Procedimiento de diseño para equipos submarinos sometidos a agrietamiento por tensión inducido por hidrógeno.

Un procedimiento para evaluar el agrietamiento por tensión inducido por hidrógeno asociado con un sistema de tuberías submarinas,

comprendiendo el procedimiento:

(a) determinar un modelo unidimensional para un elemento de dicho sistema de tuberías submarinas;

(b) realizar un análisis unidimensional para dicho elemento utilizando dicho modelo unidimensional y una pluralidad de condiciones operativas para identificar al menos un punto asociado con el agrietamiento por tensión inducido por hidrógeno para dicho elemento;

(c) aplicar al menos una función de transferencia a dicho al menos un punto para transformar dicho al menos un punto de una representación unidimensional a una evaluación de tensión local;

(d) emitir dicha evaluación tensión local;

(e) analizar dicha evaluación tensión local para una primera conformidad predeterminada; y

(f) si dicha evaluación tensión local no es conforme determinar y ejecutar después un sub-modelo tridimensional de dicho elemento y analizar la salida de dicho sub-modelo tridimensional para una segunda conformidad predeterminada.

Procedimiento de diseño para equipos submarinos sometidos a agrietamiento por tensión inducido por hidrógeno

Campo técnico

La presente invención se refiere en general a diseños de tuberías de equipos submarinos y, más específicamente, al diseño de sistemas de tuberías submarinas sometidos al agrietamiento por tensión inducido por hidrógeno (HISC) .

Antecedentes El uso mundial de los combustibles fósiles ha crecido exponencialmente en las últimas décadas. Con este crecimiento, la industria del petróleo y el gas ha ampliado la búsqueda de nuevas reservas de petróleo y gas para satisfacer la creciente demanda de los consumidores. La búsqueda de nuevas reservas de petróleo y gas incluye ahora áreas previamente inimaginables para la exploración. La necesidad de producir petróleo y gas a partir de estas nuevas regiones ha presentado una nueva serie de problemas relacionados con el diseño y la validación de los equipos utilizados en la producción de las reservas de petróleo y gas recién descubiertas.

El documento EP-A2-0 661 538 desvela un sistema para supervisar la operación de una planta que incluye la facilidad de simular el potencial de corrosión de un material.

Algunas de las nuevas áreas que están produciendo reservas de petróleo y gas sustanciales se encuentran bajo del océano. En el entorno submarino, nuevos problemas asociados con la línea de flujo y el equipo de producción han producido una nueva clase de problemas de diseño en los equipos que a veces son referidos como "Agrietamiento por Tensión Inducido por Hidrógeno" (HISC) . En general, los problemas de HISC son creados por dos factores ambientales, específicamente la disponibilidad de hidrógeno iónico en la superficie del equipo submarino construido de acero aleado con cromo debido a la inmersión de tales equipos en una solución acuosa.

El resultado de este tipo de problemas relacionados con el HISC se manifiesta mediante un debilitamiento de los componentes y estructuras de acero aleado. Se puede producir un fallo del componente y/o estructural posterior lo que conduce a problemas de seguridad, a daños en el medio ambiente por la contaminación de la ubicación submarina circundante y a altos costes de reparación en base a la ubicación de los equipos. El análisis de sistemas submarinos fallidos ha indicado que la consideración de los factores de HISC se debe incluir en el procedimiento de diseño general asociado a sistemas submarinos que están fabricados de ciertos materiales (por ejemplo, Acero inoxidable Duplex y Super Duplex) utilizados en la adquisición y recuperación de reservas submarinas de petróleo y gas.

Los procedimientos actuales para el análisis y diseño de sistemas de producción de petróleo y gas submarinos, si bien son capaces de permitir las consideraciones del HISC, requieren de muchas horas de tiempo de cálculo informático para completar un análisis de un conjunto de condiciones. Por ejemplo, en una primera etapa de diseño/evaluación, un modelo de marco unidimensional se desarrolla con líneas centrales que representan el eje del sistema de tuberías. Después de que el modelo de marco se completa, las líneas axiales son reemplazadas por elementos de tuberías finitos. Los elementos de tuberías son capaces de simular todos los diversos tipos de condiciones operativas y no operativas y permitir la evaluación de los requisitos de la normativa ASME (es decir, la normativa ASME B31.8) .

