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0200 – Características del Ambiente Marino
0201 – Principales Requisitos de Diseño
0202 – El comportamiento de Buques y Estructuras Flotantes
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
OFFSHORE
JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (1)
0200 - Características del Ambiente Marino
• Hay elementos comunes o similares para onshore (Ingeniería de Diseño)
• Diseño
• Estructural
• Civil – Fundaciones
• Naval
• Perforación
• Producción (submarina o en superficie)
• Procesos
• Flow Assurance
• Topsides
• Presencia del mar presenta desafíos de diseño
• Es una amenaza constante
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
OFFSHORE
JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (2)
Características del Ambiente Marino
Rango de Ambientes
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
OFFSHORE
JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (3)
Características del Ambiente Marino
• Son consideraciones promedio (DOMINANTES) significativas para la ingeniería de
diseño
• Efectos a largo plazo (fatiga) en buques y estructuras fijas
• Eventos Extremos
• Golfo de México: Huracanes con corrientes parásitas
• China: tifón
• Mar del Norte: una tormenta de invierno
• Océano Indico: monzón
• Costa del Pacífico: terremoto, tsunami
• África Occidental:
• Tormenta Eléctrica
• Corrientes inusualmente fuertes
• Cambio de dirección de corrientes marinas
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
OFFSHORE
JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (4)
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
OFFSHORE
Sección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (5)
Características del Ambiente Marino
• Profundidad del Agua
• Efectos a largo plazo (fatiga) en buques y estructuras fijas
• Muy superficiales hasta los 3000 m ( 10000 pies)
• Parámetro Principalmente Estático
• Variación con las mareas
• Presión Hidrostática
Las Principales Fuerzas Ambientales
• OLAS
• 1era Fuerza de Importancia
• Impulsadas por el viento
• Mar de Fondo
• Ambientes Severos, en conjunto y se potencian
• Ambientes Calmos, rara ocurrencia simultánea
• Corta Duración o Estacional
• Cinco Parámetros Medibles y Registrables
• Frecuencia o período
• Amplitud o altura
• Velocidad
• Longitud
• Dirección
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
OFFSHORE
JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (6)
Las Principales Fuerzas Ambientales
• OLAS
• Los parámetros:
• Determinan el régimen de oleaje y estado temporal del mar
• En un lugar determinado
• Si son eventos extremos
• Variaciones estacionales
• Medias anuales o mensuales
• Los regímenes de olas difieren en la energía que transportan
• La energía de una ola es proporcional al cuadrado de su altura
• La frecuencia debe ser conocida para evitar efectos de resonancia con buques
o estructuras
• Altura Significativa de Ola Hs (promedio del tercio de olas mas altas – Espectro)
• Altura de Ola Extrema (registro histórico)
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
OFFSHORE
JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (7)
Intensidad Energética Media del Oleaje (kW/m). Sorensen 2004
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
OFFSHORE
JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (8)
Las Principales Fuerzas Ambientales
• VIENTOS
• 2da Fuerza Ambiental en importancia
• Factor de Diseño Importante en velocidades extremas
• Vientos sostenidos de alta velocidad
• Ráfagas extremas
• Gradiente de velocidad respecto a la superficie del agua
• Direccionalidad
• Sistemas de amarres
FUNDAMENTOS DE LAS
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JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (9)
Las Principales Fuerzas Ambientales
• CORRIENTES MARINAS
• Mediciones sencillas
• Complicación de registros históricos para una completa descripción
• Aceleraciones
• Cambios bruscos
• Factor de Diseño Dominante en zonas de climas calmos
• Gradiente de velocidad función de la profundidad
• Vórtices de derrame
• VIV
• Risers
• Amarres
• TLP y SPAR
FUNDAMENTOS DE LAS
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JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (10)
Las Principales Fuerzas Ambientales
• MAREAS
• Ascenso y Descenso en Línea de Agua:
• Estructuras fijas: niveles de cubierta y topsides
• Zona Splash (ciclos de mojado y secado)
• Estructuras Flotantes: tensión en líneas de amarre
• Subsidencia lecho marino
• Compactación del reservorio
• Ekofisk (80)
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
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JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (11)
• Subsidencia del Lecho Marino (continuación)
• Ekofisk – Enormes esfuerzos de Ingeniería y Construcción
• 1987 – 6.5 metros de elevación
