Soluciones para Prolonger la Vida de Estructuras y Ductos Costa

Soluciones para Prolonger la
Vida de Estructuras y Ductos
Costa Afuera
Líderes en cementación de cimientos y
estructuras costa afuera para la industria
global de generación de energía
INTRODUCCIÓN
Nuestros mares y océanos están llenos de
construcciones costa afuera cuya esperanza
de vida en operación se extiende
continuamente a través de un mantenimiento
cuidadoso y bien planeado.
Por cerca de medio siglo, FoundOcean ha
trabajado con el sector de construcción costa
afuera para desarrollar y proveer la tecnología
que proporcione soluciones rentables de
reparación y reforzamiento de activos costa
afuera viejos o dañados.
Las necesidades de este tipo de trabajos de
reparación pueden surgir debido a varias razones,
incluyendo fatiga, daño por colisión o erosión
localizada. Por otro lado, a menudo los proyectos de
reforzamiento están asociados con la modernización
de los activos para cumplir con reglamentos más
estrictos o con modificaciones planificadas, así como
la mejora en la predicción de la producción de un
campo o condiciones económicas más atractivas,
cualquiera de estas razones puede justificar la
extensión anticipada de la vida en operación original
de un activo.
Crecimiento de vida marina en la zona de
salpicadura de una granja eólica costa afuera
en el Mar del Norte después de dos años.
PREVENCIÓN Y CONTROL DEL CRECIMIENTO DE VIDA
MARINA
Hasta ahora, controlar el crecimiento de vida marina
ha sido un proceso caro y que consume tiempo. Esta
solución para el control del crecimiento de vida
marina (MGC por sus siglas en inglés) ofrece a los
operadores de energía uno de los mecanismos más
rentables para prolongar la valiosa vida de fatiga de
estructuras existentes y nuevas. Desde 1990 se han
instalado más de 26,000 dispositivos en 400 estructuras
costa afuera nuevas y existentes a través de Asia,
Europa y América.
Estructura tipo jacket con MGC instalado en dos
piernas, que se limpiaron en cuatro semanas. El
tamaño del dispositivo se ajustará manualmente
para una prevención continua del crecimiento de
vida marina.
Además de incrementar el peso estático de un
cimiento costa afuera, la acumulación y crecimiento
de vida marina también incrementa la carga
hidrodinámica que experimenta una estructura
debido a su ambiente.
El MGC combina la tecnología con la naturaleza para
proteger continuamente contra la colonización de vida
marina. Cada minuto de cada día lava el limo
microbiano, lo que a su vez evita que la vida marina se
fije a los miembros en las zonas submarinas y de
salpicadura.
El MGC puede eliminar la necesidad de las peligrosas y
costosas limpiezas periódicas, manteniendo los
miembros estructurales libres de vida marina, de esta
manera se promueve una inspección rápida y robusta
de los activos.
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REFORZAMIENTO DE MIEMBROS TIPO JACKET
El reforzamiento de miembros con cemento es el
proceso de llenado de los miembros de la estructura
tipo jacket de la plataforma con una fórmula de
cemento para reforzarlos.
OBJETIVO DEL PROYECTO: PLATAFORMA VALHALL
Llenar un miembro con cemento tiene la ventaja de no
incrementar el diámetro y por lo tanto la carga
hidrodinámica del miembro. Hace mejorar la
resistencia y estabilidad general del miembro
incluyendo la fuerza de compresión axial y el aumento
de la resistencia en las uniones tubulares.
Mar del Norte
Profundidad
75 m
Tipo de cemento
Mortero Mapefill N-LH
2010
Las estructuras costa afuera están diseñadas para
soportar condiciones que cumplan con
un determinado Estado Límite Último (ELU). Las
Normas pueden cambiar y las estructuras pueden
necesitar modernizarse para cumplir
con reglamentos y requerimientos de Estado Límite
Último más estrictos.
Una vez terminado, el reforzamiento de los miembros
puede extender la vida de servicio de la estructura más
allá de su vida de diseño original. Esto se logra
proporcionando una mejor dureza y resistencia a la
estructura, lo que puede ser necesario para cumplir
con condiciones de operación más difíciles o para
añadir nuevos módulos a la superestructura.
El reforzamiento de miembros se puede realizar por
arriba o abajo del nivel del mar, en miembros verticales,
horizontales y diagonales. El procedimiento de
preparación consiste en taladrar un pequeño agujero en
la base del miembro que se va a reforzar, en el cual se
ajusta un conector especial para la manguera de
entrada. En la parte superior del miembro se ajusta un
conector de salida, a través del cual fluirá el cemento
cuando el miembro esté lleno.
