Dibujo de distribución de energía submarina cerca

Conjunto de distribución de energía submarina para mover las instalaciones de producción de petróleo y gas en el fondo marino

La distribución de energía submarina hasta 3.000 metros de profundidad pronto será una realidad. Este verano, un prototipo a gran escala realizará una prueba de 3,000 horas. Después de eso, asumiendo que todo va según lo planeado, será el momento del lanzamiento comercial, potencialmente con implicaciones de gran alcance para las instalaciones de producción en todo el mundo. Incluso puede eventualmente hacer que toda la plataforma de producción superior sea una memoria del pasado.

Un nuevo diseño para la infraestructura de distribución de energía en instalaciones en alta mar está tomando forma en Noruega. Aquí, ABB y un grupo de socios están desarrollando equipos diseñados para sentarse en el fondo del océano, a profundidades de hasta 3,000 metros, operando por hasta 30 años sin mantenimiento. El sistema de distribución de energía submarina puede proporcionar hasta 100 megavatios (MW) y suministrarse a una distancia de hasta 600 kilómetros. El proyecto conjunto de la industria (JIP) es una empresa de colaboración entre ABB y Equinor con sus socios, Total y Chevron.

El objetivo del proyecto es mejorar las tasas de recuperación para nuevas instalaciones en alta mar y extender la vida útil de los activos existentes, utilizando instalaciones submarinas modulares avanzadas en lugar de plataformas tradicionales y sistemas de producción flotantes.

Las semillas del proyecto se sembraron en 2013, cuando ABB se encargó de mejorar la tasa de recuperación en el campo Asgard en el sector noruego del Mar del Norte. El operador, Equinor, había descubierto que la presión dentro del pozo estaba disminuyendo a un ritmo alarmante, aunque las reservas restantes eran considerables. ABB proporcionó energía para equipos de compresión de gas submarinos para refuerzo artificial, el primero de su tipo.

En ausencia de cualquier distribución de energía en el fondo marino, cada bomba y compresor tenían inicialmente un cable atado a una plataforma de producción flotante. Este problema se abordó posteriormente y todos los equipos de proceso ahora se encuentran en el fondo marino, alimentados por un cable singular con distribución de energía modular.

Nuevo concepto desarrollado
El JIP se formó para desarrollar este concepto aún más. Con una infraestructura de distribución de energía en el lecho marino, la producción en el mar en el futuro puede no requerir ningún sistema de producción flotante o superior, lo que ofrece importantes costos y beneficios de seguridad. La alimentación se suministrará con un solo cable, en lugar de uno para cada carga. Todos los equipos para distribución de media tensión, conversión de energía, automatización y energía auxiliar se instalarán en recintos submarinos. Un sistema de distribución de energía modular en el fondo marino impulsará bombas, compresores y otras plantas de proceso.

Los ahorros potenciales son considerables. En un proyecto con ocho cargas diferentes, como bombas o compresores, los ahorros de capital podrían ser de alrededor de $ 500 millones. La eficiencia mejorará significativamente, ya que las cargas están más cerca del pozo. Debería ser posible ahorrar hasta un 30% en capex y opex a lo largo de una vida útil de 30 años.

Con un mayor desarrollo, el concepto podría eventualmente resultar en una fábrica submarina autónoma, utilizando soluciones digitales para habilitar operaciones remotas y no tripuladas inteligentes. Esto reduciría aún más el gasto de capital y los gastos de operación, al mismo tiempo que aumentaría las tasas de recuperación, mejoraría la seguridad, mejoraría la confiabilidad, aumentaría la productividad y minimizaría el impacto ambiental. La potencia se puede suministrar a una distancia de hasta 600 kilómetros. Usando este concepto, se puede alcanzar prácticamente todos los recursos conocidos del mundo.

(Imagen: ABB)

Un reto tecnico
Si bien existe un sólido caso comercial para colocar equipos de distribución de energía en el fondo del océano, esto no es lo mismo que tener una solución técnica. Se tuvieron que superar muchos obstáculos para llegar al lanzamiento de una prueba de prototipo completo. Diseñar una infraestructura de suministro de energía que pueda operar a una profundidad de 3.000 metros durante 30 años significó desafíos técnicos considerables, ya que las condiciones operativas son extremadamente duras y los requisitos de confiabilidad son exigentes. Nunca antes se había hecho algo así, y se han obtenido muchos conocimientos nuevos en el camino.

