Mster en Ingeniera de Proteccin contra Incendios
MIPCI 2012-2013
TESIS DE MSTER
SEGURIDAD CONTRA INCENDIOS EN
PLATAFORMAS OFF-SHORE
AUTOR: Lander De Mateo Garca/ Cotein Fire S.L. / [email protected]
Madrid, Julio de 2013
Firma Autor: VB Director
Mster en Ingeniera de Proteccin contra Incendios MIPCI Seguridad Contra Incendios en Plataformas Off-Shore _____________Lander De Mateo Garca
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2012-2013
Autorizada la entrega de la tesis de mster del alumno/a:
Lander De Mateo Garca
.
EL COORDINADOR DEL MIPCI
Gabriel Santos
Fdo.: Fecha: / /
V B del Director de proyecto
(Indicar el nombre del Director de proyecto)
.
Fdo.: Fecha: / /
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TTULO SEGURIDAD CONTRA INCENDIOS EN PLATAFORMAS OFF-SHORE
ALUMNO 1 LANDER DE MATEO GARCALANDER
ALUMNO 2
DIRECTOR LUIS MOLINELLI
JUSTIFICACIN
Hoy en da el petrleo es el bien ms codiciado conocido como el oro negro- y su
comercializacin es fundamental para mantener el sistema occidental tal y como lo
conocemos. Pero cada da, escasea ms, y los pozos terrestres comienzan a vaciarse.
Es por ello, por lo que el ser humano ha tenido que trasladarse mar a dentro para
extraerlo de su fondo. De esta tarea tan complicada, se encargan las plataformas
petrolferas off-shore.
Es por todo esto, por lo que sea han convertido en un pilar de nuestra sociedad y
aunque es una tecnologa que ya tiene ms de medio siglo, en Espaa su proteccin
frente al fuego, siempre se ha realizado mediante normativa extranjera.
Mediante este proyecto, se busca aunar las diferentes normativas existentes a
nivel nacional, para realizar una gua de diseo con la que proteger las
plataformas petroleras de la manera ms eficaz posible, siempre con el objetivo
de satisfacer los 4 pilares en los que se basa la proteccin contra incendios:
1. Proteccin de la vida
2. Proteccin de la propiedad
3. Proteccin de la actividad
4. Proteccin del medioambiente
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OBJETIVOS
El objetivo de este proyecto, es el estudio de las diferentes normativas espaolas
existentes y la realizacin de una gua de diseo con las recomendaciones ms
adecuadas.
Para ello, son diversas las normativas utilizadas:
- SOLAS 74/78 - Convenio Internacional para la seguridad de la vida humana en la
mar
- ITC-MI-IP-01: Refineras Reglamentacin relativa a instrucciones tcnicas
complementarias
- RSCIEI Reglamento Seguridad Contra Incendios en Establecimientos
Industriales
- CTE Cdigo tcnico de la Edificacin
Con el fin de alcanzar los estndares de seguridad que busca la ingeniera de
proteccin contra incendios, he basado mi estudio normativo en 3 apartados que
integran estos objetivos en su totalidad:
1- Instalaciones Contra Incendios
2- Seguridad Estructural
3- Sistemas de Evacuacin
Pero para realizar este estudio normativo correctamente, lo primero de todo ha sido
analizar las plataformas off-shore y todos sus procesos.
De esta manera, he podido conocer bien cules son los diferentes riesgos que
presentan y he procedido al anlisis de las normativas y a su aplicacin.
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NDICE
Contenido 1. INTRODUCCIN ...................................................................................................... 13
2. PLATAFORMAS OFF-SHORE .................................................................................... 14
2.1 Definicin ........................................................................................................ 15
2.2 Clasificacin .................................................................................................... 15
2.2.1 Fijas ................................................................................................................ 16
2.2.2 Autoelevables ................................................................................................ 18
2.2.3 Semisumergibles ............................................................................................ 18
3. PETROLEO ........................................................................................................... 19
3.1 Definicin ........................................................................................................ 20
3.1.1 Usos comunes ............................................................................................. 20
3.2 Yacimientos Petrolferos ....................................................................................... 22
3.2.1 Formacin ...................................................................................................... 22
3.2.2 Tipos de Yacimientos .................................................................................. 24
3.2.2.1 Primarios ................................................................................................. 25
3.2.2.2 Yacimientos Secundarios ........................................................................ 26
4. ETAPAS DE LA PRODUCCIN .................................................................................. 27
4.1 Extraccin de Petroleo .......................................................................................... 28
4.1.1 Mtodos de Recuperacin Mejorada EOR (Enhanced Oil Recovery) ......... 29
4.1.1.1 Mtodos de recuperacin Mejorada de Petrleo (EOR) ........................ 29
4.1.1.2 Consideraciones para definir mtodo EOR a utilizar ............................. 30
4.1.1.3 Inyeccin de Nitrgeno .......................................................................... 30
4.1.1.3.1 Composicin del Nitrgeno ............................................................. 31
4.1.1.3.2 Propiedades Fsicas del Nitrgeno .................................................. 31
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4.1.1.3.3 Procesos de Desplazamiento Inmiscible con Nitrgeno ................ 31
4.1.1.3.3.1 Mantenimiento de Presin ....................................................... 32
4.1.1.3.3.2 Inyeccin Cclica ........................................................................ 32
4.1.1.3.3.3 Produccin de Gas desde la capa de gas ................................. 32
4.1.1.3.3.4 Mejoramiento gravitacional .................................................... 33
4.1.1.3.3.5 Empuje de Gas .......................................................................... 33
4.1.1.3.4 Proceso de desplazamiento Miscible con Nitrgeno ..................... 33
4.1.1.3.4.1 Comportamiento de la fase nitrgeno-petrleo del reservorio
.................................................................................................................... 34
4.1.1.3.4.1.1 Efectos del Nitrgeno en las propiedades fsicas de los
fluidos del reservorio .............................................................................. 35
4.1.1.3.4.1.2 Factores que afectan la miscibilidad Petrleo-Nitrgeno en
el Reservorio ........................................................................................... 35
4.1.1.3.4.2 Presin Mnima de Miscibilidad (PMM) ................................... 36
4.1.1.4 Produccin de Nitrgeno para Inyeccin .............................................. 36
4.2 Segregacin del Petrleo ...................................................................................... 38
4.2.1 Tratamiento del Crudo ...................................................................................... 38
4.2.1.1 Deshidratacin del Petrleo ................................................................... 38
4.2.1.2 Desalacin del Petrleo .......................................................................... 39
4.2.1.2.1 Tipos de sales en el crudo ............................................................... 40
4.2.1.2.2 Proceso de desalacin ..................................................................... 40
4.3 Almacenamiento del Petrleo .............................................................................. 42
4.3.1 Tanques de Almacenamiento ........................................................................ 42
4.3.2 Tanques de Produccin ................................................................................. 42
4.3.2.1 Normativa Aplicada ................................................................................ 43
4.3.2.1 Diseo de Tanques de Produccin ......................................................... 43
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4.3.3 Almacenamiento Subterrneo ...................................................................... 45
4.4 Transporte del Petroleo ........................................................................................ 46
4.4.1 Oleoducto ...................................................................................................... 46
4.4.2 Gaseoducto .................................................................................................... 46
4.4.3 Buques ........................................................................................................... 46
4.5 Tratamiento del Petrleo ..................................................................................... 47
4.5.1 Destilacin Fraccionada .................................................................................. 47
4.2.2.1 Gasolinas: ndice de octano .................................................................... 49
5. GUA DE DISEO ......................................................................................................... 51
5.1 Instalaciones Contra Incendios ....................................................................... 52
5.1.1 Deteccin de Incendios ................................................................................. 52
5.1.1.1 Ensayos ................................................................................................... 53
5.1.1.1.1 Ensayos Iniciales .............................................................................. 53
5.1.1.1.2 Ensayos Peridicos .......................................................................... 53
5.1.1.2 Proteccin mediante Deteccin Automtica de los diferentes Sectores
............................................................................................................................ 54
5.1.1.2.1 Espacios de mquinas ...................................................................... 54
5.1.1.2.1.1 Con dotacin permanente ....................................................... 54
5.1.1.2.1.2 Sin dotacin permanente ......................................................... 54
5.1.1.2.2 Espacios de alojamiento .................................................................. 55
5.1.1.2.3 Espacios de servicio y de Puestos de Control .................................. 55
5.1.1.2.4 Proteccin de los espacios de almacenamiento ............................. 55
5.1.1.2.4.1 Mercancas No Peligrosas ......................................................... 56
5.1.1.2.4.2 Mercancas Peligrosas .............................................................. 56
5.1.1.3 Proteccin Mediante Avisadores de accionamiento manual ................ 57
5.1.1.4 Patrullas de incendios ............................................................................. 57
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5.1.1.5 Sistema de Comunicacin de Alarma ..................................................... 58
5.1.1.6 Central de alarma contra incendios ...................................................... 58
5.1.2 Control del humo y Ventilacin ..................................................................... 59
5.1.2.1 Sectores a aplicar Control de la Propagacin del Humo ........................ 59
5.1.2.1.1 Puestos de control situados fuera de los espacios de mquinas .... 59
5.1.2.1.2 Espacios de mquinas ...................................................................... 60
5.1.2.1.3 Galeras de Instalaciones ................................................................. 60
5.1.2.2 Sectores a aplicar Control de la Ventilacin ........................................... 61
5.1.2.2.1 Locales con presencia de personal .................................................. 61
