Plataformas costa afuera y el desafío constante de su proyecto dada la creciente demanda de hidrocarburos

En un contexto global, existe una cierta dependencia de los combustibles fósiles ante la ausencia de soluciones eficientes y generalizadas para la producción de electricidad. Esto, sumado a la creciente demanda de hidrocarburos de los países en desarrollo, sugiere un aumento en la exploración de campos petroleros.

Estos escenarios han generado un incremento en la demanda de plataformas nuevas y renovadas (Figura 1), más adaptadas a los nuevos tiempos, teniendo en cuenta técnicas renovadas e integración con el menor impacto posible con el medio marino.

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Figura 1. Tipos de plataformas marinas.

Elección de plataforma

Al elegir el tipo de plataforma a diseñar, solo se deben tener en cuenta las de producción; porque son las estructuras encargadas de extraer el crudo. Por tanto, las estructuras a conservar son:

  • Semisumergible.
  • Buques de producción.
  • Plataforma de tensión para piernas (TLP).
  • Torres Fijas (Chaquetas).
  • Estructuras gravitacionales (GBS).

criterios de diseño

Una vez que se ha determinado la ubicación final de la estructura, una serie de factores determinarán qué tipo de plataforma marina es la más adecuada. Los criterios básicos de diseño para elegir la plataforma son:

  • Profundidad
  • Movilidad
  • Capacidad

Diseño de superestructuras, cálculos y diseño preliminar

Esta parte del proyecto aborda el problema del dimensionamiento de la superestructura de la plataforma petrolera, entendiendo esa superestructura como el conjunto de vigas que soportan los elementos funcionales de la plataforma.

Para simplificar y aplicar una metodología para obtener buenos resultados, se consideran adecuados los siguientes aspectos:

1) Regulación y diseño: Se resumen los puntos importantes a tener en cuenta para respetar las normas de diseño. En cuanto al diseño, los estándares o normas especifican una serie de criterios a tener en cuenta que se pueden resumir de la siguiente manera:

  • Tenga en cuenta la orientación, la profundidad del agua y el acceso a la propia plataforma; así como la elevación de la superestructura en relación con la cresta de ola de diseño y un conjunto de fenómenos geológicos y ambientales como el viento, el hielo, la actividad sísmica o la inestabilidad del fondo marino.
  • Tener un mayor conocimiento del estado de los fondos marinos, a fin de permitir un proyecto que no solo sea económico y seguro, sino también apto para futuras ampliaciones; ya sea desde la propia plataforma o mediante plataformas adicionales, sin necesidad de estudios adicionales.

2) Diseño preliminar de la superestructura: Fase de proyecto en la que se realiza un primer dimensionado. Se establecen las primeras formas, definiendo por primera vez los elementos que se pretenden integrar en la estructura. Estos elementos se consideran instalaciones tipo “topsides”, donde se realizan las principales funciones operativas y de apoyo para la extracción de crudo.

Con base en las consideraciones mencionadas en las líneas anteriores, se realiza un dimensionamiento preliminar de las formas de la superestructura en base a geometrías simples (Figura 2), que se definirá en el punto 3.

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Figura 2. Dimensionamiento preliminar de plataforma y cimas.

3. Definición de cargas y elementos: En esta fase se prevé el desarrollo del anteproyecto, definiendo con mayor detalle tanto los elementos a integrar en la estructura, como sus pesos y formas (Figura 3).

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Figura 3. Diseño de superestructura y disposición superior.

Una vez realizadas las fases anteriores, se espera obtener una serie de resultados de vital importancia para el estudio relacionado con los pilares de la plataforma. El objetivo será:

  1. Conocer y comprender el comportamiento de la superestructura a partir de la disposición de las tapas, según los perfiles elegidos para cada una de las vigas.
  2. Obtener un valor de la carga a transmitir en los extremos de las columnas en fuerza axial y optimizar el modelo.

Desarrollo de simulaciones y análisis de carga

Una vez definidos los elementos del tablero, intentaremos interpretar las cargas que cada uno de estos elementos transmitirá a todas las vigas. Por ejemplo, para estructuras fijas, de acuerdo con la norma API-RP2A «Práctica recomendada para la planificación, diseño y construcción de plataformas fijas costa afuera – Diseño de calles de trabajo», los conjuntos de cargas a considerar son:

  • Cargas muertas.
  • Cargas vivas.
  • Cargos ambientales.
  • Cargas constructivas.
  • Costos de instalación o reinstalación de la plataforma.
  • Cargas dinámicas.

Una vez determinadas las cargas a aplicar a las estructuras, estamos listos para ingresar estos datos en varios software especializados (Figura 4), cuyo cálculo se basa en elementos finitos y otras metodologías; Acortar el tiempo para predecir el comportamiento de toda la plataforma y sin desarrollar prototipos a pequeña escala que siguen siendo costosos de producir.

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Figura 4. Simulación y análisis de cargas en software especializado.

Una vez obtenida la estructura final, se procede al análisis del comportamiento general teniendo en cuenta todas las cargas, que primero deben distribuirse adecuadamente. El objetivo pretendido es observar el comportamiento de toda la estructura y si cada una de las secciones tiene niveles de tensión permisibles. Dependiendo de los resultados, los tramos serán reevaluados y / o rediseñados con el fin de respetar la seguridad y confiabilidad operativa que requiere la plataforma.

Autor: Alberto Guerrero Parra. Maestro de Máster en Petróleo y Gas: Prospección, Transformación y Gestión por EADIC.

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