Bouyant TowerCX-15, BPZ

Integrantes:Anastacio López, Carlos

Arellano Morante, RobertoÁvila Neyra, Edilberto

Clavijo Alemán, NathalieJiménez Cruz, Junior

Jiménez Valdivia, NigelJulián Ordinola, Luis

Martínez Coronado, EduardoMendoza Querevalú, Nicolás

Ruiz Pastrana, Mayra

Torre Flotante: Concepto de Selección, Evaluación

Técnica y Económica.

En este documento se describen las oportunidades de negocio y los desafíos en la entrega de desarrollos offshore de petróleo y gas en Perú.

El Envejecimiento de la infraestructura existente y la necesidad de crear capacidades locales se combinan con reservas muy económicas de petróleo y gas para proporcionar oportunidades para mejorar la economía peruana.

El desarrollo de nuevos campos OFFSHORE requiere el uso de un enfoque innovador en proyectos para producirlos. Con desafíos en el diseño,, con capacidades de fabricación locales disponibles pero limitados, para llevar a cabo las operaciones de perforación y construcción existen considerables desafíos que hay que superar.

Introducción BPZ Energy, encargó la plataforma CX-15, es una

compañía de exploración y producción.

Debido a los servicios de apoyo marinos limitados disponibles en la zona, en la transmisión y operación de barcazas cisterna usados como almacenamiento flotante de petróleo. el proyecto fue finalmente completado con financiación bancaria, así como la venta de parte del Bloque Z-1, incluyendo el proyecto de CX-15, a un socio de 49% que entró en el proyecto cuando el proyecto de CX-15 ya estaba en marcha.

Antecedentes y contexto: situación geográfica y geológica

El campo Corvina en ubicado en el Bloque Z-1 en alta mar el noroeste de Perú en la cuenca Tumbes, aproximadamente a siete millas de la costa con 190 pies en altura de agua.

Un yacimiento de gas no asociado anteriormente y separada del depósito de aceite fue descubierto a mediados de los años 80 por Belco, El pozo descubridor del yacimiento Corvina, el CX11-21XD, fue perforado por BPZ en 2007.

Con el reconocimiento de mayor desarrollo es necesario, existe la necesidad de decidir sobre el método más adecuado para realizar ese desarrollo. El Noroeste de Perú es un área con infraestructura limitada para apoyar las operaciones en alta mar modernos.

Varias cuestiones ambientales fueron consideradas para el desarrollo continuo del campo Corvina. En primer lugar, el campo se encuentra en una zona del Circulo de Fuego del Pacífico. Si bien no existe un registro reciente de grandes terremotos en el área inmediata, sin duda otras zonas cercanas a la costa peruana han experimentado terremotos notables recientemente, en agosto de 2007.

El factor meteorológica y oceanográfica más notable es un gran oleaje que se establece durante el verano del hemisferio sur. El viento es generalmente moderada y como resultado las olas son generalmente pequeños. Es una zona que no experimenta tormentas tropicales, a pesar de estar muy cerca de la línea ecuatorial.

El enfoque de desarrollo de original se basaba en un estructura simple, rápida y de bajo costo que a su vez permitiera una campaña de perforación que aumentara la producción de barriles de crudo.

El plan consistía en colocar de 2 a 3 plataformas convencionales cada una con capacidad de 10 pozos basadas en el modelo de la plataforma CX-11la cual años atrás había permitido la exploración y desarrollo en el campo Corvina.

Manejo Estratégico de Diseño de Plataformas

En las consideraciones un punto muy importante fue que el campo se encontraba dentro de una zona sísmica y que una estructura convencional no sería la adecuada, es por eso que el nuevo modelo de plataforma llamada CX-15 sería una plataforma flotante que por su diseño se ajustaba más a una posible eventualidad sísmica, pero surgió un nuevo problema la logística marina para la construcción de dicha estructura no se había realizado en el Perú por lo que tenía que recurrir a los países de México o Medio Oriente.

Distancia Costos Tiempo

BPZ, director del proyecto , Casa de Diseño Offshore Horton Wison, y Wison Offshore & Marine en China encargada de la construcción.

Evaluación Económica

Lecciones Aprendidas Asegurar la revisión de proyectos adecuados que

estén en concordancia con las estrategias de la corporación.