5.1.2.2.2 Locales con presencia ocasional personal ....................................... 61
5.1.2.2.3 Locales de almacenamiento de Gases con baja densidad .............. 61
5.1.2.2.4 Locales de bombas de Trasiego ....................................................... 61
5.1.3 Sistemas de lucha Contra Incendios .............................................................. 62
5.1.3.1 Sistemas de Suministro de Agua ............................................................ 62
5.1.3.1.1 Almacenamiento del Agua .............................................................. 62
5.1.3.1.2 Bombas Contra Incendios ................................................................ 63
5.1.3.1.3 Disposicin de bombas contraincendios ......................................... 63
5.1.3.1.4 Capacidad de cada bomba contraincendios ................................... 63
5.1.3.1.5 Colectores y bocas contra incendios ............................................... 64
5.1.3.1.6 Rpida disponibilidad del suministro de agua ................................. 64
5.1.3.1.7 Dimetro del colector contra incendios .......................................... 65
5.1.3.1.8 Vlvulas de aislamiento y vlvulas de desahogo ............................. 65
5.1.3.1.9 Nmero y distribucin de las bocas contraincendios ..................... 65
5.1.3.1.10 Presin de las bocas contra incendios .......................................... 65
5.1.3.1.11 Mangueras contra incendios y lanzas ........................................... 66
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5.1.3.1.12 Monitores de Agua ........................................................................ 66
5.1.4.2 Extintores porttiles ............................................................................... 67
5.1.4.2.1 Mantenimiento y operacionalidad .................................................. 67
5.1.4.2.2 Cargas de Respeto ........................................................................... 67
5.1.4.3 Sistemas Fijos de extincin de Incendios ............................................... 68
5.1.4.3.1 Sistemas fijos de extincin de incendios por gas ............................ 68
5.1.4.3.1.1 Medios de cierre para los sistemas fijos de extincin de
incendios por gas ........................................................................................ 68
5.1.4.3.2 Sistemas fijos de extincin por espuma .......................................... 69
5.1.4.3.3 Sistemas fijos de extincin por agua ............................................... 69
5.1.4.3.4 Almacenamiento del agente extintor ............................................. 70
5.1.4.3.5 Aplicacin de Sistemas de Extincin en diferentes Sectores .......... 70
5.1.4.3.5.1 Medios de extincin de incendios en los espacios de mquinas
.................................................................................................................... 70
5.1.4.3.5.1.1 Medios Adicionales ........................................................... 71
5.1.4.3.5.2 Dispositivos de extincin de incendios en puestos de control
espacios de alojamiento y espacios de servicio ......................................... 71
5.1.4.3.5.3 Medios de extincin de incendios en espacios de carga ......... 71
5.1.4.3.5.3.1 Sistemas fijos de extincin de incendios por gas para cargas
generales ................................................................................................ 72
5.1.4.3.5.3.1 Sistemas fijos de extincin de incendios por gas para
mercancas peligrosas ............................................................................. 72
5.1.4.3.5.4 Proteccin de los tanques de carga ......................................... 72
5.1.4.3.5.5 Proteccin de las cmaras de bombas de carga ...................... 72
5.1.4.3.5.5.1 Caractersticas del Sistema ................................................ 73
5.1.4.4 Unidades de Bomberos .......................................................................... 73
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5.1.4.4.1 Tipos de equipo de bombero y aparatos respiratorios para
evacuaciones de emergencia ......................................................................... 73
5.1.4.4.2 Servicios complementarios contra incendios .................................. 74
5.2. Seguridad Estructural .......................................................................................... 75
5.2.1 Anlisis de Resistencia al Fuego .................................................................... 75
5.2.1.1 Fijaciones ................................................................................................ 75
5.2.1.1.1 Resistencia al Fuego ........................................................................ 76
5.2.1.2 Cubiertas ................................................................................................. 76
5.2.1.2.1 Resistencia al Fuego ........................................................................ 76
5.2.1.3 Casetas .................................................................................................... 76
5.2.1.3.1 Resistencia al Fuego ........................................................................ 76
5.2.1.4 Tanques de Carga ................................................................................... 77
5.2.1.4.1 Resistencia al Fuego ........................................................................ 77
5.1.2 Contencin del Incendio ................................................................................ 78
5.1.2.1 Puestos de Control ................................................................................. 78
5.1.2.2 Pasillos .................................................................................................... 78
5.1.2.3 Espacios de alojamientos ....................................................................... 78
Es necesaria la completa separacin de los espacios de alojamiento del resto de
sectores, incluidos pasillos y escaleras colindantes. .......................................... 78
5.1.2.4 Escaleras ................................................................................................. 79
5.1.2.5 Espacios de servicio ................................................................................ 79
5.1.2.6 Espacios de Mquinas ............................................................................ 79
5.1.2.7 Cmaras de bombas de carga ................................................................ 79
5.1.2.8 Cubiertas expuestas ............................................................................... 79
5.1.2.9 Sistemas de ventilacin .......................................................................... 79
5.2.3 Requisitos Constructivos Frente al Fuego ................................................. 80
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5.2.2.2.1 Resistencia para la Evacuacin ........................................................ 80
5.3 Sistemas de Evacuacin .................................................................................... 81
5.3.1 Anlisis Normativo ......................................................................................... 81
5.3.1.1 Formacin ............................................................................................... 82
5.3.1.1.1 Estancia Continua ............................................................................ 82
5.3.1.1.2 Visita Puntual ................................................................................... 83
5.3.1.2 Cuadro de Obligaciones e Instrucciones para casos de Emergencia ..... 83
5.3.2.3 Comunicaciones ...................................................................................... 84
5.3.2.3.1 Dispositivos radioelctricos de salvamento .................................... 84
5.3.2.3.2 Respondedores de radar ................................................................. 84
5.3.2.3.3 Bengalas ........................................................................................... 84
5.3.2.3.4 Sistemas de Comunicaciones de a Bordo ........................................ 84
5.3.2.3.4.1 Sistema de Alarma .................................................................... 84
5.3.2.3.4.1 Sistemas de Megafona ............................................................ 85
5.3.1.3 Dispositivos Individuales de Salvamento ............................................... 85
5.3.1.3.1 Aros Salvavidas ................................................................................ 85
5.3.1.3.2 Chalecos Salvavidas ......................................................................... 86
5.3.1.3.3 Trajes de inmersin ......................................................................... 86
5.3.1.3.4 Trajes de proteccin contra la intemperie ...................................... 86
5.3.1.4 Embarcaciones de supervivencia ........................................................... 86
5.3.1.4.1 Supervisin ...................................................................................... 87
5.3.1.4.1.1 Personal suficiente para su correcto manejo ........................... 87
5.3.1.4.1.2 Personal titulado para el manejo de las embarcaciones ......... 87
5.3.1.4.1.3 Posibilidad de nombrar suplentes ............................................ 87
5.3.1.4.1.4 Encargados debern tener una lista de los tripulantes ............ 87
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5.3.1.4.2 Caractersticas de los puntos de evacuacin ................................... 87
5.3.1.5 Disponibilidad Funcional, Mantenimiento e inspeccin ........................ 88
5.3.1.5.1 Disponibilidad funcional .................................................................. 88
5.3.1.5.2 Mantenimiento ................................................................................ 88
5.3.1.5.3 Piezas de repuesto y equipos de reparacin ................................... 88
5.3.1.5.4 Inspecciones .................................................................................... 89
5.3.1.6 Zonas de Aterrizaje y de Evacuacin para Helicpteros ........................ 89
5.3.2 Anlisis Operacional ...................................................................................... 90
5.3.2.1 reas de Refugio ..................................................................................... 90
5.3.2.2 Caractersticas medios de evacuacin ................................................... 90
6. ESTUDIO DE INCIDENTES DEEPWATER HORIZON .................................................... 92
6.1 Incidentes Famosos .............................................................................................. 92
6.1.1 Piper Alpha .................................................................................................... 92
6.1.2. P-36 ............................................................................................................... 93
6.1.2 IXTOC-I ........................................................................................................... 93
6.2 Deepwater Horizon ............................................................................................... 94
6.2.1 Especificaciones ............................................................................................. 94
6.2.2 Incidente ........................................................................................................ 95
6.2.3 Derrame de petrleo ..................................................................................... 95
6.2.5 Impacto Medioambiental .............................................................................. 96
8. PROPUESTAS DE MEJORAS ......................................................................................... 98
ANEXO I - TABLA DE ILUSTRACIONES ........................................................................... 100
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1. INTRODUCCIN
En una sociedad donde la dependencia del petrleo cada da es mayor, y gracias a las
nuevas tecnologas se encuentran ms y mayores bolsas de petrleo repartidas por
todo ocano; las plataformas off-shore (fuera de tierra), cobran una especial
relevancia.
