Тъй като офшорното проучване и производство на петрол изисква нови начини за повишаване на оперативната ефективност и подобряване на възстановяването на петролните резервоари, оптичните влакна се разглеждат по-отблизо. Оптичните влакна са известни с това, че пренасят по-високи скорости на данни на по-големи разстояния от медните кабели. Тъй като офшорното сондиране продължава да мигрира към по-дълбоки води и по-дълбоки кладенци, операторите преследват информация и анализ в реално време както на отделния кладенец, така и на цялата производствена верига от кладенеца до доставка до горната част или наземна платформа.
Подводната обработка и повишеният мониторинг на цялата система означава, че се генерират повече данни, което прави високата честотна лента и по-дългите разстояния на предаване на оптичните влакна по-привлекателни. Колкото повече информация може да бъде събрана в системата, толкова по-сложен става анализът. Данните позволяват не само ясна картина в реално време на текущите условия, но също така формират основата за усъвършенствано прогнозно моделиране.
Освен че правят операциите по-ефективни, такъв мониторинг и анализ помагат на компаниите да увеличат възвръщаемостта на инвестициите. Системата с оптични влакна обикновено може да бъде по-скъпа за инсталиране от своя електрически аналог, но високите първоначални разходи се компенсират от спестяванията от дългосрочна производствена ефективност.
Компаниите откриват, че повишената оперативна ефективност, повече и по-добро извличане на нефт и газ и превъзходното управление на нефтените полета носят бърза възвръщаемост. Всеки анализ на разходите/ползите от влакната спрямо медта ще зависи от конкретното приложение и нефтеното поле. Икономическата обратна връзка от операторите е добре дошла информация, но тя рядко се дава за защита на поверителността на операциите.
Пасивно разпознаване на базата на влакна
Оптичните влакна също стават все по-привлекателни за постоянно наблюдение и събиране на температури, налягания и други данни.
Оптичните влакна са отлични при създаването на разпределени сензорни системи. В този случай самото влакно е сензорът. Промените в налягането или температурата ще променят профила на обратното разсейване, което позволява много точни измервания чрез наблюдение на обратно разсеяната светлина. Тъй като скоростта на светлината във влакното е добре разбрана, обратно разсеяната светлина разкрива информация както за големината на измерването, така и за местоположението му по дължината на влакното.
Базираното на влакна разпределено наблюдение сега се използва често в офшорната нефтена и газова индустрия за няколко приложения:
• За наблюдение на резервоари и извличане на данни от кладенеца за по-добро разбиране на това, което се случва в кладенеца
• За откриване на течове от тръби
• За измерване на температурата и предотвратяване образуването на хидрати в електрически нагреваеми тръбопроводи
• За наблюдение на механични структурни деформации и температури в гъвкави щрангове/тръби
Подводната сензорна система става изцяло пасивна, елиминирайки необходимостта от захранване на електрически сензори. Влакната могат да се използват и като акустични сензори при сеизмични проучвания.
Оптичните влакна не са непременно универсалният отговор. При приложения за наблюдение на резервоари, например, системите от влакна не заместват стандартните електрически комуникационни системи – освен при екстремни температурни нужди от 150°C или по-високи, където базираните на мед сензори не могат да оцелеят. Въпреки това влакнестите системи осигуряват допълнителни и допълващи сензорни възможности.
Въпреки предимствата на технологията за оптични влакна в капацитета за пренасяне на информация и отчитане, приемането не е толкова бързо в подводния добив на нефт, както в други индустрии. Оптичните влакна се смятат за крехки, но в действителност са много здрави. Когато се прилагат препоръчителните инсталационни практики, оптичната система може да отговаря на общото изискване на индустрията за минимален живот от 30 години без необходимост от поддръжка. По този начин надеждността е равнозначна, дори когато оборудването трябва да издържа на дълбоководни подводни условия и условия на околната среда в сондажа. На дълбоководни нива температурите обикновено са между 0 и 3°C, докато температурите в сондажа могат да достигнат 200°C.
Проектните цели за дълбоководни системи, разположени до 15 000 фута, могат да издържат на хидростатични налягания на морската вода от 6600 psi и налягания на кладенеца от 20 000 psi. Оптични подводни и сондажни системи
Наличието на решение за влакна от край до край от дъното до горната част е жизнеспособно решение. Фигура 1 показва типична система. Системата на върха на кладенеца е известна като „коледно дърво“ поради приликата на много от тези системи с коледно дърво. Коледните дървета могат да бъдат конфигурирани вертикално (лявата страна на фигурата) или хоризонтално (дясната страна на фигурата). И при двете конфигурации нуждите от свързаност остават същите: това, което се извиква от дясната страна, е същото за лявата страна.
Поради ограниченията на размера и теглото, офшорното разполагане на подводни системи се извършва на няколко етапа. Ето защо подводните интелигентни системи използват оптични сензори, кабели и решения за свързване (разклонителни кутии, съединители за сухо свързване и мокро свързване).Основната функция на тази комбинация от системи е да осигури оптична непрекъснатост между фиброоптични сензори, инсталирани или в кладенеца, или на морското дъно и системите за събиране на данни отгоре. Второстепенна, но по-критична функция е ограничаването на налягането, за да се гарантира целостта на системата срещу външни сурови среди. За по-лесна инсталация се изисква оптичен конектор за осигуряване на оптични връзки между подводните модули. Системите често се разполагат като отделни модули, които са интегрирани на морското дъно. Съединителите за сухо свързване се използват или в рамките на модул, или между модули, които са били сглобени отгоре. Те не са предназначени за чифтосване под вода, въпреки че издържат на подводна вода и налягане, докато се чифтосват. Както се вижда на Фигура 2, конекторите за сухо свързване ще бъдат познати на потребителите на кръгли конектори за военни/аерокосмически устройства за използването на прецизни керамични накрайници.
