4 Oilfield Review

De las lneas de conduccin al mercado

El xito de toda rea prospectiva depende tanto de la capacidad de un operador para

llevar el petrleo y el gas al mercado como de la extraccin del producto desde el

subsuelo. En muchas regiones, las lneas de conduccin constituyen el medio ms

econmico y confiable de transporte de los hidrocarburos desde la boca del pozo

hasta la refinera. Las compaas de lneas de conduccin no escatiman recursos

para instalar y operar sus sistemas de transmisin de manera segura.

Alexander P. AlbertHouston, Texas, EUA

Daniel L. LanierGeoscience Earth and Marine Services, Inc.Houston

Brian L. PerillouxWilliams Midstream Services, LLCHouston

Andrew StrongSouthampton, Hampshire, Inglaterra

Traduccin del artculo publicado en Oilfield Review, Primavera de 2011: 23, no. 1.Copyright 2011 Schlumberger.Por su colaboracin en la preparacin de este artculo, se agradece a Kamran Akbarzadeh, Edmonton, Alberta, Canad; Michael Carney, Houston; Marsha Cohen, publicacin Terra et Aqua, La Haya; Julie Gentz, The Williams Companies, Inc., Tulsa; Stelios Kyriakides, Universidad de Texas en Austin; Domitille Lucereau, La Dfense, Francia; Frank McWilliams, Tata Steel International, Sugar Land, Texas; y Matt Pond, Corrosion Resistant Alloys, Houston.Integriti Platinum, PIPESIM y RealView son marcas de Schlumberger.

En respuesta al proceso de maduracin de la pro-duccin en las cuencas establecidas de tierra firme y aguas someras, muchas compaas de E&P estn extendiendo sus campaas de bsqueda de reservas hacia reas prospectivas marinas ms profundas. Las operaciones de perforacin y ter-minacin de pozos confirman la viabilidad de un rea prospectiva, y luego crean el marco propicio para la construccin e instalacin de las platafor-mas. An despus de conectar los pozos a la plata-forma, la tarea est lejos de haber llegado a su fin.

Es preciso implementar algn mtodo de trans-porte del producto al mercado. En las reas desa-rrolladas, respaldadas con una infraestructura establecida, esto requiere a menudo la instalacin de algunos kilmetros de lneas de exportacin para conectar una plataforma a una lnea de con-duccin existente. En las reas de frontera, los ope-radores deben construir sistemas extensos de lneas de conduccin a travs de varios kilmetros, o utili-zar embarcaciones habitualmente los transbor-dadores de una embarcacin flotante de produccin, almacenamiento y descarga (FPSO) para llevar el producto hasta una terminal de recepcin, desde donde es enviado normalmente a una refine-ra por tubera. Hasta disponer de un medio de transporte, las reservas descubiertas con gran esfuerzo permanecen sin desarrollar y los opera-dores deben dejarlas en el subsuelo.

Las compaas de lneas de conduccin se esfuerzan por mantener el ritmo de las compa-as de E&P conforme estas ltimas acceden a

profundidades cada vez mayores. Para ello, la industria de las lneas de conduccin debe insta-lar y disear sistemas que impulsen los fluidos de alta temperatura y alta presin a travs de largas distancias, en ambientes oscuros y profundos de alta presin y baja temperatura.

A pesar de estos desafos, la industria de las lneas de conduccin sigue batiendo rcords. En el ao 2000, un gasoducto de 64 km [40 mi] tendido para el proyecto Hoover-Diana en el Golfo de Mxico, alcanz profundidades de 1 450 m [4 800 pies] bajo el nivel del mar. Para el ao 2005, el proyecto Blue Stream haba instalado 386 km [240 mi] de gasoduc-tos gemelos a profundidades de 2 150 m [7 050 pies] en el Mar Negro. En el ao 2008, entre las reas de Alaminos Canyon y East Breaks del Golfo de Mxico, se tendieron 206 km [128 mi] de lneas de conduc-cin para el proyecto Perdido Norte a profundidades rcord oscilantes entre 1 067 m y 2 530 m [3 500 pies y 8 300 pies]. El gasoducto Galsi, cuya construccin est prevista para el ao 2011, se extender por debajo del Ocano Mediterrneo desde Argelia hasta Sardinia, con lo cual se establecer un nuevo rcord de profundidad de 2 824 m [9 265 pies]. Adems, se estn estableciendo rcords de distancia. Entre 2004 y 2007, se tendi el gasoducto de Langeled entre Noruega e Inglaterra. Con una extensin de 1 173 km [729 mi], se trata del gasoducto submarino ms largo del mundo.

Independientemente de que establezca un rcord o no, cada lnea de conduccin posee carac-tersticas singulares. La composicin qumica de

1. Para obtener ms informacin sobre los sistemas de lneas de conduccin, consulte: Amin A, Riding M, Shepler R, Smedstad E y Ratulowski J: Desarrollo submarino desde el espacio poroso hasta el proceso, Oilfield Review 17, no. 1 (Verano de 2005): 419.

2. Los cdigos y prcticas para el diseo, construccin e inspeccin de las lneas de conduccin submarinas han sido publicados por una diversidad de institutos tcnicos, tales como el Instituto Nacional Americano de Estndares, el Instituto Americano del Petrleo, la Sociedad Americana de Ingenieros Mecnicos, Det Norske Veritas, la Institucin de Ingenieros y Administradores de Gas y la Asociacin de Operadores Marinos del Reino Unido. Para ver un listado de los diversos cdigos internacionales, se puede consultar la Agencia del Reino Unido para la Salud y la Seguridad (UK Health and Safety Executive): Use of Pipeline Standards and Good Practice Guidance, http://www.hse.gov.uk/pipelines/resources/pipelinestandards.htm (Se accedi el 25 de noviembre de 2010).

3. Connelly M: Deepwater PipelinesTaking the Challenge to New Depths, Offshore Magazine 69, no. 7 (1 de julio de 2009): 9497.

4. MacPherson H: Unique Challenges in Managing Deepwater Pipeline Integrity, PetroMin Pipeliner 5, no. 3 (JulioSeptiembre de 2009): 1425.

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los productos determina en gran medida la meta-lurgia, en tanto que la longitud de la lnea y los gradientes de profundidad dictaminan las presio-nes de operacin y las tasas de flujo; a su vez, ambos parmetros inciden en el dimetro y el espesor de las paredes de las lneas. Estas consi-deraciones de diseo inciden directamente en las prcticas operativas y de mantenimiento. Este artculo proporciona un amplio panorama general de las actividades de construccin, operacin y monitoreo de las lneas de conduccin marinas.

Consideraciones de diseoLos sistemas de lneas de conduccin estn cons-tituidos por todas las tuberas, vlvulas, bombas, medidores e instalaciones a travs de los cuales se transportan las corrientes de produccin. Estos sistemas pueden dividirse en segmentos bien definidos (arriba). Las lneas son tuberas de dimetro relativamente pequeo (menos de 16 pulgadas) compuestas por lneas de flujo, lneas colectoras y tubos ascendentes, que se extienden desde el cabezal del pozo hasta la plataforma de produccin o la unidad FPSO.1 Estas lneas transportan una corriente cruda, sin refinar, consistente por lo general en una mezcla multifsica de gas, petrleo y agua desde los pozos de petrleo; o gas, lquidos del gas natural y agua, desde los pozos de gas. Las lneas de exportacin, tambin denominadas lneas troncales o lneas de transmisin o de ventas, por lo general estn com-puestas por tuberas de dimetro ms grande

(oscilante entre 16 pulgadas y 44 pulgadas) para el transporte de los fluidos procesados hasta la costa desde uno o ms campos. La corriente pro-cesada que ya ha experimentado los procesos de separacin y tratamiento inicial a bordo de una plataforma de produccin o de una unidad FPSO, normalmente consiste en petrleo con pequeas cantidades de agua, o de gas y condensado. Estas lneas de conduccin se conectan habitualmente a las lneas de conduccin terrestres, que transportan los fluidos a las refineras situadas tierra adentro.

Las lneas de conduccin se construyen de acuerdo con cdigos y estndares estrictos.2 Los re-quisitos de diseo, en el caso de las lneas subma-rinas, deben contemplar una diversidad de factores, que incluyen la longitud proyectada, la profundidad y la temperatura del agua, la compo-sicin y la tasa de flujo de los fluidos transporta-dos, adems de la topografa sobre la que se tender la lnea. Finalmente, estos factores inci-dirn en los costos, los procesos de manufactura, las tcnicas de tendido y las estrategias operati-vas de las lneas de conduccin.

