Los cajones de succión (también denominados anclajes de succión , pilotes de succión o cangilones de succión ) son una forma de ancla de plataforma fija en forma de un tubo de fondo abierto incrustado en el sedimento y sellado en la parte superior mientras están en uso para que las fuerzas de elevación generen una presión diferencial que sujeta el cajón. Tienen una serie de ventajas sobre las cimentaciones en alta mar convencionales, principalmente porque son más rápidas de instalar que los pilotes de cimentación profunda y son más fáciles de quitar durante el desmantelamiento. Succión cajones ahora se utilizan ampliamente en todo el mundo para grandes instalaciones en alta mar de anclaje, como plataformas petrolíferas , las perforaciones en alta mary plataformas de alojamiento al fondo marino a grandes profundidades. En los últimos años, los cajones de succión también se han utilizado para turbinas eólicas marinas en aguas menos profundas.
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La recuperación de petróleo y gas a gran profundidad podría haber sido una tarea muy difícil sin la tecnología de anclaje de succión, que se desarrolló y utilizó por primera vez en el Mar del Norte hace 30 años. [1] El uso de cajones / anclajes de succión se ha convertido en una práctica común en todo el mundo. Las estadísticas de 2002 revelaron que se habían instalado 485 cajones de succión en más de 50 localidades diferentes en todo el mundo, a profundidades de hasta aproximadamente 2000 m. Se han instalado cajones de succión en la mayoría de las áreas productoras de petróleo de aguas profundas en todo el mundo: el mar del Norte , el golfo de México , el mar de África occidental, el mar de Brasil, el oeste de Shetland, el mar de China Meridional , el mar Adriático y el mar de Timor . No se han elaborado estadísticas fiables después de 2002, pero el uso de cajones de succión sigue aumentando. [2]
Descripción
Un cajón de succión se puede describir efectivamente como un cubo volcado que está incrustado en el sedimento marino . Este empotramiento se logra empujando o creando una presión negativa dentro del faldón del cajón; Ambas técnicas tienen el efecto de asegurar el cajón en el lecho marino. La base también se puede quitar rápidamente invirtiendo el proceso de instalación, aplicando una sobrepresión de aire dentro del faldón del cajón.
El concepto de tecnología de succión se desarrolló para proyectos en los que la carga por gravedad no es suficiente para presionar los faldones de los cimientos en el suelo. La tecnología también fue desarrollada para anclas sujetas a grandes fuerzas de tensión debido a las olas y tormentas . La tecnología de cajón de succión funciona muy bien en un fondo marino con arcillas blandas u otros sedimentos de baja resistencia . Los cajones de succión son en muchos casos más fáciles de instalar que los pilotes, que deben clavarse (martillarse) en el suelo con un martinete . [3]
Las líneas de amarre generalmente se unen al costado del cajón de succión en el punto óptimo de unión de la carga, que debe calcularse para cada cajón. Una vez instalado, el cajón actúa como un pilote rígido corto y es capaz de resistir cargas tanto laterales como axiales. Se utilizan métodos de equilibrio límite o análisis de elementos finitos 3D para calcular la capacidad de retención. [4]
Historia
Las cámaras a succión se utilizaron por primera vez como anclas para estructuras flotantes en la industria del petróleo y gas en alta mar, incluyendo las plataformas marinas, tales como la plataforma petrolera Draupner E .
Existen grandes diferencias entre los primeros pequeños cajones de succión que se instalaron para Shell en el campo Gorm en el Mar del Norte en 1981 y los grandes cajones de succión que se instalaron para la plataforma Diana en el Golfo de México en 1999. Los doce cajones de succión en el campo Gorm estaba destinado a asegurar un simple dispositivo de boya de carga a una profundidad de 40 metros, mientras que la instalación de anclas de succión para la plataforma Diana fue un récord mundial en sí mismo en ese momento, en cuanto a la profundidad del agua y el tamaño de las anclas. La altura de los cajones de succión Diana es de 30 metros, su diámetro de 6,5 metros, y se instalaron a una profundidad de unos 1500 m sobre depósitos de arcilla blanda. Desde entonces, se han instalado cajones de succión a profundidades aún mayores, pero la instalación de Diana fue un avance tecnológico para el siglo XX. [5] Un paso importante en el desarrollo de la tecnología de cajones de succión surgió de la cooperación entre el antiguo operador en el Mar del Norte, Saga Petroleum AS y el Instituto Geotécnico de Noruega (NGI). La plataforma Snorre A, productora de petróleo de Saga Petroleum, era una plataforma con patas de tensión de un tipo que en otras partes del mundo se habría fundado con pilotes de hasta 90 metros de largo. Desafortunadamente, en el campo petrolífero de Snorre , fue difícil usar pilas largas debido a la presencia de enormes guijarros a 60 m de profundidad bajo el lecho marino. Por lo tanto, Saga Petroleum decidió utilizar cajones de succión, que fueron analizados por NGI. Estos análisis se verificaron a partir de extensas pruebas de modelos. Los cálculos mostraron que la plataforma se podía asegurar con seguridad mediante cajones de succión de solo 12 m de longitud. Snorre A comenzó a producir petróleo en 1992 y ahora es operado por la compañía petrolera noruega Statoil .
