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ESCUELA POLITCNICA DEL EJRCITO

ESCUELA POLITCNICA DEL EJRCITO

CLCULO Y DISEO DE CIMENTACIONES PARA EQUIPOS Y MAQUINARIA PRESENTES EN UNA FACILIDAD DE PRODUCCIN PETROLERA

OBJETIVO

Elaborar un estudio detallado de los parmetros necesarios para el diseo de la cimentacin de los equipos y maquinaria comnmente utilizados en una facilidad petrolera de produccin.

CAPTULO I:GENERALIDADES

El petrleo es recurso confiable para el desarrollo de la industria.

El auge de la explotacin estar vigente al menos dos dcadas ms, en el Ecuador.

Los yacimientos existentes en el Ecuador, estn mayormente concentrados en el oriente; Santa Elena y Esmeraldas presentan tambin actividad.

El rea civil abarca desde los caminos de acceso, estabilizacin de suelos, cimentaciones, estructuras, soportera, campamentos, drenajes, etc.

CAPTULO I:ANTECEDENTES

Empresas extranjeras han tenido a cargo la exploracin, explotacin, refinacin, almacenamiento y transporte de crudo y derivados y la comercializacin del crudo en el pas.

Se hizo necesario que exista un desarrollo mayor en la ingeniera local (estndares y normas propias, aplicables a la situacin geogrfica, topogrfica y geolgica local).

CAPTULO I:JUSTIFICACIN

Las facilidades petroleras estn en constante crecimiento, Se requiere realizar ampliaciones o nuevas instalaciones.

Es necesario el diseo de cimentaciones para equipos estticos (tipo transformadores, chimeneas) o dinmicos (motores, bombas, generadores).

Este trabajo pretende dictar parmetros necesarios para escoger correctamente el tipo de cimentacin a utilizar, establecer el modelo matemtico acorde a las solicitaciones y factores externos y establecer un mtodo de clculo eficiente.

CAPTULO I:DIVISIN BLOQUES PETROLEROS EN ECUADOR

La importancia de reconocer las zonas de actividad petrolera en el pas radica en localizar geogrficamente las reas en las cuales se desarrollarn posibles proyectos de ingeniera de detalle.

Se pueden obtener datos: tipo de suelo segn la regin, zona ssmica, vas de acceso, yacimientos de agua y agregado cercanos.

Se pueden reconocer los proyectos similares con el fin de tener una referencia para evaluar el comportamiento de las cimentaciones elegidas.

CAPTULO II:

FACILIDADES DE PRODUCCIN PETROLERA

FACILIDADES DE PRODUCCIN PETROLERA

Es el conjunto de equipos cuya funcin principal es la de separar lo extrado del pozo en tres sustancias o fases: aceite, gas y agua; para luego bien re utilizarlos como fuente de energa o comercializarlos.

PLATAFORMAS

Se construyen o se levantan alrededor de un grupo de pozos aledaos y constan de: losa patn para recibir al taladro de perforacin, pozos, cabezales, rea de variadores, manifold (arreglo de tuberas principal y de prueba), rea de qumicos.

PLATAFORMAS: PARTES CONSTITUTIVAS

Sistema de levantamiento artificial

Cabezales de produccin (rbol)

Manifold

rea de qumicos para tratamiento de crudo

Bombeo multifsico (si la central se encuentra a grandes distancias de la plataforma)

Sistema de generacin de energa local (de ser requerido)

FACILIDAD DE PROCESAMIENTO CENTRAL (CPF)

En general consta de:

Recipientes a presin para separacin de fases,

Tanques de almacenamiento,

Tanques de lavado,

Bombas aumentadoras de presin,

Bombas de inyeccin de agua y/o transferencia de crudo,

Recipientes contenedores de gas,

Flares (quemadores), depuradores

Drenaje correspondiente para slidos y desechos.

CPF: PARTES CONSTITUTIVAS

En el caso del crudo:

Separadores bifsicos o trifsicos

Tratadores asociados a los separadores (calentadores)

Bota de gas

Tanque de lavado y almacenamiento

Bombas (booster y de transferencia)

Lack unit

En el caso del agua:

Tanque de almacenamiento

Bombas (booster y de reinyeccin)

Planta de tratamiento (en algunos casos)

En el caso del gas

KoD (Knock out drum) de alta y baja presin: depsitos de almacenamiento a presin

Depuradores (scrubber)

Flares (quemadores de gas)

FACILIDADES DE PRODUCCIN PETROLERA

Vlvulas reguladoras de presin,

Instrumentos de control y medicin,

Equipos elctricos de suministro de energa

En algunos casos compresores de aire, rea de inyeccin de qumicos demulsificantes,

Trampas de grasas, piscinas de lodos, drenajes.

Adems se encuentran estructuras tipo marco utilizadas para el soporte de tuberas denominadas: pipe racks.

