La perforación de pozos en alta mar, desde un barco flotante, requiere equipo y procedimientos especiales. A pesar de que la operación de perforación en sí es similar a la perforación en tierra, se requiere equipo especial para mantener el barco en una ubicación sobre el pozo y para compensar los movimientos vertical, lateral y de inclinación causados por la acción de las olas contra el barco.
Tipos de Plataformas Petroleras
En el pasado, la mayoría de los buques flotantes se mantenían en el lugar por anclajes. Sin embargo, es prácticamente imposible anclar un barco de perforación o un semisumergible en aguas profundas utilizando anclajes y cables o cadenas convencionales. Considere una operación a una profundidad de agua de 2000 m (6,560 pies). Los cables o cadenas que conectan el ancla con el barco tendrían que ser enormes para soportar las grandes tensiones.
En consecuencia, el espacio del recipiente requerido para almacenar los cables también debe ser muy grande. Además, la operación para colocar los anclajes sería muy difícil, probablemente inviable. Aunque existen algunos informes (Maksoud 2002) sobre el amarre en aguas profundas, esto se logró con cables especiales hechos de poliéster y un sistema de amarre que usaba un sistema especial de anclaje por succión. Este sistema necesita el apoyo de otros barcos para manejar los anclajes y cables. Por otro lado, un barco de perforación posicionado dinámicamente puede moverse a la ubicación y posicionarse usando solo su propio equipo; no se necesita soporte adicional.
Los buques anclados convencionales están limitados a unos pocos cientos de metros de profundidad de agua. Cuando el fondo del océano es demasiado duro para los anclajes convencionales, las pilas de anclaje se conducen o se cementan en las perforaciones en el fondo del océano. El barco está amarrado en la dirección desde la cual se anticipa el clima más severo. Ciertos barcos de perforación están diseñados para ser amarrados desde una torreta central que contiene la plataforma de perforación. En este caso, la nave girará alrededor de la torreta para que siempre se enfrente a las olas entrantes. La mayoría de los sistemas de amarre están diseñados para restringir el movimiento horizontal de la embarcación a aproximadamente el 10 % de la profundidad del agua para las condiciones climáticas más severas; sin embargo, el movimiento horizontal puede restringirse a aproximadamente el 3 % de la profundidad del agua debido a las condiciones climáticas experimentadas el 95 % del tiempo. Se utilizan hasta 12 anclajes en un sistema de amarre. Para embarcaciones ancladas, los problemas de movimiento son más severos para los barcos de perforación que para los semisumergibles. Sin embargo, los barcos de perforación generalmente se operan fácilmente y se pueden mover rápidamente de un lugar a otro.
Para agua profunda y ultra profunda, donde los sistemas de anclaje no son factibles, se desarrolló un sistema sin ancla. En este caso, el barco tiene propulsores grandes (Fig. 1) , unidades capaces de sostener el barco de perforación en una ubicación sin anclajes. Este sistema se denomina posicionamiento dinámico (DP) y funciona para contrarrestar las fuerzas a las que está sujeto el barco de perforación mientras está en la ubicación.
El viento, las olas y las corrientes marítimas tenderán a desplazar al barco de su estación. Los sensores en el barco detectan estas acciones y requieren que los propulsores contrarresten las fuerzas con precisión. Todo el sistema está controlado por dos sistemas informáticos independientes. Además, también está disponible el control manual de posición y rumbo. La Tabla 1 muestra la clasificación de los sistemas de PD según los estándares establecidos por la Organización Marítima Internacional (OMI). La figura 2 muestra una sala de control de DP, y la figura 3 muestra un diagrama de los elementos básicos de un sistema de DP.
A pesar de que los sistemas DP están diseñados principalmente para su uso en profundidades de agua que superan los 700 m (2,300 pies), hay casos en que las embarcaciones DP (semisumergibles o naves de perforación) se han utilizado en profundidades menores debido a su practicidad y capacidad de ahorro de tiempo.
Se debe utilizar un diseño especial de la torre de perforación para los barcos de perforación debido al movimiento de inclinación causado por la acción de las olas. La torre de perforación de un barco de perforación a menudo está diseñada para soportar una inclinación de 20 ° con una carga completa de tubos de perforación en la torre de perforación. Además, es necesario un equipo especial para el manejo de tuberías para permitir que las operaciones de disparo se realicen de manera segura durante el mal tiempo. Este equipo permite colocar la tubería de perforación rápidamente en un estante de tubería en dobles o
Se triplica en lugar de apoyarse en la torre de perforación. Una guía de bloqueo también se usa para evitar que el bloque que viaja oscile en condiciones climáticas adversas.
