Una nueva plataforma para la exploración y producción en áreas marinas Peter Carragher Rose & Associates, LLP Houston, Texas, EUA Graham Hine Liquid Robotics, Inc. Sunnyvale, California, EUA Patrick Legh-Smith Gatwick, Inglaterra Jeffrey Mayville Rod Nelson Houston, Texas Sudhir Pai Liquid Robotics Oil & Gas Houston, Texas Iain Parnum Universidad de Curtin Perth, Australia Occidental, Australia Paul Shone Chevron Energy Technology Company Londres, Inglaterra Jonathan Smith Shell Exploration and Production Company Houston, Texas Christian Tichatschke Total E&P Uruguay BV Montevideo, Uruguay Traducción del artículo publicado en Oilfield Review Invierno de 2013/2014: 25, no. 4. Copyright © 2014 Schlumberger. Por su colaboración en la preparación de este artículo, se agradece a Joanne Masters y Jona Steenbrink, Liquid Robotics Inc., Sunnyvale, California. DART es una marca de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de EUA. Wave Glider es una marca registrada de Liquid Robotics, Inc. 46 La disponibilidad de datos exactos es esencial para el desarrollo de los modelos climáticos y los pronósticos meteorológicos utilizados en la planeación de las operaciones de E&P en áreas marinas. Se ha desarrollado un nuevo vehículo marino autónomo controlado en forma remota para transportar varios sensores destinados a la ejecución de levantamientos meteorológicos y oceanográficos detallados a través de vastas distancias y bajo condiciones extremas. El rol de esta nueva plataforma de sensores se está expandiendo para sustentar un abanico aún más amplio de misiones. Los océanos cubren más del 70% de la superficie terrestre y han desempeñado un rol dominante en su historia geológica. Si bien contienen una porción sustancial de los recursos naturales de nuestro planeta, sus profundidades permanecen mayormente inexploradas. El monitoreo a largo plazo a través de las vastas extensiones oceánicas, puede conducir a un mayor conocimiento de los procesos que continúan configurando el planeta y a la vez ayudar a los científicos a descubrir nuevos recursos y predecir el impacto de las fuerzas oceánicas que podrían afectar el comercio o alterar el curso de la vida cotidiana. Las fuerzas de la naturaleza, tales como los huracanes y los tifones, constituyen una amenaza recurrente para las miles de comunidades costeras; los terremotos y los tsunamis se producen con menos frecuencia, pero a menudo ocasionan más daños.1 Los episodios que azotan el planeta y los patrones del tiempo influenciados por los océanos no sólo amenazan a los habitantes de las costas, sino que además impactan la industria y el comercio de todo el mundo. La industria del petróleo y el gas percibe los efectos meteorológicos en las fluctuaciones estacionales de la demanda. En el ambiente marino, los efectos meteorológicos obligan a los operadores a efectuar concesiones: ¿Es prudente movilizar un equipo de perforación, está muy alto el oleaje para descargar los equipos, o son muy intensos los vientos para las operaciones con helicópteros? Los datos meteorológicos y oceanográficos, o metoceánicos —especialmente la altura de las olas y los períodos entre olas, la velocidad y la dirección del viento, y las corrientes superficiales o subterráneas— proporcionan información crucial para la planeación de los movimientos y el emplazamiento de los equipos de perforación. Las brigadas a cargo de los levantamientos geofísicos deben evaluar los efectos de las mareas y las corrientes en las estelas de los cables sísmicos marinos a medida que son remolcados a través del agua.2 La altura de las olas es un parámetro clave utilizado en el diseño de las plataformas de producción, y las líneas de conducción deben ser instaladas de manera tal de tolerar las corrientes submarinas. El monitoreo oceánico desempeña un rol integral en la evaluación y gestión de riesgos ya que proporciona información que ayuda a los meteorólogos, planificadores y el personal de campo a evaluar la atención que deben prestar a las fuerzas de la naturaleza. Pero a menudo el monitoreo constituye una propuesta costosa. Las plataformas de sensores convencionales, tales como boyas, embarcaciones, aeronaves y satélites, son onerosas y sus fases de planeación, compra y construcción demandan plazos considerables. El personal de soporte de estas plataformas y sus misiones también debe ser entrenado y dirigido. Los sensores instalados en los satélites y las aeronaves cazadoras de tormentas evalúan la columna de aire y la superficie de los océanos pero son limitados en cuanto a resistencia en el lugar del hecho, velocidad de transmisión de datos de muestreo en tiempo real y capacidad de medición de las condiciones existentes en la interfaz mar-aire o debajo de ésta. Oilfield Review Las embarcaciones oceanográficas pueden recorrer grandes distancias y a la vez obtener diversas mediciones, pero ni las embarcaciones ni la tripulación están preparadas para tolerar condiciones extremas y además deben regresar a puerto al cabo de un tiempo limitado para su reaprovisionamiento. Las boyas de observación del océano también pueden equiparse con sensores, pero dado que se encuentran ancladas en su lugar, miden las condiciones existentes en una localización relativamente fija.3 El costo de construir, desplegar o tripular una plataforma de levantamiento metoceánico a menudo parte del orden de varios millones de dólares y se incrementa con las complejidades, los riesgos o las ambiciones de la misión. Existe un complemento, y en ciertos casos una alternativa, con respecto a los satélites, los aviones y los barcos. Se trata de una plataforma de sensores, móvil y automatizada, para el monitoreo de las condiciones oceánicas. Este concepto forma parte de una progresión que condujo al desarrollo de los vehículos operados en forma remota (ROVs), que se han convertido en dispositivos esenciales de inspección e intervención para las operaciones petroleras en aguas profundas.4 Con uno o dos pilotos calificados en la superficie, el ROV puede hacer uso de herramientas y energía para llevar a cabo tareas complejas en un ambiente prohibitivamente