EQUIPOS Y COMPONENTES DE UNA PLATAFORMA

SEMISUMERGIBLE DE 6ª GENERACIÓN

CONTENIDO

RESUMEN I

ABSTRACT II

OBJETIVOS Y JUSTIFICACION III

CONTENIDO IV

INTRODUCCION VII

ANTECEDENTES VIII

CAPITULO I: CONCEPTUALIZACION

1.1. Definición de Aguas Profundas

1.2. Localización de Aguas Profundas en México y el Mundo

1.3. Producción Nacional y Mundial en Aguas Profundas

1.4. Estimación de Petróleo en Aguas Profundas

1.5. Principales Retos al operar en Aguas Profundas

1.6. Principales Dificultades al Explotar Yacimientos en Aguas Profundas

1.7. Principales Riesgos en Aguas Profundas

1.7.1. Riesgos Geológicos

1.7.2. Riesgos de Operación

1.7.3. Riesgos Financieros

1.8. Equipos de Perforación Marina

1.8.1. Unidades Fijas

1.8.1.1. Octápodos

1.8.1.2. Tetrápodos

1.8.1.3. Trípodes

1.8.1.4. Estructuras Aligeradas

1.8.2. Unidades Auto Elevables

1.8.3. Flotantes

1.8.3.1. Barco Perforador

1.8.3.2. TLP

1.8.3.3. Semisumergible

1.8.3.3.1. Parámetros Oceanográficos a Considerar para la Selección de

Plataformas Semisumergibles

1.8.3.3.1.1. Corrientes Oceánicas

1.8.3.3.1.2. Corriente de Lazo

1.8.3.3.1.3. Masa de Agua

1.8.3.3.1.4. Densidad

1.8.3.3.1.5. Mareas

1.8.3.3.1.6. Olas y Oleaje

1.9. Generación de Equipos de Perforación

CAPITULO II SISTEMA DE POSICIONAMIENTO DINÁMICO (DPS)

CAPITULO III SISTEMAS DE CONTROL EN PLATAFORMAS SEMISUMERGIBLES

3.1 Sistema de Control Primario

3.2 Sistema de Control Secundario en una Plataforma Semisumergible de Sexta

Generación

3.2.1 Hombre Muerto (DEADMAN)

3.2.2 Función Modo Automático (AMF)

3.2.3 Sistema Electro Hidráulico de Reserva (EHBU)

3.2.4 Sistema de Desconexión de Emergencia (EDS)

3.2.5 Sistema de Auto Desconexión (DAS)

3.2.6 Sistema de Auto Corte (AUTOSHEAR)

3.2.7 Sistema Acústico (AS)

3.2.8 Sistema de Intervención por ROV

CAPITULO IV CAPACIDAD VOLUMÉTRICA Y DE CARGA

4.1 S……

4.2 …..

4.3 ……

4.4 …..

CAPITULO V EQUIPOS Y COMPONENTES DE UNA PLATAFORMA SEMISUMERGIBLE DE 6ª

GENERACIÓN

5.1 Torre de Perforación

5.2 Top Drive

5.3 Alimentadora de Tubulares

5.4 Bombas

5.5 Tensionador

5.6 Junta Flexible

5.7 Riser

5.8 Equipo de Introducción del Riser

5.9 Sistema Automatizado de Operación (Cabina de Perforador)

CAPITULO VI EJEMPLO PRÁCTICO DEL PRIMER POZO PERFORADO CON UNA PLATAFORMA DE

6ª GENERACIÓN (PIKLIS-1)

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFÍA

1.1. Definición de Aguas Profundas

La exploración y explotación de yacimientos en "Aguas Profundas" se refiere a la

exploración y explotación de regiones ubicadas en tirantes de agua mayores a 500

metros , medidos desde el espejo de agua hasta el lecho marino, y que llegue hasta

máximo 2000 metros; superando los 2000 metros se consideran Aguas Ultra

Profundas.

Las aguas profundas constituyen un ambiente extremadamente difícil; Ir a más

profundidad ha requerido de nuevos diseños de equipos de Perforación, los cuales

son capaz de soportar dichas condiciones extremas.

Figura Definición de Aguas Profundas y Ultra Profundas.

Países Aguas someras (m) Aguas Profundas (m)

Aguas Ultra Profundas (m)

América <400 500 – 2000 >2000

Mar del Norte/Reino Unido/ Noruega

<300

300-2000

>2000

Brasil <400 400-1000 >1000

1.2. Localización de Aguas Profundas en México y el Mundo

El área prospectiva de Aguas Profundas en México se localiza en el Golfo de

México, conformada por una extensión de alrededor de 575,000 Km2. La cual fue

dividida en 5 sectores:

1. Perdido

2. Lamprea Profundo

3. Lankahuasa Profundo

4. Coatzacoalcos Profundo

5. Campeche Profundo

Figura Localización de las Principales Zonas de Hidrocarburos en Aguas Profundas

en México.

Los yacimientos potenciales en Aguas Profundas se localizan en el subsuelo entre 500

y tres mil doscientos metros de tirante de agua.

Debido al éxito obtenido en el primer pozo exploratorio en Aguas más Profundas

Noxal-1(2005-2006), ubicado a 102 Km al NW de Coatzacoalcos, con un Tirante de

Agua de 951 m, profundidad desarrollada de 4,000 m y un potencial de 247 MMbpce

(245 mil millones de pies cúbicos de gas) en México se tomó la decisión de continuar

con las exploraciones en los campos mencionados anteriormente.

