INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

Desarrollo de campos en aguas profundas

Tarea 3 “Sistemas superficiales de producción” Equipo 2

Por:

Flores González José Alexis

Profesor: Blanco Galán Jaime

Grupo: 4PM5

Características de los sistemas flotantes

Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura

Ciencias de la Tierra

Unidad Ticomán

Los sistemas flotantes se refieren a las plataformas marinas del tipo embarcación utilizados

para la explotación de yacimientos petrolíferos localizados en sitios con tirantes de agua

superiores a los 300 m, aunque algunos de ellos se pueden utilizar en aguas someras como los

FPSO´s. La característica distintiva entre las plataformas fijas y los sistemas flotantes es que

estos últimos soportan el peso de los equipos sobre las cubiertas, los risers, las líneas de anclaje

y su peso propio a través de la flotación de su casco, y utilizan un sistema de posicionamiento

para mantenerse en su sitio de operación. Los componentes principales de los sistemas

flotantes, tomando como ejemplo a una plataforma Semisumergible son: las instalaciones en las

cubiertas (topside), el casco de flotación, las líneas de amarre, la cimentación y los risers de

producción y exportación/importación (Ver Figura 4.1).

-Instalaciones fijas

Son estructuras metálicas y/o de concreto permanentes, construidas con dimensiones

proporcionales; se extienden desde el lecho marino hasta la superficie, estas estructuras son

estables con relación al fondo marino. Algunas plataformas son autosuficientes y albergan todos

sus componentes tales como equipo y áreas de personal. Otras requieren un barco de apoyo.

-Sistemas flotantes

Los navíos flotantes se subdividen en varias categorías: las plataformas semisumergibles (PSS), las plataformas de patas tensionadas (TLP), las plataformas de mástil tipo boya (Spar Buoys) y los navíos flotantes de producción, almacenamiento y descarga (FPSO).

INSTALACIONES FIJAS.

Plataformas JacketLas plataformas fijas son del tipo Jacket habitualmente, con una estructura de celosía de 4 o 6

columnas, construidas a base de perfiles tubulares soldados y refuerzos planos o estructurales.

Las Jackets son remolcadas a la localización de fondeo y posicionadas por grúas marinas

de gran capacidad (hasta 7000 tm). Se anclan al fondo marino mediante pilotes .Estas pilotes se

hincan con potentes martillos hidráulicos instalados sobre grúas flotantes en uno o varios

tramos. Las jackets se instalan en fondos de hasta 450 m. En ocasiones se instalan dos o más

estructuras y se unen mediante puentes estructurales creando superficies para la instalación de

todos los equipos necesarios de proceso que se requieren para la explotación del yacimiento.

Elementos estructurales

Cimentación (Pilotes)

Pilotes formados por elementos tubulares metálicos de sección circular , son la cimentación de

la plataforma. Una parte de los pilotes esta en el interior de columnas de la subestructura, la

otra parte se encuentra hincado al lecho marino.

Subestructura (Jacket)

Sus funciones son soportar las condiciones ambientales, recibir la carga de la cubierta y

transferirla a la cimentación. Los componentes principales son: Las piernas o barras verticales

elementos tubulares de acero), las barras horizontales y diagonales que conectan las piernas, y

las juntas.

Superestructura (Deck)

La estructura que da soporte y alojamiento a los diferentes equipos de operación a lo que esta

destinada la plataforma (perforación, producción, almacenamiento, bombeo, etc.) . Es apoyada

en los extremos superiores de los pilotes y se encuentra por encima de nivel de mar.

Plataforma de estructuras de gravedad

Se tratan de estructuras de soporte que se mantienen fijas en su lugar de colocación gracias a su propio peso.  Generalmente están construidas de hormigón reforzado con acero que contiene una serie de células o espacios libres internos que permiten controlar la flotación hasta su lugar de colocación. Se instalan en aquellas localizaciones donde el fondo es tan duro y compacto que impide la colocación de pilotes. Se apoyan directamente en el fondo marino.

-Profundidades no mayores a 300m.

-No necesitan estructuras tubulares.