Las lneas de conduccin estn diseadas para tolerar las presiones internas generadas por una tasa de flujo determinada. No obstante, en aguas profundas, las inquietudes relacionadas con la presin interna son secundarias respecto de la necesidad de que las lneas de conduccin toleren las presiones externas de colapso que impone la profundidad del agua; especialmente durante la fase de instalacin en la que no se bombea fluido

alguno a travs de la lnea. La resistencia al colapso bajo fuerzas hidrostticas es determinada por la ovalidad y la resistencia a la compresin que ofrecen la metalurgia y el espesor de la pared de la tubera.3 Por consiguiente, mientras la pre-sin interna dictamina el espesor de la tubera en los ambientes convencionales, la presin hidros-ttica es el factor de influencia predominante a la hora de determinar el espesor de las lneas de conduccin de aguas profundas.

Si bien las presiones de explosin y colapso son los componentes principales, en el diseo de las lneas de conduccin tambin se deben consi-derar otros factores. Un estudio de las lneas de conduccin del Golfo de Mxico seala a la corro-sin como la causa ms importante de dao de las tuberas.4 La composicin y la temperatura de los fluidos transportados a travs de una tubera pueden afectar su susceptibilidad a la corrosin interna; por consiguiente, la metalurgia se vuelve una consideracin de diseo significativa; no slo por la resistencia sino tambin para contrarres-tar la amenaza de la corrosin. Las lneas de con-duccin transportan los fluidos sin procesar; estos fluidos pueden contener hidrocarburos mezclados con una mezcla corrosiva de agua, dixido de carbono, cloruros o cido sulfhdrico [H2S], a menudo a temperaturas elevadas. Y las condiciones generalmente cambian con el tiempo a medida que el agotamiento del yacimiento altera la mezcla de fluidos.

> Segmentos de lneas de conduccin. Las lneas (rosa) se extienden desde el cabezal del pozo hasta la plataforma u otra instalacin preliminar de recepcin y procesamiento. Las lneas de exportacin, o ventas (verde), se extienden aguas abajo de la plataforma.

Oilfield ReviewSPRING 11 PIPELINE Fig. 1ORSPRG11-PIPLN Fig. 1

Cabezal del pozo

Lnea colectora

Colector mltiple

Tubo ascendente

Plataforma

Lnea de exportacin

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6 Oilfield Review

La industria de las lneas de conduccin ha desarrollado una diversidad de procedimientos para mitigar los problemas de corrosin. En algu-nos diseos se incrementa el espesor de la pared de la lnea para compensar la prdida de metal prevista, causada por la corrosin. En otros, se uti-lizan aleaciones resistentes a la corrosin (CRA). Estas aleaciones combinan metales, tales como acero inoxidable, cromo, nquel, hierro, cobre, cobalto, molibdeno, tungsteno o titanio. Las aleacio-nes CRA resisten la corrosin en forma ms efectiva que las tuberas de acero al carbono, y se escogen en base a su resistencia a las propiedades especficas de los fluidos producidos. Si bien son resistentes a la corrosin, las aleaciones CRA quizs no posean la misma resistencia a la traccin y a la compresin que las tuberas de acero al carbono.

Los revestimientos de aleaciones CRA pueden utilizarse para revestir el interior de las tuberas. En esos casos, la tubera externa de acero al car-bono tolera la presin interna y externa, en tanto que el revestimiento de aleacin proporciona la proteccin contra la corrosin.5 En la seleccin de la aleacin CRA tambin se debe tener en cuenta la resistencia, la solidez y la soldabilidad de la aleacin.

En combinacin con los metales resistentes a la corrosin, a menudo se emplea el proceso de inhibi-cin qumica para mitigar la corrosin: esta tc-nica introduce aditivos qumicos en la corriente de produccin para reducir la corrosividad del fluido.

Las lneas de conduccin son susceptibles a la corrosin externa; en el caso de las tuberas sub-marinas, el principal agente agresivo es el agua de

mar, un electrolito eficiente que favorece la corro-sin acuosa. En este ambiente, todos los metales y aleaciones estn sujetos al fenmeno de corro-sin, lo cual depende de su potencial elctrico individual y del pH del agua marina. La reaccin electroqumica que causa la corrosin puede ser mitigada en cierta medida mediante la proteccin catdica.6 No obstante, al aumentar la profundidad, la temperatura del agua baja, lo cual reduce la con-ductividad y por ende la efectividad de los nodos destinados a proteger la lnea de conduccin.

Adems, las especificaciones de diseo deben apuntar a impedir las reacciones bioqumicas. Las bacterias sulfato-reductoras presentes en los limos marinos generan H2S, que puede atacar las lneas de conduccin; otros organismos, tales como las lapas y los balanos, pueden limar u horadar los metales que carecen de proteccin. Para poner coto a los estragos que produce el ambiente marino y prolongar la vida til de las lneas de conduccin, junto con la proteccin catdica pueden emplearse resinas epxicas adheridas por fusin (FBE) u otros recubrimien-tos externos (izquierda,extremo superior).

El diseo de las lneas de conduccin tambin debe impedir la fatiga, es decir el dao localizado y progresivo provocado por la carga cclica de la tubera. Una forma de carga cclica es la causada por las vibraciones inducidas por remolinos (vr-tices) (VIV) a medida que las corrientes de agua fluyen por encima y por debajo de los tramos de lneas sin apoyo. Estos tramos sin apoyo se gene-ran cuando la tubera atraviesa echados y valles en el terreno del fondo marino o cuando las corrientes de agua desgastan y erosionan las por-ciones del fondo marino situadas por debajo de las tuberas sin sepultar. Para proteger estos tra-mos de los riesgos generados por las corrientes ocenicas, se pueden utilizar dispositivos de supresin de VIV, tales como los sistemas de reda-nes de aletas helicoidales y carenados (izquierda).

El esfuerzo inducido trmicamente es otro problema. El flujo del petrleo crudo caliente a travs de una lnea de conduccin puede producir la expansin del metal, con lo cual es probable que la lnea cambie de posicin. En una lnea recta entre dos puntos fijos e inmviles, dicho movimiento podra ocasionar una falla catastr-fica en el sistema de lneas de conduccin. No obs-tante, los ingenieros pueden compensar los fenmenos de expansin y contraccin mediante la planeacin de una lnea de conduccin leve-mente sinuosa que permita el movimiento lateral en toda su longitud; esta configuracin permite amortiguar incluso los efectos de los movimientos causados por los sismos y las avalanchas de lodo.

Tubo

Segundo revestimientoPrimer revestimiento

Oilfield ReviewSPRING 11 PIPELINE Fig. 2ORSPRG11-PIPLN Fig. 2

> Revestimiento de resina epxica adherida por fusin. Como proteccin contra la corrosin y el dao mecnico, al tubo de acero se aplican electrostticamente revestimientos de resinas epxicas. La resina se aplica a temperaturas de hasta 110C [230F] y luego se endurece termoplsticamente. El espesor habitual oscila entre 350 um y 450 um. Para lograr una proteccin adicional, se puede aplicar una segunda capa. (Ilustracin, cortesa de EUROPIPE GmbH.)

> Redanes del tubo. Las corrientes de agua que circulan ms all de los tramos sin apoyo crean torbellinos en el lado posterior del tubo (inserto). Cuando los remolinos se alejan del tubo, generan vibraciones que pueden producir su rotura por carga cclica. Los redanes VIV pueden sujetarse en la parte externa del tubo (amarillo) para cortar el flujo de la corriente de agua, lo cual desplaza los remolinos bien lejos de la tubera. (Ilustracin, cortesa de Mark Tool & Rubber Co. Inc.)