Normalmente, en las operaciones marítimas desde embarcaciones flotantes, la cabeza del pozo y los BOP se colocan en el fondo marino. Un elevador (riser) marino conduce el fluido de perforación desde el fondo del océano hasta el barco de perforación. Una junta flexible en la parte inferior del elevador marino permite el movimiento lateral del vaso. El movimiento vertical de la embarcación está permitido por una junta deslizante colocada en la parte superior del elevador marino. El elevador está asegurado al recipiente por un sistema de tensión neumático. Para reducir los requisitos de tensión en cuerdas elevadoras largas y pesadas, las secciones flotantes hechas de material ligero se agregan al sistema de elevación.
Para evitar que la sarta de perforación sufra los efectos del movimiento vertical de la embarcación y para mantener el peso constante, se han desarrollado tipos de equipos de compensación de movimiento en la superficie llamados compensadores de empuje. Se mantiene una carga constante de ganchos mediante el uso de un dispositivo de tensión neumático en el bloque móvil. Como se mencionó anteriormente, la BOP para una operación de perforación flotante normalmente se coloca en el suelo marino debajo del elevador marino. Sin embargo, en los últimos años, alternativamente, se ha desarrollado un sistema con un sistema ascendente delgado de alta presión y un BOP de superficie. Aunque un BOP submarino podría considerarse el procedimiento de perforación estándar, últimamente se han perforado varios pozos (DeLuca 2005) utilizando BOP de superficie.
La BOP submarina garantiza que el pozo puede cerrarse incluso en condiciones climáticas severas, como un huracán. En condiciones tan extremas, la BOP puede cerrarse y el elevador riser marino se desconecta de la parte superior del sistema BOP, lo que permite que el barco vaya a un lugar más seguro. Más tarde, cuando las condiciones meteorológicas vuelven a la normalidad, el barco regresa a la ubicación y el elevador se vuelve a conectar al BOP para que la operación pueda reanudarse. Si la sarta de perforación está en el pozo y se necesita una desconexión de emergencia, se utiliza el cilindro de corte del BOP para cortar la tubería de perforación.
Entonces, el ariete ciego del BOP también está cerrado, manteniendo el pozo cerrado. Más tarde, después de la reconexión, la porción de la sarta de perforación que queda en el pozo se puede pescar (se utilizan herramientas especiales para recuperar la tubería de perforación original), se sustituyó la tubería dañada y se reanudó la operación.
Otra característica del sistema submarino es que a menudo se utilizan conectores hidráulicos idénticos por encima y por debajo de la pila de BOP. Esto hace posible agregar una pila de BOP adicional sobre la existente en una emergencia.
Las operaciones de perforación en alta mar difieren de la perforación en tierra en varios aspectos, incluida la entrada del pozo (iniciando un pozo), en el que las diferencias en equipos y procedimientos operativos son considerables. Para las operaciones de perforación de embarcaciones flotantes, esta diferencia es aún más significativa. Se han desarrollado varios esquemas para la perforación de pozos en alta mar. Para ilustrar esas diferencias, analicemos las operaciones iniciales de perforación para un pozo de aguas poco profundas perforado desde un aparejo de perforación y un pozo de aguas profundas perforado desde un barco DP flotante. Tenga en cuenta que la secuencia de operaciones presentada para ambos casos no representa la única forma posible de iniciar un pozo porque estas operaciones pueden variar según el tipo de equipo y equipo utilizado.
En una plataforma elevadora, la primera sección se puede perforar utilizando, por ejemplo, una mecha de 26 pulgadas junto con un ampliador de hoyos 36". Esta primera sección normalmente no es larga, y cuando se concluye, una de 30 pulgadas. El Conductor se corre en el pozo y se cementa. El conductor 30" (Fig. 4) tiene un perfil interno que permite soporte, en la línea de lodo, para elsiguiente casing, normalmente de 20 pulgadas.El revestidor de superficie. Alternativamente, el conductor podría ser inyectado en lugar de cementado. En el caso de la inyección, la sección inicial del pozo se perfora por la acción de chorros de agua colocados en el extremo inferior del conductor. Cuando se alcanza la profundidad planificada, el conductor ya está en su lugar.
Una vez finalizada esta primera fase, el conductor se corta por debajo de la mesa giratoria, y la primera cabeza de pozo y un desviador se instalan en su parte superior para que pueda reanudarse la operación de perforación. La siguiente sección se perfora utilizando, por ejemplo, un 26-in. poco, y luego un 20 en. La cubierta será corrida y cementada. Tenga en cuenta que esta carcasa tiene su peso soportado por las 30 pulgadas. Conductor en línea de barro, evitando cargas innecesarias a la plataforma.
