Compensación de heave para tubería flexible:
Mantener la ventana de tensión
La tubería flexible sin riser puede condicionar la operación. En este ejemplo de cálculo, una sarta de 2⅜ pulgadas y 400 m de longitud tiene una fuerza de fluencia axial de 522 kN y puede pandear si pierde tensión efectiva. Por ello, debe mantenerse dentro de una ventana de tensión definida mientras se mueve el buque.
Por qué una sarta de tubería flexible sin riser debe mantenerse dentro de una ventana de tensión definida, qué predice el caso calculado sin compensación, cómo cambia el punto de trabajo cuando se atasca la tubería y cómo se establece la envolvente de un proyecto.
Por Tord Martinsen, director general · · Revisado en · Lectura de 5 min
La sarta es el elemento vulnerable que gobierna el caso
Una sarta de 400 m de tubería de 2⅜″ × 0.190″, de clase CT-90, tiene una rigidez axial de EA ≈ 174 MN. A lo largo de esa longitud, equivale a 435 kN de tensión por metro de alargamiento, por lo que ±1.5 m de movimiento relativo sin compensación exigen a la sarta ±650 kN, por encima de su límite de fluencia de 522 kN en una sola ola.
Qué ocurre sin compensación
Si la plataforma del inyector se suspende rígidamente con Hs 3.0 m / Tp 9.0 s, la sarta recibe todo el movimiento del buque. El mar le exige 1,308 kN frente a una fuerza de fluencia de 522 kN, y la sarta se rompe unos quince segundos después del inicio de la operación. En doce realizaciones de oleaje de ese estado de mar, la suspensión rígida rompe la sarta en todas ellas, entre 8.7 s y 32.5 s.
El ejemplo de cálculo en vídeo: la ventana de tensión, la sobretracción con la tubería atascada y el frenado tras la rotura de la sarta, renderizados fotograma a fotograma a partir de la simulación en CONSTELLATION.
Qué debe hacer el compensador
Con un ANTARES de 125 t / 5.5 m a su carga de gas más flexible, el mismo oleaje hace variar la tensión entre 93–146 kN alrededor de un punto de ajuste de 118 kN (aproximadamente ±29 kN), con ningún episodio de destensado, mientras la unidad absorbe 4.5 m de movimiento relativo.
La clave es la rigidez, no la fuerza: un resorte de gas suficientemente flexible para que un metro de movimiento del buque apenas cambie la presión, conectado en serie con una sarta de rigidez de 435 kN/m. El elemento flexible absorbe el movimiento y la sarta mantiene su tensión.
Tubería atascada: la misma unidad, otro punto de trabajo
Cuando la tubería se atasca, la fuerza de recuperación debe aumentar sin que la sarta alcance la fluencia ni se destense. En este ejemplo de cálculo, una unidad de compensación pasiva adaptativa de heave reajusta in situ su punto de trabajo del gas: la sarta soporta entonces una fuerza de recuperación de 418 kN (la línea de trabajo indicada del 80 %). Los picos debidos al oleaje superan esa línea y alcanzan el 89 % de la fuerza de fluencia modelada (unos 465 kN), aún por debajo de la fluencia, y no se produce ningún episodio de destensado en las doce realizaciones. La configuración necesaria depende del caso.
La rotura de la sarta y por qué importa el extremo de la carrera
El accidente que más preocupa al sector es la rotura de la sarta durante la sobretracción máxima. Unos 418 kN de tensión desaparecen de golpe y la plataforma sale impulsada hacia arriba: 3.2 m en aproximadamente un segundo en la realización mostrada.
| Frenado tras la rotura de la sarta | Mostrado | Peor de 12 | Límite |
|---|---|---|---|
| Contacto con el tope rígido | ninguno | ninguno | ninguno |
| Velocidad de impacto contra el tope rígido | no se alcanza | no se alcanza | ≤ 0.5 m/s si se alcanza |
| Desaceleración máxima | 2.1 g | 3.7 g | 5.0 g |
| Pico en la línea principal de izado | 0.61 × SWL | 0.90 × SWL | 1.00 × |
El compensador debe amortiguar el final de su propia retracción. Con esa función, la plataforma se detiene sin alcanzar ningún tope rígido. Sin ella, la misma plataforma, bajo la misma ola, llega al final de su recorrido a gran velocidad: un fallo crítico en lugar de una detención controlada.
En este ejemplo de cálculo, el transitorio de rotura gobierna la demanda en la línea principal de izado, por encima del caso habitual de carga suspendida. La línea principal de izado se destensa momentáneamente cuando la plataforma sale impulsada hacia arriba y después vuelve a tomar la carga. Otro conjunto de equipos debe comprobar cada fase y condición de contorno según sus propias definiciones de carga y criterios.
Dónde se cierra la envolvente
El conjunto publicado de realizaciones solo establece la respuesta indicada para Hs 3.0 m, Tp 9.0 s con este buque, rumbo, trayectoria de carga y base de doce realizaciones. No establece una relación universal entre la carrera y Hs, ni un límite operativo de 3.1–3.4 m. La envolvente de un proyecto debe abarcar Hs, Tp, el rumbo y el espectro especificado, y comprobar en cada punto la carrera, la tensión y el transitorio de rotura.
Preguntas frecuentes
¿Por qué necesita la tubería flexible compensación de heave?
¿Qué es la ventana de tensión?
¿Puede un compensador pasivo mantener la ventana con Hs 3 m?
¿Qué determina el dimensionamiento de la línea principal de izado en un conjunto de tubería flexible?
Envíenos los datos de su caso
Dimensiones y grado de la sarta, profundidad del agua, buque y estado de mar. Le entregamos un ejemplo de cálculo como este: la ventana durante la suspensión, el caso de sobretracción, el frenado tras la rotura de la sarta y el conjunto de realizaciones que sustenta cada cifra.
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