Pero todas estas nuevas tecnologas y plataformas, van de la mano con una mayor
concienciacin social por la seguridad y el medioambiente.
La ingeniera de la proteccin contra incendios se define segn la SFPE (Society of Fire
Protection Engineers) como la aplicacin de los conocimientos cientficos y
fundamentos de la ingeniera, al diseo de las medidas necesarias para la proteccin
de las personas y su entorno frente a los incendios.
Es por ello, que creo que es necesario analizar y saber diagnosticar correctamente los
riesgos y peligros que entraan estos procesos de extraccin tan punteros como
necesarios.
Mediante este proyecto, buscamos diseccionar el proceso y los riegos que entraa la
extraccin de petrleo mar adentro, adems de aunar las diferentes normativas y
guas de diseo internacionales para abordar la problemtica de la proteccin y control
de riesgos con mayor contundencia y rigor.
Ilustracin 1 Plataforma Deepwater Horizon ( Golfo de Mexico)
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2. PLATAFORMAS OFF-SHORE
Para poder comprender y localizar los peligros de una plataforma petrolfera, es muy
importante que entendamos sus procesos operativos. Por lo tanto, en este primer
punto, intentaremos definir y explicar detalladamente los diferentes procesos que se
dan en una estructura de este calibre. Para despus poder localizar sus puntos crticos
y ser capaces de protegerlos correctamente.
Ilustracin 2 Plataforma petrolfera en el sudeasitico
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2.1 Definicin
Offshore es un trmino del ingls que literalmente significa "en el mar, alejado de la
costa". Una plataforma petrolfera es una estructura de cuya funcin es
extraer petrleo y gas natural de los yacimientos del lecho marino que luego sern
exportados hacia la costa.
2.2 Clasificacin
Las plataformas, dependiendo de su funcin, pueden ser de diferentes tipos:
perforacin, produccin, enlace, compresin, habitacionales... Nuestro proyecto se
centrar en las del primer tipo.
En ellas se encuentran los equipos para la perforacin de los pozos, para la inyeccin
de nitrgeno al yacimiento y los empleados en la separacin de gas y aceite. Aqu se
recibe la produccin en bruto del pozo y se realiza la separacin primaria de petrleo y
gas. Estas plataformas, suelen contar con helipuertos y con dos cubiertas; por lo tanto,
esto denota claramente que no solamente hay que proteger los riesgos directos del
proceso de extraccin, sino tambin los derivados de sus funciones.
Estas plataformas a su vez, pueden ser de diferentes tipos dependiendo de su sistema
de soporte:
Ilustracin 3 Tipos de Plataformas
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2.2.1 Fijas
Las plataformas fijas son construidas sobre piernas de hormign o acero ancladas al
lecho marino, sobre las que se colocan otros tipos de estructuras como camisas de
acero o cajones de hormign.
Las camisas de acero son secciones verticales de acero tubular para mejorar la
estabilidad y resistencia de las plataformas.
Ilustracin 4 - Estructura de Acero
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Los cajones de hormign, adems permiten el almacenamiento de combustible bajo la
superficie y cuando estn vacos confieren flotabilidad, motivo por el cual son
utilizados para construir estas plataformas cerca de la costa y hacerlas flotar hasta la
posicin en que finalmente la plataforma ser anclada.
Ilustracin 5 Cajones de hormign
Sobre las piernas se encuentra la cubierta, con espacio para las plataformas de
perforacin, las instalaciones de produccin y los alojamientos de la tripulacin. Este
diseo permite su utilizacin a muy largo plazo. Las plataformas fijas son
econmicamente viables para su instalacin en profundidades de hasta unos 500m.
Ilustracin 6 Cubiertas Plataformas Petroleras
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2.2.2 Autoelevables
Pueden dividirse en plataformas con patas independientes o no independientes. Se
utilizan para la exploracin y el mantenimiento de pozos en aguas someras (menos de
100 m de profundidad). Ambos tipos se encargan de elevar la plataforma de forma tal
que quede un colchn de aire entre el pelo de agua y el casco de la plataforma. La
diferencia radica en que la plataforma de patas independientes asienta las patas en el
lecho del mar, mientras que la otra asienta directamente la plataforma.
2.2.3 Semisumergibles
Son estructuras flotantes que permanecen fijadas en su emplazamiento mediante
anclas, o incluso pueden ser desplazadas. Son empleadas en la perforacin a
profundidad mayor de 100m, utilizando conexiones submarinas.
Ilustracin 7 Plataforma Semisumergida
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3. PETROLEO
Las plataformas off-shore, como hemos comentado anteriormente, se basan en la
extraccin del petrleo.
Pero, Qu es el petrleo? Es importante saber a que nos enfrentamos, para poder
proteger correctamente la instalacin de todos los riesgos que conlleva.
Por lo tanto, en este apartado, analizaremos el petrleo detalladamente y los lugares
donde podemos encontrarlo:
1- Definicin
2- Yacimientos
Ilustracin 8 Petroleo
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3.1 Definicin
Los crudos de petrleo y los gases naturales son mezclas de molculas de
hidrocarburos (compuestos orgnicos de tomos de carbono e hidrgeno) que
contienen de 1 a 60 tomos de carbono. Las propiedades de estos hidrocarburos
dependen del nmero y de la disposicin de los tomos de carbono e hidrgeno en sus
molculas. La molcula bsica de hidrocarburo consta de 1 tomo de carbono unido a
4 tomos de hidrgeno (metano). Todas las dems variedades de hidrocarburos de
petrleo se forman a partir de esta molcula. Los hidrocarburos que tienen hasta 4
tomos de carbono suelen ser gases; si tienen entre 5 y 19, son generalmente lquidos,
y cuanto tienen 20 o ms, son slidos. Adems de hidrocarburos, los crudos de
petrleo y los gases naturales contienen compuestos de azufre, nitrgeno y
oxgeno, junto con trazas de metales y otros elementos.
3.1.1 Usos comunes
El petrleo natural no se usa como se extrae de la naturaleza, sino que se separa en
mezclas ms simples de hidrocarburos que tienen usos especficos, a este proceso se le
conoce como destilacin fraccionada. El petrleo natural hirviente (unos 400 grados
Celsius) se introduce a la parte baja de la torre, todas las sustancias que se evaporan a
esa temperatura pasan como vapores a la cmara superior algo ms fra y en ella se
condensan las fracciones ms pesadas que corresponden a los aceites lubricantes. De
este proceso se obtienen las fracciones:
Gases: metano, etano y gases licuados del petrleo (propano y butano)
Nafta, ligrona o ter de petrleo
Gasolina
Queroseno
Gasleo (ligero y pesado)
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Fuelleo
Aceites lubricantes
Asfalto
Alquitrn
Los componentes qumicos del petrleo se separan y obtienen
por destilacin mediante un proceso de refinamiento. Todos estos productos, de baja
solubilidad, se obtienen en el orden indicado, de arriba abajo, en las torres de
fraccionamiento.
Ilustracin 9 - Usos del Petrleo
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3.2 Yacimientos Petrolferos
Un yacimiento, depsito o reservorio petrolfero, es una acumulacin natural
de hidrocarburos en el subsuelo, contenidos en rocas porosas o fracturadas (roca
almacn). Los hidrocarburos naturales, como el petrleo crudo y el gas natural, son
retenidos por formaciones de rocas suprayacentes con baja permeabilidad.
