Las estructuras de hormigón para alta mar , o estructuras offshore de hormigón , son estructuras construidas con hormigón armado para su uso en el entorno marino de alta mar. Cumplen la misma función que sus homólogas de acero en la producción y el almacenamiento de petróleo y gas. La primera plataforma petrolífera de hormigón fue instalada en el Mar del Norte en el yacimiento petrolífero de Ekofisk en 1973 por Phillips Petroleum , y se han convertido en una parte importante de la industria de la construcción marina . Desde entonces, se han construido al menos 47 importantes estructuras offshore de hormigón.
Las estructuras de hormigón para aplicaciones marinas se utilizan principalmente en la industria petrolera como unidades de perforación, extracción o almacenamiento de petróleo crudo o gas natural. Estas grandes estructuras albergan maquinaria y equipos utilizados para perforar o extraer petróleo y gas. [1] Las estructuras de hormigón para aplicaciones marinas no se limitan a la industria del petróleo y el gas; varios estudios conceptuales han demostrado que las estructuras de soporte de hormigón para turbinas eólicas marinas pueden ser competitivas en comparación con las estructuras de acero más comunes, especialmente para mayores profundidades de agua.
Dependiendo de las circunstancias, las plataformas pueden estar unidas al fondo del océano, consistir en una isla artificial o ser flotantes. En general, las estructuras de hormigón en alta mar se clasifican en fijas y flotantes. Las estructuras fijas se construyen principalmente como estructuras de hormigón basadas en la gravedad (CGS, también denominadas tipo cajón), donde las cargas se ejercen directamente sobre las capas superiores como presión del suelo. El cajón proporciona flotabilidad durante la construcción y el remolque y también actúa como estructura de cimentación en la fase de operación. Además, el cajón podría utilizarse como volumen de almacenamiento de petróleo u otros líquidos. [1] Las unidades flotantes pueden mantenerse en posición mediante cables o cadenas anclados en un patrón de amarre extendido. Debido a la baja rigidez de estos sistemas, la frecuencia natural es baja y la estructura puede moverse con los seis grados de libertad. Las unidades flotantes sirven como unidades de producción, unidades de almacenamiento y descarga (FSO) o para petróleo crudo o como terminales para gas natural licuado (GNL). Un desarrollo más reciente son las estructuras submarinas de hormigón. [1]
Las estructuras de hormigón para plataformas marinas son muy duraderas, están construidas con materiales que requieren poco mantenimiento, son adecuadas para entornos hostiles o árticos (como regiones heladas y sísmicas), [1] pueden soportar superficies pesadas, pueden estar diseñadas para proporcionar capacidad de almacenamiento, pueden ser adecuadas para terrenos blandos y son económicas para profundidades de agua superiores a 150 m. La mayoría de las plataformas de tipo gravitacional no necesitan fijación adicional debido a las grandes dimensiones de sus cimientos y su peso extremadamente alto. [1]
Desde la década de 1970, se han desarrollado varios diseños de plataformas fijas de hormigón. La mayoría de los diseños tienen en común un cajón de base (normalmente para el almacenamiento de petróleo) y pozos que penetran en la superficie del agua para transportar la parte superior. En los pozos se colocan normalmente sistemas de servicios para descarga, perforación, extracción y lastrado. [ cita requerida ]
Las plataformas marinas de hormigón del tipo de base gravitacional se construyen casi siempre en posición vertical, lo que permite la instalación de vigas de cubierta y equipos en tierra y el posterior transporte de toda la estructura al lugar de instalación.
