46 Oilfield Review

Una nueva plataforma para la exploración y producción en áreas marinas

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.

Peter CarragherRose & Associates, LLPHouston, Texas, EUA

Graham HineLiquid Robotics, Inc.Sunnyvale, California, EUA

Patrick Legh-SmithGatwick, Inglaterra

Jeffrey MayvilleRod NelsonHouston, Texas

Sudhir PaiLiquid Robotics Oil & GasHouston, Texas

Iain ParnumUniversidad de Curtin Perth, Australia Occidental, Australia

Paul ShoneChevron Energy Technology CompanyLondres, Inglaterra

Jonathan SmithShell Exploration and Production CompanyHouston, Texas

Christian TichatschkeTotal E&P Uruguay BVMontevideo, 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.

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 oceáni-cas, puede conducir a un mayor conocimiento de los procesos que continúan configurando el pla-neta y a la vez ayudar a los científicos a descubrir nuevos recursos y predecir el impacto de las fuer-zas 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 coste-ras; 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 océa-nos no sólo amenazan a los habitantes de las cos-tas, sino que además impactan la industria y el comercio de todo el mundo. La industria del petró-leo y el gas percibe los efectos meteorológicos en las fluctuaciones estacionales de la demanda. En el ambiente marino, los efectos meteorológi-cos 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 operacio-nes 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 corrien-tes 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 levan-tamientos geofísicos deben evaluar los efectos de las mareas y las corrientes en las estelas de los cables sísmicos marinos a medida que son remol-cados a través del agua.2 La altura de las olas es un parámetro clave utilizado en el diseño de las plata-formas de producción, y las líneas de conducción deben ser instaladas de manera tal de tolerar las corrientes submarinas. El monitoreo oceánico de- sempeña un rol integral en la evaluación y gestión de riesgos ya que proporciona información que ayuda a los meteorólogos, planificadores y el per-sonal 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 pla-zos 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 tor-mentas 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 exis-tentes en la interfaz mar-aire o debajo de ésta.

Volumen 25, no.4 47

Las embarcaciones oceanográficas pueden reco-rrer grandes distancias y a la vez obtener diversas mediciones, pero ni las embarcaciones ni la tri-pulación están preparadas para tolerar condicio-nes extremas y además deben regresar a puerto al cabo de un tiempo limitado para su reaprovi-sionamiento. 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 localiza-ción relativamente fija.3 El costo de construir, desplegar o tripular una plataforma de levanta-miento 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 avio-nes y los barcos. Se trata de una plataforma de sensores, móvil y automatizada, para el monito-reo 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 disposi-tivos 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 telemé-tricos 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 profun-das, demostrando ser esenciales para el incre-mento 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 autono-mía más allá del de los vehículos AUV.6 Esta plata-forma de sensores accionados por las olas permite la recolección y transmisión de los datos recolec-tados en el mar, en misiones de hasta un año de duración. El vehículo puede atravesar miles de kilómetros de océano para recoger datos oceano-gráficos, tomar lecturas meteorológicas y a la vez mantener una posición fija, o dar vueltas alrede-dor de un equipo de perforación a una distancia prefijada para proporcionar advertencias tem-pranas 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 propor-ciona movilidad y autonomía a lo largo de gran-des 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.

48 Oilfield Review

monitoreo oceánico. Y ya han ejecutado cientos de misiones, recorriendo desde la región del Ártico hasta Australia y desde las Islas Canarias hasta Loch Ness en Escocia.

Este artículo analiza el desarrollo de esta pla-taforma 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 vehículoEl 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 sis-tema de navegación y los componentes electróni-cos de la carga útil. Este AMV consta de un flotador superficial y un planeador sumergido conectados por un cable umbilical electromecá-nico (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 pul-gadas]. 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 reali-mentan continuamente las baterías de iones de litio utilizadas para suministrar energía a los siste-mas de navegación y comunicaciones del vehículo, y las cargas útiles de los sensores. Cuenta además con siete paquetes de baterías inteligentes, alojados

> 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.