A nivel mundial el potencial Hidrocarburos y desarrollo de Campos en Aguas

Profundas se encuentra en el Golfo de México, Costas de Brasil, África, Mar del Norte,

India y Australia.

Figura Localización de las Principales Zonas de Hidrocarburos en Aguas Profundas

en el Mundo.

1.3. Producción Nacional y Mundial en Aguas Profundas

La región productora de Hidrocarburos en Aguas Profundas del Golfo de México en la

Zona Nacional, se ha dividido en cinco áreas para su explotación y desarrollo: Perdido,

donde hay un potencial de 8 MMMbpce; Lamprea y Lankahuasa Profundo, que

portarían 9 MMMbpce; Coatzacoalcos Profundo con 10 MMMbpce y Campeche

Profundo con 2.4 MMMbpce.

La producción de petróleo en Aguas Profundas en el Golfo de México, en la

parte de Estados unidos de Norteamérica ha tenido un importante crecimiento desde

sus inicios en 1979 a la actualidad, llegando a representar el 65% de la producción

total de esta zona.

Grafica Producción Histórica de Aceite en Aguas Profundas del Golfo de México

(USA) en miles de Barriles por día.

Hasta el año 2006 la incorporación de Reservas de Hidrocarburos en México

proveniente de Aguas Profundas era de 10% y se pretendía que para el año 2010 se

incrementara a un 25%, teniéndose la expectativa de alcanzar un 35% en el año 2015.

En el año 2016 la contribución de Hidrocarburos en México provenientes de Aguas

Profundas será aproximadamente de 7% y se duplicará hacia el 2020.

En el área Nacional del Golfo de México, los pozos perforados en Aguas Profundas

han representado la siguiente producción:

Pozo Chukta-201 Nab-1 Noxal-1 Lackach-1 Lalall-1

Producción

No productivo

1,178bpd 9.5 MMpcd 25-30 MMpcd

18 MMpcd

Tabla Producción de Pozos perforados en Aguas Profundas en México

A nivel mundial, la producción diaria de Barriles de petróleo en Aguas Profundas

(tirantes superiores a 500 metros) alcanzó poco mas de 6 MMb en 2007.

Los diez principales países productores en aguas profundas son: Brasil,

Nigeria, Estados Unidos, Angola, Egipto, gran Bretaña, Noruega, India, Filipinas y

Guinea Ecuatorial.

Algunos campos situados en aguas profundas contienen más de 2,000 MMb y

un solo pozo puede producir 50,000 BD, de ahí en interés de perforar en aguas

profundas.

A fines de 1998, en 28 campos que producían a una profundidad del lecho marino de

por lo menos 500m (1640 ft) obtenían 935,000 BD. La mayor parte de estos campos

se encuentran en el Golfo de México y en las costas de Brasil, aunque ya se han

descubierto otros campos situados en aguas profundas en las costas de África

Occidental, Lejano oriente y márgenes del Atlántico Norte.

1.4. Estimación de Petróleo en Aguas Profundas

Los trabajos de exploración llevados a cabo por Pemex por más de setenta años han

permitido estimar el potencial petrolero de México e identificar las principales cuencas

petroleras.

A partir de la información geológica y geofísica diversa se han descubierto

distintas cuencas petroleras, destacando la parte profunda del Golfo de México, que a

diferencia de las demás se encuentra poco explorada, y con las mejores expectativas

para encontrar nuevas reservas.

Petróleos Mexicanos ha estimado que más de un 50% de los recursos

potenciales o prospectivos del país se localizan en la cuenca del Golfo de México

Profundo en una extensión de más de 570,000 Km2.

Adicionalmente su importancia radica en que es el área donde se esperan los campos

con mayores volúmenes de hidrocarburos basados en los estudios geológicos y

geofísicos realizados hasta la fecha.

Pemex estima que de un total de 54,000 MMbpce de recursos potenciales que

tiene el país, el 55% o cerca de 30,000 MMbpce se localizan en Aguas Profundas.

1.5. Principales Retos al operar en Aguas Profundas

Los principales retos que enfrenta Pemex para materializar las metas en términos de

incorporación y producción en Aguas Profundas son:

1. Recursos Humanos: Se requiere fortalecer las capacidades y habilidades de

los recursos humanos en disciplinas críticas para la exploración y desarrollo en

Aguas Profundas.

2. Exploración: Resulta fundamental descubrir y desarrollar reservas en Aguas

Profundas, adquirir habilidades para la exploración de prospectos subsalinos y

aumentar la probabilidad de éxito exploratorio mediante un mejor

procesamiento e interpretación de sísmica.

3. Explotación: Se requiere el diseño y construcción de infraestructura de

producción en tirantes de agua mayores a 500 metros que permitan la puesta

en producción en el año 2012-2013, así como el diseño de pozos de alta

productividad (pozos desviados y horizontales).

4. Tecnología: Es fundamental acelerar el desarrollo de habilidades críticas para

la exploración y desarrollo de campos en aguas profundas mediante convenios

tecnológicos, visualización subsalina, diseño e instalaciones submarinas con

apoyo de la robótica y metodologías para asegurar el flujo de hidrocarburos a

bajas temperaturas.

5. Financiamiento: Es fundamental contar con modelos novedosos de

financiamiento para disponer con oportunidad de recursos económicos.

1.6 Principales Dificultades al Explotar Yacimientos en Aguas Profundas

Las principales dificultades a las que se enfrenta Pemex para materializar las metas en

términos de explotación de yacimientos en Aguas Profundas son:

1. Corrientes Marinas: Las fuertes corrientes marinas originan movimiento de

estructuras induciendo vibración en tuberías y fatiga en los componentes del equipo de perforación.

