Тъй като проучването и добивът на нефт в морето изисква нови начини за повишаване на оперативната ефективност и подобряване на извличането на петролни резервоари, оптичните влакна се разглеждат по-отблизо.Оптичните влакна са известни с това, че пренасят по-високи скорости на данни на по-дълги 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 сондажа до доставката до горната или наземна платформа.
Подводната обработка и повишеното наблюдение на цялата система означава, че се генерират повече данни, което прави високата честотна лента и по-големите разстояния на предаване на оптичните влакна по-привлекателни.Колкото повече информация може да се събере в цялата система, толкова по-сложен става анализът.Данните позволяват не само ясна картина в реално време на текущите условия, но също така формират основата за сложно прогнозно моделиране.
Освен да направи операциите по-ефективни, такъв мониторинг и анализ помагат на компаниите да увеличат възвръщаемостта на инвестициите.Една оптична система обикновено може да бъде по-скъпа за инсталиране от нейния електрически аналог, но високите първоначални разходи се компенсират от спестяванията от дългосрочната ефективност на производството.
Компаниите установяват, че повишената оперативна ефективност, повече и по-добро оползотворяване на нефт и газ и превъзходното управление на нефтените находища носят бърза възвръщаемост.Всеки анализ на цената/ползите на влакното спрямо медта ще зависи от конкретното приложение и нефтено поле.Икономическата обратна връзка от операторите е добре дошла информация, но рядко се дава за защита на поверителността на операциите.
Пасивно засичане, базирано на влакна
Оптичните влакна също стават все по-привлекателни за постоянно наблюдение и получаване на температури, налягания и други данни.
Оптичните влакна превъзхождат създаването на разпределени сензорни системи.В този случай сензорът е самото влакно.Промените в налягането или температурата ще променят профила на обратно разсейване, позволявайки високо 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 величината на измерването, така и за нейното местоположение по дължината на влакното.
Базираните на влакна разпределени сензори вече често се използват в офшорната нефтена и газова индустрия за няколко приложения:
• Да наблюдава резервоарите и да извлича данни в 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 отопляеми тръбопроводи
• За наблюдение на механичните структурни деформации и температури в гъвкави щрангове/поточни линии
Подводната сензорна система става изцяло пасивна, елиминирайки необходимостта от захранване на електрическите сензори.Влакната могат да се използват и като акустични сензори при сеизмични проучвания.
Оптичните влакна не са непременно универсалният отговор.При приложенията за наблюдение на резервоара, например, оптичните системи не заменят стандартните електрически комуникационни системи - с изключение на екстремни температурни нужди от 150°C или повече, където сензорите на базата на мед не могат да оцелеят.Въпреки това, оптичните системи предоставят допълнителни и допълващи се сензорни възможности.
Въпреки предимствата на технологията на оптичните влакна по отношение на капацитета за пренос на информация и сензорите, приемането не е било толкова бързо в подводното производство на петрол, както в други индустрии.Оптичните влакна се разглеждат като крехки, но в действителност те са много здрави.Когато се прилагат препоръчани практики за монтаж, оптичната система може да отговаря на общото изискване за индустрията за минимален живот от 30 години без нужда от поддръжка.По този начин надеждността е равносилна, дори когато оборудването трябва да издържи на дълбоководни подводни и дълбоководни условия на околната среда в кладенеца.При дълбоководни нива, температурите обикновено са между 0 и 3°C, докато температурите в дупката могат да достигнат 200°C.
Проектните цели за дълбоководни системи, разгърнати до 15 000 фута, могат да издържат на хидростатично налягане на морската вода от 6 600 psi и налягане на главата на кладенеца от 20 000 psi. Оптични подводни и сондажни системи
Наличието на решение за влакна от край до край от дъното до върха е жизнеспособно решение.Фигура 1 показва типична система.Системата на върха на кладенец е известна като „коледно дърво“ поради приликата на много от тези системи с коледно дърво.Коледните елхи могат да бъдат конфигурирани или вертикално (лявата страна на фигурата) или хоризонтално (дясната страна на фигурата).При всяка конфигурация нуждите от свързаност остават същите: това, което се извиква от дясната страна, е същото за лявата страна.
