Un tubo ascendente de catenaria de acero (SCR) es un método común para conectar un oleoducto submarino a una plataforma de producción de petróleo fija o flotante en aguas profundas. Los SCR se utilizan para transferir fluidos como petróleo, gas, agua de inyección, etc. entre las plataformas y las tuberías.
Descripción
En la industria offshore, la palabra catenaria se usa como adjetivo o sustantivo con un significado más amplio que su significado histórico en matemáticas. Por lo tanto, un SCR que utiliza una tubería de acero rígida que tiene una rigidez de flexión considerable se describe como una catenaria. Esto se debe a que en la escala de profundidad del océano, la rigidez a la flexión de una tubería rígida tiene poco efecto sobre la forma del tramo suspendido de un SCR. La forma que asume el SCR está controlada principalmente por el peso, la flotabilidad y las fuerzas hidrodinámicas debidas a las corrientes y el oleaje. La forma del SCR se aproxima bien mediante ecuaciones de catenaria reforzadas . [1]En consideraciones preliminares, a pesar de usar tubería de acero rígida convencional, la forma del SCR también puede aproximarse con el uso de ecuaciones de catenaria ideales , [2] cuando es aceptable alguna pérdida adicional de precisión. Las ecuaciones de catenaria ideales se utilizan históricamente para describir la forma de una cadena suspendida entre puntos en el espacio. Una línea de cadena tiene, por definición, una rigidez a la flexión cero y las descritas con las ecuaciones de catenaria ideales utilizan eslabones infinitesimalmente cortos.
Los SCR fueron inventados por el Dr. Carl G. Langner PE, NAE, quien describió un SCR junto con una junta flexible utilizada para acomodar las deflexiones angulares de la región superior del SCR en relación con una plataforma de soporte, ya que la plataforma y el SCR se mueven en corrientes y olas. . [3] Los SCR utilizan miles de pies de tramos de tubería largos sin soporte. Están involucradas la dinámica compleja, la hidrodinámica, incluidas las vibraciones inducidas por vórtices (VIV) y la física de las interacciones de las tuberías con el lecho marino. Son duros con los materiales utilizados para construir la tubería SCR. El Dr. Langner había llevado a cabo años de trabajo analítico y de diseño antes de que se presentara una solicitud para su patente estadounidense. Ese trabajo comenzó antes de 1969 y se reflejó en los documentos internos de Shell, que son confidenciales, pero se emitió una patente sobre un diseño SCR temprano 'Bare Foot'. [4] Los VIV se controlan predominantemente con el uso de dispositivos conectados a la tubería SCR. Estos pueden ser, por ejemplo, dispositivos de supresión de VIV, como tracas helicoidales o carenados [5] que reducen considerablemente las amplitudes de VIV. [6] El desarrollo de programas de ingeniería de predicción VIV, como por ejemplo el programa SHEAR7, es un proceso continuo que se originó en la cooperación entre el MIT y Shell Exploration & Production [7] en paralelo al desarrollo del concepto SCR, mientras que el desarrollo de SCR en mente. [8]
El tubo rígido del SCR forma una catenaria entre su punto de suspensión en la plataforma flotante o rígida y el fondo del mar. [9] Un SCR que cuelga libremente asume una forma más o menos similar a la letra 'J'. Una catenaria de un Steel Lazy Wave Riser (SLWR) consta de al menos tres segmentos de catenaria. La parte superior y los segmentos del fondo marino de la catenaria tienen un peso sumergido negativo y sus curvaturas se "abultan" hacia el fondo marino. El segmento medio tiene un material flotante adherido a lo largo de toda su longitud, de modo que el conjunto de la tubería de acero y la flotabilidad son positivamente flotantes. En consecuencia, la curvatura del segmento flotante "abulta" hacia arriba (catenaria invertida), y su forma también puede aproximarse bien con las mismas ecuaciones de catenaria rígida o ideal . Los segmentos con flotación positiva y negativa son tangentes entre sí en los puntos donde se unen. La forma de catenaria general del SLWR tiene puntos de inflexión en esas ubicaciones. Los SLWR se instalaron por primera vez en una torreta FPSO amarrada en alta mar en Brasil (BC-10, Shell) en 2009, [10] a pesar de que los elevadores flexibles de configuración Lazy Wave se habían utilizado ampliamente durante varias décadas antes.
