0600 - Ductos Offshore

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Contenidos del Tema 0600 – Panorama General 0601 – Selección de Trazas de Ductos 0602 – Métodos y Equipamiento de Instalación de Ductos 0603 – Conexiones de Ductos offshore 0604 – Reparación de Ductos FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (1)

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Contenidos del Tema 0600 – Panorama General 0601 – Selección de Trazas de Ductos 0602 – Métodos y Equipamiento de Instalación de Ductos 0603 – Conexiones de Ductos offshore 0604 – Reparación de Ductos

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0600 – Panorama Ductos Offshore (generalmente tubos de acero rígido)

Transporte de crudo y gas natural procesados desde una o mas plataformas de

producción hacia las instalaciones en la costa Oleoducto Gasoducto

Transporte de corrientes no procesadas desde pozo a través de distancias mas largas por lo general no asociadas con flowlines. Más de 32 km

Transporte de gas natural desde un importante centro de producción/procesamiento (puede ser en tierra), a través de grandes masas de agua de mercados distantes

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0600 – Panorama Alcance de las Operaciones de Ductos

Diámetros de 2 a 60 pulgadas (5.08 a 152.4 cm)

Golfo de México 48300 km de ductos de todo tipo (2100 m de profundidad)

Mar del Norte contienen mayor extensión de ductos en grandes diámetros

El Gasoducto offshore mas largo del mundo tiene 1200 km – 70 MMSMCD

Ductos son parte integral de las operaciones. Un ducto fuera de servicio discontinúa la

producción.

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0600 – Panorama

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Gasoducto Langeled

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0600 – Panorama Consideraciones de Salud, Seguridad y Medio Ambiente

Sobre la base de caudales transportados y distancias recorridas Ductos son la forma

más segura de transporte de hidrocarburos

Aunque todo en esta industria tiene un riesgo inherente Oleoductos: riesgos para el medio ambiente y la vida silvestre marina Gasoductos: riesgos para la vida humana

Diseño, Construcción y Operación de ductos están sujetos a mas de una docena de

códigos, normas y permisos que intentan cubrir todos los aspectos: Materiales, soldaduras, protección catódica, integridad, limpieza, instalación,

precomisionado, comisionado, operación, mantenimiento, decomisionado, abandono o desmantelamiento, etc, etc.

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0600 – Panorama Consideraciones Básicas de Diseño

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Bases de Diseño

Caudal de Petróleo o gas

Presión de Operación Propuesta

Códigos Aplicables

Composición y Química de la corriente

Profundidad del agua

Temperatura del Agua

Traza de ducto y sus características

Presencia de Corrientes de Fondo

Diseño

Metalurgia o Grado de la Tubería

Espesor de pared del tubo

Tipo de Soldadura Requerida

Necesidad de protección contra corrosión interna

Protección Catódica

Recubrimiento Externo

Capa de Hormigón

Soportes y estructuras

Pigging

Plan de Flow Assurance

Ingeniería de Diseño

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Ducto debe ser capaz de:

Resistir presión hidrostática externa, presión interna (criterio de diseño)

Tensiones durante la instalación Cargas impuestas por las corrientes,

tormentas, sedimentos La resistencia básica de una tubería

es su espesor, su fabricación (con/sin costura) y el grado de acero utilizado.

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0600 – Panorama Consideraciones de Diseño

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Los recubrimientos internos y externos proporcionan protección durante el servicio

Las soldaduras son clave en la integridad

La legislación local puede contemplar el enterramiento de los ductos

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0600 – Panorama Consideraciones de Diseño

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0601 – Selección de la Traza de Ductos Introducción

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En la Ingeniería de Diseño es necesario un

conocimiento general de: Condiciones del fondo marino Geología superficial a lo largo de la traza

Para la Ingeniería de Instalación y Operación es

necesario profundizar ese conocimiento

• Estudios topográficos/batimétricos de la traza, es un proceso iterativo • Aguas superficiales superficies planas • Fin de Plataforma Continental, presentan mayores accidentes

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0601 – Selección de la Traza de Ductos Parámetros y Características de los Estudios