oscuro, frío y de alta presión. Algunos ROVs con el tiempo dejaron de utilizar sus cables umbilicales de comando y control para recibir los comandos a través de sistemas telemétricos submarinos; ahora, en los levantamientos submarinos, se utilizan como rutina vehículos subacuáticos autónomos (AUV). Estos vehículos no tripulados han contribuido a expandir la envolvente de las operaciones en aguas profundas, demostrando ser esenciales para el incremento de la productividad y la seguridad en uno de los ambientes más hostiles de la Tierra, pero requieren soporte desde la superficie.5 El vehículo marino autónomo (AMV) Wave Glider, desarrollado por Liquid Robotics, Inc., es un vehículo híbrido para la superficie marina y subacuático que ha llevado el concepto de autonomía más allá del de los vehículos AUV.6 Esta plataforma de sensores accionados por las olas permite la recolección y transmisión de los datos recolectados en el mar, en misiones de hasta un año de duración. El vehículo puede atravesar miles de kilómetros de océano para recoger datos oceanográficos, tomar lecturas meteorológicas y a la vez mantener una posición fija, o dar vueltas alrededor de un equipo de perforación a una distancia prefijada para proporcionar advertencias tempranas en caso de amenazas para la seguridad o el medio ambiente. Una vez desplegado, no utiliza tripulación, no requiere combustible y no produce emisiones, lo que elimina tanto el riesgo para el personal como el impacto ambiental. Por un costo muy inferior al de una boya amarrada o al de una embarcación con tripulación, el vehículo Wave Glider proporciona movilidad y autonomía a lo largo de grandes distancias para las misiones prolongadas de 1. Bunting T, Chapman C, Christie P, Singh SC y Sledzik J: “La ciencia de los Tsunamis,” Oilfield Review 19, no. 3 (Invierno de 2007/2008): 4–19. 2. La estela es la desviación lateral de un cable sísmico marino respecto de la dirección de remolque prevista, conforme las corrientes marinas desvían el cable de su rumbo. 3. El diámetro exacto de esa localización fija es definido por el círculo de vigilancia del sistema de anclaje de la boya, que es una función de la longitud de la cadena que une el ancla a la boya. Para tolerar condiciones extremas de mareas y altura de las olas, la boya se ancla con una cadena de acero cuyo largo normalmente triplica o quintuplica la profundidad del agua. Si bien esta cadena extra sirve para reducir la carga de impacto en los aparejos de fondeo utilizados para anclar la boya, también implica que la posición exacta de una boya variará con las mareas, los vientos y las corrientes. 4. Para obtener más información sobre los vehículos ROV en aplicaciones de aguas profundas, consulte: Downton G, Gómez S, Haci M, Maidla E y Royce C: “Robots al rescate,” Oilfield Review 22, no. 3 (Marzo de 2011): 16–27. 5. Manley JE y Hine G: “Persistent Unmanned Surface Vehicles for Subsea Support,” artículo OTC 21453, presentado en la Conferencia de Tecnología Marina, Houston, 2 al 5 de mayo de 2011. 6. En el año 2012, Liquid Robotics, Inc. y Schlumberger formaron una unión transitoria de empresas denominada Liquid Robotics Oil & Gas para extender los servicios de los vehículos marinos autónomos a la industria del petróleo y el gas. Volumen 25, no.4 47 Estación meteorológica Luz indicadora de posición Panel solar Componentes electrónicos de comando y control Componentes electrónicos de la carga útil Punto de levantamiento Componentes electrónicos de la carga útil Bahía de carga de popa Bahía de carga de proa Flotador de superficie Cable umbilical Potencia y comunicaciones Timón Aletas Planeador sumergido Puntos de fijación de la carga útil submarina > Diseño del sistema Wave Glider. Este vehículo marino autónomo se divide en tres subsistemas principales: el flotador de superficie, el cable umbilical y el planeador sumergido. Cada subsistema puede ser configurado para satisfacer las necesidades del cliente. monitoreo oceánico. Y ya han ejecutado cientos de misiones, recorriendo desde la región del Weather station Ártico hasta Australia y desde las Islas Canarias Location marker light hasta Loch Ness en Escocia. Este artículo analiza el desarrollo de esta plataforma autónoma de sensores para múltiples misiones y describe sus aplicaciones; desde la medición de parámetros metoceánicos hasta la detección de manifestaciones de petróleo. Algunos ejemplos del Golfo de México y otras áreas demuestran cómo las plataformas de monitoreo móviles, automatizadas y persistentes han demostrado ser ventajosas para las campañas de exploración y producción marinas. El diseño del vehículo El AMV Wave Glider utiliza la energía de las olas para la propulsión, en tanto que la energía solar suministra potencia al motor del timón, el sistema de navegación y los componentes electrónicos de la carga útil. Este AMV consta de un flotador superficial y un planeador sumergido conectados por un cable umbilical electromecánico (izquierda). Cada una de estas piezas puede sustentar un arreglo de sensores para generar una carga útil de acuerdo con las necesidades de cada misión. El flotador pesa alrededor de 68 kg [150 lbm], incluyendo una carga útil habitual. El flotador mide 208 por 60 cm [82 por 24 pulgadas]. Su cubierta sustenta las antenas para el sistema GPS, las comunicaciones satelitales y los sistemas de prevención de colisiones, además de un mástil con una luz indicadora de posición y una bandera para una mayor visibilidad. Su superficie aloja además dos paneles fotovoltaicos que realimentan continuamente las baterías de iones de litio utilizadas para suministrar energía a los sistemas de navegación y comunicaciones del vehículo, y las cargas útiles de los sensores. Cuenta además con siete paquetes de baterías inteligentes, alojados Solar panel Command and control electronics Payload electronics Payload electronics Lift point Aft payload bay Forward payload bay Amplitud de la ola Umbilical power and communications Wings Rudder Subsea payload attachment points > Propulsión con las olas. El sistema Wave Glider transforma una porción de su movimiento vertical en impulso de avance. Cuando el flotador de superficie se eleva en la cresta de una ola, hace subir el planeador sumergido con el cable umbilical. Los seis pares de aletas articuladas del planeador son presionadas hacia abajo a medida que el planeador se eleva y esa elevación se traduce en un movimiento de avance y ascenso, que hace adelantar el flotador (centro). Cuando el flotador se desplaza fuera de la cresta, las aletas del planeador se inclinan hacia arriba, lo que nuevamente se traduce en un movimiento de avance (derecha). El movimiento de las olas es mayor en la superficie del agua y decrece con la profundidad. La magnitud de la fuerza de propulsión de avance es proporcional a la diferencia entre las amplitudes de las olas en el flotador de superficie y en las aletas del planeador sumergido. 