El 20 en. La cubierta, cuando está cementada en su lugar, también se corta debajo de la mesa giratoria, lo que permite instalar una cabeza de pozo y BOP en su parte superior. Después de eso, se reanuda la operación de perforación, con cada sección que se está perforando y su cubierta asociada se está ejecutando y cementando de manera similar. Normalmente, el primer BOP de baja presión, instalado encima de las 20 pulgadas. La carcasa se cambia después de ejecutar la siguiente carcasa, de modo que se pueda instalar un equipo de seguridad de alta presión. Tenga en cuenta que, dado que todos los equipos de seguridad y de cabeza de pozo están instalados en la superficie, las operaciones subsiguientes son bastante similares a las de la perforación en tierra.
Cuando se perfora desde un barco flotante, normalmente la cabeza del pozo y los BOP se instalan cerca de las aguas marinas y se llaman sistemas submarinos. Hay muchas configuraciones diferentes de cabezas de pozo y BOP submarinas. Un tipo de diseño, que ha estado en uso desde principios de la década de 1980, implica la instalación en el fondo marino de dos bases de guía. La primera, llamada base de guía temporal, es una estructura de acero pesado con una abertura en el centro y cuatro cables, llamados guías, que rodean el orificio central y se extienden hacia el recipiente, donde se mantiene una tensión constante en los cables.
Con la base temporal en posición, una cuerda de perforación con la primera broca se baja al fondo marino, y se perfora la primera sección del pozo. Comúnmente, se usa un vehículo operado a distancia (ROV) para monitorear la operación. El ROV tiene una cámara que transmite la vista de la acción a una estación de monitoreo ubicada en la superficie en el barco de perforación.
Después de la conclusión de la perforación, la primera cubierta se ejecuta en el pozo con la base de guía permanente unida a su parte superior y, cuando la cubierta se coloca en posición, la base de guía permanente se apoya en la base temporal (Fig . 5) .
Después de que se concluye la primera sección del pozo, se perfora una segunda sección, también sin un sistema de BOP. Se puede instalar un elevador marino en la carcasa del pozo de la carcasa anterior; de ser así, se instala un sistema de desviación en la superficie para hacer frente a los posibles peligros asociados con la perforación en zonas de gas poco profundas. Esto permitirá que los fluidos de formación se desvíen de la plataforma en caso de emergencia.
Después de la perforación, la cubierta del conductor se introduce en el orificio con un alojamiento de cabeza de pozo submarino de alta presión conectado a su parte superior. El perfil interno de la caja del pozo (ver Fig. 5) está diseñado para recibir cadenas de revestimiento posteriores. La pila de BOP se baja y se engancha en la parte superior de la cabeza del pozo, y el elevador marino puede desplegarse y engancharse en la BOP.
Como puede verse en la secuencia de operaciones anterior, el inicio del pozo desde un barco flotante puede ser muy costoso, lo que afecta directamente el costo del pozo porque las tasas diarias para los buques flotantes tienden a ser especialmente altas. Esta situación es más notable para las perforaciones en aguas profundas, donde las operaciones de disparo para instalar equipos submarinos en las aguas marinas llevan incluso más tiempo.
Recientemente, los sistemas y procedimientos submarinos modernos se desarrollaron especialmente para la perforación en aguas profundas. Estos sistemas permiten al operador, en un solo viaje, ejecutar la primera carcasa de gran calibre y su alojamiento de cabeza de pozo y, después de lanzarla en su lugar, comenzar de inmediato a perforar la segunda sección del pozo sin volver a la superficie.
La secuencia de operación para la entrada del pozo en aguas profundas es la siguiente (ver Fig . 6 ) :
- Ejecute el conductor y su alojamiento del cabezal de pozo y dispárelo en su lugar.
- Suelte la herramienta para correr y perfore hacia adelante con la broca y el BHA conectados previamente con la cuerda para correr y posicionados dentro del conductor.
- Una vez finalizado el taladrado, recupere la sarta de perforación y la herramienta para correr a la superficie.
- Ejecute la siguiente carcasa con el cabezal de alta presión. La carcasa se ejecuta con una herramienta para correr conectada a la cabeza del pozo, y la longitud de la carcasa se calcula de manera que, cuando la zapata de la carcasa está en su lugar, la cabeza del pozo se apoya en la carcasa de la cabeza del pozo. Después de aterrizar el cabezal del pozo, cemente la carcasa y luego recupere la herramienta para correr y la cuerda para volver a la superficie.
