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Die Glasfasertechnologie (LWL) findet neue Anwendungsmöglichkeiten im Unterwasserbereich. Glasfaser ermöglicht größere Übertragungsdistanzen und höhere Datenraten als Kupfer – eine erfreuliche Entwicklung angesichts der zunehmenden Offshore-Bohrungen. Auch die Erdölexploration und -produktion werden immer intelligenter, da die Betreiber Echtzeitinformationen und -analysen sowohl der einzelnen Bohrungen als auch der gesamten Produktionskette vom Bohrloch bis zur oberirdischen oder landgestützten Plattform benötigen. Im Vergleich zu Kupfer ermöglicht die hohe Bandbreite von Glasfaser umfangreichere Datenströme und deutlich größere Entfernungen (d. h. zwischen Unterwasserinstallation und Oberflächenanlagen). Versorgungskabel können problemlos Längen von 10 bis 15 km erreichen, während Pipelinekabel, die zur Sensorik eingesetzt werden, bis zu 40 km lang sein können.
Optische Fasern eignen sich auch hervorragend als verteilte Sensoren. Druck- oder Temperaturänderungen verändern das Rückstreuprofil und ermöglichen durch Überwachung des rückgestreuten Lichts hochpräzise Messungen. Da die Lichtgeschwindigkeit in einer Faser gut bekannt ist, liefert das rückgestreute Licht Informationen sowohl über die Größe der Messung als auch über ihre Position entlang der Faser.
Da jede Faser kleiner und leistungsfähiger als ein Kupferkabel ist, steigt auch die Anzahl der Fasern, die ein Versorgungskabel aufnehmen kann, von heute einem Dutzend oder weniger auf 24 oder in naher Zukunft sogar 48 Fasern. Abbildung 1 zeigt den SEACON 24/48-Kanal-HydraLight-Wetmate-Steckverbinder von TE Connectivity (TE) für optische Unterwasser-Verteilungssysteme.
Solche technologischen Fortschritte haben das Interesse an optischer Konnektivität erhöht. Unterwassersteckverbinder für Kupfer- oder Glasfaserkabel sind extrem rauen Betriebsbedingungen ausgesetzt, die durch hohen Druck, extreme Temperaturen und korrosionsanfälliges Meerwasser gekennzeichnet sind. Trotz dieser widrigen Bedingungen muss ein Steckverbinder während seiner gesamten Lebensdauer von 25 bis 30 Jahren absolut zuverlässig sein.
Einerseits benötigt die Industrie eine steigende Faseranzahl, andererseits niedrigere Kosten und höhere Zuverlässigkeit. Ziel ist ein Steckverbinder, der diese scheinbar gegensätzlichen Anforderungen optimal vereint. Aus diesem Grund entwickeln die Entwickler von LWL-Steckverbindern kontinuierlich Innovationen in Design und integrierter optischer Technologie. Im neuen Offshore-Öl- und Gasmarktumfeld setzen sie sich dafür ein, Leistungsfähigkeit und Kosteneffizienz von LWL-Steckverbindern so nah wie möglich zu bringen.
Drymate-Steckverbinder sind Anwendern von Rundsteckverbindern aus Militär und Luft- und Raumfahrt vertraut. FO-Drymate-Steckverbinder können entweder innerhalb eines Moduls oder zwischen vor Ort montierten Modulen installiert werden. Sie sind für die Verbindung über Wasser in atmosphärischer Umgebung konzipiert, halten aber auch im gesteckten Zustand Unterwasserwasser und Druck stand. Die Standardkupplung der beiden Hälften – die die Dichtheit des gesteckten Paares gewährleistet – erfolgt manuell über einen Gewindekupplungsring.
Bei der Unterwasser-Glasfaser-Wetmate-Technologie, die im HydraLight-Steckverbinder der zweiten Generation zum Einsatz kommt, wird die entscheidende Glasfaser-zu-Glasfaser-Verbindung unter Wasser hergestellt, während beide Hälften des Glasfaseranschlusses vor Verunreinigungen durch Meerwasser, Sand und Schlamm geschützt sind, da der Steckvorgang in einer geschlossenen, separaten, ölgefüllten, druckausgeglichenen Kammer erfolgt. Dieses Druckausgleichssystem ermöglicht einen druckfreien Betrieb des Steckverbinders, im Gegensatz zu den meisten Drymate-Steckverbindern, die aufgrund ihres atmosphärischen Drucks im Innenraum Druckunterschieden standhalten müssen.
Kleinere Systeme profitieren von Glasfaser. Kompaktere, leichtere und hochmodulare Unterwasser-Bohr- und Produktionssysteme sind an der Tagesordnung. Sie sind einfacher und kostengünstiger zu installieren. Obwohl ein Glasfaserkabel deutlich weniger wiegt als ein vergleichbarer Kupferdraht, sind der Größe eines Steckverbinders praktische Grenzen gesetzt. Ein Unterwasser-Wetmate-Steckverbinder, der von einem ferngesteuerten Fahrzeug (ROV) eingesetzt wird, muss groß genug sein, um von ROV-Kameras gut erkannt zu werden, und robust genug, um von ROV-Manipulatoren ohne Beschädigung verbunden und getrennt werden zu können. In diesem Fall können ROV-steckbare Steckverbinder großzügige Einführungen aufweisen, um die Steckhälften zusammenzuführen.