El sistema consta de un sistema de control submarino y una distribución de bajo voltaje, un dispositivo de conmutación de voltaje medio submarino y unidades de velocidad variable de voltaje medio submarino. Al inicio del proyecto, la mayoría de estos equipos no existían. Cuando se llevó a cabo una primera prueba de aguas poco profundas en 2017, esta fue la primera vez que una unidad de velocidad variable de voltaje medio se había operado bajo el agua.

Este verano verá el comienzo de una prueba de 3,000 horas en aguas poco profundas con un prototipo a escala completa: equipo de conmutación de media tensión, control y distribución de baja tensión y dos unidades de velocidad de flujo paralelo (VSD). Se espera que el primer sistema comercial esté en funcionamiento en 2023.

Pruebas a largo plazo
Desde la prueba de aguas poco profundas de 2017, los componentes se han verificado, rediseñado y optimizado. Las pruebas a largo plazo se han llevado a cabo en el nivel de los componentes.

Un desafío importante durante el desarrollo y la prueba ambientales fue capturar las condiciones precisas que conducirían a una desviación de la prueba, a un cambio en el comportamiento del dispositivo o al valor de los componentes, particularmente cuando estas desviaciones eran intermitentes y solo aparecían en las condiciones de prueba más duras. Este trabajo se realizaba a menudo en instalaciones de pruebas especializadas.

Todos los componentes se basan en equipos existentes, adaptados para operaciones submarinas. El proyecto apunta a calificar los bloques de construcción básicos para trabajar con las clasificaciones típicas de voltaje y potencia utilizadas en el procesamiento submarino, así como para operar en condiciones submarinas muy exigentes. Todos los componentes están probados según API 17F. Esto incluye pruebas de temperatura, vibración y presión, así como pruebas de vida útil aceleradas.

Las actividades del proyecto siguen las recomendaciones y el nivel de preparación tecnológica (TRL) definidos en el procedimiento DNV RP-A203. Esto proporciona un enfoque sistemático para garantizar que la tecnología funcionará de manera confiable dentro de los límites especificados. La progresión a las pruebas de prototipos a gran escala significa que el proyecto ahora se está moviendo de TRL3 a TRL4.

En general, se aplican los requisitos para equipos superiores, así como el Estándar API17F para sistemas de control de producción submarinos. Utilizando estos estándares y métodos, el proyecto ha desarrollado tecnologías de empaquetado para permitir la distribución y conversión de energía robusta y rentable para uso submarino. El objetivo es proporcionar a la industria una prueba de que esta tecnología está lista para su uso.

Controlador de gran alcance
Si bien el sistema de control se basa en productos existentes, la tecnología tuvo que actualizarse y modificarse significativamente. El sistema también necesitaba un diseño de gabinete completamente nuevo. Aunque ya existen módulos electrónicos submarinos para aplicaciones de control de pozos, el sistema de control diseñado aquí ofrecerá una funcionalidad más avanzada en comparación con las soluciones existentes. El sistema es mucho más poderoso que cualquier otro sistema de vanguardia utilizado hoy en día para el submarino.

Los VSD submarinos están diseñados para controlar la velocidad y el par de las bombas y compresores submarinos para aplicaciones de inyección, refuerzo y compresión de agua de mar. También son instrumentales para recuperar datos de diagnóstico. A menudo es más útil recopilar datos de dispositivos del VSD que de los dispositivos reales. Esto ayuda a predecir el comportamiento del dispositivo, optimizar la operación y realizar un seguimiento de los indicadores de rendimiento, creando resiliencia.

El proyecto se encuentra ahora en sus etapas finales. A medida que comienza la prueba en aguas poco profundas del prototipo a gran escala, la industria puede esperar una nueva era en la que las instalaciones submarinas reemplacen las plataformas superiores, reduciendo significativamente los costos y los riesgos asociados con la producción.

El autor
Svein Vatland, vicepresidente del programa de tecnología submarina de ABB