Alimentar el lecho marino: poner un zócalo en él

(Imagen: ABB)

ABB Subsea: la red eléctrica submarina podría ayudar a los operadores a controlar más de cerca la salud de sus equipos submarinos. (Foto: ABB)

Laboratorio submarino: ABB está probando la energía eléctrica a la destrucción en su laboratorio submarino en Oslo. (Foto: ABB)

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Hay una revolución energética en el fondo del mar.

En los esfuerzos por impulsar la producción submarina de petróleo y gas y llegar a los campos más alejados de la costa, en aguas más profundas e incluso árticas, está en marcha una revolución de poder submarino. Varias multinacionales están desarrollando sistemas para proporcionar energía eléctrica a través del fondo marino, piense en tomas de corriente submarinas.

Dar acceso a la energía submarina de esta manera ayudaría a las empresas de petróleo y gas a trasladar los equipos de procesamiento al lecho marino, en lugar de alojarlo en plataformas. En el lecho marino, los equipos, incluidas las bombas y los compresores, serían más eficaces y eficientes para aumentar las tasas de producción. La menor dependencia de las plataformas también ayudaría a reducir las huellas de las empresas petroleras, reduciendo el riesgo de contaminación y las emisiones de CO2. Los sistemas totalmente eléctricos también proporcionarían un control más sensible y una supervisión avanzada de la salud de los equipos submarinos.

Pero esta nueva infraestructura podría soportar más que bombas, compresores y actuadores. También podría usarse para soportar una creciente flota de vehículos submarinos no tripulados, así como para apoyar a otras industrias, desde la ciencia oceánica hasta la minería en alta mar.

"Una vez que tiene energía allí, puede alimentar los ROV (vehículos operados por control remoto), la calefacción en tuberías (para evitar obstrucciones) y una cantidad de otras aplicaciones que están surgiendo", dice Jan Bugge, vicepresidente de tecnología submarina en ABB y el Director de Proyecto de un proyecto de industria de unión de energía submarina (JIP) que la firma tiene con Statoil. "Ha habido discusiones sobre conexiones a la energía eólica marina, minería (de aguas profundas), acuicultura ... Todo lo que tiene poder de transmisión (como parques eólicos) y necesita energía puede usar esta infraestructura para importar y exportar energía. Solo estamos tocando la superficie ".

El concepto
Por el momento, los sistemas submarinos de petróleo y gas son electrohidráulicos. Cada consumidor de energía recibe energía y comunicaciones a través de umbilicales separados desde un variador de velocidad variable (VSD). Tal sistema tiene una flexibilidad limitada, en caso de que un operador desee agregar un nuevo pozo o una bomba submarina.

El concepto de red de energía submarina, sin embargo, involucraría una sola línea de energía para los equipos del fondo marino (hasta en 3.000m de profundidad de agua en la actualidad), potencialmente desde una fuente de poder en tierra hasta 600 km de distancia y sin plataforma costa afuera. Luego, las celdas y los VSD instalados en el subsuelo controlarían y distribuirían la energía a una amplia gama de usuarios, desde bombas y compresores hasta sistemas de calefacción por tubería y ROV o vehículos subacuáticos autónomos (AUV).

El concepto está siendo expulsado de Noruega, en gran parte por la noruega Statoil, junto con otras petroleras a través de JIP. "Los beneficios directos (de la electrificación submarina) son la reducción del costo y la impresión del pie superior, mediante la eliminación del sistema hidráulico, módulos umbilicales más pequeños, más pequeños y livianos más pequeños y más pequeños, salud, seguridad y ambiente mejorados, y pruebas simplificadas mediante la eliminación de equipos presurizados ", dice Vidar Strand, gerente sénior de operaciones de ventas, centro de tecnología y soluciones para petróleo y gas en BHGE. Strand, hablando en la conferencia de Subsea Valley en Oslo en marzo, cita un ahorro de 10-20 por ciento en el ciclo de vida típico de electricidad, con un 25 por ciento en algunos casos.

¿Quien esta haciendo que?
La electrónica de potencia móvil no es una tarea fácil. Sin embargo, empresas como ABB, Siemens y Baker Hughes, una empresa de GE (BHGE), están trabajando en soluciones, ya sea para comercializar componentes ya probados (VSD, conmutadores, transformadores, etc.) en contenedores de una atmósfera o para crear y calificar nuevos componentes. , que puede funcionar en entornos presurizados llenos de aceite.