Invertir para proporcionar y/o mejorar la capacidad de la tubería para evitar operaciones marinas simultáneas en un entorno restringido con recursos marinos limitados.

El alineamiento de las expectativas desde el principio para todos los participantes del proyecto es fundamental para el éxito.

Torre Flotante: Desafíos de instalación y Lecciones

Aprendidas

BPZ Energy, la empresa operadora que encargó la plataforma CX-15, es una pequeña compañía de exploración y producción hoy en día con una producción actual de 2800BOPD, 3500BWPD, 14600 MSCFD

Con base en una revisión del proyecto BPZ CX-15, en este documento se describen las oportunidades de negocio y los desafíos en la entrega de desarrollos offshore de petróleo y gas en Perú.

INTRODUCCION

La Torre CX-15 se instaló para BPZ en el campo Corvina costa afuera de Perú a una profundidad de 54 metros, en septiembre de 2012. Este es el primer uso de la torre Horton GMC plataforma que fue diseñada para BPZ Energy específicamente para satisfacer los requisitos de su programa de desarrollo de campo en aguas poco profundas.

RESUMEN

Cuestiones ambientales Por criterios de cargas sísmicas extremas. Sin duda zonas cercanas a la costa peruana han

experimentado terremotos notables recientemente, en agosto de 2007.

La clave de la selección de la torre flotante en lugar de un jacket más convencional para esta profundidad del agua es que está diseñado para ser instalado desde el propio buque de transporte y no requiere la movilización adicional de buques de instalación offshore.

EL PORQUE DE LA INSTALACION DE LA TORRE FLOTANTE

Además, el tiempo de instalación de la torre flotante es mínimo en comparación con un jacket convencional.

Actividades de ingeniería para asegurar una solución técnica y económica del proyecto pudiendo minimizar así el riesgo.

Consta de cuatro celdas cilíndricas. En el caso de CX-15, la parte superior servirá de

doble función tanto como una instalación de producción, con la compresión de gas y la inyección de agua, y una estructura de soporte para una plataforma de perforación.

La plataforma incluirá un total de 24 ranuras de perforación.

DISEÑO DE LA TORRE FLOTANTE

Selección de un buque de transporte e instalación adecuada.

Selección, auditoria y equipamiento de maquinaria de construcción local existente.

Selección, auditorías y capacitación de proveedores y Subcontratista locales

Prueba de batimetría detallada. El diseño de los métodos de instalación y ayuda

para una capacidad máxima de la grúa de 50 t. El desarrollo de procedimientos para adecuarse a

las condiciones climáticas locales.

Actividades clave que son fundamentales en la matriz de decisión para asegurar el cumplimiento de los objetivos del proyecto:

Ya que un procedimiento de este tipo no se había realizado antes, se necesitaba un buque adecuado para la carga de partes de la plataforma en Nantong, China.

El buque tenia que ser capaz de transportar el casco y la parte superior al Perú y ser capaz de descargar la carga y las operaciones navieras en el Perú.

El buque también tenía que ser capaz de navegar en el canal relativamente poco profundo que conduce a la planta de fabricación en Nantong.

 Selección de los buques

Debido a las restricciones de profundidad en el patio de fabricación, el buque tuvo que asumir, antes de su llegada a Nantong, sólo la cantidad mínima de combustible que permita el tránsito de Perú y de la duración del trabajo en alta mar una vez en el campo Corvina.

Hay una rango de marea de 3 m en la planta de fabricación.

El nivel de la marea aumenta muy rápidamente y esto significaba que el rate de bombeo del buque tendría que mantenerse a la par con el cambio de marea.

Una vez en el lugar en alta mar en Perú, el buque de transporte tenía que ser capaz de descargar al casco de la torre boyante por una operación sin flotar, mientras que la parte superior se mantuvo en la cubierta del buque que fue localizada en el tope de una montura de soporte elevada.

El buque tenía que tener la estabilidad suficiente para manejar la sumersión con la parte superior todavía en la estructura.

 

La ruta de viaje estuvo basada en discusiones con los capitanes de los buques de alto nivel con una larga experiencia.

La ruta fue entonces propuesta, como se muestra en la figura.