48 Oilfield Review Volumen 25, no.4 Características de la superficie marina Calma vítrea Ondulada Uniforme o con olas pequeñas Leve Moderada Tempestuosa Muy tempestuosa Alta Muy alta Fenomenalmente alta de avance independiente de la dirección de las olas mientras su flotador asciende y desciende con cada ola y el planeador remolca el flotador hacia adelante (página anterior, abajo). La velocidad de avance depende de la fuerza de flotabilidad total provista por el flotador cuando se encuentra unido al peso del planeador. La masa y la flotabilidad del vehículo varían con la carga útil, de modo que el flotador, el cable umbilical y el planeador deben equilibrarse y ajustarse para lograr un desempeño óptimo de la propulsión. El AMV está diseñado para operar en condiciones variables entre un estado del mar equivalente a 0 y un estado equivalente a 6 (arriba). El vehículo puede alcanzar velocidades de hasta 1 m/s [2 nudos] y, en condiciones normales con olas de 0,3 a 1 m [1 a 3 pies], alcanza entre 0,5 y 0,75 m/s [1 y 1,5 nudos].9 Con esta velocidad, puede recorrer aproximadamente 1 000 km [620 millas, 540 millas náuticas] en un mes. Además, puede obtener energía de las olas de baja amplitud y alta frecuencia —tales como las del oleaje eólico— de manera que hasta en condiciones calmas, su velocidad rara vez cae por debajo de 0,25 m/s [0,5 nudos].10 Este AMV ha demostrado su capacidad para operar en estados extremos del mar. Un vehículo Wave Glider, llamado G2, experimentó una aproximación con el huracán Isaac en agosto de 2012. La tormenta pasó a una distancia de 100 km [60 millas] de la localización del G2 en el Golfo de México. Cuando el huracán viró en dirección hacia el vehículo, su piloto —que monitoreaba la situación desde el centro de soporte de operaciones (OSC) de Sunnyvale, en California, EUA— emitió una instrucción de cambio de rumbo que lo alejó del peligro. Equipado con sensores para medir la velocidad del agua, la temperatura del aire y del agua, la velocidad del viento y la presión barométrica, el G2 transmitió los datos a pesar de su proximidad a la tormenta (abajo). Más recientemente, en octubre de 2012, otro 100 Velocidad del viento, nudos 34 32 30 28 26 24 10 60 40 20 Tiempo 1 020 8 6 4 2 0 80 0 Tiempo Presión barométrica, mbar 7.Pai S: “Wave Glider—Introduction to an Innovative Autonomous Remotely Piloted Ocean Data Collection Platform,” artículo SPE 166626, presentado en la Conferencia y Exhibición del Petróleo y el Gas del Área Marina de Europa de la SPE, Aberdeen, 3 al 6 de septiembre de 2013. 8.Leroy F y Hine G: “Persistent Unmanned Surface Vehicles for Well and Field Support,” artículo OTC 22545, presentado en la Conferencia de Tecnología Marina, Brasil, Río de Janeiro, 4 al 6 de octubre de 2011. 9.Un nudo, o milla náutica por hora, equivale a 1,151 millas terrestres por hora [1,852 km/h]. 10.Dalgleish FR, Ouyang B, Vuorenkoski AK, Thomas JC y Carragher PD: “Towards Persistent Real-Time Autonomous Surveillance and Mapping of Surface Hydrocarbons,” artículo OTC 24241, presentado en la Conferencia de Tecnología Marina, Houston, 6 al 9 de mayo de 2013. Altura de las olas, m 0 0 a 0,1 0,1 a 0,5 0,5 a 1,25 1,25 a 2,5 2,5 a 4 4a6 6a9 9 a 14 Más de 14 > Tabla de estados del mar. La Organización Meteorológica Mundial clasifica la fuerza de los mares de acuerdo con la altura cada vez mayor de las olas. El AMV Wave Glider puede operar con un valor del estado del mar de 6. Temperatura en la superficie del mar, °C La locomoción en el océano El sistema de propulsión del vehículo Wave Glider es pasivo y mecánico; y convierte la energía del movimiento de las olas en impulso.8 Este sistema de propulsión explota la diferencia natural del movimiento de las olas entre el flotador de superficie y el planeador sumergido. Las orejas o aletas articuladas adosadas al planeador sumergido convierten la energía de las olas para generar más de 1,3 kN [300 lbf] de impulso a medida que rotan en sentido vertical. El vehículo produce un impulso Estado del mar 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Altura significativa de la ola, m en el interior del flotador y aislados eléctricamente con un sistema de circuitos de descarga y monitoreo que permite la utilización de sólo dos baterías por vez.7 Dos bahías de carga útil sustentan un total de 18 kg [40 lbm] entre sensores y equipos. El cable umbilical, de unos 5,8 m [19 pies] de largo, proporciona una conexión flexible entre el flotador de superficie y el planeador sumergido. Este cable sirve además como conducto para la transmisión de los comandos de navegación y la energía al planeador. El planeador sumergido tiene una longitud de 2 m [6,5 pies]. El planeador se desliza sobre seis pares de aletas subacuáticas que propulsan el sistema Wave Glider entero hacia adelante. La estructura del planeador sustenta un timón y su unidad de control. La estructura pesa aproximadamente 68 kg y puede soportar varios sensores. El flotador de superficie de perfil bajo, el cable umbilical de alta resistencia y el planeador robusto permiten que el vehículo continúe operando a través de los intensos vientos y las altas olas del mar abierto. El planeador se encuentra protegido de las condiciones climáticas de la superficie y actúa como un ancla flotante para contrarrestar los efectos del viento y el oleaje en el flotador de superficie. El modelo actual, la plataforma Wave Glider SV2, ha sobrevivido a cinco huracanes y tres ciclones tropicales y ha registrado más de 560 000 km [300 000 millas náuticas] desde el año 2009. Tiempo 1 010 1 000 990 980 970 Tiempo > Lecturas de los sensores de tormenta. Cuando el huracán Isaac viró en dirección hacia la plataforma Wave Glider G2, los sensores del AMV registraron una caída significativa de la temperatura del agua, registrándose vientos sostenidos de 40 nudos [74 km/h] y ráfagas de hasta 74 nudos [137 km/h] con la caída de la presión barométrica a 988,3 mbar [14,3 lpc]. 