Vigilância do leito do mar entra em idade de autonomia

Implantação AMT durante o projeto Ormen Lange, na costa da Noruega. (Foto: Sonardyne)

O monitoramento de deformação do leito marinho está se movendo para novos domínios de capacidade, pois a autocalibração, a implantação autônoma e a coleta de dados abrem novas possibilidades para estender a vida útil dos campos de petróleo. Shaun Dunn, Gerente Global de Negócios, Exploração e Vigilância da Sonardyne, explica.

Na recente recessão, uma das medidas que as empresas petrolíferas tomaram para sustentar a produção foi concentrar-se mais nos programas de recuperação melhorada de petróleo (IOR) nos campos existentes, em vez de explorar novas fronteiras.

O gerenciamento proativo de reservatórios existentes para maximizar a recuperação, sem a necessidade de grandes investimentos de capital iniciais que o desenvolvimento de novos campos exige, era e continua sendo uma maneira lucrativa de extrair mais produtos do solo, usando menos recursos e reduzindo o impacto ambiental. No entanto, com o IOR surgem riscos adicionais, incluindo reativação de falhas e outros riscos geológicos, como fraturas no leito marinho, deformação ou subsidência. O movimento do leito do mar geralmente é esperado acima dos reservatórios à medida que são produzidos e os níveis de pressão caem. Vários centímetros de movimento por ano são bastante típicos. À medida que os níveis de pressão em uma zona de produção diminuem, também aumenta a capacidade da rocha do reservatório de suportar as camadas de rocha ou sobrecarregá-la, levando a fenômenos de deformação do fundo do mar, como uma tigela de subsidência gradualmente crescente.

Embora esse movimento possa não causar um grande risco em si, saber quanto movimento existe, em que direção e com que velocidade está ocorrendo ajuda os operadores a aprender mais sobre o desempenho de seus reservatórios e, portanto, como operá-los de maneira mais produtiva.

A capacidade de medir lateralmente e verticalmente o movimento do fundo do mar permite que os geofísicos fundam essas informações com outros dados de produção para inferir o fluxo de fluidos, a pressão dos poros, a compactação do nível do reservatório etc., e então ajustar seus planos de gerenciamento de reservatórios e melhorar as taxas de recuperação. Durante a atividade de perfuração e produção, o monitoramento do fundo do mar também pode ajudar a evitar riscos geológicos, como reativação de falhas e deslizamentos de lama.

O navio de pesquisa alemão Sonne e um navio de superfície não tripulado Wave View (USV) foram usados para colher dados de AMTs. Os USVs agora também podem realizar medições GPS-acústicas. (Foto: Sonardyne)

O que funciona em terra, não funciona no mar
No entanto, no passado, não foi fácil medir esses pequenos movimentos no mar. Em terra, os sistemas de posicionamento por GPS, alcance por laser e altimetria por satélite podem ser usados para determinar as posições e distâncias entre objetos em terra a centímetros ou mesmo milímetros. Essas técnicas não funcionam submarinas.

Tradicionalmente, sonares batimétricos têm sido usados para medir subsidência offshore, mas sua precisão é severamente limitada, particularmente em águas profundas, e a logística de implantação envolvida dificulta sua aplicação prática para detectar taxas de subsidência lentas, onde medições de longa duração são necessárias. Os gravímetros portáteis também são usados para detectar mudanças na densidade provocadas pela troca de água, por exemplo. Mas, esses sensores têm que ser movidos entre monumentos do fundo do mar permanentemente implantados usando um veículo submerso operado remotamente (ROV), e repetidas medidas de gravidade e pressão tomadas em cada local. É um processo demorado, intensivo em termos de pessoal e, portanto, dispendioso, e geralmente é realizado em intervalos de vários anos, o que limita a utilidade dos dados.

Na última década, uma alternativa mais econômica foi desenvolvida, graças a uma idéia dos geofísicos de pesquisa da Shell, Dr. Paul Hatchell e Dr. Stephen Bourne, em 2006. Eles sabiam que, como a deformação do fundo do mar causa deslocamentos verticais e horizontais, Um método mais contínuo de monitoramento de subsidência poderia ser possível tomando medições verticais e horizontais usando instrumentação submarina implantada a longo prazo. Na época, equipamentos de monitoramento de alta durabilidade e altamente sensíveis não estavam disponíveis, então a Shell se aproximou da Sonardyne, devido à nossa longa história em design de instrumentação de alta precisão.

