trabajo final sarta de perforación

7/25/2019 Trabajo Final Sarta de perforacin

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SISTEMAS FLOTANTES PARA LAPRODUCCIN DE PETRLEO EN AGUAS

PROFUNDAS MEXICANAS

ESPECIALIDAD: INGENIERA NAVAL

Federico Barranco Cicilia

Doctor en Ingeniera con Especialidad en Estructuras Marinas

26 de Enero de 2012


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Sistemas flotantes para la produccin de petrleo en aguas profundas mexicanas.

CONTENIDO

Pgina

RESUMEN EJECUTIVO 3

1. INTRODUCCIN 4

2. SISTEMAS DE PRODUCCIN COSTA AFUERA 8

3. PERSPECTIVAS DE MXICO EN AGUAS PROFUNDAS 13

3.1. Estrategia actual de produccin de PEMEX 13

3.2. Produccin esperada en aguas profundas mexicanas 15

3.3. Avances en la actividad exploratoria en aguas profundas 154. DESARROLLO DE CAMPOS BASADOS EN SISTEMAS FLOTANTES 18

4.1. Caractersticas de los sistemas flotantes 18

4.2. Filosofas de diseo 22

4.3. Estado actual de las tecnologas 24

4.4. Planeacin del desarrollo de campos 27

4.5. Criterios de seleccin de sistemas flotantes 30

4.5.1. Caractersticas del yacimiento 31

4.5.2. Requerimientos funcionales 31

4.5.3. Condiciones del sitio 32

4.5.4. Normatividad y otros 32

4.6. Perspectivas de proyectos integrales en aguas profundas mexicanas 34

4.7. Lecciones aprendidas por ocurrencia de accidentes o fallas 36

5. RETOS Y OPORTUNIDADES PARA LA INGENIERA NAVAL MEXICANA 39

5.1. Retos tecnolgicos 39

5.2. Acciones de la industria mexicana 40

5.2.1. Formacin de recursos humanos 41

5.2.2. Desarrollo de proveedores nacionales 41

5.2.3. Investigacin y desarrollo tecnolgico 42

5.2.4. Redes de Cooperacin 42

6. CONCLUSIONES 44

REFERENCIAS 45

AGRADECIMIENTOS 47

CURRICULUM VITAE DEL CANDIDATO 49

Especialidad: Ingeniera Naval 2


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RESUMEN EJECUTIVO

El lento desarrollo de fuentes alternativas de energa ha mantenido hasta la actualidad

al petrleo como la principal fuente de combustibles en el mundo; sin embargo, la

produccin global de aceite y gas dentro de los continentes y en aguas someras ha

iniciado su declinacin. La disminucin de las reservas ha motivado a la industria

internacional a incursionar en el mar en aguas cada vez ms profundas en la

bsqueda de nuevos yacimientos, logrando rcords de perforacin de pozos y de

produccin en profundidades prximas a los 3,000 m. Se estima que esta tendencia se

mantendre inclusive se incrementaral continuar en la bsqueda de yacimientos de

petrleo y gas localizados en aguas ultra-profundas.

Petrleos Mexicanos (PEMEX) se encuentra en la fase exploratoria de las cuencas del

Golfo de Mxico profundo, durante la cual ha estimado un recurso prospectivo de 29.5

mil millones de barriles de crudo equivalente, que representa casi el 60% del total del

pas. Como resultado de estas exploraciones ya se han encontrado varios yacimientosde hidrocarburos, para los cuales se estn efectuando proyectos para evaluar la

factibilidad de su desarrollo, e incluso se encuentra en curso la fase de ingenier a

bsica del proyecto de gas no asociado para el campo Lakach, localizado frente a las

costas de Veracruz en un tirante de 988 m.

Para poder llevar a cabo este tipo de proyectos de alto contenido tecnolgico y gran

complejidad, PEMEX requiere de la participacin de las Instituciones de Investigacin y

de Educacin Superior del pas para formar recursos humanos altamente calificados y

adquirir tecnologas para, en una primera instancia, seleccionar inteligentemente los

sistemas de produccin disponibles en el mbito internacional; para posteriormente,

fortalecer los programas de desarrollo tecnolgico y el establecimiento de

infraestructura de investigacin con la finalidad de adaptar las tecnologas adquiridas a

las condiciones locales de nuestros mares y de nuestros hidrocarburos. Las acciones

para la formacin de recursos humanos y el desarrollo de las tecnolog as debern

estar acompaadas de polticas gubernamentales para la generacin y/o

fortalecimiento de los sectores industriales en el pas para suplir los materiales y

equipos; para construir, transportar, instalar, operar, e inspeccionar las obras; as

como para dar mantenimiento y efectuar el retiro de los sistemas submarinos, de los

ductos y de los sistemas flotantes de produccin una vez concluida su vida til.

