0400 plataformas y facilidades de superficie

Contenidos del Tema 0400 – Clasificación General de las Plataformas Offshore 0401 – Características y Componentes Comunes de las Plataformas Offshore 0402 – Plataformas Fijas 0403 – Unidades de Producción Flotante – Descripción General 0404 – Unidades de Producción Flotante de Columna Estabilizada 0405 – FPSOs y Buques (Monocasco) 0406 – Operaciones de FPSOs 0407 – Plataformas SPAR 0408 – Innovaciones, Combinaciones y Variaciones

FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN

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JJE Sección: 04 – Plataformas y Facilidades de Superficie (1)


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0400 – Clasificación General de las Plataformas Offshore


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• Plataforma es un término estándar de la industria

• Lleva adelante alguna o algunas funciones • Plataforma de perforacion (RIG) MODU

• Autoelevable o Jackup • Semisumergible • Adaptación a Plataforma Permanente

• En inglés RIG y PLATFORM son términos que se

pueden mantener diferenciados, en español es un poco mas complicado.

• Aquí Plataforma en términos de producción • Plataforma de Perforación en caso de Rigs

Jack Up

Semisumergible

http://www.youtube.com/watch?v=2334PojhWjU

http://www.youtube.com/watch?v=2334PojhWjU

http://www.youtube.com/watch?v=oguoULvWVzo&list=PL_1LjdY3RcRhXLud_z4iINzDtlKrf4peI



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• Clasificación

• Por su Función • Características Principales de Diseño o Estructurales

• Funcional

• Producción (P) PRODUCTION • Perforación y Boca de Pozo (D) DRILLING • Alojamiento (Q) QUARTERS

• En la mayoría de los campos offshore, 1 sola plataforma acomoda todas las funciones

• Plataforma Integrada o PDQ



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• Estructural

• Fijas • Flotantes

Clasificación de Plataformas según el Diseño y Características Estructurales

Plataformas

Fijas*

Jacket de acero

Jack Up (MODU’s)

Base Pesada

Torre Complaciente

Plataformas

Flotantes

Semisumergible

Monocasco, forma de buque o “ship shape”, las FPSOs y FSOs

Plataformas de Piernas Tensionadas “Tension-leg platform (TLP)”, en su

versión standard o minidiseño

SPAR (pértiga o mástil)

Otros diseños propuestos, pero que a la fecha no han sido ni construidas ni

instaladas.

* Los diseños de plataformas autoelevables (jackup) también son utilizados para servicios de

producción permanente, y pueden ser considerados como instalaciones con fundaciones

permanente aunque ellos sean flotantes en el sitio de instalación poseyendo sus propios cascos y

puedan auto instalarse.



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• Elementos de la Margen

Continental

• Plataforma Continental • Talud Continental • Emersión Océanica

• Se define tipo de Plataforma

(1 milla marina = 1852 m)

• Convención sobre el Derecho del Mar (1982) – ONU

• Vigencia desde 1995

0400 – Clasificación General de las Plataformas Offshore Plataformas Fijas - Jacket


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0400 – Clasificación General de las Plataformas Offshore Plataformas Fijas – Jack Up (MODUs)


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0400 – Clasificación General de las Plataformas Offshore Plataformas Fijas – GSB (Gravity Based Structures) - CONDEEP


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0400 – Clasificación General de las Plataformas Offshore Plataformas tipo Flexibles (Compliant Towers)


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0400 – Clasificación General de las Plataformas Offshore Plataformas Flotantes (Semisumergibles)


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0400 – Clasificación General de las Plataformas Offshore FPSO (Ship Shape – Monocasco)


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0400 – Clasificación General de las Plataformas Offshore TLP (Tension Leg Platform)


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0400 – Clasificación General de las Plataformas Offshore SPAR (Mástil o Pértiga)


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0400 – Clasificación General de las Plataformas Offshore Otros Diseños Propuestos (FPSO Circular y Mini TLP)


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http://www.turbosquid.com/3d-models/tension-leg-platform-3d-model/312110

0401 – Características y Componentes Comunes de las Plataformas • Estructuras de Cubierta

• Layout de las Instalaciones • Risers de Producción • Sistemas de Perforación • Instalaciones de Procesamiento de Hidrocarburos • Servicios • Sistema de Antorcha • Equipamientos de Izaje • Alojamiento del Personal • Sistemas de Escape de Emergencias • Sistemas de Control y de Seguridad • Sistema de Exportación


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0401 – Características y Componentes Comunes de las Plataformas • Selección del tipo de plataforma (base o estructura)

• Profundidad del agua, Severidad del Medio Ambiente, Estabilidad del Fondo Marino, Infraestructura existente, etc….

• Ubicación de los mercados consumidores

• La función de la base o la estructura es soportar los topsides • Topsides (Superestructuras)

• Por encima de la zona splash (o línea de flotación), donde se instala todo el equipamiento que hace a la finalidad de la plataforma • Planta de producción, Equipos de perforación, Alojamiento… etc, etc.