Съединителите за мокро свързване могат да бъдат свързани отгоре, но основната им цел е да бъдат свързани под вода след разгръщане от дистанционно управлявано превозно средство (ROV), водолаз или системи за задействане. Те позволяват модулите да бъдат свързани помежду си на място. Wet-mate съединителите са по-сложни като дизайн от сухите съединители. Трябва да се поддържа запечатан интерфейс както за съединените, така и за несъединените съединители, което е предизвикателство, като се има предвид дълбоководното налягане.
За да се поддържа изолация по време на работа и през проектния живот, съединителят е напълнен с масло и е с балансирано налягане. Мехур или бутален механизъм изравнява вътрешното налягане на съединителя с външното водно налягане. Това не позволява диференциално налягане в уплътненията и чистачките.
Свързани с оптичните конектори са фиброоптични пенетратори, които са разработени за постигане на цялост на запечатване от външна среда или за разделяне на различни камери, като същевременно осигуряват възможности за оптично захранване. Пенетраторите са оценени да издържат на диференциално налягане - 5000 psi, 10 000 psi и 15 000 psi - когато са свързани с налягането в резервоара.
Когато е възможно, подводните модули са с балансирано налягане, т.е., пълни с течност, като течността се регулира на същото морско налягане, както извън модула. Това позволява по-тънки стени, намалено тегло и по-висока надеждност, тъй като не се изисква уплътненията да издържат на диференциално налягане. Някои модули, като тези, съдържащи електроника или други устройства, не могат да издържат на налягане, по-високо от атмосферното.
Затова се използва фиброоптичен пенетратор, за да се предотврати наводняването на модулите с вода. При други устройства, като подводни помпи и кладенци, които са потенциално изложени на налягането при затваряне на резервоара, стойностите на налягането могат да се покачат до 15 000 psi, когато се комбинират с високи температури.
Пенетраторът изпълнява важна за околната среда функция. Оптична повреда би означавала загуба на сензорна способност, но механична повреда би освободила течности от кладенеца в околната среда.
Здравите кабели предпазват влакната
Докато влакната имат висока якост на опън, за да издържат на надлъжно издърпване, те могат лесно да се счупят или повредят, ако не са защитени правилно. В резултат на това оптичните кабели обикновено имат собствено брониране. Докато обикновено се използва арамидна прежда, по-здравите конструкции изискват метална броня. Високите хидростатични налягания на приложение могат да увеличат затихването във влакното. Могат да се използват следните три подхода:
Влакно в стоманена тръба (FIST) – Това поставя влакното в твърда тръба от неръждаема стомана за защита срещу хидростатично налягане, високи температури и корозивни среди. Опаковката FIST е конструкция с хлабава тръба, която може да побере няколко влакна, хлабаво задържани в тръбата и капсулирани в гел. Тъй като влакната „плуват“ в тръбата, дължината на влакното е малко по-дълга от тръбата, за да се осигури ниско напрежение. Технологията FIST е най-простият и най-евтин подход и поддържа ниско напрежение върху влакното чрез отделяне на напрежението върху тръбата. Ако кабелът се разтегне по време на монтаж или употреба, излишното влакно може да поеме разтягането без напрежение. Разхлабените тръбни конструкции също са много прощаващи при екстремни температурни отклонения, но са по-малко подходящи за най-суровите приложения, като екстремни дълбочини и дължини на кабели. FIST също така предлага опаковане с висока плътност на множество влакна в тръбата и от трите опции е най-лесният за прекъсване.
СТОМАНЕНО-ЛЕКО брониране – Тази опция използва нишки от прецизно оразмерена плугова стомана, концентрично разположени около влакнестия буфер, за да предпазят влакното от счупване.
ELECTRO-LIGHT бронировка – Това е подобно на STEEL-LIGHT бронировка, но използва мед вместо стомана. Медта може да се използва и за захранване, за да се позволи проектиране на композитни кабели с по-малък външен диаметър.
Влакнестите елементи STEEL-LIGHT и ELECTRO-LIGHT са плътно буферирани подходи към опаковането. Плътното буфериране, въпреки че изисква по-внимателно производство, осигурява по-добра производителност при силно динамични приложения и е най-здравият избор. Бронировката STEEL-LIGHT е най-здравата, проектирана да издържа на хидростатично налягане от 10 000 psi.
Светло бъдеще за влакна
Неотдавнашните несигурности на петролния пазар подчертават необходимостта от повишаване на ефективността на производството. Развиващите се технологии не само подобряват производството на нефт и газ, но също така осигуряват достъп до нови ресурси за управление и удължаване на живота на офшорно нефтено находище. Информацията, предоставена от сензорите, дава на операторите безпрецедентна представа за условията и позволява корекция в реално време на операциите и дългосрочно прогнозно моделиране.
През последното десетилетие бяха въведени успешни пилотни системи за оптични влакна, които предоставят ценни данни и предлагат стабилна оптична производителност при високи налягания и температури. Широкото приемане е наложително, тъй като оптичните влакна са отличен инструмент за посрещане на настоящи и бъдещи предизвикателства при проучване и възстановяване.
Време на публикуване: 24 септември 2019 г