El presente trabajo tiene como objetivo describir las tecnologas que PEMEX requiere

para efectuar la explotacin de los recursos petroleros en aguas profundas,

enfocndose principalmente a los sistemas flotantes de produccin por ser una de las

partes torales de los proyectos y por ello mismo, de la Ingeniera Naval, que se

involucra de manera fundamental en todas sus fases, desde la planeacin e ingeniera,hasta la construccin, instalacin y operacin de la infraestructura. Asimismo, se

indican los retos y las oportunidades de la Ingeniera Naval mexicana para coadyuvar

a la implantacin, adaptacin y concepcin de tecnologas que permitan el desarrollo

de los proyectos de inversin en aguas profundas y ultra-profundas de PEMEX.

Palabras clave: Aguas Profundas, Campos Petroleros, Sistemas Flotantes de

Produccin, Ingeniera Naval.



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Costa afuera, aguas profundas

En tierra, no convencional (arenas aceitosas)

Costa afuera, aguas someras

adropseilrrabed

senloilM

En tierra, convencional

A

o

Figura 1.2. Produccin global de petrleo, en tierra y en el mar.

Fuente: http://edicion4.com.ar (Figura traducida al espaol por el autor).

En la Figura 1.3 se muestra la variacin histrica de las aportaciones a la produccin

total de las principales regiones del mundo y sus respectivos niveles de consumo. En

esta figura se puede apreciar que los pases del Este Medio tienen la mayor tasa de

produccin pero el menor nivel de consumo de petrleo; presentndose el caso

contrario para los pases de la regin Asia-Pacfico, Amrica del Norte y Europa.

100 100

adropseilrrabedsenoll

M

i

a

80r

frica

Asia - Pacfico60

Amrica del Norte40

Europa

20Mi

Sur y Centro Amrica

fricaopse

Asia - Pacficorrabe

Amrica del Nortesenoll

Europa

Este Medio

Este Medio0

1971 1980 1 990 2000 2010Ao

0

1971 1980 1990 2000 2010Ao


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a) Produccin b) Consumo

Figura 1.3. Historia de la produccin y consumo de petrleo en el mundo.Fuente: http://www.economist.com



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En Mxico, la explotacin de hidrocarburos costa afuera inici a finales de los aos

1970s con el descubrimiento del campo Cantarell, logrando este sector una

aportacin mxima al total de la produccin de alrededor de 3 MMbd en el 2002, ao a

partir del cual inici su descenso. En la Figura 1.4 se muestra la variaci n de la

produccin de petrleo en Mxico entre los aos 1938 a 2010.

Figura 1.4. Produccin de petrleo en Mxico.

Fuente: http://www.pep.pemex.com

La produccin global de aceite y gas dentro de los continentes, incluyendo a M xico,

ha tenido una cada de hasta 10 MMbd con respecto a su mximo valor histrico de 54

MMbd logrado en 1979 (Sandrea, 2010), como se puede observar en la Figura 1.2.

Esta situacin ha motivado a la industria del petrleo incursionar en el mar y cada vez

en aguas ms profundas en la bsqueda de nuevos yacimientos, logrando rcords de

perforacin de pozos en tirantes de agua mayores a 3,000 m y de produccin en

2,934 m con el pozo Tobago en el Golfo de M xico, como se puede observar en la

Figura 1.5 (Wilhoit y Chad, 2011).

Actual

3,657

Plataforma Flotante Record

Pozo exploratorio

Pozo productor

Record actual

(m

augaed

tena

Perforaci n dePozo

3,051m, US GdM

Ca.Transocean

Operador: Chevron

Arbol

submarino

2,934m, US

GdM,

Tobago

Operador:

Shell

Record

mundial

Plataforma

Flotante

2,414 m, US

GdM,

T915

610

305

Operador:

Anadarko

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

Ao

Figura 1.5. Avance en tirante en la perforacin de pozos y produccin de petrleo.

Fuente: Wilhoit y Chad, 2011 (Figura traducida al espaol por el autor).