2. Cambios de Temperatura: Debido a los diferentes grados de temperatura entre la superficie, el lecho marino y las formaciones perforadas, el bombeo del fluido de perforación es complicado, además de que las bajas temperaturas alteran las propiedades del cemento que se emplea para fijar las tuberías de revestimiento al pozo.

3. Aspectos Críticos al inicio de la Perforación: Al atravesar formaciones

someras, se presentan flujos de agua de alta presión, flujos de gas y presiones

anormales.

4. Operación Remota: La instalación submarina se tiene que realizar a través de

robots, ya que el ser humano no puede llegar a esas profundidades

5. Instalaciones Submarinas: Son necesarias para la producción como son árboles mojados, lo que demanda de la aplicación de nuevas tecnologías para la separación en el fondo del mar, bombeo de hidrocarburos y un alto grado de

automatización y empleo de robótica.

6. La Geometría de los yacimientos en aguas profundas, podría ser diferente a la

conocida en aguas someras, lo que dificulta su exploración y explotación.

7. La Infraestructura para producir hidrocarburos en aguas profundas presenta retos tecnológicos y de administración. Se necesitan instalaciones submarinas

muy complejas y el uso de nuevas tecnologías.

1.7 Principales Riesgos en Aguas Profundas

Existen tres tipos de riesgos principales al desarrollar proyectos en aguas profundas. La combinación de estos factores genera que los proyectos en Aguas Profundas sean de alto riesgo.

1.7.1 Riesgos Geológicos

Debidos a la complejidad de estructuras geológicas y a la dificultad de identificar yacimientos, en algunos casos la presencia de cuerpos salinos deterioran las imágenes del subsuelo y disminuyen la probabilidad de descubrir yacimientos en estos ambientes.

1.7.2 Riesgos de Operación

Flujos de agua somera y flujos de gas que pudieran provocar reventones durante la perforación; corrientes submarinas y oleaje que ponen en riesgo las instalaciones de perforación e infraestructura de producción; disponibilidad de equipos de perforación, instalación y mantenimiento que incrementan los costos y retrasan las operaciones.

1.7.3 Riesgos Financieros

La exposición de capital debido a los altos costos de exploración, desarrollo y explotación de campos hace que sea riesgoso el invertir en yacimientos que se encuentran en Aguas Profundas.

1.8. Equipos de Perforación Marina

Anteriormente, los equipos de perforación marina fueron equipos de perforación

terrestres colocados sobre una estructura para perforar. Se usaron las mismas

técnicas desarrolladas en tierra. Estas técnicas de utilizaron durante algún tiempo,

mas la necesidad de perforar en aguas más profundas creó al nuevo ingeniero de

diseño de costa fuera. Junto con los nuevos conceptos de ingeniería, se creó una

nueva generación de equipos de perforación conocidos en la actualidad como:

Sumergibles (o barcaza), Plataforma Autoelevable, Semisumergible y Barco

Perforador. A estos equipos se les denominó Móviles de perforación.

Estos equipos tienen la característica de trasladarse de una localización a otra

navegando con el apoyo de barcos remolcadores, e incluso en la actualidad existen

algunos equipos con capacidad de Autotransporte.

1.8.1 Unidades Fijas

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

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

estructuras son estables con relación al fondo marino. Algunas plataformas son

autosuficientes y albergan todos sus componentes tales como equipo y áreas de

personal. Otras requieren un barco de apoyo.

Están formadas por una subestructura, una superestructura y un modulo, que

según el caso, será de perforación, de producción o habitacional. Las partes se

fabrican separadamente en tierra y luego son trasladados con ayuda de barcos a las

locaciones definidas.

1.8.1.1 Octápodos

1.8.1.2 Tetrápodos

Estas plataformas son fabricadas e instaladas con el mismo objetivo que las

plataformas tipo “Trípode”; se diferencian en que están soportadas por cuatros patas

con pilotes de 48in de diámetro y espesores de 1.25 a 2.25. Estas estructuras poseen

una preparación para un máximo de seis conductores de 30 in de diámetro.

Por sus dimensiones en este tipo de plataformas no se pueden efectuar

intervenciones de mantenimiento de pozos con Snubbing. Para la identificación del

número correspondiente a cada conductor se toma como referencia que el norte de la

plataforma sea el costado de los conductores y el sur, al helipuerto.

1.8.1.3 Trípodes

Son plataformas con estructuras y superestructuras de forma triangular sujetas por

tres patas sobre pilotes de 36in de diámetro con espesores de 1.5in a 2in. Debido a

sus cortas dimensiones y capacidades de carga, no se pueden efectuar trabajos de

mantenimiento de pozos con los equipos Snubbing que actualmente operan en el

área. Se fabrican e instalan con el objeto de proteger conductores, líneas de

recolección y recepción a batería de los fluidos aportados por la formación. Este tipo

de plataformas cuenta solamente con un nivel de trabajo donde se localizan el área de

conductores y el helipuerto.

Para ubicar el número de conductores, se toma como referencia que el norte

de la plataforma sea el costado de conductores, y el sur el área del helipuerto.

Progresivamente se numeran de izquierda a derecha.

1.8.1.4 Estructuras Aligeradas

Son equipos de menor capacidad que los convencionales y su aplicación es para la

perforación y reparación de pozos costafuera.