Bahía de carga de popa

Componentes electrónicos de la carga útil

Potencia y comunicaciones

Panel solar

Timón

Componentes electrónicosde la carga útil

Componentes electrónicosde comando y control

Luz indicadora de posición

Estación meteorológica

Punto de levantamiento

Bahía de carga de proa

Flotador de superficie

Cable umbilical

Planeador sumergido Puntos de fijación de la carga útil submarina

Aletas

Aft payload bay

Payload electronics

Solar panel

Rudder

Payload electronics

Command and controlelectronics

Location marker light

Weather station

Lift point

Forward payload bay

Umbilical powerand communications

Wings

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.

Amplitudde la ola

Volumen 25, no.4 49

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 sis-tema Wave Glider entero hacia adelante. La estruc-tura 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 ope-rando 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 pla-taforma Wave Glider SV2, ha sobrevivido a cinco huracanes y tres ciclones tropicales y ha regis-trado más de 560 000 km [300 000 millas náuti-cas] desde el año 2009.

La locomoción en el océanoEl 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 superfi-cie y el planeador sumergido. Las orejas o aletas articuladas adosadas al planeador sumergido con-vierten 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

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 apro-ximación 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 operacio-nes (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 pre-sión barométrica, el G2 transmitió los datos a pesar de su proximidad a la tormenta (abajo). Más recientemente, en octubre de 2012, otro

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.

> 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].

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Tiempo Tiempo

Tiempo Tiempo

> 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.

0123456789

00 a 0,10,1 a 0,50,5 a 1,251,25 a 2,52,5 a 44 a 66 a 99 a 14Más de 14

Calma vítreaOnduladaUniforme o con olas pequeñasLeveModeradaTempestuosaMuy tempestuosaAltaMuy altaFenomenalmente alta

Estado del mar Altura de las olas, m Características de la superficie marina

50 Oilfield Review

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 corrien-tes 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 profundi-dades 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 am- plia gama de sensores ya sea estándar o bien dise-ñados a medida de las necesidades de la misión.

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 fotovoltai-cos mantienen cargadas las baterías de iones de litio para sustentar los sistemas de WiFi, celula-res o comunicaciones satelitales, el procesa-miento 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 pre-

sión 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 profundi-dad del agua

• sensores de corrientes para registrar la direc-ción y la velocidad

• sensores de salinidad y temperatura del agua• sistemas de fluorometría para detectar la pre-

sencia 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

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 eje-cutan generalmente según los intervalos especifi-cados por el cliente y oscilan entre 1 y 15 minutos. Un disco rígido a bordo registra las frecuencias de muestreo de mayor resolución.

Pilotaje por control remotoEl 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 vehí-culo desde un punto de ruta hasta otro. El vehículo utiliza un receptor GPS de 12 canales como su prin-cipal 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 supe-rior 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 sate-lital 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 autóno-mos. 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.

> 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).

Volumen 25, no.4 51

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 comercia-les 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, propor-ciona la capacidad para interrogar e intercambiar en forma automática datos de posición, rumbo y velocidad en forma automática. Los datos recípro-cos del AIS son retransmitidos automáticamente desde el AMV a los pilotos del Wave Glider en tie-rra firme y éstos también monitorean el tráfico marítimo y emiten comandos de navegación del AMV para evitar colisiones.

Aplicaciones de E&PLas plataformas de sensores Wave Glider se ade-cuan 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 superficia-les 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 oceanó-grafos les interesa saber además cómo podría afec-tar el carbono orgánico de estas manifestaciones los ambientes bentónicos y bentopelágicos adya-centes y las comunidades quimiosintéticas que éstos sustentan.15

Las interacciones, mezclas y disoluciones bio-lógicas consumen o dispersan una porción de los hidrocarburos a medida que éstos se elevan a tra-vés de la columna de agua, pero algunas burbujas o gotas pequeñas de hidrocarburos finalmente lle-gan a la superficie. Allí, se dispersan y forman una mancha o capa brillante superficial de petróleo, cuyo ancho y profundidad dependen de las condi-ciones de la superficie del mar; especialmente la agitación de las olas, la temperatura y la evapora-ción, que afectan la velocidad de dispersión. Estas manchas ocurren con regularidad, pero a menudo duran poco tiempo. Pueden ser observa-das visualmente o detectarse mediante radares de

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 sen-sores automatizadas, que miden los parámetros relacionados con los hidrocarburos y otros pará-metros 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

> 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.

