La vigilancia de los fondos marinos entra en la era de la autonomía

Despliegue de AMT durante el proyecto Ormen Lange, costa afuera de Noruega. (Foto: Sonardyne)

El monitoreo de la deformación de los fondos marinos se está moviendo hacia nuevos ámbitos de capacidad, ya que la autocalibración, el despliegue autónomo y la recopilación de datos abren nuevas posibilidades para extender la vida útil de los campos petroleros. Shaun Dunn, Gerente de Negocios Globales de Sonardyne, Exploración y Vigilancia, explica.

En la reciente recesión, una de las medidas que tomaron las compañías petroleras para sostener la producción fue centrarse más en programas mejorados de recuperación de petróleo (IOR) en los campos existentes en lugar de explorar nuevas fronteras.

La administración proactiva de los reservorios existentes para maximizar la recuperación, sin la necesidad de una inversión de capital inicial importante que requiere el desarrollo de nuevos campos, fue y sigue siendo una forma rentable de obtener más productos del terreno, utilizando menos recursos y un menor impacto ambiental. Sin embargo, con IOR se presentan riesgos adicionales que incluyen la reactivación de fallas y otros riesgos geológicos, como fracturas del fondo marino, deformación o hundimiento. El movimiento de los fondos marinos suele esperarse por encima de los reservorios a medida que se producen y los niveles de presión disminuyen. Varios centímetros de movimiento al año son bastante típicos. A medida que se reducen los niveles de presión en una zona de producción, también lo hace la capacidad del reservorio para soportar las capas de roca o sobrecargar por encima de ella, lo que lleva a fenómenos de deformación del fondo marino, como un tazón de hundimiento que aumenta gradualmente.

Si bien este movimiento puede no causar un gran peligro en sí mismo, saber cuánto movimiento hay, en qué dirección y qué tan rápido está sucediendo ayuda a los operadores a aprender más sobre el rendimiento de sus reservorios y, por lo tanto, cómo operarlos de manera más productiva.

La capacidad de medir el movimiento del fondo marino de forma lateral y vertical a lo largo del tiempo permite a los geofísicos fusionar esta información con otros datos de producción para inferir el flujo de fluido, la presión de los poros, la compactación del nivel del reservorio, etc., y luego ajustar sus planes de gestión de reservorios y mejorar las tasas de recuperación en consecuencia. Durante la actividad de perforación y producción, el monitoreo del fondo marino también puede ayudar a evitar los peligros geológicos, como la reactivación de fallas y los deslizamientos de lodo.

El buque de investigación alemán Sonne y un buque de superficie no tripulado Wave Glider (USV) se utilizaron para recopilar datos de AMT. Los USV ahora también pueden realizar mediciones GPS-acústicas. (Foto: Sonardyne)

Lo que funciona en tierra, no funciona en alta mar
Sin embargo, en el pasado, no ha sido fácil medir estos pequeños movimientos en alta mar. Los sistemas de posicionamiento GPS en tierra, GPS y sistemas de altimetría por satélite se pueden usar para determinar las posiciones y distancias entre objetos en tierra dentro de centímetros o incluso milímetros. Estas técnicas no funcionan bajo el agua.

Tradicionalmente, los sonares batimétricos se han utilizado para medir la subsidencia en alta mar, pero su precisión es muy limitada, especialmente en aguas profundas, y la logística de despliegue involucrada dificulta su aplicación práctica para detectar tasas de hundimiento lentas, donde se requieren mediciones de larga duración. Los gravímetros portátiles también se utilizan para detectar cambios en la densidad provocados por el agua que reemplaza al gas, por ejemplo. Sin embargo, estos sensores se deben mover entre los monumentos de los fondos marinos desplegados de manera permanente utilizando un vehículo subacuático (ROV) operado a distancia, y las mediciones repetidas de la gravedad y la presión tomadas en cada ubicación. Es un proceso largo, con personal, de gran uso de activos y, por lo tanto, costoso y, por lo general, solo se realiza en intervalos de varios años, lo que limita la utilidad de los datos.