Este fue el caso de la estructura tipo jacket de la
Plataforma Habitacional Valhall, (PH) que se instaló
en 1979. En 2010 se realizaron operaciones
planificadas de modernización en la estructura tipo
jacket para incrementar el ELU y la resistencia a la
"ola de los cien años", la ola más alta prevista
estadísticamente para esa localidad. Para lograr
esto, se inyectó cemento en las cuatro piernas,
desde el nivel del mar hasta la cubierta de la
bodega.
El cemento usado en los trabajos de rehabilitación
estructural puede escogerse entre una variedad de
fórmulas diferentes dependiendo de las
circunstancias específicas del proyecto. La lechada
puede consistir de una mezcla de cemento,
agregados, súper plastificantes y aditivos contra el
desgaste.
FoundOcean llevó a cabo una prueba en tierra en
su Base de Servicios Costa Afuera en Livingston
para demostrar su procedimiento costa afuera
para mezclar y bombear cemento en grandes
volúmenes en contra de la gravedad, ya que las
piernas eran de 44.25 m de altura y cada una
requería 20 m3 de cemento.
En las instalaciones costa afuera, el cliente preparó
la plataforma para la cementación. Esto incluyó la
instalación del equipo para el manejo de la
manguera, la inspección de las piernas y el ajuste
de los conectores. FoundOcean trabajó desde una
embarcación de construcción para inyectar un
cemento a base de agregado en las piernas de la
plataforma. Este tipo de cemento se usó para
reducir el calor de hidratación*. Se hicieron cubos
de muestra para medir la resistencia del cemento a
las 24 horas, 3 días y 28 días.
Miembro de la estructura
tipo jacket cementado
para incrementar la
resistencia.
*
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El calor de hidratación es el calor generado por la reacción química que se
lleva a cabo cuando se añade agua al cemento. El calor provoca que el
cemento se expanda inicialmente para luego contraerse al enfriarse, lo que
puede provocar grietas en el cemento. La generación de calor excesivo es
el resultado de usar grandes volúmenes de mezcla con alto contenido de
cemento.
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OBJECTIVO DEL PROYECTO: BP CATS
Mar del norte
32m
Tipo de cemento
Grouted member clamp for
increased jacket strength.
ABRAZADERAS DE CEMENTO
ABRAZADERAS ESTRUCTURALES
La razón principal para que las estructuras costa afuera
necesiten reparaciones usando abrazaderas es el daño
causado por el impacto con embarcaciones o por
objetos que se dejan caer por la borda, típicamente
durante la instalación o actividades de la construcción
pesada. Las abrazaderas también se pueden requerir
para extender la vida de fatiga de las uniones de nodos
o de miembros estructurales.
Las abrazaderas con cemento se fabrican en dos o más
segmentos que se colocan alrededor del miembro. Más
tarde estos segmentos se unen y después de ajustar los
pernos, se inyecta cemento en el anillo entre la
abrazadera y el elemento tubular.
Algunas de las principales ventajas de las técnicas de
reparación con cemento incluyen:
•
Las imperfecciones normales de la
fabricación de la abrazadera son fácilmente
recubiertas por el cemento
•
Las tolerancias de revisión del miembro
existente son cubiertas por el cemento
•
•
Se puede restablecer fácilmente la
resistencia completa, y a veces de forma
adicional, de la sección dañada
2007
CATS, el ducto de 36" de 233 millas de longitud
que, en su momento, suplía el 12% del gas del
Reino Unido, tuvo que ser cerrado debido al
daño causado por una embarcación que
arrastraba su ancla sobre el lecho marino. Era
vital tener una respuesta rápida y un arreglo de
primera intención para restablecer el suministro.
La manga de acero para la reparación se
fabricó con dos medias cañas aseguradas con
uniones con pernos. El vacío entre la abrazadera
y el ducto se llenó con cemento para restablecer
completamente la integridad del ducto.
Se instalaron sellos en las bridas y los extremos de
la abrazadera para retener el cemento. La
abrazadera tenía tres entradas de cemento,
primaria, secundaria y terciaria, localizadas en la
parte inferior y a través de las cuales se pudo
bombear cemento hacia el anillo. Los puertos de
sobreflujo, cada uno equipado con un tubo
vertical de un metro, se situaron en la parte
superior de la abrazadera y era donde se podía
observar el retorno de cemento una vez que el
anillo estaba lleno.