FACILIDADES DE PRODUCCIN PETROLERA: PROCESO DE EXTRACCIN Y PRODUCCIN

Exploracin de yacimientos.

Una vez determinadas las caractersticas del yacimiento, se procede a la explotacin.

Ubicar, cuantificar y producir yacimientos de gas y/o petrleo con fines comerciales.

PROCESO DE EXTRACCIN Y PRODUCCIN: SISTEMAS DE EXTRACCIN

Los ms comunes en el Ecuador:

Bombeo mecnico

Bombeo electro sumergible

Bombeo hidrulico (con bomba Jet tambin llamado bombeo secundario)

BOMBEO MECNICO

Mecanismo de succin y transferencia continua.

Se utiliza bajo condiciones de presiones moderadas y volmenes pequeos.

Pozos presentan ya un grado de presin natural.

BOMBEO ELECTRO SUMERGIBLE (BES)

Manejo de altos volmenes de agua y crudo. Para presiones moderadas, ndice de productividad alto, relacin agua-petrleo alta y relacin gas-lquido baja.

Conversin de energa elctrica en energa mecnica.

BOMBEO HIDRULICO (CON BOMBA JET)

Las bombas para el levantamiento del crudo son accionadas por el llamado fluido motriz, que puede ser el mismo petrleo o agua.

La bomba jet utiliza un fluido a presin para dar potencia a la bomba de subsuelo

Inyeccin de agua y vapor

Inyeccin de Agua: se basa en la inundacin de un conjunto de pozos. Debido a la diferencia de densidades, el agua desplaza al crudo. En algunos casos la eficiencia puede incrementarse en un 60%.

Inyeccin de Vapor: en pozos que producen crudos muy viscosos, para aumentar su temperatura.

Descripcin general del proceso

Es conveniente para el ingeniero civil tener una idea general del proceso de produccin, conocer el comportamiento que se espera tener de las estructuras y cimentaciones diseadas de acuerdo a los esfuerzos a los que se van a someter.

Proceso de Produccin

Caractersticas de los fluidos en los pozos

Es importante caracterizar al fluido ya que de esto depende el tamao de la instalacin requerida.

Punto de vista qumico.- Se encarga de estudiar elemento por elemento los componentes del petrleo.

Punto de vista Fsico.- Se considera al petrleo como producto.

Generacin de Energa

Suministro constante y confiable.

Debe ser 150% la capacidad terica que los equipos necesitan.

Especial atencin en la construccin de plantas de generacin y estructuras asociadas.

EQUIPOS

Separador Horizontal

Bomba de Inyeccin de Agua

Torre en celosa, sistema silenciador

Generador de energa

Se realiza el estudio de la cimentacin adecuada para:

Separador Horizontal

Bomba de Inyeccin de Agua

Torre sistema silenciador

Generador Wartsila 7MW

CAPTULO III:

CIMENTACIONES PARA EQUIPO INDUSTRIAL

Tipo de Cimentacin

Maquinaria y estructuras varias

Recipientes

CONSIDERACIONES GENERALES

Requerimientos del cliente

Recursos econmicos

Tipo de equipo o estructura

Materiales

Mantenimiento, ampliaciones

Normas y cdigos

Anlisis dinmico de ser el caso

Dimensionamiento

Anclajes de equipo

Restricciones de espacio y requerimiento de niveles

Verificar no exceder capacidad admisible del suelo

Factores de seguridad

Relacin de masas en equipo dinmico

Verificar la necesidad de mejoramientos y/o el uso de pilotes

CRITERIOS DE SELECCIN DEL TIPO DE CIMENTACIN

Localizacin del proyecto

Estudios de suelos

Mano de obra y disponibilidad de material

Mtodos constructivos

Anclajes

Factor de seguridad a volcamiento y a deslizamiento

Factores de seguridad

Cargas Estticas

Cargas Muertas

Carga Viva

Carga de Operacin

Carga de prueba

Carga de Montaje, Mantenimiento y Reparacin

Carga de Temperatura

Cargas Dinmicas

Sismo

Viento

qz: presin dinmica a la altura z

V: velocidad bsica del viento (m/s)

I: factor de importancia

Kz: coeficiente de presin de velocidad evaluado a la altura z

Kzt: factor topogrfico.