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• Batimetría y cambios en la elevación • Características generales del fondo marino y el suelo, por ejemplo, duro, suave • La geología superficial debajo del fondo marino • Peligros geológicos, tales como laderas escarpadas, pendientes inestables, cañones, fondo marino irregular, trincheras, y los afloramientos • Áreas ambientalmente sensibles, como arrecifes o comunidades quimiosintéticas • La infraestructura existente, tales como ductos y cables • Otros peligros provocados por el hombre, tales como los naufragios

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0601 – Selección de la Traza de Ductos Métodos de Estudio

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Se inician con registros existentes Buques de superficie con teledetección a bordo o

remolcados Asistencia submarina con ROVs Asistencia GPS

Sonar de Barrido lateral

Perfil amplio de la batimetría del fondo marino, indica elevaciones y obstáculos

Perfilador del subsuelo marino Geología del fondo marino superficial y sedimentos a

profundidades de aproximadamente 5 m

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0601 – Selección de la Traza de Ductos Métodos de Estudio

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Traza inicial define un pasillo de 6 a 15 m

Importante la detección de interferencia con otros ductos

Tramos libres (free span) son tramos donde se requieren esfuerzos

Nueva tecnología de vehículos autónomos submarinos (AUV) Programados para recorrer la traza propuesta,

realizando recopilación de parámetros de estudio

Los datos se evalúan luego de extraerlos del AUV

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0601 – Selección de la Traza de Ductos

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Introducción

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La instalación la realizan buques especializados, cuya construcción define el método de tendido de los ductos

En la instalación los ductos se someten a cargas o tensiones que son distintas a las de la operación normal. Los daños durante la instalación son una amenaza real a la integridad a largo plazo

Las tensiones que se imponen a la cañería durante su descenso e instalación en el lecho marino deben ser evaluadas y controladas durante el mismo proceso de instalación

El daño mas extremo es el pandeo o buckling, pero es detectable mediante ROVs y la operación se puede retrotraer

Los daños menores también pueden ocasionar mayores dificultades (malas soldaduras). Reparaciones costosas

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Introducción

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La instalación la realizan buques especializados, cuya construcción define el método de tendido de los ductos

En la instalación los ductos se someten a cargas o tensiones que son distintas a las de la operación normal. Los daños durante la instalación son una amenaza real a la integridad a largo plazo

Las tensiones que se imponen a la cañería durante su descenso e instalación en el lecho marino deben ser evaluadas y controladas durante el mismo proceso de instalación

El daño mas extremo es el pandeo o buckling, pero es detectable mediante ROVs y la operación se puede retrotraer

Los daños menores también pueden ocasionar mayores dificultades (malas soldaduras). Reparaciones costosas

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Buckling y Fallas de Soldadura

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Métodos de Instalación

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Se clasifican de varias maneras Lugar de fabricación (en tierra o en alta mar)

Carretel Remolque

La calidad de las instalaciones es crítica. La fabricación en tierra permite controles de calidad menos ajustados en tiempo

En alta mar, la instalación o tendido de ductos se clasifica según la forma en que la tubería va tomando contacto con el lecho marino Tendido en S

Tendido en J

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido en S

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Método mas convencional

Tramos individuales se sueldan a bordo y se realizan los ensayos de calidad en línea

La cañería se saca por popa del barco a través de un brazo reticulado conocido como aguijón (stinger), previamente es sostenido y va siendo liberado por un dispositivo llamado tensionador

El aguijón regular la sobre curva (over bend)

El ducto al tomar contacto (touchdown) con el lecho marino produce una contracurva, llamada curva de hundimiento (sag bend)

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido en S

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Los elementos claves del proceso de tendido son:

1. Posicionamiento del Buque de Tendido, Mantenimiento de Locación y Avance

2. Soldaduras e Inspección de Soldaduras

3. Tensado y liberación de la cañería fuera de borda

4. Punto de Contacto con el lecho marino

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido en S – Posicionamiento, Mantenimiento de Locación y Avance

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Sistema de Radionavegación por satélites

El anclaje es multipunto o extendido. 2 o 3 anclas en cada punto de proa, popa, y arco