49 presencia de capas brillantes superficiales de petróleo •registradores acústicos pasivos para detectar y analizar las vocalizaciones de los mamíferos marinos. Los clientes pueden monitorear el estado del vehículo y los datos en tiempo real. Un esquema de credenciales basado en cuentas proporciona seguridad en las comunicaciones con el vehículo a través de Internet. Las actualizaciones se ejecutan generalmente según los intervalos especificados por el cliente y oscilan entre 1 y 15 minutos. Un disco rígido a bordo registra las frecuencias de muestreo de mayor resolución. > Capacidad de mantenimiento de la estación. Una boya de observación de mar abierto (derecha) fue amarrada al lado de un registrador de presión de fondo marino (BPR) para retransmitir los datos del BPR a un grupo de científicos ubicados en tierra firme. A pesar de haber sido amarrada al lado del BPR, los vientos y las corrientes tendían a empujar la boya hacia el cuadrante sudeste de su círculo de vigilancia de 3 400 m [11 000 pies]. Para determinar su confiabilidad como estación retransmisora de los datos del BPR, se probó un AMV Wave Glider (izquierda). AMV Wave Glider atravesó exitosamente vientos de 130 km/hora [70 nudos] para transmitir los datos meteorológicos en tiempo real mientras el huracán Sandy se desplazaba hacia el norte, a lo largo de la costa este de EUA.11 En condiciones tormentosas, el rendimiento del vehículo se potencia como resultado del incremento de la energía de las olas, lo que le permite mantener el rumbo previsto. El sistema de propulsión del vehículo Wave Glider también le permite mantener la posición en una localización, aún en presencia de corrientes de marea o corrientes en remolino. El sistema sencillamente se dirige hacia un punto de ruta (waypoint) designado; un conjunto programado de coordenadas geográficas. Cuando se aproxima a los límites de un círculo de vigilancia predefinido, gira y regresa reiteradas veces al mismo punto. El AMV puede mantener la posición por mucho tiempo con un círculo de vigilancia de hasta 50 m [164 pies] de diámetro, dependiendo de las corrientes y del estado del mar. Por el contrario, los sistemas de amarre de boyas en las profundidades oceánicas emplean aparejos de fondeo que producen un círculo de vigilancia mucho más amplio (arriba). La plataforma de sensores El sistema AMV Wave Glider puede alojar una amplia gama de sensores ya sea estándar o bien diseñados a medida de las necesidades de la misión. 50 Un receptor GPS no sólo determina la posición del vehículo, sino que además proporciona una marca de tiempo precisa para todos los datos registrados en la misión. Los paneles fotovoltaicos mantienen cargadas las baterías de iones de litio para sustentar los sistemas de WiFi, celulares o comunicaciones satelitales, el procesamiento de datos a bordo y varias cargas útiles. De acuerdo con las especificaciones del cliente, es posible configurar cargas útiles de sensores adicionales: •sensores meteorológicos para registrar la presión barométrica, la temperatura del aire, la dirección y la velocidad del viento y las ráfagas •sensores de olas para registrar la altura, el período y la dirección de las olas •módems acústicos para recolectar datos de los sensores instalados en estructuras submarinas o en el fondo del mar •sensores batimétricos para mapear la profundidad del agua •sensores de corrientes para registrar la dirección y la velocidad •sensores de salinidad y temperatura del agua •sistemas de fluorometría para detectar la presencia de petróleo, turbidez y clorofila en el agua •magnetómetros para medir la magnitud y la dirección de los campos magnéticos •cámaras para proporcionar imágenes en tiempo real; también utilizadas para monitorear la proximidad con respecto al hielo o verificar la Pilotaje por control remoto El sistema AMV Wave Glider puede ser programado para viajar directamente entre una localización y otra o para seguir una ruta específica definida por múltiples conjuntos de coordenadas geográficas o puntos de ruta. El sistema GPS a bordo guía el vehículo desde un punto de ruta hasta otro. El vehículo utiliza un receptor GPS de 12 canales como su principal sensor de navegación, junto con una brújula compensada por la inclinación con acelerómetros triaxiales y un sensor de la velocidad del agua. Este sistema ofrece una precisión de navegación superior a 3 m [10 pies].12 Alternativamente, los pilotos del vehículo Wave Glider pueden direccionar sus cargas en forma remota (próxima página, arriba). La información de comando y control se transmite por enlace satelital con una interfaz de usuario segura, basada en la Red, para dirigir las unidades.13 El Sistema de Manejo de los AMVs Wave Glider permite a los pilotos emitir comandos de rumbo utilizando una computadora con Internet o un teléfono celular que permita navegar en la Red.14 La prevención de colisiones es crucial para el éxito de los programas de los vehículos autónomos. Una estrategia clave para el AMV es poder ver y ser visto, de modo de ejecutar los comandos de navegación a tiempo para evitar accidentes. Generalmente, se instalan un mástil, una bandera y una luz para indicar visualmente la posición del flotador del AMV. Más importante aún es el hecho de que el flotador transporta un paquete integrado de componentes electrónicos para destacar su posición. Un intensificador de blancos de radar 11.Pai, referencia 7. 12.Pai, referencia 7. 