produccion en offshore

INTEGRANTES:

1. AREVALO TABOADA MARIA

2. DAVILA PAZ FRESSIA JULIANA

3. SALVADOR CRUZ LISBETH

4. VEGA CASTILLO BRENDA

Universidad Nacional De Piura 2013

INTRODUCCION

El petróleo y gas natural offshore son extraídos en cantidades importantes en varias partes del mundo. Solamente hay que ver la prosperidad económica de un pequeño país como Noruega para observar el resultado de su actividad offshore.

La exploración y explotación de gas natural y petróleo offshore tiene su propio régimen legal que-, aunque en varios sectores se aproxima y adopta la ley marítima tradicional tiene sus propias características.

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CARACTERISTICAS FISICAS

Al nivel práctico y físico, la exploración y producción de petróleo y gas natural en las regiones offshore del norte atlántico es mucho más complicada que la exploración y producción de petróleo y gas natural sobre tierra (onshore). Las infraestructuras offshore tienen que necesariamente ser adaptadas a condiciones climáticas extremas, hielo, aguas profundas removidas por tempestades. Al mismo tiempo, dependiendo de sus dimensiones, las plataformas petrolíferas tienen que acomodar entre 25 a 200 trabajadores durante a veces periodos de tres semanas con un cierto nivel razonable de comodidad. Además, estas instalaciones necesitan una serie de equipamientos de control y comunicaciones, de anclaje o posicionamiento, grúas, generadores, salvavidas, equipamiento para prevenir y apagar incendios, apoyo de helicópteros, almacenamiento y gestión de desechos humanos.

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LAS OPERACIONES OFFSHORE

ETAPA PRELIMINARAntes de todo, la empresa explotadora de petróleo y gas natural tiene que obtener los consentimientos de los gobiernos involucrados, que sean a nivel del gobierno federal o provincial. Una vez obtenido esta aprobación, la empresa petrolera que puede ser Exxon, Mobil, Shell o BP, etc. Perfora tres tipos de pozos:

a) Pozos de exploración;b) Pozos de delineación;c) Pozos de desarrollo;

Dependiendo de la profundidad del pozo y las condiciones de perforación, cualquiera de estos pozos pueden tomar hasta seis meses para ser explotados, siempre a un costo de inversión muy alto.

Si describimos los pozos de exploración, estos son perforados simplemente para confirmar si las formaciones geológicas ya identificadas por datos sísmicos contienen hidrocarburos.

Una vez establecida la presencia de hidrocarburos se pasa a la etapa de perforación de pozos de delineación en diferentes áreas de la formación geológica para confirmar su dimensión y determinar la naturaleza o características de la riqueza de hidrocarburos. Esta etapa establece si es atractivo al nivel económico desarrollar la área explorada.

Si la información derivada de esta segunda etapa, la etapa de delineación, es favorable, la empresa petrolífera empieza a perforar un pozo de desarrollo. Estamos ya en la tercera etapa.

Esto es lo preliminar para llegar a la producción.

Para estas tres etapas, se pueden utilizar tres tipos de plataformas. Hay que considerar que los sistemas de perforación offshore son extremadamente complejos y caros, y aunque desarrollados de sistemas de extracción de petróleo crudo en tierra, utilizados ya por más de un siglo, los sistemas modernos se renuevan y modifican constantemente.

Los tres tipos de plataformas utilizadas para estas tres etapas son:

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1. Las plataformas “Jack-up”, utilizadas en aguas poco profundas, hasta cien metros de profundidad. Son habitualmente en forma de barcaza triangular o rectangular y remolcadas a la región de perforación. Una vez in situ, las tres o cuatro grandes piernas de la plataforma son hundidas en el agua hasta que establecen contacto con el fondo del mar. La parte barcaza es levantada con un gato a la altura deseada para asegurar una distancia segura de la superficie del mar.

