Un ducto submarino (también conocido como ducto marino , submarino o offshore ) es un ducto que se tiende sobre el fondo marino o debajo de él dentro de una zanja. [1] [2] En algunos casos, el oleoducto se encuentra principalmente en tierra, pero en algunos lugares cruza extensiones de agua, como pequeños mares, estrechos y ríos. [3] Los oleoductos submarinos se utilizan principalmente para transportar petróleo o gas, pero el transporte de agua también es importante. [3] A veces se hace una distinción entre una línea de flujo y una tubería. [1] [3] [4] El primero es un oleoducto dentro del campo , en el sentido de que se utiliza para conectar bocas de pozo submarinas , colectores y la plataforma dentro de un campo de desarrollo particular. Este último, a veces denominado oleoducto de exportación , se utiliza para llevar el recurso a la costa. [1] Los proyectos de construcción de oleoductos de gran tamaño deben tener en cuenta muchos factores, como la ecología marina, los riesgos geológicos y la carga ambiental; a menudo son llevados a cabo por equipos multidisciplinarios e internacionales. [1]
Una de las primeras y más críticas tareas en un ejercicio de planificación de un oleoducto submarino es la selección de la ruta. [5] Esta selección debe considerar una variedad de cuestiones, algunas de naturaleza política, pero la mayoría de las otras tienen que ver con riesgos geológicos , factores físicos a lo largo de la ruta prospectiva y otros usos del fondo marino en el área considerada. [5] [6] Esta tarea comienza con un ejercicio de investigación, que es un estudio documental estándar que incluye un estudio de mapas geológicos , batimetría , cartas de pesca, fotografías aéreas y satelitales , así como información de las autoridades de navegación. [5] [6]
El principal factor físico a considerar en la construcción de tuberías submarinas es el estado del fondo marino, ya sea liso ( es decir , relativamente plano) o desigual (corrugado, con puntos altos y bajos). Si es desnivel, la tubería incluirá tramos libres cuando conecte dos puntos altos, quedando el tramo intermedio sin sustentar. [2] [7] Si una sección sin soporte es demasiado larga, la tensión de flexión ejercida sobre ella (debido a su peso) puede ser excesiva. La vibración de los vórtices inducidos por la corriente también puede convertirse en un problema. [7] [8] Las medidas correctivas para tramos de tuberías sin soporte incluyen la nivelación del fondo marino y el soporte posterior a la instalación, como bermas o relleno de arena debajo de la tubería. La resistencia del fondo marino es otro parámetro importante. Si el suelo no es lo suficientemente fuerte, la tubería puede hundirse en él hasta tal punto que la inspección, los procedimientos de mantenimiento y las posibles conexiones resulten difíciles de llevar a cabo. En el otro extremo, es costoso excavar un lecho marino rocoso y, en los puntos altos, puede ocurrir abrasión y daño del revestimiento externo de la tubería. [7] [8] Idealmente, el suelo debería ser tal que permita que la tubería se asiente en él hasta cierto punto, proporcionándole así cierta estabilidad lateral. [7]
Otros factores físicos que se deben tener en cuenta antes de construir una tubería incluyen los siguientes: [2] [7] [8] [9] [10] [11]
La planificación adecuada de la ruta de un oleoducto debe tener en cuenta una amplia gama de actividades humanas que utilizan el fondo marino a lo largo de la ruta propuesta, o que es probable que lo hagan en el futuro. Incluyen lo siguiente: [2] [8] [13]
Las tuberías submarinas generalmente varían en diámetro desde 3 pulgadas (76 mm) para líneas de gas hasta 72 pulgadas (1800 mm) para líneas de alta capacidad. [1] [2] Los espesores de pared suelen oscilar entre 10 milímetros (0,39 pulgadas) y 75 milímetros (3,0 pulgadas). La tubería puede diseñarse para fluidos a alta temperatura y presión. Las paredes están hechas de acero de alto límite elástico, 350-500 MPa (50.000-70.000 psi), siendo la soldabilidad uno de los principales criterios de selección. [2] La estructura suele estar protegida contra la corrosión externa mediante recubrimientos como bitumásticos o epoxi , complementados con protección catódica con ánodos de sacrificio . [2] [14] La envoltura de hormigón o fibra de vidrio proporciona mayor protección contra la abrasión. La adición de un revestimiento de hormigón también es útil para compensar la flotabilidad positiva de la tubería cuando transporta sustancias de menor densidad. [2] [15]
La pared interior del ducto no está revestida para servicio petrolero. Pero cuando lleva agua de mar o sustancias corrosivas, se puede recubrir con epoxi , poliuretano o polietileno ; también puede estar revestido de cemento. [2] [14] En la industria petrolera, donde las fugas son inaceptables y las tuberías están sujetas a presiones internas típicamente del orden de 10 MPa (1500 psi), los segmentos se unen mediante soldaduras de penetración total. [2] [14] También se utilizan juntas mecánicas. Un cerdo es un dispositivo estándar en el transporte por tuberías , ya sea en tierra o en alta mar. Se utiliza para probar la presión hidrostática , comprobar si hay abolladuras y arrugas en las paredes laterales dentro de la tubería y para realizar limpiezas periódicas y reparaciones menores. [1] [2]