- Ejecute el BOP con el elevador ya conectado en su parte superior. El BOP luego aterriza en el pozo de alta presión.
- Con el BOP y el elevador en su lugar, se puede realizar la operación para perforar la siguiente sección.
Plataformas Petroleras Costa Afuera #Offshore.
Plataforma fija de tipo Chaqueta
•Estructuras trenzadas compuestas por cementos tubulares de acero, instalación en el lugar de operación con estacas clavadas en el fondo del mar;
• Son estables en las peores condiciones en el mar, se utilizan en campos ya conocidos, donde vamos a saber cuánto va a producir de aceite en determinado tiempo;
• Empleadas para profundidades entre 10 m y 200m, es decir, aguas poco profundas;
• No tiene capacidad de almacenamiento. Los pocillos se pueden perforar antes o después de la instalación de la chaqueta, es decir, puede perforar con la propia chaqueta, o perforar con otros tipos y la chaqueta hace la producción.
Plataforma fija de tipo concreto
• Mismo propósito de las plataformas de acero;
• Son construidas en hormigón armado en tierra, después de este evento son remolcadas hacia el mar;
• Se quedan en el fondo del mar por su propio peso;
Plataforma fija de tipo torre compacto
• Torre estrecha y flexible fijada a una fundación con pilares capaces de soportar una superestructura convencional para operaciones de perforación y producción;
• Generalmente, se utilizan en láminas de agua entre 300 y 600 metros y tienen capacidad para soportar grandes fuerzas laterales, gracias a la posibilidad de deflexiones laterales;
• Se comporta como un péndulo invertido.
Plataforma Auto-elevadora o Jack up:
• Plataformas móviles, de casco flotante, remolcadas hasta su lugar de operación. Lámina de agua de 100 hasta 150m y tiene bajo costo;
• Plataforma de perforación fija no afectada por las condiciones climáticas, permite posicionamiento en áreas con restricciones en el fondo del mar;
• Las zapatas que son sus piernas pueden ser individuales o estructuras únicas para todas las piernas, capaz de distribuir mejor las tensiones en suelo más frágiles;
• BOP y sistema de cabeza de pueblo en la superficie de la sonda. Completación seca pq presenta baja complejidad en los equipos;
• MOVIMIENTO: Balsa es desplazada por un remolcador o propulsión propia; FIJACIÓN: Sus piernas se accionan mecánicamente o hidráulicamente hasta alcanzar el suelo marino y se elevan por encima del nivel del mar
Plataforma sumergible
• Estructura montada sobre un flotador;
• Utilizadas en aguas poco profundas (cerca de 30m) y tranquilas, con el fondo de apoyo suave poco accidentado;
• Desplazados por Rebocadores;
• Al llegar al arriendo se lastre hasta que su casco llegue al fondo del mar.
Plataforma de patas flexibles (TLP) o Tension Leg Platform:
• Plataforma flotante es anclada por tracción de estructuras tubulares y cables especiales fijados al fondo del mar por estacas y mantenidos estirados por el exceso de flotación de la plataforma;
• No necesita compensador de movimientos, pues permanece presa; • Posee sistema de producción y almacenamiento;
• Actúan en láminas de agua de hasta 1.200m.
• Alta estabilidad
Plataforma SPAR:
• La Spar es una plataforma con una estructura que contiene un solo cuerpo cilíndrico y hueco, similar a un gran flotador, pudiendo además tener una estructura de rejilla complementaria.
• Incorporan el concepto de boias cilíndricas operando verticalmente;
• Utilizadas en lechos de agua de hasta 900m;
• Explotación en aguas profundas (1650 metros); Posee mayor estabilidad; Uso de rieles rígidos; Completación seca;
• Almacena grandes volúmenes de petróleo.
