Dado que la exploración y producción de petróleo en alta mar requiere nuevas formas de mejorar la eficiencia operativa y mejorar la recuperación de los yacimientos de petróleo, se está examinando más de cerca la fibra óptica.La fibra óptica es conocida por transportar velocidades de datos más altas en distancias más largas que los cables de cobre.A medida que la perforación en alta mar continúa migrando hacia aguas más profundas y pozos más profundos, los operadores buscan información y análisis en tiempo real tanto del pozo individual como de toda la cadena de producción desde el pozo hasta la entrega a la parte superior o plataforma terrestre.
El procesamiento submarino y el mayor monitoreo de todo el sistema significa que se generan más datos, lo que hace que el ancho de banda alto y las distancias de transmisión más largas de las fibras ópticas sean más atractivas.Cuanta más información se pueda recopilar en todo el sistema, más sofisticado se vuelve el análisis.Los datos permiten no solo una imagen clara y en tiempo real de las condiciones actuales, sino que también forman la base para un modelo predictivo sofisticado.
Más allá de hacer que las operaciones sean más eficientes, dicho monitoreo y análisis ayudan a las empresas a aumentar el retorno de la inversión.Normalmente, un sistema de fibra óptica puede ser más costoso de instalar que su contraparte eléctrica, pero los altos costos iniciales se compensan con los ahorros de las eficiencias de producción a largo plazo.
Las empresas están descubriendo que una mayor eficiencia operativa, una mayor y mejor recuperación de petróleo y gas y una gestión superior de los yacimientos petrolíferos generan una rápida recuperación de la inversión.Cualquier análisis de los costos/beneficios de la fibra versus el cobre dependerá de la aplicación específica y el campo petrolero.La retroalimentación económica de los operadores es información bienvenida, pero rara vez se brinda para proteger la confidencialidad de las operaciones.
Detección pasiva basada en fibra
Las fibras ópticas también se están volviendo más atractivas para el monitoreo permanente y la adquisición de temperaturas, presiones y otros datos.
Las fibras ópticas se destacan en la creación de sistemas de detección distribuidos.En este caso, la propia fibra es el sensor.Los cambios en la presión o la temperatura cambiarán el perfil de retrodispersión, lo que permitirá mediciones de alta precisión mediante el control de la luz retrodispersada.Debido a que la velocidad de la luz en una fibra se comprende bien, la luz retrodispersada revela información tanto sobre la magnitud de la medición como sobre su ubicación a lo largo de la fibra.
La detección distribuida basada en fibra ahora se usa comúnmente en la industria del petróleo y el gas en alta mar para varias aplicaciones:
• Para monitorear reservorios y recuperar datos dentro del pozo para una mejor comprensión de lo que está ocurriendo en el pozo
• Para detectar fugas en tuberías
• Para medir la temperatura y prevenir la formación de hidratos en tuberías calentadas eléctricamente
• Para monitorear las tensiones estructurales mecánicas y las temperaturas en tuberías ascendentes/líneas de flujo flexibles
El sistema de detección submarino se vuelve completamente pasivo, lo que elimina la necesidad de proporcionar energía a los sensores eléctricos.Las fibras también se pueden utilizar como sensores acústicos en la exploración sísmica.
La fibra óptica no es necesariamente la respuesta universal.En las aplicaciones de vigilancia de yacimientos, por ejemplo, los sistemas de fibra no reemplazan los sistemas de comunicaciones eléctricas estándar, excepto para las necesidades de temperatura extrema de 150 °C o más, donde los sensores basados en cobre no pueden sobrevivir.Aun así, los sistemas de fibra proporcionan capacidades de detección adicionales y complementarias.
