Elevació en catenària d'acer

Una elevació en catenària d'acer (en anglés, "steel catenary riser" o SCR) és una secció de canonada especial dissenyada per a conectar un oleoducte submarí a una plataforma de producció de petròleu fixa o flotant en aigües profundes. S'utilisen per a transferir decorreguts com a petròleu, gas o aigua d'injecció entre les plataformes i les conducció per canonada.

Descripció

En l'indústria d'extracció de petròleu mar adins, la paraula catenària s'usa com a adjectiu o sustantiu en un significat més ampli que la seua accepció històrica en matemàtiques. Una canonada d'acer que presenta una rigidea a la flexión considerable es descriu com una catenària. Açò es deu a que quan es tracta de grans profunditats oceàniques, la rigidea a la flexión d'una canonada té poc efecte sobre la forma del tram de conexió suspés, controlada principalment pel pes, la flotabilitat i les forces hidrodinàmicas degudes a les corrents i l'onage, i s'aproxima prou be per mig de l'equació d'una catenària adaptada. De manera aproximada, a pesar d'usar-se canonades rígides d'acer convencionals, la forma del tram d'elevació també pot aproximar-se en l'us de les equacions ideals d'una catenària, quan és acceptable alguna pèrdua adicional de precisió. Estes equacions s'han utilisat històricament per a descriure la forma d'una cadena suspesa entre dos punts en l'espai. Una catenària ideal, per definició, presenta una rigidea a la flexión nula i els seus esclavons són infinitesimalmente curts.

Els trams d'elevació de catenària d'acer varen ser inventats pel Dr. Carl G. Langner, qui va descriure un tram de conexió equipat en una junta flexible utilisada per a absorbir les deflexiones angulars de la zona unida en la plataforma, desplaçades per les corrents i les ones, i és habitual utilisar trams de canonada llarcs (de mils de peus, centenars de metros) sense soport. Estan involucrats en una dinàmica complexa, afectada per factors hidrodinàmics, inclosos la vibració induïda per vórtices, i la física de les interaccions de les canonades en el llit marí, que exigixen una gran resistència als materials utilisats per a construir la canonada. El Dr. Langner havia portat a terme anys de treball analític i de disseny ans que es presentara una solicitut per al seu palés nortamericà. Eixe treball va començar abans de 1969 i es va reflectir en els documents interns de Shell, que són confidencials, pero es va emetre una palesa sobre un disseny primerenc. Estos efectes es controlen predominantment en l'us de dispositius conectats a la canonada, com per eixemple, els dispositius de supressió de vibracions a pur de terminacions superficials helicoidals o carenadas que reduïxen considerablement l'amplitut de les vibracions. El desenroll de programes d'ingenieria de predicció de vibracions, com per eixemple el programa SHEAR7, és un procés continu que es va originar en la cooperació entre MIT i Shell Exploration & Production. en paralel al desenroll del concepte SCR, tenint en conte el desenroll SCR.

El tubo rígit de la conexió forma una catenària entre el seu punt de suspensió en la plataforma flotant o rígida i el fondo de l'mar. Un tram de canonada que penja lliurement assumix una forma més o menys similar a la lletra 'J'. Una catenària d'un elevador d'acer d'ones llentes consta d'a lo manco tres segments. La part superior i els segments del fondo marí de la catenària tenen un pes sumergit negatiu i les seues curvatura es "abulten" cap al fondo marí. El segment mig té un material flotant adherit en tota la seua llongitut, de modo que el conjunt de la canonada d'acer i la flotabilitat són positivament flotants. En conseqüència, la curvatura del segment flotant es "abulta" cap a dalt (catenària invertida), i la seua forma també es pot aproximar be en les mateixes equacions de les catenàrias rígides o ideals. Els segments en flotació positiva i negativa són tangentes entre sí en els punts a on s'unixen. La forma de general de la catenària per a ones estacionarias presenta punts d'inflexió en eixes ubicacions. Estos sistemes es varen instalar per primera volta en una torre de perforació ancorada en alta mar en Brasil (BC-10, Shell) en 2009, a pesar de que els elevadors flexibles de configuració de "ona llenta" s'havien utilisat àmpliament durant vàries décades abans.

La seua aplicació més profunda es troba actualment en la plataforma marina (Shell) conectada a la torre dels Stones, que està amarrada a una profunditat d'aigua de en el Golf de Mèxic. La torreta Stones FPSO conta en una boya desconectable, de modo que l'embarcació en la tripulació pot desconectar-se de la boya que soporta els trams de conexió i traslladar-se a un refugi adequat abans de l'arribada d'un huracà.

La canonada de conexió i un segment curt de canonada que es troba en el llit marí utilisen canonada 'dinàmica', és dir, canonada d'acer que té una gruixa de paret llaugerament major que la gruixa de paret de la canonada normal, per a soportar la flexión dinàmica i la fatiga associada en la zona de pren de contacte. Més allà d'això, generalment s'estén per mig d'una canonada rígida, pero també és factible l'us d'una canonada flexible.

Els tubos dels trams d'elevació són típicament de de diàmetro i operen a una pressió de convertir . Dissenys més allà d'estos rancs de tamanys de canonada i pressions operatives també són factibles.

Els trams de conexió colgantes varen ser utilisats per primera volta per Shell en la Auger (TLP) en 1994, ancorada en una zona oceànica de 872 m de profunditat. Demostrar a Shell que el concepte era tècnicament sòlit per al seu us en este tipo de plataformes va ser un guany important de Carl G. Langner.

La nova tècnica va supondre un bot tecnològic. L'acceptació del concepte per tota l'indústria d'extracció d'hidrocarburs mar adins es va produir en relativa rapidea, i des de llavors s'han amprat de manera fiable en camps de petròleu i gas per tot lo món des de la seua primera instalació en Auger.