• Cambio Climático (Recientes Investigaciones)
• 0.5 a 1 m por siglo
FUNDAMENTOS DE LAS
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JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (12)
Las Principales Fuerzas Ambientales
• DIRECCIONALIDAD
• Sobre todo estructuras flotantes
• Oleaje
• Vientos
• Corrientes marinas
• “Rosa de los Vientos”
FUNDAMENTOS DE LAS
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JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (13)
Las Principales Fuerzas Ambientales
• CARACTERÍSTICAS DEL SUELO MARINO
• Composición variable entre regiones y diferentes zonas margen continental
• Importante tener un conocimiento completo
• Fundaciones Estructuras Fijas
• Asentamiento Plataformas CGB
• Sismicidad y Estabilidad del lecho marino
• Oleoductos y Gasoductos
• QUÍMICA DEL AGUA
• Salinidad
• Temperaturas
• CORRIENTES PARÁSITAS
• Diferencias de Temperaturas
FUNDAMENTOS DE LAS
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JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (14)
Determinación de los Factores Controlantes
• EN AMBIENTES OFFSHORE
• Un factor, o una combinación de factores son el o los DOMINANTES
• Factor DOMINANTE CONTROLA el diseño
• Es un proceso complicado de evaluar
• Efectos de fenómenos únicos y severos
• Efectos a largo plazo
• La situación difiere según
• Calmo
• Moderado
• Severo
FUNDAMENTOS DE LAS
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JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (15)
• AMBIENTES CALMOS
• Por definición un ambiente calmo no
puede ofrecer una tormenta
destructora de una plataforma
• Corrientes marinas serán los factores
dominantes
• En África Occidental se experimentan
persistentes corrientes de mar de
fondo
• Significativo en términos de fatiga
para estructuras y sistemas de
amarres.
Factor de Diseño Controlante en Ambientes Calmos
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
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JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (16)
• AMBIENTES MODERADOS
• Una tormenta severa puede tener
potencial destructivo
• Combinación de:
• Ola Extrema
• Vientos de 160 km/hr
• Fuertes Corrientes Parásitas
• Importancia de la direccionalidad de
las fuerzas de fatiga.
Factor de Diseño Controlante en Ambientes Moderados
FUNDAMENTOS DE LAS
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JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (17)
• AMBIENTES SEVEROS
• De igual consideración
• Fenómenos de Fatiga
• Tormenta Extrema
• Se aumentan los costos de las
instalaciones
• Fallos Estructurales
• Alexander Kielland
• 123 vidas humanas
Factor de Diseño Controlante en Ambientes Severos
FUNDAMENTOS DE LAS
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JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (18)
• FALLA POR FATIGA EN ESTRUCTURA
SOLDADA EN D6
Alexander Kielland – Ekofisk - 1980
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JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (19)
• Las instalaciones offshore deben estar diseñadas para:
• Resistir o sobrevivir fuerzas ambientales de una magnitud
determinada
• Los factores de diseño se determinan mediante cálculo de
probabilidad de ocurrencia durante la vida útil.
• Agencias Reguladoras y Entes Técnicos, define o
recomiendan:
• Tormentas de Diseño
• Olas de Diseño
• Para 50 o 100 años
• En 2005 en el Golfo de México hubieron tres tormentas
categoría 5, o superiores al criterio de los cien años.
Notas Finales sobre Factores de Diseño
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JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (20)
• Naufragio de la Alexander Keilland (00:03:17) https://www.youtube.com/watch?v=fNI6_8JQXzQ
• Falla Simulada en la Alexander Keilland (00:02:39) https://www.youtube.com/watch?v=7QVn3NUW_aQ
• El Desastre de la Ocean Ranger (00:04:47) - https://www.youtube.com/watch?v=e-1m1og8Iqo
• Ocean Ranger en las noticias (00:07:20) - https://www.youtube.com/watch?v=npPMoHz7Rgg
• Documental 1/6 National Geographic (00:09:22) - https://www.youtube.com/watch?v=Zc-gEtByAV4
• Documental 2/6 National Geographic (00:09:33) - https://www.youtube.com/watch?v=EdThd9tXU5w
• Documental 3/6 National Geographic (00:08:01) - https://www.youtube.com/watch?v=fS2PU9Ohd2s
• Documental 4/6 National Geographic (00:09:48) - https://www.youtube.com/watch?v=6hRZHEWntN0
• Documental 5/6 National Geographic (00:06:59) - https://www.youtube.com/watch?v=pQ3eTkgmaaA
• Documental 5/6 National Geographic (00:06:16) - https://www.youtube.com/watch?v=KyHEfDmFRos
Videoreferencias
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
OFFSHORE
JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (21)
0201 – Principales Requisitos de Diseño
• Cada instalación offshore debe cumplir una serie de requisitos generales de diseño
definidos.