Son diseños específicos para cada localización, pero suelen tener una base sobre la que se

levantan columnas se sección circular en cantidad variable, que sobresalen de la superficie

marina en sección mínima y acaban en un tope de columna donde reciben la estructura metálica

de cubierta donde se disponen las unidades de proceso. Se construyen en la costa y se

remolcan a la localización, donde se posicionan y lastran para completar la instalación. Sus

columnas y base se utilizan habitualmente como tanques de almacenamiento para fluidos de

producción.

Plataforma de estructuras de Gravedad tipo condeep

Plataformas de hormigón (Concrete Deep Water Structure).  Suele consistir habitualmente en

una base de hormigón armado que almacena crudo, de esa base nacen tres o cuatro torres de

hormigón. El diseño original tipo Condeep se apoyo en el lecho marino, y consigue elevarse

hasta 30 metros por encima del nivel del mar. Se trata del sistema GBS (Gravity Base Structure),

que utilizan plataformas como la Hibernia en Canadá. Este sistema fue desarrollado por

ingenieros noruegos en Stavanger, noruega. El desarrollo de este sistema fue en parte

impulsado por los incidentes del campo Ekofisk en Noruega en 1973.

El ejemplo de uso de este sistema es la plataforma Troll, la mayor tipo Condeep hasta la fecha.

Su construcción duró cuatro años. La mayoría de las plataformas del mar del norte utilizan esta

estructura.

-Mar del norte

Sistemas Flotantes

Plataformas TLPs,

Piernas tensionadas o “Tension Leg Platforms” son estructuras flotantes que están sujetos al fondo marino por 16 cables o tendones, 4 en cada esquina, que pueden tener un diámetro de 32 in y un espesor de pared de 1.5 pulgadas, los cuales están anclados al fondo marino mediante pilotes.

Los elementos verticales o tensores se anclan al fondo marino por medio de una estructura fabricada a partir de acero estructural y cimentado mediante pilotes. Una parte esencial de la TLP son las juntas flexibles.

Las piernas largas y flexibles de la TLP se mantienen en tensión constante contra la fuerza de flotación de sus 4 columnas flotantes evitando movimientos hacia arriba o abajo, sin embargo su flexibilidad admite un movimiento lateral de hasta 20 ft permitiendo que la plataforma resista condiciones meteorológicas severas sin que se lleguen a romper las piernas.

Desarrollados para reducir movimientos y permitir arboles en superficie.

Puede almacenar 150 000bpd.

En campos de aguas profundas, las plataformas de patas tensionadas (TLP) han sido desarrolladas para generar el potencial económico de los nuevos descubrimientos. Son capaces de operar en un tirante de agua de hasta 7000 ft.. Están sujetas mediante cables de ancla fijados en el fondo marino y se mantiene en la superficie mediante columnas flotantes.

Mientras que las unidades Semisumergibles y los barcos perforadores se utilizan sólo para la perforación, las TLP`s tienen mayor ventaja en cuanto a versatilidad para perforar, recuperar y producir pozos, casi en forma simultánea.

Plataforma Spar

El Spar, o plataforma de mástil tipo boya, es una estructura semisumergida flotante hermética, cilíndrica, hueca por dentro y parecida a una boya larga que se utiliza en la industria petrolera para la perforación y/o explotación de campos petroleros en aguas muy profundas. El Spar depende de un sistema tradicional de anclaje para mantener posición. Aproximadamente el 90% de la estructura está se sumergida en el mar.

La principal característica que distingue al Spar es que su casco está sumergido muy profundo, lo que produce características favorables únicas de movimiento en comparación de otros conceptos operativos de unidades flotantes. Un bajo nivel de movimiento y una zona protegida hacia el centro del pozo proveen una excelente configuración para las operaciones en aguas profundas. Estos equipos han sido señalados por la industria para operar en tirantes de agua de hasta 10000 ft (3042 m).

La forma clásica de la Spar es la cilíndrica; la sección superior está subdividida en compartimientos alrededor del centro de pozo que está inundado, conteniendo los diferentes tipos de Riser. Esta sección es la que provee la flotación del Spar. La sección intermedia es inundable, pero puede utilizarse para el almacenamiento de petróleo. La sección del fondo o quilla está subdividida en compartimientos para suministrar flotación durante su transporte y contiene la zona de lastre fijo.