Kd: factor de direccionalidad del viento

Pz: Presin de diseo a la altura z (lb/pie2)

G: Factor de rfaga

Cf: Coeficiente de presin o succin

Combinaciones de Carga

Servicio

ltimas

Ra1= D

Ra2= D + L

Ra3= D + Inst

Ra4= D + 0.75 L + 0.75 Inst

Ra5= Op ( 0.7 E W )

Ra6= Op 0.75 * ( 0.7 E W ) + 0.75 L + 0.75 Inst

Ra7= 0.6 (Op) W

Ra7= 0.6 (D+Lquido) W

Ra8= 0.6 (Op) 0.7 E

Ra8= 0.6 (D+Lquido) 0.7 E

Ru1= 1.4 D

Ru2= 1.2 D + 1.6 L + 0.5 Inst

Ru3= 1.2 D + ( L 0.8 W ) + 1.6 Inst

Ru4= 1.2 D + L 1.6 W + 0.5 Inst

Ru5= 1.2 Op + L E

Ru6= 0.9 (Op) 1.6 W

Ru6= 0.9 (D+Lquido) 1.6 W

Ru7= 0.9 (Op) E

Ru7= 0.9 (D+Lquido) E

CAPTULO IV

Clculo de Cimentaciones

Separador

Torre

Bomba

Generador

CAPTULO V

RESUMEN

El anlisis consta de:

Eleccin del tipo de cimentacin apropiado segn lo dictado en este estudio

Anlisis esttico

Capacidad admisible del suelo (cargas de servicio)

Estabilidad al volteo y deslizamiento

Resistencia al cortante

Anlisis dinmico

Relacin de masas

Altura enterrada

Comparacin de frecuencias

Amplitudes lmite

Diseo de armadura (cargas ltimas)

CAPTULO VI

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones

El trmino facilidad petrolera, est asociado con varias instalaciones: de produccin, de refinacin, de tratamiento, incluso de generacin de energa; una facilidad de produccin comprende desde la extraccin del petrleo del pozo, separacin de fases (agua-gas-crudo) hasta su destino final, sea en el oleoducto (crudo), re inyeccin el pozo (agua) y/o aprovechamiento o quema (gas).

El adecuado funcionamiento de las instalaciones de produccin requiere de una fuente de suministro de energa continua y confiable, por lo cual se instala en primera instancia plantas de generacin de energa elctrica y sus equipos asociados.

Conclusiones

El Ecuador es un pas cuya actividad petrolera sigue en auge.

El oriente ecuatoriano es donde se desarrolla en su mayora las actividades petroleras, adems de cierta actividad en la costa.

Ecuador no cuenta con una normativa especfica que regule la actividad petrolera. Las empresas cuentan tambin con normativa interna tanto para diseo como para construccin.

Conclusiones

El diseo de una cimentacin deber, en general, soportar las siguientes cargas: el peso de la estructura o equipo, las cargas vivas; y tambin las cargas siguientes cuando se presenten: la presin de la tierra, el peso del relleno sobre los elementos de la estructura, las fuerzas de traccin, las fuerzas centrfugas, la nieve y el hielo, las cargas hidrostticas e hidrodinmicas, cargas de operacin y las sobrecargas. Adems el proyecto debe calcularse para los momentos producidos por estas cargas.

Conclusiones

El diseo de una cimentacin deber, en general, soportar:

El peso de la estructura o equipo,

las cargas vivas

la presin de la tierra,

el peso del relleno sobre los elementos de la estructura,

las fuerzas de traccin,

las fuerzas centrfugas,

la nieve y el hielo,

las cargas hidrostticas e hidrodinmicas,

cargas de operacin y;

las sobrecargas.

Adems el proyecto debe calcularse para los momentos producidos por estas cargas.

Conclusiones

Los pernos de anclaje de la estructura deben calcularse con el fin de resistir el corte provocado por las fuerzas horizontales, la longitud de pernos derivada de este clculo ser adems determinante para revisar la altura de la losa escogida, debindose dejar al menos 5cm de recubrimiento de hormign desde los pernos de anclaje.

Recomendaciones

Una facilidad de produccin petrolera involucra el trabajo en conjunto del rea de ingeniera mecnica, elctrica, procesos, instrumentacin y control y por supuesto, el rea civil.

Las cimentaciones son una rama extensa y trascendental, por lo que es imprescindible la correcta estimacin de las cargas actuantes y aplicacin de las combinaciones y factores de mayoracin, analizando cada caso particular.

Recomendaciones

La localizacin del proyecto debe ser tomada muy en cuenta pues de sta dependen factores importantes en el diseo civil y estructural: tipo de suelo, zonificacin ssmica, suministro de material, etc.

En el diseo se deber hacer referencias y consultas a normas extranjeras

Es necesario para un ingeniero civil saber diferenciar desde el principio los tipos de facilidades para poder enfocar correctamente el trabajo que se va a realizar.

Recomendaciones

El plano es el documento final a ser emitido por el rea civil y la gua para el trabajo en campo, de ah la importancia de una buena elaboracin del mismo. La ingeniera de detalle realizada en la industria petrolera requiere una atencin especial es mera responsabilidad del diseador y constructor civil y estructural el garantizar el buen funcionamiento de las instalaciones que recibirn a la maquinaria y estructuras que conformen una facilidad de produccin petrolera.

MUCHAS GRACIAS

FIN