2. Las plataformas semi-sumergibles, plataformas enormes, utilizadas en profundidades del mar entre setenta y mil metros, donde se amarran con sistemas de anclas, y si la profundidad del mar es de más de 1000 metros, se amarran con un sistemas de posicionamiento dinamico.Estas plataformas pueden ser remolcadas al sitio o pueden ser capaces de trasladarse con su propia propulsión. La plataforma que opera es sostenida por una serie de columnas verticales que se asientan sobre dos o más pontones de acero que flotan debajo de la superficie del mar durante las operaciones de perforación. La plataforma puede ser subida o bajada ajustando la cantidad de agua de lastre en los pontones. Hay dos métodos que son utilizados para guardar este tipo de plataforma en su lugar. En profundidades de agua hasta 1800 metros, barcos de apoyo instalan una serie de grandes anclas sobre cables de acero pesados. Estas anclas y cables pueden extender hasta un kilómetro de la plataforma. Tornos (winches) especiales mantienen la tensión de los cables. En aguas más profundas se utilizan sistemas de posición dinámica en vez de anclas.

3. Los barcos perforadores (Drill Ships) son unidades de perforación más móviles, y operan en profundidades de mar entre 200 y mil metros, utilizando un sistema de anclas, y si en aguas más profundas de mil metros utilizando un sistema de posición dinámica. Son básicamente grandes barcos instalados con un sistema completo de perforación. Son particularmente útiles en áreas lejanas puesto que necesitan un apoyo limitado. La perforación se efectúa por el medio de una gran apertura al fondo del casco, que se llama “the Moon pool” (La piscina de la luna).

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Durante estas etapas de perforación y producción, la industria de energía offshore utiliza un sistema de apoyo considerable. Esto incluye el mantenimiento de la plataforma, barcos que están en “stand- by”, barcos que transportan a la tripulación o trabajadores, evacuación de emergencia, barcos que disponen de desechos humanos, barcos remolcadores, barcos que manipulan anclas y cables, helicópteros y unidades flotantes de almacenamiento.Estos sistemas de apoyo son exigidos al nivel legal basado sobre la aplicable legislación offshore por los arreglos de licencing o autorizaciones otorgadas por el estado costero.

ETAPA DE PRODUCCION Una vez desarrollado el pozo offshore la etapa de producción empieza.Los sistemas de producción de petróleo y gas natural tienen en común las siguientes funciones de base, aunque con variantes:

a) Perforación y mantenimiento de pozos utilizados para producir petróleo y gas y, cuando es necesario, inyección de agua, productos químicos y posiblemente gas de regreso a la formación.

b) Segregación y separación de la mezcla de petróleo y gas, y posibles residuos de agua y arena de los hidrocarburos.

c) Almacenamiento de los hidrocarburos líquidos producidos para transportarlos ulteriormente a mercados, o a un terminal de transbordo.

d) Acumulación, almacenamiento y transporte de barros de perforación y otros escombros y chorros, del lugar de perforación, y

e) Acumulación y tratamiento de gas natural líquido, enviándolo por gaseoducto debajo del mar a la orilla. Si el tratamiento no se efectúa offshore, el gas crudo y los líquidos crudos son enviados por gaseoducto para tratamiento a instalaciones basadas en la orilla del mar.Estas funciones pueden ser combinadas en una sola estructura, o efectuadas en instalaciones separadas y/o en localidades separadas. El petróleo crudo puede ser almacenado en tanques en la instalación de producción, o

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puede ser transportado por oleoducto a un tanquero a una proximidad cerca para almacenamiento.

Aunque hay varias instalaciones de producción offshore, están compuestas de dos estructuras separadas:

Estructura anclada con piernas llamada “jacket”, flotaba por barcaza al sitio deseado.Las piernas de hierro o concreto se bajan al fondo del mar en una posición derecha y ancladas al fondo con acero clavado en el fondo del mar.

Estructura basada sobre gravitación que consiste en una muy grande estructura construida con cemento armado flotado en posición y llenado de lastre. Se instala en base ya preparada al fondo del mar. Los tanques a la base de la estructura son utilizados para almacenar el petróleo antes de enviarlo a la orilla.

Finalmente, el sistema “ Flotación de Almacenaje de Producción y Descargar” (Floating Production storage and Offloading) o FPSO. El FPSO utiliza una embarcación en forma de barco con doble casco que contiene la producción, almacenamiento de petróleo y capacidad de transbordo. Esta embarcación es conectada a los pozos de producción por una torreta interna que es anclada en posición. La embarcación así gira alrededor de la torreta adaptándose a los vientos locales, corrientes y condiciones de olas. La torreta es diseñada para poder ser desconectada con seguridad de la embarcación FPSO.