• La estructura o base de la plataforma es el producto de una combinación de las

ingenierías civiles, navales y la arquitectura marina • Los topsides son producto de la ingeniería del gas y petróleo


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0401 – Características y Componentes Comunes de las Plataformas • Estructuras de Cubierta

• Bodega (Bombas, lodo y tanques de lodo, bombas de exportación • Cubierta Principal o de Producción, x-mas, procesos, compresión • Cubierta de Perforación • Cuarta cubierta, o entrepiso (mezzanino), se agrega a veces entre la cubierta de

producción y la cubierta de perforación

• La función de la base o la estructura es soportar los topsides • Topsides (Superestructuras)

• Encima de zona splash (o línea de flotación), donde se instala todo el equipamiento que hace a la finalidad de la plataforma • Planta de producción, Equipos de perforación, Alojamiento… etc, etc, etc


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0401 – Características y Componentes Comunes de las Plataformas • La estructura o base de la plataforma es el producto de una combinación de las

ingenierías civil, naval y la arquitectura marina

• Los topsides son producto de la ingeniería del gas y petróleo

• Layout de las Instalaciones Seguridad y Eficiencia Operativa • Evitar incendios y explosiones, mediante la segregación • Vias de evacuación sin obstáculos • Aislamiento del Alojamiento de la manipulación de HC’s • Espacio y accesibilidad para tareas de IMR • Análisis riguroso de cañerías y accesorios (fugas) • Ventilación, vientos predominantes, posibles fugas, sistema de antorcha • Minimización de conflictos ante SIMOPS • API RP 14 J


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0401 – Características y Componentes Comunes de las Plataformas


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• Risers • Risers de Producción • Tubos de acero rígido, o flexibles • Función: Transportar los hidrocarburos hacia la

superficie o plataforma (o desde) • Fijas Generalmente Rígidos • Flotantes Flexibles

• Aguas Profundas Ingeniería de Risers

• Risers de Perforación • Risers de Exportación


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• Sistemas de Perforación • No todas las plataformas tienen equipos de

perforación • Los equipos son mas compactos que en tierra • Tratamiento integral de los lodos y fluidos de

perforación • Importante desconectar la perforación y el riser

del movimiento de arfada. • Sistemas de tensionado con cilindros

hidráulicos • Metalurgia del riser de perforación es clave • La sarta de perforación también se desacopla,

esto se hace en la torre en si.


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http://www.youtube.com/watch?v=riHsjOUDIUg

http://www.youtube.com/watch?v=riHsjOUDIUg

http://www.youtube.com/watch?v=MXJBeqEsPyA

http://www.youtube.com/watch?v=MXJBeqEsPyA

• Instalaciones de Procesamiento de Hidrocarburos • Procesamiento HC’s es una función básica

• Petróleo / Gas / Agua producida / Sólidos • Separación (1 o varias etapas) • Cada fluido tiene sus propias especificaciones de calidad • Recipientes Separadores con deflectores para desacoplar de movimientos marinos • Configuración Vertical preferida • El peso es crítico y altamente evaluado y reajustado durante la ingeniería • Mayor precisión y rigurosidad el diseño de equipos, tanto desde procesos como

desde mecánica • Diseños compactos y más livianos de equipos fijos y rotantes.

• El componente de procesamiento de hidrocarburos es incumbencia de los

Ingenieros Químicos e Ingenieros en Petróleo.


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• Procesamiento de HC’s • BFD, PFD, UFD, y P&ID’s no son

tan distintos • Tampoco el resto de entregables • Cambian criterios de diseño • Cambian criterios de operación • Los estándares y prácticas

recomendadas son muy específicos

• Se hace mayor énfasis en la evaluación de riesgo a cada paso

• PARA UN PRÓXIMO CURSO


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• Servicios • Autosuficientes

• Electricidad • Agua potable • HVAC • Servicios Sanitarios • Normalmente generación con gas natural

tratado y procesado. • Normalmente generación con diesel de

respaldo • Servicios para la Operación en si (Utilities)

• Normalmente los servicios son contratados a

empresas especializadas


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• Aire (comprimido, de instrumentos)

• Medio de calefacción • Glicol • Metanol, etc

• Sistema de Antorcha • PSVs – Sistema de Alivio • Colectores • Separador • Piloto, sistema autónomo • Antorcha

• API RP 14 J/C

• Es la última protección de una operación normal y de los equipos de procesos

• Diseño / Dimensionamiento Complejos


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• Equipamientos de Izaje • Incluso las mas pequeñas Jacket • Generalmente para manipulación de

tubing/casing, sartas de perforación • Diseños marinos especializados


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• Alojamiento del personal • Tradicionalmente ofrecen albergue • Monitoreo y Controles Remoto

• Plataformas no tripuladas (unmanned) • Todos los servicios como de un hotel • Requisitos Nación Anfitriona • Plataformas Hotel en si mismas