Los cangilones de succión se probaron con turbinas eólicas marinas en Frederikshavn en 2002, en Horns Rev en 2008 [6] [7] y en Borkum Riffgrund en 2014, y se utilizarán en un tercio de las cimentaciones en el desarrollo inicial del parque eólico de Hornsea . [8] Statoil ha pasado a utilizar la tecnología para parques eólicos. [9] También está previsto que se utilicen para algunas de las turbinas eólicas del parque eólico Hornsea Project One, cuya finalización está prevista para 2020. [10] [11] De forma similar, se ha adjudicado un contrato de balde de succión para Aberdeen Bay Wind. Granja .
Plataformas petroleras de gravedad
Los cajones de succión tienen muchas similitudes con los principios y soluciones de diseño de cimientos para las grandes plataformas petroleras de gravedad que se instalaron en el Mar del Norte cuando comenzó la producción de petróleo en alta mar a principios de la década de 1970. La primera plataforma petrolera por gravedad en el campo petrolero Ekofisk tenía un área de cimentación tan grande como un campo de fútbol, y estaba colocada sobre un fondo marino con arena muy densa. La plataforma fue diseñada para tolerar olas de hasta 24 m de altura.
A medida que la instalación de plataformas petrolíferas continuó en el Mar del Norte, en áreas con malas condiciones del suelo, como arcillas blandas, fueron diseñadas para sobrevivir a olas de tormenta aún más altas. Estas plataformas se basaron en un sistema de faldones cilíndricos que fueron penetrados en el suelo bajo carga combinada de gravedad y depresión. La plataforma petrolera en el campo Gullfaks C estaba equipada con faldones de 22 m de largo. La plataforma Troll A se basa en 330 m de profundidad con faldas de 30 m de largo y es la plataforma de gravedad más grande del mundo.
Investigación y desarrollo
El Instituto Geotécnico Noruego (NGI) ha estado muy involucrado en el desarrollo del concepto, diseño e instalación de anclajes de succión desde el principio. El proyecto "Aplicación de cimentaciones de cangilones y anclajes en alta mar en lugar de diseños convencionales" (1994-1998) fue patrocinado por 15 empresas petroleras e industriales internacionales y fue uno de los estudios más importantes. El proyecto “Cimentaciones con faldón y anclajes en arcilla” (1997-1999) fue patrocinado por 19 empresas internacionales organizadas a través del Centro de Investigación Tecnológica Offshore (OTRC) en los Estados Unidos, y el proyecto “Cimentaciones costa afuera con faldón y anclajes en arena” (1997- 2000) fue patrocinado por 8 empresas internacionales. Las principales conclusiones de los proyectos se presentaron en el documento OTC de 1999 no 10824.
En 2003, se completó un estudio patrocinado por la industria sobre el diseño y análisis de anclajes de aguas profundas en arcilla blanda, en el que NGI participó junto con OTRC y el Centro de sistemas de cimentación costa afuera (COFS) en Australia. El objetivo general fue proporcionar al Grupo de Trabajo Geotécnico API (RG7) y al Proyecto VI de la Industria Conjunta Deepstar con antecedentes, datos y otra información necesaria para desarrollar una práctica recomendada ampliamente aplicable para el diseño e instalación de anclajes de aguas profundas.
La sociedad de clasificación noruega DNV ( Det Norske Veritas ), activa en todo el mundo en análisis de riesgos y evaluación de seguridad de construcciones especiales, ha elaborado un informe de prácticas recomendadas sobre los procedimientos de diseño de anclajes de succión que se basa en una estrecha cooperación con NGI. La información principal del proyecto se presentó en el documento OTC de 2006 no 18038.
