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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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (1)
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
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
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
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
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
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
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
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
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
0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Introducción
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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (15)
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
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
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)
0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido en S
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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (19)
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
0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos
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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (20)
0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos
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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (21)
0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido en S – Posicionamiento, Mantenimiento de Locación y Avance
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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (22)
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
0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido en S – Soldadura e Inspección de Soldadura
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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (23)
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
0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido en S – Salida de Borda y Tensado del Ducto
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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (24)
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
0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido en S – Salida de Borda y Tensado del Ducto
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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (25)
0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido en S – Punto de Contacto con el Lecho Marino
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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (26)
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
0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido en J
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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (27)
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
0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos
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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (28)
0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido Con Carretel (Reel)
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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (29)
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
0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido Con Carretel (Reel)
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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (30)
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
0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos
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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (31)
0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido por Remolque
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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (32)
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
0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido por Remolque
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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (33)
0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido por Remolque
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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (34)
0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido por Remolque
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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (35)
0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido por Remolque
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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (36)
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
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
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
0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Enterramiento y Protección de Ductos – Zanjadoras
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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (40)
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
0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos
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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (42)
0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido en O – Etapas del Proceso – Formación de la Espiral
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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.
0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido en O – Etapas del Proceso – Formación de la Espiral
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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.
0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Lineamientos para formar la espiral
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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
0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido en O – Etapas del Proceso - Transporte
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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.
0602 – Métodos y Equipos de Instalación de Ductos Método de Tendido en O – Etapas del Proceso - Instalación
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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.
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.
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.
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 (50)
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
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
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.
0603 – Conexiones de Ductos Submarinos (PLET) PipeLine End Terminal
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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (54)
0603 – Conexiones de Ductos Submarinos PLEM - PipeLine End Manifold
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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
0603 – Conexiones de Ductos Submarinos PLEM - PipeLine End Manifold
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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (56)
0603 – Conexiones de Ductos Submarinos PLEM - PipeLine End Manifold
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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (57)
0603 – Conexiones de Ductos Submarinos Tie-ins de Líneas de Captación
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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.
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
0603 – Conexiones de Ductos Submarinos Tie-ins – Hot Tapping
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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
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
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
0604 – Reparación de Ductos
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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (63)
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
FIN
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JJE Sección: 06 – Ductos Offshore (65)