Ilustracin 10 Pases Productores de Petrleo
3.2.1 Formacin
El petrleo crudo encontrado en depsitos de petrleo se forma en la litosfera a partir
de los restos de organismos del pasado (fsiles), depositados en grandes cantidades en
fondos anxicos de mares o zonas lacustres del pasado geolgico y cubiertos por
espesas capas de sedimentos. Millones de aos de transformaciones qumicas
(craqueo natural), debidas al calor y la presin durante la diagnesis, cambiaron los
restos de microorganismos (animales y vegetales) en petrleo y gas natural. Roy
Murmi, un consejero de Schlumberger, describi el proceso de la siguiente manera:
Plancton y algas, protenas y la vida que flota en el mar, cuando mueren caen al
fondo, y estos organismos son el origen de nuestro petrleo y gas. Cuando se entierran
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con el sedimento acumulado y llegan a una temperatura adecuada, algo por encima de
50 a 70 C comienzan a cocinarse. Esta transformacin, este cambio, los convierte en
hidrocarburos lquidos que se mueven o migran, llegando a formar nuestros depsitos
de gas y petrleo.
La formacin de los yacimientos de petrleo o gas requieren de cuatro etapas en su
evolucin diagentica dentro de la cuenca sedimentaria: entierro profundo bajo
sedimentos, calentamiento y presin, migracin de los hidrocarburos desde la fuente
(roca madre) hasta una zona porosa (roca almacn) y ser retenidos por rocas
impermeables (trampa petrolfera). Tambin es importante tomar en consideracin el
factor tiempo; se sugiere que el Valle del ro Ohio podra haber tenido tanto petrleo
como el que hay en todo el Oriente Medio a la vez, pero se ha escapado por la falta de
trampas geolgicas que lo retuvieran. El Mar del Norte, en el otro extremo, ha
aguantado millones de aos de cambios del nivel del mar, proporcionando ms de 150
yacimientos petrolferos.
Aunque el proceso es generalmente el mismo, diferentes factores ambientales llegan a
crear una gran variedad de depsitos. Existen yacimientos en casi todas las cuencas
sedimentarias, desde superficiales hasta los 9000 m de profundidad y con una gran
variedad de formas, tamaos y edades, sin embargo la mayor cantidad del petrleo
procede de acumulaciones de materia orgnica en los mares ecuatoriales
del Cretcico.
Ilustracin 11 - Formacin de Petroleo
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3.2.2 Tipos de Yacimientos
El yacimiento de petrleo puede ser primario, cuando se encuentra en la misma roca
en la que se ha formado, o bien ser un yacimiento secundario, cuando se form en un
sitio lejano y ha ido fluyendo hasta el lugar en el que yace ahora, movimiento con el
que cambiaron algunas de sus propiedades.
Ilustracin 12 - Petroleo en Alta Mar
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3.2.2.1 Primarios
Lo normal en un yacimiento primario es encontrar la siguiente disposicin: una capa
superior de arcilla impermeable, por debajo de ella una capa de arenas impregnadas
de gas natural (hidrocarburos gaseosos), por debajo arenas impregnadas de petrleo
(hidrocarburos lquidos) y, por ltimo, una capa inferior de arenas impregnadas de
agua salada. Con esta colocacin, el estrato impermeable superior atrapa al petrleo
en el mismo sitio donde se form y no deja que escape, slo puede separarse
siguiendo un gradiente de densidad del agua salada que contena (ms densa) y del
llamado gas natural (grupo de gases menos densos que el petrleo).
Desde el punto de vista econmico, los yacimientos primarios son de modesta
rentabilidad, pues la cantidad acumulada de reserva petrolfera es pequea y adems
el petrleo no est muy concentrado, por lo que su extraccin es lenta.
Ilustracin 13 - Rocas de almacenamiento
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3.2.2.2 Yacimientos Secundarios
En un yacimiento secundario, la llegada continua de hidrocarburos hasta una trampa
de petrleo hace que se acumule en una cantidad y concentracin lo suficientemente
importantes como para hacer muy rentable la extraccin del crudo.
Ilustracin 14 - Capas Geolgicas
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4. ETAPAS DE LA PRODUCCIN
Los sistemas de produccin de petrleo y gas natural tienen en comn las
siguientes funciones de base, aunque con variantes:
1. Perforacin y mantenimiento de pozos utilizados para producir petrleo y gas
y, cuando es necesario, inyeccin de agua, productos qumicos y posiblemente
gas de regreso a la formacin.
2. Segregacin y separacin de la mezcla de petrleo y gas, y posibles residuos de
agua y arena de los hidrocarburos.
3. Almacenamiento de los hidrocarburos lquidos producidos para transportarlos
ulteriormente a mercados, o a un terminal de trasbordo.
4. Acumulacin, almacenamiento y transporte de barros de perforacin y otros
escombros y chorros, del lugar de perforacin, y
5. Acumulacin y tratamiento de gas y gas natural lquido, envindolo por
gaseoducto debajo del mar a la orilla. Si el tratamiento no se efecta offshore,
el gas crudo y los lquidos crudos son enviados por gaseoducto para
tratamiento a instalaciones basadas en la orilla del mar.
Estas funciones pueden ser combinadas en una sola estructura, o efectuadas en
instalaciones separadas y/o en localidades separadas.
En este apartado, daremos una visin global de los procesos y analizaremos los
apartados relacionados con las instalaciones off-shore paso a paso.
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Ilustracin 15 - Etapas de la Produccin de Petroleo
4.1 Extraccin de Petroleo
En la recuperacin de petrleo de los yacimientos petrolferos, por lo general es
posible recuperar slo porciones menores del petrleo original por los mtodos de
recuperacin principal, que utilizan slo las fuerzas naturales presentes en el depsito.
As, una variedad de tcnicas de recuperacin suplementarias se han empleado con el
fin de aumentar la recuperacin de petrleo de yacimientos subterrneos.
Estas tcnicas suplementarias, comnmente conocidas como la recuperacin
mejorada de petrleo EOR- implican la inyeccin de un fluido, o una serie de
fluidos, en el depsito a travs de un sistema de inyeccin que consta de uno o ms
pozos.
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4.1.1 Mtodos de Recuperacin Mejorada EOR (Enhanced Oil Recovery)
La tcnica se basa en la inyeccin a presin de un fluido y mezcla de
fluidos (fase liquida y/o gas) al reservorio con la finalidad de recuperar o mejorar la
presin inicial del reservorio creando en forma artificial las condiciones de surgencia
del petrleo que aun se encuentra atrapado.
Ilustracin 16 - Inyeccin de Fluidos para la Extraccin de Petrleo
4.1.1.1 Mtodos de recuperacin Mejorada de Petrleo (EOR)
Los mtodos ms conocidos son: - Inyeccin de agua
- Inyeccin de vapor
- Inyeccin de gas natural
- Inyeccin de gas inerte (CO2 O N2)
- Combustin in situ
- Inyeccin de polmeros
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- Inyeccin de mezcla de agua y gases
4.1.1.2 Consideraciones para definir mtodo EOR a utilizar
La decisin de utilizar uno o varios de los mtodos depender del conocimiento y la
informacin geolgica, petrofsica y del comportamiento de la produccin que se
tenga del yacimiento candidato.
La utilizacin de estudios de simulacin basados en este conocimiento se torna
esencial.
La informacin histrica obtenida del yacimiento se puede clasificar de acuerdo con lo
siguiente:
1. Propiedades fsicas del petrleo y gas
2. Tipo y geologa del reservorio
3. Las propiedades de la roca reservorio
4. Disponibilidad del fluido para inyeccin
5. Factor recuperacin esperada
4.1.1.3 Inyeccin de Nitrgeno
En yacimientos depresionados o cuando se requiere perforar en zonas que presentan
alta prdida de circulacin, se hace necesario la utilizacin de un fluido de perforacin
con densidades menores de 0.50 gr/cm3. Una forma de obtener esas bajas densidades
es inyectar nitrgeno conjuntamente con el fluido normal de perforacin y evitar
prdidas de circulacin, as como tambin permitir el acarreo de los recortes de
formacin a superficie, mantener el control del pozo y profundizar hasta el objetivo
establecido
Rango de Inyeccin de Nitrgeno:
Caudal de 40-150 cm3/min
Presin de 400-2,000 psi
Ilustracin 17 - Nitrgeno
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4.1.1.3.1 Composicin del Nitrgeno El nitrgeno es un gas inerte presente en la naturaleza principalmente en el aire. La
composicin natural del aire a condiciones normales (1 atm. de presin y 25 C) es de:
Nitrgeno 78%
Oxigeno 21%
Argn 1%
El nitrgeno se presenta en el aire en forma de molcula de N2. Bajo esta condicin, se
comporta como un gas noble, es decir no reacciona con ningn otro elemento, salvo
en condiciones de muy alta presin y/o alta temperatura, donde forma compuestos
nitrosos como el NO o el NO2. 4.1.1.3.2 Propiedades Fsicas del Nitrgeno Peso Molecular 28
Temperatura de fusin (C) -210
Temperatura de ebullicin (C) -196
Temperatura crtica (C) -147
Presin Crtica (psi) 492
Volumen crtico (pie3 / Ib.-mol) 1.4290
Densidad relativa al aire (aire = 1) 0.97
Factor de compresibilidad 0.288
Presin de vapor a 20C No aplicable
Solubilidad en agua (mg/ l) 20
Apariencia y color Gas incoloro
Olor Inodoro
4.1.1.3.3 Procesos de Desplazamiento Inmiscible con Nitrgeno El nitrgeno ha sido utilizado exitosamente para reemplazar el gas natural en la
recuperacin de petrleo.
