Deoarece explorarea și producția de petrol în larg necesită noi modalități de a spori eficiența operațională și de a îmbunătăți recuperarea rezervoarelor de petrol, fibra optică este analizată mai atent. Fibra optică este cunoscută pentru că transportă rate de date mai mari pe distanțe mai mari decât cablurile de cupru. Pe măsură ce forajele offshore continuă să migreze în ape mai adânci și puțuri mai adânci, operatorii urmăresc informații și analize în timp real atât a sondei individuale, cât și a întregului lanț de producție, de la sondă până la livrarea în partea superioară sau a platformei terestre.
Procesarea submarină și monitorizarea sporită a întregului sistem înseamnă că sunt generate mai multe date, ceea ce face ca lățimea de bandă mare și distanțele de transmisie mai lungi ale fibrelor optice să fie mai atractive. Cu cât mai multe informații pot fi adunate în sistem, cu atât analiza devine mai sofisticată. Datele permit nu numai o imagine clară, în timp real, a condițiilor actuale, dar formează și baza pentru modelarea predictivă sofisticată.
Dincolo de eficientizarea operațiunilor, o astfel de monitorizare și analiză ajută companiile să mărească rentabilitatea investiției. Un sistem de fibră optică poate fi de obicei mai costisitor de instalat decât omologul său electric, dar costurile inițiale ridicate sunt compensate de economiile obținute prin eficiența producției pe termen lung.
Companiile constată că eficiența operațională sporită, recuperarea mai multă și mai bună a petrolului și a gazelor și gestionarea superioară a câmpurilor petroliere aduc o recuperare rapidă. Orice analiză a costurilor/beneficiilor fibrei față de cupru va depinde de aplicația specifică și de domeniul petrolier. Feedback-ul economic de la operatori este o informație binevenită, dar este rareori dat pentru a proteja confidențialitatea operațiunilor.
Sensare pasivă pe bază de fibre
Fibrele optice devin, de asemenea, din ce în ce mai atractive pentru monitorizarea permanentă și achiziția de temperaturi, presiuni și alte date.
Fibrele optice excelează la crearea de sisteme de detectare distribuite. În acest caz, fibra în sine este senzorul. Schimbările de presiune sau temperatură vor modifica profilul de retrodifuzare, permițând măsurători foarte precise prin monitorizarea luminii retroîmprăștiate. Deoarece viteza luminii într-o fibră este bine înțeleasă, lumina retroîmprăștiată dezvăluie informații atât despre mărimea măsurării, cât și despre locația acesteia de-a lungul lungimii fibrei.
Detecția distribuită pe bază de fibre este acum utilizată în mod obișnuit în industria petrolului și gazelor offshore pentru mai multe aplicații:
• Pentru a monitoriza rezervoarele și a extrage datele din puț pentru o mai bună înțelegere a ceea ce se întâmplă în puț
• Pentru a detecta scurgerile din conducte
• Pentru a măsura temperatura și a preveni formarea de hidrat în conductele încălzite electric
• Pentru a monitoriza tensiunile structurale mecanice și temperaturile în conductele de curgere flexibile
Sistemul de detectare submarin devine complet pasiv, eliminând nevoia de a furniza energie senzorilor electrici. Fibrele pot fi folosite și ca senzori acustici în explorarea seismică.
Fibra optică nu este neapărat răspunsul universal. În aplicațiile de supraveghere a rezervoarelor, de exemplu, sistemele cu fibră nu înlocuiesc sistemele de comunicații electrice standard – cu excepția necesităților extreme de temperatură de 150°C sau mai mult, unde senzorii pe bază de cupru nu pot supraviețui. Chiar și așa, sistemele de fibră oferă capacități de detectare suplimentare și complementare.
În ciuda avantajelor tehnologiei cu fibre optice în ceea ce privește capacitatea de transport a informațiilor și detectarea, adoptarea nu a fost la fel de rapidă în producția de petrol submarin ca în alte industrii. Fibrele optice sunt văzute ca fiind fragile, dar în realitate sunt foarte robuste. Atunci când se aplică practicile de instalare recomandate, sistemul de fibră optică poate îndeplini cerințele comune ale industriei de viață minimă de 30 de ani, fără a fi nevoie de întreținere. Fiabilitatea este, prin urmare, echivalentă, chiar dacă echipamentul trebuie să reziste la condițiile de mediu submarine și de adâncime din puțuri. La nivelurile apelor adânci, temperaturile sunt de obicei între 0 și 3°C, în timp ce temperaturile în adâncime pot ajunge la 200°C.
