criterios metoceánicos para la operación de risers en plataformas semisumergibles de perforación...

8/15/2019 Criterios Metoceánicos Para La Operación de Risers en Plataformas Semisumergibles de Perforación en Aguas Profundas T E S I S INGENIERO PETROLERO

http://slidepdf.com/reader/full/criterios-metoceanicos-para-la-operacion-de-risers-en-plataformas-semisumergibles 1/116

Criterios Metoceánicos para laOperación de Risers en PlataformasSemisumergibles de Perforación en

Aguas Profundas

T E S I S

Que Para Obtener el Título de

INENIERO PETRO!ERO

Presenta:

"uan Carlos Medina Rodr#gue$

Director de Tesis:

Dra. Martha Leticia Cecopieri Gómez

Ciudad ni!ersitaria" M#$icoD.%. &'()

%&'()ni*ersidadNacionalAutónoma deM+,ico

-acultad deIngenier#a



%acultad de *n+eniería

,-M P+ina&




,-M P+ina/

ARA.ECIMIENTOS

Dedico este traba0o a mi 1amilia" 2uienes 1ueron los pilares de mitra3ectoria como estudiante de in+eniería 3 2uienes han sido moti!ación

para superarme cada día 3 con!ertirme en me0or persona. - mis padres 4olanda 5odrí+uez ,eri 3 Por6rio Medina Díaz" 2uienes con amor"comprensión 3 sabiduría me impulsan cada día para salir adelante acon2uistar #$itos. - mis hermanos 4olanda Medina 5dz. 3 Luis %ernandoMedina 5dz. por ser mis cómplices" me0ores ami+os" conse0eros 3compa7eros de batallas. 8in ustedes a mi lado la !ida tendría un coloroscuro" este lo+ro es de ustedes" los amo.

-l Dr. %ederico 9arranco Cicilia por su apo3o incondicional a lo lar+o de la

elaboración de este traba0o" por sus conse0os" asesoría" paciencia 3sabiduría compartida conmi+o" le e$preso in6nita +ratitud" sin usted estatesis no hubiera sido posible.

-+radezco a los pro1esores de la %acultad de *n+eniería por lle!ar a cabouna e$celente labor como docentes" enorme +ratitud para mis sinodales3 un a+radecimiento especial a la Dra. Martha Leticia Cecopieri Gómezpor brindarme su asesoría" apo3o 3 e$celentes conse0os 2ue" sin duda"aplicar# a lo lar+o de mi !ida como pro1esionista.

Tambi#n do3 las +racias a los hermanos 2ue la !ida me ha dado" eternoscompa7eros de 1echorías 3 ami+os ini+ualables: Daniel Calderoni"9altasar ez" Daniel s2uez" Die+o Carrillo" ;ric< 8oto" Omar 5odrí+uez"*!an Martinez" =a1et Monro3" =or+e e+a" Monse e+a" %redd3 seaneternos.

- los hermanos 2ue la %acultad de *n+eniería 3 el camino a lo lar+o de lacarrera me concedieron conocer: Christian 5amírez" -riel de la Cruz

>?arr3@" 8er+io 5esendiz" Omar 5odrí+uez >Pantera@" %idel =uarez" =uanCarlos P#rez >Toca3@" Mario Campos" ;ric< =im#nez" -le0andra -lmazn"Aaren Meza" los ?9BC-s" -ndrea García" Li+ia 8an+eado" ,ell3Carrasco" María Cruz" =a!ier 8anchez >Manchas@" =uan Omar" muchas+racias por re+alarme el honor de contar con su amistad.

- todos a2uellos 2ue 1ormaron parte de mi !ida durante esta +ran etapa"muchas +racias.

=uan Carlos Medina5odrí+uez




,-M P+ina)



%acultad de*n+eniería

ContenidoOb0eti!o 3 =usti6cación

(.B *ntroducción

E (.(.B 5ies+os de la ;$plotación de Campos en -+uas Pro1undas

(& (.&.B ;2uipos tilizados en la ;$plotación de Campos Costa -1uera

() &.B nidades %lotantes para la Per1oración de Pozos

&' &.(.B nidades de Per1oración tilizadas en -+uas Pro1undas

&( &.(.(.B ;2uipos 8emisumer+ibles

&( &.(.(.(B ;!olución de los ;2uipos 8emisumer+ibles de Per1oración&& &.(.&.B 9u2ues per1oradores.

& &.(.&.(.B ;!olución de los bu2ues per1oradores

&E &.&.B ;2uipos semisumer+ibles utilizados en M#$ico en la -ctualidad

&F /.B Componentes de un 8istema de Per1oración en -+uas Pro1undas

// /.(.B ;lementos para la Per1oración 5otatoria

// /.(.(.B 8istema de iza0e

// /.(.&.B 8istema rotatorio

/ /.(./.B 8istema de circulación de lodo

)( /.(.).B 8istema de ener+ía

)& /.(.H.B 8istema para el control del pozo

)/ /.(..B ;2uipo especial usado en la per1oración marina.

) /.(..(.B T#cnicas de instalación de pre!entores.

)E /.&.B Plata1orma Iotante

)F /./.B 8istema de Posicionamiento

HH /.).B 5iser de Per1oración

H /.H.B Pre!entores >9OP@ 3 su cone$ión con el cabezal del pozo

' ).B -nlisis plata1orma 1lotanteBriser de per1oración

& ).(.B Consideraciones del anlisis& ).(.(.B -nlisis acoplado

/

).(.&.B -nlisis desacoplado

H ).&.B Condiciones Metocenicas 3 Características de Mo!imiento

,-M

P+inaH




)./.B ;cuaciones

de mo!imiento

).).B -cciones ambientalesF ).).(.B %uerzas del olea0e

' ).).(.(.B %uerzas del olea0e de primer orden

' ).).(.&.B %uerzas del olea0e de se+undo orden

( ).).&.B %uerzas de corriente

& ).)./.B %uerzas de !iento

& ).H.B Procesos ambientales de corto 3 lar+o plazo

/ )..B ;stadística de e!entos ambientales de tempestad

H H.B Operati!idad del riser

H.(.B Códi+os 3 estndares

F H.&.B Límites recomendados

F H./.B 8uspensión de operación con riser conectado

E& H.).B Descone$ión

E/.B -nlisis

E

.(.B -nlisisestticoE

.&.B -nlisis

dinmico

E ./.B Datos del anlisis

E ./.(.B Con6+uración del riser

E ./.&.B Plata1orma 3 líneas de amarre

EE ././.B ;stados de mar

F( .).B -nlisis estructural dinmico

F/ .H.B *denti6cación de límites de operación del riser

(''

Conclusiones

((( 5ecomendaciones

((& 5e1erencias

((/

,-M

P+ina




Ob/eti*o 0 "usti1cación

;l ob0eti!o de este traba0o es e1ectuar el anlisis estructural del riser de

per1oración durante la operación de plata1ormas semisumer+ibles deper1oración en condiciones normales 3 durante la ocurrencia de estadosde mar 2ue determinen el paro o descone$ión de los e2uipossubmarinos con base en las re+ulaciones nacionales e internacionalesde operación se+uraJ para e!itar una p#rdida económica o situaciones2ue pon+an en ries+o la operación de la plata1orma" así como a sustripulantes 3 al medio ambiente.

?o3 en día la industria presenta una problemtica debida a los tiempos

de descone$ión de los e2uipos submarinos cuando se presentancondiciones meteoroló+icas 3 oceano+r6cas >metocenicas@des1a!orablesJ situación 2ue conduce a p#rdidas económicas" puesto2ue el tiempo 2ue el e2uipo se encuentra desconectado es tiempo en2ue la per1oración permanece interrumpida" pro!ocando lo 2ue seconoce como tiempos muertos o de paro >,PT" por las si+las en in+l#sde ,onBProducti!e Time@" donde se detiene toda la operación ms no los+astos por renta de los e2uipos.

;s importante saber cules son las condiciones de operación del riser deper1oración 3 el e2uipo submarino o subsuper6cial a los 2ue seencuentra conectado el e2uipo de per1oración" así como identi6carcules son sus limitaciones al momento de encontrarse operando encondiciones metocenicas se!eras 3 des1a!orables. Debido a lacomple0idad en el anlisis mecnico estructural del con0unto riser"pre!entor >9OP@ 3 cabezal de per1oración" el alcance del presentetraba0o se limitar al anlisis del mo!imientos de la plata1orma

semisumer+ible 3 las de1ormaciones 3 es1uerzos +enerados en el riser deper1oración" con la 6nalidad de e!aluar como estos parmetros a1ectan

el desempe7o operati!o 3 los ,PT de la unidad de per1oración.

,-M

P+ina




'23 Introducción

M#$ico" al ser un país petrolero" en1renta cada !ez ma3ores retos para

lo+rar la e$plotación de sus 3acimientos tanto en tierra como costaa1uera. Particularmente para la e$plotación de estos Kltimos" los retos se!uel!en aKn ms comple0os al incursionar en a+uas pro1undas debido alas condiciones e$tremas de alta presión 3 ba0a temperatura impuestaspor los +randes tirantes de a+ua 2ue e$isten entre el lecho marino 3 lasuper6cie" lo cual demanda nue!os a!ances tecnoló+icos para lo+rar laadecuada e$plotación de estos recursos.

;n la actualidad la demanda ener+#tica petrolera aumenta día a día.

Peme$" al ser la empresa dedicada a la e$plotación" re6nación"transporte 3 comercialización de estos recursos en M#$ico" re2uiere deoptimizar sus acti!idades de e$ploración" per1oración 3 producciónpetrolera para satis1acer la demanda nacional e$istente.

La e$ploración" per1oración 3 producción de hidrocarburos sonacti!idades e$tracti!as 2ue buscan descubrir 3 e$plotar recursosnaturales no reno!ables" como los 3acimientos de petróleo 3 +asasociado así como 3acimientos de +as no asociado. ;n M#$ico elor+anismo responsable de realizar estas acti!idades es la 6lial" Peme$;$ploración 3 Producción.

Los planes 3 pro+ramas de la paraestatal se basan en la identi6cación ein1erencia de recursos prospecti!os o potencialesJ los cuales" una !ezdescubiertos" se denominan reser!as. -sí" el recurso prospecti!o sein6ere mediante estudios +eoló+icos 3 +eo1ísicos 2ue cuanti6can elpotencial de hidrocarburos en un rea especí6ca. ;l recurso prospecti!o

por lo tanto" es una in1erencia a partir de los estudios mencionados 3 porcomparaciones con otras zonas productoras" 2ue permiten estimar 2u#!olKmenes pueden ser descubiertos 3 recuperados >8;,;5>iii@" &''E@.

;$isten di1erentes 3 +randes pro3ectos de desarrollo de e$ploración 3e$plotación >!er %i+. (.(@ 2ue se alcanzan a distin+uir de la si+uientemanera >8;,;5" &'((@:

• AuBMaloobBaapJ

• CantarellJ• Chicontepec >1ormalmente conocido como -ceite Terciario delGol1o" -TG@J

• ;$plotación >a e$cepción de Chicontepec" Cantarell 3 AuBMaloobBaap@J

• ;$ploración >e$cepto a+uas pro1undas@J 3"

,-M

P+inaE




a7o &''E el acti!ointe+ral Au Maloob aap sobrepasó la producción de Cantarellcon!irti#ndose en el acti!o con la ma3or producción de barriles de

petróleo diarios con una ci1ra de E' Mil 9arriles Diarios >M9D@ de aceite3 /&) Miles de Millones de Pies CKbicos Diarios >MMMPCD@ de +as >P;P"&'(&@. 8e estima 2ue Au Maloob aap alcanzar su pico de producciónen el &'(/ e iniciar su proceso de declinación en el &'().-dicionalmente e$isten di!ersos pro3ectos 2ue mantienen la producciónde petróleo en M#$ico" entre ellos se encuentra el pro3ecto Chicontepec>-TG@" el cual 1ue descubierto en (F& 3 no 1ue sino hasta el a7o &''(2ue inició su e$plotación. Los 3acimientos de Chicontepec se

caracterizan por su ba0o contenido de hidrocarburos" ba0a permeabilidad3 ba0a presión" por lo 2ue la producti!idad de los pozos es reducida.-ctualmente se encuentra en la etapa de desarrollo 3 sus reser!asrepresentan el )' de la reser!a nacional de petróleo. La estrate+ia dePeme$ en este pro3ecto" consiste en per1orar ( mil pozos de desarrolloen el periodo &''&B&'&(" 3a 2ue de acuerdo con el tipo de 3acimientose re2uiere de una per1oración masi!a 3 así lo+rar una producciónsuperior a la 2ue se tiene actualmente" la cual promedia entre ('' 3/'' 9PD.

%i+. (.(.B Panorama de producción de di1erentes pro3ectos de Peme$ en el horizonte&'((B&'&H.

%uente >8urez" C.>ii@" &'(&@

Dentro de los ob0eti!os estrat#+icos de Peme$ se encuentra laincorporación de nue!os !olKmenes de hidrocarburos orientados a

restituir la producción de los 3acimientos actualmente en e$plotación.9a0o esta premisa" las acti!idades de e$ploración se han concentrado demanera importante en las zonas de a+uas pro1undas del Gol1o deM#$ico",-M

P+inaF




con el 6n dedescubrir 3 apro!echar los !astos recursos prospecti!os" 2ue se estimanse encuentran contenidos en esta zona.

Comoconsecuencia de la estrate+ia de e$ploración 3 producción" e$iste elpotencial para incorporar producción de los pro3ectos e$ploratorios ena+uas pro1undas. ;n el escenario de planeación se considera eldesarrollo de tres pro3ectos productores de aceite en a+uas pro1undas"Gol1o de M#$ico 9" Gol1o de M#$ico 8ur 3 el de Nrea Perdido >!#ase%i+ura (.&@.

%i+. (.&.B 5e+iones de oportunidad para M#$ico ena+uas pro1undas.

%uente >8;,;5" &'((@

8e estima 2ue la producción de aceite pro!eniente de a+uaspro1undas se obtendr a6nales de &'(" de acuerdo con el descubrimiento de reser!as de aceiteen &'('. La producción inicial se estima en H M9D 3 pro!endría delpro3ecto Gol1o de M#$ico 9J para &'(E se a+re+arn los pro3ectos Gol1ode M#$ico 8ur 3 Nrea PerdidoJ se espera 2ue estos tres pro3ectosalcancen una aportación de E) M9D en &'&H >%i+. (./@. 8in embar+oestas metas estn en proceso de actualización debido a descubrimientosimportantes de aceite li+ero en los pozos 8upremus 3 Trión en el rea de

Perdido per1orados a 6nales del a7o &'(&.

,-M

P+ina('




%i+. (./.B Primeros aportes 3 desarrollo de la producción pro!enientes de -+uasPro1undas al a7o &'&H %uente >8;,;5" &'((@

;l panorama anterior depende de un es2uema o plan de desarrollo en elcual se inclu3en traba0os de e$ploración" per1oración 3 producción. ;stostraba0os en a+uas pro1undas re2uieren de e2uipos especiales para talesacti!idades donde las condiciones a las 2ue se en1rentan son e$tremas.

;$iste una clasi6cación para las a+uas pro1undas en M#$ico" la cual se

muestra en la %i+.(.) ;n ella se obser!an las pro1undidades 2ue corresponden a a+uassomeras" a+uas pro1undas 3 a+uas ultrapro1undasJ cabe mencionar 2uee$isten di1erentes clasi6caciones de estas pro1undidades de acuerdo alpaís 2ue las mane0e" por e0emplo la ni!ersidad 8ta!an+er en ,orue+aconsidera a+uas someras a los tirantes de a+ua de hasta F'' m" a+uaspro1undas a tirantes 2ue !an de los F'' m a los &"('' m 3 a+uasultrapro1undas un tirante ma3or a los &"('' m. ;l *nstituto -mericano

del Petróleo conocido por sus iniciales en in+l#s -P*" asi+na las a+uassomeras a tirantes de a+ua hasta los (' m" a+uas pro1undas a lostirantes entre (' m 3 ("E/' m 3 a+uas ultrapro1undas a los tirantessuperiores a los ("E/' m >-,8*-P* 5P (-@.

La si+uiente clasi6cación es la 2ue actualmente se mane0a en M#$ico>P;M;" &'(&@: Clasi1cación Profundidad

-+uas 8omeras 'BH'' m-+uas Pro1undas H'' m 3

R("H'' m

-+uasltrapro1undas

("H'' m

,-M

P+ina((




%i+. (.).B Clasi6cación de pro1undidades dea+uas en M#$ico %uente >P;M;"&'(&@

La creciente necesidad de ener+ía pro!eniente de los hidrocarburos hamoti!ado el desarrollo de di1erentes !ías para obtenerlos. 4a 2ue una+ran cantidad de estos recursos se encuentran costa a1uera en los

oc#anos" las empresas petroleras han dedicado mucho de sus es1uerzospara inno!ar 3 me0orar los sistemas de per1oración 3 e$tracción depetróleo utilizados en plata1ormas petroleras con característicasespecí6cas de acuerdo con las condiciones 3 el tipo de traba0o o ser!icioal 2ue sern destinadas.

;l reto de e$plorar 3 e$plotar 3acimientos de petróleo en a+uaspro1undas no es sencillo" 3a 2ue es totalmente di1erente a realizarlo entierra o cerca de la costa como actualmente se hace en M#$ico. ;studios

realizados por Peme$ han determinado 2ue el tiempo 2ue lle!aríarealizar un pro3ecto en a+uas pro1undas es de E a (' a7os.

'2'23 Riesgos de la E,plotación de Campos en AguasProfundas

Cuando se e$plotan 3acimientos en a+uas pro1undas las empresas seen1rentan a ries+os +eoló+icos" +eot#cnicos" meteoroló+icos"oceano+r6cos" de operación 3 6nancieros. ;stos ries+os se traducen en

retos 3 di6cultades 2ue las empresas tienen 2ue solucionar" de entre loscuales destacan >P;M;>i@" &''F@:

(. Ambientes marinos e,tremos 4*ientos5 olea/e 0 corrientesmarinas67 ;stas 1uerzas e$ternas pro!ocan el mo!imiento de lasestructuras +enerando altos ni!eles de es1uerzo" 1ati+a" de1ormaciones 3

,-M

P+ina(&




%2Cambios de temperatura7 8e presentan di1erentes escenarios detemperatura entre la super6cie" el lecho marino 3 las zonas per1oradasJmismos 2ue pueden complicar el bombeo del Iuido. -dems" las ba0astemperaturas 2ue se pueden presentar implican el uso de di!ersas

tecnolo+ías para 2ue los Iuidos puedan circular por las tuberías.

82Problemas de perforación7 Cuando se atra!iesan 1ormacionessomeras" las cuales pueden incluir estratos de sal" se pueden presentarIu0os de a+ua de alta presión" Iu0os de +as 3 presiones anormales.

(2Instalaciones submarinas7 Despu#s de la per1oración" el pozo debecontrolarse mediante un sistema de producción. -sí 2ue se instalanestructuras submarinas en el 1ondo mar para e0ercer ese control. ;sto

re2uiere la aplicación de nue!as tecnolo+ías" así como un alto +rado deautomatización.

92Operación remota7 8e re2uiere de la implementación de tecnolo+íarobótica 2ue permita inspeccionar 3 operar las instalaciones submarinasen el 1ondo del mar" desde la super6cie.

:2Altos costos7 Los campos se desarrollan con un menor nKmero depozos en comparación con la cantidad pro+ramada en a+uas someras"

debido a 2ue la in!ersión necesaria en cada uno de ellos es mu3ele!ada.

;2Infraestructura7 ;s necesario reno!ar toda la in1raestructura con la2ue se cuenta actualmente 3 utilizar nue!as metodolo+ías 3 tecnolo+íaspara lle!ar a cabo el desarrollo de los pro3ectos en a+uas pro1undas.

Para poder traba0ar ba0o estas condiciones 3 en1rentar los retos 2ue sepresentan" es necesario utilizar nue!as tecnolo+ías" las cuales a países

como ;stados nidos" 9rasil 3 ,orue+a les ha tomado alrededor de (Ha7os desarrollar. -dicionalmente tambi#n se re2uiere contar con losconocimientos 3 las habilidades necesarias para seleccionarcorrectamente las tecnolo+ías" utilizarlas adecuadamente" adaptarlas alas condiciones propias 3 resol!er cual2uier contratiempo 2ue pudierapresentarse.

La e$ploración 3 producción de petróleo 3 +as natural en re+iones dea+uas pro1undas son operaciones ms comple0as 2ue sus anlo+as en

tierra" las estructuras costa a1uera deben soportar condicionesclimticas e$tremas" al mismo tiempo" dependiendo de susdimensiones" las plata1ormas tienen 2ue alber+ar con se+uridad 3 unni!el razonable de comodidad" entre &H a &'' traba0adores. -unado a loanterior" estas instalaciones necesitan de una serie de e2uipamientos decontrol 3 telecomunicaciones" de ancla0e o posicionamiento"

,-M

P+ina(/




incendios" apo3ode helicópteros" almacenamiento 3 +estión de desechos industriales 3humanos.

'2%23 E<uipos)tili$ados en la E,plotación de Campos Costa Afuera

Para la etapa de laper1oración costa a1uera se utilizan di1erentes plata1ormas o e2uiposmó!ilesJ llamados de esta manera pues tienen su ori+en en e2uiposcon!encionales utilizados en tierra pero colocados sobre plata1ormasautoele!ables" semisumer+ibles 3 barcos per1oradores. ;$isten tambi#n

las barcazas 3 e2uipos sumer+ibles 2ue son utilizados en a+uas somerasde hasta (Hm 3 H'm de pro1undidad respecti!amente.

;stos e2uipos paralocalizaciones costa a1uera tienen la característica de trasladarse de unaubicación a otra con la a3uda de barcos remolcadores" los cuales realizanlas maniobras de ancla0e necesarias. - continuación se mencionanbre!emente los / tipos de plata1ormas utilizadas comKnmente para laper1oración:

I2 !asplataformas ="ac>3)p?7 tilizadas en a+uas poco pro1undas"+eneralmente hasta cien metros de pro1undidad" habitualmente en1orma de barcaza trian+ular o rectan+ular >%i+. (.H@ 3 remolcadas a lare+ión de per1oración. na !ez colocadas en el sitio" tres o cuatrosoportes de la plata1orma se hunden en el a+ua hasta 2ue establecencontacto con el 1ondo marino" para de esta manera brindarle estabilidad

a la estructura reduciendo los e1ectos meteoroló+icos.

%i+. (.H.B Plata1orma

=ac<Bp. %uente:SSS.oshoreBma+.com

,-M

P+ina()

http://www.offshore-mag.com/

http://www.offshore-mag.com/




II2 Plataformas semisumergibles7 Plata1ormas de +ran porte"utilizadas en pro1undidades entre setenta 3 / mil metrosJ se su0etan al1ondo marino con sistemas de líneas de amarre 3 anclas" 3 si lapro1undidad del mar es ma3or de ("''' metros pueden emplear un

sistema de posicionamiento dinmico. ;stas plata1ormas >ilustradas en la%i+. (.@ pueden ser remolcadas al sitio o pueden ser capaces detrasladarse con su propia propulsión.

%i+. (..B %oto+ra1ía de plata1orma semisumer+ible 9icentenario" M#$ico.%uente >La =ornada" &'((@

III2 @u<ues perforadores 4.rill Sips67 8on unidades de per1oraciónmó!iles 3 puede operar en pro1undidades entre &'' 3 /"''' metros"utilizando un sistema de anclas" 3 en a+uas pro1undas de ms de milmetros utilizan un sistema de posicionamiento dinmico. 8onbsicamente +randes bu2ues >!er %i+. (.@ 2ue cuentan con un sistema

completo de per1oración. 8on particularmente Ktiles en reas le0anaspuesto 2ue necesitan un apo3o limitado. La per1oración se e1ectKa atra!#s de una +ran abertura en el centro del casco >moon pool@.

