Como a exploração e produção de petróleo offshore necessita de novas formas de aumentar a eficiência operacional e melhorar a recuperação dos reservatórios de petróleo, a fibra óptica está a ser analisada mais de perto. A fibra óptica é conhecida por transportar taxas de dados mais altas em distâncias mais longas do que os cabos de cobre. À medida que a perfuração offshore continua a migrar para águas mais profundas e poços mais profundos, os operadores procuram informações e análises em tempo real tanto do poço individual como de toda a cadeia de produção, desde o poço até à entrega na superfície ou plataforma terrestre.
O processamento submarino e o aumento do monitoramento de todo o sistema significam que mais dados são gerados, tornando mais atraentes a alta largura de banda e as distâncias de transmissão mais longas das fibras ópticas. Quanto mais informações puderem ser coletadas em todo o sistema, mais sofisticada se tornará a análise. Os dados permitem não apenas uma imagem clara e em tempo real das condições atuais, mas também constituem a base para modelos preditivos sofisticados.
Além de tornar as operações mais eficientes, esse monitoramento e análise ajudam as empresas a aumentar o retorno do investimento. Um sistema de fibra óptica pode normalmente ser mais caro de instalar do que o seu equivalente eléctrico, mas os elevados custos iniciais são compensados pelas poupanças decorrentes da eficiência de produção a longo prazo.
As empresas estão descobrindo que o aumento da eficiência operacional, mais e melhor recuperação de petróleo e gás e uma gestão superior dos campos petrolíferos trazem retorno rápido. Qualquer análise do custo/benefício da fibra versus cobre dependerá da aplicação específica e do campo petrolífero. O feedback económico dos operadores é uma informação bem-vinda, mas raramente é fornecida para proteger a confidencialidade das operações.
Detecção Passiva Baseada em Fibra
As fibras ópticas também estão se tornando mais atrativas para monitoramento permanente e aquisição de temperaturas, pressões e outros dados.
As fibras ópticas são excelentes na criação de sistemas de detecção distribuída. Neste caso, a própria fibra é o sensor. Mudanças na pressão ou temperatura alterarão o perfil de retrodifusão, permitindo medições altamente precisas através do monitoramento da luz retrodifundida. Como a velocidade da luz numa fibra é bem compreendida, a luz retroespalhada revela informações tanto sobre a magnitude da medição como sobre a sua localização ao longo do comprimento da fibra.
A detecção distribuída baseada em fibra é agora comumente usada na indústria offshore de petróleo e gás para diversas aplicações:
• Para monitorar reservatórios e recuperar dados do poço para uma melhor compreensão do que está ocorrendo no poço
• Para detectar vazamentos na tubulação
• Para medir a temperatura e evitar a formação de hidrato em tubulações aquecidas eletricamente
• Para monitorar tensões estruturais mecânicas e temperaturas em risers/linhas de fluxo flexíveis
O sistema de detecção submarino torna-se totalmente passivo, eliminando a necessidade de fornecer energia aos sensores elétricos. As fibras também podem ser usadas como sensores acústicos na exploração sísmica.
A fibra óptica não é necessariamente a resposta universal. Em aplicações de vigilância de reservatórios, por exemplo, os sistemas de fibra não estão substituindo os sistemas de comunicações elétricas padrão – exceto para necessidades extremas de temperatura de 150°C ou mais, onde os sensores baseados em cobre não podem sobreviver. Mesmo assim, os sistemas de fibra fornecem capacidades de detecção adicionais e complementares.
Apesar das vantagens da tecnologia de fibra óptica na capacidade de transporte de informações e detecção, a adoção não tem sido tão rápida na produção submarina de petróleo como em outras indústrias. As fibras ópticas são vistas como frágeis, mas na realidade são muito robustas. Quando as práticas de instalação recomendadas são aplicadas, o sistema de fibra óptica pode cumprir o requisito comum da indústria de 30 anos de vida útil mínima sem necessidade de manutenção. A confiabilidade é, portanto, equivalente, mesmo que o equipamento deva suportar condições ambientais submarinas em águas profundas e no fundo do poço. Em níveis de águas profundas, as temperaturas ficam normalmente entre 0 e 3°C, enquanto as temperaturas no fundo do poço podem atingir 200°C.