• Sistemas de Escape de Emergencias • Equipos para permitir la evacuación

y la supervivencia en el agua • En el Mar del Norte se dio el

desarrollo durante los 70 – 80. • Botes salvavidas cerrados con

escotillas estancas • Los equipos de supervivencia se

definen por el entorno de la plataforma

• El escape se hace expulsando los botes salvavidas


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• Sistemas de Control y de Seguridad • Riesgo intrínseco en Perforación y Producción • Tiempo de Respuesta a una Emergencia • Equipos de emergencia listos para el personal

entrenado los utilice • Entrenamiento y Simulacros constantes • Alarmas escapes de gas e incendio, 1ra

Defensa • Sistemas Modernos con Shutdown • Sistemas de Comunicación • Dispositivos de lucha contra incendio

• Diluvio, spray, espuma, extintores, sistemas de extinción gaseosos


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• Sistemas de Exportación • Gas Natural

• Gasoducto • FPSO con licuefacción

• Crudo • Oleoducto o Buque

Cisterna • La exportación exige el

cumplimento de especificaciones de calidad

• Elemento final en plataforma • Riser de Producción

• Rígidos • Flexibles


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• Jacket de acero • + Utilizado

• Opción por defecto en aguas convencionales

• En todas las regiones • Compatible con exportación

flotante • Bullwinkle


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0402 – Plataformas Fijas con Fundaciones

• Jacket – Características y Desafío de Diseño • Armadura o entramado en estructura rígida que es muy ligera en relación a su altura y

capacidad de carga • 3, 4, 6 u 8 patas en arreglos de sección transversal, triangular, cuadrada y rectangular • Lados inclinados, la jacket se estrecha hacia la superficie • Estructura simétrica de lados idénticos • Los lados están reforzados por refuerzos transversales a través de la estructura • Como toda plataforma tiene muy expuestos los topsides, allí se producen las mayores

exposiciones a la intemperie • Clavada al fondo por pilotes tubulares de acero hincados, o a través de las piernas o a

través de guías de pilotes y mangas soldadas • Grandes plataformas tiene varios pilotes por pata


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• Ventajas y Limitaciones


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Tabla 1:

Plataformas Tipo Jacket de Acero

Ventajas Limitaciones

Excelente resistencia en relación con su peso y costos a través de una amplia gama de tamaños y capacidades de soporte de carga

Excelente estabilidad y muy buena escalabilidad Tecnología muy bien entendida, principios de diseño e ingeniería

claramente definidos. Espacio interior protegido para perforación, producción y risers de

exportación Fabricación en prácticamente cualquier región offshore del mundo

sin necesidad de instalaciones y equipamientos especiales. Amplia disponibilidad de equipamientos necesarios para instalar las

estructuras de una jacket. Mínima área expuesta al viento, así como también a las cargas por

olas y corrientes marinas. Fácil inspección, mantenimiento y reparación mientras se encuentra

en servicio. Facilidad de decomisionado y remoción Capacidades completas de perforación y Cabezales de pozo en

superficie.

Susceptible a daños por fatiga

en ambientes severos

Las cubiertas y los topsides deben ser instalados offshore.

Los costos se disparan cuando

se necesita lograr resistencia a

ambientes severos

Su aplicabilidad se reduce para aguas con profundidades mayores a los 305 m (1000 pies)

• Fabricación • Soldadura de tubos laminados, se suelda por lado y se va “rolando” en posición

horizontal. Se utilizan grúas para colaborar en la tarea de soldadura y armado. • Parte superior con una rejilla horizontal con ranuras (SLOTS) por donde se perforarán

los pozos, se repite el esquema a distintos niveles hacia abajo • Guía de las perforaciones y para mantener los risers de perforación y producción

fijos en posición • El número de ranuras (slots) de perforación es una medida común de la capacidad

de la plataforma, y es un número cuidadosamente determinado entre reservorios y perforación

• Una vez construida es muy difícil agregar ranuras a una plataforma operativa


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• Transporte • Remolque húmedo o seco • Topsides luego de la instalación de la estructura • Buques grúa colaboran en el hundido de la estructura y luego se realiza el pilotaje • Una decisión importante es en cuantos izajes se realiza cada maniobra • Un solo izaje implica que se han hecho prácticamente todos los trabajos en la costa y

esto redunda en menores costos • Desafíos

• Diseño de patrones mas vigorosos y dimensionamiento de estructuras tubulares que minimicen contenido de acero y peso

• Procedimientos de soldaduras mejores y con menos tasas de repaso y/o de rechazo • Racionalización de los procedimientos de construcción • Reducción de tensiones en componentes estructurales durante el lanzamiento e

instalación


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• Jacket


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• Torre Flexible o Complaciente (Compliant) • Estructura tubular delgada y esbelta de acero • Sección transversal relativamente constante • Mas livianas y delgadas que jackets en rango de comparación • Se mueven, o son flexibles (complacientes) antes las fuerzas ambientales • Reducen efectos de fatiga • Distribuyen y disipan el peso (topsides y risers) y las cargas ambientales

• Pilotes • Cables de Retención • Flotabilidad • Inercia


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Plataformas Tipo Flexible

Ventajas Limitaciones

Bajos costos de materiales debido a su diseño

esbelto.

Capacidades Completas de Perforación.