En la última década, se ha desarrollado una alternativa más rentable, gracias a una idea que los geofísicos de investigación de Shell, el Dr. Paul Hatchell y el Dr. Stephen Bourne tuvieron en 2006. Sabían que, debido a que la deformación del fondo marino provoca desplazamientos verticales y horizontales, un método más continuo de monitoreo de la subsidencia podría ser posible tomando mediciones verticales y horizontales utilizando instrumentación submarina desplegada a largo plazo. En ese momento, no se disponía de equipos adecuados de monitoreo de larga duración y alta sensibilidad, por lo que Shell se acercó a Sonardyne, debido a nuestra larga historia en el diseño de instrumentación de alta precisión.

Introducción de la monitorización de la deformación del fondo marino.
Trabajando con Shell, desarrollamos el primer sistema de monitoreo de deformación de los fondos marinos, que se implementó en el campo Ormen Lange de Shell en la plataforma continental noruega en 2007. El sistema midió las distancias horizontales entre dos ubicaciones en el fondo marino utilizando un rango acústico y realizó mediciones de profundidad vertical utilizando sensores de presión. Estas técnicas no son nuevas en el estudio submarino. De hecho, Sonardyne ha proporcionado estas tecnologías a la industria de petróleo y gas en alta mar durante más de cuatro décadas. Sin embargo, para crear un sistema de monitoreo de la deformación del fondo marino, se requirieron una serie de innovaciones.

Para medir el desplazamiento horizontal, las ondas acústicas se transmiten como señales entre los pares de nuestros Transpondedores de Monitoreo Autónomo (AMT), que están separados por cientos de metros, y se determina el tiempo de ida y vuelta bidireccional de esas señales. La velocidad de la onda también se mide localmente y en tiempo real utilizando sensores de velocidad de sonido integrados, de modo que la distancia entre los pares de AMT se puede monitorear con mucha precisión. El desplazamiento vertical se mide utilizando sensores de presión integrales. Al comparar los resultados de múltiples AMT, se pueden eliminar de los resultados los efectos de la marea, la densidad de la columna de agua y los cambios de presión barométrica, dejando solo los cambios de profundidad relativa del fondo marino restantes.

Suena simple? No es. Se ha trabajado mucho en el desarrollo de este sistema para que pueda proporcionar tanto la sensibilidad como el servicio de larga duración necesarios, a las profundidades del fondo marino requeridas. Esto ha incluido innovaciones en señalización acústica de alto rendimiento, detección de presión, electrónica de baja potencia, carcasas marinas impermeables a la presión y resistentes a la corrosión, tecnologías de baterías y diseños de transductores acústicos. También hemos agregado una calibración de sensor de presión in situ en un proceso conocido como Ambient Zero Ambient (AZA) para abordar la deriva inherente que experimentan los sensores de presión sin tener que recuperarlos a la superficie.

Estos sistemas están probados en el campo. Después de las primeras pruebas en el mar en Ormen Lange, llevamos a cabo un despliegue a más largo plazo en el mismo sitio, de 2010 a 2015. Durante este despliegue, se implementaron cerca de 220 AMT, lo que permitió cinco años y medio de monitoreo continuo de hundimientos en el sitio, recolectando Más de 600 millones de observaciones de rango. Los operadores han implementado versiones del sistema en el Mar del Norte del Reino Unido, el Golfo de México de los Estados Unidos y la costa de Asia.

Aprovechar los movimientos hacia la autonomía marina.
Pero, no nos hemos detenido. Usando vehículos no tripulados, hemos podido llevar este sistema aún más lejos: podemos localizar las posiciones precisas de nuestros AMT utilizando el cuadro de entrada acústico GPS (GPS-A) y luego realizar la recuperación de datos inalámbricos utilizando buques de superficie no tripulados, como el líquido Planeadores de la onda de la robótica. El uso de sistemas no tripulados ahorra costos, ya que normalmente tienen costos de ejecución que son uno o dos órdenes de magnitud más bajos que los buques tripulados promedio.

El resultado es que ahora tenemos instrumentos que son completamente autónomos; se puede instalar en el fondo marino, permaneciendo en el lugar durante 10 o más años sin ninguna intervención directa; Realiza mediciones altamente precisas de movimiento horizontal y vertical; y, mediante el uso de capacidades de recopilación de datos inalámbricas no tripuladas remotas, puede informar de manera rutinaria la información a un usuario sentado en su escritorio. Por lo tanto, se puede utilizar para los proyectos de monitoreo de asentamientos más exigentes y con mayor sensibilidad a nivel mundial.