,-M

P+ina(H




%i+. (..B %oto+ra1ía de barco per1orador>Drill ship@.

%uente: &b( 8T Consultin+" &'(&.

Durante las etapas de per1oración 3 producción" la industria costaa1uera re2uiere un

sistema de apo3o considerable. ;sto inclu3e el mantenimiento de laplata1orma" transporte de la tripulación o traba0adores" e!acuación deemer+encia" barcos 2ue realizan acti!idades de mane0o" transporte 3tratamiento de los desechos +enerados >en caso necesario@" barcosremolcadores" barcos 2ue manipulan anclas 3 cables" helicópteros 3unidades Iotantes de almacenamiento" así como unidades o barcos desuministro. ;stos sistemas de apo3o deben describirse con detalle en lapresentación del pro3ecto de per1oración" 3a 2ue 1orman parte esencial

del mismo 3 a su !ez es necesario conocer todos 3 cada uno de loscomponentes del pro3ecto" para de esta manera" poder realizar unae!aluación precisa de las implicaciones por la 1alla de cual2uiera deestos elementos 3 pre!enir su ocurrencia.

na !ez declarada la 1actibilidad económica de un campo petrolero" laempresa operadora puede lle+ar a per1orar decenas o cientos de pozos.Despu#s de descubierto 3 determinado el tama7o del 3acimiento" lospozos e$ploratorios pueden trans1ormarse en productores" para lo cual

e$isten di1erentes tipos de plata1ormas marinas de producción. ;n a+uassomeras" la producción de hidrocarburos se e1ectKa a tra!#s de uncomple0o de plata1ormas" +eneralmente del tipo 60o" teniendo cada unade ellas di1erentes ser!icios como producción" compresión" alo0amientodel personal" telecomunicaciones" reBbombeo" etc. 8in embar+o" debido

,-M

P+ina(




de estos ser!iciosse deben e1ectuar en la misma unidad Iotante. ;ntre los sistemas deproducción encontramos las si+uientes >%i+. (.E@:

• 9u2ues de producción" -lmacenamiento 3 Trasie+o >%P8O@• Plata1orma 8emisumer+ible >%P88@• Plata1ormas de Pierna -tirantadas >TLPs@• MiniBTLPs• Plata1orma tipo 8par 9uo3 >clsicas 3 tipo armadura@

%i+. (.E.B 8istemas de Producción para traba0osCosta -1uera %uente:http:SSS.<as<us.co.id

;n la actualidad Peme$ en1renta la necesidad de licitar el arrendamientode nue!os e2uipos de per1oración debido a 2ue" la Iota de e2uipos

en M#$ico se ha !enidoincrementando +radualmente lue+o de 2ue en octubre del &'(' ca3era a" su mínimo en cuatro a7os. Desde entonces las empresas deper1oración han buscado !idamente nue!os contratos. Peme$ per1orósolo &/) pozos >a+uas someras 3 pro1undas@ en el primer cuarto del&'((" cantidad menor a los /) 2ue per1oró en i+ual período del &'('>Lee ?unt" &'((@.

La acti!idad e$ploratoria se ha incrementado 1uertemente en la 8onda

de Campeche" especí6camente en Cantarell" Au Maloob aap 3 a+uaspro1undas" lo cual demanda la necesidad de ms e2uipos de per1oraciónpara realizar pozos e$ploratorios o 3a sea el caso" pozos productores.,-M

P+ina(

http://www.kaskus.co.id/

http://www.kaskus.co.id/




;n el a7o &'' se6rmó un contrato entre Peme$ 3 LOG A" para emplear el 5i+ *** >e2uiposemisumer+ible de U. +eneración ba0o construcción de Petro5i+ ***@ 2ue

empezó a per1orar en &'('. ;ste contrato 1ue 6rmado por un !alor deF)& millones de dólares.

88 Petrolia"empresa 2ue opera e2uipos de per1oración semisumer+ibles de se+unda+eneración" lle+ó a M#$ico en diciembre de &'' con un contrato por &.Ha7os con Peme$" 6rmado en 0unio del mismo a7o" con un !alor estimadode &F millones de dólares >%teB ;ner+ia.or+@.

La renta diaria delos e2uipos de per1oración oscila entre los H'' 3 E' mil dólaresJ laplata1orma 9icentenario" una de las plata1ormas semisumer+ibles 2ueutiliza Peme$ en la e$ploración de a+uas pro1undas" tiene un costo porrenta de H'' mil dólares diarios. Los altos precios de renta estncomprometidos a la pronta producción de petróleo de los campos endonde se encuentran operando" por lo 2ue es de suma importancialo+rar la per1oración de los pozos con el menor tiempo no producti!o>,PT@ en las instalaciones" es decir" lo+rar una per1oración se+ura" decalidad 3 en los tiempos establecidos.

%i+. (.F.B Desarrollo de campos comple0os en a+uas pro1undas 31uturas per1oraciones %uente >P;P" &'((@

,-M

P+ina(E




La demanda de lose2uipos de per1oración es alta 3 M#$ico no cuenta con los e2uiposnecesarios para realizar todas las operaciones pro+ramadas para los

pró$imos a7os" lo cual encamina a la paraestatal al arrendamiento dee2uipos para satis1acer el hueco operacional e$istente 3" como seobser!a en la %i+. (.F al+unos pozos 3a se estn per1orando 3 se espera2ue se per1oren ms pozos e$ploratorios en la zona de a+uas pro1undasdel +ol1o.

Tan solo para ela7o &'(&" Peme$ destinó un presupuesto de (H mil H/ millones depesos" principalmente para realizar traba0os en los pozos Aunah (" Trión

(" 8upremus ( 3 Ma$imino ( >P;P >i@" &'(&@.

;$isten di!ersascircunstancias por las 2ue se pudiera +enerar paro de acti!idades en lasplata1ormas de per1oración" entre las ms comunes encontramoscondiciones climatoló+icas ad!ersas o condiciones operati!as. ;stopro!oca +randes p#rdidas de dinero para Peme$" o para cual2uier otraempresa operadora 2ue arriende e2uipos" debido a 2ue la renta de losmismos debe cubrirse a pesar de 2ue #stos no se encuentren enoperación.

,-M

P+ina(F




%23 )nidades -lotantes para la Perforación de Po$os

- los e2uipos de per1oración utilizados en operaciones marinas se les

denomina nidades Mó!iles de Per1oración Costa -1uera o MODs>Mobile Oshore Drillin+ nit@" por sus iniciales en in+l#s >!er %i+. &.(@.Las primeras unidades eran simples plata1ormas terrestres lle!adasdentro de a+uas poco pro1undas 3 60adas a una estructura 2uepermitiera per1orar en el a+uaJ #stas 1ueron e!olucionando hasta lle+ara las plata1ormas 2ue conocemos actualmente.

Las plata1ormas de per1oración pueden ser clasi6cadas a su !ez comoe2uipos Iotantes o soportados en el 1ondo marino. Las MODs 2ue

tienen contacto con el piso marino" son conocidas como V8oportadas enel 1ondoW" #stas inclu3en a las sumer+ibles 3 a las autoele!ables >=ac<ps@. Las unidades sumer+ibles se di!iden en barcazas piloteadas" tipobotella 3 barcazas en tierra. Las unidades soportadas en el 1ondoper1oran en a+uas menos pro1undas 2ue las Iotantes.

na MOD es mo!ible" per1ora un pozo en un sitio mar adentro 3despu#s se puede reubicar para per1orar en otro lu+ar. Cuando lose2uipos Iotantes per1oran" traba0an encima o escasamente por deba0o

de la super6cie del a+ua" estos e2uipos inclu3en a los semisumer+ibles3 a los bu2ues per1oradores" los cuales son capaces de per1orar entirantes de a+ua pro1undos" superiores a los &''' metros.

-dicionalmente a las plata1ormas semisumer+ibles 3 bu2uesper1oradores" en a+uas pro1undas es posible lle!ar a cabo la per1oraciónde pozos productores a tra!#s de unidades permanentes de producción"como las TLPs 3 las 8parsJ es decir" estas plata1ormas pueden combinarsimultneamente los ser!icios de producción 3 per1oración. ?asta la1echa estos dos tipos de plata1ormas no han sido utilizadas comoMODs.

Plata1orma8emisumer+ible

9u2ueper1orador

%i+. &.(.B ;2uipos de Per1oración

Marina %uente:subseaSorldneSs.com

,-M

P+ina&'

l d d




%2'23 )nidades de Perforación )tili$adas en

Aguas Profundas %2'2'23 E<uipos

Semisumergibles

Los e2uipos semisumer+ibles tienen dos o ms pontones sobre los cualesIotan. n pontón es un prisma con sección rectan+ular de acero" lar+o"relati!amente estrecho 3 hueco. Cuando una plata1orma semisumer+iblese traslada" se retira a+ua de lastre de los pontones para 2ue el e2uipoten+a ma3or Iotación 3 pueda mo!erse ms 1cilmente sobre lasuper6cie del mar. ;n al+unos casos se emplean barcos remolcadores

para trasladar el e2uipo hasta el sitio de la per1oración 3 en otros" lossemisumer+ibles son autopropulsados por unidades empotradas 2uepueden conducir al e2uipo hasta donde se re2uiera.

Las semisumer+ibles deben su nombre al hecho de 2ue al per1orar notienen otro contacto con el 1ondo marino ms 2ue su sistema de ancla0e.n e2uipo semisumer+ible o1rece una plata1orma per1oradora msestable 2ue un barco per1orador" el cual tambi#n Iota mientras opera enla super6cie del mar.

Las columnas" cilíndricas o cuadradas" se e$tienden desde los pontoneshacia arriba para 2ue sobre ellas descanse la cubierta principal" en lacual se ubican los e2uipos e instalaciones de per1oración. Lassemisumer+ibles a menudo utilizan anclas para mantenerse en laubicación. ;ste e2uipo es capaz de per1orar en a+uas de ms de ''metros de pro1undidad. Muchas traba0an en tirantes de a+ua del ordende /'' a ("''' m >("''' a /"H'' pies@. Las ms modernas puedenper1orar en a+uas con /"''' m >('"''' pies@ de tirante" son las

estructuras ms +randes 2ue se han 1abricado para este 6n" 3a 2ue unade las ms +randes tiene ms de /' m >('' pies@ de alto 3 su cubiertaprincipal es ms +rande 2ue un campo de 1Ktbol.

Las plata1ormas semisumer+ibles e!olucionaron a partir de lassumer+ibles. -ctualmente se dise7an para operar ba0o condicionesse!eras de estados mar con 1uertes olea0es" !ientos 3 corrientesmarinas.

na unidad Iotante su1re mo!imientos debido a la acción de las olas"corrientes marinas 3 !ientos" lo 2ue puede da7ar los e2uipos necesariospara construir el pozo. Por ello" es imprescindible 2ue la plata1ormapermanezca en posición sobre la super6cie del mar" dentro de un círculocon radio de tolerancia determinado por los e2uipos 2ue se encuentran

,-M

P+ina&(

% lt d d




;l sistema deancla0e se compone de E a (& líneas de cables 3o cadenas 3 susrespecti!as anclas" 2ue actKan como resortes 2ue producen 1uerzas

capaces de restaurar el sistema Iotante a una posición dentro de suradio de operación cuando #sta es modi6cada por la acción de las olas"!ientos 3 corrientes marinas.

;l m#todo deposicionamiento dinmico es una e!olución del sistema de sonar de losbarcos" por medio del cual una se7al es en!iada 1uera del casco deIotación hacia un 0ue+o de transductores e$terno" ubicado en el 1ondomarino. ;l posicionamiento dinmico es de +ran utilidad cuando el

tirante de a+ua aumenta +eneralmente es considerado necesario entirantes de a+ua ma3ores a /'H m >("''' pies@. 8in embar+o" e$istencasos en 2ue" para pro1undidades de )H m >("H'' pies@ de tirante dea+ua se utiliza el m#todo de ancla 3 cadena 2ue est comKnmentelimitado a '' m de pro1undidad.

;n el sistema deposicionamiento dinmico no e$iste una cone$ión 1ísica de la plata1ormacon el lecho marino" e$cepto la de los e2uipos de per1oración. Lossensores acKsticos determinan la deri!a" 3 los propulsores o h#lices enel casco accionados por computadora restauran la posición de laplata1orma semisumer+ible.

;l mo!imiento 2uecausa el ma3or problema en las unidades semisumer+ibles es el 2ue sepro!oca por el olea0e" es decir el mo!imiento !ertical >ar1ada o hea!e@Jpor lo cual es necesario colocar en el riser un sistema de compensación

de mo!imiento en ar1ada compuesto por una 0unta telescópica 3tensionadores.

;n la selección deuna unidad semisumer+ibles es necesario considerar lo si+uiente:

• Tirante de a+ua.• Capacidad de per1oración >alcance m$imo de per1oración@.• Criterios ambientales 3 de se+uridad.• Características de mo!imiento.

• -utonomía >rea de almacenamiento de consumibles en cubierta@.• Mo!ilidad.

%2'2'2'3 E*olución de los E<uipos Semisumergibles dePerforación

,-M

P+ina&&

%acultad de




ma3ores a )H' m"por lo 2ue el dise7o de las MODs e!olucionó 0unto con las necesidadesde la industria.

;l se+undo 1actores el reducir los mo!imientos 2ue se +eneran por los elementosmetocenicosJ lo cual es esencial para e!itar problemas con el e2uipo deper1oración.

Los e2uipossemisumer+ibles e!olucionaron partiendo de los e2uipos sumer+ibles" loscuales estaban dise7ados para per1orar 3a sea Iotando o asentados en

el lecho marino. La primera unidad semisumer+ible 2ue e$istió 1ue laplata1orma 9lue Xater ( >!er %i+. &.&@" la cual 1ue una adaptación de une2uipo sumer+ible 2ue 1ue lle!ado a aplicaciones de ma3or pro1undidad.

%i+. &.&.B Primera Plata1orma 8emisumer+ible 9lue Xater (>8hell Oil Compan3@ %uente: http:SSS.ihrdc.com"VMobile Ofshore Drilling Units”

Puede identi6carse la e!olución de los e2uipos semisumer+ibles de lasi+uiente manera:

• Primera Generación: Construida antes de (F(• 8e+unda Generación: (F( B (FE'• Tercera Generación: (FE' B (FE)• Cuarta Generación: (FE) B (FFE• Quinta Generación: (FFE B &''H

,-M

P+ina&/

%acultad de

http://www.ihrdc.com/

http://www.ihrdc.com/




- las plata1ormasdesarrolladas despu#s del a7o &''H se les denomina plata1ormas dese$ta +eneración. >er tabla de clasi6cación &.(@

Tabla %2'23Clasi1cación con e/emplos de Plataformas semisumergibles deacuerdo con la profundidad del tirante de agua 0 periodo de

construcción2

-uente7Cilders5 %&&8 4modi1cado para este traba/o62

,-M

P+ina&)

eneración

.iseBadorPropietario

Nombre de laMO.)

Tirantede

aguaenpies

Tirantede

aguaen

metros

PeriododeConstruc

ción

' OD;CO Ocean Di++er /'' B '' F(.H Y

(E/

%inales de

8;DCO 8;DCO (/H% los 's

% OD;CO Ocean9aroness

'' Y (E/ Y('

%inales de

8;DCO 8;DCO '& &"''' los 's

-<er 931ord Dolphin

%riede Goldman -las<an 8tar

Aor<ut ;n+ineers ;a+le

8 -<er Transocean ("H'' Y )H.H Y Mediados deOD;CO Leader H"''' ("H&H los E's

%riede Z Goldman Global -rctic ***

( -tSood Oceanics -tSood ;a+le /"H'' Y ("'.HY

%inales de

,oble Drillin+ ,oble Ma$ H"''' ("H&H los F's

8mith inicio de

&'''s

9 ,oble Drillin+ ,oble Paul H"''' Y ("H&H Y %inales de8med!i+ Xol ("'''' /"'H' los F's

Diamond Oshore Xest enture inicio de

Ocean 5i+ -8- Ocean9aroness

&'''s

8;DCO %ore$ Le!i ;ri<sson

Ca0un;$press

;n+ineerin+ Co.

La primera +eneración de semisumer+ibles no tu!o ma3oresmodi6caciones respecto a sus antepasados >plata1ormas sumer+ibles@"Knicamente 1ue modi6cado su sistema de ancla0e 3 se optó por cambiarlos pre!entores de un arre+lo a bordo de la plata1orma a un arre+losubmarino. 8u estructura era comple0a 3 muchas !eces contaba con msde &' columnas >como puede obser!arse en la %i+. &.&@" las cuales erande mantenimiento di1ícil 3 costoso. ;sta +eneración de semisumer+iblestra0o consi+o una me0oría sustancial en cuanto a la eliminación !irtual delos mo!imientos de cabeceo >pitch@ 3 balanceo >roll@" comparado con losbarcos de per1oración" aun2ue aKn se presentaban cuando erantrasladadas a ambientes ms a+resi!os 3 !iolentos. ;sta +eneracióntenía una capacidad de car+a de H''

%acultad de




a ("''' toneladas"lo cual restrin+ía el reabastecimiento de materiales 2ue debía sercontinuo para e!itar el paro de acti!idades.

;s necesariomencionar 2ue esta +eneración no lo+ró ser competiti!a dentro delmercado de las MODs" debido a la 1alta de dise7o" 1uncionalidad" etc.destacando 2ue #stas encontraron nue!a !ida al ser con!ertidas enplata1ormas de producción >%P8@.

La se+unda+eneración >!er e0emplo en la %i+. &./@ produ0o un ma3or nKmero de

unidades construidas. -dems del ma3or intercambio tecnoló+icoe$istente" esta +eneración 1ue estimulada por la competencia 2uerepresentaban los bu2ues de per1oración. ;ra e!idente 2ue se re2ueríade una ma3or 3 me0or mo!ilidad 3 de la optimización en el arre+lo de lospontones" lo cual e!idenció 2ue dos pontones eran su6cientes" por lo 2ue

re2ueriría un sistema estructural di1erente. ;sto se con!irtió en lacaracterística principal de la se+unda +eneración.

%i+. &./.B Plata1orma de &da +eneración -las<an 8tar" Petrobras. -7o deconstrucción (F.%uente: http:SSS.<epcorp.com

Debido a los errores mostrados en las plata1ormas de se+unda+eneración" errores con!ertidos en tra+edias como la !olcadura de laplata1orma V-le$ander AiellandW en el Mar del ,orte" se re!elaron unaserie de de1ectos en su dise7o 2ue tra0o un aumento tanto enre+ulaciones como en los costos de desarrollo.

,-M

P+ina&H

%acultad de

http://www.kepcorp.com/




*n+eniería

- pesar de loanterior" la tercera +eneración mantu!o como características principaleslos pontones +emelos" el uso de una estructura tipo casco" tirantes de

ancla0e bien dise7ados 3 en +eneral los estndares del dise7o de unasemisumer+ible" así como un aumento en su tama7o 3 en la capacidadde car+a abordo.

La cuarta+eneración" desde un punto de !ista estructural" cuenta en su dise7o conuna superestructura de casco 2ue omite los tirantes" a e$cepción de loshorizontales entre columnas" esto me0ora su estabilidad en ambientesclimticos ms hostiles. Tiene una capacidad de car+a 2ue !a de las

)H'' B ''' toneladas 3 operan en tirantes de a+ua de hasta /'H' m.

;ntre las+eneraciones 2uinta 3 se$ta la di1erencia no es tan notable" dado 2ue lascaracterísticas de cada una de ellas es similar en cuanto a los tirantes

de a+ua 2ue lo+ran alcanzar. Las di1erencias tan+ibles se reIe0an en lasdimensiones en las cubiertas 3 las capacidades de car+a 2ue cada unapuede soportar" donde la se$ta +eneración soporta cerca de las ('"'''toneladas a di1erencia de las de 2uinta +eneración 2ue !arían entre

H"''' 3 E"''' toneladas" un e0emplo de esta Kltima es la plata1orma Lei!;ri<sson >!er %i+. &.)@. -dems de lo anterior" lo 2ue las di1erencia de lascuatro +eneraciones anteriores" es 2ue #stas cuentan con un sistema deposicionamiento dinmico 2ue sustitu3e al ancla0e 2ue era utilizado conanterioridad 3 lo+ra controlar con me0oras notables los mo!imientosocasionados por los 1actores metocenicos" 2ue se mencionarn en lossi+uientes capítulos.

%i+. &.).B Plata1orma de Hta +eneración Lei!;ri<sson" Dr38hips.

%uente: http:SSS.nuestromar.or+

,-M

P+ina&

%acultad de

http://www.nuestromar.org/




*n+eniería

%2'2%23 @u<ues perforadores2

n bu2ue per1orador es tambi#n un sistema de per1oración Iotante"tienen +ran mo!ilidad 3a 2ue son autopropulsados 3 poseen cascosaerodinmicos seme0antes a los de un bu2ue normal. Por tal moti!o sepuede ele+ir a un bu2ue per1orador para realizar pozos en localizacionesremotas" con!irti#ndose en la me0or opción. 8e puede mo!er a!elocidades razonablemente altas con ba0o consumo de ener+ía. La1orma 3 capacidad de la cubierta le permite car+ar una +ran cantidad dee2uipo 3 material para per1orar" por lo 2ue no re2uiere de un 1recuentereabastecimiento.

;l bu2ue de per1oración es una embarcación pro3ectada para per1orarpozos submarinos. 8u torre de per1oración est ubicada en el centro delsistema Iotante" donde una abertura en el casco >moon pool@ permite elpaso de la columna de per1oración >riser@.

Mientras al+unos operan en tirantes de a+ua entre /'H 3 F(H m >("''' 3/"''' pies@" los Kltimos barcos pueden per1orar en pro1undidades de/"'H' m >('"''' pies@ de tirante de a+ua. Pueden per1orar pozos deF"(H' m >/'"''' pies@ de pro1undidad a partir del lecho marino. ;stos

bu2ues +randes miden ms de &' m >E'' pies@ de eslora >lar+o@ 3 /' m>('' pies@ de man+a >ancho@.

;l mo!imiento !ertical >ar1ada" hea!e@ es el ma3or problema cuando seusa este tipo de unidad Iotante. Debido a su super6cie de contacto conel mar comparado con la semisumer+ible" el bu2ue desarrollarespuestas ms +randes de mo!imiento !ertical. ;l ancla0e de #stos essimilar al de un e2uipo semisumer+ible. 8in embar+o" ha3 un sistemaadicional 2ue han desarrollado los bu2ues de per1oración" el sistema de

torreta" recomendado para operaciones en ambientes se!eros.

tilizan anclas 2ue les permitan situarse en las estaciones a per1orar"pero cuando per1oran en a+uas pro1undas re2uieren de posicionamientodinmico controlado por una computadora conectada a so6sticadossensores electrónicos. na !ez iniciada las acti!idades de per1oración" elper1orador le indica a la computadora la posición 2ue se debe +uardarmientras se per1ora. ;ste sistema restaura la posición de la embarcacióndentro de su radio de traba0o modi6cada por los e1ectos de lascorrientes" el olea0e así como la 1uerza del !iento.

Los bu2ues per1oradores se usan e$tensamente para resol!er la brechade capacidad entre las plata1ormas autoele!ables 3 lassemisumer+ibles" 3 son los 2ue actualmente se utilizan ma3ormente

,-M

P+ina&

%acultad dei í



*n+eniería

Los bu2uesper1oradores son los ms !erstiles en cuanto a mo!ilidad entre todas las

unidades de per1oración marina" pero deben ser considerados para

usarse en reas con olas de poca altura 3 !ientos de ba0as !elocidades.