La abrazadera de reparación se fijó con pernos
en su posición y se conectó la manguera de
cemento en la entrada primaria. Después de
cementar el anillo, se instalaron y cementaron
tres encofrados de tela por debajo del ducto
para darle soporte. La estructura del encofrado
se fabricó con un amplio colchón de base para
distribuir la carga aplicada al lecho marino.
Las abrazaderas para reparación estructural
pueden colocarse a cualquier profundidad
en la estructura tipo jacket
ABRAZADERAS PARA DUCTOS
Otro uso común de las abrazaderas de cemento es para
reparar ductos dañados. El diseño es similar, la abrazadera
se fabrica en dos o más segmentos que se unen usando
pernos antes de llenar el anillo con cemento.
A menudo, la sección reparada del ducto se apuntala
usando encofrados de tela para proporcionar un
soporte adicional debido al peso adicional de la
abrazadera de cemento.
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CEM1 42.5
Abrazadera de
reparación de
ductos
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ESTABILIZACIÓN DE LA ESTRUCTURA TIPO JACKET
Las estructuras submarinas pueden necesitar
procedimientos remediales si la erosión localizada
se convierte en un problema que comprometa la
estabilidad de la estructura.
Hasta cierto punto, cualquier objeto colocado en el
lecho marino altera el flujo de la corriente a su
alrededor. El flujo acelerado que se crea alrededor del
objeto tiene el potencial de causar el desplazamiento
rápido del sedimento marino, a menudo conocido
como erosión. Cuando es excesiva, la estabilidad de la
estructura y su vida de fatiga pueden estar en riesgo.
Usando los datos de la corriente y topográficos, los
ingenieros pueden evaluar si puede ocurrir, dónde y
cuándo. Las áreas afectadas con mayor frecuencia
son las extremidades de una estructura. En el caso de
cierto tipo de estructuras, esto puede ser debajo y
alrededor de las alfombras contra lodo instaladas.
Hay dos métodos comunes para rectificar la erosión:
•
Colocando rocas alrededor de la
estructura para llenar el vacío que la
erosión ha creado, y
•
Colocando encofrados de tela alrededor
y debajo de la estructura para llenar el
vacío y proporcionar soporte adicional.
OBJETIVO DEL PROYECTO: ESTABILIZACIÓN ESTRUCTURAS
TIPO JACKET
Mar del norte
22m
Tipo de cemento
CEM1 52.5
2012
FoundOcean completó un proyecto reciente
donde existía erosión localizada del lecho marino
y la carga hidrodinámica estaba causando que la
estructura tipo jacket se moviera alrededor de los
pilotes. Este movimiento se podía sentir en la
plataforma de acero y en la superestructura. Se
esperaba que el movimiento redujera la vida de la
estructura si no se rectificaba la erosión.
La estructura tipo jacket se instaló en 1990, y tiene
seis piernas principales y está fija al lecho marino
por un pilote que pasa a través de cada pierna de
las esquinas. La estructura tipo jacket estaba
asegurada a los pilotes por calzas de corona
soldadas en la parte superior de cada pierna de
las esquinas. Antes del trabajo de reparación, la
integridad estructural de la estructura tipo jacket
dependía de la calza de corona y las alfombras
contra lodo que descansan en el fondo marino.
Después de varios años en el campo, la
estructura tipo jacket ya no estaba soportada
por las alfombras contra lodo debido a la erosión
en cada una de las piernas. La solución fue una
reparación en dos etapas que involucraban la
cementación de encofrados de tela y del anillo
del pilote.
Primero se instaló y cementó un encofrado de
tela con forma de dona alrededor de cada
alfombra contra lodo. La bolsa de cemento
actuó como soporte para la alfombra contra
lodo y como sello de cemento para el anillo entre
la pierna y el pilote. Después de que se curó el
encofrado de tela, el vacío restante se llenó con
cemento para lograr una distribución equitativa
del peso.
Finalmente, se inyectó cemento dentro del anillo
entre la pierna y el pilote desde una elevación de
-22 m hasta -16 m para reforzar la conexión y
eliminar el movimiento de la estructura.
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OBJECTIVO DEL PROYECTO: CNR BAOBAB GAS PIPELINE
ENCOFRADOS DE TELA
Los encofrados de tela, también conocidos como bolsas
de cemento, se fabrican con un tejido de lana sintética
flexible y de alta resistencia que es permeable al agua,
pero no al cemento.
FoundOcean tiene una amplia trayectoria con bolsas
de cemento y ofrece una sola fuente para el diseño,
fabricación e instalación de todo tipo de encofrados
de alta calidad.