Verbindung herkömmlicher Verpackungen mit Unterwasseranwendungen
Unterwasser-Glasfasersteckverbinder nutzen größtenteils neue Methoden zur Verpackung bewährter Technologien anstelle radikal neuer und unerprobter Ansätze. TE Connectivity Marine Oil & Gas adaptiert Technologien, die sich in den Bereichen Telekommunikation, Netzwerke, Luft- und Raumfahrt sowie Militär bewährt haben, für Unterwasseranwendungen. Die Unterwasser-Steckverbindertechnologie basiert auf Ultra Physical Contact (UPC) und neuerdings auch auf Angled Physical Contact (APC) für eine bessere Leistung (insbesondere bei Sensorsystemen) von Anschlüssen auf Basis einer Keramikferrule, einer seit 40 Jahren bewährten Technologie, die den Beginn der Glasfasertechnik markiert.
Im letzten Jahrzehnt wurden alternative optische Verbindungstechnologien entwickelt, die ihre Zuverlässigkeit sowohl in der Fertigung als auch in der Anwendung unter Beweis gestellt haben. Einige Ansätze nutzen eine berührungslose Schnittstelle, um eine höhere Haltbarkeit und Toleranz gegenüber rauer Handhabung zu gewährleisten, bei geringfügigen Einbußen bei der optischen Leistung. Andere bieten eine hochdichte Mehrfaserverbindung, um Platz und Gewicht bei Systemen mit hoher Faseranzahl zu sparen, allerdings auf Kosten einer gewissen Komplexität der Verbindungsschnittstelle und des Vorausrichtungsmechanismus.
Eine weitere interessante Entwicklung in der Verbindungstechnologie ist die Integration einer blanken Glasfaserspitze in einen Bohrloch-Wetmate-Steckverbinder. Diese epoxid- und ferrulenfreie Technologie bietet eine höhere Temperaturbeständigkeit und ein geringeres Profil, um in ein enges Bohrlochgehäuse zu passen. Abbildung 2 zeigt LWL-Wetmate-Steckverbinder, die für Unterwasserbäume und Bohrlochanwendungen entwickelt wurden.
Je nach Unterwasser- und Marineanwendung und erforderlicher Sensorik hat jede dieser optischen Schnittstellentechnologien ihren Platz. Die größte Herausforderung besteht darin, diese Technologien optimal anzupassen, um eine kostengünstige Lösung zu schaffen, die den Anforderungen an Installation, Einsatz und Wartung gerecht wird.
Die Industrie benötigt Steckverbinder, die zuverlässig funktionieren, wenn sie unter Wasser und im Bohrloch installiert werden, um die Lagerstättenüberwachung und die Ölförderung zu verbessern. Hochtemperaturbohrungen (z. B. über 150 °C), in denen elektrische Sensorsysteme mit Einschränkungen konfrontiert sind, wurden schon früh für den Einsatz von FO-Sensorsystemen ins Visier genommen. Im Laufe der Jahre gewann die FO-Sensorik bei Betreibern an Interesse, nicht nur wegen ihrer Fähigkeit, sehr hohen Temperaturen standzuhalten, sondern auch wegen der Qualität und Menge der aus den Bohrungen abrufbaren Daten.
Die meisten Betreiber führen im Rahmen ihrer Feldentwicklung die Einführung modernster Glasfasertechnologien ein. Da die Exploration und Produktion von Öl und Gas auf See immer tiefer vordringt und damit höhere Anforderungen an Betriebsdruck und Temperatur der Glasfasersteckverbinder stellt, entwickeln sich die Herausforderungen für die Branche weiter, um Schritt zu halten. Ein kooperativer Ansatz mit Kunden und Partnern ist daher für die Entwicklung von Glasfaser-Unterwasserverbindungen von entscheidender Bedeutung. Es ist immer wünschenswert, die technischen Anforderungen zu übertreffen, aber noch wichtiger ist es, die Erwartungen der Kunden hinsichtlich Kosten, Bedienbarkeit und Zuverlässigkeit zu übertreffen.
Zukünftige Auswirkungen
Lange Übertragungsdistanzen, hohe Datenraten, geringes Gewicht, geringe Größe und verteilte Sensorik – Glasfaser vereint viele wichtige Funktionen für die Effizienzsteigerung bei der Offshore-Exploration und -Produktion. Die technologischen Durchbrüche der Glasfaserverbindung eröffnen eine vielversprechende Zukunft mit der Möglichkeit, leistungsstärker und kostengünstiger zu entwickeln und zu produzieren und neue Ressourcen zu erschließen.
Über FIBER-MART (Fiber-MART.COM)
FIBER-MART (Fiber-MART.COM) mit Sitz in Hongkong und den USA ist ein weltweit führender Anbieter von Glasfasernetzen, FTTX, Glasfaserverkabelung und -konnektivität, Glasfasertests, Glasfaserspleißen, Glasfaserpolitur und integrierten Netzwerklösungen. Das Unternehmen widmet sich der Forschung und Entwicklung, dem Design, der Herstellung und der Bereitstellung von Glasfaserkonnektivitäts-Netzwerklösungen für Carrier, ISPs, Content-Anbieter und Netzwerke und setzt seit jeher auf Höchstleistung und Innovation.
Unser Ziel ist es, mit hochwertigen Produkten und exzellenten Dienstleistungen im Bereich der optischen Kommunikation kontinuierlich Mehrwert für unsere Kunden weltweit zu schaffen.
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