A pesar de las ventajas de la tecnología de fibra óptica en la capacidad de transporte de información y detección, la adopción no ha sido tan rápida en la producción submarina de petróleo como en otras industrias.Las fibras ópticas se consideran frágiles, pero en realidad son muy robustas.Cuando se aplican las prácticas de instalación recomendadas, el sistema de fibra óptica puede cumplir con el requisito común de la industria de 30 años de vida útil mínima sin necesidad de mantenimiento.Por lo tanto, la confiabilidad es equivalente, incluso cuando el equipo debe soportar condiciones ambientales en aguas profundas submarinas y de fondo de pozo.En los niveles de aguas profundas, las temperaturas suelen oscilar entre 0 y 3 °C, mientras que las temperaturas de fondo de pozo pueden alcanzar los 200 °C.
Los objetivos de diseño para sistemas de aguas profundas desplegados hasta 15,000 pies pueden soportar presiones hidrostáticas de agua de mar de 6,600 psi y presiones en boca de pozo de 20,000 psi. Sistemas submarinos y de fondo de pozo de fibra óptica
Tener una solución de fibra de extremo a extremo desde el fondo del pozo hasta la parte superior es una solución viable.La Figura 1 muestra un sistema típico.El sistema en la parte superior de un pozo se conoce como "árbol de Navidad" debido a la semejanza de muchos de estos sistemas con un árbol de Navidad.Los árboles de Navidad se pueden configurar verticalmente (lado izquierdo de la figura) u horizontalmente (lado derecho de la figura).Con cualquier configuración, las necesidades de conectividad siguen siendo las mismas: lo que se llama en el lado derecho es lo mismo para el lado izquierdo.
Debido a las limitaciones de tamaño y peso, el despliegue de sistemas submarinos en alta mar se realiza en varias etapas.Esta es la razón por la que los sistemas inteligentes submarinos utilizan sensores, cables y soluciones de conectividad de fibra óptica (cajas de conexiones, conectores dry-mate y wet-mate).La función principal de esta combinación de sistemas es proporcionar continuidad óptica entre los sensores de fibra óptica instalados en el pozo o en el lecho marino y los sistemas de adquisición de datos en la parte superior.Una función secundaria pero más crítica es la contención de la presión para garantizar la integridad del sistema frente a entornos externos hostiles. Para facilitar la instalación, se requiere un conector de fibra óptica para proporcionar enlaces ópticos entre los módulos submarinos.Los sistemas a menudo se implementan como módulos separados que se integran en el fondo del mar.Los conectores acoplables en seco se utilizan dentro de un módulo o entre módulos que se han ensamblado en la parte superior.No están diseñados para el acoplamiento sumergido, aunque soportan el agua y las presiones submarinas mientras están acoplados.Como se ve en la Figura 2, los conectores de acoplamiento seco serán familiares para los usuarios de conectores circulares militares/aeroespaciales por su uso de férulas cerámicas de precisión.
Los conectores acoplables en húmedo se pueden acoplar en la parte superior, pero su propósito principal es conectarse bajo el mar después del despliegue mediante vehículos operados a distancia (ROV), buzos o sistemas de actuación.Permiten interconectar módulos in situ.Los conectores de conexión en húmedo tienen un diseño más complejo que los conectores de conexión en seco.Se debe mantener una interfaz sellada para los conectores acoplados y no acoplados, lo cual es un desafío dadas las presiones de aguas profundas.
Para mantener el aislamiento durante las operaciones y durante la vida útil del diseño, el conector está lleno de aceite y con presión equilibrada.Un mecanismo de vejiga o pistón iguala la presión interna del conector con la presión del agua exterior.Esto permite que no haya presión diferencial entre los sellos y rascadores.
Relacionados con los conectores ópticos están los penetradores de fibra óptica, que se han desarrollado para lograr la integridad del sellado de un entorno externo o para separar diferentes cámaras al tiempo que proporcionan capacidades de alimentación óptica.Los penetradores están clasificados para soportar presiones diferenciales (5000 psi, 10 000 psi y 15 000 psi) cuando se vinculan con la presión del yacimiento.
Cuando es posible, los módulos submarinos tienen presión equilibrada, es decir, están llenos de líquido, y el líquido se ajusta a la misma presión del mar que fuera del módulo.Esto permite paredes más delgadas, peso reducido y mayor confiabilidad ya que no se requieren sellos para soportar presiones diferenciales.Algunos módulos, como los que contienen dispositivos electrónicos u otros dispositivos, no pueden soportar una presión superior a la atmosférica.