Os objetivos de projeto para sistemas em águas profundas implantados até 15.000 pés podem suportar pressões hidrostáticas da água do mar de 6.600 psi e pressões de cabeça de poço de 20.000 psi. Sistemas submarinos e de fundo de poço de fibra óptica
Ter uma solução de fibra ponta a ponta, do fundo do poço até a superfície, é uma solução viável. A Figura 1 mostra um sistema típico. O sistema no topo de um poço é conhecido como “árvore de Natal” devido à semelhança de muitos desses sistemas com uma árvore de Natal. As árvores de Natal podem ser configuradas verticalmente (lado esquerdo da figura) ou horizontalmente (lado direito da figura). Em qualquer uma das configurações, as necessidades de conectividade permanecem as mesmas: o que é indicado no lado direito é o mesmo para o lado esquerdo.
Devido às restrições de tamanho e peso, a implantação offshore de sistemas submarinos é realizada em vários estágios. É por isso que os sistemas inteligentes submarinos usam sensores de fibra óptica, cabos e soluções de conectividade (caixas de junção, conectores dry-mate e wet-mate).A principal função desta combinação de sistemas é fornecer continuidade óptica entre sensores de fibra óptica instalados no poço ou em sistemas de aquisição de dados no fundo do mar e na superfície. Uma função secundária, mas mais crítica, é a contenção de pressão para garantir a integridade do sistema contra ambientes externos agressivos. Para facilitar a instalação, os conectores de fibra óptica são necessários para fornecer links ópticos entre módulos submarinos. Os sistemas são frequentemente implantados como módulos separados integrados no fundo do mar. Conectores acopláveis a seco são usados dentro de um módulo ou entre módulos que foram montados na parte superior. Eles não são projetados para acasalamento submerso, embora resistam à água e às pressões submarinas durante o acasalamento. Como visto na Figura 2, os conectores dry-mate serão familiares aos usuários de conectores circulares militares/aeroespaciais pelo uso de ponteiras cerâmicas de precisão.
Conectores acopláveis por via úmida podem ser acoplados na parte superior, mas seu objetivo principal é ser conectado no fundo do mar após a implantação por veículo operado remotamente (ROV), mergulhador ou sistemas de atuação. Eles permitem que os módulos sejam interconectados in situ. Os conectores wet-mate têm um design mais complexo do que os conectores dry-mate. Uma interface selada deve ser mantida para conectores acoplados e não acoplados, o que é um desafio dadas as pressões em águas profundas.
Para manter o isolamento durante as operações e durante a vida útil do projeto, o conector é preenchido com óleo e com pressão balanceada. Um mecanismo de bexiga ou pistão equaliza a pressão interna do conector com a pressão externa da água. Isto não permite nenhuma pressão diferencial entre as vedações e os limpadores.
Relacionados aos conectores ópticos estão os penetradores de fibra óptica, que foram desenvolvidos para obter integridade de vedação de um ambiente externo ou para separar diferentes câmaras, ao mesmo tempo que fornecem recursos de passagem óptica. Os penetradores são classificados para suportar pressões diferenciais – 5.000 psi, 10.000 psi e 15.000 psi – quando vinculados à pressão do reservatório.
Quando possível, os módulos submarinos são balanceados em termos de pressão – ou seja, cheios de fluido, com o fluido sendo ajustado na mesma pressão do mar que fora do módulo. Isso permite paredes mais finas, peso reduzido e maior confiabilidade, pois as vedações não são necessárias para suportar pressões diferenciais. Alguns módulos, como aqueles que contêm componentes eletrônicos ou outros dispositivos, não suportam pressões superiores à atmosférica.