Cabezales de pozo en superficie

Excelente Resistencia en relación al peso

Flexibilidad de diseño y diversidad de opciones

para cargas reactivas

Removible por simple procedimiento de revertir la

instalación

Incertidumbres derivadas de un diseño,

ingeniería y trayectoria de operaciones

demasiado novedosa y escasa.

No ha sido probada en aguas mas allá de los 610

m (2000 pies)

Procedimientos de instalación complicados

Pocos contratistas de construcción con

experiencia en fabricación de CT.

Torre Flexible o Complaciente (Compliant)


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• Estructuras de Base Pesada (GBS)

• Ambientes muy severos (Mar del Norte, Atlántico Norte de Canadá, Ártico y la Isla de Sakhalin)

• Experiencia noruega en construcción con concreto y la protección de los fiordos de aguas profundas.

• Características y Desafíos de Diseño • Base en grandes celdas en forma de cúpula que almacenan petróleo. • Una a cuatro torres se elevan desde las celdas para soportar los topsides • Una o mas de las torres están equipadas con los slots de perforación y albergan los risers • Arboles a nivel de cubierta • Los internos de torres solo se usan cañerías de transferencia entre topsides y las celdas


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Tabla 3

Ventajas y Limitaciones de las Estructuras de Base Pesada Ventajas Limitaciones

Construidas con materiales de bajo costo.

Gran Resistencia para soportar cargas de topsides muy pesados

Inmunidad virtual a la fatiga

Muy durable para campos con largas vidas de producción proyectadas.

Bajo requerimiento para inspección y mantenimiento de la estructura

Los topsides pueden ser acoplados a la base en el mismo sitio de

construcción, de modo que la plataforma está completa cuando se

instala

Puede acomodar las facilidades completas de perforación

Los risers se instalar en el interior protegido de la plataforma.

Fácil diseño para albergar almacenaje de crudo en su base.

Sus costos de construcción e instalación limitan su uso

en campos gigantes en regiones donde hay una falta de

infraestructura para transporte de crudo.

El límite práctico de profundidad de agua es

aproximadamente 305 m (1000 pies)

Debe ser auto flotante para su instalación, al menos en

los tamaños mayores.

La remoción y disposición de grandes unidades es

problemática


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0403 - Unidades de Producción Flotante – Descripción General


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• Clasificación según Movilidad

• Plataformas para Pruebas Extendidas de Pozos – (EWT: Extended Well Testing) • Sistemas de Producción Temprana – (EPS: Early Production Systems) • Desarrollo Completo de Campo – (FFD: Full Field Development)


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• Según el tiempo en locación y objetivo principal

• Sin embargo implican mucho sobre las especificaciones y el equipamiento • EWT

• Conversiones ad hoc temporales • Reunir información sobre el reservorio y sobre el fluido a producir

• EPS

• Criterios Ambientales de 20 a 50 años • También proporciona información del reservorio • Pero su objetivo principal es generar el ingreso de divisas

• FFD • Criterios Ambientales de 100 años • Son las que se desarrollarán en este curso


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• Desplazamiento, Estabilidad y Movimiento

• Toda FPU debe desplazar un volumen de agua suficiente para flotar y ser estable • FPU

• Monocasco • Semisumergible (Casco estabilizado con columnas) • SPAR

• Todos estos logran flotabilidad y estabilidad por los diseños y tamaños • La estabilidad también depende de la forma del casco y de la distribución de peso • La estabilidad también se ha mejorado por los sistemas de amarre.

• DESAFIO FUNDAMENTAL DE DISEÑO:

• ESTABILIDAD EN TODA EL RANGO DE CONDICIONES DE OPERACIÓN


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• Buque Monocasco

• Capacidad de Carga en Cubierta prácticamente ilimitada • FPSO • FSO no tiene topsides

• Buena estabilidad, movimientos de arfada, balanceo y cabeceo impiden ciertas operaciones


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• Columnas Estabilizadas (Semisumergibles)

• Menos resistencia inherente a la zozobra que los monocascos

• Su fuente principal de flotabilidad (pontones) bajo el agua, • Con adecuado lastre • Solo columnas expuestas al oleaje • Menos afectado a las olas que el

monocasco • Flotabilidad adicional para aumentar su

capacidad de carga • Mas costoso la capacidad de carga

incremental comparado con monocasco


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• SPAR

• Estabilidad Incondicional debido a que centro de gravedad siempre por debajo de centro de flotación

• Estabilidad inherente sin sistema de amarras, solo limita movimientos laterales y mantiene locación

• Los cascos de las SPAR se pueden escalar hasta cualquier tamaño para soportar cualquier peso de topsides


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• Sistemas de Lastre y Sentina

• Sistema de Lastre líquido • Tanques de agua

estratégicamente ubicados • Bombas, válvulas y controles

• FPSO el lastre es ajustado con la carga de hidrocarburos

• Lastre es crítico (Ocean Ranger) • SPAR pueden tener lastre permanente

(sólido) • Sentinas o sumideros, que recogen

agua de las operaciones


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• Sistema de Amarres y Mantenimiento de Posición • Capacidad de buque de permanecer

geoestacionario • Sistemas de Amarres

• Ciertos límites de movimientos • Fuerzas de restauración

• Amarres de Puntos Múltiples (Spread) • Amarres de Punto Simple


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• Amarre Extendido • Múltiples líneas en un patrón tipo araña • Cadenas-Cuerdas en un patrón curvo (catenaria) hacia el

lecho marino • El propio peso proporciona fuerza de restauración • En alguno casos las amarras están tensionadas (taut-wire)

• Amarre de Punto Simple

• Generalmente FPSO y FSO • Único punto en una boya • Proporciona un solo frente

preferido ante las s fuerzas ambientales.