Corrientede agua TorbellinosTubo

Oilfield ReviewSPRING 11 PIPELINE Fig. 3ORSPRG11-PIPLN Fig. 3

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Manufactura de las tuberasEl tubo que se utiliza para la construccin de las lneas de conduccin se denomina tubo de con-duccin. La mayora de los tubos de conduccin son de acero al carbono; a menudo se escogen aleaciones especficas con el fin de lograr propie-dades mecnicas y metalrgicas cruciales, y en ocasiones se puede emplear acero inoxidable.7

Los requerimientos para las propiedades mecni-cas del acero utilizado para las lneas de conduc-cin son muy estrictos, ya que se requiere alta resistencia, ductilidad, solidez, resistencia a la corrosin y soldabilidad en un solo grado de acero. Las propiedades de diseo de los tubos de conduccin se logran a travs de la regulacin cuidadosa del procesamiento qumico y termo-mecnico de las aleaciones durante la produc-cin. El control de calidad es monitoreado a lo largo de todo el proceso de produccin, desde la fbrica de acero hasta el patio de tuberas.

Las especificaciones de los tubos de conduc-cin a menudo demandan procesos especiales, desde la fundicin de las planchas de acero hasta el subsiguiente laminado de las placas para for-mar listones con los que luego se arma el tubo. Gran parte del proceso es controlado por compu-tadora y luego se verifica a travs de una serie integral de pruebas no destructivas, que incluyen evaluaciones del espesor y las soldaduras, inspec-ciones ultrasnicas, por partculas magnticas y por rayos X.

El tubo de conduccin puede ser sin costura o con soldadura continua. Los tubos sin costura pue-den ser fabricados con un dimetro externo (OD) de hasta 16 pulgadas. La variedad de tubo con solda-dura continua se fabrica normalmente con dime-tros externos que oscilan entre 16 y 64 pulgadas.

La mayora de los tubos sin costura se fabrica a partir de lingotes o rodillos fundidos, que se calientan en un horno de solera rotativa y luego son perforados con un punzn centrado. El lingote perforado pasa a una laminadora donde se alarga como consecuencia de la reduccin de su dime-tro y del espesor de su pared. En el anillo del lin-gote hueco se inserta un mandril para sujetar y modelar el lingote a medida que atraviesa una serie de rodillos para ser transferido luego a una laminadora especial que permite que se logre la forma, el espesor y el dimetro exactos del tubo.

Los tubos con soldadura continua se fabrican a partir de espirales de acero, que se separan en cortes adecuados al dimetro requerido del tubo. Luego, esos cortes se laminan y se prensan para formar planchas de tamao y espesor especficos. Las planchas se laminan en fro para obtener una forma tubular cuya costura se cierra mediante soldadura para construir el tubo.

Los tubos terminados son sometidos primero a pruebas hidrostticas y luego a una diversidad de pruebas mecnicas que miden la dureza, la resistencia a la traccin y otras propiedades. Como proteccin contra la corrosin, el tubo de conduccin puede revestirse con una capa de resina epxica. Luego, a cada tubo se le asigna un nmero y un certificado que documenta su meta-lurgia, sus propiedades fsicas y su historia de fabricacin.

La traza de las lneas de conduccinPara el recorrido de las lneas de conduccin sub-marinas se debe dar cuenta de la geografa local y de los caprichos concomitantes de los riesgos meteorolgicos y geolgicos que generan los hura-canes, los tsunamis, los sismos submarinos, las avalanchas de lodo, las corrientes intensas y la erosin. El trayecto de las lneas de conduccin incide directamente en el costo y la factibilidad de cualquier proyecto de produccin. Por consi-guiente, se trata de una solucin de compromiso que debe considerar:la necesidad deminimizar la extensin de la

tubera, lo cual a su vez reduce la necesidad de despejar previamente el rea de rocas o detri-tos que podran daarla

la minimizacin de la necesidad de efectuaroperaciones de excavacin, sepultamiento y remediacin de los tramos sin apoyo

evitarcrucesdelneasdeconduccin.8

La seleccin de la traza de las lneas de con-duccin implica mucho ms que el simple ten-dido de una lnea recta entre dos puntos. En el diseo del recorrido se debe considerar la topo-

grafa y la estabilidad de los sedimentos sobre los cuales se tender la tubera, su impacto sobre las comunidades bentnicas, los efectos de las activi-dades de embarque, pesca, perforacin y construc-cin, y la presencia de lneas de conduccin existentes que podran atravesar el trayecto de la lnea propuesta.9 Por otro lado, los trayectos pue-den ser afectados por la topografa irregular o accidentada del fondo marino, lo que incrementa la posibilidad de que existan tramos sin apoyo y fallas provocadas por VIV o por esfuerzos flexores (arriba). El terreno irregular tambin contribuye a las fluctuaciones de presin severas inducidas por el terreno conforme los hidrocarburos se bom-bean pendiente arriba y pendiente abajo a travs de inclinaciones abruptas.10

5. KCI Publications (ed): Clad Pipes: Growing Market Increasing Requirements, Stainless Steel World 20, (EneroFebrero de 2008): 1821.

6. La proteccin catdica es una tcnica utilizada para minimizar la tasa de corrosin de una tubera u otras estructuras metlicas. Esta tcnica no elimina la corrosin, sino que la transfiere de la estructura protegida a los nodos de sacrificio (placas y barras metlicas) que pueden ser reemplazados. La proteccin catdica se basa en la naturaleza electroqumica de la corrosin, por la cual la corriente elctrica es descargada a travs de los nodos de sacrificio que se corroen en vez de la lnea de conduccin.

7. Kyriakides S y Corona E: Mechanics of Offshore Pipelines, Volume I: Buckling and Collapse. msterdam: Elsevier, 2007.

8. Bai Y y Bai Q: Subsea Pipelines and Risers. msterdam: Elsevier, 2005.

9. Las comunidades bentnicas estn compuestas por organismos que viven en las proximidades, o en fondo, de un cuerpo de agua.

10. Cranswick D: Brief Overview of Gulf of Mexico OCS Oil and Gas Pipelines: Installation, Potential Impacts, and Mitigation Measures, Nueva Orlens: Servicio de Administracin de Minerales del Departamento del Interior de EUA, Informe OCS MMS 2001-067, agosto de 2001.

> Tramo sin apoyo. La topografa irregular o la erosin del lecho marino causada por el agua que se escurre por debajo de una lnea de conduccin puede traducirse en tramos sin apoyo. Para evitar los problemas que esos tramos producen en las tuberas, las zonas bajas se pueden rellenar con rocas, utilizando embarcaciones diseadas a tal efecto.

Oilfield ReviewSPRING 11 PIPELINE Fig. 4ORSPRG11-PIPLN Fig. 4

Tramo sin apoyo

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8 Oilfield Review

Mucho antes de examinar un trayecto poten-cial, se lleva a cabo un levantamiento preliminar de escritorio. En esta evaluacin de escritorio se mapean los lmites geopolticos, las lneas de conduccin existentes, las estructuras marinas, las reas ambientalmente sensibles, los sitios arqueolgicos, las reas restringidas y los peli-gros geolgicos u ocenicos conocidos, que pue-den existir entre la cabecera propuesta para la lnea de conduccin y su punto de ingreso a tierra firme. Adems, destaca los intervalos prescriptos de extraccin de ncleos del fondo marino e indica dnde las condiciones de fondo o los requerimientos del recorrido demandan la extraccin de muestras adicionales de sedimen-tos. Esta apreciacin preliminar es crucial para el desarrollo de una propuesta de traza, identi-fica reas que requieren evaluaciones ms deta-lladas y determina cmo se llevar a cabo el levantamiento subsiguiente previo a la instala-cin. En consecuencia, por ejemplo, si una eva-luacin de escritorio identifica una zona conocida de depsito de pertrechos de guerra cerca del trayecto de la lnea de conduccin ser necesario efectuar un examen visual con un vehculo ope-rado en forma remota (ROV).

Luego, una empresa contratista dedicada a la ejecucin de levantamientos del fondo marino lleva a cabo un estudio previo a la instalacin y mapea la localizacin de cualquier peligro somero, obstruccin del fondo marino, evidencia arqueol-gica y comunidad bentnica existente a lo largo de la traza propuesta. El levantamiento previo a la instalacin abarca una amplia faja explorada que incluye un margen a ambos lados del trayecto propuesto para cubrir las zonas que podran ser

perturbadas por los sistemas de anclaje de las barcazas de tendido. Esta faja explorada genera adems un margen para ajustar el trayecto pro-puesto sin necesidad de reexaminar cada ajuste. En aguas profundas, la faja explorada estndar es de aproximadamente 760 m [2 500 pies] de ancho.