Portanto, um penetrador de fibra óptica é utilizado para evitar que os módulos sejam inundados com água. Em outros dispositivos, como bombas submarinas e cabeças de poço, que estão potencialmente expostos às pressões de fechamento do reservatório, as classificações de pressão podem subir até 15.000 psi quando combinadas com altas temperaturas.
O penetrador desempenha uma função ambientalmente importante. Uma falha óptica significaria uma perda da capacidade de detecção, mas uma falha mecânica libertaria fluidos do poço para o ambiente.
Cabos Fortes Protegem Fibras
Embora as fibras tenham alta resistência à tração para resistir à tração longitudinal, elas podem ser facilmente quebradas ou danificadas se não forem protegidas corretamente. Como resultado, os cabos de fibra óptica normalmente possuem sua própria blindagem. Embora normalmente seja usado fio de aramida, designs mais robustos requerem blindagem metálica. As altas pressões de aplicação hidrostática podem aumentar a atenuação em uma fibra. As três abordagens a seguir podem ser usadas:
Fibra em tubo de aço (FIST) – Coloca a fibra em um tubo sólido de aço inoxidável para proteger contra pressões hidrostáticas, altas temperaturas e ambientes corrosivos. A embalagem FIST tem um design de tubo solto, que pode acomodar várias fibras soltas dentro do tubo e encapsuladas em gel. Como as fibras “flutuam” dentro do tubo, o comprimento da fibra é ligeiramente maior que o tubo para garantir baixa tensão. A tecnologia FIST é a abordagem mais simples e de menor custo e mantém baixa tensão na fibra ao desacoplar a tensão no tubo. Se o cabo esticar durante a instalação ou uso, o excesso de fibra poderá acomodar o estiramento sem esforço. Projetos de tubos soltos também toleram variações de temperaturas extremas, mas são menos adequados para as aplicações mais robustas, como profundidades e comprimentos de cabos extremos. O FIST também oferece embalagens de alta densidade de múltiplas fibras no tubo e, das três opções, é a mais fácil de terminar.
Blindagem STEEL-LIGHT – Esta opção utiliza fios de aço arado de tamanho preciso dispostos concentricamente ao redor do amortecedor de fibra para proteger a fibra contra quebra.
Blindagem ELECTRO-LIGHT – É semelhante à blindagem STEEL-LIGHT, mas usa cobre no lugar do aço. O cobre também pode ser usado para energia, permitindo que cabos compostos sejam projetados com um diâmetro externo menor.
Os elementos de fibra STEEL-LIGHT e ELECTRO-LIGHT são abordagens compactas para embalagens. O buffer compacto, embora exija uma fabricação mais cuidadosa, proporciona melhor desempenho em aplicações altamente dinâmicas e é a escolha mais robusta. A blindagem STEEL-LIGHT é a mais robusta, projetada para suportar pressões hidrostáticas de 10.000 psi.
Um futuro brilhante para a fibra
As recentes incertezas no mercado petrolífero realçam a necessidade de aumentar a eficiência da produção. As tecnologias em evolução não só melhoram a produção de petróleo e gás, mas também proporcionam acesso a novos recursos para gerir e prolongar a vida útil de um campo petrolífero offshore. As informações fornecidas pelos sensores fornecem aos operadores uma visão sem precedentes das condições e permitem o ajuste das operações em tempo real e a modelagem preditiva de longo prazo.
Sistemas piloto de fibra óptica bem-sucedidos foram implantados na última década, fornecem dados valiosos e oferecem desempenho óptico estável em altas pressões e temperaturas. A adoção generalizada é imperativa, pois a fibra óptica é uma excelente ferramenta para enfrentar os desafios atuais e futuros de exploração e recuperação.
Horário da postagem: 24 de setembro de 2019