• Las instalaciones deben ser adecuadas para sus objetivos o propósito, y deben
cumplir ciertos criterios de:
• construcción,
• instalación,
• operación,
• mantenimiento y
• remoción.
• En la discusión que sigue, se revisan estas consideraciones y los desafíos que
plantean para el diseño de instalaciones offshore.
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
OFFSHORE
JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (22)
0201 – Principales Requisitos de Diseño
• Adecuación según propósito de las instalaciones
• Debe cumplir los objetivos para lo cual fue diseñada y construida
• Debe ser capaz de sobrevivir a las condiciones ambientales predeterminadas
• Debe ser capaz de recibir y procesar los tipos y volúmenes de fluidos a ser
producidos
• Debe ser habitable para la tripulación y demás personal auxiliar
• Condiciones Ambientales
• Para cada fase del proyecto
• Duración de eventos extremos o fenómenos de larga duración durante 50 o
100 años
• API: brinda consideraciones ambientales adicionales
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
OFFSHORE
JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (23)
Principales Requisitos de Diseño
• Tipos de Fluidos y Volúmenes
• Composición (envolvente de fases)
• Impurezas
• Caudales
• Calidad de Productos
• Define
• Tamaño y peso de Topsides
• Control de Costos
• Subestimación (NO)
• Sobreestimación (NO)
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
OFFSHORE
JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (24)
Principales Requisitos de Diseño
• Habitabilidad
• Según tamaño y funciones
• Albergue y Soporte Vital y Operativo
• Plataformas Hotel
• Personal Adicional durante:
• Montaje
• Comisionado
• Puesta en Marcha
• Tareas especiales (workover)
• Todos los elementos de Seguridad
• Sistemas de Emergencia
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
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JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (25)
Principales Requisitos de Diseño
• Construcción
• Procedimientos de construcción
• Diseño Standard  Astilleros Standard
• Diseño Standard  Cumplimiento de Cronogramas
• Diseños Inusuales  Mayores Costos
• Soldaduras Especiales
• Materiales Exóticos
• Limitación de Contratistas
• Diseños Inusuales  Incertidumbre Cronogramas
• Trabajo Onshore
• Siempre que sea posible
• Trabajo Offshore
• No siempre se puede evitar
• Conexionado, tie-ins, montaje topsides
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
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JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (26)
Principales Requisitos de Diseño
• Estabilidad y Flotación
• Durante ciertas etapas todas las estructuras deben
• Presentar características de flotación
• Estabilidad hidrostática e hidrodinámica
• Fenómenos Meteorológicos Extremos
• Localización del Trabajo
• Requisitos regulatorios sobre mano de obra local
• FPSO en Corea del Sur
• SPAR en Finlandia
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
OFFSHORE
JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (27)
Principales Requisitos de Diseño
• Transporte e Instalacion
• Transporte
• Húmedo (mayoría flotantes)
• En Seco (jackup)
• Montaje
• Fase Crítica
• Cargas Impuestas Extremas
• Ventana de Tiempo
• Cargas de Montaje como Factor Controlante
• Jackets con cargas máximas durante montaje
• CGB con enormes presiones hidrostáticas
• Tensionado crítico para las TLP|
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
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JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (28)
Operación
• Garantía de Producción
• Costo Unitario
• Condiciones Ambientales
• Normales
• Límite extremo
• Operabilidad
• Casos de Producción
• Design / OffDesign
• Salida de servicio
• Funciones específicas
• Descarga en FPSO
Seguridad, Salud y Medioambiente
• Condicion de Operación
• Garantía de
• Seguridad del personal
• Integridad del Medioambiente
• Tareas Simultáneas
• Producción /Workover
• Pronósticos Climáticos
• Amarres desconectables
• Evacuación
Principales Requisitos de Diseño
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
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JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (29)
CAPEX
• Gastos de Capital
• Capital Expenditures
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• Gastos de Operación
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Principales Requisitos de Diseño
Costos durante la Vida Útil
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
OFFSHORE
JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (30)
• CAPEX
• Decisiones de diseño
• Selección de tecnologías
• Decisiones durante construcción
• Afectarán OPEX
• Estimación previa
• OPEX
• Se definen por las decisiones de
diseño
• Aumentos de OPEX por bajas en
CAPEX