Por lo tanto, se utiliza un penetrador de fibra óptica para evitar que los módulos se inunden de agua.En otros dispositivos, como las bombas submarinas y los cabezales de pozo, que están potencialmente expuestos a las presiones de cierre del yacimiento, las clasificaciones de presión pueden subir hasta 15 000 psi cuando se combinan con altas temperaturas.
El penetrador cumple una función ambientalmente importante.Una falla óptica significaría una pérdida de capacidad de detección, pero una falla mecánica liberaría fluidos del pozo al medio ambiente.
Los cables fuertes protegen las fibras
Si bien las fibras tienen una alta resistencia a la tracción para resistir la tracción longitudinal, pueden romperse o dañarse fácilmente si no se protegen correctamente.Como resultado, los cables de fibra óptica suelen tener su propio blindaje.Si bien normalmente se usa hilo de aramida, los diseños más robustos requieren una armadura metálica.Las altas presiones de aplicación hidrostática pueden aumentar la atenuación en una fibra.Se pueden utilizar los siguientes tres enfoques:
Fibra en tubo de acero (FIST): coloca la fibra en un tubo sólido de acero inoxidable para protegerla contra presiones hidrostáticas, altas temperaturas y ambientes corrosivos.El empaque FIST es un diseño de tubo holgado, que puede acomodar varias fibras sueltas dentro del tubo y encapsuladas en gel.Debido a que las fibras “flotan” dentro del tubo, la longitud de la fibra es ligeramente más larga que la del tubo para asegurar una baja tensión.La tecnología FIST es el enfoque más simple y de menor costo y mantiene una baja tensión en la fibra al desacoplar la tensión en el tubo.Si el cable se estira durante la instalación o el uso, el exceso de fibra puede acomodar el estiramiento sin forzarse.Los diseños de tubos holgados también son muy indulgentes con las variaciones extremas de temperatura, pero son menos adecuados para las aplicaciones más exigentes, como profundidades extremas y longitudes de cable.FIST también ofrece empaques de alta densidad de fibra múltiple en el tubo y, de las tres opciones, es la más fácil de terminar.
Blindaje STEEL-LIGHT: esta opción utiliza hebras de acero de arado de tamaño preciso dispuestas concéntricamente alrededor del amortiguador de fibra para proteger la fibra de roturas.
Blindaje ELECTRO-LIGHT: es similar al blindaje STEEL-LIGHT pero usa cobre en lugar de acero.El cobre también se puede utilizar como fuente de alimentación para permitir que los cables compuestos se diseñen con un diámetro exterior más pequeño.
Los elementos de fibra STEEL-LIGHT y ELECTRO-LIGHT son enfoques de empaquetamiento ajustados.El almacenamiento en búfer ajustado, aunque requiere una fabricación más cuidadosa, proporciona un mejor rendimiento en aplicaciones altamente dinámicas y es la opción más resistente.El blindaje STEEL-LIGHT es el más resistente, diseñado para soportar presiones hidrostáticas de 10.000 psi.
Un futuro brillante para la fibra
Las recientes incertidumbres en el mercado del petróleo destacan la necesidad de aumentar la eficiencia de la producción.Las tecnologías en evolución no solo mejoran la producción de petróleo y gas, sino que también brindan acceso a nuevos recursos para administrar y extender la vida útil de un campo petrolífero en alta mar.La información proporcionada por los sensores brinda a los operadores una visión sin precedentes de las condiciones y permite el ajuste en tiempo real de las operaciones y el modelado predictivo a largo plazo.
Los sistemas piloto de fibra óptica exitosos se han implementado en la última década, proporcionan datos valiosos y ofrecen un rendimiento óptico constante a altas presiones y temperaturas.La adopción generalizada es imperativa, ya que la fibra óptica es una excelente herramienta para enfrentar los desafíos actuales y futuros de exploración y recuperación.
Hora de publicación: 24-sep-2019