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Los procesos que existen son:
1. Mantenimiento de Presin
2. Inyeccin cclica
3. Produccin de gas desde la capa de gas
4. Mejoramiento gravitacional
5. Empuje de gas
4.1.1.3.3.1 Mantenimiento de Presin
Este proceso consiste en inyectar el gas con la finalidad de incrementar la presin del
reservorio hasta por encima de su presin de burbuja. Se utiliza mucho en reservorios
con buena segregacin gravitacional.
4.1.1.3.3.2 Inyeccin Cclica
En un reservorio de condensados de gas, la produccin en las cercanas de su presin
de roci requiere la inyeccin de gas para mantener la presin del reservorio por
encima de la presin de roci, de manera de prevenir el fenmeno de la condensacin
retrograda.
El uso del gas natural como una fuente de inyeccin cclica ha venido en una practica
comn, pero ltimamente y debido al incremento de los precios del gas natural, se
viene utilizando al nitrgeno como una fuente econmica para este tipo de
presurizacin.
4.1.1.3.3.3 Produccin de Gas desde la capa de gas
Debido al incremento de los precios del gas, la produccin de gas natural presente en
la capa de gas se ha venido en una necesidad.
La deplecin natural del reservorio hace que este gas se encuentre atrapado por largos
aos hasta que la produccin de petrleo se haya logrado en su mximo nivel.
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En este proceso la idea es reemplazar el gas natural presente en la capa de gas por gas
nitrgeno con la finalidad de recuperar el gas natural para venderlo y seguir
manteniendo la presin del reservorio para la produccin de petrleo.
4.1.1.3.3.4 Mejoramiento gravitacional
Reservorios de condensados con empuje de agua (water drive) tienden a atrapar el
petrleo por encima de los pozos de produccin en rea aisladas.
La inyeccin de nitrgeno puede lograr desplazar el petrleo hasta el pozo productor.
Esto debido a que el factor de comprensibilidad del gas es considerablemente menor
que el gas natural.
De esta manera se deduce que el volumen de nitrgeno a usar es mucho menor que el
gas natural que se necesitara inyectar al reservorio.
Adems el nitrgeno es menos denso que el condensado de gas, por lo que asegurara
un desplazamiento por gravedad muy estable.
4.1.1.3.3.5 Empuje de Gas
La disponibilidad limitada y los costos de los fluidos miscibles como el CO2, GLP,
propano, etc., hace que la inyeccin continua de estos fluidos sea econmicamente no
rentable.
A un cierto volumen poral (1-5% PV) del fluido miscible, se ha comprobado que el
empuje por agua o gas natural o gas natural ha sido mejorado.
El gas nitrgeno es una excelente alternativa ya que reduce la perdida CO2 debido a la
disolucin en el agua y reduce los problemas de corrosin.
4.1.1.3.4 Proceso de desplazamiento Miscible con Nitrgeno En los ltimos aos, el nitrgeno ha recibido aun considerable atencin como un
agente de desplazamiento miscible para la recuperacin mejorada de petrleo (EOR).
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El nitrgeno no est presente como un fluido miscible de primer contacto con el
reservorio de petrleo.
El nitrgeno puede desarrollar miscibilidad con el petrleo del reservorio a travs de
transferencias de masa y despus de mltiples contactos.
El mecanismo es similar al empuje de gas por vaporizacin, donde los componentes
intermedios del petrleo se vaporizan desarrollndose la miscibilidad en la fase gas.
Sin embargo, el nitrgeno requiere mayor tiempo y un mayor numero de contactos
para desarrollar miscibilidad.
Se requieren altas presiones para generar miscibilidad entre el petrleo del reservorio
y el nitrgeno a la temperatura del reservorio.
Petrleos ligeros o voltiles en reservorios profundos a menudo ofrecen las mejores
condiciones favorables par el desplazamiento con nitrgeno.
Los factores que controlan el fenmeno del desplazamiento miscible con nitrgeno
son:
a) Comportamiento de la fase nitrgeno-petrleo del reservorio, y
b) Presin mnima de miscibilidad (PMM)
4.1.1.3.4.1 Comportamiento de la fase nitrgeno-petrleo del reservorio
Las caractersticas del comportamiento de fase de un reservorio de petrleo toman
cambios significativos cuando estn en contacto con el nitrgeno.
Vogel y Yarborough observaron que el gas nitrgeno origina un incremento del punto
de roci de los petrleo voltiles y condensados.
Si tenemos un reservorio de gas saturado, el contacto con nitrgeno puede originar la
presencia del fenmeno de condensacin retrograda.
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De otro lado, reservorios de gas insaturados (presin encima del punto de roci) algo
de nitrgeno puede mezclarse con el petrleo antes que ocurra la condensacin
retrgrada.
El nitrgeno es un elemento comn presente en los reservorios de petrleo, sin
embargo es inmiscible en la mayora de condiciones de reservorio. La solubilidad del
nitrgeno es relativamente baja en el petrleo; sin embargo, puede desarrollar
miscibilidad en ciertos tipos de petrleos bajo condiciones especiales de presin y
temperatura.
A presiones mayores a 5.000 psi, el nitrgeno puede vaporizar los hidrocarburos
intermedios (C2 C6) del petrleo y desarrollar miscibilidades despus de mltiples
contactos con el petrleo.
Los cambios composicionales en las fases vapor y liquido cuando el nitrgeno esta en
contacto con el petrleo es la clave para desarrollar miscibilidad.
La fase vapor llega a ser progresivamente rica en hidrocarburos C2 C6 hasta que la
composicin crtica se haya alcanzado.
4.1.1.3.4.1.1 Efectos del Nitrgeno en las propiedades fsicas de los fluidos del
reservorio
Los fluidos del reservorio desarrollan cambios significativos al entrar en contacto con el
gas nitrgeno.
Estos cambios incluyen propiedades como el factor de volumen de formacin, GOR,
densidad, viscosidad y gravedad de gas en solucin.
El factor de volumen de formacin y el GOR decrecen al entrar en contacto con el
nitrgeno.
La densidad y viscosidad del petrleo se incrementan al entrar en contacto con el
nitrgeno.
4.1.1.3.4.1.2 Factores que afectan la miscibilidad Petrleo-Nitrgeno en el Reservorio
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La composicin del petrleo, temperatura y presin del reservorio son los mayores
factores que influyen en el desarrollo del frente de desplazamiento miscible con
nitrgeno.
El mecanismo primario en el desarrollo de la miscibilidad es la vaporizacin de los
componentes intermedios del petrleo hacia la fase gas.
Por tanto, un alto contenido componentes intermedios y ligeros en el petrleo es un
requisito importante para el desarrollo de la miscibilidad con nitrgeno.
Un colchn rico en gas se desarrolla por la vaporizacin de los componentes
intermedios de petrleo hacia la fase gas.
La vaporizacin de estas fracciones se lleva a cabo a altas presiones, usualmente
mayores a 5.000 psi.
Hay una presin mnima debajo de la cual no ocurre la vaporizacin.
La recuperacin de petrleo es insensible a la temperatura 3.000 psi. Los cambios en la
temperatura se observan cuando se incrementa la presin.
La determinacin de la presin requerida para asegurar la miscibilidad es un dato
importante para disear un desplazamiento miscible.
4.1.1.3.4.2 Presin Mnima de Miscibilidad (PMM)
El nitrgeno requiere mayores presiones, temperaturas y mayor tiempo de contacto.