1.8.2 Auto Elevables

Tienen la capacidad de moverse de una localización a otra por medio de

autopropulsión o por medio de remolcadores. Una vez que se encuentran en la

posición deseada, las piernas son bajadas hasta alcanzar el fondo marino. Cuando las

columnas o piernas se encuentran asentadas en el lecho marino, la cubierta es

elevada más allá del nivel de agua hasta tener una plataforma de perforación estable.

Cuentan con una cubierta que tiene capacidad de posicionarse a la elevación que se

requiera, esta soporta todo el equipo necesario para lograr su objetivo.

Una clasificación muy general sobre estas plataformas Auto Elevables es la siguiente:

PLATAFORMA TIPO MAT PLATAFORMA DE PATAS INDEPENDIENTES

ARQUITECTURA TIPICA: ARQUITECTURA TIPICA:

Casco Cantiliver y Subestructura Paquete Habitacional Columnas y MAT(plantilla)

Casco Cantiliver y Subestructura Paquete Habitacional Patas y Zapatas

SISTEMA DE SOPORTE: SISTEMA DE SOPORTE:

Tres columnas conectadas a una plantilla común de gran dimensión.

Tres patas, cada una de ellas equipada con una zapata con diámetro de acuerdo a cada diseño en particular.

AREA DE SUELO OCUPADA: AREA DE SUELO OCUPADA:

Area del MAT= 22,000 pies cuadrados aproximadamente.

El área total de las tres zapatas es mucho menor. Pudiendo tener un rango aproximado de 3,500 a 4,000 pies cuadrados dependiendo el diseño.

MECANISMO DE ELEVACION: MECANISMO DE ELEVACION:

Las tres columnas junto con el MAT se levantan o baja simultáneamente.

Cada pata y zapata se eleva o baja de forma independiente.

1.8.3 Flotantes

De aguas Someras y protegidas, los equipos de Perforación fueron ubicados a mayores distancias de las costas en aguas más profundas, a medida que los adelantos en las técnicas de exploración costafuera permitían penetrar aún más en el subsuelo.

Las operaciones pioneras de perforación y producción en el lago de Maracaibo, en el mar Caspio y en el golfo de México han sido escuelas para estudios y prácticas fundamentales que llevaron las operaciones de perforación mar adentro en el mar del Norte y otros sitios.

De las plataformas convencionales de perforación se ha pasado a la

construcción de grandes plataformas desde las cuales se pueden perforar direccionalmente varias locaciones. Las Plataformas de perforación de antaño han sido modificadas, y son hoy estructuras integradas que constituyen un equipo flotante que entra, permanece y sale de la locación como una sola unidad.

Para las profundidades de agua (tirantes de agua) a más de 1,000 metros se utilizan usualmente barcos de perforación, los cuales alcanzan a perforar pozos de hasta 7,600 metros de profundidad desarrollada de perforación.

El golfo de México, en el sector estadounidense de Texas a Alabama, representa una de las áreas donde en los últimos años se han ubicado plataformas flotantes del tipo de sujeción tensada (TLP), en profundidades de aguas por encima de los 500 metros y perspectivas de llegar a 1,000 metros. Estas plataformas pueden pesar hasta 23,000 toneladas y están diseñadas para resistir el impacto de olas de 20 metros de altura y de vientos de 224 kilómetros por hora. Este tipo de plataforma permite perforar varios pozos direccionales desde un mismo sitio.

Actualmente en el Golfo de México, en las áreas de “Coatzacoalcos Profundo”

y “El Perdido” están siendo implementadas Plataformas Semi-Sumergibles de Sexta

generación, las cuales tienen la capacidad de soportar condiciones extremas y

perforar en tirantes de agua de más de 3,000 metros y alcanzar una profundidad

desarrollada de perforación de 12,192 metros.

1.8.3.1 Barco Perforador

Como su nombre lo indica, es un barco sobre el cual se instala un equipo de

perforación con todo lo necesario para efectuar trabajos de perforación en el mar. Los

primeros barcos perforadores fueron unidades convertidas de barcazas, barcos

tanques o barcos abastecedores. Esta práctica desapareció para dar paso al nuevo

diseño y construcción de barcos perforadores especializados, tales como el Glomar

Challenger o el Discoverer de la Offshore.

Los barcos perforadores son los más móviles de todas las unidades de

perforación marina, también son los menos productivos; la configuración que les

permite tener alta movilidad, les resta eficiencia al perforar.

Los Barcos de perforación pueden perforar en aguas más profundas. Generalmente tiene su propio medio de propulsión y viajan fácilmente de una a otra localización. Son sumamente móviles, pero no tan estables como las plataformas semi-sumergibles, y por lo tanto no son aptos para perforar en aguas muy turbulentas. Un barco de perforación puede ser anclado, o su posición mantenida mediante un control automático de posición parecido al de una plataforma semi-sumergible.

Los Barcos de perforación tienen exactamente el mismo equipo que las

plataformas semi-sumergibles, con las BOPs conectadas sobre el lecho marino. Para

compensar el movimiento del barco (al igual que en las plataformas semi-sumergibles)

el riser tiene una junta en el lecho marino que permite el movimiento horizontal. La

longitud de este riser es comúnmente el factor limitante en la perforación en aguas

profundas, antes de que llegue a sus límites de esfuerzo y deformación.

Los barcos perforadores se usaron con anterioridad para llenar el espacio de

capacidad entre el Jack-up y el Semisumergible.