%2'2%2'23E*olución de los bu<ues perforadores

;n los a7os H'slas compa7ías de producción trataban de lidiar con los problemas de lapro1undidad >tirante de a+ua@. Costa a1uera las pro1undidades hasta ellecho marino incrementaron mu3 rpidamente 3 esto complicaba las

tareas para las estructuras apo3adas en el suelo.;n (FH/" la

primera !ersión del barco de per1oración emer+ió de una con!ersión deun modelo [,a!3 con capacidad de /'' toneladas de car+a 3 un mstilde per1oración montadoJ el nombre de este modelo 1ue 8ubmare$. ;lsi+uiente paso en la e!olución 1ue con!ertir un modelo de ma+nitudesma3ores cu3o nombre sería Cuss *.

;l Cuss * contabacon una bahía de pozo >moon pool@ deba0o de la torre de per1oración 3era posicionado con anclas. \ste situaba el con0unto de pre!entoressobre el lecho marinoJ con ob0eto de compensar el mo!imiento !ertical"se colocaba una 0unta telescópica en la línea de per1oración. Tenía lacapacidad de realizar tareas hasta (' metros >/H' pies@ de pro1undidaden el clima ms se!ero 2ue o1recía el Canal de 8anta 9rbara enCali1ornia" ;..-.

-l paso de al+unosa7os de per1orar con #$ito" se recon6+uró el Cuss * modelo Glomar" elcual se constru3ó con un casco 3 un moon pool de ma3oresproporciones. ;!entualmente se optó por reemplazar el sistema deancla0e para pro1undidades mucho ma3ores debido a 2ue este Kltimoelemento se tornó problemtico. -sí" sin un sistema de ancla0e 3 con unsistema de radar 3 sonar" el Cuss * lo+ró per1orar en /H metros>(("'' pies@" lo cual se demostró en el pro3ecto MO?O en (F >,-8"

&''(@.;l sistema de

Posicionamiento Dinmico me0oró la estabilidad del barco 3 minimizó losmo!imientos pro!ocados por las condiciones climticas. ;n los a7osposteriores 3 hasta la actualidad la e!olución de los bu2ues per1oradores

,-M

P+ina&E

%acultad de* i í



*n+eniería

%i+. &.H.B 9arco Per1orador deoperación dual.

%uente: SSS.drillin+contractor.or+

%2%23 E<uipos semisumergibles utili$ados en M+,ico enla Actualidad

Para realizar e$ploraciones en a+uas pro1undas" Peme$ ha contratado 3a!arias plata1ormas para operar en estas condiciones.

;stas plata1ormas han traba0ado en la zona de Coatzacoalcos Pro1undo"8onda de Campeche Pro1unda 3 %ran0a de Perdido.

Peme$ ha autorizado )' localizaciones en el Gol1o de M#$ico para iniciarcon per1oraciones e$ploratorias dentro de un pro+rama 2ue durar los

si+uientes / a7os" en los 2ue utilizarn cuatro plata1ormas deper1oración para a+uas pro1undas >Morales Gil" &'(&@.

;n la 6+ura &. se presenta el pro+rama de per1oración en a+uaspro1undas con plata1ormas 2ue actualmente tiene Peme$ enarrendamiento" para desarrollar las reser!as potenciales.

,-M

P+ina&F


http://www.drillingcontractor.org/

http://www.drillingcontractor.org/



*n+eniería

%i+. &..BPlata1ormas con las 2ue cuenta P;M; para lle!ar a cabo e$ploración

de a+uas pro1undas.%uente >Maciel Torres" &'(/@

;n la Tabla &.& se muestran los pozos 2ue han sido per1orados" los 2ue seencuentran en per1oración 3 los 2ue se tienen pro+ramados a per1oraren el a7o &'(/. -simismo" sepuede obser!ar en la %i+. &. la distribución de las acti!idades deper1oración para cada una de las plata1ormas con las 2ue cuenta Peme$.

,-M

P+ina/'




*n+eniería

Tabla %2%23 Po$os E,ploratorios enAguas Profundas -uente7Suare$5 "2 "25 %&'%

,-M

P+ina/(

Status Po$o Tirante 4m6 Didrocarbur

o

ABo

Per1orados Chu<tahB&'(

H(& *mproducti!o (FFF

,abB( E' -ceite &''',o$alB( F/H Gas &''HLa<achB( FEE Gas &''LalailB( E'H Gas &''

TamilB( E -ceite &''EChelemB( E(' *mproducti!o &''E

TamhaB( ((&( *mproducti!o &''E

;tba<elB( E( *mproducti!o &''FAabililB( )' *mproducti!o &''FLee<B( EH( Gas &''F?olo<B( ('&E *mproducti!o &''FCatamatB( (&/' *mproducti!o &''FLa<achB&DL ((F Gas &'('Laba3B( ('' Gas &'('Pi<lisB( (F)H Gas &'((

TalipauB( F)' *mproducti!o &'((

,enB( ()FH Gas &'((Pus<ónB( '' BBBBBBBBBBBBBBBBBBB &'((Ca$aB( (E'/ *mproducti!o &'(&?u$B( ((E *mproducti!o &'(&

TriónB( &HH' -ceite &'(&8upremusB( &EF' -ceite &'(&AunahB( &() Gas &'(&

;nPer1oración

Ma$iminoB( &F// &'(/

P;PB( &F'' &'(/

Pi<lisB(DL (E/ &'(/

Planeados 4o<aB( &'F' &'(/




*n+eniería

%i+. &..B Pozos e$ploratorios en a+uas pro1undas 3 plata1orma encar+ada de lle!ar acabo la per1oración.

%uente >Maciel Torres" &'(/@

,-

M

P+ina

/&




+

823 Componentes de un Sistema de Perforación enAguas Profundas

;n este capítulo se describen los principales componentes de los e2uipos

de per1oración terrestres 3 marinos" así como sus principalescaracterísticas. Tambi#n se mencionan las principales característicasestructurales de un sistema Iotante semisumer+ible de per1oración.

82'23 Elementos para la Perforación Rotatoria

La 1unción principal de una torre de per1oración rotatoria es atra!esar lasdi1erentes capas de roca para obtener un a+u0ero 2ue nos permitae$traer los hidrocarburos. Para esto" se re2uiere de e2uipo >necesario 3su6ciente@ 2ue nos permita alcanzar el ob0eti!o. n e2uipo estcompuesto por cinco sistemas principales 2ue" de acuerdo con laacti!idad especí6ca 2ue realizan se clasi6can en:

(.8istema de iza0e.&.8istema rotatorio./.8istema de circulación de lodo.).8istema de ener+ía.H.8istema para el control del pozo.

.;2uipo especial utilizado en la per1oración marina.

82'2'23 Sistema de i$a/e

;ste sistema es el encar+ado de brindar el mo!imiento !ertical a latubería 2ue se encuentra dentro del pozo" 3a sea introducir o sacar lasarta de per1oración o tubería de re!estimiento

Los principales componentes del sistema de iza0e son:I2Mástil o torre 0 subestructura7 Las torres >%i+./.(@ son pirmides decuatro lados construidas en acero estructural 3 pueden ser porttiles o60as. La lon+itud de #sta !aría de &) a H m 3 soportan car+as estticasde (&H a ("H'' ton.

Las torres o mstiles se clasi6can de acuerdo con su capacidad de car+a!ertical" así como por la car+a lateral de !iento 2ue pueden soportar.

Otro 1actor 2ue ha3 2ue tomar en cuenta en el dise7o de la instalación"es su altura. La torre 3 su subestructura deben soportar el peso de lasarta de per1oración en todo momentoJ mientras la sarta estsuspendida del blo2ue de la corona 3 cuando est descansando en lamesa rotaria. La altura de #sta no inIu3e sobre su capacidad de car+a"pero sí inIu3e sobre la lon+itud de

,-M

P+ina//




tubos

>lin+adas@

2ue sepuedan

sacardel

a+u0ero

sin tener2ue

las seccionesdedesconectarlas.

%i+. /.(.B Mstil o torre deper1oración %uente

http:spanish.alibaba.com

La 8ubestructura se constru3e de acero estructural 3 las car+as 2uepuede soportar son superiores a las 2ue soporta el mstil 3a 2ueadems de #ste soporta las herramientas 3 e2uipos adicionales 2ue semencionan a continuación:

• La mesa rotatoria" la cual pro!ee mo!imiento de rotación 3mantiene suspendidas las tuberías >tubería de per1oración"

lastrabarrenas" etc.@ 2ue hacen +irar la barrena en el 1ondo delpozo. Los malacates constitu3en el mecanismo de iza0e delensamble de per1oración.

• ;l sistema de transmisión de la rotaria" 2ue transmite el poder delmalacate a la mesa rotaria.

• La consola del per1orador" la cual constitu3e el centro deinstrumentación de la per1oración rotaria.

• Las lla!es de apriete 3 el a+u0ero de ratón" usadas para el aprietede las tuberías de per1oración" lastrabarrenas" tubería de

re!estimiento >T5@" entre otros" para su cone$ión o descone$ión.• La o6cina del per1orador o casa de perro" la cual es un cobertizousado como sala de 0untas 3 donde se +uardan herramientaspe2ue7as.

,-M

P+ina/)


http://spanish.alibaba.com/




II2Malacate7 ;s el elemento 2ue utiliza la ener+ía del sistema depotencia para aplicarle una 1uerza al cable de per1oración. ;st pro!istode un sistema de 1renos para controlar las altas car+as 3 un sistema de

en1riamiento para disipar el calor +enerado por la 1ricción en las balatas.Los propósitos principales del malacate son los de izar e introducir latubería al a+u0ero producto de la per1oración. ;l cable de acero esenrollado en el carrete del malacate 3 cuando 1unciona el carrete +ira.Dependiendo de la dirección en 2ue +ira el carrete" el blo2ue del apare0oo polea !ia0era 2ue lle!a conectada la sarta de per1oración sube o ba0aen la medida en 2ue el carrete enrolla o desenrolla el cable.

na de los componentes sobresalientes del malacate es el sistema de1renos" el cual hace posible 2ue el per1orador controle 1cilmente lascar+as de la tubería de per1oración 3o de re!estimiento. La ma3oría delas instalaciones tienen por lo menos dos sistemas de 1renos. n 1renomecnico 2ue puede parar la car+a inmediatamente" 3 otro 1reno"+eneralmente hidrulico o el#ctrico" 2ue controla la !elocidad dedescenso de una car+a 2ue a su !ez a3uda a no +astar las pastas del1reno mecnico en el blo2ue del apare0o" pero no detiene el descensocompletamente.

III2@lo<ues 0 cable de perforación7 La polea !ia0era 3 el +ancho" elblo2ue de la corona" los ele!adores 3 el cable de per1oración constitu3enun con0unto cu3a 1unción es soportar la car+a 2ue est en la torre omstil" mientras se introduce o se e$trae la tubería del a+u0ero.

;l cable de per1oración une al malacate con el ancla del cable 3 #steatra!iesa la corona 3 la polea !ia0era con ob0eto de darle mo!imientos!erticales a #sta. ;l cable de per1oración +eneralmente es construido de

cable de acero con dimetros 2ue !arían +eneralmente entre ( (E a ((& pul+adas >&.E a /.E( cm@. ;l cable re2uiere lubricación debido almo!imiento constante de los alambres dentro del cable de acero" unosrozando contra otros mientras el cable !ia0a a tra!#s de las poleas en elblo2ue de la corona 3 de la polea !ia0era.

La corona es una serie de poleas 60as colocadas en la parte superior delmstil. Los blo2ues de corona 3 blo2ues del apare0o usualmente se !enms pe2ue7os de lo 2ue realmente son" por2ue son !istos a distancia.

Las poleas alrededor de las cuales se enhebra el cable miden (.H m dedimetro o ms" 3 los pasadores sobre los cuales las poleas +iranpueden medir /( cm o ms de dimetro. ;l nKmero de poleas necesariasen el blo2ue de la corona siempre es una ms 2ue las 2ue se necesitanen el blo2ue del apare0o.

,-M

P+ina/H




;n la polea !ia0eratambi#n se re2uiere un muelle 2ue actKa como un co0ín para absorbercho2ues 3 un +ancho al cual se le une el e2uipo para soportar la sarta deper1oración. ;l +ancho se conecta a una barra cilíndrica de acero en1orma de asa 2ue soporta la unión +iratoria o sSi!el. -dems de estaasa para la unión +iratoria" e$isten dos ms 2ue se utilizan paraconectar los ele!adores de tubería al +ancho. Los ele!adores son un

0ue+o de eslabones 2ue su0etan a la sarta de per1oración para permitir alper1orador ba0ar o subir la sarta de per1oración en el pozo. ;l per1oradorba0a el blo2ue del apare0o 3 los ele!adores hasta un punto donde lacuadrilla pueda conectar los ele!adores a la tubería.82'2%23 Sistema rotatorio

;l ob0eti!o del sistema rotatorio es proporcionar la acción de rotación a la

barrena para 2ue realice la acción de per1orar.

-ctualmente e$isten los si+uientes / mecanismos para brindar rotación ala barrena:

a@ 8istema rotatorio con!encionalb@ Top Dri!e o motor ele!ablec@ 9ottom Dri!e o Motor de %ondo

d6El sistema rotatorio con*encional es super6cial 3 transmite larotación a la tubería de per1oración a tra!#s de sus componentes" loscuales son:

I2Mesa rotaria7 La mesa rotaria >%i+. /.&@ es lo 2ue le da el nombre a laper1oración rotatoria. ;s de acero" mu3 pesada" tiene +eneralmente1orma rectan+ular. 5ecibe la ener+ía del malacate mediante la cadenade transmisión de la rotaria. Produce un mo!imiento 2ue da !uelta para2ue la ma2uinaria la trans6era a la tubería 3 a la barrena.

%i+.B /.&.B Mesa rotaria" e2uipada en el piso deper1oración %uentehttp:SSS.hhic.cn

,-M

P+ina/


http://www.hhic.cn/

http://www.hhic.cn/



n motor el#ctricoacciona el poder de la mesa rotaria. \sta es un ensamble 2ue nospro!ee de rotación" est localizada directamente en el piso deper1oración aba0o del blo2ue de la corona 3 arriba del a+u0ero donde se

!a a per1orar. Consiste de la mesa rotatoria" el bu0e maestro 3 dosimportantes accesorios 2ue son el bu0e de la Iecha" el cual es usadodurante la per1oración" 3 las cu7as 2ue son usadas para suspender laper1oración momentneamente.

II2 @u/e maestro7;ste elemento se instala en la mesa rotaria 3 tiene la 1unción 0unto conla cu7as de 60ar la sarta de per1oración a la rotaria para transmitirle elmo!imiento. Tiene cuatro a+u0eros donde se meten los cuatro pernos del

bu0e de la Iecha. Cuando el bu0e maestro rota" los pernos 3a conectadosen los a+u0eros hacen 2ue rote el mecanismo impulsor de la Iecha.

III2-leca o >ell07;s un elemento de acero 2ue puede ser de 1orma cuadrada o he$a+onal2ue se instala en la parte superior de la tubería de per1oración" en ella se

instalan !l!ulas de se+uridad en ambos e$tremos para el control delos Iu0os del pozo.

La !l!ula dese+uridad de la Iecha o !l!ula de tapón de la Iecha" es una !l!ulaespecial 2ue aparece como un bulto en la parte superior de la Iecha. La!l!ula de tapón se puede cerrar para aislar la presión del Iuido 2uesale por la sarta de per1oración" la ma3oría de las !l!ulas de tapónre2uieren de una lla!e especial para cerrarseJ por lo tanto" el per1oradordebe ase+urarse 2ue la lla!e para la !l!ula siempre se +uarde en elmismo sitio 3 2ue todos los miembros de la cuadrilla sepan donde lapueden encontrar. Otra !l!ula de se+uridad +eneralmente se conectaentre el e$tremo in1erior de la Iecha 3 el e$tremo superior de la tuberíade per1oración" esto se hace 3a 2ue cuando la Iecha est ele!ada en lainstalación" como cuando se est haciendo una cone$ión" la !l!ula detapón es di1ícil de cerrar" 3 en caso de 2ue ocurra una emer+encia" la!l!ula de se+uridad adicional proporciona un medio accesible parapoder cerrar la sarta.

;n la parte

superior de la Iecha se conecta la unión +iratoria" en la parte in1eriorantes de la !l!ula de se+uridad se instala un elemento llamadosustituto 2ue e!ita el des+aste de la Iecha por la rotación.

I2)nión giratoria osFi*el7 ;s un aparato mecnico pesado 2ue tiene la principal

,-M

P+ina/




/. Pro!eer de un sello herm#tico 3 un pasadizo para 2ue el lodo deper1oración pueda ser bombeado por la parte interior de la sarta.

;l Iuido entra por el cuello de cisne" o cuello de +anso" el cual es un tubocur!ado resistente a la erosión" 2ue conecta a la unión +iratoria con una

man+uera 2ue transporta el Iuido de per1oración hacia el tallo. ;l Iuidopasa a tra!#s del tubo la!ador" 2ue es un tubo !ertical en el centro delcuerpo de la unión +iratoria 3 hasta el <ell3 3 la sarta de per1oración.

;n el caso de los e2uipos semisumer+ibles" la polea !ia0era est pro!istade un compensador 2ue absorbe los mo!imientos oscilatoriosascendentes 3 descendentes de las plata1ormas.

2Sarta de perforación7 ;st compuesta de la tubería de per1oración 3

9otton ?ole -ssembl3 >9?-" por sus si+las en in+l#s@. Cada tramo de latubería de per1oración llamado 0unta mide usualmente /' 1t >F m@. Cadae$tremo de la 0unta contiene roscas. ;l e$tremo con las roscas interioresse conoce como la ca0a 3 el e$tremo con las roscas e$teriores se conocecomo pi7ón. Cuando se conecta la tubería" el pi7ón se centra dentro dela ca0a 3 la cone$ión se a0usta" los e$tremos enroscados de la tubería seconoce como las uniones de tubería o uniones de maniobra 3 realmenteson piezas separadas 2ue el 1abricante solda a la parte e$terior de la

0unta del tubo. Lue+o" el 1abricante corta roscas en estas piezas amedidas estandarizadas por la industria. La sarta de per1oración es laencar+ada de transmitir la rotación desde la super6cie hasta el 1ondodel pozo >a la barrena@.

;l 9?- se constitu3e de:

• Tuber#a de perforación 4TP623 ;s la tubería 2ue se instalainmediatamente arriba de los lastrabarrenas o tubería pesada. 8us

características son: dimetro" peso" +rado" resistencia 3 lon+itud.• Tuber#a pesada 4ea*0 Falled623 ;sta tubería se instala

inmediatamente deba0o de la tubería de per1oración. Proporcionael paso de transición entre los lastra barrenas 3 la TP para e!itarda7os a la TP por la ri+idez de los lastra barrenas. -3uda amantener en tensión a la TP 3 aporta peso a la barrena.

• Martillo23 ;l martillo tiene la 1unción de liberar la sarta cuando#sta se encuentra atrapada.

• !astra barrenas 4drill collar623 ;s la tubería 2ue se instala arribade la barrena. 8on mu3 pesados 3 son los 2ue proporcionan elpeso a la barrena para per1orar" el ran+o de dimetros de estaherramienta es de / a (& p+ >de . a /'.) cm@" su lon+itudpromedio es de F.H m.

• Conectores.B 8on com onentes utilizados ara unir tubería con

,-M

P+ina/E




• Estabili$adores.B Los estabilizadores son instalados entre loslastra barrenas como protección de los mismos 3 mantienen ladirección de la barrena" al+unos son e2uipados con elementos decorte de carburo de tun+steno.

• Porta barrena.B ;l porta barrena es la Kltima pieza antes decolocar la barrena.

a2I2 @arrena7 ;l traba0o primario de las barrenas es rotar en el 1ondodel a+u0ero. La barrena es el 6nal del apare0o de per1oración" por2ue labarrena es la 2ue per1ora el pozo. ;n la industria 2ue se dedica a la1abricación de barrenas >%i+. /./@" se o1recen !arios tipos" en muchostama7os 3 dise7os. 8e dise7an para per1orar un dimetro determinadode a+u0ero 3 de acuerdo con determinado tipo de roca o 1ormación.

%i+. /./.B 9arrenas de per1oracióntricónicas %uente:SSS.coredril.com

Poner el peso en una barrena hace 2ue sus cortadores 1racturen la roca.Generalmente" los per1oradores aplican el peso en la barrenapermitiendo una parte del peso de los lastrabarrenas sobre #sta. Lacantidad de peso depende del tama7o" del tipo de barrena 3 de la!elocidad a la cual el per1orador la rotar. La cantidad de peso tambi#ndepende del tipo de 1ormación por per1orar.

b6 Top dri*e o motor ele*able o de super1cie23 Como una unión+iratoria re+ular" el motor ele!able cuel+a del +ancho del sistema deiza0e 3 tiene un pasadizo para 2ue el lodo de per1oración Iu3a hacia latubería de per1oración. ;l motor ele!able >%i+. /.)@ !iene e2uipado de unmotor el#ctrico >al+unos motores ele!ables +randes tienen dos motores@.

Los per1oradores accionan el motor ele!able desde su consola de

control" el motor da !uelta a un e0e impulsor 2ue tiene una cuerda para2ue se pueda conectar la parte superior de la sarta de per1oración.Cuando se enciende el motor" la tubería de per1oración 3 la barrenarotan. n motor ele!able elimina la necesidad de una unión +iratoriacon!encional" de una Iecha 3 de un bu0e de la Iecha.

,-M

P+ina/F


http://www.coredril.com/

http://www.coredril.com/



%i+. /.).B ;2uipo de per1oración Top Dri!e >Motorele!able@ %uente:http:SSS.hellotrade.competromar3sBuaetopBdri!eBdrillin+

8in embar+o" los e2uipos 2ue cuentan con un motor ele!able"toda!ía necesitan una mesa rotatoria con un bu0e maestro para

proporcionar un lu+ar donde suspender la tubería cuando la barrena noest per1orando. -l+unos e2uipos tienen motores hidrulicosincorporados 2ue puedan rotar a la mesa rotatoria por si e$istemal1uncionamiento del motor ele!able. ;stos motores hidrulicos sonconsiderablemente ms li+eros en peso 2ue los motores el#ctricos 3re2uieren menor espacio.

Las !enta0as principales de un motor ele!able en comparación conun sistema de mesa rotatoria con!encional" es el mane0o ms sencillo

de la tubería por parte de la cuadrilla" me0ora el control direccional"a3uda en la e6ciencia de la per1oración ba0o balance 3 la potencia derotación es ms e6ciente" entre otras.

Las des!enta0as son su alto costo de mantenimiento" es un 2uipomu3 pesado 3 se pierde mucho tiempo en instalarlo 3 desmantelarlo ene2uipos terrestres.

c6 @ottom dri*e o motor de fondo23 ;ste es un elemento

subsuper6cial 2ue 1orma parte del 9?-" 3a 2ue se instala 0usto antes dela barrenaJ la acción de rotación es +enerada por el mo!imiento de Iu0odel Iuido de per1oración.

-l circular el lodo de per1oración presurizado a tra!#s del estator 3 elrotor se +enera la rotación 2ue es transmitida directamente a la barrena.

,-M

P+ina)'


http://www.hellotrade.com/petromarys-uae/top-drive-drilling






Los e2uipos demotor de 1ondo se usan a menudo para per1orar los pozos direccionales o!erticales. - !eces" es deseable per1orar un pozo con al+una inclinación

puesto 2ue con un pozo !ertical no se podría alcanzar determinadoob0eti!o en un 3acimiento. ;ste tipo de ob0eti!os son ms 1ciles deconse+uir si la tubería de per1oración no rota" 3 por lo tanto se empleanlos motores de 1ondo.