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• Componentes de los Sistemas de Amarres • Línea de Anclaje

• Cadenas, cables ligeros y pesados, sogas, nuevos materiales

• Conectores • Argollas, eslabón tipo Kenter, tipo pera, tipo C, giratorio (swivel)

• Punto de Anclaje

• Peso muerto, ancla convencional, pilotes, pilotes de succión

• Malacates, guinches, compartimentos para guardar cadenas, canalizaciones

• Aguas ultraprofundas presentan desafíos de diseño en todos los aspectos


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0403 - Unidades de Producción Flotante – Descripción General • Componentes de los Sistemas de Amarres


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0403 - Unidades de Producción Flotante – Descripción General • Sistemas de Risers

• Es el elemento clave para la conducción de los fluidos de reservorio hacia los topsides

• Es un desarrollo exclusivo de la industrial del gas y petróleo offshore De Perforación De Producción (sin tratar/procesar) De Exportación (tratados, procesados y

en especificación de transporte)

o Fijos o Rígidos (Fijas, Complacientes, TLP, SPARS)

o Flexibles (FPSO, Semisumergibles) o Sistemas de Risers Híbridos


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0403 - Unidades de Producción Flotante – Descripción General • Criterios Significativos de Diseño

• Profundidad del agua y presión hidrostática • Severidad del régimen ambiental • Movimientos de la FPU • Caudal y tipo de fluidos y diámetro del riser • Presión, temperatura, impurezas, viscosidad

de los fluidos de reservorio • Arquitectura de campo y configuración de los

sistemas submarinos y la FPU • Filosofía operativa en la subsuperficie y la

FPU • Requerimientos de pigging.


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0403 - Unidades de Producción Flotante – Descripción General • Desarrollos de Risers

• Aguas superficiales y estructuras fijas, simples extensiones del pozo hacia superficie

• FPSs sobre estructuras plantillas/colectoras • Risers individuales y luego formando un mazo de tubos con flotación en la parte

superior • Risers en “S” para acompañar movimientos de buques • Tuberías flexibles opción mas común para risers y flowlines en aguas

convencionales • Aguas profundas – altas presiones hidrostáticas, limitan uso de flexibles • Aguas profundas – largos desarrollos de risers, limita el peso del riser

• Sistemas de Riser de Torre Rígida (RRT) • Sistemas de Riser de Catenaria de Acero (SCR)


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0403 - Unidades de Producción Flotante – Descripción General Sistemas de Riser de Torre Rígida (RRT) Sistemas de Riser de Catenaria de Acero (SCR)


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0403 - Unidades de Producción Flotante – Descripción General Sistemas de Riser Hibrido Sistemas de Riser de Catenaria de Acero (SCR)


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0404 - Unidades de Producción de Columna Estabilizada • Utilizados como sistemas de producción flotante, son

estructuras “estabilizadas” por columnas. • Estabilidad columnas • Flotabilidad columnas y pontones • Conocido como “Semisumergible”, o “Semisub” • Inicios como Plataforma de Perforación

• Dos cascos pontones paralelos y entre 4 a 8 columnas

• Diseños Modernos • Cuatro columnas, dos pontones o pontón anillo

cuadrado o circular • El transporte se hace con la flotabilidad de los

pontones únicamente


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0404 - Unidades de Producción de Columna Estabilizada • Semisumergibles

• Desarrollado para proporcionar una plataforma flotante de perforación estable, donde no llegaban las jackups.

• La superficie del agua solo contacta con las columnas, la plataforma reacciona menos a las fuerzas del oleaje comparado con un monocasco

• Su estabilidad lo hizo apto para el servicio en ambientes severos, primero como perforación y luego como sistema de producción flotante (FPS)

• Sin embargo no es tan estable como para arboles de producción en superficie • Amarres con sistemas de catenaria convencional • 8, 12, o 16 líneas de anclaje, con 2, 3 o 4 líneas a cada esquina (extendido) • Gran área de cubierta para topsides, a menudo en una sola cubierta • Thunder Horse (1850 m) en el Golfo de México

• 40000 m3 /día (250.000 barriles/día) de crudo • 5.7 MMSMCD (200 MMSCFD) de gas natural • 48000 m3/día (300.000 barriles/día) de inyección de agua


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0404 - Unidades de Producción de Columna Estabilizada • Plataformas de Piernas Tensionadas (Tension Leg Platforms) - TLP