El movimiento vertical es el mayor problema cuando se usa una unidad

flotante. Debido a su superficie de contacto con el mar y comparando con el

Semisumergible, el barco perforador desarrolla respuestas muy grandes de

movimiento vertical. Ha sido posible reducir el rol en los barcos por medio de tanques

estabilizadores, pero no se ha podido reducir el movimiento vertical. Los barcos

perforadores son herramientas versátiles. Pero deben ser considerados para usarse

en áreas con olas de poca altura y vientos con bajas velocidades.

1.8.3.2 TLP

En campos de aguas profundas, las plataformas de patas tensionadas (TLP) han sido

desarrolladas para generar el potencial económico de los nuevos descubrimientos. Se

emplea para perforación en aguas con un tirante mayor de 600 m. Están sujetas

mediante cables de ancla fijados en el fondo marino y se mantiene en la superficie

mediante columnas flotantes.

Su instalación es muy sencilla ya que no requiere barcazas grúa. Tiene una

gran estabilidad en condiciones meteorológicas severas.La TLP (Tension Leg

Plataform) o plataforma de piernas tensionadas, es un sistema semejante a la

plataforma semisumnergible, sólo que esta se encuentra anclada al fondo por medio

de elementos verticales, los cuales se mantienen en tensión, debido al exceso de

flotación de la plataforma.

El costo de la TLP se incrementa al aumentar la profundidad, debido a los

cables de anclaje.

Mientras que las unidades Semisumergibles y los barcos perforadores se

utilizan sólo para la perforación, las TLP`s tienen mayor ventaja en cuanto a

versatilidad para perforar, recuperar y producir pozos, casi en forma simultánea.

Los elementos verticales o tensores se anclan al fondo marino por medio de una

estructura fabricada a partir de acero estructural y cimentado mediante pilotes. Una

parte esencial de la TLP son las juntas flexibles. Estas juntas (llamadas Flex- Joints),

fabricadas con acero y material elastómero, permiten que la estructura se desplace

horizontalmente sin provocar flexión en los tensores.

La aplicación de las TLP`s se extiende paulatinamente. A la fecha, ha sido

considerada para el desarrollo de campos en el Mar Mediterráneo y Costas de Brasil,

para usarla en aguas muy Profundas.

1.8.3.3 Semisumergible

Las plataformas Semi-Sumergibles son equipos flotantes capaces de perforar en

aguas más profundas que las Auto Elevables. El equipo es soportado por cierto

número de patas o columnas. Bajo el nivel del agua estas columnas están soportadas

por pontones que pueden estar o no conectados entre sí. Las columnas y pontones

pueden ser utilizados para lastrar y equilibrar la plataforma al almacenar sólidos y

fluidos. Esta estructura queda equilibrada por debajo del nivel del agua, evitando el

inconveniente principal que es la turbulencia del mar en la superficie. Esto la hace más

estable que los barcos de perforación y por lo tanto más apropiadas para perforar en

aguas turbulentas.

Los pontones tienen hélices motrices para ajustar su posición y para moverse, en otras

palabras, son Autopropulsables, aunque en general son remolcadas por barcazas y

usan las hélices para un posicionamiento más preciso. Una vez correctamente

posicionada, la plataforma es anclada en el lugar, aunque en aguas más profundas las

hélices pueden seguir siendo usadas para mantener la posición por medio de un

control automático de posición llamado Posicionamiento Dinámico. A diferencia de la

plataforma de patas plegables, en este tipo de plataforma las BOPs se instalan sobre

el lecho marino, directamente conectadas al revestimiento del pozo. Instalar las BOPs

es un proceso sumamente complejo y se efectúa por medio de vehículos a control

remoto (Remote Operated Vehicle, ROV) y cámaras marinas. Esto permite que la

plataforma pueda abandonar el pozo en caso de necesidad. Un conductor largo,

flexible y telescópico, llamado Riser que conecta las BOPs a la plataforma,

permitiendo circular al fluido de perforación y entrar y salir del pozo a la sarta de

perforación.

Estas plataformas realizan actividades relacionadas con la exploración y

perforación de pozos. A pesar de la gran variedad de diseños de Semi-Sumergibles,

pueden ser clasificadas en 2 grupos principales:

1.- Con columnas conectadas a zapatas o pontones separados, y

2.- Con pontones gemelos. Estas columnas soportan una sola cubierta, la cual aloja el

equipo e instalaciones necesarios para realizar su función.

Los equipos Semi-Sumergibles están diseñados para operar en aguas de 10,000 pies

de tirante de agua y son sometidos acondiciones de olas y vientos severos.

El método de posicionamiento dinámico, es una evolución del sistema de sonar

del barco, donde una señal es enviada desde la unidad flotante a un transductor

colocado en el fondo del mar. Al incrementarse la profundidad del agua, el uso de este

sistema se vuelve necesario. Generalmente, es considerado en tirantes de agua

mayores a 305m.

Actualmente, la necesidad de perforar en aguas más profundas y las

condiciones de operación que esto implica, ha hecho que la ciencia y la tecnología

evolucionen de acorde con las exigencias en este ambiente. Es por eso, que la

presente tesis pretende hacer una descripción de una plataforma Semi-sumergible de

sexta generación “PETRORIG III”, la cual puede llegar a operar en ambientes

sumamente adversos, y tirantes de agua (distancia entre el lecho marino y la superficie

del mar) de poco más de 3000 metros de profundidad.

La plataforma Semi-Sumergible Petrorig III cuenta con un Sistema de

Posicionamiento Dinámico lo cual le permite mantenerse en el mismo sitio (pozo)

mediante un sistema acústico con referencia al fondo marino con 5 sensores (en forma

pentagonal) y un control satelital, ayudado con 8 motores (sin anclas).