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Mantenimiento
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
OFFSHORE
JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (31)
• EL MANTENIMIENTO ES INEVITABLE
• Dureza medio marino
• Necesidades mas estrictas
• Adecuación e Integridad
• Instalaciones para su Operación
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• Requerimientos de Inspección
• Accesibilidad
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Principales Requisitos de Diseño - Mantenimiento
FUNDAMENTOS DE LAS
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JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (32)
• IMR
• Históricamente con MTBF
• Enfoque Prescriptivo
• Reparación se hace cuando el
equipo falló
• Estudios de Seguridad
• Evaluación de Riesgo
• Confiabilidad
• Equipos
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• Reemplazo de piezas
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• Calendario Anual
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Principales Requisitos de Diseño - Mantenimiento
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
OFFSHORE
JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (33)
• Convención de la Plataforma Continental (Ginebra, 1958)
• Convención de las Naciones Unidas sobre el derecho del Mar (Montego Bay, 1982)
• Requisitos para eliminación completa de
• Instalaciones offshore abandonadas, pozos submarinos,
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• Criterios de remoción parcial o in situ
• Detoxificación
• Taponamiento y Abandono (P&A, Plugging and Abandon)
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• Cortes
• Re-flotación
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Principales Requisitos de Diseño - Remoción
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
OFFSHORE
JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (34)
• Aunque el agua se considera un elemento hostil
• Permite un tipo de operación que es clave:
• TRANSPORTE DE OBJETOS DE GRAN MASA
• Troll A: 1.2 millones de toneladas. Peso seco de 656 kTons
• Jackets
• De Base Pesada
• MODU’s
0202 – Comportamiento de Buques y Estructuras Flotantes
Deben Flotar
Deben Ser estables
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
OFFSHORE
JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (35)
• Desplazamiento y Flotabilidad
• Flotabilidad:
• Fuerza Vertical Ascendente
• “Buoyancy”
• La Flotabilidad permite el desplazamiento de los objetos sobre el agua
• El desplazamiento debe conllevar la estabilidad
• Estabilidad
• Objetos que flotan pero no ofrecen estabilidad:
• Pelota de goma inflada (no estable)
• Un tronco de madera (estabilidad parcial)
• Es la capacidad de:
• Mantener una superficie preferida por encima del agua
• Mantener el nivel de flotación dentro de parámetros definidos
Comportamiento de Buques y Estructuras Flotantes
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
OFFSHORE
JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (36)
• Estabilidad
• Metacentro (M)
• Centro de Gravedad (G)
Comportamiento de Buques y Estructuras Flotantes
• Centro de Carena (B)
• Punto de Referencia en la Quilla (K)
Si Altura Metacéntrica (MG) < 0  Zozobra, Naufragio
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
OFFSHORE
JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (37)
• Altura Metacéntrica
• Puede ser muy pequeña
• FPSO en el Golfo de México
• 500.000 barriles de almacenamiento
• Sobrevivencia a Tormenta de 100 años
• Tanques de lastre 15% completos
• Carga en Tanques de hasta 90%
• ALTURA METACÉNTRICA DE 0.15 m
Comportamiento de Buques y Estructuras Flotantes
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
OFFSHORE
JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (38)
• Movimientos de los Buques (IMPORTANTE)
• Navío Estable (amarrado o flotando
libremente:
• Seis grados de libertad
• Traslaciones:
• 1. Movimiento vertical de ascenso y
descenso: Arfada (heave)
• 2. Movimiento lateral a ambas bandas: Deriva
(sway)
• 3. Movimiento longitudinal
de avance o retroceso (surge)
Comportamiento de Buques y Estructuras Flotantes
• Rotaciones:
• 4. Según el eje vertical 'Z' : Guiñada de
rumbo (yaw).
• 5. Según el eje trasversal 'Y': Cabeceo
(pitch).
• 6. Según el eje longitudinal
'X': Balanceo o rolido (roll).
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
OFFSHORE
JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (39)
• Movimientos de los Buques (IMPORTANTE)
• Navío Estable (amarrado o flotando
libremente:
• Seis grados de libertad
• Traslaciones:
• 1. Movimiento vertical de ascenso y
descenso: Arfada (heave)
• 2. Movimiento lateral a ambas bandas: Deriva
(sway)
• 3. Movimiento longitudinal
de avance o retroceso (surge)
Comportamiento de Buques y Estructuras Flotantes
• Rotaciones:
• 4. Según el eje vertical 'Z' : Guiñada de
rumbo (yaw).