Поради ограниченията за 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, сухи и мокри конектори).Основната функция на тази комбинация от системи е да осигури оптична непрекъснатост между оптични сензори, инсталирани или в кладенеца, или на морското дъно и системите за събиране на данни отгоре.Вторична, но по-критична функция е ограничаването на налягането, за да се гарантира целостта на системата срещу външни сурови среди. За улесняване на инсталирането, се изисква оптичен конектор, който осигурява оптични връзки между подводните модули.Системите често се разполагат като отделни модули, които са интегрирани на морското дъно.Свързващите се съединители се използват или в рамките на модул, или между модули, които са сглобени отгоре.Те не са предназначени за чифтосване под вода, въпреки че издържат на подводна вода и натиск по време на чифтосване.Както се вижда на фигура 2, съединителите за сухо съединяване ще бъдат познати на потребителите на военни/аерокосмически кръгли съединители за използването им на прецизни керамични накрайници.
Свързващите се съединители могат да бъдат съединени отгоре, но основната им цел е да бъдат свързани подводно след разгръщане от дистанционно управлявано превозно средство (ROV), водолаз или системи за задействане.Те позволяват модулите да бъдат свързани помежду си на място.Конекторите за мокро съчетаване са по-сложни като дизайн от съединителите за сухо съединяване.Трябва да се поддържа запечатан интерфейс както за съединени, така и за несвързани конектори, което е предизвикателство предвид дълбоководните налягания.
За да се запази изолацията по време на работа и през целия проектен живот, конекторът е напълнен с масло и балансиран по налягане.Мехур или бутален механизъм изравнява вътрешното налягане на конектора с външното налягане на водата.Това не позволява диференциално налягане в уплътненията и чистачките.
Свързани с оптичните съединители са оптичните пенетратори, които са разработени за постигане на целостта на уплътнението от външна среда или за разделяне на различни камери, като същевременно осигуряват възможности за оптично предаване.Пенетраторите са оценени за издръжливост на диференциално налягане – 5 000 psi, 10 000 psi и 15 000 psi – когато са свързани с налягането в резервоара.
Когато е възможно, подводните модули са балансирани по налягане – т.е. пълни с течност, като течността се регулира при същото морско налягане като извън модула.Това позволява по-тънки стени, намалено тегло и по-висока надеждност, тъй като не са необходими уплътнения, за да издържат на диференциално налягане.Някои модули, като тези, съдържащи електроника или други устройства, не могат да издържат на налягане, по-високо от атмосферното.
Поради това се използва оптичен пенетратор, за да се предотврати наводняването на модулите с вода.На 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 изпуснала течности от кладенеца в околната среда.
Силните кабели защитават влакната
Докато влакната имат висока якост на опън, за да издържат на надлъжно издърпване, те могат лесно да бъдат счупени или повредени, ако не са защитени правилно.В резултат на това оптичните кабели обикновено имат собствена броня.Докато арамидната прежда обикновено се използва, по-здравите конструкции изискват метална броня.Високите хидростатични налягания 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 да се предпази от хидростатично налягане, високи температури и корозивна среда.Опаковката на FIST е с разхлабен дизайн на тръба, която може да побере няколко влакна, свободно държани в тубата 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 разделяне на напрежението върху тръбата.Ако кабелът се разтегне по време на монтаж или употреба, излишното влакно може да поеме разтягането, без да се напряга.Разхлабените тръбни конструкции също са много прощаващи за екстремни температурни промени, но са по-малко подходящи за най-трудните приложения като екстремни дълбочини и дължини на кабела.FIST също така предлага опаковки с висока плътност от множество влакна в тръбата и от трите опции е най-лесният за прекратяване.
STEEL-LIGHT брониране – Тази опция използва нишки от точно оразмерена плугова стомана, концентрично разположени около буфера за влакна, за да предпази влакното от счупване.
ЕЛЕКТРОЛЕКО брониране – Това е подобно на STEEL-LIGHT брониране, но използва мед вместо стомана.Медта може да се използва и за захранване, за да може композитните кабели да бъдат проектирани с по-малък външен диаметър.
Елементите от STEEL-LIGHT и ELECTRO-LIGHT влакна са и двата строго буферирани подходи към опаковането.Плътното буфериране, докато изисква по-внимателно производство, осигурява по-добра производителност при силно динамични приложения и е най-здравият избор.STEEL-LIGHT бронята е най-здравата, проектирана да издържа на хидростатично налягане от 10 000 psi.
Светло бъдеще за фибрите
Неотдавнашните несигурности на пазара на петрол 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 коригиране в реално време на операциите и дългосрочно прогнозно моделиране.
През последното десетилетие са внедрени успешни оптични пилотни системи, предоставят ценни данни и предлагат стабилни оптични характеристики при високо налягане и температури.Широкото разпространение е наложително, тъй като оптичните влакна са отличен инструмент за посрещане на настоящи и бъдещи предизвикателства при проучване и възстановяване.
Час на публикация: 24 септември 2019 г