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Datos recientes indican que ms de la mitad de los descubrimientos efectuados

durante los ltimos diez aos corresponden a yacimientos costa afuera, aportando los

campos en aguas profundas y ultra-profundas el 41% de las nuevas reservas

(Chakhmakhchev y Rushworth, 2010). En los ltimos cinco aos se han efectuado

hallazgos de campos gigantes o de tamao significante con reservas de

aproximadamente 41 mil MMbd en aguas profundas de Brasil, Estados Unidos, Angola,

Australia, India, Nigeria, Gana y Malasia.

A pesar de los desafos impuestos por las crisis econmicas, las fluctuaciones en los

precios de los hidrocarburos, el incremento en los costos de productos y servicios

requeridos por la industria del petrleo, as como las regulaciones impuestas

posteriores al accidente de la plataformaDeepwater Horizonen el Golfo de Mxico, la

explotacin de hidrocarburos costa afuera representa un tercio de la produccin

mundial y se estima que esta tendencia se incrementaral continuar en la bsqueda

de yacimientos de petrleo y gas localizados en aguas profundas y ultra-profundas.

En aos pasados, algunos pases como China, Rusia, Camern y Libia han iniciado la

exploracin de sus campos en aguas profundas. Mxico, a travs de su empresa

paraestatal Petrleos Mexicanos (PEMEX), se encuentra en la fase exploratoria de sus

recursos petroleros en aguas profundas del Golfo de Mxico, ascomo en la planeacin

del desarrollo de varios proyectos e incluso el proyecto para el campo de gas no

asociado Lakach, localizado frente a las costas de Veracruz en un tirante de 988 m, se

encuentra en la fase de ingeniera bsica.

El presente trabajo tiene como objetivo describir las tecnologas que PEMEX requiere

para efectuar la explotacin de los recursos petroleros en aguas profundas,

enfocndose principalmente a los sistemas flotantes de produccin y al papel de la

Ingeniera Naval durante las fases de planeacin, ingeniera, construccin, instalacin

y operacin de la infraestructura. Inicialmente se describen los sistemas utilizados

tanto por la industria internacional como por la industria nacional para la produccin

de hidrocarburos en el mar, y las perspectivas de explotacin de campos en aguas

profundas de Mxico. Despus se describen las caractersticas, ventajas y desventajas

de los diferentes sistemas flotantes de produccin, ascomo la metodologa utilizada

para la planeacin del desarrollo de campos petroleros. Asimismo, se efecta una

estimacin de los posibles proyectos de inversin que PEMEX deber llevar a cabo

para lograr sus metas de produccin en el horizonte 2017-2025 y se indica el sistema

de produccin que potencialmente puede convertirse en el primer sistema flotante en

aguas profundas de Mxico. Finalmente, se indican los retos y las oportunidades de la

Ingeniera Naval mexicana para acompaar a PEMEX en la implantacin, adaptacin y

concepcin de tecnologas propias para el desarrollo de sus proyectos de inversin en

aguas profundas y ultra-profundas.



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2. SISTEMAS DE PRODUCCIN COSTA AFUERA

Para efectuar las actividades de produccin ms allde la costa, la industria petrolera

internacional ha utilizado exitosamente a las plataformas fijas, las torres flexibles, los

sistemas submarinos y los sistemas flotantes (ver Figura 2.1).

Fija Sistemas Flotantes

FPSOSparTLPSemi

Riser

Sistemas Submarinos

Figura 2.1. Sistemas de produccin de hidrocarburos en el mar.

Fuente: http://salvador-nautico.blogspot.com (Figura modificada por el autor).

En aguas someras (tirantes menores a 300 m) es viable desde el punto de vista

tcnico fijar una plataforma al fondo marino, siendo ste el motivo para denominarlas

plataformas fijas. Las columnas que soportan las cubiertas con los equipos e

instalaciones de produccin pueden ser de concreto o acero, las cuales se extienden

en forma de piernas desde la plataforma superficial hasta el suelo marino y son fijadas

con pilotes o estructuras masivas de concreto. Las ventajas de las plataformas fijas

son su alta estabilidad y capacidad de carga, ascomo sus bajos movimientos ante las

acciones meteorolgicas y oceanogrficas del viento, oleaje, corrientes marinas y

mareas. Estas caractersticas les permiten manejar grandes cantidades de produccin

y utilizar rboles de control de pozos sobre sus cubiertas y risers(ductos ascendentes

por donde viaja la produccin proveniente de los pozos) de acero verticales, los cuales

en su conjunto permiten reducir los costos de la infraestructura y del mantenimiento e

intervencin de los pozos productores.