Este equipo fue utilizado para perforar el pozo exploratorio “Piklis I”, dentro del

Activo Holok Temoa que forma parte del programa de Aguas Profundas en la zona de

Coatzacoalcos Profundo, en donde se tienen indicios de gas húmedo.

1.8.3.3.1 Parámetros Oceanográficos a Considerar para la Selección de Plataformas

Semi -Sumergibles

1.8.3.3.1.1 Corrientes Oceánicas

Las fuerzas físicas y geográficas que producen la circulación de la atmósfera también

afectan las aguas de los océanos. Tanto el aire como el agua reaccionan al

calentamiento y enfriamiento, ambos tienen peso y fluidez y ambos están sujetos a los

efectos de rotación de la Tierra.

Las corrientes son responsables del movimiento del enorme volumen de agua

de un lado del océano al otro. El agua transportada por las corrientes lleva consigo la

energía térmica que ha sido absorbida de los rayos solares, la cual afecta a los

vientos, a las olas y al estado del tiempo en su nuevo ambiente.

Algunas de las corrientes típicas del hemisferio norte son: la corriente caliente

del Golfo que fluye en dirección norte desde el Golfo de México a la Florida en los

Estados Unidos a lo largo de la costa oriental de América del Norte y vira luego hacia

el este, cerca de la isla Nantucket; y la corriente fría del Labrador, que fluye hacia el

sur y se encuentra con la corriente del Golfo, ejerciendo gran influencia sobre los

vientos y estados del mar.

En general, todas las superficies de los océanos están en movimiento. Solo el agua a grandes profundidades se mantiene relativamente estacionaria. Las corrientes y contracorrientes, cubren la totalidad de las superficies oceánicas.

La velocidad de las corrientes varía debido a ciertos factores tales como la

densidad del agua, la dirección y velocidad de los vientos. La mayoría de las corrientes

se mueven a velocidades de 1.0 a 2.0 nudos. Aunque estas velocidades parezcan

pequeñas, se deben tomar muy en cuenta al diseñar los cimientos o bases

estructurales para plataformas marinas.

1.8.3.3.1.2 Corriente de Lazo

La circulación del Golfo de México está relacionada con la influencia de las aguas

cálidas y salinas que entran a través del Estrecho de Yucatán y salen por el de Florida.

Parte del agua que penetra al Golfo por el Canal de Yucatán se devuelve por

contracorrientes. A su paso por la Cuenca del Golfo, un volumen de las aguas de

corriente forma anillos que se desplazan al interior, generando movimientos en sentido

opuesto, constituyendo remolinos ciclónicos.

El resto de las aguas continúan su viaje hacia el Estrecho de Florida formando

un meandro. Este comportamiento configura una franja ligeramente plegada hacia el

este a manera de un cordón a lazo, de ahí proviene su nombre: Corriente de Lazo.

Esta corriente es un flujo de agua de alta salinidad de 36.7 % y temperaturas

superficiales durante el verano de 28 a 29 °C, que se reducen durante el invierno a 25

y 26 °C.

1.8.3.3.1.3 Masa de Agua

En 1971 se estableció la existencia de varias capas o masas de agua en el Golfo de

México. La capa superficial es conocida como capa de mezcla. Normalmente ocupa

los primeros 100 o 150 m, por lo que se ve muy afectada en sus características físicas

y circulación por fenómenos climáticos atmosféricos (principalmente vientos) y por el

flujo de aguas cálidas y salinas que constituyen a la Corriente de Lazo, la cual penetra

al Golfo de México por el Canal de Yucatán.

Los meses de invierno y verano son los más extremosos en el patrón de

circulación superficial. Durante el invierno se presentan las temperaturas más bajas

del ciclo anual, que resultan de los frentes polares y vientos fríos, por lo cual la

influencia cálida de la corriente de Lazo puede ser fácilmente observada mediante las

isotermas superficiales.

El patrón de salinidad en invierno es semejante al de la temperatura. Las

salinidades menores se presentan en el norte del Golfo, donde a pesar de ser una

zona somera, la época y la influencia de los ríos abaten las salinidades hasta niveles

de 32.16 %.

1.8.3.3.1.4 Densidad

La densidad del agua puede cambiar en función de la profundidad, en ocasiones de

manera brusca, constituyendo una picnoclina (capa de discontinuidad que en los

mares y en los lagos profundos separa la capa superior, de agua menos densa, de la

parte inferior, más densa).

Esta capa suele estar muy asociada a una termoclina (capa de discontinuidad

que en los mares y en los lagos profundos separa la capa superior, de agua más

cálida, de la parte inferior, más fría) y a contenidos bajos de oxígeno, de modo que su

profundidad se ve modificada dentro de las cuencas del Golfo de México y el Mar

Caribe por sus patrones de circulación.

1.8.3.3.1.5 Mareas

Las mareas se deben al ascenso y descenso de la superficie de los océanos y cuerpos

de agua (tales como golfos y bahías) conectados con los océanos. Las mareas

ocurren dos veces al día y son causadas por la atracción gravitacional del sol y la luna.

Estas suceden en diferentes zonas de la tierra. El sol y la luna tienen masa, la cual

ejerce una fuerza gravitacional sobre la tierra. Ésta fuerza varía de acuerdo a la masa.

La fuerza mayor es ejercida sobre la superficie que queda perpendicular a la línea de

fuerza entre uno de los cuerpos y la tierra.