Plataforma semi-sumergible o SS:
• Posee estabilidad sin apoyarse en el fondo de la madre, queda parada por la atienda de los motores contra las olas;
• Desplazamiento para alquiler por buques remolcadores o propulsión propio o dinámico (D.P);
• Posee gran volumen inmerso para evitar las condiciones severas de la madre, siendo movimiento crítico el vertical (HEAVE);
• Sistema de anclaje -> LDA <1.800m Sistema de DP -> LDA <3.000m
• Completación mojada, sistema de cabeza de pozo (BOP) en el suelo marino, alto nivel de complejidad en los equipos; •
Plataforma Barco Sonda o FPSO:
• ⠀ Floating Production Storage Offloading: -Producen (Production);
-Almacenan (Storage);
- y Despachan (Offloading)
• Anclaje similar a SS, usando líneas de anclaje o sistema de posicionamiento dinámico (DP);
• Gran capacidad de lámina de agua, poseen auto propulsión y gran capacidad de almacenamiento;
• Completación mojada, operación depende de la condición marítima, sistema de cabeza de pozo (BOP) en el suelo marino, o sea, presencia de alta complejidad de los equipos;
• Una unidad estacionaria de producción que utiliza un buque anclado, el cual soporta en su convex una planta de proceso, facilidad de producción, módulos de alojamiento y generación de energía; •
Plataformas de perforación Jack-Up
Las unidades MODU se despliegan principalmente en ubicaciones marinas para la exploración de hidrocarburos. De todos los tipos de unidades móviles de perforación mar adentro disponibles, la plataforma Jackup es la más popular. La primera plataforma Jackup se implementó en 1954 y, desde entonces, se ha convertido en la plataforma de perforación de elección en aguas poco profundas (menos de 300 pies o 91 m) para entornos de aguas relativamente profundas (hasta 550 pies o 167 metros).
Una vez que se conoce la ubicación en el mar para colocar la plataforma, el Jackup se moviliza y se remolca a la ubicación. Para lograr esto, la plataforma flota en su sección de barcaza mientras que las patas se elevan sobre el agua para que la barcaza pueda flotar libremente. Al llegar al lugar de perforación, las patas se bajan al fondo marino.
Cuando las patas de la plataforma se levantan durante la movilización de la plataforma, se dice que la plataforma está en posición "jack up" ("levantada"); cuando se bajan las patas, la plataforma está en una posición de "jack down". Por lo tanto de ahí proviene el nombre de la plataforma "Jackup" plataforma.
La mayoría de las plataformas Jackup tienen 3 patas; sin embargo, no es raro encontrar algunos con 4, 6 u 8 patas. La barcaza del jackup tiene "orificios" a través de los cuales estas patas se pueden bajar al lecho marino o al aire como se requiera.
La acción jack-up / jack-down es posible a través de dispositivos de elevación. Hay dos tipos de dispositivos de elevación que se utilizan con los equipos de elevación; El tipo de cilindros hidráulicos y el tipo de cremallera.
El tipo de cilindro hidráulico tiene pasadores estacionarios y móviles que ayudan a extender y retraer el cilindro. La extensión y la retracción del cilindro están detrás del levantamiento y levantamiento de las piernas, respectivamente.
El tipo de bastidor tiene dos engranajes que giran para levantar las piernas hacia arriba o hacia abajo. Las patas de una plataforma elevadora pueden ser de tipo truss abierto o de columna. Si las patas de una plataforma elevadora se parecen a las de las torres eléctricas (con secciones de acero tubulares entrecruzadas entre sí), entonces es del tipo de truss abierto.
Por otro lado, si las piernas están formadas simplemente por enormes tubos de acero largos, más como un poste, entonces es el tipo de columna. El tipo de truss abierto es más común que el tipo de columna, ya que ofrecen una mejor estabilidad y flexibilidad que el tipo de columna.
Tipos de Taladros Jackup
Hay
dos tipos de plataformas de extracción basadas en cómo la plataforma se
apoya en el fondo marino; el Jackup con patas independientes y el
jackup con soporte de esterilla.
Los jackups de patas independientes
tienen zapatos de acero de forma cilíndrica con extremos puntiagudos
llamados latas de spud. Estas latas de spud están unidas a la parte
inferior de cada pata y cuando las piernas están enganchadas, los
extremos puntiagudos de las latas de spud se introducen en el fondo del
océano para proporcionar soporte inferior y estabilidad al equipo.
Bajar
las piernas implica "precargar" las piernas agregando peso a las
piernas en etapas y empujando la pierna más profundamente en cada etapa
hasta que no pueda continuar. Esto asegura que la plataforma permanezca
estable y que las patas no penetren más en el fondo marino durante la
operación. El mecanismo de elevación también eleva las partes superiores
(barcaza y estructura de perforación) sobre el nivel del mar.
El otro tipo de plataforma elevadora, el jackup con soporte de esterilla (mat-supported jackup),
sujeta una zapata de acero con forma de “A” en la parte inferior de las
piernas. Por lo tanto, las piernas descansan firmemente sobre el fondo
marino en lugar de penetrar en el fondo marino como el tipo de patas
independientes.
Un tipo de plataforma con soporte de estera donde todas las patas están conectadas a una base común
Dado
que las patas del jackup con soporte simplemente descansan sobre el
fondo marino, el soporte que proporcionan es más susceptible de fallar.
El tipo con soporte de esterilla es relativamente barato en comparación
con el tipo con patas independientes.