En una segunda etapa, los elementos de tuberías se reemplazan parcial o totalmente por elementos de envolvente. El número de elementos reemplazados depende de las secciones del diseño que se examinan. Al igual que los elementos de tuberías, los elementos de envolvente son capaces de simular las dos condiciones operativa y no operativa. Sin embargo, una característica importante de los elementos de envolvente en el procedimiento de diseño es que los elementos de envolvente permiten la predicción de tensiones locales y, por lo tanto, la evaluación del HISC lineal (es decir, DNV RP-F112) . Sin embargo, los muchos conjuntos de condiciones de carga y los conjuntos asociados de ejecuciones informáticas asociadas con el procesamiento de los elementos de envolvente en esta segunda etapa pueden ser prohibitivamente costosos tanto en términos de requisitos de tiempo como informáticos.

En una tercera etapa, los elementos identificados como no conformes con las condiciones requeridas en base al análisis lineal de la etapa dos se sustituyen con sub-modelos tridimensionales. Se realiza un análisis con las propiedades del material elasto-plástico que permiten la evaluación de las condiciones de HISC no lineales. El resultado del análisis del sub-modelo tridimensional permite la predicción de deformaciones locales sobre los elementos analizados.

Por consiguiente, la presión del mercado está exigiendo un procedimiento para el diseño de equipos de petróleo y gas submarinos capaces de soportar los rigores del entorno submarino sin costes prohibitivamente costosos, en términos de análisis de tiempo y requisitos informáticos, de las técnicas existentes.

Sumario La presente invención se define en las reivindicaciones adjuntas.

Las realizaciones ejemplares se refieren a sistemas y procedimientos para el análisis y el diseño de componentes y sistemas submarinos para la recuperación de petróleo y gas capaces de resistir el entorno submarino y los problemas asociados con el HISC. La metodología incluye el desarrollo de Funciones de Transferencia (TF) para cada tipo de elemento de tubería. Por ejemplo, las funciones de transferencia se pueden desarrollar para codos, uniones en T, acoplamientos, soldaduras y similares, que se asocian con la tubería submarina.

De acuerdo con una realización ejemplar, los datos recogidos de la primera etapa de la metodología actual se proporcionan a la TF apropiada. La función de transferencia apropiada se basa en el elemento de tubería bajo investigación. La TF transforma los datos recopilados en las tuberías en tensiones locales asociadas con el elemento de tubería para las condiciones especificadas por el usuario de los análisis. Sin embargo, se apreciará por los expertos en la materia que tales ventajas no se deben interpretar como limitaciones de la presente invención, excepto en la medida en que se mencionan explícitamente en una o más de las reivindicaciones adjuntas.

De acuerdo con otra realización ejemplar, se puede realizar una serie de simulaciones en el elemento de tubería sujeto utilizando diferentes condiciones sin el desarrollo de una nueva función de transferencia para cada conjunto de condiciones. Los resultados de la serie de simulaciones crean un perfil de tensiones locales, en base a las diferentes condiciones, lo que permite un diseño más preciso y fiable del elemento de tubería asociado. Cualquier elemento de tubería determinado como no conforme con el análisis del HISC lineal proporcionado por la TF se puede analizar después en la tercera etapa del análisis de HISC existente descrito anteriormente. La eliminación de la segunda etapa intensiva en tiempo y recursos del análisis de HISC existente se proporciona para el diseño de un sistema de petróleo y gas submarino capaz de soportar las condiciones del entorno submarino mientras que proporciona una fase de análisis y diseño económica y oportuna como lo demandan los requisitos actuales de la industria y del mercado.

Breve descripción de los dibujos Los dibujos adjuntos ilustran realizaciones ejemplares, en las que:

La Figura 1 muestra los modelos de sistemas que representan las tres simulaciones diferentes asociadas a la técnica anterior;

La Figura 2 representa una tubería con un codo de noventa grados para ilustrar la cantidad de elementos FEM requeridos en los tres tipos diferentes de simulaciones;

La Figura 3 representa un procedimiento de hacer una evaluación del HISC en base a un modelo de tuberías, funciones de transferencia y un sub-modelo tridimensional de acuerdo con una realización ejemplar;

La Figura 4 representa un procedimiento de generar funciones de transferencia y hacer una evaluación del HISC en base a una serie de condiciones definidas por el usuario de acuerdo con una realización ejemplar;

La Figura 5 representa un entorno informático general para realizar los cálculos asociados con la generación de funciones de transferencia y hacer una evaluación del HISC de acuerdo con una realización ejemplar;