• Desarrollada para reducir los movimientos y permitir

árboles secos en superficie. • El desarrollo tuvo que ver mas con el sistema de

amarres, luego derivó en modificaciones al casco. • Similitud superficial con semisumergibles • El sistema de amarres elimina catenarias y se basa en

correas tubulares verticales puestas en tensión • Construcción de casco mucho mas costosa que

semisumergible, pero se puede compensar al evitar instalaciones submarinas


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0404 - Unidades de Producción de Columna Estabilizada • Plataformas de Piernas Tensionadas (Tension Leg Platforms) - TLP

• Fenómenos de VIV en las correas de amarre • En aguas profundas requiere correas tubulares

de aceros mas largos y de mayor diámetro • Utilización de materiales compuestos no

resuelve los costos, y no han calificado como totalmente confiables

• Plataforma URSA en el Golfo de México • 28600 Tons de casco • Topsides de 95 x 95 m • 24000 m3/dia (150.000 bpd) de crudo • 11 MMSCMD (400 MMSCFD) de condensado • 16 tendones de 32 pulgadas • Pilares de 96 pulgadas e hincados unos 123 m


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0405 - FPSOs y Buques Monocasco • El sistema flotante mas utilizado alrededor del mundo (Agosto 2013 – Offshore Magazine)


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0405 - FPSOs y Buques Monocasco

Capacidad de Almacenamiento en regiones remotas, sin infraestructura

Disponibilidad de buques cisterna para reconversión

Atractivo para contratistas en compra y alquiler

Relativamente poco costo

Altamente móvil y flexible

Construcción en astilleros standard

Gran disponibilidad de área para topsides

Posibilidad de desconexión de amarras y deriva en mal tiempo

Disponibilidad para acomodar prácticamente cualquier peso de topsides

Aguas ultraprofundas


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0405 - FPSOs y Buques Monocasco • Capacidad de Transporte

• Toneladas de Peso muerto (dwt) de capacidad de carga • Carga Total = Bunker + Crudo + Agua Dulce + Tripulación + Provisiones

• Dos buques con una diferencia de 10 a 15 % en eslora

• Amplia variación de capacidad de carga (volumen) • Volumen no es lineal con profundidad y amplitud del casco

• Una FPSO pequeña (50 K Tons) 47000 m3 (300.000 barriles)

• 100 K Tons dwt 79500 a 120000 m3 (500 a 750.000 barriles) • 150 K Tons dwt 160 a 198000 m3 (1 a 1.25 MM barriles)

• Desde 150 K a 300 K Tons dwt VLCC (Very Large Crude Carriers) • ULCCs (Ultra Large Crude Carrier) 360.000 m3 (2.25 MM de barriles)


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0405 - FPSOs y Buques Monocasco • Áreas de Aplicación

• F: Floating (Flotante)

• P: Production (Producción)

• S: Storage (Almacenamiento)

• O: Offloading (Descarga)

• El rango de aplicaciones para FPSO muestra la flexibilidad de concepto:

• Unidades mas pequeñas producen en campos marginales a 16 m de profundidad • En el Mar del Norte son de tamaño modesto, es una concesión a la severidad • FPSOs mayores se encuentran en Africa Occidental y Brasil


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0406 - Operaciones de las FPSOs • Las operaciones en FPSOs son un poco diferentes a otras instalaciones flotantes • Gran área en cubierta permite una disposición diferente de componentes • Las FPSOs cuentan con tripulación marina si tienen sistemas de propulsión • Las FPSOs permanentemente amarradas prácticamente sin tripulación marina

• Las principales distinciones con una FPSO

• Sistemas de Amarres • Sistemas de Carga y Descarga


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0406 - Operaciones de las FPSOs • Sistemas de Amarres

• La mayoría de las FPSO mantienen locación mediante amarres (convencionales) • Sólo 4 FPSOs cuentan con sistemas de posicionamiento dinámico

• Los amarres pueden ser de un solo punto, o del tipo extendido.

• Ambos sistemas pueden ser desconectables y no desconectables • Desconectables, liberan la FPSO entre 5 y 30 minutos • No Desconectables, la liberan en 12 horas

• El objetivo de los desconectables es desvincular la FPSO rápidamente ante la llegada de una tormenta severa.

• Los amarres desconectables son muy necesarios en lugares remotos • Los sistemas de un solo punto se seleccionan para ambientes severos • Los sistemas extendidos son preferidos en ambientes calmos y sin direccionalidad de las

fuerzas ambientales


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0406 - Operaciones de las FPSOs • Amarres Extendidos

• Simétricos, 4 a 12 líneas en catenaria y pueden ser tensados • Las líneas terminan en anclajes de diversos tipos, dependiendo del suelo marino • A veces se agrega flotabilidad para aliviar peso a las líneas de amarre • Los costos de los sistemas de amarre no son despreciables, y siempre necesitan de

buques de asistencia para la instalación • El amarre extendido también se conoce como estacionario (misma posición y

orientación) • Permite risers individuales

• Catenarias o tuberías flexibles • Menos costoso que un sistema de un solo punto • Funcionamiento mas simple con menos requisitos de IMR