Los diseños de hormigón más comunes son: [ cita requerida ]
Condeep se refiere a una estructura de base gravitacional para plataformas petrolíferas inventada por Olav Mo [2] y fabricada por contratistas noruegos en Noruega. Condeep generalmente consiste en una base de tanques de almacenamiento de petróleo de hormigón de los cuales se elevan uno, tres o cuatro pozos de hormigón. El Condeep original siempre descansa sobre el fondo del mar, y los pozos se elevan a unos 30 m sobre el nivel del mar. La cubierta de la plataforma en sí no es parte de la construcción. Las plataformas Condeep Brent B (1975) y Brent D (1976) fueron diseñadas para una profundidad de agua de 142 m en el campo petrolífero Brent operado por Shell . Su masa principal está representada por el tanque de almacenamiento (aproximadamente 100 m de diámetro y 56 m de alto, que consta de 19 compartimentos cilíndricos con 20 m de diámetro). Tres de las celdas se extienden en pozos que se estrechan en la superficie y llevan una cubierta de acero. Los tanques sirven como almacenamiento de petróleo crudo en la fase de operación. Durante la instalación, estos tanques se han utilizado como compartimento de lastre. Entre las plataformas más grandes del tipo Condeep se encuentran la plataforma Troll A y la Gullfaks C. La Troll A se construyó en cuatro años y se desplegó en 1995 para producir gas del yacimiento petrolífero de Troll , que fue desarrollado por Norske Shell y que desde 1996 es operado por Statoil . [3] En un artículo aparte se ofrece una descripción detallada de las plataformas Condeep .
Las estructuras de base gravitacional de hormigón (CGBS, por sus siglas en inglés) son un desarrollo posterior de las plataformas de perforación/producción Condeep de primera generación instaladas en el Mar del Norte entre fines de los años 70 y mediados de los 90. Las CGBS no tienen instalaciones de almacenamiento de petróleo y las instalaciones en la superficie se realizarán en el campo mediante un método de acoplamiento por flotación. Los proyectos actuales [ ¿cuándo? ] o más recientes son: [ cita requerida ]
La primera plataforma de gravedad de hormigón en el Mar del Norte fue una plataforma CG Doris, el Ekofisk Tank, en aguas noruegas. La estructura tiene una forma similar a la de una isla marina y está rodeada por un muro rompeolas perforado (patente Jarlan). La propuesta original del grupo francés CG DORIS (Compagnie General pour les Developments Operationelles des Richesses Sous-Marines) de una estructura de "isla" de hormigón pretensado y postensado fue adoptada por razones de costo y operativas. DORIS fue el contratista general responsable del diseño estructural: el diseño de hormigón fue preparado y supervisado en nombre de DORIS por Europe-Etudes. Otros ejemplos de los diseños de CG DORIS son las plataformas Frigg, la Plataforma Central Ninian y las plataformas Schwedeneck. [ cita requerida ] El diseño generalmente consiste en un cajón de gran volumen basado en el fondo marino que se fusiona con una estructura monolítica, que ofrece la base para la cubierta. El único soporte principal está rodeado por un muro rompeolas exterior perforado con los llamados agujeros Jarlan. Este muro está destinado a romper las olas, reduciendo así sus fuerzas.
Este diseño es bastante similar al tipo Condeep . [ cita requerida ]
Para lograr su objetivo y extraer petróleo en los cinco años siguientes al descubrimiento del yacimiento de Brent, Shell dividió la construcción de cuatro plataformas marinas. Redpath Dorman Long en Methil en Fife, Escocia, para obtener Brent A, las dos Condeeps de hormigón B y D se construirían en Noruega por Norwegian Contractors (NC) de Stavanger, y C (también de hormigón) se construiría por McAlpine en Ardyne Point en el Clyde (que se conoce como el diseño ANDOC (Anglo Dutch Offshore Concrete)). El diseño ANDOC puede considerarse como el intento de la industria de la construcción británica de competir con Noruega en este sector. McAlpine construyó tres plataformas de hormigón para la industria petrolera del Mar del Norte en Ardyne Point. El tipo ANDOC es muy similar al diseño Sea Tank, pero las cuatro patas de hormigón terminan y las patas de acero toman el relevo para sostener la cubierta.
El concepto de subestructura de gravedad de hormigón (CGS) de construcción en seco de Arup fue desarrollado originalmente por Arup en 1989 para Ravenspurn North de Hamilton Brothers. Las CGS de Arup están diseñadas para ser fáciles de instalar y son completamente desmontables. La simplicidad y la repetición de elementos estructurales de hormigón, las bajas densidades de refuerzo y pretensado, así como el uso de hormigón de densidad normal, dan lugar a costes de construcción económicos. La técnica de instalación inclinada es típica de las CGS de Arup. Esta técnica ayuda a maximizar la economía y proporciona una metodología de emplazamiento robusta en alta mar. Otros proyectos han sido el proyecto Malampaya en Filipinas y el desarrollo del campo completo de Wandoo en la plataforma noroeste de Australia Occidental.