Los factores que afectan la PMM del nitrgeno son la composicin del petrleo y el
GOR. La temperatura tambin tiene una influencia moderada en este valor.
Una alta saturacin de componentes intermedios facilita el desarrollo de la
miscibilidad. El PMM es una funcin directa del GOR.
4.1.1.4 Produccin de Nitrgeno para Inyeccin
El nitrgeno se puede obtener a escalas industriales mediante la separacin fsica del
aire. Para ellos se utiliza plantas criognicas que separan el nitrgeno de los otros
componentes del aire, almacenndolo en su forma liquida para su posterior traslado al
lugar de inyeccin.
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Asimismo se viene utilizando Plantas de separacin por membranas o PSA (Planta On
Site de separacin por presin), los cuales separan el nitrgeno del aire en forma
inmediata en el lugar de la inyeccin.
El mtodo que consiste en la inyeccin contina de nitrgeno a alta presin a travs de
un tubing. El nitrgeno se inyecta directamente en la zona de la capa de gas con la
finalidad de elevar la presin del reservorio por encima de la presin de burbuja del
yacimiento.
El tiempo de inyeccin para alcanzar la presin de surgencia y produccin del primer
barril de petrleo depender del volumen del reservorio, la densidad del petrleo, la
porosidad, permeabilidad y el tipo de desplazamiento que se logre.
Ilustracin 18 - Esquema de Proceso de Produccin de Nitrgeno
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4.2 Segregacin del Petrleo
El petrleo natural no se usa como se extrae de la naturaleza, si no que se separa en
mezclas ms simples de hidrocarburos que tienen usos especficos.
Ilustracin 19 - Planta Destiladora
4.2.1 Tratamiento del Crudo
El crudo extrado del yacimiento es necesario que sea tratado mediante diferentes
procesos.
4.2.1.1 Deshidratacin del Petrleo
La deshidratacin del petrleo, se realiza en el yacimiento y tambin en la destilera.
En la zona del yacimiento se lleva a cabo para no transportar volmenes de agua
no tiles hacia la destilera (factor de costes de transporte). En la destilera, el mximo
aconsejado a transportar es del 1% en peso. Bsicamente consiste en introducir el
petrleo en una torre deshidratadora (torre flash), a determinada presin y
temperatura, en la cual se produce una evaporacin brusca, separndose el vapor de
agua por la cabeza y el crudo por el fondo.
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Si el crudo ser transportado por oleoductos, se debe calentar a 200-250C para
disminuir su viscosidad, y por tanto reducir la potencia de bombeo. Hay que tener en
cuenta que la presencia de agua en un depsito de crudo es una potencial amenaza
de los fenmenos de biocorrosin.
Ilustracin 20 - Deshidratacin del Petrleo
4.2.1.2 Desalacin del Petrleo
Cuando el crudo entra a la unidad, lleva con l algo de salmuera en forma de muy pequeas
gotas de agua emulsificadas en el crudo. La desalacin del crudo es una parte esencial
de la refinera. El contenido de sal debe ser reducido para encontrarse entre 5,7 y 14,3
kg/1000 m3. Una pobre desalacin tiene los siguientes efectos:
1. Los depsitos de sal de depositan en los tubos del horno y sobre el haz de tubos
de los intercambiadores de calor creando ensuciamiento, por lo tanto se
reduce la eficiencia de la transferencia de calor.
2. Corrosin del equipamiento.
3. La sal que acarrean los productos acta como veneno de los catalizadores en
las unidades de cracking cataltico.
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Ilustracin 21 - Esquema Desalado 4.2.1.2.1 Tipos de sales en el crudo Las sales en el crudo se encuentran mayormente en forma de sales disueltas en
pequeas gotas emulsificadas en el crudo. Esto se llama emulsin agua en petrleo,
donde la fase continua es el petrleo y la fase dispersa es el agua. Las gotas de agua
son tan pequeas que no pueden sedimentarse por gravedad. Adems, esas pequeas
gotas tienen en sus superficies molculas grandes de asfaltenos con pequeas
partculas slidas que vienen de los sedimentos, arenas o productos de corrosin. La
presencia de estas molculas acta como un escudo que previene que las gotas se
unan unas con otras, es decir, que produzca coalescencia. Las sales pueden estar
presentes tambin en forma de cristales suspendidos en el crudo. La remocin de
dicha sal requiere que la misma se encuentre ionizada en agua. Entonces, debe
agregarse agua de lavado al crudo para facilitar el proceso de desalacin. Volviendo al
tema de los tipos de sales, la mayora son cloruros de magnesio, calcio y sodio, siendo
este ltimo el mayoritario. Estos cloruros, excepto el NaCl, hidrolizan a altas
temperaturas para formar cloruro de hidrgeno. El cloruro de hidrgeno se disuelve en
agua, generando cido clorhdrico, que es extremadamente corrosivo. 4.2.1.2.2 Proceso de desalacin Para remover las sales del crudo, se debe romper la emulsin agua en petrleo
formando una fase acuosa continua que puede ser separada por un simple proceso de
decantacin. El proceso se logra a travs de los siguientes pasos:
1. Lavado con agua
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El agua se mezcla con el crudo entrante a travs de una vlvula mezcladora. El agua
disuelve los cristales de sal y el mezclado distribuye uniformemente la sal en el agua,
produciendo muy pequeas gotas. Los agentes demulsificantes se agregan en esta
etapa para ayudar romper la emulsin removiendo los asfaltenos de la superficie de
las gotas.
2. Calentamiento
La temperatura del crudo debe estar en el rango de50-55C ya que la separacin agua-
petrleo se ve afectada por la viscosidad y la densidad del petrleo.
3. Coalescencia
Las gotas de agua son tan pequeas (dimetro entre 1-10 m) que no sedimentan por
gravedad. La coalescencia produce gotas mayores que pueden precipitar por gravedad.
Esto se logra mediante un campo electrosttico entre dos electrodos. El campo
elctrico ioniza las gotas de agua y las orienta de tal manera que puedan atraerse
unas con otras. La agitacin que se produce tambin favorece la coalescencia.
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4.3 Almacenamiento del Petrleo
El almacenamiento de petrleo, se realiza en diferentes tanques. Estos pueden ser
clasificados segn su forma de construccin, o su uso para produccin o
almacenamiento-, y finalmente por el tipo de lquido que van a contener.
4.3.1 Tanques de Almacenamiento
Los fluidos del pozo deben ser separados y tratados antes de ser enviados a la refinera
o a un sistema de procesamiento de gas.
Este primer paso en la manipulacin generalmente se da en plantas denominadas
bateras, localizadas cerca del cabezal del pozo, o en un lugar estratgico donde se
trata la produccin de varios pozos a la vez. En estas bateras existen equipos
separadores de control y separadores de produccin que pueden ser bifsicos o
trifsicos, el petrleo crudo, el agua y el gas natural ingresan a estos equipos y son
separados. Los productos separados son enviados a los tanques de produccin que
representan el punto de inicio para que el petrleo entre en los oleoductos; el gas se
enva directamente a los gasoductos.
Hay bateras que poseen equipos de separacin denominados Free Water Knock Out
donde se separa el agua del petrleo, los fluidos se envan a los tanques de produccin
y de ah a las plantas de tratamiento de agua y de petrleo.
4.3.2 Tanques de Produccin
En las plantas de tratamiento, los productos separados entran en una nueva etapa de
equipos de separacin y tratamiento que acondicionan al fluido para su envo a los
tanques de almacenamiento. Los tanques de almacenamiento estn diseados para el
acopio y manipulacin de grandes volmenes de petrleo y gas; son generalmente
ms grandes y considerados como permanentes. El almacenamiento constituye un
elemento de sumo valor en la explotacin de los hidrocarburos ya que acta como un
pulmn entre produccin y/o transporte para absorber las variaciones de consumo.
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4.3.2.1 Normativa Aplicada
El diseo y construccin de los tanques para almacenamiento de petrleo est
definido bajo las recomendaciones de la norma API 650, la construccin de los parques
de tanques deben regirse por lo solicitado en la ley 13.660 y sus decretos
reglamentarios.
4.3.2.1 Diseo de Tanques de Produccin
El almacenamiento de lquidos tales como petrleo, nafta, fuel oil, diesel oil, kerosene
u otros derivados petroqumicos que se pueden conservar a presin y temperatura
ambiente, se efecta normalmente en tanques cilndricos de fondo plano, techo
abovedado, esfrico o elipsoidal; en productos muy voltiles algunas veces se
construyen con techo flotante o con techo fijo y membranas flotantes, a fin de evitar
acumulacin de gases inflamables en su interior y por consiguiente prdidas de
produccin. Los productos muy pesados o aquellos en que al bajar la temperatura se
transforman en muy viscosos pueden tener o no incorporado algn sistema de
calefaccin en la forma de un serpentn, los fluidos trmicos pueden ser vapor o
petrleo caliente. Aislaciones trmicas para calor o fro son utilizadas segn los
productos almacenados.