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0406 - Operaciones de las FPSOs • Amarres de un Solo Punto (Weathervaning Moorings)

• Permite girar 360° alrededor del punto de amarre • La proa siempre apunta hacia las fuerzas climáticas (minimiza impacto de olas y viento) • Mas adecuado para entornos severos y direccionales • Las desventajas de un solo punto

• Conexión de risers de producción y exportación que deben ser geoestacionarios • Se realiza la conexión en el mismo punto de amarre • La ingeniería de estos sistemas es muy avanzada • Quedan problemas por resolver

• Interfaz de amarre • Torretas

• Internas • Externas

• Boyas de Amarre • Conjunto Giratorio (Swivel Assembly)


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• Torretas (Turrets) • Ensambles para el manejo de fluidos, potencia y control de umbilicales • Geoestacionaria y amarrada al fondo marino • Mesa o Plato Giratorio • Los risers llegan a la Torreta

• Internas, dentro del casco de la nave, proa o centro del buque (moonpool) • La torreta se soporta mediante una boya • Son desconectables y las mas comunes • Tambien para buques cisterna

• Externas • Fuera del casco de la nave, sobre una estructura que sobresale tipo yugo • Desconectables o permanentes • Desconectables van montadas sobre una estructura flotante


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• Torretas (Turrets)


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• Boyas de Amarre y Transferencia • CALM (Catenary Anchor Leg Mooring), mas común • Buque se conecta a boya con una cuerda llamada calabrote • Son mas utilizadas para buques cisternas y transferencia

• Amarres de un Solo Punto (Weathervaning Moorings) • Conjunto Giratorio (Swivel Assembly)

• Permite la transferencia de fluidos, y señales • Producción desde pozo • Potencia eléctrica a instalaciones submarinas • Señales de control (hidráulicas, electrónicas) • Inyección de agua y gas, Inhibidores • Ingeniería de alta especialización

• Componentes del Conjunto Giratorio (simple) • Columna de elementos de transferencia de fluidos y señales • Cada elemento giratorio tiene un núcleo interno geoestacionario, como la torreta y

los risers • Los elementos giratorios son soportados por la torreta • El núcleo interno tiene los caminos de flujo o conductores para fluidos, potencia y

datos


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0406 - Operaciones de las FPSOs

http://www.youtube.com/watch?v=SeZPEjUY0lM

• Amarres de un Solo Punto (Weathervaning Moorings) • Conjunto Giratorio (Swivel Assembly)

• Cada paso de flujo vertical de núcleo se conecta a un circuito de flujo horizontal • El circuito de flujo horizontal se forma entre un anillo intermedio conectado núcleo

y una anillo de salida conectado a la FPSO • La geometría permite un flujo continuo • El movimiento relativo se controla por rodamientos radiales y axiales • Se utilizan juntas dinámicas energizadas como fluidos barrera evitando cruce de

flujos o salida al medio ambiente • La transferencia de potencia o de señales utiliza anillos deslizantes • También hay tecnología para fibras ópticas • A veces incorporan lanzaderas y trampas de pigs para flowlines • También puede incluir caminos de flujo para risers para exportación


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• Conjunto Giratorio (Swivel Assembly)


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• Almacenamiento, Descarga y Sistemas de Transferencia • Seguridad

• Carga • Gas Inerte • Detección de Gases y Alarma • Sistema de Lavado de Crudo (COW) • Calentamiento de Tanques • Bombas • Tanques de Glicol y Metanol

• Descarga • Componentes a bordo y fuera de borda • Por lo general menos de 24 horas de transferencia, ventana de tiempo • Capacidad redundante de bombeo • La redundancia es para el sistema completo, sistema de transferencia de custodia,

medición, cañerías, etc.


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• Transferencia • Desde el fuera de borda de la FPSO hasta el buque cisterna • Transferencia Directa

• Mangueras • Arco a Arco • Arco a Popa • Asistencia de remolcadores

• CAPEX mínimo, restricciones de ventana de tiempo, riesgo de dos buques operando tan próximamente, no adecuada en ambientes severos

• Requiere de una planificación muy rigurosa de todas las maniobras


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• Transferencia • Transferencia Indirecta o Mediada

• Implica un componente importante entre la FPSO y la cisterna • Boya CALM para amarre del buque cisterna

• La FPSO bombea hacia la CALM y de ahí a la cisterna • En climas severos la instalación se debe hacer mas compleja • Ofrecen ventanas de tiempo mas grandes • Se plantean menos riesgos de colisión (800 m versus 90 m en Directa) • Mayor CAPEX aunque en algunos campos hay redundancia de boya


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• Almacenamiento, Descarga y Sistemas de Transferencia


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• Cilindro de gran diámetro, con fondo abierto • Flota verticalmente con un calado de 90 a 215 m • Estructura esbelta (D/L) • Parte superior tanques de lastre variable (agua y aire) • Agua ocupa nivel dentro del casco igual a la línea de flotación • La parte inferior del casco cuenta con lastre permanente (sólido o

agua) • Tanque Duros / Tanques Blandos

• Muy estable por que el centro de flotación está por encima de su centro de gravedad