,-M

P+ina)(

82'2823 Sistema de circulación de lodo

na característica Knica de la per1oración rotatoria es el bombeo delIuido de per1oración al 1ondo del pozo para transportar los cortes+enerados por la barrena 3 le!antarlos hasta la super6cie. Pero no soloestos recortes son los 2ue se lle!an a super6cie" al mismo tiempo se

le!antan las partículas sólidas de las caras del pozo de las 1ormaciones2ue se !an atra!esando. La capacidad de un e2uipo rotatorio de circularel lodo de per1oración puede ser 1actor determinante en la utilizacióndel e2uipo.

;l lodo circula por muchas piezas del e2uipo" como son la bomba delodos" la línea de descar+a" la columna de alimentación >o tubería!ertical@" la man+uera de lodos" la unión +iratoria 3 el <ell3" la tubería deper1oración" los lastrabarrenas" la barrena" el espacio anular" la línea deretorno" la zaranda !ibratoria" los tan2ues del lodo" 3 la línea de succión.

;l lodo es bombeado desde la presa de succión a tra!#s del tubo !erticalmontado en una pata del mstil o de la torre. ;l lodo es bombeado porel tubo !ertical hasta una man+uera de lodo" la cual est conectada a launión +iratoria. ;l lodo entra a la unión +iratoria" lue+o ba0a por la Iechao <ell3" por la tubería de per1oración" por el porta barrenas 3 sale por labarrena. -2uí cambia de dirección hacia arriba por el espacio anular

>espacio entre la tubería de per1oración 3 la pared del pozo@.

%inalmente el lodo sale del pozo a tra!#s de un tubo de acero llamadolínea de descar+a 3 cae sobre un aparato de tela metlica !ibratoriallamada la zaranda !ibratoria o temblorina. La temblorina separa losrecortes del lodo 3 los conduce a una presa de desechos 3 el lodo pasa ala presa de asentamientoJ lue+o" pasa a la presa de mezclado 3 porKltimo pasa a la presa de succión para !ol!er a circular el lodo"impulsado por la bomba.

Tambi#n podemos encontrar los desarenadores 3 los deslimadores>remo!edores de limo@ 2ue se conectan a las presas para remo!er laspartículas pe2ue7as cuando el lodo las obtiene de la 1ormaciónJ 3a 2uesi el limo o la arena !uel!en a recircular por el pozo" el




lodo se hace msdenso 2ue lo deseado 3 puede des+astar la sarta de per1oración 3 otroscomponentes.

;n el caso 2ue seper1ore una sección de 1ormación con pe2ue7as cantidades de +as" seutiliza un des+asi6cador para remo!er el +as del lodo antes de !ol!erlo ala circulación" 3a 2ue si este +as no es eliminado antes de !ol!er acircular" el lodo tiende a disminuir su densidad" lo cual podría resultar en1alla para controlar las presiones de la 1ormación 3 ocasionar unre!entón.

Las bombas de

lodo son el componente primario de cual2uier sistema de circulación deIuidos" #stas 1uncionan con motores el#ctricos o con ener+ía transmitidapor la central de distribución" las bombas deben ser capaces de mo!er+randes !olKmenes de Iuido a presiones altas.

,-M

P+ina)&

82'2(23 Sistema de energ#a

Mecnica o el#ctricamente" cada torre de per1oración moderna utilizamotores de combustión interna como 1uente principal de ener+ía o1uente principal de mo!imiento. n motor de una torre de per1oración essimilar a los motores de los automó!iles" e$cepto 2ue los de la torre sonms +randes 3 ms potentes 3 no usan +asolina como combustible. La

ma3oría de las torres necesitan de ms de un motor para suministrar laener+ía necesaria para la per1oración de pozos.

Los motores en su ma3oría utilizan diesel" por 2ue el diesel comocombustible es ms se+uro de transportar 3 de almacenar a di1erenciade otros combustibles tales como el +as natural" el +as LP o la +asolina.

Para transmitir la potencia desde la 1uente primaria hasta loscomponentes de la instalación e$isten dos m#todos: el mecnico 3 el

el#ctrico. ?asta hace poco" casi todas las instalaciones eran mecnicas"o sea" la potencia de los motores era transmitida a los componentes pormedios mecnicosJ actualmente" las instalaciones dieselBel#ctricasreemplazaron a las mecnicas.

Transmisión mecánica de energ#a.B ;n una instalación de transmisiónmecnica" la ener+ía es transmitida desde los motores hasta elmalacate" las bombas 3 otra ma2uinaria a tra!#s de un ensambleconocido como la central de distribución" la cual est compuesta por

embra+ues" uniones" ruedas de cabilla" correas" poleas 3 e0es" todos1uncionando para lo+rar la transmisión de la ener+ía.




Transmisiónel+ctrica de energ#a.B Las instalaciones dieselBel#ctricas utilizanmotores diesel" los cuales le proporcionan ener+ía a +randes+eneradores de electricidad. ;stos +eneradores a su !ez producenelectricidad 2ue se transmite por cables hasta un dispositi!o dedistribución en una cabina de control. De ahí" la electricidad !ia0a atra!#s de cables adicionales hasta los motores el#ctricos 2ue !anconectados directamente al e2uipo" al malacate" a las bombas de lodo 3a la mesa rotaria. ;l sistema dieselBel#ctrico tiene !arias !enta0as sobreel sistema mecnico siendo la principal" la eliminación de la transmisiónpesada 3 complicada de la central de distribución 3 la transmisión decadenas" eliminando así la necesidad de alimentar la central de

distribución con los motores 3 el malacate. Otra !enta0a es 2ue losmotores se pueden colocar le0os del piso de la instalación" reduciendo elruido en la zona de traba0o.

,-M

P+ina)/

82'2923 Sistema para el control del po$o

n re!entón es un e!ento indeseable en cual2uier instalación petrolerapor2ue pone en peli+ro las !idas humanas" puede destruir unainstalación cu3o !alor puede ser de millones de dólares" puededesperdiciar petróleo 3 hacer da7o al medio ambiente. n Iuido" 3a sealí2uido o +as" brota del pozo casi siempre con una +ran 1uerza 3 muchas!eces se incendia" especialmente si el Iuido es +as. ;l problema sur+e

cuando la presión de la 1ormación es ms alta 2ue la 2ue se tiene en elpozo" la cual se aplica por medio del tipo 3 cantidad del Iuido deper1oración 2ue circula dentro del mismo. Casi siempre el lodo deper1oración e!ita 2ue el Iuido de la 1ormación entre al pozo 3 re!iente"pero ba0o ciertas circunstancias este Iuido de la 1ormación puede entraral pozo 3 causar di6cultades" ocasionando un cabeceo" es decir" el Iuidode la 1ormación entra al pozo 3 parte del lodo de control es empu0ado1uera del pozo. 8i el personal operati!o no se da cuenta de estos

primeros indicios de un cabeceo" todo el lodo ser e$pulsado del pozo 3el Iuido de la 1ormación Iuir sin control hasta la super6cie terminandoen un chorro incontrolable" resultando en un re!entón.

Por lo anterior e$iste un e2uipo para mantener el control del pozo 3e!itar di6cultades.

;l e2uipo de control re2uiere de especial atención por parte del personal"se tiene 2ue probar de acuerdo al pro+rama de inspección 3 operar paraase+urar 2ue todo est# 1uncionando bien. Tambi#n se deben tenersimulacros de emer+encia como si estu!iese ocurriendo un re!entón"sobre todo cuando se est per1orando en zonas donde se espera 2ue laspresiones subterrneas sean e$tremadamente altas" para saber 2u#hacer en el momento de una emer+encia.


I2 Pre*entores o @OP 4@loFout Pre*enter623 La 1unción de los



4 6pre!entores >%i+. /.H@ es la de controlar el paso de Iuidos de una1ormación productora hacia la super6cie" tanto por el espacio anularcomo por el interior de la tubería de producción o de traba0o" 3a sean+as" aceite o a+ua.

%i+. /.H.B Con0unto depre!entores 9OP %uente:http:spanish.alibaba.com

Los pre!entores se clasi6can en los si+uientestipos:

• De *nteriores.B 8u 1unción es controlar el paso del Iuido 2ue

pro!iene del interior de la tubería de producción o de traba0o.• De ariete.B 8e utilizan como control super6cial en un pozo para

sellar el espacio anular cuando se tiene tubería en su interior ocerrarlo totalmente. %unciona casi siempre hidrulicamente paracerrar el espacio anular alrededor de la tubería en el pozo. Losarietes para tubería deben a0ustarse alrededor del perímetro decual2uier clase o tama7o de tubería 2ue se encuentre en el pozo.

• ;s1#ricos.B ;s el accesorio 2ue 1orma parte del con0unto de

pre!entores 3 2ue tiene la habilidad de e1ectuar cierresherm#ticos a presión" en cual2uier cuerpo 2ue est# dentro delpozo" sin importar su 1orma o en pozo 1rancoJ para ello" utilizancomo elemento una unidad de caucho de alta calidad con insertos2ue lo hacen ms e1ecti!o" alar+ando su !ida KtilJ la 1orma 3tama7o del sello est re+ido por la marca del pre!entor.

• -nular mecnico.B 8e utiliza en donde se operan pozos de bombeomecnico o ha3 operaciones donde se hace necesario introducirtubería ba0o presión. Los pre!entores anulares mecnicos sondise7ados !ariando Knicamente los empa2ues 2ue se colocan deacuerdo a la tubería 2ue se mane0ar" así como los topessuperiores" 3a 2ue #stos !arían de acuerdo a su dimetro interior.

,-M

P+ina))






d



2ue pueda ser2uemado a una distancia se+ura de la instalación. La ma3oría de losseparadores de lodo 3 +as son hechos de una sección de tubería dedimetro +rande 2ue utiliza deIectores internos para hacer 2ue el

chorro de lodo 3 +as se mue!an ms despacio" 3 de un arre+lo de tubosen 1orma de ]8] en el 1ondo para permitir 2ue el lodo Iu3a hacia eltan2ue de la temblorina. Como el +as se mantiene encima del lodoe$iste un tubo de descar+a en la parte de superior" el cual permite 2ueel +as !a3a hacia el 2uemador sin hacer mucha presión contra del lodo.

,-M

P+ina)

82'2:23 E<uipo especial usado en la perforación marina2

;l e2uipo de per1oración marino 2ue se encuentra a bordo de unaplata1orma 60a o un sistema Iotante en el mar" es similar al utilizado en

las operaciones de per1oración terrestre" 3a 2ue inclu3e elementos comoel malacate" la mesa rotatoria" las tuberías" el sistema de circulación deIuidos 3 las herramientas normales" así como las 2ue se usan dentro dela+u0ero" como son: barrenas" lastrabarrenas" estabilizadores 3 otras.;$isten herramientas" sistemas" t#cnicas 3 e2uipos especiales 2uesolamente se utilizan en la per1oración marina" #stas son:

I2u#a de la polea *ia/era2

;l mo!imiento horizontal de la polea !ia0era se restrin+e por medio deuna +uía instalada en el interior del mstil o torre de per1oración" esto sedebe al mo!imiento horizontal del e2uipo Iotante causado por lascorrientes marinas 3 las olas del mar. Mecnicamente" esto se lo+rainstalando dos !i+uetas en el interior del mstil o torre de per1oración.Las !i+as tienen un espacio su6ciente 2ue ser!ir como +uía >a !eces seinstalan rieles sobre las !i+uetas@" para unas ruedas embaladas 2ueestn instaladas a los lados opuestos de la polea !ia0era. -0ustando la

polea a esta +uía se restrin+e tambi#n el mo!imiento horizontal del+ancho 3 de la unión +iratoria.

II2Amortiguadores o compensadores de mo*imiento *ertical4CM6

;l e1ecto principal 2ue causa el mo!imiento !ertical del e2uipo Iotante>ar1ada o hea!e@" es el mo!imiento relati!o entre la barrena 3 el 1ondodel pozo. Para compensar este mo!imiento !ertical de la barrena contrael 1ondo del pozo 3 mantener un peso determinado constante sobre labarrena se usan normalmente amorti+uadores" los cuales se instalan enla parte superior de los lastrabarrenas" o en un lu+ar adecuado entre losmismos. Los amorti+uadores compensan el mo!imiento !erticalsolamente en la parte in1erior de la sarta. La lon+itud de losamorti uadores el nKmero re uerido de ende de


l t í ti



las característicasdel e2uipo" del tirante de a+ua 3 de la mare0ada 2ue se pronosti2ue enlos in1ormes diarios del tiempo.

Losamorti+uadores han demostrado ser mu3 e6cientes en la compensacióndel mo!imiento !ertical de los e2uipos de per1oración Iotante. 8oncostosos" no sólo por su precio de ad2uisición 3 por su mantenimiento"sino por2ue en caso de 1alla prematura" esto ocasionar 2ue se e1ectKela recuperación prematura de la sarta. ;n el caso de una 1alla estructuralocasionar traba0o de pesca" por lo 2ue la implementación de unpro+rama de inspección 3 reparación puede reducir la probabilidad deuna 1alla" sus costos 3 la p#rdida de tiempo asociados.

III2Riser marino2

;l conductor o riser marino es el lazo de unión entre el e2uipo deper1oración Iotante 3 el pozo en el lecho marino. ;s !ital para eldesarrollo de las operaciones de per1oración" 3a 2ue proporciona unmedio de retorno para el Iuido de per1oración 3 de +uía para la sarta deper1oración hacia el interior del pozo.

I2Sistema tensionador2

La 1unción principal de este sistema es proporcionar una tensión a$ialconstante sobre el conductor marino o riser para mantenerlo rí+ido 3e!itar 2ue se puedan presentar compresiones en el mismo.

;ste sistema debe soportar el peso del apare0o" así como las car+as+eneradas por el mo!imiento del e2uipoJ mareas 3 corrientes. Consta de!arias unidades tensionadoras colocadas a lo lar+o del piso de

per1oración.

;l tensionador debe ser capaz de proporcionar una reacción instantneaal mo!imiento !ertical ascendente o descendente de la estructuraIotante. ;sta respuesta deber ser ma3or o i+ual a la !elocidad !erticalinstantnea. -dems" debe compensar los mo!imientos por mareas"a0ustes de cone$ión 3 cambios en la posición del e2uipo.

Los tensionadores comunes son sistemas hidroneumticos" los cuales por

medios mecnicos imponen una 1uerza de tensión al barril e$terior de la 0unta telescópica. n e$tremo del cable tensionador est anclado en lapropia unidad 3 el otro se encuentra 60ado al barril e$terior de la 0untatelescópica.

2Sistema de -lotación2

,-M

P+ina)


de aire 2ue



de aire" 2uepueden ser de espuma sint#tica o de aluminio. ;stos accesorios se 60analrededor del conductor marino en puntos adecuados.

;l sistema deIotación no elimina el uso de los tensionadores" sino 2ue a3uda a reducirla tensión re2uerida 3 por consecuencia las dimensiones de lostensionadores.

I2 @u/eprotector o de desgaste2

Durante el

transcurso de la per1oración e$iste el peli+ro de 2ue la tubería deper1oración o barrena lle+uen a 1riccionarse contra las paredes delcabezal" lo cual puede ori+inar 1u+as cuando se colo2ue el col+adorrespecti!o. Para e!itar lo anterior" se le coloca un bu0e protector alcabezal de la tubería respecti!a. -ntes de ba0ar los col+adores se eliminaeste bu0e protector mediante un pescante especial. ;ste bu0e protectorse alo0a en el interior del cabezal.

82'2:2'23

T+cnicas de instalación de pre*entores2

Para lle!ar a cabouna per1oración marina desde una instalación Iotante o 60a en el 1ondodel mar" se tienen dos t#cnicas:

Perforación con

los preventores en la supercie.- Las operaciones de per1oración conlos pre!entores en la super6cie se !en limitadas necesariamente para

plata1ormas apo3adas en el 1ondo" como son las plata1ormas 60as" las deconcreto" las autoele!ables 3 las sumer+ibles.

;n un sistema deeste tipo" se suspenden con col+adores submarinos 3 se prolon+an hastala super6cie en donde se instalan los cabezales 3 pre!entores parautilizarlos durante las operaciones de per1oración.

Despu#s 2ue el

pozo ha sido per1orado 3 probado" se desmantela el e2uipo deper1oración" los pre!entores 3 las e$tensiones de la tubería dere!estimiento. Por norma" se coloca un tapón en el pozo a ni!el de1ondo. ;n 1echa posterior" cuando se decide terminarlo" se 2uita el tapón3 se termina el pozo instalando un rbol del tipo submarino o instalando

,-M

P+ina)E




%i+. /..B Con0unto de pre!entoressubmarino %uente:SSS.boStech.co.u<

;l mo!imiento continuo de las plata1ormas Iotantes re2uiere el empleode cabezales en el

1ondo del mar" con la consecuente instalación de pre!entores" debido a2ue pueden ocurrir condiciones de emer+encia" como el mal tiempo"2ue pueden 1orzar al e2uipo a mo!erse 1uera de su localización. Con lospre!entores 3 cabezales en el 1ondo del mar 3 el riser con 0unta es1#rica3 0unta telescópica" todos remo!ibles" habr poco peli+ro de da7ar elpozo 3a sea en condiciones de mo!imiento normal o de emer+encia.

Otra !enta0a 2ue se tiene instalando el cabezal 3 los pre!entores en el1ondo del mar" es 2ue en la distancia de la mesa rotatoria 3 hasta laparte superior de los pre!entores" se tiene una ma3or tolerancia paraposibles desalineamientos entre la mesa 3 los pre!entores sin crearcar+as laterales e$cesi!as 3 des+aste" 3a 2ue se cuenta con la 0untaes1#rica.82%23 Plataforma Gotante

Las plata1ormas Iotantes proporcionan la estructura de soporte parae1ectuar las acti!idades de per1oración. La capacidad de car+a!ertical de la plata1orma la aporta el

,-M

P+ina)F


casco de Iotación

http://www.bowtech.co.uk/

http://www.bowtech.co.uk/



casco de Iotación>%i+./.E@. - la cubierta de la plata1orma se le conoce como la estructurasuperior" 3 #sta es apo3ada en las columnas del casco de Iotación.

;n el dise7o deuna plata1orma semisumer+ible" 3 particularmente su con6+uración" sedebe tener mu3 claro cules son las 1unciones 2ue esta !a a realizar.;$isten dos 1unciones esenciales para una semisumer+ible 2ue son1actores principales 2ue de6nirn el tama7o de la plata1orma:

• Dar soporte 3 estabilidad a la car+a en la cubierta" sobre las olasms altas.

• Tener la mínima alteración o respuesta ante las olas.

%i+./.E. B Principales elementos de un sistema Iotantede per1oración. %uente: http:SSS.petroser!int.com>modi6cado para este traba0o@

,-M

P+inaH'


La con6+uración del casco de Iotación la con1orman los si+uientes

http://www.petroservint.com/

http://www.petroservint.com/



+ +elementos >%i+. /.F@:

• Pontones

• Columnas• Tirantes• Cubierta >puede no ser considerada como parte del casco@

%i+./.F.B Principales componentes de una semisumer+ible de per1oración.%uente: SSS.basstech.se >modi6cado para este traba0o@

;$isten di1erentes arre+los o con6+uraciones de los cascos de unaplata1orma semisumer+ible" en la %i+. /.(' se muestran al+unas de lascon6+uraciones ms utilizadas. ;n esta se 6+ura muestran lateralesseccionales de cuatro arre+los de cascos de Iotación. Para el caso -" esun arre+lo típico de una plata1orma de primera +eneración" el caso 9 esun arre+lo utilizado en la se+unda +eneración 3 los casos C 3 D sontípicos de tercera 3 cuarta +eneración" respecti!amente >Cha<rabarti"

&''H@.,-M

P+inaH(


irtualmente todas

http://www.basstech.se/

http://www.basstech.se/



las plata1ormas tienen al menos dos estados de Iotación"semisumer+ido 3 Iotando sobre los pontones. Las columnas son elprincipal elemento de Iotación 3 de estabilidad cuando se encuentra

semisumer+ida. Los pontones 3 parte de las columnas son lastrados dea+ua para conse+uir el estado de semisumer+ido. Ms all de esto" eltama7o" sumersión" proporción 3 espaciamiento de las columnas son los1actores primordiales para el desempe7o hidrosttico e hidrodinmico dela semisumer+ible.

%i+. /.('.B -rre+los de los cascos de Iotación de plata1ormassemisumer+ibles %uente: Cha<rabarti"

&''H

La cubierta pro!ee el espacio de traba0o para la ma3oría de las 1uncionesen una semisumer+ible. Tiene la 1unción estructural de trans1erir odistribuir todas las car+as en ella hacia las columnas 3 los tirantes 3proporciona la cone$ión estructural entre la parte superior de todas lascolumnas.

Los pontones 3 las columnas son distribuidos 3 conectados de manera2ue pueda pro!eer un soporte +lobal para la plata1orma. La cubierta estambi#n conectada para re1orzar este soporte. De no ser su6ciente talsoporte" se a7ade un arre+lo de tirantes entre las columnas parame0orar la resistencia del casco.

,-M

P+inaH&


La con6+uración



de los tirantes >%i+. /.((@ !aría considerablemente. Los tirantesdia+onales son para soportar el peso en la cubierta 3 dar ri+idez lateral 3de torsión a la plata1orma.

%i+. /.((.B -rre+lo de tirantes típico de una semisumer+ible detercera +eneración %uente: Cha<rabarti"&''H

na estructura bien dise7ada 3 bien conectada a su cubierta puedeeliminar la necesidad de utilizar estos tirantes.

;l nKmero de columnas 3 pontones en una semisumer+ible distin+uedi!ersas !ariantes de con6+uración empleadas en la e!olución de lasmismas. ;stos arre+los pueden incluir pocas columnas como lo son treso lle+ar a utilizar una docena o ms. De i+ual manera se puedenemplear un par de pontones +emelos" utilizar seis o incluso un arre+lo en1orma de parrilla. ;n las 6+uras /.(& 3 /.(/ se muestran una serie dearre+los típicos entre pontones 3 columnas.

;l arre+lo de pontones +emelos se usa pre1erentemente para 1acilitar la

na!e+ación de la plata1orma. Como se mencionó anteriormente" la1unción de las columnas es dar estabilidad 3 un punto crítico en sudesempe7o es cuando la plata1orma pasa de estar,-M

P+inaH/


Iotando en los



pontones a Iotar adicionalmente con las columnas. Por esta razón escomKn adecuar la posición en 2ue sern colocadas las columnas sobrelos pontones para me0orar su estabilidad.

%i+./.(&.B -rre+lo de Columnas en8emisumer+ible %uente:Cha<rabarti" &''H

,-M

P+inaH)




%i+. /.(/.B -rre+lo de Pontones en8emisumer+ible %uente:Cha<rabarti" &''H

82823 Sistema de Posicionamiento

Las plata1ormas semisumer+ibles al ser sistemas Iotantes" 2uedane$puestas a di1erentes mo!imientos ocasionados por di1erentes1actores" como son las corrientes marinas" los !ientos 3 el olea0e delmar. ;stos mo!imientos tambi#n son conocidos como +rados delibertad:

Tres mo!imientos de traslación sobre los e0es " 4" -!ance >[email protected] Mo!imiento en el e0e hacia adelante 3 haciaatrs

Deri!a >[email protected] Mo!imiento en el e0e 4 lateralmente

,-M

P+inaHH


-r1ada >[email protected] Mo!imiento en el e0e hacia arriba 3 hacia aba0o Tres mo!imientos de rotación alrededor de los e0es " 4" 9 l >5 ll@ 5 t ió d b b t ib l 0



9alanceo >[email protected] 5otación de babor a estribor en el e0e Cabeceo >[email protected] 5otación de popa a proa ene el e0e 4 Gui7anda >[email protected] 5otación alrededor del e0e !ertical

Para compensar estos mo!imientos" e$isten dos maneras de posicionarlas plata1ormas: la primera es utilizar un sistema de ancla0e con cablesde acero 3 la se+unda es utilizar un sistema de posicionamientodinmico o DP8 por sus si+las en in+l#s. ;n al+unas condiciones" seutiliza una combinación de ambas.