> 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.

Buque de motor Richard Etheridge11,4 nudos, 139°CPA 0,20 nm, 8 min

Buque de motor Nathan Bruckenthal13,4 nudos, 156°CPA 0,14 nm, 2 min

Buque de motorDouglas Munro8,7 nudos, 318°CPA 0,18 nm, 1 min

Embarcaciónpropia

52 Oilfield Review

las proximidades de los domos salinos y los volca-nes de lodo. La carga útil científica del AMV con-sistió en un sensor de velocidad del agua, instalado en el flotador, una estación meteorológica instalada en el mástil, un fluorómetro para medir las concen-traciones bajas de hidrocarburos semivolátiles y dos sensores ópticos para medir las concentracio-nes 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 concentracio-nes 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 ayuda-ron 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 colabora-ción 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 medi-ciones 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 oceáni-cas, 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 partí-culas, también demostró la capacidad de remol-que 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 dra-gado, los AMVs fueron desplegados nuevamente para medir los sedimentos suspendidos durante la operación de dragado.

> 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.

Latit

ud

28,132°

28,130°

28,128°

28,126°

28,124°

28,122°

28,120°

28,118°

–89,148° –89,146° –89,144° –89,142° –89,140°

Longitud–89,138° –89,136° –89,134° –89,132°

Conc

entra

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lent

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g/L

0,249

0,258

0,268

0,220

0,230

0,239

> 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.

Sensor de lavelocidad del agua

Perfilador decorrientes

Estación meteorológica

Medidor deretrodifusión Sensores de la conductividad,

la temperatura y la presión del agua,y del oxígeno disueltoTransmisómetro

Sonar remolcado

Volumen 25, no.4 53

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.

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 distribu-ción 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 levan-tamiento final. La repetición de estos levanta-mientos (técnica de lapsos de tiempo) permitirá a

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 embarcacio-nes 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.

> 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.

Prof

undi

dad,

m

Tiempo transcurrido, horas

–20

0 12 24 36 48 60

–40

Prof

undi

dad,

m

Tiempo transcurrido, horas

–20

0 12 24 36 48 60

–40

Azimut de las corrientes

180° 360°0°

Velocidad de las corrientes, m/s

.25 .500

Si bien los cables sísmicos marinos son orienta-bles, esta estela puede producir vacíos en la cober-tura 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

54 Oilfield Review

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

WesternGeco en el Golfo de México, se desplega-ron tres vehículos sensores Wave Glider para reportar los datos meteorológicos y de las corrien-tes en tiempo real, en las proximidades de los equi-pos y las plataformas de perforación del área del levantamiento. Cada AMV utilizó un perfilador acús-tico 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 embarca-ción sísmica WG Columbus (izquierda). Esta infor-mación ayudó al jefe de brigada de levantamiento sísmico a determinar cuán cerca podría la embar-cación sortear las obstrucciones y a la vez evitar el enredo del cable sísmico marino.18

En un caso similar, Total utilizó los perfilado-res ADCP como asistencia en el diseño de levan-tamientos 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 operacio-nal, 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 pro-porcionar una plataforma persistente para facili-tar la comunicación con los sensores y equipos submarinos mediante un módem acústico, ya sea para el control operacional o para evaluar los acti-vos submarinos (izquierda). Shell ha utilizado los módems acústicos Wave Glider en pruebas de referenciamiento para recolectar datos de los transpondedores submarinos de monitoreo de pre-sión del Golfo de México. En la mayoría de los casos, dichos datos pueden ser registrados, trans-feridos vía satélite y analizados en cualquier lugar del mundo.