En 2002, NGI estableció la subsidiaria NGI Inc en Houston. Desde entonces, la subsidiaria recibió el diseño geotécnico detallado de más de 15 proyectos de anclaje de succión en el Golfo de México, y entre ellos, el desafiante proyecto Mad Dog Spar que involucra el diseño de anclajes ubicados en depósitos de deslizamiento antiguos debajo de la escarpa de Sigsbee . Para obtener más información, se puede consultar los documentos OTC de 2006 nº 17949 y 17950. [12]
Ver también
- Cofferdam : barrera que permite bombear líquido fuera de un área cerrada, una estructura temporal que excluye el agua construida en el lugar, a veces rodeando un área de trabajo al igual que un cajón abierto.
- Ingeniería geotécnica costa afuera: subcampo de la ingeniería que se ocupa de las estructuras creadas por el hombre en el mar, para obtener información sobre consideraciones geotécnicas.
- Ingeniería civil : disciplina de la ingeniería centrada en la infraestructura física
- Ingeniería marina : ingeniería de embarcaciones, barcos, plataformas petrolíferas u otras embarcaciones o estructuras marinas.
- Ingeniería oceánica
- Arquitectura marina
- Oceanografía : el estudio de los aspectos físicos y biológicos del océano.
- Materiales terrestres
- Aerogenerador flotante - Tipo de aerogenerador
- Ingeniería geotécnica - Estudio científico de materiales terrestres en problemas de ingeniería.
- Investigación geotécnica
- Geotecnia
- Océano : cuerpo de agua salada que cubre la mayor parte de la Tierra.
- Construcción en alta mar - Instalación de estructuras e instalaciones en un entorno marino.
- Offshore (hidrocarburos)
- Tubería submarina : tubería que se coloca en el lecho marino o debajo de él dentro de una zanja
- Subsea (tecnología) - Tecnología de operaciones sumergidas en el mar
- Sistema de producción submarino - Pozos ubicados en el fondo marino
- Boca de pozo: componente en la superficie de un pozo que proporciona la interfaz estructural y que contiene presión.
Referencias
- ^ Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Texas, Austin, Cajones de succión: pruebas de modelos, por Roy E. Olson, PhD y Robert B. Gilbert, PhD
- ^ Institutos nacionales de salud, modelado y simulación de plataforma de energía eólica marina para turbina NREL de línea base de 5 MW., Roni Sahroni T 2015
- ^ Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Texas, Austin, Cajones de succión: elemento finito, modelado, por John L.Tassoulas, PhD, Dilip R. Maniar y LF Gonzalo Vásquez
- ^ Departamento de agricultura de EE. UU., Estudios experimentales sobre el comportamiento anti-levantamiento de los cajones de succión en la arena, octubre de 2013
- ^ Universidad de Delaware, programa de energía eólica UD, turbinas oceánicas, fundaciones y proyectos
- ^ "La estructura de soporte del cucharón de succión" . LORC . 20 de abril de 2011. Archivado desde el original el 29 de abril de 2016 . Consultado el 28 de febrero de 2017 .
- ^ Houlsby, Guy; Lars Bo Ibsen; Byron Byrne (2005). "Cajones de succión para aerogeneradores". Fronteras en geotecnia costa afuera . doi : 10.1201 / NOE0415390637.ch4 . ISBN 978-0-415-39063-7.
- ^ Prueba de un parque eólico marino gigante por el proyecto Hornsea de Dong Energy prueba un parque eólico marino alemán. Agosto de 2014
- ^ Carrington, Damian. "El parque eólico flotante más grande del mundo se construirá frente a la costa escocesa" . theguardian.com . The Guardian . Consultado el 17 de mayo de 2016 .
- ^ Informe financiero del año 2015 completo - Presentación para inversores (PDF) , Dong Energy, 4 de febrero de 2016, p. 6
- ^ Rowan University, SUCTION CAISSON ANCHORS - UNA MEJOR OPCIÓN PARA APLICACIONES DE AGUAS PROFUNDAS, por B. Sukumaran
- ^ Universidad de Oxford, FUNDACIONES CAISSON DE SUCCIÓN PARA TURBINAS DE VIENTO OFFSHORE por, Felipe A. Villalobos