Introduzindo o monitoramento da deformação do leito marinho
Trabalhando com a Shell, desenvolvemos o primeiro sistema de monitoramento de deformação do leito marinho, que foi implantado no campo Ormen Lange da Shell na plataforma continental norueguesa em 2007. O sistema mediu as distâncias horizontais entre dois locais no fundo do mar usando variações acústicas e fez medições de profundidade usando sensores de pressão. Essas técnicas não são novas no levantamento subaquático. De fato, a Sonardyne forneceu essas tecnologias para a indústria offshore de petróleo e gás por mais de quatro décadas. No entanto, para criar um sistema de monitoramento de deformação do leito marinho, foram necessárias várias inovações.

Para medir o deslocamento horizontal, as ondas acústicas são transmitidas como sinais entre os pares de nossos Transponders de Monitoramento Autônomo (AMT), que são separados por centenas de metros, e o tempo de ida e volta bidirecional desses sinais é determinado. A velocidade da onda também é medida localmente e em tempo real usando sensores integrados de velocidade do som, para que a distância entre os pares AMT possa ser monitorada com muita precisão. O deslocamento vertical é medido usando sensores de pressão integrais. Ao comparar os resultados de múltiplos AMTs, os efeitos da maré, da densidade da coluna de água e das mudanças na pressão barométrica podem ser removidos dos resultados, deixando apenas as mudanças relativas na profundidade do fundo marinho remanescentes.

Soa simples? Não é. Muito trabalho foi feito para desenvolver este sistema, de modo que ele possa fornecer tanto a sensibilidade quanto o serviço de longa duração necessários, nas profundidades do fundo do mar necessárias. Isso incluiu inovações em sinalização acústica de alto desempenho, sensoriamento de pressão, eletrônica de baixa potência, caixas marítimas resistentes à pressão e resistentes à corrosão, tecnologias de baterias e projetos de transdutores acústicos. Também adicionamos uma calibração do sensor de pressão no local em um processo conhecido como Ambient Ambient Ambient (AZA) para resolver o desvio inerente que os sensores de pressão sofrem sem precisar recuperá-los para a superfície.

Esses sistemas são comprovados em campo. Após os primeiros testes no mar em Ormen Lange, realizamos uma implantação de longo prazo no mesmo local, de 2010 a 2015. Durante essa implantação, quase 220 AMTs foram implantados, permitindo cinco anos e meio de monitoramento contínuo de subsidência no local, coletando mais de 600 milhões de observações de alcance. Versões do sistema foram implantadas por operadores no Mar do Norte do Reino Unido, no Golfo do México dos EUA e na Ásia offshore.

Aproveitando as mudanças na autonomia marinha
Mas nós não ficamos parados. Utilizando veículos não tripulados, conseguimos levar este sistema ainda mais longe: podemos localizar as posições precisas de nossos AMTs usando o GPS-Acoustic box-in (GPS-A) e depois realizar a recuperação de dados sem fio usando embarcações de superfície não tripuladas, como Liquid. Planadores de ondas de robótica. O uso de sistemas não tripulados economiza custos, já que normalmente eles têm custos de operação que são uma ou duas ordens de grandeza abaixo da média dos navios tripulados.

O resultado é que agora temos instrumentos totalmente autônomos; pode ser implantado no fundo do mar, permanecendo no local por 10 ou mais anos sem qualquer intervenção direta; faça medições altamente precisas do movimento horizontal e vertical; e, usando recursos remotos de coleta de dados sem fio, pode rotineiramente reportar informações para um usuário sentado em sua mesa. Portanto, ele pode ser usado para os projetos de monitoramento de assentamentos mais desafiadores e de alta sensibilidade em todo o mundo.