Los levantamientos evalan los rasgos geol-gicos y artificiales del fondo marino y del sub-suelo somero. Los riesgos geolgicos del fondo marino incluyen bloques, escarpas de fallas, res-piraderos de gas, arrecifes y pendientes inesta-bles; los riesgos geolgicos del subsuelo incluyen sedimentos con carga de gas, zonas de presin anormal y canales sepultados. Las obstrucciones artificiales incluyen lneas de conduccin, cabe-zales de pozos, restos de naufragios, pertrechos de guerra, cables de comunicacin, cabezales de pozos y detritos provenientes de actividades hidrocarburferas previas.

Los levantamientos desempean un rol importante para la proteccin del ambiente marino y resultan de utilidad en lo que hace a la identificacin de acumulaciones de alta densidad de habitantes bentnicos de aguas profundas, tales como las comunidades quimiosintticas, los corales y las comunidades ligadas a los fondos duros. Las comunidades quimiosintticas, en par-ticular, son diferentes a la mayora de los dems seres vivos del planeta. Estas comunidades utili-zan la energa qumica de los hidrocarburos y for-man colonias de biomasa inusualmente alta en comparacin con el fondo marino adyacente.11 Estas comunidades se consideran estrechamente relacionadas con las fallas geolgicas, las filtra-ciones naturales de petrleo y los sedimentos con carga de hidrocarburos.

Para su proteccin, las comunidades que habitan en el fondo marino generalmente requie-ren zonas de seguridad de varios cientos de pies. Los organismos bentnicos pueden ser afectados adversamente por las operaciones de tendido de tuberas y las actividades asociadas de manipula-cin de anclas. Ms all de los impactos reales del contacto de la tubera con el fondo, los sistemas de anclaje y las anclas y cadenas asociadas, existe un peligro potencial causado por la perturbacin y la resuspensin de los sedimentos provenientes de estas actividades. Los resultados de los levan-tamientos pueden servir para la planeacin de las zonas de seguridad. La aprobacin gubernamen-tal de los permisos para las lneas de conduccin est condicionada en gran medida por los resulta-dos de los levantamientos del fondo marino.

Los levantamientos escudrian el fondo marino con una diversidad de instrumentos prescriptos en las regulaciones gubernamentales. Dichos instru-mentos se encuentran conectados a un sistema de navegacin GPS diferencial para asegurar la inte-gracin de los diversos datos de posicionamiento. Por lo general, los instrumentos incluyen como mnimo:unmagnetmetro para determinar la presen-

cia de lneas de conduccin y otros objetos ferromagnticos

unsonardebarridolateralpararegistrarim-genes continuas que permiten la deteccin y la evaluacin de los objetos y los rasgos del fondo marino en el rea del levantamiento

un sondeador ssmico de penetracin somerapara determinar el carcter de los rasgos geol-gicos superficiales en los 15 m (50 pies) supe-riores de sedimento

> Cambio de anclaje. Una barcaza de tendido amarrada en forma convencional suelta la tubera por la popa a medida que avanza enrollando la cadena en la proa y aflojndola en la popa. Algunas anclas, especialmente las anclas laterales, pueden ser arrastradas de costado en el proceso, y tarde o temprano todas sern puestas en posicin nuevamente por una embarcacin de manipulacin de anclas.

Oilfield ReviewSPRING 11 PIPELINE Fig. 5ORSPRG11-PIPLN Fig. 5

Ancla de popa

Cadena

Ancla

Direccin de viaje

Anclas de proa

Anclas laterales

Tubera tendida

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Volumen 23, no. 1 9

ecosondas de alta frecuencia monohaz/multi-hazparalaobtencindemedicionescontinuasdelaprofundidaddellechomarino.Losdatosde retrodispersin de la sonda multihaz pro-veeninformacintexturaldelfondodelmar.Lasinvestigacionescomplementariasamenudo

involucran cmaras subacuticas, videos, opera-cionesdeextraccindencleosolneasadicio-nalesdelevantamientosgeofsicos.

Encasodequecualquieradeestosinstrumen-tosindicaralaexistenciaderestosdeunnaufra-giooconcentracionesdeobjetosartificiales,talescomobotellas,objetosdecermicaopilasderocadelastre,eldescubrimientoinstarlaimposicindeunazonadeseguridadyelcesedeoperacionesposteriores para evitar la perturbacin del sitio.Los descubrimientos arqueolgicos requieren lanotificacininmediatadelasautoridadesguberna-mentales,queevaluarnelsitioparadeterminarsuimportanciahistricapotencial.Porconsiguiente,los levantamientos, al constituir una forma de

deteccindelosriesgosgeolgicos,delascomu-nidades betnicas y de los sitios arqueolgicos,permitenquelosoperadoresdelaslneasdecon-duccinefectenajustesalolargodelatrazapro-puesta para evitar daos tanto para el medioambientecomoparalatubera.

Fabricacin y construccin de las lneas de conduccinLos cambios producidos en el diseo de lasembarcaciones constituyen un ejemplo del pro-cesodemigracindelaindustriadelaslneasdeconduccin,deaguassomerasaaguasprofundas.Ascomolosequiposdeperforacinevoluciona-ron para abordar mayores profundidades deagua, lasembarcacionesde tendidoexperimen-taronunavancesimilarypasarondelasbarcazaspara tender tuberas en aguas someras a losbuquesdegrancaladoylossemisubmergibles.

LasbarcazasparatendertuberaseempleandesdehacemuchotiempoparalainstalacindelneasdeconduccinenlasaguasrelativamentesomerasdelaPlataformaContinental.Lasprime-rasbarcazas seamarrabanen formaconvencio-nalyutilizabanmltiplesanclas;amenudo12oms,dependiendodeltamaodelaembarcacin(pginaanterior).Amedidaquelasartadetube-

raseibasoltandoporlapopa,laembarcacinsedesplazabahaciaadelanteenrollandolacadenadel ancla en la proa y aflojndola en la popa. Una vez soltada toda la cadena del ancla, unaembarcacindemanipulacindeanclasvolvaaponerenposicinlasanclasantesdequeavan-zaralaembarcacindetendido.Noobstante,lascadenasdeanclaslargasreducenlaprecisindeconservacindelaposicin;porconsiguiente,laprofundidadenlaquepuedenutilizarselasbarca-zasamarradasenformaconvencionalselimitaaunos305m[1000pies].12

Lasreasdeaguasprofundasrequierenembar-caciones de tendido de tubera o semisubmergi-bles que empleen sistemas de posicionamientodinmicoparamantenerlaposicin.Estasembar-cacionesutilizanpropulsoresmltipleshlicesquegiranenformaazimutalparagenerarfuerzaspropulsorasopuestasconelfindemantenerlaposicinpretendida.Los sistemasdeposiciona-mientodinmicosuelensercontroladosconunsistema informtico conectado a un sistema deposicionamiento geogrfico basado en satlites.Lossistemasdeposicionamientodinmicorequie-renmuchoms combustible que los de amarreconvencional,peroincrementanlaeficienciadelaoperacindetendido.13

Eldiseodelaslneasdeconduccinespe-cialmente su dimetro, espesor y metalurgiadictaminaelgradomximodetensin,compresinyesfuerzosflexoresquepuedesoportaruntubodurantelainstalacin.Delmismomodo,paraevi-tarloslmitesdeesfuerzoquepodranprovocarlaflexindelatuberadurantelainstalacin,laeleccinde la tcnicade instalacinconstituyeun factorcrucial.Laseleccindependeengranmedida de la profundidad del lechomarino; lasms comunes son las tcnicas de tendido en S,tendidoenJ,decarretesdetuberasyderemol-quedetuberas.

LatcnicadetendidoenSdenominadadeestemodoporquelatuberaadoptaunperfilalar-gadoenformadeSalserbajadadesdelaembar-cacinhastaelfondomarinofuedesarrolladaoriginalmenteparaaguasrelativamentesomeras.LasembarcacionesdetendidoenSsecaracterizanporsupontn(stinger)largo,unaestructurarefor-zadaprovistaderodillosydeuntensor(arriba,alaizquierda).Elpontnseencuentramontadofrentea lapopapara soportar la tuberaamedidaquesale de la embarcacin.Enuna embarcacindetendidoenS,lasunionesindividualesdelostubosdeconduccinsetiendenensentidohorizontal,sesueldanentresyluegosesometenainspeccionesultrasnicas o por rayos X y se revisten con unrecubrimientoepxicoFBEamedidaquelatube-raseconstruyeenlacubierta.