• 5. Según el eje trasversal 'Y': Cabeceo
(pitch).
• 6. Según el eje longitudinal
'X': Balanceo o rolido (roll).
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
OFFSHORE
JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (40)
CONSIDERACIONES PRINCIPALES DE DISEÑO
FUNDAMENTOS DE LAS
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN
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0200 consideraciones principales de diseño

  • 1. Contenidos del Tema 0200 – Características del Ambiente Marino 0201 – Principales Requisitos de Diseño 0202 – El comportamiento de Buques y Estructuras Flotantes FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (1)
  • 2. 0200 - Características del Ambiente Marino • Hay elementos comunes o similares para onshore (Ingeniería de Diseño) • Diseño • Estructural • Civil – Fundaciones • Naval • Perforación • Producción (submarina o en superficie) • Procesos • Flow Assurance • Topsides • Presencia del mar presenta desafíos de diseño • Es una amenaza constante FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (2)
  • 3. Características del Ambiente Marino Rango de Ambientes FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (3)
  • 4. Características del Ambiente Marino • Son consideraciones promedio (DOMINANTES) significativas para la ingeniería de diseño • Efectos a largo plazo (fatiga) en buques y estructuras fijas • Eventos Extremos • Golfo de México: Huracanes con corrientes parásitas • China: tifón • Mar del Norte: una tormenta de invierno • Océano Indico: monzón • Costa del Pacífico: terremoto, tsunami • África Occidental: • Tormenta Eléctrica • Corrientes inusualmente fuertes • Cambio de dirección de corrientes marinas FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (4)
  • 5. FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE Sección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (5) Características del Ambiente Marino • Profundidad del Agua • Efectos a largo plazo (fatiga) en buques y estructuras fijas • Muy superficiales hasta los 3000 m ( 10000 pies) • Parámetro Principalmente Estático • Variación con las mareas • Presión Hidrostática
  • 6. Las Principales Fuerzas Ambientales • OLAS • 1era Fuerza de Importancia • Impulsadas por el viento • Mar de Fondo • Ambientes Severos, en conjunto y se potencian • Ambientes Calmos, rara ocurrencia simultánea • Corta Duración o Estacional • Cinco Parámetros Medibles y Registrables • Frecuencia o período • Amplitud o altura • Velocidad • Longitud • Dirección FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (6)
  • 7. Las Principales Fuerzas Ambientales • OLAS • Los parámetros: • Determinan el régimen de oleaje y estado temporal del mar • En un lugar determinado • Si son eventos extremos • Variaciones estacionales • Medias anuales o mensuales • Los regímenes de olas difieren en la energía que transportan • La energía de una ola es proporcional al cuadrado de su altura • La frecuencia debe ser conocida para evitar efectos de resonancia con buques o estructuras • Altura Significativa de Ola Hs (promedio del tercio de olas mas altas – Espectro) • Altura de Ola Extrema (registro histórico) FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (7)
  • 8. Intensidad Energética Media del Oleaje (kW/m). Sorensen 2004 FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (8)
  • 9. Las Principales Fuerzas Ambientales • VIENTOS • 2da Fuerza Ambiental en importancia • Factor de Diseño Importante en velocidades extremas • Vientos sostenidos de alta velocidad • Ráfagas extremas • Gradiente de velocidad respecto a la superficie del agua • Direccionalidad • Sistemas de amarres FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (9)
  • 10. Las Principales Fuerzas Ambientales • CORRIENTES MARINAS • Mediciones sencillas • Complicación de registros históricos para una completa descripción • Aceleraciones • Cambios bruscos • Factor de Diseño Dominante en zonas de climas calmos • Gradiente de velocidad función de la profundidad • Vórtices de derrame • VIV • Risers • Amarres • TLP y SPAR FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (10)
  • 11. Las Principales Fuerzas Ambientales • MAREAS • Ascenso y Descenso en Línea de Agua: • Estructuras fijas: niveles de cubierta y topsides • Zona Splash (ciclos de mojado y secado) • Estructuras Flotantes: tensión en líneas de amarre • Subsidencia lecho marino • Compactación del reservorio • Ekofisk (80) FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (11)