La barcaza tira desde los anclajes de proa para el avance mientras suelta los anclajes de popa

Con este método el barco puede avanzar hasta 610 m hasta que los barcos de asistencia de anclaje tengan que reajustar los anclajes

Esto colabora en el tensionado del ducto que va siendo liberado

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido en S – Soldadura e Inspección de Soldadura

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Línea de Fuego, 2 a 7 estaciones de soldadura

Soldadura Manual o Automatizada

Control mediante NDT (END), incluyendo Rayos X y ultrasonidos

Luego de la soldadura se pueden o no dependiendo del diseño, realizar recubrimientos externos contra la corrosión

También se instalan los componentes para la protección catódica

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido en S – Salida de Borda y Tensado del Ducto

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El tensionado de la tubería a medida que baja al fondo es crítico para prevenir daños por los esfuerzos de flexión

El tensionado lo realizan equipos de especiales de alta potencia para sostener todo el peso de la tubería

La tensión es continuamente monitoreada para mantenerla en niveles óptimos y esté alineada con el avance de las estaciones de soldadura

Luego del tensionado el caño pasa por el aguijón, que es ajustable en ángulo y profundidad

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido en S – Salida de Borda y Tensado del Ducto

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido en S – Punto de Contacto con el Lecho Marino

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Una vez comenzado el tendido, solo queda mantener la tensión que afectará el punto de contacto

El punto de contacto debe ser lo mas suave posible.

La asistencia de ROV’s permite detectar problemas inesperados

La punta del ducto se conecta a un trineo de tracción o a un manifold (colector)

Las aguas profundas representan un desafío para el tendido en S

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido en J

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Se adapta mejor para aguas ultraprofundas

La liberación de la tubería se hace en forma casi vertical (0 a 15°) y así entra en el mar

La desventaja es que no se pueden realizar tantas soldaduras simultáneamente (menos estaciones)

Se resuelve con cañerías presoldadas en longitudes de hasta 73 m (1 x 6 soldaduras)

La forma de liberación utiliza la resistencia a la tracción del caño. En algunos caso no se utiliza aguijón

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido Con Carretel (Reel)

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El ducto se suelda en tierra, se recubre y se enrolla en un carretel de gran diámetro

Carretel se monta en el barco de tendido

Carretel vertical u horizontal

Limitaciones de Diámetro

El tendido final, es con el método S

En el enrollado el tubo se deforma

Durante la instalación debe restaurarse la forma

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido Con Carretel (Reel)

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La tubería no puede ser recubierta con hormigón de lastre, por lo tanto requiere de mayores espesores

Es un método adecuado para aguas superficiales y profundas

El método permite ventanas de tiempo mas cortas. La desventaja es conectar dos extremos de carreteles

Control de calidad de soldaduras se hace en tierra bajo condiciones totalmente controladas

La resolución de un buckling es mas complicada en este método

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido por Remolque

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La tubería se fabrica en tierra, con sus ventajas propias

El tubo es arrastrado desde la costa hacia la locación

Hay varios métodos de remolque. Aunque es el menos usado

Especialmente apto para la instalación de flowlines de doble tubo

Los métodos son a) Remolque en Superficie b) Remolque a Profundidad Controlada c) Remolque a fondo d) Remolque sobre lecho marino

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido por Remolque

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido por Remolque

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido por Remolque

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido por Remolque

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (36)

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Enterramiento y Protección de Ductos

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (37)

En sedimentos blandos, los ductos eventualmente se auto-entierran

En ciertas zonas, por legislación los ductos se deben enterrar o proteger para evitar interferencias con otras actividades (pesca)

En el Mar del Norte, los ductos de menos de 24” deben enterrarse.

En suelos no blandos debe realizare el enterrado con: Arados Submarinos Zanjadoras Submarinas

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Enterramiento y Protección de Ductos – Arados Submarinos

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (38)

Para suelo relativamente duros, trabaja de la misma manera que un arado agrícola, haciendo un zurco en V en el suelo

El ducto, flowline o cable es soportado por un ala del arado que lo va depositando sobre el zurco.

