El documento describe los principales requisitos de diseño para instalaciones de producción offshore. Estos incluyen resistir las condiciones ambientales marinas durante su vida útil, procesar los fluidos producidos según su propósito, y proveer habitabilidad para el personal. También señala que cada proyecto requiere considerar los desafíos específicos de construcción, instalación, operación y mantenimiento en el medio marino.

1. Contenidos del Tema
0200 – Características del Ambiente Marino
0201 – Principales Requisitos de Diseño
0202 – El comportamiento de Buques y Estructuras Flotantes
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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
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3. Características del Ambiente Marino
Rango de Ambientes
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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
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5. FUNDAMENTOS DE LAS
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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
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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)
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8. Intensidad Energética Media del Oleaje (kW/m). Sorensen 2004
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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
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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
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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)
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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
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13. Las Principales Fuerzas Ambientales
• DIRECCIONALIDAD
• Sobre todo estructuras flotantes
• Oleaje
• Vientos
• Corrientes marinas
• “Rosa de los Vientos”
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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
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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
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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
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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
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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
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19. • FALLA POR FATIGA EN ESTRUCTURA
SOLDADA EN D6
Alexander Kielland – Ekofisk - 1980
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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
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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
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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.
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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
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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)
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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
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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
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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
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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|
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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).
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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
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JJESección: 02 – Consideraciones Principales de Diseño para Instalaciones de Producción Offshore (40)

41. CONSIDERACIONES PRINCIPALES DE DISEÑO
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