La aplicación más profunda de Lazy Wave SCR (SLWR) se encuentra actualmente en el FPSO (Shell) amarrado a la torreta de los Stones , que está amarrado a una profundidad de agua de 9,500 pies en el Golfo de México . [11] La torreta Stones FPSO cuenta con una boya desconectable, de modo que la embarcación con la tripulación puede desconectarse de la boya que soporta los SLWR y trasladarse a un refugio adecuado antes de la llegada de un huracán.
La tubería SCR y un segmento corto de tubería que se encuentra en el lecho marino utilizan tubería 'dinámica', es decir, tubería de acero que tiene un espesor de pared ligeramente mayor que el espesor de pared de la tubería, para soportar la flexión dinámica y la fatiga del material de acero asociadas en la zona de contacto. del SCR. Más allá de eso, el SCR generalmente se extiende con una tubería rígida, pero también es factible el uso de una tubería flexible. [12] [13] Los elevadores tienen típicamente de 8 a 12 pulgadas de diámetro y operan a una presión de 2000-5000 psi. [14] También son factibles diseños más allá de esos rangos de tamaños de tubería y presiones operativas.
Los SCR colgantes fueron utilizados por primera vez por Shell en la plataforma de patas de tensión Auger (TLP) [15] en 1994, que estaba amarrada en 872 m de agua. [16] Probarle a Shell que el concepto SCR era técnicamente sólido para su uso en el TLP Auger fue un gran logro del Dr. Carl G. Langner. Fue un salto tecnológico. La aceptación del concepto SCR por toda la industria offshore se produjo con relativa rapidez. Los SCR se han desempeñado de manera confiable en campos de petróleo y gas en todo el mundo desde su primera instalación de Auger.
Referencias
- ^ Langner, Carl G., Relaciones suspendidas de tramos de tuberías, Simposio OMAE, págs. 552-558, Nueva Orleans, febrero de 1984.
- ^ Wajnikonis, Christopher J., Robinson, Roy, Metodología de instalación, análisis y diseño de elevadores de aguas profundas interactivas, IBP 42400, 2000 Rio Oil & Gas Expo and Conference, 16-19 de octubre de 2000, Rio de Janeiro, Brasil.
- ^ Langner, Carl G., Elastomeric Swivel Support Assembly for Catenary Riser, Patente de Estados Unidos Nº 5.269.629, 14 de diciembre de 1993, presentada el 29 de julio de 1991. https://patentimages.storage.googleapis.com/99/98/ed/ 70530d77647e2c / US5269629.pdf
- ^ Langner, Carl G., Visser, RC, Patente de EE.UU. 3.669.691, Método de conexión de líneas de flujo a una plataforma, presentada el 8 de febrero de 1971, publicada el 24 de octubre de 1972. https://patentimages.storage.googleapis.com/23/89 /6d/084cd5a1d531fa/US3699691.pdf
- ^ Allen, DW, Lee, L., Henning, DL, Carenados frente a tracas helicoidales para la supresión de vibraciones inducidas por vórtices: comparaciones técnicas, OTC 19373, Conferencia sobre tecnología oceánica, 5-8 de mayo de 2008, Houston, Texas, Estados Unidos. https://www.onepetro.org/conference-paper/OTC-19373-MS
- ^ Vandiver, J. Kim et al., Guía del usuario de SHEAR7 versión 4.10b, Derechos de autor del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), distribuida por AMOG Consulting https://shear7.com/Userguide_v4.10b.pdf
- ^ Vandiver, J. Kim et al., Historia de SHEAR7 https://shear7.com/shear7-evolution/
- ^ Allen, DW, Vibraciones inducidas por vórtice del TLP de barrena y elevadores de exportación de catenaria de acero, OTC 7821, Conferencia sobre tecnología oceánica, 1 al 4 de mayo de 1995, Houston, Texas, EE. UU. https://www.onepetro.org/conference-paper/OTC-7821-MS
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- ^ Wajnikonis, Christopher J., Leverette, Steve, Mejoras en la carga dinámica de elevadores de catenaria en aguas ultraprofundas, OTC 20180, Conferencia de tecnología offshore, 4-7 de mayo de 2009, Houston, Texas, Estados Unidos. https://www.onepetro.org/conference-paper/OTC-20180-MS
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