La construcción de tuberías implica dos procedimientos: ensamblar muchos segmentos de tubería en una línea completa e instalar esa línea a lo largo de la ruta deseada. Se pueden utilizar varios sistemas; para una tubería submarina, la elección a favor de cualquiera de ellos se basa en los siguientes factores: condiciones físicas y ambientales ( por ejemplo , corrientes, régimen de olas), disponibilidad de equipos y costos, profundidad del agua, longitud de la tubería. y diámetro, limitaciones ligadas a la presencia de otras líneas y estructuras a lo largo del recorrido. [2] Estos sistemas generalmente se dividen en cuatro categorías amplias: tracción/remolque , S-lay , J-lay y reel-lay . [16] [17] [18] [19]
En el sistema de tracción/remolque, la tubería submarina se ensambla en tierra y luego se remolca hasta su ubicación. El montaje se realiza en paralelo o perpendicular a la costa; en el primer caso, se puede construir la línea completa antes del remolque y la instalación. [20] Una ventaja significativa del sistema de tracción/remolque es que las pruebas previas y la inspección de la línea se realizan en tierra, no en el mar. [20] Permite manejar líneas de cualquier tamaño y complejidad. [18] [21] En cuanto a los procedimientos de remolque, se pueden utilizar varias configuraciones, que se pueden clasificar de la siguiente manera: remolque en superficie, remolque cerca de la superficie, remolque a media profundidad y remolque fuera del fondo. [22]
En el sistema S-lay, el montaje de la tubería se realiza en el sitio de instalación, a bordo de una embarcación que cuenta con todos los equipos necesarios para la unión de los segmentos de tubería: transportadores de manipulación de tuberías, estaciones de soldadura, equipo de rayos X, módulo de recubrimiento de juntas, etc. [25] La notación S se refiere a la forma de la tubería tal como se coloca en el fondo del mar. La tubería sale del barco por la popa o la proa desde una estructura de soporte llamada aguijón que guía el movimiento descendente de la tubería y controla la curva convexa hacia arriba (la sobrecurvatura ). A medida que continúa hacia el fondo marino, la tubería tiene una curva convexa hacia abajo (la curvatura hundida ) antes de entrar en contacto con el fondo marino ( punto de aterrizaje ). La curvatura en hundimiento se controla mediante una tensión aplicada desde el recipiente (a través de tensores ) en respuesta al peso sumergido de la tubería. La configuración de la tubería se controla para que no se dañe por una flexión excesiva. [25] Este método de montaje de tuberías in situ, conocido como construcción de barcazas de tendido , es conocido por su versatilidad y naturaleza autónoma: a pesar de los altos costos asociados con el despliegue de este buque, es eficiente y requiere relativamente poco apoyo externo. [26] Pero es posible que tenga que lidiar con estados del mar severos, que afectan negativamente operaciones como el traslado de tuberías desde los barcos de suministro, el manejo de anclas y la soldadura de tuberías. [25] Los desarrollos recientes en el diseño de barcazas de colocación incluyen el posicionamiento dinámico y el sistema J-lay. [25] [27]
En áreas donde el agua es muy profunda, el sistema S-lay puede no ser apropiado porque la tubería sale del aguijón para ir casi hacia abajo. Para evitar una flexión pronunciada en el extremo de la tubería y mitigar una flexión excesiva, la tensión en la tubería tendría que ser alta. [28] Hacerlo interferiría con el posicionamiento del buque y el tensor podría dañar la tubería. Se podría utilizar un aguijón especialmente largo, pero esto también es objetable, ya que dicha estructura se vería afectada negativamente por los vientos y las corrientes. [28] El sistema J-lay, una de las últimas generaciones de barcazas de tendido, es más adecuado para entornos de aguas profundas. En este sistema, la tubería sale del buque por una rampa (o torre) casi vertical. No hay ninguna curvatura excesiva, sólo una curvatura hundida de naturaleza catenaria (de ahí la notación J ), de modo que se puede reducir la tensión. La tubería también está menos expuesta a la acción de las olas cuando ingresa al agua. [29] Sin embargo, a diferencia del sistema S-lay, donde la soldadura de tuberías se puede realizar simultáneamente en varios lugares a lo largo de la cubierta del barco, el sistema J-lay solo puede acomodar una estación de soldadura. Se utilizan métodos avanzados de soldadura automática para compensar este inconveniente. [30]