;l sistema de ancla0e de las plata1ormas se 1orma con di1erentes arre+losde las anclas >%i+. /.()@. ;l sistema de ancla0e representa una manera

!erstil de posicionar las plata1ormasJ sin embar+o" debido a sucomposición este sistema da pie a +randes mo!imientos de la unidad enambientes hostiles" adems de !ol!erse costoso 3 demandante deespacio cuando se trata de a+uas pro1undas debido a la ma3or cantidadde cable de acero 2ue es re2uerido.

Las acti!idades marinas se han e$tendido hasta re+iones mu3 pro1undas"donde las condiciones son mu3 se!eras 3 donde se estn en1rentandonue!os problemas. Por esto se desarrolló una t#cnica llamada:Posicionamiento dinmico" la cual es una t#cnica de mantenimiento dela posición de las unidades Iotantes teniendo en cuenta las 1uerzas del!iento" olas 3 corrientes marinas tendientes a mo!er la embarcación.

%i+. /.().B 8istema de ancla0econ!encional %uente:

Peme$" &''&

,-M

P+inaH


;l sistema deposicionamiento dinmico >%i+ / (H@ se utiliza esencialmente en a+uas



posicionamiento dinmico >%i+. /.(H@ se utiliza esencialmente en a+uaspro1undas 3 ultrapro1undas. ;ste sistema mantiene ubicada a laplata1orma en un punto deseado a tra!#s de un posicionamiento

satelital" con la a3uda de propulsores instalados alrededor del casco dela plata1orma 3 sensores submarinos ubicados se+Kn sea con!eniente.

Con este sistemano e$iste una cone$ión 1ísica de la plata1orma con el lecho del mar"e$cepto la de los e2uipos de per1oración. Los sensores acKsticosdeterminan la deri!a" 3 propulsores en el casco accionados porcomputadora restauran la posición de la plata1orma.

%i+. /.(H.B 9u2ue per1orador e2uipado conposicionamiento dinmico.

%uente: ;nciclopedia de la per1oración" García Campos.

82(23 Riser de Perforación

;l riser o conductor marino se puede describir como un conducto 2ue !adesde la plata1orma al 1ondo del mar" por medio del cual circula el lodode per1oración 3 sir!e como +uía a la sarta de per1oración. ;$istendi!ersos tipos de risers" los usados para per1oración" terminación"in3ección" transporte 3 los usados para la producción.

;ste dispositi!o se encuentra unido en su parte in1erior al con0unto de

pre!entores submarinos" 3 en su parte superior" al e2uipo deper1oración" 3 es tal !ez el elemento ms,-M

P+inaH


!ulnerable dele2uipo Iotante Debe ser estructuralmente capaz de resistir la



e2uipo Iotante. Debe ser estructuralmente capaz de resistir lacomple0idad de es1uerzos e0ercidos sobre #l ba0o condiciones se!eras deoperación.

;stos conductoresdeben tener la su6ciente capacidad para resistir la presión di1erencialentre el lodo 2ue est dentro de #l 3 por su e$terior la del a+ua de marasí como las presiones +eneradas al mane0ar un brote de +as someropor medio del des!iador de Iu0o.

Los conductoresmarinos debern soportar las 1uerzas laterales de las olas corrientes

marinas 3 del mo!imiento de la unidad Iotante 0usto arriba del pozoJ asícomo resistir es1uerzos 3 la tensión a$ial 2ue se aplica en la super6ciepor medio del sistema de tensionadores.

Las principales1unciones del riser son las si+uientes:

• Permite e$tender el pozo desde el 1ondo marino hasta la super6cie.• Pro!ee comunicación de los Iuidos entre el pozo 3 las operaciones

de per1oración en la super6cie.• Proporciona un conducto se+uro para utilizar" sin inter1erencia del

medio marino" la sarta de per1oración 3 herramientas re2ueridaspara la operación.

• 8ir!e para soportar las líneas de matar" estran+ular 3 au$iliares.• 8ir!e de medio para instalar 3 remo!er los 9OPs.

;l conductor marino est 1ormado desde su parte superior 3 hasta el1ondo" por los si+uientes elementos >%i+. /.(@:

.es*iador de Gu/o.B ;ste dispositi!o de se+uridad se encuentracolocado arriba de la descar+a de lodo 3 actKa como un pre!entor"proporcionando un medio de se+uridad en caso de e$istir acumulacionesde +as u otro Iuido a presión en el interior del tubo conductor. %uncionahidrulicamente 3 puede sellar en 1orma anular o cie+a" dependiendo de2ue ha3a o no tubería de per1oración dentro del pozo" e!itando así 2ue elIuido pase a la mesa rotatoria.

"unta telescópica.- ;ste dispositi!o compensa el mo!imiento !erticaldel e2uipo Iotante 3 permite mantener un es1uerzo de presiónconstante sobre el conductor marino. ;l dispositi!o consta de un barrilinterior deslizable 3 un barril e$terior 60o" al cual se su0etan los cablestensionadores. ;ste elemento est colocado entre el des!iador de Iu0o 3

,-M

P+inaHE


conectores >macho3 hembra@" la línea de matar 3 la línea de estran+ular" en 1orma unitaria"



3 @" 3 + " "para su 1cil cone$ión 3 descone$ión con el e2uipo Iotante.

!#nea de matar 0de estrangular.B 8on tubos de alta resistencia 2ue !an desde el apare0ode pre!entores en el lecho marino hasta el e2uipo Iotante de

per1oración. ;stas líneas sir!en para bombear o descar+ar Iuido apresión" particularmente cuando se presenta un brote o descontrol. 8eencuentran ase+uradas al riser !ertical marino por medio de +rapas 3disponen de conectores en los e$tremos para su 1cil cone$ión 3descone$ión.

"unta esf+rica oGe,ible.- ;ste dispositi!o absorbe los mo!imientos laterales del e2uipoIotante" así como las inclinaciones del conductor marino ocasionadaspor las 1uerzas de la corriente 3 el olea0e" permitiendo deIe$ionesan+ulares hasta de (' +rados con respecto a la !ertical. 8e puedeutilizar en !ez de este dispositi!o un tubo Ie$ible" 2ue permitedeIe$iones ma3ores de (' +rados 3 se sitKa en el e$tremo in1erior delconductor marino.

Conectoridráulico.- ;l conector hidrulico permite conectar 3 desconectar elconductor marino de los pre!entores desde la super6cie mediante unsistema de cu7as accionadas hidrulicamente. ;ste se localiza deba0ode la 0unta es1#rica.

%i+. /.(.B ;structura del riser deper1oración marina.

%uente: 5iser 83stem Polaris

,-M

P+inaHF


82923 Pre*entores 4@OP6 0 su cone,ión con el cabe$aldel po$o



p

Los sistemas de cabezales submarinos se utilizan alrededor del mundo

en la industria petrolera" 3a sea en a+uas someras o pro1undas" enamplios ran+os de condiciones climticas 3 para los e2uipos deper1oración 2ue e$isten.

;l cabezal es el elemento cla!e en el lecho marino" #ste se conecta a launidad Iotante de per1oración a tra!#s de un sistema de pre!entores 3un riser. Tiene dos 1unciones 1undamentalesJ la primera es dar unelemento de soporte estructural para el e2uipo de per1oración 3 el pozoJla se+unda es pro!eer una barrera se+ura para el pozo durante la

per1oración por medio de las tuberías de re!estimiento 2ue se cuel+ande #l >9uchmiller" ?orte" Gr3to3r Z ?au+" &'(&@.

Cuando se selecciona un cabezal para un pozo" deben tomarse en cuentadi!ersos parmetros para su selección" como son el tama7o" el ran+o depresión 2ue soporta 3 el m$imo de car+as 2ue resiste.

La industria petrolera busca lo+rar la per1oración de pozos en lu+ares2ue cada !ez representan ma3ores retos" debido a los ambientes ms

se!eros" ma3or tiempo de per1oración" 3 el uso de risers o conductorescada !ez ms lar+os con pre!entores 2ue de i+ual manera re2uierenma3ores capacidadesJ lo cual pro!oca 2ue las car+as en el cabezal seincrementen 3 sea ms propenso a las 1allas por 1ati+a durante laper1oración.

n cabezal submarino se encuentra sometido a car+as o es1uerzosocasionados por las condiciones del ambiente. 8in embar+o estas car+asse consideran mínimas" debido a 2ue las ma3ores car+as 2ue se

presentan en el sistema son ocasionadas por las 1uerzas ambientales2ue actKan sobre la plata1orma marina 3 sobre el riser" las cuales setransmiten a lo lar+o de este Kltimo hasta el con0unto de pre!entores 3 elcabezal 2ue se encuentran en el lecho marino.

La capacidad de 1ati+a se puede de6nir como la habilidad del sistemapara resistir o distribuir las di1erentes car+as o es1uerzos antes dee$perimentar la 1alla. Para un cabezal" estas car+as resultan en el

incremento de +rietas 2ue pudieran presentarse desde el momento demanu1actura >;!ans" McGrail" &'((@. na !ez 2ue estos de1ectosalcanzan un tama7o crítico especí6co se considera 2ue la 1alla haocurrido" la cual puede presentarse como p#rdida de la contención de lapresión ocasionada por una pe2ue7a 1ractura en la estructura. na 1alla

,-M

P+ina'




%i+.B/.(.B ;lementos de la per1oración marina" cone$ión9OPBCabezal %uente: -P*B5P (Q

Para los 6nes prcticos de este traba0o" el sistema CabezalB9OP >%i+./.(@ se considera como una estructura rí+ida 3 su modelación sedescribir ms adelante" donde se de6nir 3 e$plicar la metodolo+ía deanlisis estructural del riser de per1oración 3 los es1uerzos 3 car+aspresentes en el sistema completo.

,-M

P+ina(


(23 Análisis plataforma Gotante3riser

d f ió ( ' C id i



de perforación (2'23 Consideraciones

del análisisDebido a 2ue los sistemas de amarre de las plata1ormassemisumer+ibles son Ie$ibles" tanto en el plano horizontal como en el!ertical" la unidad Iotante responde a las acciones del !iento" el olea0e 3las corrientes marinas" con mo!imientos en sus seis +rados de libertaden tres di1erentes inter!alos de 1recuencias: mo!imientos en la1recuencia del olea0e >X% del in+l#s Wave Frequency @" mo!imientos enba0as 1recuencias >L%" del in+l#s Lo Frequency @ 3 mo!imientos en altas

1recuencias >?%" del in+l#s ?i+h %re2uenc3@. Las car+as del olea0e dema3or ma+nitud sobre las estructuras costa a1uera se presentan en las1recuencias del olea0e" +enerando mo!imientos X% de la plata1orma. Conla 6nalidad de e!itar e1ectos de resonancia de +ran ma+nitud" laplata1orma es dise7ada para obtener sus periodos naturales de !ibraciónale0ados de las 1recuencias características del olea0e presente en el sitiode operación. Generalmente las plata1ormas semisumer+ibles tienenperiodos naturales de !ibración en -!ance" Deri!a 3 Gui7ada ma3ores a

('' s" 3 superiores a &' s en los +rados de libertad de -r1ada" 9alanceo3 CabeceoJ mientras 2ue los periodos característicos de un olea0e con('' a7os de periodo de retorno se encuentran en el ran+o de E a (E s"lo cual conlle!a a respuestas no resonantes de primer orden. ;n la%i+ura ).( se muestra los !alores típicos de los periodos de !ibración deuna plata1orma semisumer+ible 3 otras estructuras costa a1uera.

%i+ura ).(. Periodos naturales de !ibración típicos de una plata1ormasemisumer+ible 3 otras estructuras costa a1uera.

>%i+ura adaptada de la obtenida en 9arranco" &'')@.

( :'&

:&

H&

%& (&

Per#odo4s6

T!P Plataforma -i/a Semisumergible

T!P Semisumergible3-PSO

!r"a#a !r"a#a !vance !vance$abeceo $abeceo Deriva Deriva%alanceo %alanceo &ui'a#a &ui'a#a

'&&

Espectro deOlea/e '%

&

,-M

P+ina&


Debido a lose1ectos no lineales de las acciones" todos los tipos de sistemas Iotantesi 1 i l L



siempre presentan respuestas en sus 1recuencias naturales. Las car+ascon !ariación lenta del olea0e 3 del !iento +eneran mo!imientos

horizontales resonantes L%" tambi#n denominados mo!imientos dederi!a lenta >slo #ri"t motions@. Los e1ectos del olea0e de alto orden+eneran mo!imientos !erticales resonantes ?%" como los 1enómenos de(pringing 3 )inging >%altinsen" (FF/@ en TLPs. Las respuestasestructurales X% 3 ?% son +obernados principalmente por los e1ectos no!iscosos de los Iuidos" mientras 2ue los e1ectos !iscosos son deimportancia para las respuestas L% >D," &'')@. Dependiendo de lascaracterísticas de los sistemas Iotantes" cada uno de ellos tendrn

respuesta +enerada por di1erentes e1ectos hidrodinmicos. ;n el caso delas plata1ormas semisumer+ibles" solamente las acciones X% 3 L%a1ectan directamente los mo!imientos de la unidad.

Con base en lascaracterísticas dinmicas de una plata1orma semisumer+ible" el anlisishidrodinmico del casco de Iotación" líneas de amarre 3 riser deper1oración puede ser e1ectuado a tra!#s de dos metodolo+ías. ;n a+uassomeras e intermedias" inicialmente se determinan los mo!imientos de

cuerpo rí+ido de la plata1orma considerando al sistema de ancla0e comoelementos con ri+idez lineal 3 despreciando su masa. Despu#s" las líneasde amarre o el riser son modelados con precisión a tra!#s de elementos6nitos considerando sus propiedades dinmicas 3 utilizando losmo!imientos de la unidad Iotante como mo!imientos prescritos en laparte superior de las líneas esbeltas. - estos modelos independientes delas líneas de amarre o riser de per1oración se les adicionan las car+as+eneradas por su peso propio 3 Iotación" 3 por el olea0e 3 las corrientes

marinas. ;sta metodolo+ía es conocida como anlisis desacoplado. ;na+uas pro1undas" la lon+itud 3 las dimensiones de las líneas de amarre 3riser son tales 2ue sus masas 3 las car+as actuando sobre ellos son deuna ma+nitud 2ue modi6can el comportamiento dinmico de la unidadIotante. ;n estos casos es recomendable e1ectuar un anlisis acopladode la plata1ormaB líneas de amarre B riser de per1oración. tilizando esteanlisis acoplado" los mo!imientos de la plata1orma" los es1uerzos 3de1ormaciones de las líneas de amarre 3 riser son obtenidossimultneamente en cada instante de tiempo al resol!er la ecuaciónmatricial de mo!imiento. ;stas metodolo+ías 3 la ecuación demo!imiento son descritas en las si+uientes secciones.,-M

P+ina/

(2'2'23 Análisis acoplado

;n esta 6loso1ía el anlisis del sistema estructural es hecho de manerasimultnea" tomando en cuenta las propiedades dinmicas de loselementos esbeltos" las 1uerzas hidrodinmicas actuando sobre estos 3

su interacción con el cuerpo Iotante. De esta 1orma las 1uerzasactuando en la plata1orma 3 en el riser son obtenidas con0untamente.


;ste anlisis see$tiende desde el conductor" en la parte in1erior" hasta la 0unta es1#rica oIe$ible en la parte superior >%i+ ) &@ Por lo tanto los mo!imientos de



Ie$ible" en la parte superior >%i+. ).&@. Por lo tanto" los mo!imientos dela plata1orma actuando en la 0unta Ie$ible o es1#rica superior en

con0unto con las car+as metocenicas >!iento" corrientes 3 olea0e@pueden ser utilizados para predecir el comportamiento del riser" hastapre!enir una p#rdida de localización del conductor en el lecho marino.

;l anlisisacoplado permite la completa interacción entre los mo!imientos de laplata1orma" de las líneas de amarre 3 el riser de per1oración" inclu3endoel comportamiento del suelo en 1ricción con las líneas de amarre. \stees ms 1cil 3 rpido de realizar" debido a 2ue el todo el sistema

estructural se encuentra contenido en un solo modelo.

%i+. ).&.B Modelo acoplado para anlisis estructural de una

semisumer+ible.%uente: -rtículo T#cnico *-DC8P;B(H((FE,-M

P+ina)


(2'2%23 Análisis desacoplado

;l anlisis estructural del sistema de per1oración puede ser simpli6cado



;l anlisis estructural del sistema de per1oración puede ser simpli6cadoseparando el sistema en componentes indi!iduales >anlisis

desacoplado@ 3 analizando cada uno de estos con un m#todo desolución. Por lo 2ue el mo!imiento de la plata1orma" el riser" el cabezal"3 el conductor son analizados cada uno con distinta metodolo+ía.

Despu#s de haber e1ectuado el anlisis del mo!imiento de la plata1ormacon una modelación simple de las líneas esbeltas >líneas de amarre 3riser@" el anlisis se lle!a a cabo en dos 1ases: (@ ;l modelado del riserdesde la 0unta Ie$ible superior" inclu3endo el sistema de tensión 3 laplata1orma" hasta la 0unta es1#rica in1erior del mismo. &@ la modelación

del LoSer Marine 5iser Pac<a+e >LM5P" por sus si+las en in+l#s@" el 9OP 3el sistema conductorcasin+.

La 1alta de interacción entre los componentes 1ue identi6cada como unade las des!enta0as ms importantes en este tipo de anlisis" debido a2ue se tienen 2ue in+resar resultados del anlisis del riser al modelo deanlisis del cabezal 3 una !ez teniendo esto" se tenían 2ue in+resar alanlisis del conductor" lo cual es demasiado laborioso.

,-M

P+inaH

(2%23 Condiciones Metoceánicas 0 Caracter#sticas deMo*imiento

La de6nición de las condiciones metocenicas" es de !ital importanciapara el anlisis 3 dise7o de las estructuras marinas. Los 1actores 2ueinter!ienen en un estado de mar de dise7o son los si+uientes>Cha<rabarti" &''H@:

• iento.• Olas +eneradas por el !iento.• Olas super6ciales +eneradas por tormentas distantes.• Corriente super6cial" +enerada por tormentas locales.• Corrientes de a+uas pro1undas propias del sitio" como las

corrientes de lazo 3 remolino 2ue circulan constantemente en elGol1o de M#$ico.

Las estructuras costa a1uera dedicadas a la per1oración 3 producción delos recursos naturales localizados deba0o del lecho marino" estn a lamerced de las inclemencias del tiempo. ;stos ambientes marinos 2uelas estructuras deben soportar son las 1uerzas e$tremas del olea0e"!iento 3 corriente debidas por e0emplo a huracanes" así como los sismos

3 las olas de los Tsunami" 2ue tambi#n pueden ocurrir en ciertas partesdel mundo. Para la super!i!encia de estas estructuras" sus e1ectosdeben ser conocidos por el dise7ador" 3 considerados adecuadamenteen el dise7o. -sí mismo" la selección de las plata1ormas" su e2uipo" 3 el


1uertementeinIuenciados por las condiciones metocenicas especí6cas del sitiodonde operar la estructura



donde operar la estructura.

Las plata1ormassemisumer+ibles" al ser elementos Iotantes" 2uedan e$puestas adi1erentes mo!imientos ocasionados por di1erentes 1actores" como sonlas corrientes marinas" los !ientos 3 el olea0e del mar. Las plata1ormasIotantes pueden mo!erse en los si+uientes +rados de libertad >%i+. )./@3 se mencionan a continuación:

Tres mo!imientos de traslación sobre los e0es " 4" 8ur+e >[email protected] Mo!imiento en el e0e hacia adelante 3 hacia

atrs 8Sa3 >[email protected] Mo!imiento lateral sobre el e0e 4 ?ea!e >[email protected] Mo!imiento en el e0e hacia arriba 3 hacia aba0o

Tres mo!imientos de rotación sobre los e0es " 4" 5oll >[email protected] 5otación de babor a estribor en el e0e Pitch >[email protected] 5otación de popa a proa ene el e0e 4 4aS >[email protected] 5otación alrededor del e0e !ertical

%i+.B )./.B Grados de libertad de una semisumer+ible +enerados por los

1actores metocenicos. >** =ornada t#cnica -*MP&'(&@,-M

P+ina


Cuando unaplata1orma semisumer+ible es alterada dinmicamente" esta pierde suposición 3 su respuesta ante estas alteraciones es altamente no lineal



posición 3 su respuesta ante estas alteraciones es altamente no linealdonde las 1uerzas de inercia son predominantes. Dentro de las

principales 1uentes de no linealidad en la respuesta de unasemisumer+ible ante las acciones ambientales se pueden mencionar >i@las 1uerzas de se+undo orden de las olas >los e1ectos de estas 1uerzasson el slo #ri"t 3 el springing@" >ii@ la ri+idez +eom#trica del riser debidoal mo!imiento lateral >ofset @ 3 mo!imiento !ertical ascendente >ar1adao set#on@ 3 >iii@ el t#rmino de arrastre" con !ariación cuadrtica de laspartículas de a+ua en la ecuación de Morison para e!aluar la parte!iscosa de las 1uerzas del olea0e. Para las no linealidades del sistema" es

necesario incluir un anlisis estructural dinmico paso a paso en eldominio del tiempo.

,-M

P+ina

(2823 Ecuaciones de mo*imiento

La ecuación di1erencial 2ue +obierna el comportamiento esttico 3dinmico de un sistema Iotante no puede ser resuelta de manerae$acta para problemas arbitrarios del riser 3 patrones de car+a. Por lo2ue un m#todo num#rico es re2uerido para esto" tal como el m#todo deelementos 6nitos. La aplicación del m#todo de elementos 6nitos resultaen un sistema de ecuaciones no lineales 2ue describen el e2uilibriodinmico entre las 1uerzas de inercia" las 1uerzas de amorti+uamiento 3las 1uerzas de restauración 2ue actKan sobre la plata1orma. ;stasecuaciones de mo!imiento pueden ser establecidas de manera matricialcomo:

Donde:

;s el !ector de desplazamiento de los +rados de libertad de laestructura

;s el !ector de !elocidades de los +rados de libertad de laestructura

;s el !ector de aceleraciones de los +rados de libertad de laestructura

;s la matriz de masa del sistema

;s la matriz de amorti+uamiento del sistema

;s la matriz de ri+idez del sistema" 3

;s el !ector de las 1uerzas actuando sobre la plata1orma

semisumer+ible"líneas de amarre 3 riser

t ;s el timepo


;l !ector de 1uerzas de lado derecho de la ecuación anterior



,-M

P+inaE

Donde:

%uerza de ola de primerorden

%uerza de ola de se+undoorden

%uerza de la corriente

%uerza del !iento

%uerzas e$ternas

Debe obser!arse 2ue las matrices " " 3 el !ector inclu3en dos partes: la

primera relacionada al cuerpo rí+ido de la unidad Iotante 3 la se+unda ala estructura esbelta el riser.