La aplicación más común de los encofrados de tela es
para dar soporte a tramos libres de ductos, que se
encuentran durante la fase de instalación o como
consecuencia de la erosión. Los encofrados de tela de
FoundOcean son una solución rentable y pueden
desplegarse por medio de un vehículo operado
remotamente (ROV) o con buzos.
FoundOcean ha completado cientos de proyectos de
corrección de tramos libres en todo el mundo y tiene el
récord del despliegue del encofrado de tela más
profundo, a una profundidad de 1244 m.
África Occidental
1,244m
Tipo de cemento
CEM I 52.5N
2008
El campo Baobab está a 55 millas de Costa de Marfil.
Un ducto de 6" corre desde la plataforma Flotante de
Producción, Almacenamiento y Descarga (FPSO) en
Baobab hacia la línea principal de exportación de gas
en África Occidental a lo largo de una barranca de
1244 m de profundidad.
Una revisión hecha con el ROV mostró dos espacios
inaceptables en el lecho del océano: uno era de 0.6 m
de altura en una pendiente de 13° y el otro era de 0.3
m de altura con una pendiente de 22°. Las pendientes
y la profundidad extrema hicieron que el proyecto
fuera desafiante. FoundOcean usó umbilicales de
cemento especializados que eran adecuados para
profundidades extremas y también reducía los
requerimientos de espacio en la cubierta para la gran
cantidad de manguera requerida para llevar a cabo
el proyecto.
Se desplegó el umbilical de cemento en el suelo de la
barranca, seguido del despliegue de patines y bolsas
de cemento. Le tomó una hora al cemento fluir por las
mangueras hasta cada una de las bolsas. Debido a la
pendiente del lecho marino, también se desplegaron
colchones de cemento para estabilizar cada uno de
los encofrados de tela.
Diagrama del lecho marino de
Baobab con la barranca a
1244m de profundidad
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OBJETIVO DEL PROYECTO: DUCTO DE HYUNDAI HEAVY
INDUSTRIES
Región
Profundidad
Tipo de cemento
Year
India
110 m a 186 m
ASTM Tipo I o II
2012
Hyundai Heavy Industries instaló un ducto de gas
de 28" desde la base de la Plataforma de Gas
Platong hasta las instalaciones de proceso en la
costa.
Durante la fase de diseño, se identificaron 102
tramos libres posibles a lo largo de la ruta, pero esto
no pudo ser confirmado sino hasta que el ducto fue
instalado e inspeccionado.
Finalmente, a lo largo de la ruta del ducto se
requirieron 26 bolsas de cemento instaladas con
buzos. Las bolsas se llenaron de acuerdo con los
procedimientos estándares de FoundOcean. Se
usaron diferentes tipos y tamaños de bolsas de
cemento en función del terreno, altura y longitud
del tramo libre.
BOLSAS PARA TUBOS J
En muchas situaciones los tubos J requieren soporte en
la base de una estructura tipo jacket, turbina eólica o
subestación. Las bolsas para tubo J se fabrican con un
tejido de lana sintética flexible y de alta resistencia que
es permeable al agua, pero no al cemento. Su
fabricación es rentable y se despliegan fácilmente por
medio del ROV o buzos. Se pueden usar varias bolsas
de cemento cuando más de un cable o ducto
requieren soporte.
FoundOcean ofrece una solución llave en mano para
el diseño y fabricación de bolsas para tubos J, así
como los servicios de instalación y cementación costa
afuera.
Bolsa de encofrado
de tela para
estabilizar un tubo J
de monopilote.
Las bolsas de cemento de base larga se diseñaron
con unas mangas de faldón de protección anti
erosión y se requirió llenarlas en etapas debido a
su volumen.
Bolsa de cemento de encofrado
de tela desplegada para
estabilizar un ducto rectificando
el tramo libre.
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Europa
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Medio Oriente Jebel Ali, Emiratos Árabes
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Acerca de FoundOcean
FoundOcean es la compañía de cementación más grande del mundo para
la construcción costa afuera, con cerca de 50 años de experiencia en la
cementación submarina para las empresas de construcción de petróleo y
gas y energías renovables.
FoundOcean también proporciona soluciones para prolongar la vida de
estructuras costa afuera, que incluyen servicios de inspección, reparación y
mantenimiento, productos para el control de crecimiento de vida marina,
bolsas de cemento para encofrados de tela y servicios de soporte y
protección de ductos y cables.
Es por eso que, para los contratistas de instalaciones costa afuera,
FoundOcean es el subcontratista a elegir para reducir los riesgos de sus
proyectos.
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