Más allá del campo petroleroLos 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 comuni-dades acerca de los peligros inminentes, los cien-tíficos necesitan contar con datos relevantes en tiempo real. En el caso de los tsunamis, los senso-res desplegados en boyas pueden ayudar a locali-zar el epicentro de un sismo y medir la magnitud del desplazamiento del fondo marino. Para moni-torear 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),

> 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.

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,05,0 4,0 3,0 2,0 1,0

Velocidad de las corrientes transversalesa la dirección de la embarcación, en nudos

Babor Estribor

06:00, 24 de marzo

00:00, 24 de marzo

18:00, 23 de marzo

12:00, 23 de marzo

> 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.)

AMV Wave Glider

Satélite

Colector múltiple

ROV

AUV

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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).

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 esta-ción DART consiste en un registrador de presión de fondo marino (BPR) con una boya de superfi-cie anclada a su lado. Un enlace acústico trans-mite los datos y comandos entre la boya y el BPR, que recolecta las lecturas de presión y tempera-tura a intervalos de 15 segundos. Los datos son retransmitidos del BPR a la boya, y luego el saté-lite de comunicaciones los transmite a los cen-tros 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 ope-racionales. Cuando una estación experimenta una falla, el costo de movilizar una embarcación para efectuar reparaciones puede exceder el presu-puesto 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 tsu-námetro 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 tam-bién recolecta información meteorológica en tiempo real, puede ser programado para viajar a

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 acti-vos de las comunidades costeras. Habiendo desa-rrollado 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 provie-nen de los huracanes. En un esfuerzo para com-prender mejor cómo se incrementa o se reduce la intensidad de los huracanes, la NOAA está apun-tando a la interfaz mar-aire, donde las aguas cáli-das 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 sig-nificativamente a este intercambio de energía ya que los vientos de tormenta y los maremotos agi-tan las aguas por debajo de la superficie.

No obstante, la extracción de datos del centro de un huracán puede ser difícil. Los aviones caza-tormentas vuelan en dirección hacia estos siste-mas 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 nubo-sidad y no proporcionan información sobre el calor intercambiado en las aguas agitadas por las tormentas debajo de la superficie. Además, nece-sitan ser comparadas con las mediciones en sitio obtenidas en el ambiente real de la tormenta. Dichas mediciones sólo pueden recogerse aven-turándose en la tormenta propiamente dicha.

>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.

Registrador de presión de fondo marino

AMV Wave Glider

Satélite

Centro de alertatemprana de tsunamis

56 Oilfield Review

Dado que estos ambientes son demasiado tur-bulentos para las embarcaciones meteorológicas tripuladas o las aeronaves de investigación, los científicos de la NOAA están probando las plata-formas de sensores móviles autónomas para obser-var 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 ter-mistor para medir la temperatura del agua desde la superficie hasta 7 m [23 pies] de profundidad. Esta plataforma de sensores demostró que es posi-ble obtener mediciones de temperatura de alta calidad de la porción superior del océano y trans-mitirlas a distancia en tiempo real, utilizando vehículos autónomos en un ambiente riguroso.

21. Leroy y Hine, referencia 8.22. Leroy y Hine, referencia 8.

Un AMV también permite a los científicos recolec-tar datos de varias localizaciones a medida que el vehículo da vueltas a través de la tormenta.

La onda del futuroLuego 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 importan-tes 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 reprodu-cir 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, recu-perar y mantener una red tradicional de boyas. Su tamaño compacto ofrece además gran flexibi-lidad 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 profun-das y más remotas de los océanos, los equipos de perforación, las plataformas de producción, las embarcaciones y las líneas de conducción emplea-dos 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 instala-ciones de superficie y las del subsuelo.

Una nueva generación de vehículos Wave Glider más grandes, con diseños específicos, pro-porcionará 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 sis-temas 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

> 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].