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SISTEMAS DE PRODUCCIÓN COSTA AFUERA

Para efectuar las actividades de producción más allá de la costa, la industria petrolera internacional ha utilizado exitosamente a las plataformas fijas, las torres flexibles, los sistemas submarinos y los sistemas flotantes (ver Figura 2.1).

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En aguas someras (tirantes menores a 300 m) es viable desde el punto de vista técnico fijar una plataforma al fondo marino, siendo éste el motivo para denominarlas plataformas fijas. Las columnas que soportan las cubiertas con los equipos e instalaciones de producción pueden ser de concreto o acero, las cuales se extienden en forma de piernas desde la plataforma superficial hasta el suelo marino y son fijadas con pilotes o estructuras masivas de concreto. Las ventajas de las plataformas fijas son su alta estabilidad y capacidad de carga, así como sus bajos movimientos ante las acciones meteorológicas y oceanográficas del viento, oleaje, corrientes marinas y mareas. Estas características les permiten manejar grandes cantidades de producción y utilizar árboles de control de pozos sobre sus cubiertas y risers (ductos ascendentes por donde viaja la producción proveniente de los pozos) de acero verticales, los cuales en su conjunto permiten reducir los costos de la infraestructura y del mantenimiento e intervención de los pozos productores. Las plataformas fijas dejan de ser una alternativa viable en aguas intermedias (tirantes mayores a 300 m) y profundas (tirantes mayores a 500 m) ya que no es costeable construir e instalar plataformas fijas con subestructuras tan pesadas y largas para apoyarse en el fondo marino. Sin embargo, existen varias plataformas operando en aguas intermedias estadounidenses como la plataforma Cognac en 312 m y la Bullwinkle, poseedora del récord de aplicación, en 412 m de tirante de agua.

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En la Figura 2.2 se presentan las 7 plataformas con mayor altura en el mundo, todas ellas operando en aguas intermedias estadounidenses. De acuerdo con los registros de la Bureau of Ocean Energy Management, Regulation and Enforcement (antes MMS), Estados Unidos cuenta con 3,080 plataformas fijas en el Golfo de México (GdM).

Actualmente, Petróleos Mexicanos tiene en operación en el GdM alrededor de 350 plataformas fijas ubicadas en la Bahía de Campeche y frente a las costas de Tampico, Veracruz y Tabasco, en tirantes de agua menores a 100 m. La producción de los campos en aguas someras en estas regiones se efectúa a través de complejos de plataformas (ver Figura 2.3), teniendo cada una de ellas servicios específicos tales como perforación, producción, alojamiento de personal (habitacional), compresión de gas, inyección, rebombeo, recuperación, enlace y telecomunicaciones, entre otros.

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La explotación de hidrocarburos en aguas profundas y ultra-profundas (tirantes mayores a 1,500 m) requiere de sistemas flotantes anclados al fondo marino y/o de sistemas submarinos de producción, los cuales reciben a los hidrocarburos provenientes de los pozos y los envían a través de ductos y/o risers a instalaciones marinas cercanas o en tierra para su procesamiento, almacenamiento o venta. En la Figura 2.4 se puede observar un sistema de producción típico en aguas profundas, combinando los sistemas submarinos, los ductos y risers, y un sistema de producción flotante.

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Dentro de los sistemas flotantes de producción se encuentran los Buques de Producción, Almacenamiento y Trasiego (FPSO por sus siglas en inglés), las plataformas Semisumergibles (Semi), las Plataformas de Piernas Atirantadas (TLP por sus siglas en inglés), y las plataformas tipo Spar (ver Figura 2.1). Actualmente existen 271 sistemas flotantes de producción en servicio o disponibles en el mundo, en países como Estados Unidos, Brasil, Noruega e Inglaterra, o en los mares africanos y asiáticos. Del total, el 65% son FPSOs, 18% Semi´s, 10% TLP´s y 7% Spar´s (IMA, 2011). El record actual de aplicación lo posee la plataforma Semisumergible Independence Hub en operación en la parte Norte del GdM en un tirante de 2,415 m.

En la Figura 2.5 se muestra el crecimiento del número de sistemas flotantes desde su aparición en la década de los años 70´s del siglo pasado hasta el año 2009. En esta figura se puede observar que la tasa de crecimiento en la última década es del 117%, siendo los FPSOs aquellos sistemas con mayor demanda seguidos por las plataformas semisumergibles. El futuro del mercado de los sistemas flotantes se muestra promisorio al identificar 196 proyectos en planeación, diseño o licitación, que potencialmente requerirán unidades flotantes de producción o almacenamiento. Brasil es la región más activa en el futuro cercano con 50 proyectos potenciales para sistemas flotantes en etapa

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de planeación, después continúa el Sureste asiático con 39, el Norte de Europa con 24, el Golfo de México con 19 y Australia con 11 proyectos.