Los zurcos se pueden llenar pasivamente o bien el arado provee un medio de rellenar con el sedimento levantado

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Enterramiento y Protección de Ductos – Zanjadoras

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (39)

Las zanjadoras realizan la excavacion por chorros de agua o medios mecánicos

La excavacion mecánica se realiza con una rueda giratoria

La excavacion por chorros de agua es de los métodos menos costosos

Para agua superficiales se utilizan excavadoras similares a las utilizadas en tierra

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Enterramiento y Protección de Ductos – Zanjadoras

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (40)

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Protección de Ductos

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (41)

Los ductos se protegen contra caídas de objetos, golpes contra anclas de buques

También deben protegerse de deslizamientos del terreno

La estabilidad del ducto es vital para su operación

Especial análisis en “free span”. Mantas de Hormigon, Vertido de Rocas

En reservorios HPHT deben analizarse las dilataciones diferenciales y evitar buckling

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (42)

Page 43: 0600  - Ductos Offshore

0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido en O – Etapas del Proceso – Formación de la Espiral

FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (43)

• Se utiliza una barcaza central con posicionamiento dinámico y anclajes aplicados,

• Constituyen el sistema central de amarre y actúa como pivote en la creación del espiral.

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido en O – Etapas del Proceso – Formación de la Espiral

FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (44)

• Con barcazas auxiliares de apoyo se

realizan las maniobras y rotación del espiral.

• Se liberan las líneas exteriores.

• Las líneas centrales conectadas al centro y al ducto dan la forma circular con un radio prefijado.

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Lineamientos para formar la espiral

FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (45)

• Fuerzas a aplicar para alcanzar los desplazamientos de flexión requeridos en el punto C para diferentes diámetros de tubo y espesores de pared.

• a es la distancia proyectada del Punto A al Punto C

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido en O – Etapas del Proceso - Transporte

FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (46)

Se conectan líneas centrales de “transporte” de manera de que el movimiento de “respiración” sea mínimo durante el viaje.

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido en O – Etapas del Proceso - Instalación

FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (47)

• El desenrollado e instalación del ducto ocurren al mismo tiempo.

• Existe una distancia mínima entra la barcaza de instalación y el espiral, esta distancia depende del diámetro del tubo, el número de devanados, las corrientes de agua y la velocidad de instalación.

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido en O – Etapas del Proceso

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (48)

• Velocidad de instalación mucho mayor, sin trabajos de soldadura e inspección que retrasen el proceso

• El aguijón se encuentra en el centro de la barcaza

• Barcazas más simples en su diseño. • Peso del ducto mejor distribuido, • Ángulo del aguijón más preciso, • Aguijón mejor soportado por la

barcaza.

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido en O – Ejemplos de Aplicación según el Desarrollador

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (49)

• Operaciones Tubo-en-Tubo: mejor performance en aplicaciones con problemas de flow assurance (aguas ultraprofundas)

• La instalacion de los sistemas tubo-en-tubo son complicadas • El tendido en O ofrece mejoras sustanciales

• Construcción totalmente en tierra, Ventajas logísticas • 20 a 25 km/dia de tendido • Menor ventana de tiempo de instalación • Menores costos (reducción del 50 a 70 %)

• Ducto Omán – India @ 1300 km con una planificación de tendido de 2.5 años, podría

lograrse según los desarolladores con 150 días de tiempo y una reducción de costos de USD 500,000,000.

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0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido en O – Etapas del Proceso

FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (50)

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0603 – Conexiones de Ductos Submarinos Introducción

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (51)

Los ductos submarinos requieren de conexiones en tres puntos: La base del riser de

producción/exportación con la plataforma

Las uniones o tie-ins entre las líneas de captación y líneas troncales

La llegada a la costa

La llegada a la costa, no implica mas que conexiones bridadas a la continuación del ducto que ya emerge de la superficie

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0603 – Conexiones de Ductos Submarinos Introducción

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (52)

Ductos de Exportación Mayores diámetros que flowlines Transporte de producto en especificación Sin problemas mayores de flow assurance, excepción crudos muy parafínicos Control de presión desde la plataforma, excepto en transportes de fluido de reservorio directos a

la costa (Carina – Aries)