13.Anderson BS y Beatman L: “Autonomous Surface Vehicle Operations in the Arctic: Regional Baseline Data Acquisition,” artículo OTC 23737, presentado en la Conferencia de Tecnología del Ártico, Houston, 3 al 5 de diciembre de 2012. 14.Pai, referencia 7. 15.Dalgleish et al, referencia 10. Oilfield Review produce un blanco inconfundible en las pantallas de los radares de las embarcaciones cercanas. Y un sistema de comunicaciones satelitales, un sensor de rumbo azimutal y un GPS se conectan a un sistema de identificación automática (AIS) para rastrear el movimiento de la embarcación. Es requisito que las embarcaciones comerciales estén provistas de sistemas de radar y AIS (derecha, extremo inferior). El AIS, cuyos datos se muestran en la pantalla del radar para ayudar a los navegantes de una embarcación cercana a rastrear el rumbo del vehículo autónomo, proporciona la capacidad para interrogar e intercambiar en forma automática datos de posición, rumbo y velocidad en forma automática. Los datos recíprocos del AIS son retransmitidos automáticamente desde el AMV a los pilotos del Wave Glider en tierra firme y éstos también monitorean el tráfico marítimo y emiten comandos de navegación del AMV para evitar colisiones. Aplicaciones de E&P Las plataformas de sensores Wave Glider se adecuan a diversas aplicaciones y misiones científicas. Su persistencia y alcance permiten a estos AMVs recolectar datos de series de tiempo a través de vastas áreas geográficas, lo que posibilita un tipo de investigación científica que no era posible o económica utilizando los datos recolectados desde boyas, embarcaciones o satélites. La detección de manifestaciones superficiales de hidrocarburos naturales es quizás el método más antiguo de exploración petrolera. Desde el punto de vista de un geólogo, el petróleo presente en la superficie del mar constituye un buen indicador de la existencia de más reservas por debajo del lecho marino. A los ecologistas y oceanógrafos les interesa saber además cómo podría afectar el carbono orgánico de estas manifestaciones los ambientes bentónicos y bentopelágicos adyacentes y las comunidades quimiosintéticas que éstos sustentan.15 Las interacciones, mezclas y disoluciones biológicas consumen o dispersan una porción de los hidrocarburos a medida que éstos se elevan a través de la columna de agua, pero algunas burbujas o gotas pequeñas de hidrocarburos finalmente llegan a la superficie. Allí, se dispersan y forman una mancha o capa brillante superficial de petróleo, cuyo ancho y profundidad dependen de las condiciones de la superficie del mar; especialmente la agitación de las olas, la temperatura y la evaporación, que afectan la velocidad de dispersión. Estas manchas ocurren con regularidad, pero a menudo duran poco tiempo. Pueden ser observadas visualmente o detectarse mediante radares de Volumen 25, no.4 > Estación de control con pilotos. En un centro de soporte de operaciones terrestre, los pilotos monitorean el tráfico marítimo, las condiciones del mar y los parámetros de operación de los AMVs durante las 24 horas del día. apertura sintética (SAR) instalados en satélites. No obstante, las órbitas de los satélites SAR en general no admiten más de dos pasadas diarias por un sitio determinado. Las plataformas de sensores automatizadas, que miden los parámetros relacionados con los hidrocarburos y otros parámetros ambientales y transmiten los datos a los investigadores apostados en tierra firme, consti- tuyen una alternativa efectiva con respecto a las mediciones satelitales o las mediciones obtenidas a bordo de embarcaciones. Las plataformas de sensores Wave Glider han sido utilizadas en una misión de dos meses de duración llevada a cabo en el área del Cañón del Mississippi del Golfo de México para evaluar los manaderos naturales de petróleo presentes en Buque de motor Richard Etheridge 11,4 nudos, 139° CPA 0,20 nm, 8 min Buque de motor Nathan Bruckenthal 13,4 nudos, 156° CPA 0,14 nm, 2 min Buque de motor Douglas Munro 8,7 nudos, 318° CPA 0,18 nm, 1 min Embarcación propia > Visualización típica de un sistema AIS. La posición de las embarcaciones, su velocidad, rumbo, punto de aproximación más cercano (CPA) proyectado en millas náuticas (nm) y el tiempo estimado al CPA se muestran en una presentación cartográfica electrónica. El sistema AIS actualiza esta información crucial varias veces por minuto. La embarcación en la que aparece esta visualización (círculo naranja) pasará cerca de otras tres embarcaciones (rojo) si mantiene su ruta y velocidad actuales. 51 0,268 28,132° Concentración de hidrocarburos equivalentes, µg/L 28,130° Latitud 28,128° 28,126° 28,124° 28,122° 0,258 0,249 0,239 0,230 28,120° 28,118° –89,148° –89,146° –89,144° –89,142° –89,140° –89,138° –89,136° –89,134° –89,132° 0,220 Longitud > Patrón de exploración hexagonal. Los sensores de radar de apertura sintética instalados en satélites (verde) detectaron una capa superficial brillante resultante de un manadero del Golfo de México. Durante una salida del Wave Glider, el vehículo de teledetección observó un incremento de las concentraciones de hidrocarburos. La trayectoria del Wave Glider se encuentra codificada en colores de acuerdo con la concentración de hidrocarburos. Los eventos detectados, (puntos grandes) en los que los picos o las transiciones bruscas son registrados en múltiples sensores, muestran dónde el AMV encontró mayores concentraciones de hidrocarburos semivolátiles, lo que indica la presencia de acumulaciones nuevas. Estación meteorológica Perfilador de corrientes Medidor de retrodifusión Transmisómetro Sensor de la velocidad del agua Sensores de la conductividad, la temperatura y la presión del agua, y del oxígeno disuelto Sonar remolcado > AMV con sonar remolcado. Esta plataforma de sensores obtuvo mediciones de referencia de la suspensión de partículas en la columna de agua a lo largo de la ruta de dragado de una línea de conducción propuesta. El AMV fue configurado para obtener mediciones del tiempo en la superficie y la velocidad y la dirección de las corrientes, junto con mediciones del oxígeno disuelto y la conductividad, temperatura y presión del agua. Los sensores del sonar remolcado obtuvieron mediciones de la turbidez. 