Para la construccin de los tanques de almacenamiento se emplean lminas de acero
de distintos espesores, de acuerdo con su posicin relativa en la estructura del tanque.
Estas piezas se sueldan entre s conforme a normas de construccin que garantizan la
integridad y posterior funcionamiento del almacenaje (es importante mencionar que
no obstante haberse suspendido la construccin de tanques remachados, los as
construidos seguirn en actividad por mucho tiempo).
La relacin ptima en el diseo de un tanque es que el dimetro de la base sea tres
veces su altura; no obstante, esta relacin es adaptada, en la construccin, a la
longitud y aprovechamiento de las chapas.
Los tanques soldados estn diseados para soportar presiones internas del orden de
50 m.m. H2O a 200 m.m. H2O compatibles con los dispositivos de seguridad que
protegen al tanque y se han construido de hasta 240.000 m3 de capacidad. No
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obstante los recaudos tomados durante el diseo y la construccin del o de los
tanques y con el fin de prever el dao que pudiera ocasionar su rotura o rebalse, se
construyen diques de contencin alrededor de cada tanque o grupo de tanques de
acuerdo con lo requerido en la ley 13.660 y sus decretos reglamentarios.
A los efectos de evitar los daos ambientales producidos por derrames o filtraciones se
construyen bases de hormign armado continuas y se impermeabilizan fondos de
tanques y recintos por diversos procedimientos fsicos o qumicos.
Los tanques requieren que sean instrumentados para su supervisin y control; adems
en los tanques y parques de tanques debe haber defensas pasivas en caso de incendio.
Cuando se trata del almacenamiento de gases licuados u otros derivados que deben
conservarse a presin y temperatura distintas a la atmosfrica normal, la construccin,
como as tambin los materiales a emplear, requieren para cada caso de un prolijo
estudio tcnico. Por ejemplo, el almacenaje de gas natural licuado (GNL), del que se
hablar ms en detalle, requiere una temperatura de -160C; tambin el gas licuado de
petrleo (GLPpropano/butano), cuya temperatura debe mantenerse dentro de los -
42C a 12C.
Para el caso en que se pueda almacenar el producto a presin atmosfrica
(propano/butano) pero de baja temperatura de burbujeo (-42C), tambin se utilizan
tanques cilndricos de fondo plano, refrigerados, con la diferencia de que la
construccin de stos requiere doble envolvente (pared), doble fondo en algunos
casos, aislacin externa, y deben estar soportados por una estructura flexible que
absorba las variaciones de tamao generadas por llenado, vaciado y eventuales
cambios de temperatura. Adems del dique de contencin mencionado para tanques
en general, en algunos casos tambin se rodea el tanque de una pared de concreto de
similar altura.
En los gases pesados como el propano o etano y en los parques de tanques en plantas
de gas, sistemas de deteccin de fugas, barreras de deteccin o detectores de
atmsferas explosivas deben ser instalados junto con las defensas pasivas para
proteger a las personas e instalaciones.
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4.3.3 Almacenamiento Subterrneo
El almacenamiento subterrneo de gas natural es ideal para abastecer el consumo en
los das de carga mxima. El gas es almacenado durante los meses de verano cuando la
demanda es baja, y luego extrado durante los meses de invierno.
Para los meses de extrema demanda se recurre a sistemas de almacenamiento de gas
natural para hacer el llamado peak shaving.
De esta manera, el gas queda en reserva y, cuando se lo necesita, una unidad de
vaporizacin y emisin regasifica el lquido para su inyeccin en la red de distribucin,
luego de pasarlo por estaciones de regulacin y medicin.
Ilustracin 22 - Almacenamiento de Petrleo
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4.4 Transporte del Petroleo
En el mundo del petrleo los oleoductos y los buques-tanque son los medios por
excelencia para el transporte del crudo.
El paso inmediato al descubrimiento y explotacin de un yacimiento es su traslado
hacia los centros de refinacin o a los puertos de embarque con destino a la
exportacin.
4.4.1 Oleoducto
Para ello se construye un oleoducto, trabajo que consiste en unir tubos de acero a lo
largo de un trayecto determinado, desde el campo productor hasta el punto de
refinacin y/o de embarque.
La capacidad de transporte de los oleoductos vara y depende del tamao de la
tubera. Es decir, entre ms grande sea el dimetro, mayor la capacidad. Estas lneas de
acero pueden ir sobre la superficie o bajo tierra y atraviesan la ms variada topografa.
En la parte inicial del oleoducto una "estacin de bombeo" impulsa el petrleo y,
dependiendo de la topografa por donde ste pase, se colocan estratgicamente otras
estaciones para que le permitan superar sitios de gran altura. Los oleoductos disponen
tambin de vlvulas que permiten controlar el paso del petrleo y atender
oportunamente situaciones de emergencia.
4.4.2 Gaseoducto
El gas natural se transporta en idnticas circunstancias, pero en este caso la tubera se
denomina "gaseoducto".
4.4.3 Buques
Los buques-tanque son a su vez enormes barcos dotados de compartimientos y
sistemas especialmente diseados para el transporte de petrleo crudo, gas, gasolina
o cualquier otro derivado. Son el medio de transporte ms utilizado para el comercio
mundial del petrleo. La capacidad de estas naves vara segn el tamao de las mismas
y de acuerdo con el servicio y la ruta que cubran. Algunas pueden transportar cientos
de miles de barriles e incluso millones.
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4.5 Tratamiento del Petrleo
Para utilizar cada componente del petrleo es necesario separarlo o aislarlo del crudo.
Para ello se utiliza la destilacin fraccionada, que separa cada componente segn su
punto de ebullicin.
4.5.1 Destilacin Fraccionada
La destilacin fraccionada de petrleo es un procedimiento que se hace en una torre
de destilacin, donde se calienta el crudo recin extrado del yacimiento. A medida
que aumenta la temperatura, los hidrocarburos comienzan a hervir dentro de la torre y
se transforman en vapor; este vapor se condensa y, en un nuevo procedimiento, los
hidrocarburos se separan para uso posterior.
La torre o columna de destilacin dispone de salidas (llamadas platos) a diferentes
alturas, dependiendo de la temperatura de ebullicin. En las partes ms bajas de la
torre se sacan las fracciones menos voltiles (o con mayor punto de ebullicin) y a
medida que la altura aumenta se recogen las fracciones de menor punto de ebullicin
o fracciones voltiles.
Ilustracin 23 - Torre de Destilacin de Petroleo
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El punto de ebullicin de cada compuesto est relacionado con su peso molecular, de
modo que mientras mayor sea el punto de ebullicin mayor es el peso de este
compuesto.
Los productos importantes que se obtienen del petrleo son:
Gas natural o metano: se encuentra en bajas proporciones disuelto en el
petrleo.
Gas licuado de petrleo (GLP): es una mezcla de hidrocarburos llamados
propano y butano, que son utilizados como combustibles domsticos e
industriales y tambin como materia prima de numerosos plsticos.
Solventes: como tolueno y benceno, utilizados para elaborar pegamentos.
Gasolinas: tambin llamadas naftas, corresponden a una mezcla de
hidrocarburos utilizados como combustible en motores de combustin interna.
Queroseno (o parafina): utilizado como combustible en maquinaria, en minera
y en calefaccin domstica; sin embargo, su uso es en particular contaminante,
no as la bencina o gasolina filtrada o gas natural.
Gasleo (o petrleo diesel): utilizado en motores diesel. Se puede obtener
tambin desde aceites de origen vegetal, en cuyo caso es llamado biodiesel.
Este compuesto representa un combustible alternativo a los utilizados
actualmente, debido a la menor cantidad de gases txicos emitidos luego de su
combustin.
Fuel oil: es una mezcla de compuestos ms pesados que los anteriores y es
utilizado como combustible en plantas de energa elctricas, grandes hornos de
fundicin o calderas.
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Aceites y lubricantes: son compuestos viscosos que se utilizan en la lubricacin
de piezas de motor, o bien como combustibles de lmparas, ciertos motores,
pequeos hornos y estufas.
Residuos slidos: son compuestos densos y pastosos, como alquitrn y asfalto,
utilizados en la construccin de caminos.