  • 12. • Subsidencia del Lecho Marino (continuación) • Ekofisk – Enormes esfuerzos de Ingeniería y Construcción • 1987 – 6.5 metros de elevación • Cambio Climático (Recientes Investigaciones) • 0.5 a 1 m por siglo FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (12)
  • 13. Las Principales Fuerzas Ambientales • DIRECCIONALIDAD • Sobre todo estructuras flotantes • Oleaje • Vientos • Corrientes marinas • “Rosa de los Vientos” FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (13)
  • 14. Las Principales Fuerzas Ambientales • CARACTERÍSTICAS DEL SUELO MARINO • Composición variable entre regiones y diferentes zonas margen continental • Importante tener un conocimiento completo • Fundaciones Estructuras Fijas • Asentamiento Plataformas CGB • Sismicidad y Estabilidad del lecho marino • Oleoductos y Gasoductos • QUÍMICA DEL AGUA • Salinidad • Temperaturas • CORRIENTES PARÁSITAS • Diferencias de Temperaturas FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (14)
  • 15. Determinación de los Factores Controlantes • EN AMBIENTES OFFSHORE • Un factor, o una combinación de factores son el o los DOMINANTES • Factor DOMINANTE CONTROLA el diseño • Es un proceso complicado de evaluar • Efectos de fenómenos únicos y severos • Efectos a largo plazo • La situación difiere según • Calmo • Moderado • Severo FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (15)
  • 16. • AMBIENTES CALMOS • Por definición un ambiente calmo no puede ofrecer una tormenta destructora de una plataforma • Corrientes marinas serán los factores dominantes • En África Occidental se experimentan persistentes corrientes de mar de fondo • Significativo en términos de fatiga para estructuras y sistemas de amarres. Factor de Diseño Controlante en Ambientes Calmos FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (16)
  • 17. • AMBIENTES MODERADOS • Una tormenta severa puede tener potencial destructivo • Combinación de: • Ola Extrema • Vientos de 160 km/hr • Fuertes Corrientes Parásitas • Importancia de la direccionalidad de las fuerzas de fatiga. Factor de Diseño Controlante en Ambientes Moderados FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (17)
  • 18. • AMBIENTES SEVEROS • De igual consideración • Fenómenos de Fatiga • Tormenta Extrema • Se aumentan los costos de las instalaciones • Fallos Estructurales • Alexander Kielland • 123 vidas humanas Factor de Diseño Controlante en Ambientes Severos FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (18)
  • 19. • FALLA POR FATIGA EN ESTRUCTURA SOLDADA EN D6 Alexander Kielland – Ekofisk - 1980 FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (19)
  • 20. • Las instalaciones offshore deben estar diseñadas para: • Resistir o sobrevivir fuerzas ambientales de una magnitud determinada • Los factores de diseño se determinan mediante cálculo de probabilidad de ocurrencia durante la vida útil. • Agencias Reguladoras y Entes Técnicos, define o recomiendan: • Tormentas de Diseño • Olas de Diseño • Para 50 o 100 años • En 2005 en el Golfo de México hubieron tres tormentas categoría 5, o superiores al criterio de los cien años. Notas Finales sobre Factores de Diseño FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (20)
  • 21. • Naufragio de la Alexander Keilland (00:03:17) https://www.youtube.com/watch?v=fNI6_8JQXzQ • Falla Simulada en la Alexander Keilland (00:02:39) https://www.youtube.com/watch?v=7QVn3NUW_aQ • El Desastre de la Ocean Ranger (00:04:47) - https://www.youtube.com/watch?v=e-1m1og8Iqo • Ocean Ranger en las noticias (00:07:20) - https://www.youtube.com/watch?v=npPMoHz7Rgg • Documental 1/6 National Geographic (00:09:22) - https://www.youtube.com/watch?v=Zc-gEtByAV4 • Documental 2/6 National Geographic (00:09:33) - https://www.youtube.com/watch?v=EdThd9tXU5w • Documental 3/6 National Geographic (00:08:01) - https://www.youtube.com/watch?v=fS2PU9Ohd2s • Documental 4/6 National Geographic (00:09:48) - https://www.youtube.com/watch?v=6hRZHEWntN0 • Documental 5/6 National Geographic (00:06:59) - https://www.youtube.com/watch?v=pQ3eTkgmaaA • Documental 5/6 National Geographic (00:06:16) - https://www.youtube.com/watch?v=KyHEfDmFRos Videoreferencias FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (21)