Transporte: la selección de la ruta y los criterios utilizados

Las condiciones climáticas locales, el estado del mar de diseño para float-off y la topografía del fondo fueron los principales factores en la determinación de la ubicación final float-off.

Varios lugares fueron considerados para el flotador-off del casco.

El casco flotador-off y las operaciones de acoplamiento en el lado superior no podrían llevarse a cabo en el lugar de instalación final, debido a las corrientes profundas del casco de la torre flotante.

Float-off: La selección final de Ubicación

Una posición fue seleccionada en donde las operaciones de acoplamiento y float-off fueron llevadas a cabo en una profundidad de agua de aprox. 70 m. para permitir que el casco fue aparcado para ser llevado de vuelta al lado de la embarcación de transporte con su montura de soporte superior.

El área marcada fue probada para obstrucciones por escombros y por sumergencia previo a la llegada del buque de transporte.

El estado del medio ambiente marino está dominado por olas que se propagan hacia el norte desde la Antártida. Ver Fig. 3

Como resultado del uso de este procedimiento, el equipo del proyecto pudo seleccionar una ubicación para el funcionamiento del flotador-off relativamente cerca del lugar de instalación final y que permitió las operaciones del float-over en el mismo lugar.

Este ahorro de tiempo y minimización de los riesgos del proyecto, se lograron reduciendo al mínimo la distancia de remolque a 11 km. Ver la figura 4.

Casco flotador-off y anclado se realizó en 7 m de profundidad, mientras que el sitio de instalación final tuvo una profundidad de 54m.

Después de que el casco estaba flotando fuera de la nave de transporte, fue remolcado y desembarcado en el área estudiada. Ver Video!

Float-off

Con el fin de lograr la estabilidad de la plataforma tanto para la instalación y operación final, lastre fijo (magnetita) fue instalado en el tanque de la parte inferior de cada una de las cuatro cilindros.

Con el alto vacío y tanques de lastre fijo instalado en los tanques bajos, la torre flotante se convierte en una plataforma inherentemente estable que permita el casco y la superestructura acoplado a ser remolcados con seguridad como una plataforma completa de la posición de acoplamiento al lugar de instalación.

 

Instalación magnetita

Uno de los principales subcontratistas locales utilizados en el proyecto era para el manejo y el bombeo de la magnetita en el casco. Se utilizó el equipo de mezcla de hormigón convencional y equipos de bombeo. La figura 5 muestra el auge de un camión bomba de hormigón convencional de bombeo de magnetita en la torre casco flotante, mientras que se asegura a una barcaza amarrada. Ver Fig. 5

Después de la instalación de lastre fijo era completa, la torre flotante fue remolcada de vuelta a la nave de transporte.

Cables de carga y descarga del buque de transporte se conectan a la torre boyante y que se guió y al voladizo. Ver Fig. 6.

Defensas adicionales fueron instalados en el exterior del costado del buque de transporte para mantener el casco flotante y evitar cualquier daño a la chapa de acero.

Skid Out and Float-over

Se realiza la operación de fijado de bases en los cilindros flotantes como se muestra en la siguiente figura:

Torre boyante (casco) es lastrada para coincidir con parte superior. La foto muestra la unidad de acoplamiento de cubierta (arriba) y la unidad de acoplamiento con almohadillas elastoméricas para la absorción de choque durante la transferencia de carga.

Después de que el casco y superestructuras se aparearon y despejadas del buque de transporte, la plataforma tuvo que ser remolcada a unos 11 km a la ubicación de la instalación final.

Como se señaló anteriormente, se realizó un estudio detallado del marino para asegurar el relieve del fondo del mar y que las obstrucciones no presentarían peligros en las operaciones de remolque vertical desde el lugar de apareamiento a su ubicación final. Algunos peligros fueron descubiertos en este estudio y la ruta de remolque planeaba dar un gran espacio a estas obstrucciones. Ver Fig. 8.

 Vertical Tow (Grúa Vertical)

Tres remolcadores de puerto local con una tracción a punto fijo de 40 a 50 t fueron utilizados para remolcar la plataforma a partir de la ubicación de apareamiento a su sitio de instalación final.

Dada la tracción a punto fijo de los remolcadores locales disponibles, el viento, la carga actual en la parte superior y casco, sólo serían necesarios dos remolcadores para el peor estado esperado.