BHGE tiene un sistema calificado de una atmósfera, que fue diseñado para transmitir energía 120 km desde la costa hasta el campo Ormen Lange de Shell, donde impulsaría la compresión submarina (un proyecto que fue archivado).

ABB está trabajando en un sistema capaz de trabajar para transportar hasta 100 MW de potencia hasta 600 km y hasta una profundidad de agua de 3.000 m. Ha construido y probado en húmedo un VSD submarino y se está preparando para una segunda prueba de aguas poco profundas, junto con un cambio de marcha este año. El sistema completo se completará a mediados de 2019. ABB está colocando los componentes en contenedores llenos de aceite y usando convección natural para enfriar.

Siemens estaba planeando una prueba de sistema completa en 2017. Siemens también está colocando sus componentes en contenedores llenos de aceite. Siemens Subsea está trabajando en una red eléctrica submarina JIP con Statoil, junto con Chevron, ExxonMobil, Petrobras y, desde el año pasado, ENI.

Siemens también defiende un sistema de distribución de bajo voltaje dentro del campo llamado DigiGrid, que incorpora comunicaciones de fibra óptica.

Todo eléctrico
Junto con el desarrollo de la red eléctrica submarina, se están realizando avances hacia equipos completamente eléctricos. Los actuadores totalmente eléctricos han estado en uso durante 15 años y fueron la principal forma de actuación de la válvula en el proyecto de compresión submarina Åsgard de Statoil, una industria por primera vez para el procesamiento submarino, lanzada en 2015, costa afuera de Noruega.

Se han acumulado unas 8,5 millones de horas de experiencia con actuadores eléctricos desde que se instalaron los primeros en Statfjord en 2001/2, con un 99,3 por ciento de disponibilidad, dijo Eldar Lundanes, gerente de sistemas globales de TechnipFMC, a Subsea Valley.

En 2016, Total instaló el primer árbol Xmas submarino totalmente eléctrico (un conjunto de válvulas en la cabeza del pozo), en el Mar del Norte, en el mar de los Países Bajos. Un obstáculo para este logro fue la disponibilidad de una válvula eléctrica de seguridad para el fondo del pozo (eDHSV), que se logró, pero solo se ha probado actualmente en una versión de 5 pulgadas, que limita las aplicaciones.

Todos los sistemas eléctricos también allanan el camino para los drones. "Usar todo eléctrico tiene muchas más opciones. Puedes tener drones ahí todo el tiempo, puedes conectarte a la corriente y comunicarte con ellos ", dice Helge Sverre, desarrollador de negocios en la firma de conectores inductivos submarinos Blue Logic. "Podría tener vigilancia las 24 horas del día, los 7 días de la semana, el costo podría reducirse, sería más seguro, con una huella más pequeña, sin buques, menos emisiones de CO2 ..." Esto podría ser particularmente beneficioso en áreas sensibles como las Islas Lofoten o el Ártico.

De hecho, los fabricantes y operadores de vehículos submarinos han estado desarrollando ROV eléctricos, AUV e híbridos durante varios años, con el objetivo de permitir que los vehículos submarinos residentes puedan conectarse a estos enchufes submarinos para extraer datos, realizar operaciones y cargar sus baterías.

Los avances en conectores inductivos, para transferencia bidireccional de energía y comunicación, por compañías como Blue Logic, y a través de la comunicación óptica de agua, por gente como Sonardyne, están ayudando a permitir el posicionamiento submarino y el acoplamiento, carga, control y comunicación del agua para estos vehículos.

El diseño del sistema de subestación submarina de ABB ha tenido un "zócalo" de ROV. Con escala, estos sistemas podrían incluso ayudar a nivelar la demanda de energía, como se hace en las ciudades donde las baterías de los automóviles se agotan a la demanda máxima, cuando los automóviles no están siendo utilizados, sugiere Bugge, tratándolos como bancos de energía móviles.

Cuando no hay una gran cantidad de energía para aprovechar, las baterías submarinas podrían cargarse poco a poco y luego usarse según sea necesario, sugiere Strand. La estandarización de las interfaces, no solo para el acoplamiento, el poder y las comunicaciones, es visto por muchos como importante para hacer realidad esta visión.