De los 196 proyectos, 53 están en la fase de licitación y los contratos para su construcción serán asignados dentro de los siguientes 12 a 18 meses. Los restantes 143 proyectos se encuentran en la fase de planeación, por lo que se estima que la construcción de los sistemas flotantes iniciará entre los años 2013 a 2018 (IMA, 2011).

En el caso de México, PEMEX cuenta solamente con un buque de almacenamiento y descarga (FSO), de nombre TaKuntah (ver Figura 2.6), en operación en el campo Cantarell en un tirante de 75 m, y un FPSO de nombre Yùum K´ak´náab (ver Figura 2.7) en operación en los campos Ku-Maloob-Zaap en 85 m de tirante de agua. Asimismo, en febrero del año 2010 PEMEX adquirió el buque ECO III clasificado como FPSO para la prueba de pozos.

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Se estima que el primer sistema flotante en aguas profundas mexicanas se instalará entre los años 2017 y 2018, ya sea en aguas profundas del área de Perdido, frente a las costas del estado de Tamaulipas en un tirante de alrededor de 3,000 m, o en el Sur del Golfo de México en un tirante menor a 2,000 m (Barranco et al., 2010).

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DESARROLLO DE CAMPOS BASADOS EN SISTEMAS FLOTANTES

Características de los sistemas flotantes

Los sistemas flotantes se refieren a las plataformas marinas del tipo embarcación utilizados para la explotación de yacimientos petrolíferos localizados en sitios con tirantes de agua superiores a los 300 m, aunque algunos de ellos se pueden utilizar en aguas someras como los FPSO´s. La característica distintiva entre las plataformas fijas y los sistemas flotantes es que estos últimos soportan el peso de los equipos sobre las cubiertas, los risers, las líneas de anclaje y su peso propio a través de la flotación de su casco, y utilizan un sistema de posicionamiento para mantenerse en su sitio de operación. Los componentes principales de los sistemas flotantes, tomando como ejemplo a una plataforma Semisumergible son: las instalaciones en las cubiertas (topside), el casco de flotación, las líneas de amarre, la cimentación y los risers de producción y exportación/importación (Ver Figura 4.1).

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En el topside de las plataformas se encuentran los equipos, servicios auxiliares y de seguridad, necesarios para recibir los fluidos provenientes de los pozos submarinos a través de risers (ductos ascendentes), efectuar la producción de los hidrocarburos y para enviar éstos vía ductos hacia otra infraestructura en el mar o en tierra, o almacenar el aceite en su propio casco de flotación como en los FPSOs. Asimismo, en la cubierta se lo localizan las instalaciones para el alojamiento de personal operativo.

El casco de flotación puede ser compuesto por columnas y pontones (como en las TLP´s y las Semi´s), por una sola columna de gran diámetro (como en las mini-TLP´s y las Spar´s), o tipo embarcación como los FPSO´s. El casco aporta la rigidez, la flotación y la estabilidad necesarios para soportar las acciones ambientales y los pesos de los equipos y cubiertas, su peso propio, el peso de los risers y las líneas de amarre, así como los pesos de los líquidos (aceite crudo, combustibles, agua potable y agua de lastre, entre otros) almacenados en sus

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compartimentos internos. En la Figura 4.2 se muestran los componentes principales de un topside y el casco de flotación de una plataforma Semisumergible.