Cada una de estas matrices debe tomar en cuenta los distintos

elementos 2ue las componen" por e0emplo" para la matriz se debe tomar

en cuenta la masa de la estructura 3 la masa adherida" la cual se

calcula con un anlisis de di1racción de olea0e" la

matriz toma en cuenta el amorti+uamiento debido al potencial lineal del

olea0e" la matriz de ri+idez representa a las 1uerzas de restauraciónhidrostticas" 3 el !ector de 1uerza actuando sobre la plata1orma est

compuesto por el !ector de 1uerzas hidrodinmicas +enerado por las

olas 3 las corrientes 3 el !ector de las car+as +eneradas por los !ientos.;l nKmero de ecuaciones contenidas en la ecuación matricial anterior esde6nido principalmente por la malla de elementos 6nitos utilizada en lamodelación de los cuerpos esbeltos >líneas de amare 3 riser@. Mientrasms se incrementa la pro1undidad" el riser se comporta cada !ez mscomo un cable" 3 su ri+idez +eom#trica ser ms importante 2ue suri+idez elstica. ;n el anlisis estructural del sistema" se debe tomar encuenta el comportamiento no lineal del riser a tra!#s de un m#todo deinte+ración de ecuaciones de mo!imiento paso a paso >%i+. ).)@" comopor e0emplo el m#todo 5un+e Auta de cuarto orden o el m#todo de,eSmar< con es2uema de ,eSton 5aphson.




%i+. ).).B ,Kmero de elementos" nodos" !alores de corriente e inclinación para cadanodo en el modelo de anlisis. >;lSan+er" (FEE@

(2(23 Acciones ambientales

Las car+as ambientales son las e$citaciones dinmicas ms importantesen las estructuras marinas 3 resultan de la acción de las olas" !iento 3corrientes marinas. ;stas deben ser calculadas en cuatro bandasdistintas de 1recuencia para e!aluar sus e1ectos sobre el sistema. ;stasbandas de 1recuencia son >;llSan+er" (FEEJ -P*" (FF@:

a@ Car+as estticas debidas al !iento" la corriente 3 la deri!a de lasolas >ave #ri"t @ con ma+nitud 3 dirección constantes para laduración del anlisis.

b@ Car+as cíclicas de ba0a 1recuencia 2ue puede alterar a lasemisumer+ible en losperiodos naturales de a!ance" deri!a 3 +ui7ada >sur+e" sSa3 33aS@ con !ariaciones entre ' 3 (E' s. ;stas 1uerzas son debidasal e1ecto de se+undo orden de las olas conocido como slo #ri"t 3la parte dinmica del !iento.

c@ Car+as cíclicas en la 1recuencia de olas" 2ue constitu3e la principal1uente de car+as sobre la plata1orma. ;stas 1uerzas son calculadas

considerando m#todos de primer orden.,-M

P+inaF


(2(2'23 -uer$as del olea/e

;n a+uas pro1undas la cinemtica de partículas puede ser e!aluada porl t í li l d -i ; t t í id l lt d l l



la teoría lineal de -ir3. ;sta teoría considera 2ue la altura de las olas espe2ue7a en comparación con la lon+itud de las olas en la super6cie dela+ua. Para esto se obser!a un espectro de ola" el cual es larepresentación promedio de una muestra de olas en un tiempoapro$imado de tres horas.

na !ez conocida la cinemtica de las partículas del a+ua" las 1uerzashidrodinmicas son calculadas en cada +rado de libertad inte+rando lascar+as distribuidas a lo lar+o de los elementos estructurales. Las car+asestructurales sern descritas a continuación:(2(2'2'23 -uer$as del olea/e de primer orden

Las 1uerzas de primer orden actuando en una estructura puedencalcularse a tra!#s de la ecuación de Morison o por medio de la teoríade di1racción. Cuando el tama7o de la estructura es comparable con lalon+itud de la ola" la presencia de la estructura modi6ca el campo de laola a su alrededor. ;n estos casos" la di1racción de las olas en lasuper6cie de los elementos estructurales debe ser tomada en cuenta>%altinsen" (FF/@.

La ecuación de Morison considera 2ue la 1uerza de la ola es el resultadode la suma lineal de las 1uerzas de inercia 3 de las 1uerzas de arrastre"estas partes en!uel!en coe6cientes de inercia 3 de arrastre 2ue debenser e!aluados e$perimentalmente.

,-M

P+ina'

Donde:

;s la densidad de a+ua de mar elocidad horizontal de las

partículas de

a+ua en direcciónperpendicular al elemento

-celeración horizontal de laspartículas dea+ua

Coe6ciente de arrastre Coe6ciente de inercia Dimetro del elemento estructural


(2(2'2%23 -uer$as del olea/e de segundo orden

La solución lineal del potencial de !elocidades de las partículas de a+uade un campo de olas constitu3e solamente una apro$imación de primer



de un campo de olas constitu3e solamente una apro$imación de primerorden de un problema no lineal comple0o. Cuando el estado de marincidente es irre+ular 3 puede ser representado a tra!#s de lasuperposición de olas re+ulares" la solución de se+undo orden delpotencial de !elocidades +enera componentes de 1uerzas con1recuencias de *suma” 3 V#i"erencia” de las 1recuencias de las olasre+ulares.

Donde:

,-M

P+ina(

8e7al >B@ ?ace re1erencia a las 1uerzas debidas ale1ecto

di1erencia de 1recuencia8e7al >^@ ?ace re1erencia a las 1uerzas debidas al

e1ectosuma de 1recuencias

;s la intensidad de 1uerza asociadas aliB#simo

+rado de libertad del cuerpo Iotante

8on las amplitudes de las olasdiscretas delespectro de mar en las 1recuencias

respecti!amente Corresponden al nKmero de olas

$ ;s la distancia del punto donde sone!aluadaslas 1unciones de trans1erenciacuadrticas

3 " al centro de mo!imientode la plata1orma a las olas dere1erencia

8on las 1ases aleatoriasuni1ormementedistribuidas entre ' 3 &

Las 1unciones de trans1erencia cuadrticas son obtenidas a tra!#s deanlisis num#rico del problema de di1racciónradiación de olas encuerpos Iotantes 3 su clculo representa un alto costo computacional.;n el caso de las plata1ormas semisumer+ibles solamente sonimportantes las 1uerzas de se+undo orden +eneradas por la di1erencia de1recuencias de las olas incidentes.


(2(2%23 -uer$as de corriente

;n ausencia de mo!imientos de a+ua inducidos por las olas" la 1uerza dearrastre e0ercida por la corriente marina sobre un elemento estructural



arrastre e0ercida por la corriente marina sobre un elemento estructurales proporcional al cuadrado de sus !elocidades. La 1uerza de arrastrepor unidad de lon+itud del elemento estructural puede ser e!aluada porla si+uiente e$presión:

Donde:

;s la !elocidad de la corrientemarina" lasdems !ariables hansido de6nidascon

anterioridad

(2(2823 -uer$as de *iento

La parte de la plata1orma 2ue se encuentra encima del ni!el medio delmar est su0eta a las acciones del !iento debidas a la !elocidad normalactuando sobre las reas e$puestas. La e$presión bsica para e!aluarlas 1uerzas dinmicas del !iento 3 e$presada como la 1uerza de arrastrepor unidad de rea pro3ectada sobre el plano normal a la !elocidad del

!iento es:

,-M

P+ina&

Donde:

Densidad del aire

Coe6ciente de arrastre en la ele!ación z

elocidad media del !iento

Parte dinmica de la !elocidaddel !iento"obtenida a partir de un espectro de!elocidades

elocidad de la estructura en ladirecciónconsiderada

;l per6l de !elocidad media del !iento 3 las componentes dinmicas seapro$iman 3 e!alKan con di1erentes e$presiones 3 con 1recuenciasespecí6cas del lu+ar de localización.


;l per6l para la

!elocidad media del !iento u a( z ) en la ele!ación z puede ser apro$imado por >-P*"



(FF@:

H

z 0.125

u

a (z) = u

H

Donde:

u Hes la !elocidad media del !iento en laele!aciónde re1erencia ?_(' m.

a

' La componente dinmica de la !elocidad del !iento u ( z ,t ) puede

e!aluarse utilizando elespectro de !iento propuesto por el-P* >(FF@:

)5 /

3

,-M

P+ina/

p

f / f

pSuu ( ) (1+1.5f /

f

f = σ(z)2

Donde:Suu(f ) es la densidad espectral de la

!elocidad del!iento en la ele!ación z"

1 es la 1recuencia en ?z"

σ(z) es la des!iación estndar de la!elocidad del !iento 3

f pes la 1recuencia asociada con laposición del pico espectral.

(2923 Procesos ambientales de corto 0 largo pla$o

Las características ambientales como las alturas de olas 3 las!elocidades de !iento en una localización" constitu3en procesosaleatorios estrictamente no estacionarios con !ariaciones lentas en suspropiedades estadísticas. ,o obstante" los procesos ambientales pueden

di!idirse en distintos periodos de plazoJ corto 3 lar+o.


Los procesos de

corto plazo +eneralmente tienen una duración de tres horas. Cada

proceso de corto plazo es llamado estado de mar. Cada estado de mar es

normalmente de6nido por los parmetros de ola !iento corriente 3



normalmente de6nido por los parmetros de ola" !iento" corriente 3

marea" los cuales estn contenidos en un !ector 7

Donde:

-ltura si+ni6cati!a de las olas

Periodo pico de las olas

Dirección de incidencia de las olas

elocidad del !iento

Dirección del !iento

elocidad de la corriente marina

super6cial Dirección de la corriente

-ltura de la marea

Las !ariables en la e$presión anterior constitu3en los datos principalesde cada condición ambiental necesaria para e!aluar las car+asdinmicas en los elementos estructurales de cual2uier estructura costaa1uera.

Para un estado de mar de corto plazo" el espectro de alturas del olea0e es

una representación del contenido de ener+ía de las di1erentes olasarmónicas 2ue componen un tren de olea0e con una duración de /Bhoras. ;n la literatura e$isten di!ersas 1ormulaciones de los espectros deolea0e como el 9retschneider" el =O,8X-P 3 el PiersonB Mos<oSitz" entreotros. Por e0emplo" el espectro PiersonBMos<oSitz de dos parmetrospara un mar totalmente desarrollado puede ser e$presado como una

1unción de la altura si+ni6cante H s 3 del periodo de cruces ascendente

de cero T z >?allam et al." (FE@:

,-M

P+ina)

−4 5

1 z

z

s z ⋅ exp − ⋅ ( f ⋅ T

)

⋅ T

H 2S ( f)=

π 4 ⋅ π ⋅ ( f ⋅ T

)

ηη


Donde:Sηη (f ) es el espectro de las

ele!aciones de lasuper6cie del mar 3



,-M

P+inaH

1 es la 1recuencia del olea0e en ?z.

;n periodos de lar+o tiempo" los estados de mar presentan !ariaciones 3constitu3en procesos no estacionarios. Generalmente para obtener lascaracterísticas de los parmetros ambientales de lar+o plazo see1ectKan muestreos durante un periodo de tiempo de cuando menos una7o !arias !eces al día.

Las 1unciones 2ue de6nen los estados de mar de lar+o plazo sonobtenidas a tra!#s de a0ustes de modelos de probabilidades de lastablas de 1recuencia de ocurrencia con0unta de los parmetrosambientales.

(2:23 Estad#stica de e*entos ambientales de tempestad

La caracterización a lar+o plazo de los estados de mar no siempre puederepresentar adecuadamente todos los 1enómenos ambientales de unalocación dada. Por e0emplo" en el Gol1o de M#$ico" estados de mar

e$tremos son +enerados por e!entos ambientales e$cepcionales conba0a tasa anual de ocurrencia" tales como huracanes 3 tormentas dein!ierno. De esta 1orma la población de estados de mar de tempestadpuede ser caracterizada tambi#n por una distribución de probabilidadescon0unta de los parmetros ambientales" a0ustada a datos re1erentes aestos e!entos ambientales e$traordinarios.

La probabilidad de ocurrencia de una tempestad puede ser caracterizadapor la distribución de Poisson >-n+ e Tan+" (FH@.


923 Operati*idad del riser

Durante las operaciones de per1oración en a+uas pro1undas" losresponsables de lle!ar a cabo estas tareas se en1rentan a uno de los



problemas cla!es" las car+as en el riser" pro!ocadas por los di1erentesparmetros metocenicos 2ue se trataron en el Capítulo anterioradems de los mo!imientos de la plata1orma >%i+. H.(@. 8i no se e!alKan3 comprenden estos 1actores" se pueden +enerar +randes ries+os dee$ceder el inter!alo límite de dise7o del riser. ;stos ries+os aumentan elpotencial de p#rdidas o da7os a piezas críticas del e2uipo o de lesionesal personal.

;l dise7o de un riser comienza con el establecimiento de ciertas

condiciones esperadas de operación 3 un anlisis in+enieril paraestablecer ciertos parmetros como son tensión" Ie$ión" es1uerzoscombinados >m$imos 3 mínimos@" re2uerimientos de Iotación" los 5-Os>)esponse !mplitu#e Operators@ de la embarcación" etc. Otros 1actores2ue inIuencian el dise7o del sistema riser son la lon+itud del mismo>tirante de a+ua@" re2uerimientos dimensionales >espesor de la pared"dimetro" etc.@" resistencia a la presión interna" especi6caciones de laslíneas de matar 3 estran+ular" condiciones de mane0o 3almacenamiento" etc.

;l riser marino tiene mu3 poca estabilidad estructural. 8u capacidad pararesistir las car+as ambientales se deri!a de la tensión 2ue se le aplica.;ste debe dise7arse de acuerdo a su respuesta a las car+as ambientalese hidrostticas actuando sobre #l. ;ntre las limitaciones 1uncionales seencuentran los n+ulos de las 0untas es1#ricasIe$ibles 3 de la carrerade la 0unta telescópica" los es1uerzos promedios 3 alternantes" laresistencia de la columna al pandeo 3 al colapso" 3 las 1uerzas

trans1eridas al 9OP" cabezal 3 tubería de re!estimiento.Las características de resistencia del riser son dadas por su dimetro"espesor de pared 3 el +rado del acero. Los +rados comKnmenteutilizados son BH&" BH 3 BE' >-P*" &''(@.

;l sistema de tensionadores tambi#n re2uiere de cierto dise7o" donde laspoleas tensoras deben de estar colocadas de manera 2ue el n+ulo delriser sea minimizado 3 la !erticalidad del mismo sea ma$imizada al i+ual2ue su !ida Ktil.

Mientras el riser se encuentra en operaciones normales conectado alcabezal del pozo" este puede dise7arse debido a una tormenta de lar+aduración o al+Kn incidente con el sistema de posicionamiento.

,-M

P+ina




%i+. H.(.B P#rdida de posición" uno de los principales problemas en per1oraciónen a+uas pro1undas" ocasionado por corrientes marinas >dri1tBo@ o 1allos con elsistema de posicionamiento >dri!eBo@.

%uente: http:SSS.&hoshore.com

La principal problemtica 2ue presentan los risers es la si+uiente:

• Da7o por 1ati+a• %isuras en el riser• -trapamiento de la sarta de per1oración en el interior del riser• Pandeo• Colapso por presión e$terna

• ;stallamiento del riser por presión interna• Descone$ión accidental• De1ormación o ruptura de las líneas tensionadoras• Da7o al LM5P >LoSer marine riser pac<a+e@ 3 a los 9OPs

>pre!entores@• 5uptura de la 0unta telescópica• 5uptura de las 0untas Ie$ibles• De+ollamiento del cabezal del pozo

,-M

P+ina


;$istenincertidumbres en el comportamiento de un riser de per1oración ena+uas pro1undas. ;l da7o +enerado por ibraciones *nducidas pororticidad conocido por sus si+las en in+les como *" es uno de los

http://www.2hoffshore.com/




ma3ores problemas 3 potencialmente mu3 peli+roso. -l+unas de estasincertidumbres han sido identi6cadas como:

(. La !ariación de la ma+nitud 3 dirección de las corrientes marinasen a+uas pro1undas

&. La comple0idad de las características del */. Propiedades obtenidas de pruebas de tan2ue" no escalables). *ncertidumbres debidas a la propia calibración 3 dise7o de los

materiales con mediciones en el sitio de traba0o

Consecuentemente" la respuesta del riser ante las condiciones a las 2uese encuentra e$puesto debe ser monitoreada.

,ormalmente encontramos tres modos de operación de un riser deper1oración en instalaciones costa a1uera.

a@ Modo de per1oración. ;s la combinación de las condiciones delpozo 3 las ambientales en las 2ue todas las acti!idades propias dela per1oración pueden ser realizadas con se+uridad.

b@ Modo conectado sin per1orar. ;n este modo" las operaciones 2uepueden realizarse son las de circulación de Iuido de per1oración 3sacar la tubería.

c@ Modo de descone$ión. 8i las condiciones metocenicase$ceden los límites de

operación se+ura" el riser debe desconectarse para e!itar posiblesda7os al e2uipo super6cial o submarino.

Debido a la manera en 2ue los riser son utilizados" el dise7o de #ste nodebe estar separado de los procedimientos operacionales. Por e0emplo"cuando se est per1orando" los n+ulos de las 0untas es1#ricasIe$iblessuperior e in1erior deben mantenerse dentro de límites mu3 ba0os. 8inembar+o" en la presencia de condiciones metoceanicas se!eras" laper1oración deber interrumpirse 3 los n+ulos en las 0untas superior ein1erior puede rela0arse. Durante cambios operacionales como elanterior" el mane0o adecuado del riser debe dictar un cambio en latensión e0ercida. ;n condiciones aKn ms se!eras" el riser debe

desconectarse del 1ondo 3 ser col+ado 3 soportado en la plata1orma. ;stetipo de decisiones son parte del proceso del dise7o del riser 3 #stasdeben ser e!aluadas en los escenarios potenciales de operación.

,-M

P+inaE


92'23 Códigos 0 estándares

Los criterios de dise7o 3 prcticas recomendadas en este traba0o hansido consultados 3 deben ser lle!ados a cabo ba0o los si+uientes códi+os3 estndares de acuerdo a lo 2ue sea aplicable:



3 estndares de acuerdo a lo 2ue sea aplicable:

-P* 5P (Q Y V)ecommen#e# +ractice "or Design, (election, Operation

an# Maintenance o" Marine Drilling )iser (ystemsW" Primera ;dición(FF/ " 5ea6rmada &''(

-P* (5 Y V(pecication "or Marine Drilling )iser $ouplingsW" Primera;dición (FF" 5ea6rmada &'('

-P* (% Y V(pecication "or Marine Drilling )iser quipment” " Primera

;dición &'')" 5ea6rmada -+osto &'('

-P* 5P &8A Y *)ecommen#e# +ractice "or Design an# !nalysis o"

(tation/eeping (ystems "or Floating (tructures”, Primera ;dición 0112

PD *8OT5 (/&)B& Y Petroleum and natural +as industries ` VDrilling

an# pro#uction equipment” J Part &: DeepSater drillin+ risermethodolo+ies" operations" and inte+rit3.

5ecommended Practice Det ,ors<e eritas dn!BrpB1&'H Y V&lobal

+er"ormance !nalysis o" Deepater Floating (tructuresW" Octubre &'('

5ecommended Practice Det ,ors<e eritas D,B5PB1&' Y V)iser3ntegrity Management

V" -bril &''E

,-M

P+inaF

92%23 !#mites recomendados

;l anlisis del riser debe ser realizado para un inter!alo de parmetrosambientales 3 operacionales >-P*B5P" serie ( Q" 5" %" D,B5P %&'@. 8iel riser est siendo dise7ado" este re2uerir de un dise7o inicial 3 de ahí

comenzar a hacer iteraciones hasta 2ue los parmetros tales como elespesor de la pared 3 la resistencia del material sean satis1actorios parael ob0eti!o del dise7o.

8eleccionar la combinación adecuada de condiciones ambientales 3coe6cientes hidrodinmicos para el anlisis" re2uiere de buen 0uicio"e$periencia 3 un entendimiento total del tipo de anlisis de riser 2ue seest e0ecutando. Los parmetros cu3os límites son cla!es para el dise7o3 operación son los n+ulos de las 0untas superior e in1erior >%i+. H.&@" los

es1uerzos 3 el 1actor de se+uridad de DTL >Dinamic 4ension Limit @.




%i+. H.&.B ;l n+ulo de rotación de la 0unta no debe e$ceder loslímites recomendados %uente: http:SSS.&hoshore.com

La Tabla H.( recomienda la pauta para dise7o 3 operación para los tresestados de operación del riser. ;sta contiene dos m#todos para elcriterio de es1uerzo" en estado per1orando al menos uno debe desatis1acer. Generalmente el m#todo - es apropiado para la ma3oría delas pro1undidades" mientras el m#todo 9 es recomendado paralocaciones en a+uas pro1undas.

Tabla 92'23 Criterios de operación 0 diseBo para risers deperforación API RP ': Parmetro de dise7o 5iser Conectado 5iser

DesconectadoPer1orando ,oPer1orando

Nn+ulo medio de 0unta%le$ible8up.*n1.

& +rados ,- ,-

Nn+ulo m$imo de 0unta%le$ible8up.*n1.

) +rados F' E F'

Criterio de ;s1uerzo /M#todo - es1uerzo permitido)

'.)' '. '.

M#todo 9 ;s1uerzo permitido)

'. '. '.

*nter!alo de es1uerzo dinmico 8-% H EF).H

<,

,- ,-

8-% H (H 8-% ,- ,- Tensión mínima ,-,-M

P+inaE'


Límite de tensión dinmica

DTL DTL ,-

Tensión m$ima F' DTL F' DTL ,-( Criterios 2ue aplican deManera Global & ;s eles1uerzo mínimo de 1alla/ Todos los es1uerzos son calculados se+Kn el criterio de





,-M

P+inaE(

on Mises ) ;l criterio calculado es el es1uerzo estticomas el es1uerzo dinmico H 8-% es i+ual a V(tress !mplicator Factor W

E 5educe considerable con la tubería de per1oracióndentro del pozo.

na tensión mínima > @ debe ser establecida para ase+urar la estabilidad

del riser. ;sta tensión debe ser su6ciente para mantener la tensióne1ecti!a siempre positi!a a lo lar+o del riser" incluso cuando 1alle uno delos tensionadores. 8e calcula de la si+uiente manera:

Donde:

Tensión mínima en el anillo detensión

,Kmero de tensionadoressoportando alriser

%actor de reducción" usualmente de

'.F a'.FH

,Kmero de tensionadores su0etosa una1alla repentina

;l límite de tensión dinmica > @ se de6ne como la tensión m$imapermisible multiplicada por el rea hidrulica e1ecti!a" di!idida entre elnKmero de 0untas del riser.

Donde: Presión m$ima permitida Nrea hidrulica e1ecti!a de la

tubería

,Kmero de 0untas de la tubería

La tabla H.& muestra una comparati!a de di1erentes !alores normadospara los es1uerzos m$imos durante la operación del riser deper1oración.


Tabla 92%23Comparación de di*ersas normas respecto al esfuer$o má,imode on Mises

Clasi1cación API RP ': API RP % R. ISO '8:%(3%Operando '. '. '.

No operando '. '.E '.E.escone,ión '. (.' (.'



,-M

P+inaE&

;l propósito del anlisis de es1uerzos m$imos es ase+urar 2ue el risertiene la capacidad estructural para soportar las car+as m$imas dedise7o. 8e sabe 2ue esto se ha lo+radocuando el riser es capaz de soportar las car+as m$imas dise7adasmientras mantiene los m$imos es1uerzos por deba0o de los límitespermisibles.

;l riser marino debe ser debidamente e2uipado 3 monitoreado paraase+urar un 1uncionamiento se+uro 3 adecuado. ;l e2uipo debeadaptarse a la se!eridad de las operaciones 3 de las condicionesclimticas. ;l personal de operaciones debe tener el conocimiento1undamental de las relaciones 2ue a1ectan el desempe7o del riser asícomo de su principio de operación. ;l 2uipo de monitoreo del riserinclu3e: indicador de n+ulo del riser" indicadores de la posición en ela+u0ero" medición de tensión" 3 sistema de !ideo 3 tele!isión.