El alcance máximo de mareas, llamado marea viva, ocurre cuando hay luna

nueva o llena. El alcance mínimo de mareas, llamado marea muerta o marea de

cuadratura, ocurre cuando las líneas de la fuerza de la luna y del sol sobre la tierra son

perpendiculares entre sí.

De igual manera las mareas pueden ser definidas como Marea alta o pleamar,

el cual es el momento en que el agua del mar alcanza su máxima altura dentro del

ciclo de las mareas y Marea baja o bajamar, el cual es el momento, en que el mar

alcanza su menor altura.

Las mareas ordinarias son totalmente predecibles y se pueden obtener tablas

de mareas para casi cualquier cuerpo de agua conectado a los océanos.

Las mareas en la mayor parte del Golfo de México son de tipo diurno con

algunas regiones de mareas mixtas, como las zonas noreste y noroeste del Golfo.

La presencia de mareas mixtas y semidiurnas en algunas localidades del Golfo

de México podrían deberse principalmente a la interacción entre la onda mareal y la

topografía dominante de cada lugar; por ejemplo, la zona noreste constituida por la

plataforma continental de Florida presenta un escarpe y diferentes irregularidades

topográficas que pueden provocar la formación de mareas mixtas, además de la

influencia de los vientos de esa región.

1.8.3.3.1.6 Olas y Oleaje

Las olas se forman debido al contacto de fricción del viento que sopla sobre la

superficie del agua. Los vientos raramente están calmados ya que hay diferencias de

presiones horizontales y verticales.

Los vientos actúan sobre el agua del mar transmitiendo la energía y poniéndola

en movimiento, produciendo ondulaciones en las capas superficiales, formando el

oleaje que se observa en todas las aguas del mundo y que desde el origen de los

océanos han golpeado las costas de los continentes.

Es difícil observar el movimiento ondulatorio claramente individualizado de las

olas, pero en alta mar, y sobre todo en ciertos días de calma, se ve como la superficie

es recorrida por una ondulación, que presenta elevaciones llamadas crestas y

depresiones denominadas valles. Estas crestas y valles se propagan con regularidad,

en líneas paralelas, que determinan el ascenso y descenso de las embarcaciones, que

se mueven con ritmo pausado y solemne.

Una vez en movimiento, las olas continuarán hasta que la energía que

contienen haya sido transferida a la capa de aire que las cubre o al suelo marítimo. A

las olas que continúan más allá del campo de los vientos que las formaron se le llama

oleaje, o marejada.

Para estudiar a las olas y sus efectos, se ha empleado una terminología

especial para los diversos elementos de que consta: longitud de onda o de ola, altura

de ola, periodo, celeridad.

Longitud de onda o de ola: Es la distancia que separa dos crestas

consecutivas.

Altura de la ola: Es la distancia vertical que separa la cresta del valle

(depresión más baja de la ola).

Período: Es el tiempo que separa el paso de dos crestas sucesivas delante de

un punto fijo.

Celeridad o velocidad de fase: Es el resultado de dividir la longitud de onda

entre el periodo.

1.9 Generación de Equipos de Perforación

El término “Generación” es tradicionalmente aplicado a Equipos de perforación flotantes y está basado en la antigüedad o año de construcción. Los equipos de perforación son construidos para satisfacer la demanda y las fechas de construcción coinciden con los repuntes en el precio del petróleo y el incremento en la demanda.

La Generación también está basada en la tecnología del equipo instalado en

los equipos de perforación. Cuando los equipos de perforación son construidos, generalmente reflejan la tecnología disponible para ese momento. A medida que la tecnología se desarrolla, trabajos más complejos pueden ser realizados y a través de los últimos 30 años las Semi-Sumergibles se han movido a aguas más profundas para perforar pozos más profundos y complejos. Sin embargo, si el equipo de un equipo de perforación es llevado a un nivel más moderno de tecnología, entonces este vendría siendo, efectivamente, un equipo de perforación de nueva generación.(Equipo y operaciones de Perforación, Schlumberger, 2004)

GENERACIÓN AÑO DE CONSTRUCCIÓN

Ejemplos de Desarrollo de Tecnología

1ª

1962 a 1969

800 pies de Tirante de Agua, bombas de lodo 2x1250hp, Kelly, 1,450 Ton de capacidad de carga variable en cubierta (VDL), mástil manual.

2ª

1970 a1981

1,500 pies de Tirante de Agua, bombas de lodo 2x1600hp, Kelly, 3,000Ton de VDL, mástil manual.

3ª

1982 a 1986

2,500 pies de Tirante de Agua, bombas de lodo 2x1600hp, Kelly, 3,800 Ton de VDL, manejo Auto- mático de tubería.

4ª

1987 a 1998

3,500 pies de Tirante de Agua, bombas de lodo 3x1600hp, TDS3 manejo optimo, 4,300 Ton de VDL, manejo automático de tubería.

5º

1999 a 2008

8,000 pies de Tirante de Agua, bombas de lodo 5x2200hp, TDS8 manejo optimo, 5,000 Toneladas de VDL, actividad dual.

6º

2008 en Adelante.

>10,000 pies de Tirante de Agua, bombas de lodo 4x2200hp 7500psi,Top Drive Hidráulico DDM-1000-AC-2M 2 AC motors, 8,000 Ton de capacidad de carga variable en cubierta VDL.