52 las proximidades de los domos salinos y los volcanes de lodo. La carga útil científica del AMV consistió en un sensor de velocidad del agua, instalado en el flotador, una estación meteorológica instalada en el mástil, un fluorómetro para medir las concentraciones bajas de hidrocarburos semivolátiles y dos sensores ópticos para medir las concentraciones de material orgánico disuelto y suspendido por medio de la técnica de fluorescencia.16 Previo al despliegue del AMV, se calibró la respuesta de los sensores ópticos para conocer las concentraciones de petróleo crudo en las diversas etapas de alteración superficial en un centro de pruebas con tanques de almacenamiento temporal. Los datos resultantes de los sensores del Wave Glider ayudaron a los científicos a mapear la localización y la extensión de las capas brillantes superficiales de petróleo (izquierda). Del otro lado del mundo, la Unidad de Tecnología Ambiental de Chevron, en colaboración con el Centro de Ciencia y Tecnología Marina de la Universidad de Curtin en Perth, Australia Occidental, desplegó una configuración única de sensores en dos plataformas de sensores Wave Glider.17 Los AMVs obtuvieron datos de turbidez de referencia previo al inicio de las operaciones de dragado para una línea de conducción del área marina de Australia. Desplegadas en tres salidas, las plataformas de sensores AMV llevaron a cabo levantamientos metoceánicos y obtuvieron mediciones para evaluar la turbidez a través de las áreas afectadas por el dragado. Durante la primera salida, el sistema obtuvo varias mediciones metocéanicas, incluidas la dirección y la magnitud de las corrientes oceánicas, la temperatura del aire, la velocidad y la dirección del viento, la presión atmosférica, y la temperatura y la salinidad del agua. Estos datos proporcionaron valiosa información ambiental de referencia que ayudó a los científicos a planificar las salidas posteriores (próxima página). La siguiente salida, efectuada para obtener datos detallados sobre la suspensión de las partículas, también demostró la capacidad de remolque del planeador Wave Glider. Un AMV arrastró un módulo de sensores de sonar remolcados por detrás del planeador sumergido para medir la turbidez (izquierda). El sonar remolcado midió la transmisión óptica para determinar la atenuación de la luz y midió la retrodifusión con tres longitudes de onda diferentes para calcular los sedimentos suspendidos y el tamaño medio de las partículas. Luego de establecer una referencia previa al dragado, los AMVs fueron desplegados nuevamente para medir los sedimentos suspendidos durante la operación de dragado. Oilfield Review Azimut de las corrientes Profundidad, m 0° 180° 360° –20 –40 0 12 24 Tiempo transcurrido, horas 36 48 60 48 60 Velocidad de las corrientes, m/s Profundidad, m 0 .25 .50 –20 –40 0 12 24 Tiempo transcurrido, horas 36 > Corrientes y profundidad. En el área marina de Australia Occidental, un AMV Wave Glider registró sondeos del fondo marino hasta 60 m [200 pies] de profundidad, junto con la velocidad y la dirección de las corrientes. La influencia de las mareas en la dirección de las corrientes es pronunciada en las profundidades más someras y la dirección cambia en incrementos de aproximadamente seis horas (rojo y azul, extremo superior). Las corrientes mostraron variaciones irregulares de la velocidad a lo largo del trayecto del levantamiento (extremo inferior). Todas las mediciones están vinculadas al tiempo y las coordenadas GPS. La tercera salida permitió a los científicos comparar los datos obtenidos con los sensores del sonar durante la segunda salida con los datos obtenidos con un sensor óptico diferente para rastrear los sedimentos suspendidos y la distribución granulométrica. Esta comparación de los resultados de los sensores de última generación ayudó al operador a determinar el mejor sistema de sensores para los despliegues futuros. Una vez concluido el dragado, se llevará a cabo un levantamiento final. La repetición de estos levantamientos (técnica de lapsos de tiempo) permitirá a Volumen 25, no.4 los científicos comparar los perfiles antes, durante y después del dragado para evaluar cualquier impacto ambiental en el corto o el largo plazo. El AMV también ha ayudado a los geofísicos a diseñar levantamientos sísmicos. Las embarcaciones sísmicas emplean varios cables sísmicos acústicos, remolcados en paralelo, para adquirir datos geofísicos. Estos cables sísmicos marinos, de varios miles de metros de largo, no siempre siguen la embarcación sísmica directamente en línea, sino que se desvían lateralmente en respuesta a las mareas y las corrientes con que se encuentran. Si bien los cables sísmicos marinos son orientables, esta estela puede producir vacíos en la cobertura de los datos obtenidos en un área y obligar a la embarcación sísmica a regresar a esa área para readquirir y rellenar los datos faltantes. A fin de contrarrestar los efectos de las mareas y las corrientes, los planificadores de levantamientos a 16.Dalgleish et al, referencia 10. 17.Pai S y Shone P: “Remotely Piloted Ocean Vehicles to Conduct METOC and Turbidity Pre-Site Survey,” artículo presentado en la 75a Conferencia y Exhibición de la EAGE, Londres, 10 al 13 de junio de 2013. 53 Velocidad de las corrientes transversales a la dirección de la embarcación, en nudos 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 06:00, 24 de marzo Babor Estribor 00:00, 24 de marzo 18:00, 23 de marzo 12:00, 23 de marzo > Datos de las corrientes. La velocidad de las corrientes a través de un área de levantamiento fue transmitida al WG Columbus (inserto) para ayudar a predecir las posiciones del cable sísmico marino a medida que la embarcación pasaba cerca de una plataforma de producción y de otras obstrucciones potenciales. menudo orientan los levantamientos en línea con la dirección de la corriente predominante. La estela del cable sísmico marino se vuelve un problema aún mayor cuando se adquieren levantamientos en las proximidades de objetos fijos, tales como boyas, equipos de perforación o plataformas de producción. Como soporte de la operación de una embarcación sísmica de Satélite AMV Wave Glider AUV ROV Colector múltiple > Puerta de enlace de comunicaciones. Como soporte de las operaciones petroleras, el AMV Wave Glider constituirá un enlace útil para la retransmisión de datos y comandos entre el fondo marino y las instalaciones del operador. En este ejemplo, el AMV puede manejar las comunicaciones con un AUV sumergido, un ROV y un colector múltiple submarino además de plataformas, un satélite y una nave de soporte en la superficie (de Manley y Hine, referencia 5). (Copyright 2008, Conferencia de Tecnología Marina. Reproducido con la autorización de OTC. Se prohíbe cualquier otra reproducción sin autorización.) 