De izquierda a derecha: un conjunto de bastidor de trípode AMT, una variante de AMT instalada submarina para monitoreo de hundimiento en el Golfo de México de los EE. UU., Y AMT y sus marcos después de la recuperación después de más de cinco años de implementación (Imágenes: Sonardyne)

Mejora la precisión, mejora los resultados.
El trabajo no se detiene. También estamos continuamente buscando mejorar la precisión de nuestro equipo de monitoreo de asentamiento de los fondos marinos. A través de nuestro trabajo para permitir la calibración regular in situ, así como un programa de investigación para seleccionar y precaracterizar los mejores sensores de presión, y para localizar las posiciones de los equipos desde drones de superficie, hemos podido lograr cerca de 1 cm / año. sensibilidad de la medida.

Esto es emocionante: podría revolucionar el monitoreo de asentamientos en los fondos marinos porque desbloquea una nueva capacidad global para monitorear campos que disminuyen muy lentamente, incluidos los campos de aguas profundas, como los de la presal de Brasil y el Golfo de México.

Además, esta tecnología también proporciona datos a los que los científicos oceánicos no pudieron acceder anteriormente, para el monitoreo de la zona de subducción y el movimiento de la placa tectónica. Hasta hace poco, los científicos dependían casi exclusivamente del uso de buques de investigación tripulados para realizar observaciones en el mar. Esto significaba que solo tenían proyectos de adquisición de datos esporádicos y limitados, lo que a su vez significaba que no podían modelar satisfactoriamente las zonas de subducción. Estas son áreas donde una corteza oceánica se sumerge bajo una corteza continental más densa y crea la acumulación de energía por fricción que normalmente se asocia con los terremotos y tsunamis más dañinos del mundo. Ahora, no solo tienen la capacidad de adquirir estos datos de hundimiento, sino que, con la capacidad de realizar recuadros acústicos con GPS, podemos ubicar con precisión las posiciones absolutas de cada AMT para que estos datos puedan usarse con los modelos. Este dato ha estado previamente fuera del alcance de los científicos.

Habilitando la investigación de tsunamis y terremotos.
GEOMAR, entre otros, ha implementado el sistema de monitoreo de deformación de los fondos marinos de Sonardyne en varios lugares de Europa y Sudamérica para medir la acumulación de tensión asociada con el movimiento de las placas tectónicas. Para un despliegue a lo largo de la placa tectónica Nazca-Sudamericana frente a la costa de Chile, GEOMAR se interesó específicamente en la acumulación de una deformación horizontal que se puede usar para predecir cuándo pueden ocurrir grandes desplazamientos en la zona de subducción. Este sistema es único en su configuración con señales acústicas de baja frecuencia que se propagan fácilmente en distancias considerables, una configuración requerida para una comunicación inalámbrica efectiva en las profundidades extremas (más de 5,000 metros) en las que se han implementado algunos de estos instrumentos.

El Instituto Scripps de Oceanografía, que utilizó esta tecnología por primera vez en 2013-14, está trabajando con el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) para comprender mejor la Zona de Subducción de Cascadia para predecir mejor cuándo es más probable que ocurra un evento importante. Está utilizando el instrumento Fetch de Sonardyne (funcionalmente equivalente al AMT, pero con una batería mucho más grande que permite implementos de hasta 10 años) para el componente del fondo marino del estudio.

La tecnología también es la base de una colaboración financiada por el gobierno japonés entre la Universidad de Kyoto, la Universidad Nacional Autónoma de México y el GNS Science de Nueva Zelanda; “Evaluación de peligros de grandes terremotos y tsunamis en la costa del Pacífico mexicano para la mitigación de desastres”. También se están proponiendo otros programas significativos.

Visión precisa y accesible.
Nuestro sistema de monitoreo de la deformación de los fondos marinos les da a los operadores y científicos un detalle centimétrico del movimiento del fondo marino, para ayudar a administrar y maximizar sus recursos y monitorear los movimientos tectónicos de placas submarinas con mucho más detalle de lo que han podido hacer antes, todo a una fracción del costo de los métodos anteriores.

Los AMT de Sonardyne miden el desplazamiento vertical y horizontal para detectar cualquier deformación del fondo marino inducida por la producción. (Imagen: Sonardyne)