Da esquerda para a direita: um conjunto de quadro de tripé AMT, uma variante AMT instalada submarina para monitoramento de subsidência no Golfo do México dos EUA e AMTs e suas estruturas após recuperação após mais de cinco anos de implantação (Imagens: Sonardyne)

Melhorando a precisão, melhorando os resultados
O trabalho não pára. Também estamos continuamente procurando melhorar a precisão de nossos equipamentos de monitoramento de assentamento do leito marinho. Através do nosso trabalho para permitir a calibração regular no local, bem como um programa de pesquisa para selecionar e pré-caracterizar os melhores sensores de pressão, e para localizar as posições dos equipamentos dos drones de superfície, conseguimos alcançar perto de 1cm / ano sensibilidade de medição.

Isso é empolgante - poderia revolucionar o monitoramento dos assentamentos do leito marinho, pois revela toda uma nova capacidade global de monitoramento de campos que diminuem muito lentamente, incluindo campos em águas profundas, como os do pré-sal brasileiro e do Golfo do México.

Além disso, esta tecnologia também fornece dados que os cientistas oceânicos anteriormente não conseguiram acessar, para monitoramento de zona de subducção e movimentação de placas tectônicas. Até recentemente, os cientistas dependiam quase exclusivamente do uso de embarcações de pesquisa tripuladas para realizar observações no mar. Isso significava que eles tinham apenas projetos de aquisição de dados esporádicos e limitados, o que, por sua vez, significava que eles eram incapazes de modelar satisfatoriamente as zonas de subducção. Estas são áreas onde uma crosta oceânica submerge sob uma crosta continental mais densa e cria a energia de fricção que é tipicamente associada aos terremotos e tsunamis mais prejudiciais do mundo. Agora, eles não apenas têm a capacidade de adquirir esses dados de subsidência, mas, com a capacidade de realizar caixas acústicas de GPS, podemos localizar precisamente as posições absolutas de cada AMT para que esses dados possam ser usados com modelos. Estes dados foram anteriormente fora do alcance dos cientistas.

Ativando a pesquisa sobre tsunamis e terremotos
A GEOMAR, entre outros, implantou o sistema de monitoramento de deformação do leito marinho da Sonardyne em vários locais da Europa e América do Sul para medir a acumulação de tensão associada ao movimento das placas tectônicas. Para um desdobramento ao longo da placa tectônica Nazca-sul-americana ao largo da costa do Chile, a GEOMAR estava especificamente interessada na acumulação de deformação horizontal que pode ser usada para prever quando grandes deslocamentos poderiam ocorrer na zona de subducção. Este sistema é único por estar configurado com sinais acústicos de frequência mais baixa que se propagam rapidamente por distâncias consideráveis, uma configuração necessária para uma comunicação sem fio efetiva em profundidades extremas (maiores que 5.000 metros) nas quais alguns desses instrumentos foram implementados.

O Scripps Institute of Oceanography, que utilizou essa tecnologia pela primeira vez em 2013-14, está trabalhando com o Serviço Geológico dos Estados Unidos (USGS) para entender melhor a Zona de Subducação de Cascadia, a fim de melhor prever quando um evento maior é mais provável de ocorrer. Ele está usando o instrumento Fetch da Sonardyne (funcionalmente equivalente ao AMT, mas com uma bateria muito maior que permite implementações de até 10 anos) para o componente do fundo do mar do estudo.

A tecnologia também é a base de uma colaboração financiada pelo governo japonês entre a Universidade de Kyoto, a Universidade Nacional Autônoma do México e a GNS Science da Nova Zelândia; “Avaliação de risco de grandes terremotos e tsunamis na costa mexicana do Pacífico para mitigação de desastres”. Outros programas significativos também estão sendo propostos.

Insight preciso e acessível
Nosso sistema de monitoramento de deformação do leito marinho fornece aos operadores e cientistas detalhes centimétricos do movimento do fundo oceânico, para ajudar a gerenciar e maximizar seus recursos e monitorar movimentos tectônicos de placas submarinas com muito mais detalhes do que jamais foram capazes de fazer antes, tudo em uma fração do custo dos métodos anteriores.

Sonardyne AMTs medem o deslocamento vertical e horizontal para detectar qualquer deformação induzida pelo leito marinho. (Imagem: Sonardyne)