54 WesternGeco en el Golfo de México, se desplegaron tres vehículos sensores Wave Glider para reportar los datos meteorológicos y de las corrientes en tiempo real, en las proximidades de los equipos y las plataformas de perforación del área del levantamiento. Cada AMV utilizó un perfilador acústico de corriente Doppler (ADCP) para medir la velocidad y dirección de las corrientes. Los datos fueron enviados a través de un servicio seguro de Internet al jefe de brigada a bordo de la embarcación sísmica WG Columbus (izquierda). Esta información ayudó al jefe de brigada de levantamiento sísmico a determinar cuán cerca podría la embarcación sortear las obstrucciones y a la vez evitar el enredo del cable sísmico marino.18 En un caso similar, Total utilizó los perfiladores ADCP como asistencia en el diseño de levantamientos sísmicos en el área marina de Uruguay. En ese país, un grupo de geofísicos procuraba estudiar un área cerca de la confluencia de dos corrientes oceánicas. Para adaptar la adquisición a las corrientes prevalecientes en forma diaria y de ese modo incrementar la seguridad operacional, Total desplegó un AMV Wave Glider para medir la intensidad de las corrientes. Los datos fueron transmitidos en tiempo real vía satélite mientras el levantamiento se encontraba en curso. Los AMVs Wave Glider también pueden proporcionar una plataforma persistente para facilitar la comunicación con los sensores y equipos submarinos mediante un módem acústico, ya sea para el control operacional o para evaluar los activos submarinos (izquierda). Shell ha utilizado los módems acústicos Wave Glider en pruebas de referenciamiento para recolectar datos de los transpondedores submarinos de monitoreo de presión del Golfo de México. En la mayoría de los casos, dichos datos pueden ser registrados, transferidos vía satélite y analizados en cualquier lugar del mundo. Más allá del campo petrolero Los episodios acaecidos en la década pasada señalan la devastación que ocasionaron a las comunidades costeras los terremotos marinos o las grandes tormentas. Para alertar a las comunidades acerca de los peligros inminentes, los científicos necesitan contar con datos relevantes en tiempo real. En el caso de los tsunamis, los sensores desplegados en boyas pueden ayudar a localizar el epicentro de un sismo y medir la magnitud del desplazamiento del fondo marino. Para monitorear dichos datos, se ha instalado un arreglo de boyas de datos oceánicos. La Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) de EUA monitorea los datos de la red DART (Evaluación y Aviso de Tsunami en la Profundidad del Océano), Oilfield Review Satélite Centro de alerta temprana de tsunamis AMV Wave Glider Registrador de presión de fondo marino > Monitoreo de los tsunamis. La NOAA utiliza las lecturas de presión de fondo para detectar la actividad sísmica que podría producir un tsunami. Una plataforma de sensores Wave Glider ha sido empleada para retransmitir los datos en tiempo real desde un BPR a un centro de alerta temprana de tsunamis instalado en tierra firme. establecida para detectar tsunamis y adquirir datos para efectuar pronósticos en tiempo real. Actualmente, la NOAA cuenta con 39 estaciones de monitoreo DART en su red y las estaciones de otras naciones también aportan datos. Cada estación DART consiste en un registrador de presión de fondo marino (BPR) con una boya de superficie anclada a su lado. Un enlace acústico transmite los datos y comandos entre la boya y el BPR, que recolecta las lecturas de presión y temperatura a intervalos de 15 segundos. Los datos son retransmitidos del BPR a la boya, y luego el satélite de comunicaciones los transmite a los centros de alerta de tsunamis de todo el mundo.19 Los científicos de la NOAA reconocieron que el mantenimiento de algunas de las estaciones DART después de su despliegue presentaría desafíos operacionales. Cuando una estación experimenta una falla, el costo de movilizar una embarcación para efectuar reparaciones puede exceder el presupuesto del programa. Para incrementar la red, la NOAA ha desplegado un AMV Wave Glider con un módem acústico de baja frecuencia para obtener observaciones de tsunamis en tiempo real. Este tsunámetro móvil autónomo actúa como una puerta de enlace de comunicaciones para la transmisión de datos sísmicos en vivo desde el fondo hasta la superficie del océano y su posterior retransmisión a la costa vía satélite (arriba). El AMV, que también recolecta información meteorológica en tiempo real, puede ser programado para viajar a Volumen 25, no.4 localizaciones determinadas o regresar a la costa cuando se imparte el comando. El pronóstico preciso de las tormentas también es crucial para la protección de las vidas y los activos de las comunidades costeras. Habiendo desarrollado herramientas para predecir el curso general que puede adoptar una tormenta, la NOAA ahora intenta mejorar las predicciones acerca de su intensidad. A lo largo de la costa este y la costa del golfo de EUA, las mayores amenazas provienen de los huracanes. En un esfuerzo para comprender mejor cómo se incrementa o se reduce la intensidad de los huracanes, la NOAA está apuntando a la interfaz mar-aire, donde las aguas cálidas transfieren la energía térmica al sistema de tormentas suprayacente. Los especialistas en el clima consideran que las temperaturas por debajo de la superficie del océano pueden contribuir