Instalación en posición final – Incrustación de la batería de succión

Una vez que la plataforma de la torre flotante estaba en la mira de la ubicación de la instalación, los remolcadores fueron dirigidos por el remolque para alcanzar la ubicación final de la partida y de la plataforma. Sobre la confirmación del equipo de topografía, el lastre variable de tanques en las cuatro celdas de la plataforma se ventila de forma simultánea para que la succión de la plataforma base puede penetrar el fondo marino e incrustarse en el suelo a una profundidad de diseño de 8 m.

La instalación de la plataforma (Bouyant tower) CX-15 de BPZ Energy se activó para lograr un hito importante en el programa de desarrollo del campo Corvina dentro de un corto período de tiempo y con un ahorro de costos en comparación con las otras soluciones disponible.

Conclusión

Torre Flotante CX – 15: Perforación y

producción

La plataforma CX-15 esta localizada a unas 7 millas de las costas del Perú y cumple las funciones de una unidad de perforación y producción , cuya mayoría de equipos de soporte a la perforación están localizados en un tender. La estructura del casco es una torre flotante con 4 columnas y un mecanismo de succión integrado centrado bajo las 4 columnas. En adición a los 2 juegos opuestos de 12 pozos ensamblados para la perforación y producción, la torre esta equipada con equipos de separación y tratamiento de petróleo, gas y agua. La torre de perforación fue diseñada basada en un equipo telescópico de tierra, pero con mejoras para operar en la torre flotante. La base y el sistema de levantamiento fueron hechos específicamente para este proyecto.

Introducción

El reservorio de petróleo mas importante se encuentra en la formación Zorritos, el cual es una cama delgada de areniscas graduadas de granos finos a limos. La roca reservorio es del mioceno inferior y la trampa de gas y petróleo esta controlada por un proceso anormal de previos niveles bajos del mar y siguiente erosión por el clima de la superficie seguido por altos niveles de mar y una deposición de sedimentos. La estructura en sí, es un anticlinal fallado Además encontramos un reservorio de gas no asociado sobre la formación y separado del reservorio de petróleo.

Geología y reservorio Campo Corvina

Anticlinal fallado

Para desarrollar el campo Corvina, se perforaron previamente 8 pozos desde la CX-11, la mayoría de los pozos fueron desviados porque la plataforma no esta localizada sobre la estructura mas importante. Dicha plataforma no tiene facilidades para pozos adicionales, es así que los demás serán perforados desde la CX-15. La caracterización dinámica y estática de la formación fue todo un desafío. Las zonas tienen un amplio rango de permeabilidades que van desde los 50 a 1000 md y fallas significantes que incrementan la incertidumbre de la continuidad de pozo a pozo de la formación.La campaña de perforación proveerá, además, mucha información necesaria (nucleos) que será correlacionada con los resultdos de la sísmica 3D.

Geología y reservorio Campo Corvina

Con excepción del doble entramado de pozos, la plataforma es similar a una típica plataforma de perforación y producción no tripulada de aguas superficiales. Tiene 3 niveles: cubierta de perforación, de producción y bodega. Cada entramado de pozos cuenta con aperturas en la cubierta de perforación para el acceso a los pozos. La plataforma inicialmente esta equipada con dos grúas: una permanente y otra temporal. Además, también hay una grúa en el tender usada para levantar la torre y colaborar con las operaciones de perforación.

Configuración de la cubierta

La cubierta de producción contiene la mayoría de los equipos de producción como los juegos de válvulas, separadores, equipos de tratamiento, de compresión , entre otros. La cubierta de almacén o bodega contiene los manifolds de producción, bombas de inyección de agua, bombas de agua para incendios y otras utilidades. Las elevaciones de las cubiertas respecto al nivel medio del agua son de 74’, 49’ y 35.8’, respectivamente.

Configuración de la cubierta

La torre que se planificó a usar fue una torre existente, aún en uso offshore en el Perú. Dicha estructura y todo su equipo de soporte fueron modificados para adaptarse apropiadamente a la perforación asistida con tender en lugar de la hecha solo con plataformas fijas. Después de la revisión de las compatibilidades de la torre para el proyecto de la CX-15, se decidió mejorarla en dos aspectos claves; la reducción del peso y el reforzamiento del mástil. Los componentes de la nueva estructura fueron fabricados y ensamblados en Talara-Perú, lo que se tradujo en una reducción en los costos totales, incluyendo los costos por transporte y tazas asociadas a la importación e impuestos.