4.2.2.1 Gasolinas: ndice de octano
La calidad de una gasolina o bencina utilizada en un motor de combustin (auto, avin)
indica las cualidades antidetonantes de este combustible. En el interior de los cilindros
del motor, la mezcla gasolina-aire comprimida se inflama con la chispa generada por la
buja y produce un gran volumen de gases. Estos, al expandirse desplazan el pistn
hasta el extremo opuesto del cilindro. La sincronizacin del desplazamiento de los
pistones produce el giro del eje cigeal, lo que se traduce finalmente en el
movimiento del vehculo.
Es muy importante que la inflamacin del combustible se logre a una velocidad
adecuada para que impulse el pistn en forma gradual y no que se produzca una
explosin (detonacin), ya que esto ltimo daara en corto tiempo el motor.
La gasolina comercial es una mezcla de hidrocarburos, y cuando se combina con aire y
se comprime fuertemente tiene la tendencia a inflamarse en forma ms bien
explosiva. El agregado de pequeas cantidades de algunos compuestos a la gasolina
permite reducir notablemente las propiedades detonantes del combustible y, por lo
tanto, la utilizacin de mayor compresin en los cilindros, lo que se traduce en mayor
potencia para el automvil.
Algunos productos antidetonantes son el benceno (C6H6), algunos otros aromticos, y
el tetraetilplomo (Pb[C2H5]4), que fue utilizado en Chile hasta hace algunos aos, pero
fue prohibido debido a que es una fuente de emisin de plomo, un elemento muy
txico.
Por otra parte, se comprob que el hidrocarburo de cadena recta n-heptano (C7H16) es
muy detonante (se le asign ndice 0) y que otro de cadena ramificada, el 2,2,4
trimetil-pentano (isooctano), es poco detonante (se le asign ndice 100). Con lo cual
se puede indicar qu porcentaje de cada uno de estos compuestos tiene una
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determinada gasolina y, por tanto, calificarla por su calidad antidetonante. Por
ejemplo, una mezcla de 90% de isooctano, y 10% de n-heptano posee un ndice de
octano de 90.
Ilustracin 24 - Productos derivados del Petrleo
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5. GUA DE DISEO
El objetivo del trabajo ha sido un anlisis de la normativa espaola existente sobre la
proteccin contra incendios en las plataformas off-shore, con el fin de cumplir los
cuatro objetivos principales de la Seguridad Contra Incendios:
I. Proteccin de la vida
II. Proteccin de la propiedad
III. Proteccin de la actividad
IV. Proteccin del medioambiente
La normativa espaola especfica para este tipo de industria es muy limitada, y es por
ello por lo que he tenido que investigar sobre normativas de diferentes mbitos. El
anlisis ha sido realizado basndome en las siguientes normativas:
- SOLAS 74/78 - Convenio Internacional para la seguridad de la vida
humana en la mar
- ITC-MI-IP-01: Refineras Reglamentacin relativa a instrucciones tcnicas
complementarias
- RSCIEI Reglamento Seguridad Contra Incendios en Establecimientos
Industriales
- CTE Cdigo tcnico de la Edificacin
Al ser normativas en algunos casos de aplicacin tan dispar, el objetivo de mi proyecto
es aclarar mediante recomendaciones que pautas seran las adecuadas a aplicar para la
proteccin contra incendios integral de las instalaciones mar adentro.
Con el objetivo de cubrir todo el mbito de la seguridad contra incendios, he basado
mi estudio normativo en los siguientes 3 apartados:
1- Instalaciones Contra Incendios
2- Seguridad Estructural
3- Sistemas de Evacuacin
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5.1 Instalaciones Contra Incendios
Uno de los grandes inconvenientes que encontramos al proteger plataformas off-
shore, es la variedad de riesgos a las que nos enfrentamos en un entorno de tamao
limitado y con una comunicacin prcticamente nula con otras estaciones.
Es por todo esto, por lo que cobra una importancia fundamental que cada sector sea
protegido correctamente.
Para proteger correctamente las plataformas petroleras, analizaremos uno a uno los
diferentes instalaciones de proteccin tal y como se hace en el RSCIEI- y aadindole
las recomendaciones de las diferentes normas estudiadas:
1. Deteccin de Incendios
2. Control de Propagacin de Humos
3. Sistemas de Lucha Contra Incendios
5.1.1 Deteccin de Incendios
La finalidad de los sistemas de deteccin es que se detecte un incendio en el espacio
de origen y que se active una alarma a fin de permitir una evacuacin sin riesgos y que
se inicien inmediatamente las actividades de lucha contra incendios.
Los sistemas fijos de deteccin de incendios que se encuentran en las plataformas off-
shore son muy similares a los que podemos encontrar en instalaciones terrestres las
recomendadas en el RSCIEI- aunque con algunas diferencias.
Como hemos comentado anteriormente, su nivel de sensibilidad ser mayor por el
gran riesgo que conllevan los diferentes sectores de las plataformas off-shore- y en
muchos puntos los tendremos en redundancia por motivos de seguridad, pero los
principios son los mismos que en un sistema terrestre.
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5.1.1.1 Ensayos
Basndonos en las indicaciones de la normativa SOLAS 74/78, es necesario realizar
pruebas de los sistemas para asegurar su correcto funcionamiento de la manera
siguiente:
5.1.1.1.1 Ensayos Iniciales El funcionamiento del sistema de deteccin de incendios y de alarma contraincendios
prescrito se someter a prueba en condiciones diversas de ventilacin.
5.1.1.1.2 Ensayos Peridicos El funcionamiento de los sistemas fijos de deteccin de incendios y de alarmas contra
incendios se sometern a pruebas peridicas de manera satisfactoria a juicio de la
Administracin por medio de equipo que produzca aire caliente a la temperatura
adecuada, o humo o partculas de aerosol cuya densidad o cuyo tamao se hallen en la
gama adecuada, as como otros fenmenos relacionados con el comienzo de incendio
a los que deba responder el detector.
Ilustracin 25 - Detector de Humo
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5.1.1.2 Proteccin mediante Deteccin Automtica de los diferentes Sectores
Basndonos en la aplicacin de la normativa SOLAS 74/78 y el RSCIEI, en los siguientes
lugares ser obligatoria la inclusin de sistemas de deteccin de incendios:
5.1.1.2.1 Espacios de mquinas
La proteccin de estos espacios, se realizar mediante las indicaciones del SOLAS.
5.1.1.2.1.1 Con dotacin permanente
Se instalar un sistema fijo de deteccin de incendios y de alarma contraincendios.
5.1.1.2.1.2 Sin dotacin permanente
Se instalar nicamente en:
1- Los espacios para mquinas en que se haya la instalacin de sistemas y equipo
accionados por telemando que sustituyan a la dotacin permanente
2- Los espacios de las mquinas principales y auxiliares, incluidas las fuentes de
energa elctrica principal, estn provistas de dispositivos de control
automtico o por telemando en grados diversos y estn sometidas a vigilancia
continua desde una cmara de control con dotacin.
Ilustracin 26 - Espacio de Mquinas
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5.1.1.2.2 Espacios de alojamiento
Basndonos en las indicaciones del SOLAS, se instalarn detectores de humo en todas
las escaleras, todos los pasillos y todas las vas de evacuacin que haya en el interior de
los espacios de alojamiento y se considerar la posibilidad de instalar detectores de
humo para fines especiales en el interior de los conductos de ventilacin.
Ilustracin 27 Camarotes
5.1.1.2.3 Espacios de servicio y de Puestos de Control
Al igual que en el punto anterior y basndonos en las indicaciones del SOLAS, se
instalarn detectores de humo en todas en los espacios de servicio y los puestos de
control, y pudiendo considerarse adems su instalacin en el interior de los conductos
de ventilacin.
5.1.1.2.4 Proteccin de los espacios de almacenamiento
Dependiendo del tipo de mercanca a almacenar, se tomarn unas medidas de
proteccin u otras.
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5.1.1.2.4.1 Mercancas No Peligrosas
Para este tipo de almacenamiento, aplicaremos la normativa SOLAS, y se instalar un
sistema fijo de deteccin de incendios y de alarma contraincendios o un sistema de
deteccin de humo por extraccin de muestras en todo espacio de carga.
5.1.1.2.4.2 Mercancas Peligrosas
Para el almacenamiento de mercancas peligrosas, tras lo aprendido en el master, me
decantara por un sistema de proteccin redundante, puesto que un incidente un
tanque de hidrocarburos puede traer unas consecuencias nefastas para toda la
instalacin.
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