El sistema de posicionamiento tiene como objetivo limitar los movimientos de la plataforma, generados por las acciones ambientales, dentro de un círculo de operación establecido para salvaguardar la integridad de los risers. Generalmente, el radio del círculo de operación de la plataforma es menor al 10% del tirante de agua en condiciones ambientales de tormenta. El sistema de posicionamiento puede ser pasivo, a través de líneas de amarre y cimentaciones, o dinámico, a través de hélices, o una combinación de ambos (DNV, 2008). Comúnmente el sistema de posicionamiento pasivo es utilizado para las plataformas de producción, existiendo la posibilidad de ser auxiliado por un conjunto de hélices para ambientes oceánicos severos. Las líneas de amarre pueden ser compuestas de cadena, cables de acero o poliéster, o pueden ser tubos de acero como en las TLPs. Estas líneas de amarre se conectan en su parte inferior a una cimentación embebida en el fondo marino, la cual puede ser del tipo ancla (de arrastre o con capacidad de carga vertical) o pilote (hincado o de succión). Las plataformas flotantes poseen diferentes grados de libertad de movimiento como respuesta a las acciones meteorológicas y

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oceanográficas. Bajo este criterio, las plataformas flotantes pueden ser clasificadas como unidades con flotación neutra y unidades con flotación positiva. Dentro del primer grupo se encuentran los FPSO´s, las

Semi´s y las Spar´s, y en el segundo se incluyen las TLP´s y las Mini-TLP´s. Las plataformas con flotación neutra vibran dinámicamente en seis grados de libertad, tres movimientos de traslación en dirección de los ejes X, Y y Z, y tres movimientos de rotación alrededor de los mismos ejes: avance (surge), deriva (sway), arfada (heave), cabeceo (pitch), balanceo (roll) y guiñada (yaw), respectivamente. Estos seis grados de libertad se ilustran en la Figura 4.3. Las plataformas con flotación positiva tienen un empuje mayor que su peso y son ancladas al fondo marino por líneas que se mantienen siempre en tensión, llamadas tendones. Los tendones son tubos de acero que restringen los grados de libertad de arfada, cabeceo y balanceo de las TLP´s.

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Cada uno de los conceptos estructurales tiene características propias que ofrecen ventajas y limitaciones para su selección como centro de proceso para el desarrollo de campos petroleros. Por ejemplo, las TLP´s y las Spar´s tienen bajos movimientos verticales que les permiten utilizar risers rígidos y terminaciones superficiales (árboles secos) similares a las plataformas fijas. Debido a esta característica, la perforación y el mantenimiento de los pozos pueden llevarse a cabo desde la misma plataforma de perforación. Sin embargo, las TLP´s tienen límites técnicos en su sistema de tendones para su aplicación en aguas profundas más allá de 1,500 m y la Spar tiene un sistema de risers muy complejo. Por otro lado, los FPSO´s permiten el almacenamiento de aceite en su casco de flotación y las plataformas semisumergibles son menos sensibles a los cambios de carga y ofrecen mayor área disponible sobre sus cubiertas. En la Tabla 4.1 se muestran las principales ventajas y desventajas de los cuatro tipos de sistemas flotantes.

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Actualmente existen 271 sistemas flotantes de producción en operación o en proceso de construcción en las diferentes regiones del mundo (Ver Tabla 4.2), de los cuales 176 son FPSO’s. Los FPSO´s son utilizados preferentemente para la explotación de campos en aguas profundas del Oeste de África y de Brasil. Los 50 FPSO’s operando en el Mar del Norte y en Asia (incluyendo China) se encuentran en tirantes de agua menores de 500 m. De las 50 plataformas Semisumergibles, 21 unidades están operando en aguas profundas de Brasil y 10 en la parte estadounidense del Golfo de México. Existen 26 TLP´s operando o en construcción en el mundo, 17 de ellas en aguas profundas estadounidenses y una ya fue retirada (la plataforma Hutton); mientras que de las 19 plataformas tipo Spar, 18 de ellas se encuentran en el Golfo de México Norte y una en el Sureste asiático.

De acuerdo con Wilhoit y Supan (2011) en el periodo 2011 a 2014 se espera sean instalados adicionalmente 71 sistemas flotantes, de los cuales se estima sean 55 FPSO’s, 10 Semi’ s, 4 TLP’s y 2 Spar’s.

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VOCABULARIO

FPSO: Floating Production Storage and Offloading (Flotación de almacenaje de Producción y Descargar).

TLP: Tension Leg Platform (Plataforma de Pierna de Tensión).

RISER: Tubo que conecta una estructura de producción flotante o una plataforma de perforación con un sistema submarino, ya sea para fines de producción tales como perforación, producción, inyección y extracción, o para fines de perforación, terminación y rehabilitación de pozos.

Drill Ships: Barcos perforadores

Wilhoit y Supan: Ciudades de Estados Unidos designados para censos con fines estadisticos

BIBLIOGRAFÍA

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