Diseño y fabricación de latorre de perforación

Controles joystick.Capacidad de carga estática del gancho: 600000 lbs.Capacidad de barras en pies: 12000 ft/300000 lbs.Tipo de manipuleo de tubería: Manual.Sistema de lodo: 2 bombas Lewco entre 1600 a 5000 psi.Potencia: 1600 Hp.

Capacidad de la torre de perforación

La torre flotante trabaja sobre un sistema de diseño con una respuesta de movimiento diferente al de una plataforma típica para aguas superficiales, respecto a las condiciones oceánicas.Movimiento de la plataforma – Criterios oceánicos; las cargas típicas consideradas en el análisis global y el diseño general, fueron: carga, transporte e instalación y varias condiciones in-situ incluyendo las operativas, extremas y casos de daño.Criterio sísmico; a pesar de que la plataforma esta localizada en una región sísmica activa, la naturaleza de la torre asegura que esta resitirá a un sismo con menos riesgos de daño que su equivalente jacket de 4 patas.

Resumen de rendimiento global

Movimientos de la plataforma y sus efectos

en el diseño del conductor

El casing externo de cada pozo es de 13 3/8’’ desde la cabeza del pozo hasta los 1000’ MD, cada conductor esta guiado lateralmente por 3 guías conductoras . Hay dos guías submarinas y una adicional integrada en la estructura de la cubierta de producción. El movimiento de la torre, hace que los conductores se muevan junto a ella, lo que produce esfuerzos de curvatura y posterior fatiga entre guías y cerca a la línea de lodo donde el conducto se encuentra fijado.Para minimizar se los esfuerzos se decidió reforzar los conductores cerca al suelo, con una manga de cemento , que se puede elaborar con elementos típicos de perforación.

Esfuerzos de curvatura y fatiga en el conductor

Durante las operaciones de perforación un casing superficial de 20’’ con un desviador de 21 ¼ y línea de flujo sirvieron para el retorno del lodo y los recortes a superficie. En la CX-15 el casing de 13 3/8 debía ser cementado hasta los 18 m. tras de la línea de lodo. Después de realizada esta operación los casing de 20’’ serían cortados a esta altura y removidos. La tubería remanente reforzaría al conductor de menor diámetro.

Casing de superficie de 20’’ – Limitador

de curvaturas

Sobre el conductor de 20’’ se instalaron insertos en las guías del conductor para centrar el casing de 13 3/8 en la guía después de remover el conductor temporal de 20’’ a la superficie.

Casing de superficie de 20’’ – Limitador

de curvaturas

La curvatura cíclica del conductor puede causar daños por altos esfuerzos y por fatiga a los casing y a los conectores, lo que conduce a buscar tuberías y conectores con materiales reforzados y con el adecuado espesor. Para lograr dichos requerimientos se seleccionó un casing de 60 lb/ft con conectores roscados y acoplados para operaciones TTR. Además de su función principal, dichos conectores deberían asegurar el sello apropiado para prevenir la corrosión por el ingreso del agua de mar.

Casing de 13 3/8 - TTR(Top-tensioned Raiser)

Para bajar casing superficial de 20’’ lo común es utilizar conexiones empernadas apropiadas para conductores. En este caso, fueron utilizadas encima y debajo de la región de alto esfuerzo Para la CX-15, en la región de alto esfuerzo cerca a la línea de lodo, la tubería fue unida con soldadura, debido a que no se encontró conectores resistentes a la fatiga en el diámetro y el refuerzo necesario. Dicha porción crítica, fue diseñada para ser instalada en un solo carrete de 90’ pre-soldado en tierra, ya que con esta técnica la soldadura tiene una larga vida respecto a la fatiga comparada con los servicios de soldadura marina.