El conexionado de ductos avanza continuamente como consecuencia del desarrollo histórico de la industria

El conexionado es similar al de los flowlines

La asistencia de ROVs clase trabajo y clase observación es de rutina

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0603 – Conexiones de Ductos Submarinos PLET - PipeLine End Terminal

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (53)

Componentes construidos de estructuras y tuberías que permite el conexionado y transporte de producto

Son el tipo de manifold mas simple, una entrada / una salida

Generalmente vinculan un ducto rígido con un conducto flexible que generalmente es un riser de producción/exportación

En algunos casos se los denomina FLET, si están sirviendo a conexiones tipo flowline.

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0603 – Conexiones de Ductos Submarinos (PLET) PipeLine End Terminal

FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (54)

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0603 – Conexiones de Ductos Submarinos PLEM - PipeLine End Manifold

FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (55)

Componentes construidos de estructuras y tuberías que permite el conexionado y transporte de producto

También es un manifold simple, pero esta vez con varias entradas de flowlines.

Se utiliza para conectar un ducto rígido, con otras estructuras submarinas, tales como manifolds, árboles, a través de Jumpers

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0603 – Conexiones de Ductos Submarinos PLEM - PipeLine End Manifold

FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (56)

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0603 – Conexiones de Ductos Submarinos PLEM - PipeLine End Manifold

FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (57)

Page 58: 0600  - Ductos Offshore

0603 – Conexiones de Ductos Submarinos Tie-ins de Líneas de Captación

FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (58)

En zonas de alto desarrollo de infraestructura es muy común que a un gasoducto troncal o principal existente sea necesario conectar líneas de desarrollos mas recientes (GoM)

Si el tie-in es previsto, se instala un tie in en Y con un trineo a tal efecto

Cuando el tie-in no fue previsto en su momento, se puede instalar el mismo tipo de conexión mediante un procedimiento denominado hot-tap, o hot tapping.

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0603 – Conexiones de Ductos Submarinos Tie-ins – Hot Tapping

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (59)

El hot tapping es un procedimiento de intervención

complejo, que tiene secuencias, y componentes diferentes se trate de ductos en tierra, en aguas someras, profundas y ultra profundas.

A pesar de ser complejo y costoso, es una práctica muy común en cualquier tipo de ducto

Las premisas (no excluyentes) de un hot tap son El ducto debe continuar en servicio Se debe planificar cuidadosamente La evaluación de riesgo debe ser muy rigurosa

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0603 – Conexiones de Ductos Submarinos Tie-ins – Hot Tapping

FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (60)

En los siguientes videos se pueden visualizar distintas

alternativas de construcción de tie-ins a través de métodos de hot tap

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0604 – Reparación de Ductos

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (61)

La reparación de ductos tiene mucha semejanza con los

procedimientos de tie ins.

El desarrollo de hot tap remotos ha permitido desarrollar campos marginales

En este ámbito trabajan integradamente los operadores, con las empresas proveedoras de los equipos de hot tap y las que prestan los servicios

El avance en hot tap permite mucha flexibilidad a los tie ins y desarrollo de campos marginales

Son servicios caros, por ejemplo, un hot tap de 10” en tierra, llave en mano cuesta $ 1.5 MM

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0604 – Reparación de Ductos Métodos de Reparación

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (62)

Un daño localizado se realiza con abrazadera

(poncho) y hot tap

Un daño mas extenso puede involucrar el corte y reemplazo con una pieza spool (carretel) sobre la longitud dañada

En este sentido, la reparación es idéntica a la intervención para realización de tie-ins

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0604 – Reparación de Ductos

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (63)

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0604 – Reparación de Ductos Beneficios

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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (64)

Los métodos modernos de hot tap remoto proveen

las soluciones más flexibles para tie ins sin cortes de producción

Los ahorros de costos son esenciales para el desarrollo de campos marginales

Las intervenciones permiten la utilización de la infraestructura para llegar a nuevos mercados mediante nuevos ductos

El hot tapping moderno permite la reutilización de risers existentes cuando las ranuras de una plataforma ya están ocupadas

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FIN

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