La Figura 6 representa un componente de función de transferencia que comprende un generador de funciones de transferencia, un motor de función de transferencia y un almacenamiento de funciones de transferencia de acuerdo con una realización ejemplar;

La... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para evaluar el agrietamiento por tensión inducido por hidrógeno asociado con un sistema de tuberías submarinas, comprendiendo el procedimiento:

(a) determinar un modelo unidimensional para un elemento de dicho sistema de tuberías submarinas;

(b) realizar un análisis unidimensional para dicho elemento utilizando dicho modelo unidimensional y una pluralidad de condiciones operativas para identificar al menos un punto asociado con el agrietamiento por tensión inducido por hidrógeno para dicho elemento;

(c) aplicar al menos una función de transferencia a dicho al menos un punto para transformar dicho al menos un punto de una representación unidimensional a una evaluación de tensión local;

(d) emitir dicha evaluación tensión local;

(e) analizar dicha evaluación tensión local para una primera conformidad predeterminada; y

(f) si dicha evaluación tensión local no es conforme determinar y ejecutar después un sub-modelo tridimensional de dicho elemento y analizar la salida de dicho sub-modelo tridimensional para una segunda conformidad predeterminada.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha primera conformidad predeterminada es una conformidad lineal del agrietamiento por tensión inducido por hidrógeno.

3. El procedimiento de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que dicha salida de dicho sub-modelo tridimensional es una evaluación de la deformación local.

4. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior, en el que dicha segunda conformidad predeterminada es una conformidad del agrietamiento por tensión inducido por hidrógeno.

5. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho elemento comprende codos, uniones en T, colectores, acoplamientos, soldaduras y cubos.

6. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior, en el que dicha pluralidad de condiciones operativas comprende dicha área e inercia del elemento.

7. Un procedimiento para generar una función de transferencia para la predicción de tensiones locales en un elemento del sistema de tuberías submarinas, comprendiendo el procedimiento:

(a) determinar un modelo tridimensional para dicho elemento del sistema de tuberías submarinas;

(b) ejecutar iterativamente dicho modelo tridimensional con una pluralidad de dimensiones y cargas geométricas de la tubería y generar una serie de funciones de transferencia componente que describan la tensión local asociada con dicho elemento del sistema de tuberías submarinas; y

(c) sumar dicha serie de funciones de transferencia componentes para generar dicha función de transferencia.

8. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que dichas cargas de la tubería comprenden momentos y fuerzas.

9. El procedimiento de la reivindicación 7 o la reivindicación 8, en el que dichas dimensiones geométricas comprenden dicho radio interior y radio exterior del elemento del sistema de tuberías submarinas.

10. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que dicha tensión local comprende la tensión circunferencial y la tensión radial.

11. Un sistema ejecutable por ordenador almacenado en una memoria y que se ejecuta en un procesador para verificar si los sistemas de tuberías submarinas son conformes con las evaluaciones del agrietamiento por tensión inducido por hidrógeno, comprendiendo el sistema:

(a) un componente de generación de funciones de transferencia para la creación de funciones de transferencia;

(b) un componente de motor de funciones de transferencia para la ejecución de dichas funciones de transferencia;

(c) un componente de almacenamiento de funciones de transferencia para archivar dichas funciones de transferencia;

(d) determinar un modelo unidimensional para un elemento de dicho sistema de tuberías submarinas;

(e) realizar un análisis unidimensional para dicho elemento utilizando dicho modelo unidimensional y una pluralidad de condiciones operativas para identificar al menos un punto asociado con el agrietamiento por tensión inducido por hidrógeno para dicho elemento;

(f) aplicar al menos una función de transferencia a dicho al menos un punto para transformar dicho al menos un 5 punto de una representación unidimensional a una evaluación de tensión local; y (g) emitir dicha evaluación tensión local.

12. El sistema de la reivindicación 11, en el que dicho componente de motor de funciones de transferencia y dicho componente de almacenamiento de funciones de transferencia se encuentran en ordenadores diferentes.

13. El sistema de la reivindicación 11 o la reivindicación 12, en el que dicho componente de motor de funciones de

transferencia transmite datos de entrada a una segundo componente de motor de funciones de transferencia, que se encuentra en un sistema informático separado, para la transformación de dichos datos de entrada en valores de tensión locales del elemento de tubería.