11. MacDonald IR (ed): Stability and Change in Gulf of Mexico Chemosynthetic Communities. Volume II: Technical Report, Nueva Orlens: Servicio de Administracin de Minerales del Departamento del Interior de EUA, Estudio OCS MMS 2002-036, 2002.

12. Cranswick, referencia 10. 13. Kyriakides y Corona, referencia 7.

> Embarcacin de tendido en S. El Allseas Solitaire, la embarcacin de tendido de tuberas ms grande del mundo, posee una eslora mxima de 300 m [984 pies], excluyendo el pontn. Esta embarcacin puede tender tuberas con un dimetro externo (OD) de 2 a 60 pulgadas, y posee una fuerza de sujecin de 1 050 toneladas, lo que le permite tender hasta las tuberas ms pesadas. La estructura que se extiende sobre el pontn controla el ngulo de dicho pontn, que aparece aqu elevado por encima del agua (inserto). (Fotografas, cortesa de Allseas.)

Oilfield ReviewSPRING 11 PIPELINE Fig. 6ORSPRG11-PIPLN Fig. 6

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10 Oilfield Review

La configuracin del pontn afecta los esfuer-zos flexores que tienen lugar a medida que se baja la tubera hasta el fondo del mar. La tubera se aparta del pontn en el punto de despegue y toca el lecho marino de manera tangencial en el

punto de contacto con el fondo (arriba). El tubo experimenta los mayores esfuerzos en la curva ver-tical hacia abajo (overbend), cuando abandona la embarcacin, y en la curva vertical hacia arriba (sagbend), que se extiende en forma ascendente

desde el punto de contacto de la tubera con el fondo marino. La curvatura vertical hacia abajo es controlada por los rodillos del pontn; la curvatura vertical hacia arriba, por el tensor y el posiciona-miento de la embarcacin.14

El mtodo de tendido en S evolucion para las operaciones en aguas ultraprofundas, a travs de las modificaciones efectuadas en el sistema de pon-tn y tensores.15 En aguas profundas se requiere un ngulo de despegue pronunciado para dar cabida al segmento de curva vertical hacia abajo, lo que puede lograrse con un pontn ms largo y ms curvo. Hasta la fecha, este mtodo se ha utilizado en tirantes de agua (profundidades del lecho marino) de 2 731 m [8 960 pies], y en esos proyec-tos la longitud del pontn puede exceder fcil-mente los 137 m [450 pies].16

El mtodo de tendido en J fue desarrollado para tender tuberas en aguas profundas. Las embarca-ciones de tendido de tubera en J se distinguen por estar provistas de una torre de fabricacin casi vertical (izquierda, extremo inferior). Los tramos de tubera se colocan en la estacin superior extrema de la torre, donde son unidas vertical-mente en estaciones de soldadura automatizadas. Luego, la tubera se baja hasta una estacin de inspeccin ultrasnica y una estacin de revesti-miento en sitio antes de atravesar el pozo central e introducirse en el agua.17 En ciertas embarcacio-nes existe un pontn corto que se extiende por debajo del casco para sustentar la sarta de tube-ra, que adopta un perfil en forma de J al ponerse en contacto con el lecho marino. En aguas pro-fundas, este perfil impone menos esfuerzo flexor sobre la sarta. No obstante, el mtodo de tendido en J se vuelve poco prctico en aguas someras, donde las profundidades de menos de 61 a 152 m [200 a 500 pies] limitan la forma del ngulo del tubo e imponen esfuerzos flexores severos sobre ste.

La instalacin de tuberas tambin se realiza utilizando embarcaciones con carretes. En una base de servicios terrestre, se sueldan entre s tra-mos de tubera de acero largos, de aproximada-mente 1 km [0,62 mi] cada uno (prxima pgina). Las soldaduras son inspeccionadas y revestidas con un recubrimiento de proteccin de resina epxica flexible o polipropileno; luego, el tubo se enrolla en un carrete instalado en la embarcacin. Luego de enrollar la tubera a bordo, la embarca-cin se desplaza hacia el rea de tendido.

> Configuracin de tendido en S. Los propulsores de proa y popa mantienen la embarcacin de tendido de tubera en su posicin mientras se baja la tubera hasta alcanzar el lecho marino. Un pontn largo se proyecta desde la popa y su configuracin controla el ngulo existente entre el punto de despegue y el punto de contacto con el fondo. (Ilustracin, cortesa de Allseas.)

Oilfield ReviewSPRING 11 PIPELINE Fig. 7ORSPRG11-PIPLN Fig. 7

PropulsoresPontn

Curva vertical de latubera hacia abajo

Curva vertical de latubera hacia arriba

Punto de contacto con el fondo

Punto de despegue

> Configuracin de tendido en J. El tubo se sube hasta la punta de la torre vertical y pasa por las estaciones de soldadura, inspeccin ultrasnica y revestimiento en sitio a medida que se lo baja en direccin hacia el agua. El mtodo de tendido en J es adecuado para aguas profundas porque la tubera se curva slo una vez en el lecho marino y, por consiguiente, est sometida a menos esfuerzo durante la instalacin. El mtodo de tendido en J es menos adecuado para aguas someras porque impone una curva que la tubera no admite. (Adaptado de Kyriakides y Corona, referencia 7.)

Oilfield ReviewSPRING 11 PIPELINE Fig. 8ORSPRG11-PIPLN Fig. 8

Punto de contacto con el fondo

Curva vertical de latubera hacia arriba

Tuberasuspendida

Propulsores

Tensores

Revestimiento en sitio

Estacin de soldadura

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Volumen 23, no. 1 11

All, la tubera se desenrolla, se endereza y se ancla en el lecho marino. En aguas profundas, puede ser necesario tensar la tubera para mini-mizar la curvatura que se producira, en caso con-trario, al bajarla desde la superficie al lecho marino. Si la curva se vuelve muy severa, la tube-ra se encorvar.

Luego, la embarcacin se desplaza hacia ade-lante a una velocidad de aproximadamente un nudo [1,85 km/h o 1,15 mi/h], segn sean las con-diciones climticas, a medida que desenrolla len-tamente la tubera. Una vez extrada toda la tubera del carrete, se suelda en su lugar un tapn de gran dimensin para sellar el extremo de la tubera que luego se baja hasta el lecho marino. Para indicar el extremo de la tubera se coloca una boya. A continuacin, la embarcacin se dirige al puerto para recargar el carrete o para tomar un carrete nuevo con carga completa. De regreso, el extremo de la tubera previa se recupera del fondo marino, se suelda a la lnea nueva, y se reitera el proceso.18

Un cuarto procedimiento, el mtodo de remol-que, es utilizado habitualmente para arreglos ais-lados de tipo tubera compuesta (pipe-in-pipe) o tubera ensamblada. Este mtodo requiere que primero se ejecuten operaciones de soldadura, inspeccin, revestimiento de uniones e instala-

cin de nodos en una instalacin de fabricacin en tierra firme. La tubera ensamblada se coloca luego en el agua y se sumerge. Normalmente se fijan tanques de flotacin y pesos en la cadena para lograr una flotabilidad neutral. Luego, con remolcadores de alta mar o embarcaciones mari-nas de apoyo se remolca la tubera a lo largo de un trayecto estrictamente controlado, que ha sido estudiado para identificar los peligros poten-ciales presentes en el fondo del mar.

Una de las ventajas principales del mtodo de remolque reside en el hecho de que permite la implementacin de tcnicas de fabricacin com-plejas o especializadas en condiciones controla-das en instalaciones terrestres. No obstante, la longitud de la lnea de conduccin tambin es restringida por las limitaciones de espacio de la instalacin de fabricacin.19 Este mtodo se ade-cua especialmente para los haces de tuberas, que consisten en varios tramos de tuberas o umbilicales unidos entre s y encerrados en un tubo de transporte. No obstante, el mtodo de remolque conlleva el riesgo adicional de que la tubera se dae a travs del contacto con una obs-truccin sumergida.

A lo largo del proceso de instalacin de las lneas de conduccin, se puede emplear una com-binacin de tcnicas, especialmente si el perfil del

fondo marino cambia drsticamente a lo largo de la traza propuesta. El problema ms desafiante surge quizs cuando una lnea de conduccin marina toca tierra y debe ser instalada en la zona a menudo peligrosa existente entre la tierra y el mar.