• El agua dentro del cilindro otorga mucha inercia y por lo tanto estabilidad

• El calado y el perfil esbelto reducen los movimientos de arfada • Ofrece las ventajas de la TLP pero sin la complejidad estructural y

sin piernas tensionadas • Sujetos a VIV Strakes (aletados helicoidales discontinuos)

• Casco y Risers


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0407 - Plataformas SPAR (Mástil)


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0407 - Plataformas SPAR (Mástil) a 2012

1. Neptuno 2. Medusa 3. Genesis 4. Gunnison 5. Front Runner 6. Boomvang 7. Nansen 8. ATP Titan 9. Tahiti 10. A. Haansteen 11. Holstein 12. Kikeh 13. Mad Dog 14. Hoover / Diana 15. Constitution 16. Red Hawk 17. Horn Mountain 18. Devils Tower 19. Lucius 20. Perdido

• Sistemas de Amarras (por debajo de la línea de flotación • Catenarias • Cables tensionados

• El lastre del casco es el que proporciona la fuerza de restauración • Los amarres sirven para mantener la locación • Los amarres sirven para relocalizar la perforación en diferentes ranuras • También para relocalizar en caso de que un semisumergible venga a

realizar un workover


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• Sistemas de Risers en Plataformas SPAR • La estabilidad de las SPAR permite

• Perforación • Completamiento o terminación en superficie

• La interfaz entre risers y cabezal de pozo tiene similitudes con las torretas • Los risers están en el centro protegido del casco, pero por lo general no están

soportados por el casco • Cada riser flota independientemente con tanques de flotabilidad en la parte superior • El tanque de flotabilidad da soporte al riser y también al árbol de navidad • Fluidos, y señales se conectan con jumpers flexibles • Este arreglo desacopla risers y árboles de los movimientos de la plataforma, alivia al

casco de cargas verticales • La instalación de tanques (latas) de flotabilidad es uno de los aspectos mas desafiantes en

las plataformas SPAR • La utilización de tanques de flotabilidad no es universal

• Plataforma Holstein con tensores mecánicas (como en las TLP) • Tensores desacoplan, pero transfiera carga de los risers a la plataforma


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• Sistemas de Risers en Plataformas SPAR


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• Fabricación e Instalación • Técnicas y procedimientos de astillero comunes y corrientes • El desarrollo de las SPARS se originó con investigaciones estructurales en Finlandia • La mayoría de los cascos han sido construidos en Finlandia • La instalación es relativamente sencilla, pero demanda cuidado y precisión • Se verticaliza por inundación de un tanque suave • Luego se conectan las amarras preconstruidas • EL casco se deslastra para tensar amarres • Los topsides se instalan luego de la instalación del spar. • Un casco spar se podría utilizar para almacenamiento de crudo, como la gran mayoría está

en el Golfo de México, no se ha requerido. • La excepción es Aasta Hansteen, que almacena condensado, por lo cual se la conoce como

una SPAR FPSO • A 2012 aun era un proyecto en desarrollo y se construían los topsides • Según www.offshore.com, Aker Solutions ganó la licitación para construir una nueva

spar en Aasta Hansteen, que será la mas grande del mundo


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http://www.offshore.com/





• TLP y SPAR son los desarrollos mas recientes que han tenido aceptación industrial

• Se han desarrollado nuevos conceptos respondiendo a las tendencias • Desarrollo de aguas ultra profundas • Interfaces con instalaciones de producción submarinas • Reducción de costos • Explotación de reservas remotas de gas natural

• Conceptos:

• Plataformas MINI TLP • Semisumergibles de Calado Profundo • FPSO de Perforación (FDPSO) • FPSO de casco circular • FPSO para LPG, NGL y GTL • Desarrollos Complejo Multiplataformas


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0408 - Innovaciones, Variaciones y Combinaciones

• Plataformas MINI TLPs

• Desde línea de flotación hacia arriba es una SPAR • La columna soporta los topsides pero no es de gran

longitud (12 – 20 m) • En la base de la columna están los tres pontones • Pontones otorgan flotabilidad y sostén de amarres. • Instaladas en GoM y Africa Occidental • Según los fabricantes

• Casco muy eficiente • Movimientos restringidos • Menos requerimiento de acero • Árbol seco en plataforma • Risers de acero de catenaria (SCR) • Se favorece para desarrollo de aguas profundas pero

marginales


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• FPSO de casco circular (C-FPSO)

• Petrobras fue una de las primeras empresas en arriesgarse por esta tecnología

• En 2014 se registran en construcción entre 6 y 7 de estas plataformas

• Misma respuesta a fuerzas ambientales a cualquier orientación

• Amarre en forma extendida, eliminando torreta • Ahorro de costos por simplicidad de diseño y

construcción • Capacidad de almacenamiento de petróleo


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0400 plataformas y facilidades de superficie

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