Las plataformas fijas dejan de ser una alternativa viable en aguas intermedias

(tirantes mayores a 300 m) y profundas (tirantes mayores a 500 m) ya que no es

costeable construir e instalar plataformas fijas con subestructuras tan pesadas y

largas para apoyarse en el fondo marino. Sin embargo, existen varias plataformas

operando en aguas intermedias estadounidenses como la plataforma Cognacen 312 m

y laBullwinkle, poseedora del rcord de aplicacin, en 412 m de tirante de agua.



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En la Figura 2.2 se presentan las 7 plataformas con mayor altura en el mundo, todas

ellas operando en aguas intermedias estadounidenses. De acuerdo con los registros de

laBureau of Ocean Energy Management, Regulation and Enforcement (antes MMS),

Estados Unidos cuenta con 3,080 plataformas fijas en el Golfo de M xico (GdM).

Figura 2.2. Plataformas fijas en operacin en aguas intermedias de Estados Unidos.

Fuente: http://offshoreindustry.blogspot.com/

Actualmente, Petrleos Mexicanos tiene en operacin en el GdM alrededor de 350

plataformas fijas ubicadas en la Baha de Campeche y frente a las costas de Tampico,

Veracruz y Tabasco, en tirantes de agua menores a 100 m. La producci n de los

campos en aguas someras en estas regiones se efecta a travs de complejos de

plataformas (ver Figura 2.3), teniendo cada una de ellas servicios espec ficos tales

como perforacin, produccin, alojamiento de personal (habitacional), compresin de

gas, inyeccin, rebombeo, recuperacin, enlace y telecomunicaciones, entre otros.

Figura 2.3. Complejo de plataformas fijas.

Fuente: http://2.bp.blogspot.com



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La explotacin de hidrocarburos en aguas profundas y ultra-profundas (tirantes

mayores a 1,500 m) requiere de sistemas flotantes anclados al fondo marino y/o de

sistemas submarinos de produccin, los cuales reciben a los hidrocarburos

provenientes de los pozos y los envan a travs de ductos y/o risers a instalaciones

marinas cercanas o en tierra para su procesamiento, almacenamiento o venta. En la

Figura 2.4 se puede observar un sistema de produccin tpico en aguas profundas,

combinando los sistemas submarinos, los ductos y risers, y un sistema de produccin

flotante.

Sistema Flotante FPSO

Risers

Sistema

Submarino

Ducto Marino

Figura 2.4. Sistema de produccin tpico en aguas profundas.

Fuente: http://www.modec.com(Figura modificada por el autor).

Dentro de los sistemas flotantes de produccin se encuentran los Buques de

Produccin, Almacenamiento y Trasiego (FPSOs por sus siglas en ingls), las

plataformas Semisumergibles (Semis), las Plataformas de Piernas Atirantadas (TLPs

por sus siglas en ingls), y las plataformas tipo Spar (ver Figura 2.1). Actualmente

existen 271 sistemas flotantes de produccin en servicio o disponibles en el mundo, en

pases como Estados Unidos, Brasil, Noruega e Inglaterra, o en los mares africanos y

asiticos. Del total, el 65% son FPSOs, 18% Semis, 10% TLPs y 7% Spars (IMA,

2011). El record actual de aplicacin lo posee la plataforma Semisumergible

Independence Huben operacin en la parte Norte del GdM en un tirante de 2,415 m.

En la Figura 2.5 se muestra el crecimiento del n mero de sistemas flotantes desde su

aparicin en la dcada de los aos 70s del siglo pasado hasta el ao 2009. En esta

figura se puede observar que la tasa de crecimiento en la ltima dcada es del 117%,

siendo los FPSOs aquellos sistemas con mayor demanda seguidos por las plataformas

semisumergibles. El futuro del mercado de los sistemas flotantes se muestra

promisorio al identificar 196 proyectos en planeacin, diseo o licitacin, que

potencialmente requerirn unidades flotantes de produccin o almacenamiento. Brasil

es la regin ms activa en el futuro cercano con 50 proyectos potenciales para

sistemas flotantes en etapa de planeacin, despus contina el Sureste asitico con

39, el Norte de Europa con 24, el Golfo de Mxico con 19 y Australia con 11 proyectos.


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