  • 22. 0201 – Principales Requisitos de Diseño • Cada instalación offshore debe cumplir una serie de requisitos generales de diseño definidos. • Las instalaciones deben ser adecuadas para sus objetivos o propósito, y deben cumplir ciertos criterios de: • construcción, • instalación, • operación, • mantenimiento y • remoción. • En la discusión que sigue, se revisan estas consideraciones y los desafíos que plantean para el diseño de instalaciones offshore. FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (22)
  • 23. 0201 – Principales Requisitos de Diseño • Adecuación según propósito de las instalaciones • Debe cumplir los objetivos para lo cual fue diseñada y construida • Debe ser capaz de sobrevivir a las condiciones ambientales predeterminadas • Debe ser capaz de recibir y procesar los tipos y volúmenes de fluidos a ser producidos • Debe ser habitable para la tripulación y demás personal auxiliar • Condiciones Ambientales • Para cada fase del proyecto • Duración de eventos extremos o fenómenos de larga duración durante 50 o 100 años • API: brinda consideraciones ambientales adicionales FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (23)
  • 24. Principales Requisitos de Diseño • Tipos de Fluidos y Volúmenes • Composición (envolvente de fases) • Impurezas • Caudales • Calidad de Productos • Define • Tamaño y peso de Topsides • Control de Costos • Subestimación (NO) • Sobreestimación (NO) FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (24)
  • 25. Principales Requisitos de Diseño • Habitabilidad • Según tamaño y funciones • Albergue y Soporte Vital y Operativo • Plataformas Hotel • Personal Adicional durante: • Montaje • Comisionado • Puesta en Marcha • Tareas especiales (workover) • Todos los elementos de Seguridad • Sistemas de Emergencia FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (25)
  • 26. Principales Requisitos de Diseño • Construcción • Procedimientos de construcción • Diseño Standard  Astilleros Standard • Diseño Standard  Cumplimiento de Cronogramas • Diseños Inusuales  Mayores Costos • Soldaduras Especiales • Materiales Exóticos • Limitación de Contratistas • Diseños Inusuales  Incertidumbre Cronogramas • Trabajo Onshore • Siempre que sea posible • Trabajo Offshore • No siempre se puede evitar • Conexionado, tie-ins, montaje topsides FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (26)
  • 27. Principales Requisitos de Diseño • Estabilidad y Flotación • Durante ciertas etapas todas las estructuras deben • Presentar características de flotación • Estabilidad hidrostática e hidrodinámica • Fenómenos Meteorológicos Extremos • Localización del Trabajo • Requisitos regulatorios sobre mano de obra local • FPSO en Corea del Sur • SPAR en Finlandia FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (27)
  • 28. Principales Requisitos de Diseño • Transporte e Instalacion • Transporte • Húmedo (mayoría flotantes) • En Seco (jackup) • Montaje • Fase Crítica • Cargas Impuestas Extremas • Ventana de Tiempo • Cargas de Montaje como Factor Controlante • Jackets con cargas máximas durante montaje • CGB con enormes presiones hidrostáticas • Tensionado crítico para las TLP| FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (28)
  • 29. Operación • Garantía de Producción • Costo Unitario • Condiciones Ambientales • Normales • Límite extremo • Operabilidad • Casos de Producción • Design / OffDesign • Salida de servicio • Funciones específicas • Descarga en FPSO Seguridad, Salud y Medioambiente • Condicion de Operación • Garantía de • Seguridad del personal • Integridad del Medioambiente • Tareas Simultáneas • Producción /Workover • Pronósticos Climáticos • Amarres desconectables • Evacuación Principales Requisitos de Diseño FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (29)
  • 30. CAPEX • Gastos de Capital • Capital Expenditures • Conocido como Inversión Inicial OPEX • Gastos de Operación • Operating Expenditures • Capital de Trabajo Principales Requisitos de Diseño Costos durante la Vida Útil FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (30)
  • 31. • CAPEX • Decisiones de diseño • Selección de tecnologías • Decisiones durante construcción • Afectarán OPEX • Estimación previa • OPEX • Se definen por las decisiones de diseño • Aumentos de OPEX por bajas en CAPEX • Bajas en CAPEX por aumentos en OPEX Mantenimiento FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (31)