Para encarar este problema, se puede exten-der un terrapln entre la playa y las aguas litora-les, a lo largo de cientos de metros. La va de entrada al mar se profundiza con una draga para permitir que la embarcacin de tendido de tube-ras llegue al terrapln. Este terrapln provee una estructura estable en la que se puede sepul-tar un conducto de concreto bien por debajo de la profundidad del piso de playa existente.

14. Kyriakides y Corona, referencia 7.15. Kammerzell J: Pipelay Vessels Survey Expands to

Include Worldwide Fleet, Offshore Magazine 69, no. 11 (Noviembre de 2009).

16. Las lneas de flujo provenientes del campo Cheyenne, instaladas en un tirante de agua de 8 960 pies [2 731 m], fueron tendidas hasta la plataforma Independence Hub en el Bloque Mission Canyon 920 del Golfo de Mxico.

17. Un pozo central es una abertura existente en el casco de una embarcacin, diseada para permitir el pasaje de los equipos entre la cubierta y el mar. Puede haber pozos centrales en barcazas de tendido con carretes y en ciertas embarcaciones de tendido en J.

18. Kyriakides y Corona, referencia 7.19. Hasta el ao 2007, la longitud mxima de una lnea de

conduccin remolcada era de 7 km [4,35 mi]. Kyriakides y Corona, referencia 7.

> Base de servicios. La base de servicios de Technip, situada cerca de Mobile, en Alabama, EUA, puede manipular y soldar tuberas de hasta 18 pulgadas de dimetro externo (OD) para el tendido con carretes. La instalacin de fabricacin aloja dos lneas de soldadura independientes con estaciones de alineacin, soldadura, inspecciones no destructivas y revestimiento de uniones sobre el terreno. La embarcacin de tendido de tuberas Deep Blue de Technip, atracada al final de la fila (extremo superior izquierdo), est enrollando la tubera abordo. La embarcacin (inserto), de 206,5 m [677,5 pies] de eslora, est provista de carretes gemelos de 40 m [131 pies] de dimetro, cada uno de los cuales posee una capacidad de transporte de 2 800 toneladas de tubera rgida cuyo dimetro externo (OD) oscila entre 4 y 18 pulgadas. La tubera flexible puede ser transportada debajo de la cubierta. (Grficas, cortesa de Technip USA Inc.)

Oilfield ReviewSPRING 11 PIPELINE Fig. 9ORSPRG11-PIPLN Fig. 9

Carretes

PropulsoresPozo central

DEEP BLUE

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12 Oilfield Review

Este procedimiento fue utilizado para instalar el gasoducto Langeled en Easington, en la costa este de Inglaterra (arriba). La tubera de gas de 44 pulgadas de dimetro se aproxima a la costa en una zanja marina pre-excavada, dragada a unos 20 km [12 mi] de la costa, a partir de un tirante de agua de 37 m [120 pies]. Segn los requisitos de aguas someras, para evitar los daos provocados por anclas, redes y cada de objetos, la zanja de 2 m [6,5 pies] de profundidad se rellen con el fin de sepultar la tubera. Para el cruce de la costa, debi construirse una provisoria durante los perodos de marea baja, utilizando equipos pesados para la construccin en tierra firme. Esta atagua provi-soria constituy una va de acceso a travs de la zona intermareal para la construccin de un terra-pln de 240 m [787 pies] de largo, construido al costado de la atagua. Comenzando en una fosa de empalme localizada tierra adentro con res-pecto a la marca de pleamar, el terrapln se extendi desde la playa 60 m [200 pies] ms all del nivel de marea baja.20

Entre la playa y la terminal de gas, se interpo-na la cara de un acantilado inestable. Con una mquina de perforacin de tneles se construy un tnel de concreto de 380 m [1 247 pies] de largo, que atraves el acantilado para permitir el acceso entre la terminal de gas, el punto de empalme y el terrapln. El tnel y el terrapln fueron terminados antes del arribo de la barcaza de tendido. Luego, se utiliz un cabestrante de 500 toneladas para extraer la tubera de la bar-caza y colocarla en la fosa de empalme y se conect a una distancia de 13 m [43 pies] por debajo del nivel de marea baja. Las soldaduras fueron inspeccionadas y revestidas a medida que la lnea de conduccin marina se empalmaba con la lnea terrestre. Una vez sepultados en forma segura el tnel y la lnea de conduccin, se proce-di a remover la atagua y el terrapln y se resti-tuy el sitio a su estado natural, sin dejar rastro alguno del punto de ingreso a tierra firme de un gasoducto que transporta casi el 20% de la demanda de gas natural del Reino Unido.

Operaciones y mantenimientoLas lneas de conduccin de aguas profundas operan con temperaturas de agua bajas y presio-nes hidrostticas altas. A pesar de este marco hostil, su duracin oscila entre 20 y 40 aos, en parte porque las estrategias de manejo de la corrosin y el monitoreo cuidadoso de las lneas estn ayudando a aumentar su longevidad.

Una de las preocupaciones principales de los ingenieros especialistas en tuberas para aguas profundas es la formacin de compuestos slidos, tales como los asfaltenos, los hidratos y las ceras.21 En ciertas condiciones, estos compuestos pueden incrementar la viscosidad del fluido y restringir el flujo en las lneas de conduccin. La presin, la temperatura, la composicin de los fluidos, la superficie de las tuberas, el rgimen de flujo y el esfuerzo cortante pueden afectar la deposita-cin de cercas y asfaltenos. Para comprender con precisin cmo estos parmetros individua-les afectan la depositacin de acumulaciones en el interior de las lneas de conduccin, los inge-

> Punto de ingreso a tierra firme del gasoducto Langeled. La draga J.F.J. De Nul aumenta la profundidad de la va de entrada al mar en direccin hacia un terrapln que se extiende desde la playa. Una atagua provisoria de arena provee acceso al terrapln, que ha sido construido con cilindros metlicos a la derecha de esta atagua. El terrapln se extiende ms all de la zona intermareal. (Fotografa, cortesa de la publicacin Terra et Aqua.)

Oilfield ReviewSPRING 11 PIPELINE Fig. 10ORSPRG11-PIPLN Fig. 10

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nieros de Schlumberger han desarrollado una celda de prueba.

La celda de prueba de depositacin de slidos en vivo RealView mide la depositacin del petrleo en el flujo turbulento, con control de la tempera-tura entre 4C y 150C [39F y 302F] y adaptabi-lidad de la presin hasta 103 MPa [15 000 lpc]. Esta celda de medicin de la depositacin resulta adecuada para probar fluidos agrios que arrastran H2S. En el modo por lotes cerrado, la celda requiere un volumen de muestra de slo 150 ml [9,15 pulga-das3] por operacin de prueba, pero puede admitir hasta un litro [61 pulgadas3] para las pruebas de flujo continuo. La celda de prueba RealView consta de un recipiente cilndrico con una fuente de calor centrada en forma axial. La pared externa del reci-piente es fija, y la pared interna, o eje, rota para generar un rgimen de flujo turbulento o bien lami-nar en el espacio anular.

Los controles de esta celda de medicin de la depositacin de slidos en vivo permiten la regu-lacin precisa e independiente de la presin, la temperatura, la temperatura diferencial y la velo-cidad del eje. Los depsitos son recolectados y luego cuantificados mediante la tcnica de cro-matografa en fase gaseosa de alta temperatura para el anlisis de los depsitos de cera. La desti-lacin simulada, una tcnica que utiliza la croma-tografa en fase gaseosa para simular el proceso de destilacin en el laboratorio, se emplea para el anlisis de los depsitos de asfaltenos. La masa depositada se utiliza luego para calcular una tasa de depositacin. Los estudios de la depositacin de slidos en vivo RealView pueden ayudar a los operadores a evaluar los efectos de los aditivos qu-micos sobre los depsitos bajo condiciones repre-sentativas. Los datos experimentales RealView tambin pueden emplearse en los software comer-ciales, tales como el software de anlisis del sis-tema de produccin PIPESIM, para construir simulaciones de la depositacin de ceras y asfal-tenos. Provistos de estos resultados, los operado-res pueden ajustar las tasas de flujo en sus sistemas de lneas de conduccin, determinar la frecuencia de ejecucin de los procedimientos de remediacin y seleccionar el nivel ptimo de tra-tamiento y dosaje qumico.