Como el hormigón es bastante resistente a la corrosión del agua salada y mantiene bajos los costos de mantenimiento, las estructuras flotantes de hormigón se han vuelto cada vez más atractivas para la industria del petróleo y el gas en las últimas dos décadas. Las estructuras flotantes temporales, como las plataformas Condeep , flotan durante la construcción, pero se remolcan y finalmente se lastran hasta que se asientan en el fondo del mar. Las estructuras flotantes permanentes de hormigón tienen varios usos, incluido el descubrimiento de depósitos de petróleo y gas, en la producción de petróleo y gas, como unidades de almacenamiento y descarga y en sistemas de elevación pesada.
Los diseños más comunes de estructuras flotantes de hormigón son el diseño de barcazas o barcos, el diseño de plataformas (semisumergibles, TLP), así como las terminales flotantes, por ejemplo, para GNL.
Los sistemas flotantes de producción, almacenamiento y descarga (FPSOS, por sus siglas en inglés) reciben petróleo crudo de pozos en aguas profundas y lo almacenan en sus tanques hasta que el crudo se transfiere a buques cisterna o barcazas de transporte. Además de los FPSO, se han utilizado varios sistemas flotantes de almacenamiento y descarga (FSO, por sus siglas en inglés) con forma de barco (embarcaciones sin equipo de procesamiento de producción) en estas mismas áreas para respaldar los desarrollos de petróleo y gas. Un FSO se utiliza típicamente como unidad de almacenamiento en lugares remotos, lejos de oleoductos u otras infraestructuras.
Las estructuras marinas semisumergibles normalmente solo se pueden mover mediante remolque. Las plataformas semisumergibles tienen la característica principal de permanecer en una posición sustancialmente estable, presentando pequeños movimientos cuando experimentan fuerzas ambientales como el viento, las olas y las corrientes. Las plataformas semisumergibles tienen pontones y columnas, típicamente dos pontones paralelos espaciados entre sí con columnas flotantes que sobresalen de esos pontones para sostener una cubierta. Algunas de las embarcaciones semisumergibles solo tienen un solo cajón o columna, generalmente denominado boya, mientras que otras utilizan tres o más columnas extendidas hacia arriba desde pontones flotantes. Para las actividades que requieren una plataforma marina estable, la embarcación se lastra para que los pontones queden sumergidos y solo las columnas flotantes perforen la superficie del agua, lo que le da a la embarcación una flotabilidad sustancial con un área de plano de flotación pequeña. La única semisumergible de hormigón que existe [ ¿cuándo? ] es Troll B. [ cita requerida ]
Una plataforma con patas de tensión es una plataforma flotante que se mantiene en su lugar mediante un sistema de amarre. El amarre de las plataformas con patas de tensión es diferente a los sistemas de amarre convencionales con cadenas o cables. La plataforma se mantiene en su lugar mediante grandes tendones de acero fijados al fondo marino. Esos tendones se mantienen en tensión gracias a la flotabilidad del casco. La plataforma Heidrun TLP de Statoil es la única con un casco de hormigón; todas las demás plataformas con patas de tensión tienen cascos de acero.
Los sistemas FPSO o FSO suelen tener forma de barcaza o barco y almacenan petróleo crudo en tanques ubicados en el casco del buque. Sus estructuras de torreta están diseñadas para anclar el buque, permitir la “veleta” de las unidades para adaptarse a las condiciones ambientales, permitir el flujo constante de petróleo y fluidos de producción desde el buque hasta el yacimiento submarino, todo ello al mismo tiempo que es una estructura capaz de desconectarse rápidamente en caso de emergencia.
La primera barcaza de hormigón pretensado fue diseñada a principios de los años 70 como barcaza de almacenamiento de GLP ( gas licuado de petróleo ) en el yacimiento de Ardjuna (Indonesia). Esta barcaza está construida de hormigón armado y pretensado y contiene tanques cilíndricos que tienen cada uno una sección transversal perpendicular a sus ejes longitudinales que comprende una parte curva preferentemente circular correspondiente al fondo.
La siguiente tabla resume las principales [ ¿según quién? ] [ aclaración necesaria ] estructuras de hormigón offshore existentes.