En el sistema de tendido de carretes, la tubería se ensambla en tierra y se enrolla en un tambor grande que generalmente mide aproximadamente 20 metros (66 pies) x 6 metros (20 pies), [31] montado a bordo de una embarcación especialmente construida. Luego el buque se dirige al lugar para tender la tubería. Las instalaciones en tierra para ensamblar el oleoducto tienen ventajas inherentes: no se ven afectadas por el clima ni el estado del mar y son menos costosas que las operaciones marítimas. [21] El suministro de tuberías se puede coordinar: mientras una línea se tiende en el mar, otra se puede enrollar en tierra. [32] Un solo carrete puede tener suficiente capacidad para una línea de flujo de longitud completa. [32] Sin embargo, el sistema de colocación de carretes solo puede manejar tuberías de menor diámetro, hasta aproximadamente 400 mm (16 pulgadas). [33] Además, el tipo de acero que compone los tubos debe poder sufrir la cantidad requerida de deformación plástica, ya que se dobla hasta alcanzar la curvatura adecuada (mediante un tubo en forma de J en espiral) cuando se enrolla alrededor del tambor y se endereza hacia atrás (mediante un tubo en forma de J en espiral). una plancha) durante las operaciones de colocación en el lugar de instalación. [34]
Se utilizan varios métodos para estabilizar y proteger tuberías submarinas y sus componentes. Estos pueden usarse solos o en combinaciones. [35]
Se puede tender una tubería submarina dentro de una zanja como medio para protegerla contra los aparejos de pesca ( por ejemplo, anclas ) y la actividad de arrastre . [36] [37] Esto también puede ser necesario en accesos a la costa para proteger la tubería contra las corrientes y la acción de las olas (cuando cruza la zona de oleaje ). La excavación de zanjas se puede realizar antes de la instalación de la tubería (zanjeo previo a la instalación ) o después mediante la remoción del lecho marino debajo de la tubería ( zanjeo posterior a la instalación ). En el último caso, el dispositivo de excavación de zanjas se monta encima de la tubería o se extiende a ambos lados de ella. [36] [37] Se utilizan varios sistemas para cavar zanjas en el fondo marino para tuberías submarinas:
″Una tubería enterrada está mucho mejor protegida que una tubería en una zanja abierta.″ [41] Esto comúnmente se hace cubriendo la estructura con rocas extraídas de una costa cercana. Alternativamente, el suelo excavado del fondo marino durante la excavación de zanjas se puede utilizar como relleno. Un inconveniente importante del enterramiento es la dificultad para localizar una fuga en caso de que surja, y para las operaciones de reparación subsiguientes. [42]
Los colchones se pueden colocar sobre la tubería, o tanto debajo como encima, dependiendo del sustrato. [35]
Se pueden utilizar abrazaderas que sujetan la tubería a los pilotes para evitar el movimiento lateral. [35]
Se pueden utilizar bloques de silla de hormigón prefabricados para proporcionar soporte lateral y sujetar la tubería con mayor firmeza. [35]
Estos pueden empacarse a los lados o debajo de una tubería para proporcionar soporte vertical y/o lateral. [35]
Se puede verter grava sobre partes de una tubería para reducir la socavación y ayudar a estabilizarla contra el movimiento lateral. [35]
El Convenio de Espoo creó ciertos requisitos para la notificación y consulta cuando un proyecto pueda tener efectos ambientales transfronterizos. Los académicos están divididos sobre cuán eficaz es Espoo para mitigar el daño ambiental. Los conceptos del Derecho del Mar involucrados en la construcción de oleoductos transfronterizos se refieren a aguas territoriales, plataformas continentales , zonas económicas exclusivas , libertad de alta mar y protección del medio ambiente. Según el derecho internacional, la alta mar está abierta a todos los estados para instalar tuberías submarinas y otros tipos de construcción. [43]
Las tuberías submarinas representan un riesgo ambiental porque las propias tuberías pueden resultar dañadas por las anclas de los barcos, la corrosión, la actividad tectónica o como resultado de una construcción y materiales defectuosos. Stanislav Patin afirmó que los estudios sobre los efectos del gas natural en los ecosistemas submarinos, los peces y otros organismos marinos son limitados. Los investigadores encontraron una relación causa-efecto entre la mortalidad masiva de peces y las fugas de gas natural después de accidentes de perforación en el Mar de Azov en 1982 y 1985. [43]
En numerosas ocasiones se han planteado preocupaciones sobre los riesgos medioambientales de las tuberías submarinas. Ha habido al menos dos incidentes graves relacionados con oleoductos en la plataforma continental del Reino Unido . También ha habido varios "derrames menores y fugas de gas" que involucran a otros oleoductos del Mar del Norte. En 1980, el ancla de un barco dañó una tubería y en 1986 una válvula de la tubería falló debido a un cambio de presión. Ambos incidentes resultaron en derrames de petróleo. Varios países bálticos expresaron su preocupación por el gasoducto Nord Stream . El recorrido del oleoducto submarino de 1.200 kilómetros atravesaría zonas de pesca del mar Báltico , así como zonas donde se habían descartado armas químicas de la Segunda Guerra Mundial . [43]