Obiectivele de proiectare pentru sistemele de apă adâncă desfășurate până la 15.000 de picioare pot rezista la presiuni hidrostatice ale apei de mare de 6.600 psi și presiunile la capul puțului de 20.000 psi. Sisteme de fibră optică submarină și de foraj
O soluție viabilă este a avea o soluție de fibre de la capăt la capăt de la fundul găurii până la partea superioară. Figura 1 prezintă un sistem tipic. Sistemul de deasupra unei fântâni este cunoscut sub numele de „pom de Crăciun” din cauza asemănării multor dintre aceste sisteme cu un brad de Crăciun. Copacii de Crăciun pot fi configurați fie vertical (partea stângă a figurii), fie orizontal (partea dreaptă a figurii). Cu oricare dintre configurații, nevoile de conectivitate rămân aceleași: ceea ce este numit pe partea dreaptă este același pentru partea stângă.
Datorită constrângerilor de dimensiune și greutate, desfășurarea offshore a sistemelor submarine se realizează în mai multe etape. Acesta este motivul pentru care sistemele inteligente submarine folosesc senzori de fibră optică, cabluri și soluții de conectivitate (cutii de joncțiune, conectori dry-mate și wet-mate).Funcția principală a acestei combinații de sisteme este de a asigura continuitatea optică între senzorii cu fibră optică instalați fie în puț, fie pe fundul mării și sistemele de achiziție de date din partea superioară. O funcție secundară, dar mai critică, este limitarea presiunii pentru a garanta integritatea sistemului împotriva mediilor externe dure. Pentru ușurința instalării, conectorii de fibră optică sunt necesari pentru a oferi legături optice între modulele submarine. Sistemele sunt adesea implementate ca module separate care sunt integrate pe fundul mării. Conectorii care se potrivesc uscat sunt utilizați fie în interiorul unui modul, fie între modulele care au fost asamblate în partea superioară. Nu sunt concepute pentru împerecherea scufundată, deși rezistă la apă submarină și presiunile în timpul împerecherii. Așa cum se vede în Figura 2, conectorii dry-mate vor fi familiari utilizatorilor de conectori circulari militari/aerospațiali pentru utilizarea ferulelor ceramice de precizie.
Conectorii care se pot asocia pe umezeală pot fi cuplați în partea superioară, dar scopul lor principal este acela de a fi conectați submarin după desfășurare de către vehicule operate de la distanță (ROV), scafandru sau sisteme de acționare. Acestea permit ca modulele să fie interconectate in situ. Conectorii wet-mate au un design mai complex decât conectorii dry-mate. Trebuie menținută o interfață etanșă atât pentru conectorii cuplați, cât și pentru cei neconectați, ceea ce este o provocare având în vedere presiunile din apă adâncă.
Pentru a menține izolația pe toată durata operațiunilor și pe toată durata de viață, conectorul este umplut cu ulei și echilibrat cu presiune. Un mecanism de vezică sau piston egalizează presiunea internă a conectorului cu presiunea exterioară a apei. Acest lucru nu permite presiune diferențială între garnituri și ștergătoare.
Legați de conectorii optici sunt penetratorii de fibră optică, care au fost dezvoltați pentru a obține integritatea etanșării față de un mediu extern sau pentru a separa diferite camere, oferind în același timp capacități de trecere optică. Penetratoarele sunt evaluate pentru a rezista la presiuni diferențiale - 5.000 psi, 10.000 psi și 15.000 psi - atunci când sunt conectate la presiunea rezervorului.
Când este posibil, modulele submarine sunt echilibrate în funcție de presiune, adică umplute cu fluid, fluidul fiind reglat la aceeași presiune a mării ca în afara modulului. Acest lucru permite pereți mai subțiri, greutate redusă și fiabilitate mai mare, deoarece etanșările nu sunt necesare pentru a rezista la presiuni diferențiale. Unele module, cum ar fi cele care conțin electronice sau alte dispozitive, nu pot rezista la o presiune mai mare decât cea atmosferică.