Soldado y empernado de la manga de 20’’

Manga de 20’’ probada por el martillo ultrasónico

Transporte de la manga de 20’’ x 90’

El casing de 13 3/8 TTR que, sobre la evaluación, era el adecuado para utilizarse como conductor, no se obtuvo a tiempo para el primer pozo. Es así que el equipo evaluó

varias posibilidades para abastecerse con un material apropiado que cumpla con los requerimientos del proyecto.

Casing “cercano al pozo”

Al final el conductor para el primer pozo consistió en tres carretes de 90’ con tubería de 14’’ soldados y prefabricados en tierra. Cada carrete tiene doble soldadura esmaltada para alargar la vida de las tubería frente a la fatiga. Las soldaduras normalmente están localizadas en lugares donde se estima que los esfuerzos serán bajos.Además se cuenta con un crossover que permite ir de 14’’ a 13 3/8’’ para, luego de los 270,’ unirse al tradicional casing de 13 3/8 hasta los 1000’. Se eligió una tubería API de 14’’ con alta resistencia al esfuerzo que se pueda enroscar y/o soldar y que estaba disponible en almacenes de Houston.

Casing “cercano al pozo”

Crossover de 14’’ x 13 3/8’’

Carrete de conductor de 14’’ con el crossover instalado

Entramado de los pozos y las consideraciones del movimiento de

la plataforma

El patrón de los pozos debe ser diseñado para asegurar una operación segura y funcional, tanto en la perforación como en la producción.

Se deben manejar eficientemente las interfaces presentes durante el diseño de la plataforma incluyendo facilidades, estructuras, entre otras.

Entramado del patrón de los pozos y consideraciones del movimiento de la

plataforma

Cada entramado de pozos esta dispuesto en un sistema 4 x 3, con una apertura en la cubierta de perforación para tener acceso en la parte superior. Se debió optimizar los BOP, trees y otros accesorios para permitir el acceso el acceso de estos y de cada componente durante las operaciones. El entramado y ubicación de los pozos incluyen un espacio para poder realizar actividades entre operaciones, como aparcar el BOP.

Patrón de los pozos

Patrón 4 x3 de los pozos

Son aparatos, que operan normalmente con aire y se utilizan para compensar el movimiento vertical de la plataforma. Los tensionadores, a través de un movimiento reciprocante, logran controlar el movimiento que afecta las operaciones. Para que sean efectivos sus cables deben estar lo suficiente tensionados. La mayoría de veces se utilizan en agua profundas, donde un gran tirante de agua acentúa el movimiento.

Empleo de tensionadores

Sistema tensionador del riser

El movimiento cíclico de la CX 15 principalmente responde a las olas, corriente y viento. A diferencia de las plataformas en aguas profundas, esta es una para aguas superficiales lo que hace mas manejable al movimiento relativo hacia arriba y hacia debajo de los pozos respecto a la estructura. Es así que esta plataforma no necesita de tensionadores para el soporte dinámico de la plataforma. Solo presenta jumpers entre las válvulas y la plataforma, que se adaptan al movimiento diferencial.

Empleo de tensionadores

Los pozos pueden presentar un golpeteo o cabeceo hacia arriba o hacia abajo, que podría generan golpes entre los accesorios de cabeza de pozo y la estructura. Es así que la CX 15 deja una especie de housing con el espacio necesario para albergar a los BOP y trees, dicho espacio es determinado por el tamaño de los primeros. En el diseño de la plataforma se tomaron en cuenta varios características para reducir los requerimientos de espacio, una de las cuales fue el uso de BOP y trees compactos. Como se sabe un requerimiento en el tamaño y peso en la plataforma reducirá generalmente los gastos totales

Christmas Tree y BOP de altura reducida

Espacio vertical disponible paraChristmas Tree y BOP

El objetivo final de todo proyecto en la industria es entregar grandes resultados con el menor capital posible y costos operativos, que garanticen un alto retorno de las inversiones.

CONCLUSIONES

+ Beneficios- Costos

En el proceso de construcción de la CX-15 se integraron la aplicación de tecnologías innovadoras con tecnologías ya existentes, lo que significo un gran desafío a la ingeniería.

CX-15

CONCLUSIONES

Los desafíos encontrados pueden ser fácilmente superados con un adecuado planeamiento, un buen manejo de las interfaces y con un equipo de trabajo experimentado.

CONCLUSIONES

GRACIASGrupo #01