  • 32. • EL MANTENIMIENTO ES INEVITABLE • Dureza medio marino • Necesidades mas estrictas • Adecuación e Integridad • Instalaciones para su Operación • “Fitness for Purpose” • Requerimientos de Inspección • Accesibilidad • Inspección humana • Inspección robotizada • Enfoques de Mantenimiento • Inspección • Mantenimiento • Reparación Principales Requisitos de Diseño - Mantenimiento FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (32)
  • 33. • IMR • Históricamente con MTBF • Enfoque Prescriptivo • Reparación se hace cuando el equipo falló • Estudios de Seguridad • Evaluación de Riesgo • Confiabilidad • Equipos • Componentes • Reemplazo de piezas • Antes del fallo • Calendario Anual • Predictivo Principales Requisitos de Diseño - Mantenimiento FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (33)
  • 34. • Convención de la Plataforma Continental (Ginebra, 1958) • Convención de las Naciones Unidas sobre el derecho del Mar (Montego Bay, 1982) • Requisitos para eliminación completa de • Instalaciones offshore abandonadas, pozos submarinos, manifolds, plantillas, flowlines, risers, ductos. • Criterios de remoción parcial o in situ • Detoxificación • Taponamiento y Abandono (P&A, Plugging and Abandon) • Golfo de México (bien documentado) • Mar del Norte (grandes remociones) • Técnicas • Cortes • Re-flotación • Derrumbe • Remolque a la costa Principales Requisitos de Diseño - Remoción FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (34)
  • 35. • Aunque el agua se considera un elemento hostil • Permite un tipo de operación que es clave: • TRANSPORTE DE OBJETOS DE GRAN MASA • Troll A: 1.2 millones de toneladas. Peso seco de 656 kTons • Jackets • De Base Pesada • MODU’s 0202 – Comportamiento de Buques y Estructuras Flotantes Deben Flotar Deben Ser estables FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (35)
  • 36. • Desplazamiento y Flotabilidad • Flotabilidad: • Fuerza Vertical Ascendente • “Buoyancy” • La Flotabilidad permite el desplazamiento de los objetos sobre el agua • El desplazamiento debe conllevar la estabilidad • Estabilidad • Objetos que flotan pero no ofrecen estabilidad: • Pelota de goma inflada (no estable) • Un tronco de madera (estabilidad parcial) • Es la capacidad de: • Mantener una superficie preferida por encima del agua • Mantener el nivel de flotación dentro de parámetros definidos Comportamiento de Buques y Estructuras Flotantes FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (36)
  • 37. • Estabilidad • Metacentro (M) • Centro de Gravedad (G) Comportamiento de Buques y Estructuras Flotantes • Centro de Carena (B) • Punto de Referencia en la Quilla (K) Si Altura Metacéntrica (MG) < 0  Zozobra, Naufragio FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (37)
  • 38. • Altura Metacéntrica • Puede ser muy pequeña • FPSO en el Golfo de México • 500.000 barriles de almacenamiento • Sobrevivencia a Tormenta de 100 años • Tanques de lastre 15% completos • Carga en Tanques de hasta 90% • ALTURA METACÉNTRICA DE 0.15 m Comportamiento de Buques y Estructuras Flotantes FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (38)
  • 39. • Movimientos de los Buques (IMPORTANTE) • Navío Estable (amarrado o flotando libremente: • Seis grados de libertad • Traslaciones: • 1. Movimiento vertical de ascenso y descenso: Arfada (heave) • 2. Movimiento lateral a ambas bandas: Deriva (sway) • 3. Movimiento longitudinal de avance o retroceso (surge) Comportamiento de Buques y Estructuras Flotantes • Rotaciones: • 4. Según el eje vertical 'Z' : Guiñada de rumbo (yaw). • 5. Según el eje trasversal 'Y': Cabeceo (pitch). • 6. Según el eje longitudinal 'X': Balanceo o rolido (roll). FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (39)
  • 40. • Movimientos de los Buques (IMPORTANTE) • Navío Estable (amarrado o flotando libremente: • Seis grados de libertad • Traslaciones: • 1. Movimiento vertical de ascenso y descenso: Arfada (heave) • 2. Movimiento lateral a ambas bandas: Deriva (sway) • 3. Movimiento longitudinal de avance o retroceso (surge) Comportamiento de Buques y Estructuras Flotantes • Rotaciones: • 4. Según el eje vertical 'Z' : Guiñada de rumbo (yaw). • 5. Según el eje trasversal 'Y': Cabeceo (pitch). • 6. Según el eje longitudinal 'X': Balanceo o rolido (roll). FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (40)
  • 41. CONSIDERACIONES PRINCIPALES DE DISEÑO FUNDAMENTOS DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN OFFSHORE JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (41)