Desenho de Distribuição de Energia Submarina Próximo

Distribuição de energia submarina destinada a movimentar instalações de produção de petróleo e gás no fundo do mar

A distribuição de energia submarina até 3.000 metros de profundidade será em breve uma realidade. Neste verão, um protótipo em escala real estará executando um teste de 3.000 horas. Depois disso, assumindo que tudo corra como planejado, será a hora do lançamento comercial, potencialmente com implicações de longo alcance para as instalações de produção em todo o mundo. Pode até mesmo tornar toda a plataforma de produção topside uma lembrança do passado.

Um novo projeto para infra-estrutura de distribuição de energia em instalações offshore está atualmente tomando forma na Noruega. Aqui, a ABB e um grupo de parceiros estão desenvolvendo equipamentos projetados para ficar no fundo do mar, a profundidades de até 3.000 metros, operando por até 30 anos sem manutenção. O sistema submarino de distribuição de energia pode fornecer até 100 megawatts (MW) e ser fornecido a uma distância de até 600 quilômetros. O Joint Industry Project (JIP) é um empreendimento colaborativo entre a ABB e a Equinor com seus parceiros, Total e Chevron.

O projeto visa melhorar as taxas de recuperação de novas instalações offshore e prolongar a vida dos ativos existentes, utilizando instalações submarinas modulares avançadas em vez de plataformas tradicionais e sistemas de produção flutuantes.

As sementes do projeto foram semeadas em 2013, quando a ABB foi encarregada de melhorar a taxa de recuperação no campo de Asgard no setor norueguês do Mar do Norte. A operadora Equinor descobriu que a pressão dentro do poço estava caindo a um ritmo alarmante, embora as reservas restantes fossem consideráveis. A ABB forneceu energia para equipamentos de compressão de gás submarino para reforço artificial, o primeiro desse tipo.

Na ausência de qualquer distribuição de energia no fundo do mar, cada bomba e compressor tinham inicialmente um cabo amarrado a uma plataforma de produção flutuante. Esse problema foi abordado posteriormente e todo o equipamento de processo está agora localizado no fundo do mar, alimentado por um único cabo com distribuição modular de energia.

Novo conceito desenvolvido
O JIP foi formado para desenvolver ainda mais esse conceito. Com uma infra-estrutura de distribuição de energia no fundo do mar, a futura produção offshore pode não exigir quaisquer topsides ou sistemas de produção flutuantes, oferecendo benefícios significativos em termos de custo e segurança. A energia será fornecida com um único cabo, em vez de um para cada carga. Todos os equipamentos para distribuição de média tensão, conversão de energia, automação e potência auxiliar serão instalados em gabinetes submarinos. Um sistema modular de distribuição de energia no fundo do mar acionará bombas, compressores e outras instalações de processo.

As economias potenciais são consideráveis. Em um projeto com oito cargas diferentes, como bombas ou compressores, a economia de investimentos pode ser de cerca de US $ 500 milhões. A eficiência será significativamente melhorada, pois as cargas estão mais próximas do poço. Deve ser possível economizar até 30% em capex e opex ao longo de um período de 30 anos.

Com mais desenvolvimento, o conceito poderia eventualmente resultar em uma fábrica submarina autônoma, usando soluções digitais para permitir operações inteligentes remotas e não-tripuladas. Isso reduziria ainda mais o capex e o custo operacional, aumentando as taxas de recuperação, melhorando a segurança, aumentando a confiabilidade, aumentando a produtividade e minimizando o impacto ambiental. A energia pode ser fornecida a uma distância de até 600 quilômetros. Usando este conceito, praticamente todos os recursos conhecidos do mundo podem ser alcançados.