Algunas lneas de conduccin requieren trata-mientos de aislamiento o de aplicacin de tempera-tura para satisfacer las condiciones termodinmicas correctas. Muchas utilizan inyecciones qumicas de inhibidores o solventes, tales como etilengli-col, trietilenglicol o metanol. Los operadores tam-bin recurren a procedimientos mecnicos para remover las acumulaciones de depsitos de sus lneas de conduccin.

Los tacos limpiadores (raspatubos), son dis-positivos de tipo mbolo que limpian las paredes internas de las tuberas. Los tacos limpiadores estn disponibles en diversos tamaos, formas y materiales, que varan desde raspadores metli-cos y cepillos flexibles hasta esferas de espuma plstica. La mayora de estos dispositivos posee un dimetro externo casi equivalente al dimetro interno de la tubera para asegurar un ajuste estrecho. Algunos tacos limpiadores estn provis-tos de sensores (arriba). Estos tacos limpiadores inteligentes son capaces de detectar incluso la presencia de corrosin interna o localizar fugas en las lneas de conduccin.22

El taco limpiador se hace pasar por la tubera, ejerciendo presin sobre un gas o un lquido hasta el extremo posterior, o extremo aguas arriba, del taco. A medida que el taco limpiador se desplaza aguas abajo, rasca el interior de la tubera y barre cualquier depsito acumulado o lquido que se encuentre por delante. Estos depsitos, junto con el taco, son recolectados en el extremo de un seg-mento de tubera que se conoce como estacin de tacos limpiadores.

En las operaciones rutinarias con tacos lim-piadores se remueven los depsitos presentes en las tuberas como parte normal de las operacio-nes de produccin. La frecuencia de las operacio-nes de limpieza con taco vara con las tasas de

flujo, las temperaturas de operacin y la natura-leza del fluido producido, y pueden llevarse a cabo en forma semanal, mensual o con menos frecuencia.

Monitoreo a la velocidad de la luzLos operadores monitorean la integridad de las lneas de conduccin para asegurar la continui-dad de su desempeo, proteger el medio ambiente y prevenir la prdida de productos. Existen dos procedimientos de monitoreo de las lneas de con-duccin. El procedimiento de inspeccin y exme-nes peridicos utiliza unidades mviles, tales como los tacos limpiadores, los ROV o los vehcu-los subacuticos autnomos (AUV). El monitoreo continuo implica el empleo de sensores de detec-cin de fugas de instalacin permanente.

20. Vercruysse W y Fitzsimons M: Landfall and Shore Approach of the New Langeled Pipeline at Easington, UK, Terra et Aqua 102 (Marzo de 2006): 1218.

21. Para obtener ms informacin sobre los asfaltenos, consulte: Akbarzadeh K, Hammami A, Kharrat A, Zhang D, Allenson S, Creek J, Kabir S, Jamaluddin A, Marshall AG, Rodgers RP, Mullins OC y Solbakken T: Los asfaltenos: Problemticos pero ricos en potencial, Oilfield Review 19, no. 2 (Otoo de 2007): 2448.

Los hidratos se analizan en forma ms detallada en: Birchwood R, Dai J, Shelander D, Boswell R, Collett T, Cook A, Dallimore S, Fujii K, Imasato Y, Fukuhara M, Kusaka K, Murray D y Saeki T: Desarrollos en hidratos de gas, Oilfield Review 22, no. 1 (Septiembre de 2010): 1835.

22. Cranswick, referencia 10.

> Taco limpiador inteligente. Los calibres de inspeccin de tuberas fueron creados originalmente para remover la acumulacin de depsitos internos y mantener el flujo. Los tacos limpiadores modernos son dispositivos sofisticados que miden exhaustivamente las superficies internas de las tuberas, la integridad de las soldaduras, el estado de proteccin catdica y la corrosin. Mediante la aplicacin de tecnologa de fuga de flujo magntico y pruebas ultrasnicas, este taco limpiador puede detectar prdidas de metal y rasgos de las paredes de las tuberas en una sola operacin de inspeccin. Este dispositivo opera en tuberas de 16 pulgadas y posee una longitud de aproximadamente 3,6 m [11,8 pies]. (Fotografa, cortesa de ROSEN Group.)

Oilfield ReviewSPRING 11 PIPELINE Fig. 12ORSPRG11-PIPLN Fig. 12

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14 Oilfield Review

Existe una diversidad de tecnologas de sen-sores adaptadas para los procedimientos de monitoreo de las lneas de conduccin submari-nas.23 Entre stas se encuentran las siguientes: Lossensorescapacitivosmidenloscambiospro-

ducidos en la constante dielctrica del medio que rodea al sensor. El capacitor est formado pordosplacasaisladasconcntricas.Lacapa-citancia del sensor es directamente proporcio-nal a la constante dielctrica del medio existente entre las placas del capacitor. Dado que las constantes dielctricas del agua de mar y los hidrocarburos difieren, el contacto directo con los hidrocarburos se registrar como un cam-bio en la capacitancia medida.

Los detectores de fluorescencia utilizan unafuente de luz para excitar las molculas delmaterial objetivo hasta alcanzar un nivel deenerga superior. Cuando esas molculas se relajan ypasanaunestado inferior, la luz seemite con una longitud de onda diferente, que esmedidaconundetectordefluorescencia.

Losmtodosdebalancedemasamonitoreanlacada de presin producida entre dos o ms sensores de presin instalados en la lnea de conduccin.

Losdispositivosolfateadoresdemetanoimpli-can la difusin de metano disuelto a travs de una membrana, hacia el interior de una cmara sensora donde el metano disuelto modifica la resistencia elctrica, lo que genera una seal del detector. Una variante de este mtodo uti-lizalaespectrometrapticainfrarrojanodis-persiva. Con este mtodo, la concentracin de metano se mide como el grado de absorcin de la luz infrarroja con una cierta longitud deonda, en la que la intensidad de la luz infra-rroja en el detector es una medida de la con-centracin de metano.

Lossensoresacsticospasivosutilizanhidrfo-nosparamedirlapresindeunaondaacsticagenerada por una rotura o una fuga, a medida que es transmitida a travs de una estructura o delagua.Mediantelautilizacindemsdedossensores para medir el tiempo de arribo del sonido,esposiblerealizarunatriangulacindesu origen.

Los detectores de sonar emiten pulsos desonido que son reflejados por los cambios deimpedancia existentes entre los diferentes medios.Laimpedanciadependedelavelocidad

del sonido, la densidad, la salinidad y la tempe-raturadelmedio.Losfluidosdediferentedensi-dad, tales como el agua y los hidrocarburos, tendrndiferenteimpedanciaacstica.

Lascmarasdevideoposibilitanlainspeccinvisual del sistema submarino.

Idealmente, un sistema de monitoreo detecta ylocalizaenformacontinualascondicionesquepodran alertar a los operadores acerca de proble-mas potenciales en cualquier lugar de la tubera y luegocombinaeinterpretalosresultadosdeml-tiplesmedicionesenunavisualizacinelocuenteypriorizada.Estascapacidadeshansidoincorpo-radas en los sistemas de monitoreo de fibra ptica que se estn instalando en las lneas de conduc-cin marinas y terrestres de todo el mundo.

Los sensoresdefibrapticacuentanconunhistorial importante de confiabilidad, y los senso-res para medir la distribucin de la temperatura (DTS)seutilizandesdemediadosdeladcadade1980. Este tipo de sensor emplea la fibra ptica en s, como elemento sensor y como ruta de retorno de los datos al controlador. Estos sensores se basanen la reflectometra ptica enel dominiodel tiempo (OTDR), una tcnica comprobada que seutilizadesdehacemuchotiempoenlaindus-triadelastelecomunicaciones.LossistemasDTSobtienen mediciones precisas de la temperatura cada cierta cantidad de metros a lo largo de la fibra ptica, a travs de distancias de hasta 100 km [62mi].Lasmedicionesms localizadasutilizanuna tecnologa denominada malla reticular de Bragg para fibra, que adquiere mediciones alta-mente precisas de parmetros tales como la defor-macin y la temperatura, utilizando las mallaspticasinscriptasenelncleodelafibraptica.24

El sistema completamente integrado de moni-toreo de las lneas de conduccin Integriti Platinum utilizatecnologadefibrapticaparaayudaralosoperadores de lneas de conduccin a monitorear las condiciones existentes a lo largo de las lneas. Laobtencincontinuademedicionesdetempe-ratura, deformacin y vibraciones permite la deteccin de una amplia gama de eventos que pueden amenazar la integridad de una tubera.Estesistemadefibrapticautilizavariantesdelos sensores DTS: los sensores de distribucin de la temperatura para el monitoreo de la deforma-cin (DSTS) han sido desarrollados para monito-rear la deformacin; los sensores de distribucin de las vibraciones (DVS) miden las vibraciones o

lassealesacsticasalolargodelafibraptica.El sistema Integriti Platinum puede medir varia-ciones de temperatura de 2C [3.6F] a lo largo de 100 km de lnea de conduccin y medir la deforma-cin con una resolucin de 40 microstrain a inter-valosde10m[33pies].Lossensores integradospuedendetectarylocalizarpequeasfugasenlastuberas, que se encuentran por debajo del umbral de los sistemas tradicionales de deteccin de fugas basadosenlatasadeflujodelatubera;eltiempode respuesta tpico de una fuga de gas es de tan slo 30 segundos.El sistemapuede serutilizadopara una serie de aplicaciones de monitoreo.