92823 Suspensión de operación con riser conectado

;n caso de 2ue las condiciones climticas empeoren u ocurra al+una 1allaen los e2uipos" los traba0os de per1oración deben ser suspendidos. 8i lasituación no es lo su6cientemente crítica como para desconectar ele2uipo se recomienda lo si+uiente:

a@ Monitoreo de la 0unta Ie$ible o es1#rica" de la deri!a de laplata1orma" del peso 2ue e0erce el Iuido de per1oración 3 de la

tensión del riser.b@ 8i el n+ulo de la 0unta Ie$ible e$cede los / +rados 3 no puede

corre+irse a0ustando la tensión" las tareas 2ue in!olucran elmo!imiento de la tubería en el pozo debeninterrumpirse.

c@ 8i las condiciones continKan empeorando" se deben tomar lasmedidas necesarias para iniciar la descone$ión del riser.

8e debe realizar una e!aluación del n+ulo de las 0untas superior e

in1erior !ariando el peso del Iuido de per1oración con el 2ue se est#traba0ando así como de la tensión del riser. De esta manera se puedeestablecer una !entana de operación >%i+. H./@ 2ue de6na los límites enlos cuales los traba0os deben ser suspendidos.


92(23 .escone,ión

Como parte del dise7o de un riser de per1oración se debe incluir unanlisis de deri!a o p#rdida de posición de la plata1orma Iotante cuando#sta posee un e2uipo para controlar su posición dinmicamente. ;l



p 2 p p p

ob0eti!o del anlisis es determinar cundo iniciar los procesos dedescone$ión ba0o condiciones ambientales se!eras o de p#rdida deposición se!era.

%i+. H./.B entanas de operación típica para un riser de per1oración en a+uas pro1undasOset !s corriente 3 Oset !s +rado de rotación de las 0untas Ie$ibles

%uente: http:SSS.&hoshore.com

,-M

P+inaE/


;l inter!alopotencial de p#rdida de posición es mu3 e$tenso 3 puede incluir 1allasdel sistema de posicionamiento dinmico hasta condiciones climticasse!eras.





Las limitacionesdel buen desempe7o operati!o del riser son establecidas por eldise7ador 3 pueden ser presentadas en +r6cas" en las cuales semuestra el m$imo desplazamiento de la plata1orma contra el n+ulo derotación de la 0unta Ie$ible >%i+. H./@. *denti6car 3 establecer el punto dedescone$ión es la primera tarea en este anlisis. Los 1actores en los 2uepuede inIuir el o set m$imo son:

• Colisión entre el riser de per1oración 3 la estructura de laplata1orma >rea del moonpool@

• ;$ceder los límites de las 0untas Ie$ibles superiorin1erior• 8obrecar+a en el cabezal del pozo• La tensión del riser• Condiciones internas >presión" peso del Iuido" etc.@

;l ob0eti!o en el anlisis de descone$ión es ase+urar 2ue los límitesestablecidos durante el dise7o no sean e$cedidos" 3 en caso de

presentarse una condición de operación no deseada e1ectuar unadescone$ión se+ura. De esta manera el anlisis se basa en las car+as oes1uerzos permitidos para cada elemento del sistema del riser.

La combinación crítica de las condiciones climticas 3 deldesplazamiento de la plata1orma por causa de estas acciones >dri1tBo@debe ser identi6cada. ;$isten dos anlisis para esta combinación:

a@ Primero realizar un anlisis sin las car+as dinmicas inducidas por

las olas. *denti6car las p#rdidas de posición crítica en las 2ue loscriterios de descone$ión son e$cedidos" despu#s analizar estaposición a+re+ando las car+as dinmicas producidas por las olaspara estimar el ran+o de car+as dinmicas. ;stos dos resultadospueden ser utilizados para identi6car el punto de descone$ión.

b@ 5ealizar un anlisis de p#rdida de posición inclu3endo todas lascar+as rele!antes" las condiciones de corrientes 3 olas" así comoel historial de dri1tBo.

Para e!aluar de manera correcta estas condiciones transitoriasinherentes a la p#rdida de posición debe realizarse un anlisis dinmicoen el dominio del tiempo.

Cuando las condiciones climticas e$ceden los límites de o eración

,-M

P+inaE)


consideradas para2ue le sistema de col+amiento pro!ea un soporte adecuado 3 resista lascar+as a$iales 3 trans!ersales del riser suspendido" sin 2ue este o laplata1orma se da7en.



Cuando el riser esdesconectado 3 col+ado" se llena con a+ua de mar 3 se le!anta para 2uese libere totalmente el lecho marino. Las cur!as de operación debenrealizarse con anticipación ba0o las condiciones 2ue puedan presentarse.

La condición decol+amiento del riser puede pro!ocar un incremento al da7o por 1ati+apor lo 2ue este debe ser e!aluado. n re+istro detallado debe serrealizado mientras este permanezca en esta condición 3 re!isadocontinuamente para e!aluar la inspección de las 0untas 3 la inte+ridaddel mismo.

,-M

P+inaEH


:23 Análisis

;n esta sección se describe el modelo estructural de la plata1ormasemisumer+ible 3 del riser de per1oración" así como los anlisis 3resultados obtenidos al ser sometido el sistema a di1erentes estados de



mar en una locación con un tirante de a+ua de &"(&E m del norte delGol1o de M#$ico. 8e e!alKa el desempe7o del riser" su con6+uraciónesttica 3 dinmica" así como los es1uerzos +enerados por los di1erentesestados de mar a los 2ue es sometido. De i+ual 1orma se obser!an losdesplazamientos de la plata1orma para determinar el momento en 2uelos límites operacionales recomendados son superados 3 debe lle!arse acabo el paro de la per1oración 3 la descone$ión del riser. ;l anlisisestructural dinmico /D se e1ectuó con el pro+rama DeepC >D," &'((@.

:2'23 Análisis estático

;l ob0eti!o del anlisis esttico es encontrar el e2uilibrio del sistema ba0olos e1ectos de peso 3 Iotación del riser" el desplazamiento lateral de laplata1orma debido a las acciones del !iento" del olea0e 3 la corrientemarina" sin 2ue ocurra !ariación de estos parmetros en el tiempoJ lo2ue nos dar como resultado el estado de es1uerzos a lo lar+o del riser 3las líneas de amarre" 3 el desplazamiento lateral de la plata1orma"

creando el estado de de1ormaciones 2ue ser utilizado a continuaciónen el anlisis dinmico.

:2%23 Análisis dinámico

;l anlisis dinmico resuel!e la ecuación matricial de mo!imiento"mencionada en el capítulo cuarto" una !ez 2ue las car+as 2ue actKansobre el sistema" +eneradas por 1actores metocenicos" !arían en eltiempo. na !ez realizado el anlisis se obtienen los !alores m$imos de

desplazamiento de la plata1orma" 3 de es1uerzos 3 de1ormaciones de losdi1erentes componentes del riser de per1oración con los cuales se !eri6casi se e$ceden o no" los !alores límite para los di1erentes parmetros 2ue+obiernan la operación del riser.

:2823 .atos del análisis

:282'23 Con1guración del riser

;l riser de per1oración >%i+. .(@ es un ducto de &( pul+adas >'.H//) m@de dimetro" de acero +rado BE'" con una lon+itud total de &"(/) mhasta la 0unta telescópica" 3 &"(HE m hasta la 0unta es1#rica o Ie$ible. ;llodo de per1oración hasta una densidad de ).H circula en el interior de

,-M

P+inaE




%i+. .(.B Modelo es2uemtico del riser 2uese analiza. >%i+ura obtenida de P;Pmodi6cada para este traba0o@

La parte superior de la 0unta telescópica est conectada a una 0untaes1#rica 2ue le permite el mo!imiento de rotación alrededor de los e0es" 4 3 . La 0unta telescópica es una tubería de &( pul+adas >'.H//) m@de dimetro 3 de &) m de lon+itud" con una carrera m$ima de (F m2ue actKa como un resorte 2ue absorbe las car+as !erticales en el riser atra!#s de su de1ormación. La 0unta telescópica se modeló a tra!#s de H

secciones de tubo con di1erente ri+idez a$ial partiendo de la ri+idez delriser" re!isando 2ue la elon+ación m$ima no e$ceda los (F m >carreram$ima de la 0unta@. La distribución de ri+idez del,-M

P+inaE


riser 3 de loselementos utilizados para modelar la 0unta telescópica" 0unto con suscaracterísticas principales se presentan en la Tabla .(.

Ta

bl : ' C 1 ió t # ti d l i

Componente

D.*.>m@

D.;.>m@

Nreasección

T

Lon+itud>m@

Peso>A+m@

5i+idez-$ial >,@

5i+ideza la

%l ió

5i+idez Torsion

l >



bla :2'23 Con1guración 0 caracter#sticas del riser

,-M

P+inaEE

Trans!ersal >@

%le$ión >

@

al >@

=unta Telescópi

casección (

'.)EH '.H//)

'.'/E(F H &F' HF).He/ &HEe (EFe

=unta Telescópi

ca

sección &

'.)EH '.H//)

'.'/E(F H &F' HF).He/ &HEe (EFe

=unta Telescópi

casección /

'.)EH '.H//)

'.'/E(F H &F' F/eH &HEe (EFe

=unta Telescópi

casección )

'.)EH '.H//)

'.'/E(F H &F' F/e &HEe (EFe

=unta Telescópi

casección H

'.)EH '.H//)

'.'/E(F ) &F' F/e &HEe (EFe

5iser '.)EH '.H//)

'.'/E(F &(/) &F' F/e &HEe (EFe

Modulo de%lotación

'.H//) (.&E&

(.'E ,- )H&.'E ,- ,- ,-

,-_ ,o -plica

La cone$ión in1erior del riser se modela como un elemento simplementeapo3ado en el lecho marino" restrin+iendo los mo!imientos de traslación3 permitiendo el mo!imiento de rotación alrededor de los e0es " 4 3 .;n este punto se considera una ri+idez alta emulando las característicasdel con0unto de pre!entores marinos 3 el L5MP.

:282%23 Plataforma 0 l#neas de amarre

;l riser se encuentra conectado en la parte superior a una plata1ormasemisumer+ible de cuatro columnas 3 pontones +emelos" con lascaracterísticas mostradas en la 6+ura .& modelada con el so1tSareG;,*; >D," &'((@. Los mo!imientos de la plata1orma son +eneradosprincipalmente por las olas presentes en la locación" 3 la respuesta de#sta a dicho olea0e se representa a tra!#s de operadores de amplitud derespuesta o 5-Os. Los


5-Os indican paracada +rado de libertad la ma+nitud del mo!imiento de la plata1ormanormalizados con respecto a la amplitud de olea0e. -simismo" a tra!#s delos 5-Os es posible identi6car las 1recuencias del olea0e 2ue +eneranma3or respuesta de la unidad Iotante.



%i+. .&.B Modelo de Plata1orma 8emisumer+ible utilizado en el

anlisis hidrodinmico %uente: D," &'(/ >capturade pantalla@

Las líneas de amarre son elementos esbeltos 2ue se utilizan paracontrolar los desplazamientos 3 mantener en la ubicación deseada a laplata1orma semisumer+ible durante la per1oración. Dichas líneas seencuentran su0etas a la plata1orma semisumer+ible en su e$tremosuperior 3 al lecho marino en su e$tremo in1erior" 3 de la misma 1orma

2ue el riser se !en a1ectadas por las car+as +eneradas por lascondiciones,-M

P+inaEF


metocenicaspresentes 3 por los desplazamientos de la plata1orma. ;n el anlisis seinclu3en estas líneas en el modelo para +arantizar 2ue el mo!imiento dela plata1orma >dri1tBo@ sea mínimo 3 se encuentre dentro de los límitesestablecidos para continuar con la per1oración >D," &'('J -P*" (FFEJ-P* &''(@



-P*" &''(@.

;l sistema deamarre cuenta con (& líneas de /"H' m de lon+itud" en un arre+lo de /líneas por columna >!er 6+ura.B ./@. Cada línea de amarre se componepor un tramo inicial de )'' m de cadena" se+uido de un tramo de &"HH'm de cable 3 por Kltimo un tramo de E'' m de cadena hasta el ancla.Las características de las líneas de amarre se muestran en la Tabla .&:

Tabla:2%23 Con1guración 0 caracter#sticas de las l#neas deamarre

Material Lon+itud>m@

Dimetro>m@

Peso>A+m

@

5i+idez a$ial>,@

Cadena )'' '.'FEH ('.F& /))E/FHCable &HH' '.'E&HH /(.)E& /F/'FFHH

Cadena E'' '.'FEH ('.F& /))E/FH

%i+. ./.B Distribución de las líneas de amarre del modelo utilizado en elpro+rama DeepBC.

,-M

P+inaF'


Para mantener lacon6+uración inicial tanto del riser como de las líneas de amarre+eneradas por su peso propio 3 las 1uerzas de empu0e hidrostticas" asícomo de 1uerzas de preBtensión aplicadas en sus e$tremos superiores"1ue necesario a+re+ar al modelo una 1uerza actuando en el ori+en delsistema sobre el e0e 3 en dirección ascendente ;sta 1uerza debe ser



sistema sobre el e0e 3 en dirección ascendente. ;sta 1uerza debe serdebidamente calculada 3 tiene 2ue ser su6ciente para 2ue el sistema seencuentre en e2uilibrio !ertical al inicio del anlisis.

Para el modelo deanlisis la 1uerza 2ue proporciona el e2uilibrio !ertical de la plata1ormatiene una ma+nitud de &)")(( A," 2ue es resultado de la suma de laspretensiones re2ueridas en cada punto de cone$ión >"airlea#5 de las

líneas de amarre con el casco de la plata1ormaJ en la %i+. .) se ilustracomo esta 1uerza se aplica en el modelo.

%i+. .).B %uerza aplicada para compensar la pretensión.%uente: D," &'(/

:282823 Estados de mar

Cada uno de los estados de mar a los 2ue es sometida la plata1ormasemisumer+ible de per1oración durante un anlisis estructural dinmicorepresenta una simulación de las condiciones ambientales de corto

plazo con una duración de / horas >('E'' se+undos@.;$isten tres parmetros 2ue se necesitan para describir el campo deolea0e 2ue actKa sobre la plata1orma" estos son >Da Costa" &''@:

i.Periodo pico >[email protected] es el tiempo 2ue transcurre entre el paso de doscrestas o dos !alles consecuti!os por un mismo punto" 3 corresponde alperiodo con ma3or ordenada en el espectro de olea0e.

ii.-ltura si+ni6cante >[email protected] es el promedio del tercio ms alto de las

alturas de ola presentes en un sitioJ siendo la altura de una ola ladistancia !ertical entre la cresta 3 el,-M

P+inaF(


si+uiente !alle.Para una ola lineal" la amplitud de la cresta es i+ual a la amplitud del!alle" los cuales son di1erentes para una ola noBlineal.

iii. Tirante de

a+ua.B es la distancia !ertical entre el lecho marino 3 el ni!el medio del



a+ua. es la distancia !ertical entre el lecho marino 3 el ni!el medio delmar. Para las teorías de ola" el lecho marino es asumido horizontal 3plano.

Los estados demar se componen de un per6l de !elocidades de corrientes marinas" unper6l de !elocidades de !iento 3 de una altura si+ni6cante de ola >?s@ 3su periodo pico >Tp@" cada uno actuando en una dirección especí6ca.Cada con0unto de parmetros ambientales tienen di1erentes ma+nitudes

para periodos de retorno >T5@ de ( a7o" (' a7os" ('' a7os" etc.Generalmente" las car+as +eneradas en el sistema estructural sonma3ores cuando la dirección de cada una de estas acciones actKa demodo coBlineal" es decir" actuando todos en la misma dirección.

La estimación deun e!ento 2ue puede presentarse cada ('' a7os" tiene 2ue sere$trapolada de solo unos pocos a7os de los re+istros e1ectuados encampo. ComKnmente la intensidad de un olea0e de ('' a7os no ocurrecon la m$ima intensidad de las corrientes marinas de ('' a7os"especialmente en re+iones como el -tlntico ,orte o el Gol1o de M#$ico.Los criterios de dise7o para estas re+iones" comKnmente combinan unolea0e 3 !iento de ('' a7os con una corriente de (' a7os >Cha<rabarti"&''H@.

De acuerdo a lanormati!idad -P* 5P &-" *8O (FF'(B(" es necesario considerar un periodo

de retorno de ('' a7os para realizar el dise7o de la plata1orma 3 delriser de per1oración 3 ase+urar los límites operati!os del sistema.

Las característicasde los estados de mar considerados para el dise7o del riser son propiasde la parte ,orte del Gol1o de M#$ico 3 se presentan en las Tablas ./ 3.).

,-M

P+inaF&

Tabla :2823 Caracter#sticas deola 0 *iento7

Parmetro T5_ (' a7os T5_ ('' a7oselocidad del

!iento a ('m sobre eln.m.m.

&'.F ms &/.F ms

-lturasi+ni6cantedel olea0e

>?s@

.H m E.H m

Periodo picodel

olea0e >Tp@

(( s (&.E s> T5_ Periodo de5etorno@



%i+.B .H.B Con6+uración esttica de la plata1orma de per1oración 3 !ariación de 1uerza

a$ial en elementos estructurales.

;n la %i+. .H se puede obser!ar 2ue los ma3ores es1uerzos ocurren en laparte in1erior del riser" en donde se encuentra la cone$ión con elcon0unto de pre!entores 3 la cabeza del pozo. La !ariación de la tensióna lo lar+o del riser se presenta en las Gr6cas .( 3 .&" para los anlisisestructurales con estados de mar con periodos de retorno de (' 3 (''a7os respecti!amente.

Gr6ca .(.B ariación de 1uerza a$ial esttica en el riser para unatormenta de (' a7os de periodo de retorno

,-M

P+inaF)




Gr6ca .&.B ariación de 1uerza a$ial esttica en el riser para unatormenta de ('' a7os de periodo de retorno.

Con base en la con6+uración esttica del sistema" se procede a e1ectuarel anlisis dinmico en el dominio del tiempo. ;l anlisis dinmico see1ectuó para una duración de ('E'' s" con un incremento de tiempo de( s 3 con una rampa inicial de ('E' s. La inclusión de la rampa tu!o la6nalidad de incrementar paulatinamente la intensidad de las accionesdel !iento" olea0e 3 corrientes marinas" para +arantizar la con!er+enciadel m#todo num#rico.

na !ez e1ectuado el anlisis dinmico se procede a re!isar loselementos mecnicos 3 las de1ormaciones de cada uno de los elementosen los 2ue est di!idido el sistema. Como se mencionó anteriormente"

los es1uerzos m$imos se presentan en el 1ondo del riser" esto puedeocurrir debido a la 1uerza de empu0e !ertical +enerada por los módulosde Iotación su0etos al riser. - continuación se presentan las +r6cas dela !ariación dinmica de la 1uerza a$ial en el primer elemento del riser"un elemento intermedio 3 el Kltimo elemento del riser" es decir" los 2uese encuentran al t#rmino de la 0unta telescópica" a una pro1undidad de("''' m 3 el 2ue se encuentra conectado al soporte en el lecho marino"respecti!amente" para obser!ar la di1erencia entre la respuestaestructural del riser a lo lar+o de su lon+itud" para estados de mar de ('3 ('' a7os.

rá1cas dinámicas de fuer$a a,ial para una tormenta de '& aBos

Gra6ca./.B ;lemento superior del riser >%uerza a$ial

m$ima E"HFF A,@,-M

P+inaFH




Gr6ca .).B ;lemento intermedio del riser >%uerza a$ialm$ima F"(H A,@

Gr6ca .H.B ;lemento in1erior del riser >%uerza a$ialm$ima F"/E A,@

rá1cas dinámicas de fuer$a a,ial para unatormenta de '&& aBos

Gr6cas ..B ;lemento superior del riser >%uerza a$ialm$ima (("F() A,@

,-M

P+inaF




Gr6cas ..B ;lemento intermedio del riser >%uerza a$ialm$ima (&"/EE A,@

Gr6ca .E.B ;lemento in1erior del riser >%uerza a$ial m$ima(/"(F A,@

Las 1uerzas a$iales 2ue se e0ercen a lo lar+o del riser deben ser detensión" de lo contrario" al presentarse compresión" el sistema essusceptible a 2ue e$ista pandeo >buc<lin+@.

Para !isualizar como es 2ue estos es1uerzos actKan sobre el riser sepresenta una +r6ca del criterio de on Mises de acuerdo a la norma -P*5P (Q >Gr6ca .F@ en donde se puede apreciar 2ue los es1uerzosm$imos e0ercidos se encuentran por deba0o del límite establecido como

permisible para aceptar el dise7o.

;s importante mencionar 2ue los nodos inicial 3 6nal del riser 1ueronestablecidos en el modelo como nodos con libertad de rotación teniendola 1unción de 0unta Ie$ible" por lo 2ue" re!isando el n+ulo de rotacióncon respecto a la !ertical de ambos nodos se !eri6ca 2ue se mantienenpor deba0o de los límites permitidosJ con lo cual" se puede establecer2ue se satis1ace este estado límite de dise7o. Las rotaciones m$imas delas 0untas superior e in1erior del riser se muestran en la Tabla ." lascuales son menores a los ) permitidos por la norma -P* 5P (Q.,-M

P+inaF


Tabla :2:23 Jngulos de rotación de las /untas Ge,iblessuperior e inferior 5otación

m$imapermisible

T5 del estado demar(' a7os ('' a7os

> d



%= >nodoinicial@

) '.F& &.&F

L%= >nodo 6nal@ ) &.& &.

Gr6ca .F.B 5e!isión criterio de es1uerzos de on Mises a lo lar+o delriser.

;l desplazamiento lateral de la plata1orma con1orma una parte !ital en elanlisis" 3a 2ue #ste debe ser tal 2ue los criterios de on Mises así comoel de la rotación m$ima de las 0untas Ie$ibles se manten+an pordeba0o de los límites establecidos. De esta manera el desplazamientolateral m$imo de la plata1orma se determina de acuerdo a los límites delos elementos críticos en el sistema mencionados en la sección H.) de

este traba0o >-P*" &''(J -P*" &''H@" usualmente se mantiene por deba0odel H del tirante de a+ua" pero este !alor !aria para di1erentescon6+uraciones del sistema" así como para las condiciones operati!as alas 2ue sea sometido.

;n las Gr6cas .(' 3 .(( se muestra el desplazamiento lateral m$imo2ue su1re la plata1orma de per1oración para los estados de mar conperiodos de retorno de (' 3 (''

,-M

P+inaFE


a7osrespecti!amente" para los cuales se determina 2ue se puede continuarlas acti!idades de per1oración 3a 2ue los límites establecidos no sonsuperados.



Gr6cas .('.B Desplazamiento lateral de la plata1orma para un estadode mar con T5_(' a7os >!alor m$imo:&metros@.

Gr6cas .((.B Desplazamiento lateral de la plata1orma para un estadode mar con T5_('' a7os >!alor m$imo: Fm@.

;n la Tabla . se muestran los desplazamientos laterales >osets@m$imos de la plata1orma ante los estados de mar con periodos deretorno de (' a7os 3 ('' a7os. ;n ambos casos se puede obser!ar 2uela plata1orma su1re un desplazamiento lateral de & m 3 F me2ui!alente al &.F 3 /.& del tirante de a+ua respecti!amente.

Tabla :2;23 .espla$amiento lateral de la plataforma ante losestados de mar con periodo de retorno de '& aBos 0 '&& aBos

Oset m$imo -nlisis (' a7os & mPorcenta0e del tirante de a+ua &.F Oset m$imo -nlisis ('' a7os F mPorcenta0e del tirante de a+ua /.&

Tirante de a+ua >T.-.@ _&"(&E m

,-M

P+inaFF


;l anlisis dedise7o nos muestra 2ue el riser soportar las car+as +eneradas por los1actores metocenicos presentes en la locación 3 2ue la plata1ormapresentar desplazamientos laterales adecuados" 3a 2ue nin+uno de loslímites permisibles es sobrepasado.