Un problema más complicado es el acuerdo de la industria sobre el mecanismo a prueba de fallas para los sistemas críticos de seguridad. Las cajas fuertes con falla de resorte se usan actualmente, pero en un sistema completamente eléctrico, usted pasaría a sistemas a prueba de fallas alimentados por baterías. "Es una de las discusiones más interesantes que tenemos en curso en la industria: primavera o batería", dice Strand. El beneficio de una falla eléctrica es que puede probarlo sin cerrar la producción. "Con la primavera, no es fácil simplemente liberarlo un poco. Con un sistema eléctrico a prueba de fallas, puede tener un control total del par y la velocidad ", dice Strand.

Los requisitos actuales de la industria, bajo API 170 ("la Biblia del árbol de Navidad", dice Lundanes) están muy escritos para sistemas electrohidráulicos, sin embargo. "Hay una burocracia a superar. Pero lo superaremos ".

La desaceleración en la industria del petróleo y el gas ha ayudado. Hay más mentes abiertas y aceptación de la nueva tecnología ", dice Lundanes. "Incluso si la API no se mueve rápidamente, las especificaciones de los operadores se abren para permitir nuevas tecnologías, como todas las eléctricas. Lundanes cita una reducción de costos del 25-50 por ciento al eliminar algunos de los tubos de acero o termoplásticos en el cordón umbilical, y más, si el cordón umbilical puede eliminarse completamente al mover depósitos e inyecciones de productos químicos submarinos e incluso con generación de energía local para necesidades de energía ( ENI está trabajando con una firma de boya de energía de las olas en tal concepto) y utilizando la comunicación inalámbrica.

Datos
También hay otro beneficio de ser completamente eléctrico: mayores capacidades de control de proceso y monitoreo de condición, y el potencial de aprovechar big data. "Los sistemas eléctricos son intrínsecamente más instrumentados que los sistemas hidráulicos, por lo que tiene un mejor conocimiento y previsibilidad, y disponibilidad, y puede reducir aún más el costo del sistema", dice Lundanes.

La actuación eléctrica, por ejemplo, "mejora el control del proceso y el posicionamiento de actuación", dice Strand. "En comparación con los sistemas electrohidráulicos, existe una gran diferencia en la cantidad de datos que podemos aprovechar". Por ejemplo, los datos de voltaje, corriente y batería se pueden medir para saber si disparará el actuador cuando sea necesario. "Usted sabe más acerca de la posición de la válvula, puede medir la velocidad del actuador y tener un perfil de par", a partir del cual puede deducir el desgaste. Los datos de vibración incluso podrían ayudar a inferir información sobre lo que fluye a través de una válvula, agrega.

Los DHSV eléctricos (que pueden instalarse más rápido que sus homólogos hidráulicos, dice Strand) también podrían soportar terminaciones totalmente eléctricas dentro de los pozos, lo que significaría terminaciones más inteligentes, lo que significa que hay más información disponible y un mayor control de los pozos. De hecho, BHGE está trabajando en un DHSV a batería, que se espera esté listo en 2020.

La combinación de la electrificación con las comunicaciones de Ethernet y fibra óptica permite que los datos estén disponibles en tiempo real, de manera que el análisis de datos se pueda aplicar para la optimización de la producción, el monitoreo de la condición y el mantenimiento predictivo.

La forma de la arquitectura de las comunicaciones y la informática, es decir, centralizada o descentralizada (utilizando la informática de borde), sigue siendo un debate. Pero la conclusión es que hay más información y más control y, a este marco, se pueden agregar las comunicaciones submarinas a través del agua, de modo que los vehículos puedan comunicarse con la infraestructura y entre ellos, sin tener que conectarse físicamente.

Todo esto permite un sistema más flexible. "Pasar a todo lo eléctrico es como comenzar con una hoja de papel limpia", dice Strand. "Hoy en día, las soluciones eléctricas que se han desarrollado para soluciones electrohidráulicas se desarrollaron dentro de los límites de estos sistemas. Con todo eléctrico podemos ir más allá de eso ".

La industria ha estado aquí antes, en la década de 1990, cuando se consideraron por primera vez las soluciones eléctricas. "Ahora el mercado está listo y las aplicaciones están listas", dice Bugge. La confiabilidad de este equipo será clave, pero está por venir. "Es en los primeros días, pero creo que esta revolución energética en el lecho marino se acerca y no será solo para el petróleo y el gas".

(Según publicado en la edición de mayo de 2018 de Marine Technology Reporter )