Losoperadoresdelneasdeconduccinterres-tres han utilizado la capacidad de los sensoresDVS para detectar la aproximacin de equipos pesados y han advertido sobre las actividades de excavacin y construccin que tienen lugar cerca de sus lneas. Los sensores de vibraciones sonsuficientemente sensibles para detectar las pisa-dashumanas.Lasfugasdegasmarinasoterres-tres pueden ser detectadas inicialmente con los sensores DVS, que identifican el ruido caracters-tico de la fuga de gas de alta presin y emiten una alerta. Este tipo de evento puede ser seguido mediante el proceso de deteccin, con sensores DTSoDSTS,delefectoJoule-Thomsonlocalizadodeenfriamiento.Lasfugasdefluidosylosproble-masdeaseguramientodelflujoseidentificanporlas anomalas de temperatura detectadas con los sensores DTS o DSTS. El movimiento del suelo o las deformaciones de las lneas de conduccin afectan la deformacin de la lnea ptica y pueden ser detectadas con la tecnologa de mallas reticu-lares de Bragg para fibra o con los sensores DSTS.

La tecnologaDTS est siendo utilizada porTotal en el campo Dalia, en el rea marina de Angola (prxima pgina). Uno de los desafos con que se enfrent Total para el desarrollo de este campo de aguas profundas fue el mantenimiento delflujodefluidosproducidosenlostubosascen-dentes del conjunto de produccin integrada (IPB). La temperatura del petrleo relativa-mente viscoso (21 a 23 API) oscila entre 45C y 50C [113F y 122F] cuando sale del yacimiento. Despus de llegar al lecho marino, donde la tem-peratura del agua es de tan slo 4C [39F], el fluidoseenva1650m[5413pies]portuberahasta la unidad FPSO a travs de los tubos ascen-dentes del IPB.

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Volumen 23, no. 1 15

El monitoreo preciso del conjunto de tubos es esencial para el aseguramiento del flujo. Si la tem-peratura de los tubos ascendentes cae por debajo de un nivel crtico, pueden formarse ceras e hidra-tos y producirse obturaciones, lo que se traduce en un costoso tiempo inactivo. Para garantizar el xito de la transferencia, es necesario que los fluidos producidos lleguen a la unidad FPSO con una tem-peratura superior a 34C [93F]. An en el caso de efectuarse una parada, la temperatura del fluido debe mantenerse por encima de 21C [70F].

Para admitir la fibra ptica, cada uno de los ocho tubos ascendentes fue construido con un tubo de acero inoxidable dispuesto en espiral alrededor del conjunto de tubos, desde la superfi-cie hasta el lecho marino, y que luego retorna a la superficie para formar un circuito de gran longi-tud. Despus de instalar los IPB en el rea marina, los ingenieros de Schlumberger bombea-ron la fibra ptica en uno de los extremos del tubo en espiral para bajarla hasta el lecho marino y de regreso hasta la unidad FPSO.

El sistema ptico de doble extremo interroga a la fibra desde los dos extremos del enlace. Este mtodo proporciona mediciones de tempera-tura ms precisas que los sistemas de un solo extremo. Las lecturas precisas, obtenidas en tiempo real, se registran a intervalos de 1 m [3,3 pies] a lo largo del conjunto de tubos ascendentes. En el caso improbable de rotura de la fibra, cada por-cin de la fibra seguir funcionando como un sis-tema de un solo extremo, que provee cierta redundancia hasta que se pueda bombear una nueva fibra de reemplazo. Una interfaz grfica de usuario personalizada muestra las temperaturas de operacin normales del tubo de produccin y de la tubera de levantamiento artificial por gas, y las alarmas indican la localizacin de cualquier desviacin de la temperatura. Adems de ayudar a evitar obturaciones, el sistema de fibra ptica facilita el manejo eficiente del sistema elctrico de calefaccin.

Statoil debi enfrentar un tipo diferente de desafo en trminos de temperatura en el campo

> Sistema de produccin del campo Dalia. Este campo, operado por Total, se encuentra ubicado a 135 km [84 mi] frente a la costa de Angola, en tirantes de agua (profundidades del lecho marino) oscilantes entre 1 200 m y 1 500 m [3 940 pies y 4 920 pies]. La produccin proveniente de los tres yacimientos principales es transportada a travs de las lneas y los tubos ascendentes hasta una unidad FPSO emplazada en la superficie. (Ilustracin, cortesa de Total.)

Oilfield ReviewSPRING 11 PIPELINE Fig. 13ORSPRG11-PIPLN Fig. 13

Gullfaks del Mar del Norte, donde la produccin proveniente de los campos satelitales se conecta a las plataformas mediante lneas de flujo subma-rinas de gran longitud. Para evitar obturaciones, las lneas son calentadas hasta alcanzar una tem-peratura superior a la crtica para la depositacin de ceras e hidratos. No obstante, operar a una temperatura superior a la necesaria es inefi-ciente y consume energa. A medida que las con-diciones varan a lo largo de la lnea de flujo, el conocimiento de la temperatura existente en cada punto del sistema de produccin es invalo-rable para el aseguramiento del flujo y la minimi-zacin del consumo de energa.

Un sistema de monitoreo de las condiciones permiti a Statoil observar las temperaturas de los conjuntos de tubos para que pudieran ser ope-rados en forma eficiente justo por encima de la temperatura crtica. El primer sistema fue insta-lado en un conjunto de lneas de flujo de 14 km [8,7 mi], que comprende dos lneas de flujo, tres lneas calefactoras de agua caliente, y un con-ducto de dimetro pequeo, todos emplazados en una camisa aislada. Despus de instalar y conec-tar el conjunto de lneas de flujo a la plataforma Gullfaks C, los operadores de Schlumberger bom-

23. Det Norske Veritas: Selection and Use of Subsea Leak Detection Systems, Hvik, Noruega, Prctica Recomendada DNV-RP-F302, abril de 2010.

24. Para obtener ms informacin sobre la tecnologa DTS de fibra ptica, consulte: Brown G: Temperaturas de fondo de pozo obtenidas con fibra ptica, Oilfield Review 20, no. 4 (Primavera de 2009): 3439.

bearon un sensor de temperatura de fibra ptica continua en el conducto. Esta tecnologa ha ayu-dado a optimizar la operacin del sistema de calefaccin y reducir las cantidades de inhibido-res de ceras e hidratos requeridos. Adems, el sistema ayuda a minimizar las operaciones pro-blemticas de limpieza con taco para eliminar las obturaciones, y cuando se detectan anomalas de temperatura resultantes de cambios extremos pro-ducidos en el flujo y la presin en las restricciones de la lnea de flujo, los datos del sistema pueden ayudar a optimizar las operaciones de limpieza con taco necesarias para eliminar cualquier obtu-racin, lo que se traduce en ahorros de dinero y en la reduccin del tiempo inactivo.

Estos sistemas de monitoreo constituyen slo una fraccin de las tecnologas altamente evolu-cionadas y especializadas, requeridas para instalar y operar un sistema submarino de transporte de petrleo y gas. Lejos de ser conductos insensibles o meros tubos de hierro, las tuberas submarinas se construyen, por necesidad, con una metalurgia especial, se fabrican con extremo cuidado, se tienden prestando suma atencin a la presin submarina y a la deformacin, y se monitorean atentamente. MV

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