(Imagem: ABB)

Um desafio técnico
Embora haja um caso de negócio robusto para a colocação de equipamentos de distribuição de energia no fundo do oceano, isso não é o mesmo que ter uma solução técnica. Muitos obstáculos tiveram que ser superados para chegar ao lançamento de um teste completo de protótipo. Projetar uma infraestrutura de fornecimento de energia que possa operar a 3.000 metros de profundidade por 30 anos significou consideráveis desafios técnicos, pois as condições operacionais são extremamente severas e os requisitos de confiabilidade são exigentes. Nada como isso já foi feito antes, e muitos novos insights foram obtidos ao longo do caminho.

O sistema consiste em um sistema de controle submarino e distribuição de baixa tensão, comutadores submarinos de média tensão e acionamentos de velocidade variável submarinos de média tensão. No início do projeto, a maior parte deste equipamento não existia. Quando um primeiro teste de águas rasas ocorreu em 2017, esta foi a primeira vez que um acionamento de velocidade variável de média tensão já havia sido operado sob a água.

Este verão será o início de um teste de 3.000 horas em águas rasas com um protótipo de escala completa - equipamento de comutação de média tensão, equipamento de controle e distribuição de baixa voltagem e duas unidades de velocidade variável paralela (VSD). Espera-se que o primeiro sistema comercial esteja em operação até 2023.

Testes a longo prazo
Desde o teste de águas rasas de 2017, os componentes foram verificados, redesenhados e otimizados. Testes de longo prazo estão em andamento no nível dos componentes.

Um desafio significativo durante o desenvolvimento e teste ambiental foi capturar as condições precisas que levariam a um desvio de teste, uma mudança no comportamento do dispositivo ou valor do componente, particularmente quando esses desvios eram intermitentes e aparentes apenas sob as condições de teste mais severas. Este trabalho foi realizado frequentemente em instalações de teste especializadas.

Todos os componentes são baseados em equipamentos existentes, adaptados para operação submarina. O projeto visa qualificar os blocos básicos de construção para trabalhar com as típicas classificações de tensão e potência usadas no processamento submarino, bem como para operar em condições submarinas muito exigentes. Todos os componentes são testados para API 17F. Isso inclui testes de temperatura, vibração e pressão, bem como testes de vida útil acelerados.

As atividades do projeto seguem as recomendações e o nível de prontidão tecnológica (TRL) definidos no procedimento DNV RP-A203. Isso fornece uma abordagem sistemática para garantir que a tecnologia funcione de forma confiável dentro dos limites especificados. A progressão para testes em protótipos em grande escala significa que o projeto está agora se movendo de TRL3 para TRL4.

Os requisitos existentes para equipamentos de superfície geralmente se aplicam, assim como o Padrão API17F para Sistemas de Controle de Produção Submarinos. Usando esses padrões e métodos, o projeto desenvolveu tecnologias de embalagem para permitir a distribuição e conversão de energia robusta e econômica para uso submarino. O objetivo é fornecer à indústria provas de que esta tecnologia está pronta para uso.

Controlador poderoso
Enquanto o sistema de controle é baseado em produtos existentes, a tecnologia teve que ser significativamente atualizada e modificada. O sistema também precisava de um design de gabinete completamente novo. Embora já existam módulos eletrônicos submarinos para aplicações de controle de poço, o sistema de controle projetado aqui oferecerá funcionalidade mais avançada em comparação com as soluções existentes. O sistema é muito mais poderoso do que qualquer sistema de última geração usado para subsea hoje.

Os VSDs submarinos são projetados para controlar a velocidade e o torque das bombas submarinas e compressores para aplicações de injeção, reforço e compressão de água do mar. Eles também são fundamentais para recuperar dados de diagnóstico. Geralmente, é mais útil coletar dados do dispositivo do VSD do que dos dispositivos reais. Isso ajuda a prever o comportamento do dispositivo, otimizar a operação e rastrear indicadores de desempenho, criando resiliência.

O projeto está agora em seus estágios finais. Com o início do teste de águas rasas do protótipo em escala real, a indústria pode esperar por uma nova era na qual as instalações submarinas substituam as plataformas superiores, reduzindo significativamente os custos e os riscos associados à produção.

O autor
Svein Vatland, vice-presidente do Programa de Tecnologia Submarina da ABB