La Plataforma Semi-Sumergible de Sexta Generación „Petrorig III‟, actualmente

perforando en la zona de Coatzacoalcos Profundo cuenta con un sin número de

mejoras en los equipos y componentes de una plataforma Semi-Sumergible de

Generaciones anteriores, lo cual hace que la perforación en tirantes de agua mayores

de 3,000 m sea con menor riesgo tanto para el personal que labora en plataformas de

este tipo como para el éxito de la perforación. Por esa razón, este capítulo está

dedicado a la descripción de los componentes más importantes y que han sido

mejorados durante la evolución de la Tecnología.

5.1 Torre de Perforación

Es una estructura de acero que se erige sobre una subestructura y tiene capacidad

para soportar seguramente todas las cargas verticales, las cargas que excedan la

capacidad del cable, y el empuje máximo de la velocidad del viento. La plataforma de

trabajo tiene que estar a la altura apropiada para sacar la tubería del pozo en

secciones de 3 o 4 tuberías según sea el caso del tipo de equipo de perforación.

Las características más importantes de la Torre con la que cuenta la Plataforma Semi-

Sumergible „Petrorig III‟, son presentadas a continuación:

a) Marca MH, Tipo Hi-Pro.

b) Consta de una base de 15.85 m x14.0 m

c) 64 m de altura para manejar 4 TP`s de rango 2 junto con el Top Drive.

d) Completo con corona, block viajero

e) Compensador de movimiento vertical montado en la corona para 7.62 m de

carrera.

f) Carga en Gancho 2,000,000 lbs (907TM)

g) Capacidad de carga estática 2, 500,000 lbs (1134TM).

h) Capacidad de carga de tubería en set back 2, 000,000 lbs (907TM).

i) Elevación del peine aproximado a 33 m sobre el nivel del piso de perforación

La subestructura que soporta la Torre de Perforación cuenta con una capacidad de 3,

500,000 lbs (1588TM), diseñada para condiciones de operación simultáneamente

aplicadas a la carga al gancho, y tensión del Riser.

5.2 Top Drive

En los equipos de perforación rotatoria más modernos, la rotación y la swivel se han

combinado en una sola unidad de Top Drive, la cual puede ser operada eléctrica o

hidráulicamente. En este caso la sarta de perforación se conecta directamente al Top

Drive donde la fuerza de rotación se aplica directamente y el lodo entra a la sarta de

perforación en forma similar a como lo hace en una swivel. Como la fuerza de rotación

ya ha sido aplicada, no se necesitará ya de Kelly ni de Kelly-bushing (buje de

transmisión).

Figura x . Componentes del Equipo Rotatorio a base de Kelly

La ventaja de un Top Drive sobre el sistema de Kelly convencional es de tiempo y costo. Con la Kelly, a medida que progresa la perforación, sólo puede agregarse de a una sola tubería en cada conexión. Este proceso implica que la Kelly sea

desconectada de la sarta de perforación, levantar y conectar la nueva junta y después conectar otra vez la Kelly a la sarta de perforación.

Con una unidad de Top Drive, la operación no sólo es mucho más simple por el hecho

de que la tubería está directamente conectada al Top Drive, sino que permite que sea

agregada una „Lingada‟, es decir tres juntas de tubería de una vez. La longitud

completa de una Lingada puede ser perforada en forma continua, mientras que sólo se

puede perforar la longitud de un tubo cuando se perfora con Kelly.

Debido las facilidades y seguridad que proporciona la utilización del „Top Drive‟ en los

equipos de perforación actuales, se decidió la instalación de un ejemplar en la

Plataforma Petrorig III, teniendo una mejora en este equipo debido a la capacidad de

manejo de 4 TP con lo cual se tiene como objetivo la reducción de tiempo muerto al

realizar las conexiones de Tuberías de Perforación, y facilitar las condiciones de

operación al perforar en situaciones adversas en Tirantes de Agua mayores a 3,000

m.

Figura x.. Top Drive Utilizado en Petrorig III

Las características más importantes del Top Drive con el que cuenta la Plataforma

Semi-Sumergible „Petrorig III‟, son enlistadas a continuación:

a) Capacidad de 2, 500,000 lbs. (1,134Ton métricas)

b) Rango de velocidad de 0-240 rpm

c) Torque máximo continuo de 87,020 lbs-ft,

d) Dos motores eléctricos de Corriente Alterna (CA) con una potencia de

1,150HP. Marca MH Tipo DDM-1000-AC-2M y Transmisión 2x1150 HP

GEB22 A1 AC Drilling Motors.

e) Velocidad Máxima 240 rpm.

f) Torque a Velocidad Máxima 62,000 Nm (44,900 ft.lb).

5.3 Alimentadora de Tubulares

Para incrementar la eficiencia del Top Drive utilizado en esta Plataforma, se instaló

una Alimentadora de Tubulares, la cual proporciona las tuberías al Top Drive,

permitiendo hacer más rápido los movimientos de conexión durante la perforación; lo

cual implica ganancias en tiempo y costos.

Las características más importantes de la Alimentadora de Tubulares con la que

cuenta la Plataforma Semi-Sumergible „Petrorig III‟, son enlistadas a continuación:

a) Marca MH.

b) Máxima Capacidad de Carga 40 TM (Junta Telescópica).

c) Velocidad de desplazamiento de plataforma: 0.5 m/s.

d) Capacidad de Tubulares: 2 7/8”- 54”.

e) Longitud de Tubular Máxima: 25.3 m (83 ft).

f) Operación Remota.

5.4 Bombas

5.5 Tensionador

5.6 Junta Flexible

5.7 Riser

5.8 Equipo de Introducción del Riser

5.9 Sistema Automatizado de Operación (Cabina de Perforador)