Prin urmare, se folosește un penetrator de fibră optică pentru a preveni inundarea modulelor cu apă. Pe alte dispozitive, cum ar fi pompele submarine și puțurile de puț, care sunt potențial expuse la presiunile de închidere a rezervorului, valorile de presiune pot crește până la 15.000 psi atunci când sunt combinate cu temperaturi ridicate.
Penetratorul îndeplinește o funcție importantă pentru mediu. O defecțiune optică ar însemna o pierdere a capacității de detectare, dar o defecțiune mecanică ar elibera fluide din puț în mediu.
Cablurile puternice protejează fibrele
În timp ce fibrele au o rezistență mare la tracțiune pentru a rezista la tracțiune longitudinală, ele pot fi ușor sparte sau deteriorate dacă nu sunt protejate corect. Ca rezultat, cablurile de fibră optică au de obicei propria lor armătură. În timp ce firele de aramidă sunt de obicei folosite, modelele mai robuste necesită armuri metalice. Presiunile ridicate de aplicare hidrostatică pot crește atenuarea unei fibre. Pot fi utilizate următoarele trei abordări:
Fibră în tub de oțel (FIST) – Aceasta plasează fibra într-un tub solid din oțel inoxidabil pentru a proteja împotriva presiunilor hidrostatice, temperaturilor ridicate și mediilor corozive. Ambalajul FIST este un design cu tub liber, care poate găzdui mai multe fibre ținute lejer în tub și încapsulate în gel. Deoarece fibrele „plutesc” în interiorul tubului, lungimea fibrei este puțin mai mare decât tubul pentru a asigura o tensiune redusă. Tehnologia FIST este abordarea cu cea mai simplă și cu cel mai mic cost și menține tensiunea redusă asupra fibrei prin decuplarea tensiunii asupra tubului. Dacă cablul se întinde în timpul instalării sau utilizării, excesul de fibră poate găzdui întinderea fără forțare. Modelele de tuburi libere sunt, de asemenea, foarte îngăduitoare în cazul excursiilor extreme de temperatură, dar sunt mai puțin potrivite pentru cele mai dificile aplicații, cum ar fi adâncimi extreme și lungimi ale cablurilor. FIST oferă, de asemenea, ambalaj de înaltă densitate de fibre multiple în tub și, dintre cele trei opțiuni, este cel mai ușor de terminat.
Armura STEEL-LIGHT – Această opțiune folosește fire de oțel de plug de dimensiuni precise dispuse concentric în jurul tamponului de fibre pentru a proteja fibra de rupere.
Armura ELECTRO-LIGHT – Aceasta este similară cu armura STEEL-LIGHT, dar folosește cuprul în loc de oțel. De asemenea, cuprul poate fi folosit pentru alimentare pentru a permite ca cablurile compozite să fie proiectate cu un diametru exterior mai mic.
Elementele din fibră STEEL-LIGHT și ELECTRO-LIGHT sunt ambele abordări bine tamponate ale ambalajului. Bufferingul strâns, în timp ce necesită o producție mai atentă, oferă performanțe mai bune în aplicații extrem de dinamice și este cea mai robustă alegere. Blindatul STEEL-LIGHT este cel mai robust, conceput pentru a rezista la presiuni hidrostatice de 10.000 psi.
Un viitor luminos pentru fibre
Incertitudinile recente de pe piața petrolului evidențiază necesitatea creșterii eficienței producției. Tehnologiile în evoluție nu numai că îmbunătățesc producția de petrol și gaze, dar oferă și acces la noi resurse pentru a gestiona și a prelungi durata de viață a unui câmp petrolier offshore. Informațiile furnizate de senzori oferă operatorilor o perspectivă fără precedent asupra condițiilor și permit ajustarea în timp real a operațiunilor și modelarea predictivă pe termen lung.
Sistemele pilot de fibră optică de succes au fost implementate în ultimul deceniu, oferă date valoroase și oferă performanță optică constantă la presiuni și temperaturi ridicate. Adopția pe scară largă este imperativă, deoarece fibra optică este un instrument excelent pentru a răspunde provocărilor actuale și viitoare de explorare și recuperare.
Ora postării: 24-sept-2019