is carried  out. 

Several  characteristics  of  tankers  such  as  large  deck  areas  and storage  capacity,  as  well  as  market  availability,  make  them  a  good option  for  use  in  oil  production  at  sea.  These  units  are  generally  named FPSO's  (acronym  for Floating Production Storage and Offloading) and their  use,  be  it  newly  built  or  converted,  is  very  well  suited  for production  in  projects  where  large  oil  processing  and  storage  capacities are required. 

Amongst many mooring  options  for  their  station  keeping,  the  SPM (Single  Point  Mooring)  of  turret  type  stands  out  due  to  the  vessel's weathervaning  ability  (fig.  1). 

However,  designing  both  the  riser  and  the  mooring  systems  of  a turret  type  FPSO  is  no  easy  task  and  studying  their  dynamic  behaviour both  qualitative  and  quantitatively  has  been  the  concern  of  many engineers  and  researchers  in  recent  years.  This  work  has  received intensive  support  from  oil  companies  seeking  to  add  reliability  to  their systems  and  to  extend  the  range  of  applicability  of  their  design  tools. See,  for  instance,  Papoulias  and  Bernitsas  (1988),  Garza-Rios  and Bernitsas  (1996),  Bernitsas  and  Garza-Rios  (1996),  Nishimoto,  Brinati and  Fucatu  (1996),  Fernandes  and  Aratanha  (1996)  or  Pesce  and Yanuri  (1997). 

One  of  the  aspects  that  strongly  influence  the  riser  behaviour  on  a turret  is  its  location  with  respect  to  the  midship  section.  The  closer  to the  bow  the  turret  is  located,  the  higher  the  first  order  excitation experienced  by  the  riser.  Therefore,  bringing  the  turret  aftwards  is  a desired  trend.  Usually when  the  turret  is  at  the  midship  section  or  near it,  bow  and/or  stern  thrusters  are  installed  in  order  to  keep  the  vessel's heading  conveniently oriented. 

Petrobras  standard  option  for  turret  moored  FPSO's  design  is  to adopt  a  passive  vessel.  Consequently,  turret  location  is  generally required  to be near  the  bow  in  order  to  assure  that  directional  stability  is preserved.