significativamente a este intercambio de energía ya que los vientos de tormenta y los maremotos agitan las aguas por debajo de la superficie. No obstante, la extracción de datos del centro de un huracán puede ser difícil. Los aviones cazatormentas vuelan en dirección hacia estos sistemas climáticos violentos a varios miles de pies por encima del océano. Ellos exploran la tormenta utilizando un radar para medir las condiciones existentes en la superficie del océano o lanzan los sensores para obtener un perfil vertical detallado de las condiciones atmosféricas presentes en el interior de la tormenta.20 Los satélites observan las temperaturas de la superficie desde cientos o miles de millas por encima del agua, pero estas mediciones pueden ser oscurecidas por la nubosidad y no proporcionan información sobre el calor intercambiado en las aguas agitadas por las tormentas debajo de la superficie. Además, necesitan ser comparadas con las mediciones en sitio obtenidas en el ambiente real de la tormenta. Dichas mediciones sólo pueden recogerse aventurándose en la tormenta propiamente dicha. 18.Pai, referencia 7. 19.Manley y Hine, referencia 5. Para obtener más información sobre el sistema DART, consulte: “Deep-Ocean Assessment and Reporting of Tsunamis (DART) Description,” NOAA National Data Buoy Center (Centro Nacional de Datos de Boyas de la NOAA), http://www.ndbc.noaa.gov/dart/dart.shtml (Se accedió el 20 de noviembre de 2013). Green DS: “Transitioning NOAA Moored Buoy Systems From Research to Operations,” en Actas de la Conferencia MTS/IEEE OCEANS 2006, Boston, Massachusetts, EUA, 15 al 21 de septiembre de 2006. 20.Las sondas eyectables obtienen un perfil vertical de las condiciones a medida que descienden en paracaídas a través de una tormenta. La temperatura, la humedad, la presión, la velocidad del viento, la dirección del viento y las coordenadas GPS son transmitidas a la aeronave de lanzamiento cada 0,5 segundo. Un lanzamiento desde 7 000 m [20 000 pies] puede insumir 7 minutos. Para obtener más información sobre las capacidades de la sonda eyectable, consulte: “GPS Dropsonde,” Corporación Universitaria para la Investigación Atmosférica y Centro Nacional de Investigación Atmosférica, Laboratorio de Observación de la Tierra, https://www.eol.ucar.edu/node/3145 (Se accedió el 6 de diciembre de 2013). 55 > La onda del futuro. El prototipo Wave Glider SV3 actual está provisto de un sistema de propulsión eléctrico con una hélice de arrastre bajo (cono negro debajo de la aleta vertical). Este modelo más grande alojará una carga útil de 45 kg [100 lbm]. Dado que estos ambientes son demasiado turbulentos para las embarcaciones meteorológicas tripuladas o las aeronaves de investigación, los científicos de la NOAA están probando las plataformas de sensores móviles autónomas para observar esta transferencia de energía. La NOAA ha utilizado el AMV Wave Glider en el Océano Atlántico para recolectar datos críticos en áreas cuyo acceso por otros medios resultaría muy arduo o muy peligroso. Para el monitoreo de un área al norte de Puerto Rico, la plataforma de sensores está equipada con una estación meteorológica estándar para medir la temperatura, la humedad, la presión barométrica, la velocidad y la dirección del viento y las ráfagas. Además, está provista de un sensor de oleaje direccional y una cadena con termistor para medir la temperatura del agua desde la superficie hasta 7 m [23 pies] de profundidad. Esta plataforma de sensores demostró que es posible obtener mediciones de temperatura de alta calidad de la porción superior del océano y transmitirlas a distancia en tiempo real, utilizando vehículos autónomos en un ambiente riguroso. 21.Leroy y Hine, referencia 8. 22.Leroy y Hine, referencia 8. 56 Un AMV también permite a los científicos recolectar datos de varias localizaciones a medida que el vehículo da vueltas a través de la tormenta. La onda del futuro Luego de viajar 14 meses y recorrer 14 800 km [9 200 millas] a través del Océano Pacífico, el AMV Wave Glider ha logrado un historial de confiabilidad. Esta plataforma autónoma de sensores demostró ser capaz de ejecutar varias funciones importantes de monitoreo marino previamente asignadas a embarcaciones tripuladas; sin embargo, durante un tiempo más largo y a un costo más bajo que los métodos tradicionales. Además, su capacidad de mantenimiento de la posición le permite reproducir las funciones de persistencia y medición de una boya de monitoreo marino amarrada. En este modo, el vehículo reduce significativamente los costos, el tiempo y los riesgos incurridos por las embarcaciones y las brigadas para desplegar, recuperar y mantener una red tradicional de boyas. Su tamaño compacto ofrece además gran flexibilidad y adaptabilidad para un despliegue rápido en situaciones imprevistas o en rápido cambio para monitorear las condiciones existentes en, sobre o debajo de la superficie del océano.21 A medida que las actividades de exploración y producción marinas accedan a áreas más profundas y más remotas de los océanos, los equipos de perforación, las plataformas de producción, las embarcaciones y las líneas de conducción empleados en estas operaciones utilizarán el soporte de los vehículos autónomos cada vez con más frecuencia. La capacidad para operar en la interfaz mar-aire o debajo de ésta le servirá al cliente del AMV para la retransmisión de comunicaciones entre las instalaciones de superficie y las del subsuelo. Una nueva generación de vehículos Wave Glider más grandes, con diseños específicos, proporcionará soporte a las instalaciones de pozos del subsuelo y las operaciones de campo. El modelo SV3 será un 35% más largo que los modelos previos y transportará una carga útil más grande. Los sistemas futuros podrán generar electricidad a partir del movimiento de las olas y además podrán incluir sistemas de propulsión eléctrica auxiliares para mejorar las capacidades de maniobrabilidad y prevención de colisiones (arriba).22 La próxima generación de vehículos autónomos Wave Glider será esencial para extender las fronteras de la exploración y la producción. — MV Oilfield Review