Un sistema de catenaria lateral de 6 a 20 líneas mantienen al Spar en posición, el número de líneas a utilizar depende del tamaño del casco y del tirante de agua; las líneas de anclaje son una combinación de cable con tranzado espiral y cadena, pudiendo almacenar hasta 3700 ft de cadena y cable, éstas se fijan a un pilote o pierna de anclaje de 200 ft (60 m) de longitud y 84 in de diámetro que se han fijado al fondo marino.

La cubierta puede acomodar un equipo completo de perforación de unos 3000 hp más el equipamiento completo de producción que pueda manejar hasta unos 100,000 Bpd y 325 MMcfgpd y una carga variable de 6600 ton.

Plataforma semisumergible

Las plataformas Semi-Sumergibles son equipos flotantes capaces de perforar en aguas más profundas que las Auto Elevables. El equipo es soportado por cierto número de patas o columnas. Bajo el nivel del agua estas columnas están soportadas por pontones que pueden estar o no conectados entre sí. Las columnas y pontones pueden ser utilizados para lastrar y equilibrar la plataforma al almacenar sólidos y fluidos. Esta estructura queda equilibrada por debajo del nivel del agua, evitando el inconveniente principal que es la turbulencia del mar en la superficie. Esto la hace más estable que los barcos de perforación y por lo tanto más apropiadas para perforar en aguas turbulentas.

Los pontones tienen hélices motrices para ajustar su posición y para moverse, en otras palabras, son Autopropulsables, aunque en general son remolcadas por barcazas y usan las hélices para un posicionamiento más preciso. Una vez correctamente posicionada, la plataforma es anclada en el lugar, aunque en aguas más profundas las hélices pueden seguir siendo usadas para mantener la posición por medio de un control automático de posición llamado Posicionamiento Dinámico.

A diferencia de la plataforma de patas plegables, en este tipo de plataforma las BOPs se instalan sobre el lecho marino, directamente conectadas al revestimiento del pozo. Instalar las BOPs es un proceso sumamente complejo y se efectúa por medio de vehículos a control remoto (Remote Operated Vehicle, ROV) y cámaras marinas.

Esto permite que la plataforma pueda abandonar el pozo en caso de necesidad. Un conductor largo, flexible y telescópico, llamado Riser que conecta las BOPs a la plataforma, permitiendo circular al fluido de perforación y entrar y salir del pozo a la sarta de perforación.

Los equipos Semi-Sumergibles están diseñados para operar en aguas de 10,000 pies de tirante de agua y son sometidos acondiciones de olas y vientos severos.

Pueda manejar hasta unos 250,000 Bpd y 200 MMcfgpd

Risers

Elemento para la conducción de fluidos del pozo a la plataforma.

-Perforación.

-Producción

-Exportación

FPSO

La unidad flotante de producción, almacenamiento y descarga o FPSO, es un conjunto de instalaciones costa afuera para el almacenamiento y producción de los hidrocarburos producidos. El diseño básico de la mayoría de las FPSO es un navío con forma de barco con equipo para el proceso de los hidrocarburos mediante superestructuras a bordo de la cubierta principal del buque. Después del procesado, una FPSO puede almacenar el aceite o gas producido abajo, en tanques especiales ubicados en su doble casco. Periódicamente se descarga la producción o el petróleo procesado a buques tanque mediante tuberías o mangueras.

Mantenidas en posición por diferentes sistemas de anclaje, las FPSO son soluciones eficaces para el desarrollo de campos, tanto en aguas profundas como en ultra-profundas. Un sistema de amarre central le permite al buque girar libremente para responder mejor a las condiciones climáticas. Debido a que se puede desconectar de sus amarras, estos navíos son óptimos para las zonas que experimentan condiciones climáticas adversas, tales como los ciclones y huracanes.

Las FPSO se vinculan a múltiples pozos submarinos reuniendo la producción de hidrocarburos de los pozos submarinos a través de una serie de oleo-gasoductos en campo que se esté desarrollando; los hidrocarburos son llevados del fondo del mar a la torre de la FPSO en superficie mediante tubos Riser.

El petróleo crudo que se almacena a bordo se transfiere con frecuencia a los buques petroleros o barcazas oceánicas. La transferencia se hace a través de una manguera de carga de aceite desde la popa de la FPSO a la proa del buque cisterna.