:2923 Identi1cación de l#mites de operación del riser



,-M

P+ina(''

Teniendo demostrado" por medio del anlisis de dise7o" 2ue el risersoporta las car+as m$imas 3 permanece por deba0o de los límitesrecomendados para los periodos de retorno establecidos" #ste essometido a condiciones metocenicas aKn ms se!eras 2ue pudieranpresentarse durante un e!ento de tormenta con intensidad superior a lasde dise7o.

Los anlisis estructurales de la plata1orma de per1oración se denominancomo Monitor(" Monitor& 3 Monitor/. La 6nalidad de estos anlisis esre!isar 3 determinar si se presenta la ocurrencia de 2ue al+uno de loslímites establecidos sea alcanzado 3o sobrepasado para incrementosmínimos 2ue pudieran presentarse en las condiciones metoceanicasdurante una tormenta" como el incremento de la altura de ola 3 de las!elocidades de !iento o de las corrientes marinasJ las cuales +eneren lanecesidad de interrumpir las acti!idades o inclusi!e desconectar el riserde per1oración.

Los resultados de dichos anlisis se muestran en las si+uientessecciones.

Monitor'

Las condiciones ambientales en este caso de estudio se incrementaron alos si+uientes !alores: !elocidad de !iento de &).& ms" una !elocidad

de corriente marina de hasta '.'H ms en las zonas super6ciales 3 unaaltura de ola si+ni6cante de E.H m. ;stos incrementos en el estado demar +eneran nue!as respuestas estructurales en los componentes de laplata1orma. ;n las Gr6cas .(&" .(/ 3 .() se muestran las!ariaciones dinmicas de las 1uerzas a$iales en los elementos superior"intermedio e in1erior del riser" mientras 2ue en la +r6ca .(H semuestra el desplazamiento lateral de la plata1orma.


G 6 (& ;l t i d l i >% i l



Gra6ca.(&.B ;lemento superior del riser >%uerza a$ialm$ima (/"/)E A,@

Gr6ca .(/.B ;lemento intermedio del riser >%uerza a$ialm$ima (&"H)F A,@

Gr6ca .().B ;lemento in1erior del riser >%uerza a$ialm$ima (&"(F A,@

;l desplazamiento m$imo de la plata1orma es de & m >Gr6ca .(H@"siendo ma3or comparado con la tormenta de ('' a7osJ representa une2ui!alente al /./E del tirante de a+ua.

,-M

P+ina('(




Gr6cas .(H.B Desplazamiento lateral m$imo de laplata1orma & metros.

;l incremento en las condiciones metoceanicas +eneran un incrementoen el desplazamiento así como en el n+ulo de rotación de las 0untas

Ie$ibles >Tablas .E 3 .F@Tabla :2H23 .espla$amiento lateral de la plataforma

ante los estados de mar correspondiente a Monitor'Oset M$imo Plata1orma & mPorcenta0e del tirante de a+ua /./E


Tabla :2K23 Jngulos de rotación de las /untas Ge,ibles superiore inferior en Monitor'5otaciónm$im

apermisible

5otaciónMonitor(

%= >nodo inicial@ ) '.F&L%= >nodo 6nal@ ) &.EH

,-M

P+ina('&




Gr6ca .(.B Comparación de es1uerzo de on Mises en los anlisis dedise7o" es1uerzo límite 3 anlisis Monitor(

;n la Gr6ca .( se puede obser!ar 2ue los es1uerzos para el anlisisMonitor( permanecen deba0o del límite marcado por el criterio de onMises a lo lar+o de todo el riser. ;l desplazamiento lateral de laplata1orma muestra 2ue los !alores recomendados para el criterio deon Mises 3 para la rotación de las 0untas Ie$ibles no es superado" porlo 2ue se establece 2ue las acti!idades de per1oración se+ura puedencontinuar con un desplazamiento lateral de la plata1orma e2ui!alente al/./E del tirante de a+ua.

Monitor%

Las condiciones se incrementan alcanzando una !elocidad de !iento de&).H ms" una !elocidad de corriente marina de hasta '.& ms en laszonas mas super1ciales 3 una altura de ola de E.E/ m. ;stas !ariacionesse !isualizan en los es1uerzos e0ercidos en el riser >Gr6cas .(" .(E 3.(F@ 3 el desplazamiento de la plata1orma.

,-M

P+ina('/


Gra6ca.(.B ;lemento superior del riser >%uerza a$ial



Gra6ca.(. ;lemento superior del riser >%uerza a$ialm$ima (&")H A,@

Gr6ca .(E.B ;lemento intermedio del riser >%uerza a$ialm$ima (/"'/ A,@

Gr6ca .(F.B ;lemento in1erior del riser >%uerza a$ial m$ima

()"&'E A,@

;l desplazamiento m$imo de la plata1orma es de E m >Gr6ca .&'@"siendo ma3or comparado de Monitor( 3 representa un /. del tirantede a+ua.

,-M

P+ina(')




Gr6cas .&'.B Desplazamiento lateral m$imo de laplata1orma E metros.

;l incremento en las condiciones metoceanicas +eneran un incrementoen el desplazamiento así como en el n+ulo de rotación de las 0untasIe$ibles >Tablas .(' 3 .((@

Tabla :2'&23 .espla$amiento lateral de la plataformaante los estados de marcorrespondiente a Monitor%

Oset M$imo Plata1orma E mPorcenta0e del tirante de a+ua /.

Tirante de a+ua >T.-.@ _

&"(&E m

Tabla :2''23 Jngulos de rotación de las /untas Ge,iblessuperior e inferior en Monitor%

5otaciónm$im

apermisible

5otaciónMonitor&

%= >nodo inicial@ ) (.)FL%= >nodo 6nal@ ) /.E

,-M

P+ina('H




Gr6ca .&(.B Comparación de es1uerzo de on Mises en los anlisis dedise7o" es1uerzo límite 3 anlisis Monitor&

Para el anlisis Monitor& el desplazamiento de la plata1orma" e2ui!alenteal /. del tirante de a+ua" muestra es1uerzos en el riser 2ue superanel límite establecido" siendo #ste el m$imo desplazamiento lateralpermisible para este sistema. 8e obser!a en la Gr6ca .&( 2ue el límiteestablecido para el criterio de on Mises es li+eramente superado cones1uerzos m$imos en la parte in1erior del riser 2ue se acercan al '.Edel

. ;l criterio de rotación de las 0untas Ie$ibles superior e in1erior"aun2ue se encuentra

mu3 cercano al límite" no es superados con (.)F 3 /.Erespecti!amente. Debido a 2ue el criterio de on Mises es superado" lasacti!idades de per1oración deben ser suspendidas.

Monitor8

Las condiciones se incrementan alcanzando una !elocidad de !iento de&H.( ms" una !elocidad de corriente marina de hasta './ ms en laszonas mas super1ciales 3 una altura de ola de F m. ;stas !ariaciones se

!isualizan en los es1uerzos e0ercidos en el riser >Gr6cas .&&" .&/ 3.&)@ 3 el desplazamiento de la plata1orma.,-M

P+ina('


Gra6ca.&&.B ;lemento superior del riser >%uerza a$ial i (& &'' A,@



m$ima (&"&'' A,@

Gr6ca .&/.B ;lemento intermedio del riser >%uerza a$ialm$ima (/"EHE A,@

Gr6ca .&).B ;lemento in1erior del riser >%uerza a$ial m$ima("H&/ A,@

;l desplazamiento m$imo de la plata1orma es de E&.'/ m >Gr6ca.&H@" siendo ma3or comparado con todos los anlisis anterioresJrepresenta el /.F del tirante de a+ua" el cual e$cede el /.establecido como desplazamiento lateral m$imo permisible.

,-M

P+ina('




Gr6cas .&H.B Desplazamiento lateral m$imo de laplata1orma E&.'/ metros.

;l incremento en las condiciones metoceanicas +eneran un incrementoen el desplazamiento así como en el n+ulo de rotación de las 0untas

Ie$ibles >Tablas .(& 3 .(/@

Tabla :2'%23 .espla$amiento lateral de la plataformaante los estados de marcorrespondiente a Monitor8

Oset M$imo Plata1orma E& mPorcenta0e del tirante de a+ua /.F


Tabla :2'823 Jngulos de rotación de las /untas Ge,iblessuperior e inferior en Monitor8

5otaciónm$im

apermisible

5otaciónMonitor/

%= >nodo inicial@ ) (.L%= >nodo 6nal@ ) )./

,-M

P+ina('E




Gr6ca .&.B Comparación de es1uerzo de on Mises en los anlisis dedise7o" es1uerzo límite 3 anlisis Monitor/

;l anlisis Monitor/ muestra en la +r6ca .& 2ue supera el límite delCriterio de on Mises con car+as m$imas 2ue +eneran es1uerzos

cercanos al '.E del del material. Lo anterior se debe a 2ue la plata1ormatiene un desplazamiento lateral de E& m e2ui!alente al /.F del tirantede a+ua" el cual supera el /. establecido como m$imo. La rotaciónde la 0unta in1erior supera el límite recomendado de ) con una rotaciónde )./. -l ser superados los límites recomendados se indica 2ue debee$istir el paro de acti!idades de per1oración 3 debe e$istir ladescone$ión del riser de per1oración del e2uipo submarino para e!itar2ue #ste se da7e 3 e!itar un ma3or tiempo improducti!o.

Los di1erentes anlisis muestran cierta respuesta estructural del riser 3 laplata1orma semisumer+ible ante las 1uerzas +eneradas por lascondiciones metocenicas. 8e obser!a 2ue si las condicionesmetocenicas son ms se!eras los es1uerzos en el riser" los n+ulos derotación 3 los desplazamientos de la plata1orma son ma3ores 3 cada !ezms cercanos a los límites establecidos.

;n un escenario real es necesario utilizar el sistema de monitoreo 3

control del riser para determinar el estado operacional del riser encual2uier punto de la lon+itud total de #ste.,-M

P+ina('F


;n el anlisisMonitor/ el n+ulo de la 0unta es1#rica in1erior supera el límiteestablecido" lo 2ue su+iere aKn ma3or ries+o. ;s re2uerido establecer elpunto de descone$ión del riser >!er sección H.)@ considerando elhistorial de e$cursión de la plata1orma para conocer la zona de

operación se+ura" así como el desplazamiento de la 0unta telescópica 3su pro$imidad al rea del moon pool en la plata1orma con la 6nalidad depre!enir 3 e!itar la colisión entre estos dos elementos.



p 3

8i las condicionesmetocenicas empeoran 3 la descone$ión del riser del cabezal del pozoes re2uerida" es necesario acti!ar el sistema de descone$ión deemer+encia 3 lle!ar a cabo esta acti!idad de manera e6ciente 3 se+urapara +arantizar 2ue el riser de per1oración así como la plata1orma 3 el

e2uipo en el lecho marino no su1ran da7os estructurales 3 de estamanera e!itar un ma3or tiempo improducti!o >,PT@.

,-M

P+ina(('


Conclusiones

;n M#$ico e$iste un +ran potencial para producir hidrocarburos en a+uaspro1undas" las cuales demandan tecnolo+ías de Kltima +eneración para!encer los retos operati!os 2ue #stas imponen para lo+rar lle!arlas a

cabo de manera e$itosa tanto t#cnica como económicamente. Lose2uipos semisumer+ibles utilizados en la per1oración de pozos en a+uaspro1undas re2uieren de una e!olución constante para ampliar su

id d d ió l did 1 t di i



capacidad de operación en la medida en 2ue se en1rentan a condicionesoperati!as cada !ez ms e$tremas.

Las 1uerzas de +ran ma+nitud a las 2ue son sometidas las estructurasIotantes de per1oración" el riser de per1oración 3 el e2uipo en el lechomarino" +eneradas por las condiciones metocenicas" representan un

ries+o estructural potencial para cada uno de estos elementos" por lo2ue se debe tener un total entendimiento de cómo es 2ue estas 1uerzasactKan sobre ellos para pre!enir 1allas en el sistema 2ue ocasionen unparo de acti!idades 3 por lo tanto tiempos improducti!os 2ue +eneranp#rdidas económicas.

;l mane0o adecuado de estos sistemas de per1oración en a+uaspro1undas se lo+ra a tra!#s de procedimientos operati!os con buenaplaneación" buena ad2uisición de datos 3 un pronóstico detallado de las

condiciones metocenicas 3 operati!as a las 2ue #ste ser sometido. ;snecesario consultar las re+ulaciones internacionales 2ue dictan lanormati!idad para el dise7o 3 operación de los e2uipos para laper1oración en a+uas pro1undas para determinar los límites operati!osde cada uno de los elementos cla!e en el sistema.

5ealizar anlisis dinmicos en pro+ramas especializados de cómputo deun 2uipo de per1oración en a+uas pro1undas" operando con lascondiciones metocenicas de un escenario real" permite tener una !isiónms amplia para realizar una me0or selección del e2uipo 2ue se re2uierepara lle!ar a cabo las acti!idades en dicha localización. Permite a su !ezconocer cul ser la respuesta estructural del e2uipo seleccionado"conocer cules son los elementos cla!e en el dise7o 3 conocer siresistirn las 1uerzas +eneradas por las condiciones metocenicaspresentes en la zona de per1oración" pre!iniendo problemas t#cnicos"tiempos improducti!os 3 e!itando una p#rdida económica inesperada.

,-M

P+ina(((


Recomendaciones

5e!isar las le3es secundarias de la re1orma ener+#tica promul+ada endiciembre del &'(/ para saber de 2u# manera se !ern a1ectadas laspro3ecciones de la producción de hidrocarburos en M#$ico citadas en

este traba0o 3 ba0o 2ue t#rminos se incluir nue!a tecnolo+ía dee$ploración" per1oración 3 producción para a+uas pro1undas en el Gol1ode M#$ico.



8e recomienda realizar los anlisis hidrodinmicos de di1racción de olas>1uerzas de primer 3 se+undo orden@ pre!ios al anlisis dinmicoacoplado del sistema para tener un ma3or entendimiento delmo!imiento de la plata1orma en sus +rados de libertad.

;s necesario realizar un anlisis ms robusto" con un modelo msdetallado en el 2ue se inclu3an los elementos del cabezal del pozo" asícomo la interacción 2ue e$iste con el lecho marino 3 el conductor delpozo para tener un anlisis acoplado ms completo" debido a 2ue #stosson elementos críticos en el sistema de per1oración. Lo anterior nospermitir obtener datos ms precisos sobre cómo actKan las 1uerzas 2ue+eneran los 1actores metocenicos a lo lar+o de todo el sistema" lo 2uenos lle!ar a establecer con ma3or precisión los límites de operación 3el punto de descone$ión del riser con el e2uipo en el lecho marino.

La industria petrolera costa a1uera es una acti!idad multidisciplinaria" porlo 2ue se recomienda 2ue el alumno e+resado de la carrera dein+eniería petrolera ten+a la base de los conceptos 2ue en!uel!en eldesarrollo de las acti!idades con0untas a las de e$ploración" per1oración3 producción" por e0emplo" el estudio de los 1actores metocenicos o1actores estructurales de los di!ersos e2uipos utilizados" 3a 2ue a1ectandirectamente al desempe7o 3 crecimiento de la industria.

,-M

P+ina((&


Referencias

8;,;5" 8ecretaría de ;ner+ía" &'((" *+rospectiva #el Merca#o #e

+etr6leo $ru#o 7808- 7879” " M#$ico.

8;,;5>ii@" 8ecretearia de ;ner+ía" &'(( VLa 4ecnolog:a #e ;ploraci6n y

+ro#ucci6n en M<;ico y en el Mun#o= (ituaci6n !ctual y )etosW" M#$ico.

8;,;5>iii@" 8ecretaría de ;ner+ía" &''E" VDiagnostico (ituaci6n !ctualW"M#$ico



M#$ico

8urez" C. =. =. >i@" &'((" *+M>= )esulta#os y +erspectiva” " Xorld;ner+3 Council" Club de *ndustriales" M#$ico.

8urez" C. =. =. >ii@" &'(&" *+M>= Me;ico?s @y#rocarbon +otential” " ,orth

-merican ;ner+3 5esources 8ummit.P;P" &'((" V !vances )etos y +erspectivas #e +etr6leos Me;icanos”, Clubde *ndsutriales" M#$ico.

Morales Gil" &'(&" V !guas +ro"un#as en M<;ico= La Oportuni#a# y el

)eto” " -cademia de in+eniería" M#$cio. Publicado enhttp:academiadein+enieriademe$ico.m$

Maciel Torres" &'(/" VPerspecti!as de desarrollo para campos

descubiertos en -+uas Pro1undas en M#$icoW" *nstituto Me$icano delPetróleo" =ornadas T#cnicas -*PM

La =ornada" &'((" -rtículo V; ;ploraci6n en !guas +ro"un#as, +lata"orma

%icentenario &rupo )W Publicado en: http:SSS.0ornada.unam.m$

P;M;" &'(&" V !guas +ro"un#as”, Publicado en SSS.peme$.com

P;M;>i@" &''F" Vl petr6leo. @istoriaW Publicado enhttp:SSS.peme$.com

P;P" &'(&" VAu Maloob Baap se consoli#a como primer pro#uctor #e

cru#oW -rtículo publicado en http:eleconomista.com.m$

8eminario de Gerencia ambiental en el desarrollo petrolero 3 Gasí1eroCosta -1uera en enezuela" *;ploraci6n y +ro#ucci6n $osta !"uera”,

-rtículo publicado en http:operacionesoshore.blo+spot.m$

nited Cantabric Petroleum 9ol+" *structuras y tipos #e +lata"ormas” "

-rtículo Publicado en http:cantabricpetroleum.6les.Sordpress.com

P;P>i@" &'(&" VDescubren mCs $ru#o en !guas #el &ol"o”, -rtículopublicado en http:SSS.milenio.com

,-M

P+ina((/


Lee" ?unt" &'(("*Licitaci6n #e equipos #e per"oraci6n #e +eme; pue#e se'alar una

mayor #eman#a”, -rtículo publicado enhttp:SSS.bnamericas.comneSspetroleo3+as

%rente detraba0adores de la ener+ía" *$ontratos transnacionales para la

per"oraci6n #e poos”, -rtículo publicado enhttp:SSS.1teBener+ia.or+;(''').html

http://academiadeingenieriademexico.mx/

http://www.jornada.unam.mx/

http://www.pemex.com/


http://eleconomista.com.mx/

http://operacionesoffshore.blogspot.mx/

http://cantabricpetroleum.files.wordpress.com/

http://www.milenio.com/


http://www.milenio.com/




http://operacionesoffshore.blogspot.mx/

http://eleconomista.com.mx/



http://www.jornada.unam.mx/

http://academiadeingenieriademexico.mx/

http://www.bnamericas.com/news/petroleoygas

http://www.fte-energia.org/E100/04.html


http://www.bnamericas.com/news/petroleoygas



p e e e + a o + '''

Childers" Mar<"&''/" volution o" Ofshore Drilling UnitsW" DeepSater *ndustr3 GroupMeetin+" publicado en http:SSS.aade.or+

&b( 8T

Consultin+" &'(&" -rticulo VDrillshipW" publicadoen http:SSS.&b(stconsultin+.com

,-8" &''("*+roEect Mohole 019-0122”, ,ational -cadem3 o1 8ciences" Xashin+tonD.C. &''(" publicado enhttp:SSS.nationalacademies.or+histor3mohole

,uestro Mar"

&''F" -rtículo VDry(hips obtiene millonario contrato #e e;ploraci6n #e+etrobrasW" publicado en http:SSS.nuestromar.or+

AeppelCorporation" &'('" -rtículo VAeppel secures (G0H8 million orth o"

%railian proEects "rom (%M an# I&O&W" Publicado enhttp:SSS.<epcorp.com

Aumar

Cha<rabarti" 8ubrata" V@an#boo/ o" Ofshore ngineering, Jolumen 0W;ditorial ;ls!ier" Primera ;dición &''H.

Cha<rabarti" 8.A."(FE" V@y#ro#ynamics o" Ofshore (tructures" Computational MechanicsPublicationsW" 8outhampton 9oston.

9arranco" %. &'')"V$riterio #e +royecto %asa#o en la $onabili#a# para el (istema #e

4en#ones #e una 4L+”, Tesis de Doctorado" 5ío de =aneiro

;lSan+er" G.9."(FEE" V !lgunos !spectos #e !nClisis #e los proyectos #e +lata"ormas

”

,-M

P+ina(()


Da Costa G. D."&''" V;studio Param#trico de las %uerzas en 8istemas de -marre para9u2ues -marrados en PuertosW" Tese apresentada na %aculdade de;n+enharia da ni!ersidade do Porto" Portu+al.

-rtículo t#cnico*&eneration nhancement o" (emisubmersible Drilling Units” " Ga!an<arP.

=. Z issa5 h (FFE OTC EH)


http://www.aade.org/

http://www.2b1stconsulting.com/

http://www.nationalacademies.org/history/mohole/





http://www.nationalacademies.org/history/mohole/

http://www.2b1stconsulting.com/

http://www.aade.org/




5amohan" (FFE" OTC EH)

-rtículo t#cnicoV(tability )equirements "or (emisubmersibles”, Martino!ich Z Prai+ht"-TO;B!FB''/

-rtículo t#cnicoV !n evaluation o" the Fatigue +er"ormance o" (ubsea Wells an#

)ecomen#ations "or Fatigue nhancements”, ;!ans Z McGrail" OTC Ma3o&'((

-rtículo t#cnico V !$ouple# !nalysis !pproach to the !ssessment o" Marine Drilling

(ystems”, Ain+" 9urton Z ?od+son" 8P;B&'F/&

-rtículo t#cnicoV(tablishing an 3n#ustry %est +ractice on (ubsea Wellhea# Fatigue

!ssessment” 9uchmiller" ?orte" Gr3to3r Z ?au+ *-DC8P;B(H((FE

-rtículo t#cnicoVDrilling )iser Management 3n Deepater nvironments” 5 5ic<3 Thethi ZMadhu ?ariharan" @ouston, 4>, U(!5

-rtículo t#cnico

VMinimising the fect o" Deepater $urrents on Drilling )iserOperationsW" Dr Tim %arrant Z Dr Ahalid =a!ed &? Oshore ;n+ineerin+Limited Xo<in+" DeepSater Drillin+ Technolo+ies" -berdeen Marriot"-berdeen" =anuar3 &''(

-P*" &''(" -P* 5P(Q Y V)ecommen#e# +ractice "or Design, (election, Operation an#

Maintenance o" Marine Drilling )iser (ystemsW" Primera ;dición (FF/ "5ea6rmada &''(

-P*" &'('" -P* (5Y V(pecication "or Marine Drilling )iser $ouplingsW" Primera ;dición(FF" 5ea6rmada &'('

,-M

P+ina((H


*8O" &''F" PD*8OT5 (/&)B&:&''F Petroleum and natural +as industries ` VDrilling

an# pro#uction equipment” J Part &: DeepSater drillin+ risermethodolo+ies" operations" and inte+rit3.

-P* >ii@" &'('"-,8*-P* 5;COMM;,D;D P5-CT*C; (U*8O (/&EB(:&''H5 VDesignan#

Operation o"



(ubsea +ro#uction (ystems&eneral )equirements an#

)ecommen#ations” " Cuarta edición" ;nero &''

D," &'('"5ecommended Practice Det ,ors<e eritas dn!BrpB1&'H Y V&lobal

+er"ormance !nalysis o" Deepater Floating (tructuresW" Octubre &'('

D," &''E"5ecommended Practice Det ,ors<e eritas dn!BrpB1&' Y V)iser 3ntegrity

Management V" -bril &''E

&? Oshore"&'(( V)iser $on#uctor, ngineeringW"Publicado en http:SSS.&hoshore.com

,-M

P+ina((




criterios metoceánicos para la operación de risers en plataformas semisumergibles de perforación...

Documents