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La tecnología de fibra óptica (FO) está encontrando nuevos usos en aplicaciones submarinas. La fibra permite mayores distancias de transmisión y velocidades de datos más altas que el cobre, un avance fortuito a medida que la perforación offshore alcanza mayores profundidades. La exploración y producción petrolera también se está volviendo más inteligente, ya que los operadores buscan información y análisis en tiempo real tanto del pozo individual como de toda la cadena de producción, desde el pozo hasta la plataforma de superficie o terrestre. En comparación con el cobre, el alto ancho de banda de la fibra permite flujos de datos más completos y distancias de salida mucho mayores (es decir, la distancia entre la instalación submarina y las instalaciones de superficie). Los cables umbilicales pueden alcanzar fácilmente longitudes de 10 a 15 km, mientras que los cables de tuberías, utilizados para detección, pueden extenderse hasta 40 km.
Las fibras ópticas también constituyen sensores distribuidos superiores. Los cambios de presión o temperatura modifican el perfil de retrodispersión, lo que permite mediciones de alta precisión mediante el monitoreo de la luz retrodispersada. Dado que la velocidad de la luz en una fibra es bien conocida, la luz retrodispersada revela información tanto sobre la magnitud de la medición como sobre su ubicación a lo largo de la fibra.
Dado que cada fibra es más pequeña y tiene mayor capacidad que un cable de cobre, la cantidad de fibras que admite un cable umbilical también está aumentando, pasando de una docena o menos en la actualidad a 24 o incluso 48 fibras en un futuro próximo. La Figura 1 muestra el conector húmedo HydraLight SEACON de 24/48 canales de TE Connectivity (TE) para sistemas de distribución óptica submarina.
Estos avances tecnológicos han incrementado el interés en la conectividad óptica. Los conectores submarinos, tanto para cables de cobre como de fibra , se enfrentan a un entorno operativo extremadamente riguroso, caracterizado por alta presión, temperaturas extremas y agua de mar corrosiva. A pesar de operar en estas condiciones de trabajo adversas, un conector debe ser absolutamente fiable durante su vida útil de 25 a 30 años.
Por un lado, la industria requiere un mayor número de fibras y, por otro, un menor costo y una mayor confiabilidad. El objetivo es contar con un conector que equilibre estos requisitos aparentemente opuestos. Por ello, los diseñadores de conectores de fibra óptica innovan continuamente en diseño y tecnología óptica integrada. En el nuevo entorno del mercado de petróleo y gas en alta mar, se comprometen a lograr la máxima equivalencia entre la capacidad y la rentabilidad de los conectores de fibra óptica.
Los conectores Drymate son conocidos por los usuarios de conectores circulares militares/aeroespaciales. Los conectores Drymate de FO pueden instalarse dentro de un módulo o entre módulos ensamblados in situ. Están diseñados para su acoplamiento en la parte superior en un entorno atmosférico, aunque soportan agua y presiones submarinas durante el acoplamiento. El acoplamiento estándar de cada mitad, que garantiza la integridad del sellado del par acoplado, se realiza manualmente mediante un anillo de acoplamiento roscado.
En la tecnología wetmate de fibra óptica submarina, ejemplificada por el conector HydraLight de segunda generación, la crucial unión submarina fibra a fibra se logra mientras ambas mitades de la terminación de fibra óptica están protegidas de la contaminación por agua de mar, arena y limo, gracias a que el proceso de acoplamiento se realiza en una cámara cerrada, separada, llena de aceite y con presión equilibrada. Este sistema de equilibrio de presión permite que el conector funcione sin verse afectado por la presión, a diferencia de la mayoría de los conectores drymate, que deben soportar diferenciales de presión debido a su cavidad interna a presión atmosférica.
Los sistemas más pequeños se benefician de la fibra óptica. Los sistemas de perforación y producción submarina más compactos, ligeros y altamente modulares están a la orden del día. Su instalación es más sencilla y económica. Si bien una fibra óptica pesa mucho menos que un cable de cobre comparable, existen límites prácticos en cuanto al tamaño de un conector. Un conector submarino wetmate que se desplegará mediante un vehículo operado remotamente (ROV) debe ser lo suficientemente grande como para ser visto claramente por las cámaras del ROV y lo suficientemente robusto como para que pueda acoplarse y desacoplarse sin sufrir daños por los manipuladores del ROV. En este caso, los conectores acoplables a ROV pueden tener entradas de entrada generosas para guiar las mitades acopladas.
Conexión del embalaje tradicional con aplicaciones submarinas
En gran medida, los conectores submarinos de fibra óptica utilizan nuevas formas de integrar tecnologías probadas, en lugar de enfoques radicalmente nuevos y no probados. TE Connectivity Marine Oil & Gas adapta tecnologías consolidadas para aplicaciones de telecomunicaciones, redes, aeroespaciales y militares a aplicaciones submarinas. La tecnología de conectores submarinos se basa en el contacto ultrafísico (UPC) y, más recientemente, en el contacto físico angulado (APC) para un mejor rendimiento (especialmente con sistemas de detección) de terminales basados en una férula cerámica, una tecnología bien conocida que data de hace 40 años y que marcó el inicio de la fibra óptica.
Durante la última década, se han desarrollado tecnologías alternativas de conectividad óptica, que han demostrado su fiabilidad tanto en la fabricación como en la aplicación. Algunos enfoques utilizan una interfaz sin contacto para ofrecer mayor durabilidad y tolerancia a la manipulación brusca, con una pequeña reducción del rendimiento óptico. Otros ofrecen una conexión multifibra de alta densidad para ahorrar espacio y peso en sistemas con un alto número de fibras, a costa de cierta complejidad en la interfaz de conexión y el mecanismo de prealineación.
En otro interesante desarrollo tecnológico de conectividad, una punta de fibra desnuda hendida se ha reempaquetado en un conector de fondo de pozo. Esta tecnología, libre de epoxi y sin casquillos, ofrece mayor tolerancia a altas temperaturas y un perfil más bajo para su instalación en un entubado de fondo de pozo ajustado. La Figura 2 muestra los conectores de fondo de pozo desarrollados para árboles submarinos y aplicaciones de fondo de pozo.
Dependiendo de la aplicación submarina y marina, y del tipo de detección requerido, cada una de estas tecnologías de interfaz óptica tiene su lugar. El principal reto es adaptarlas óptimamente para crear una solución rentable que satisfaga las necesidades de instalación, implementación y mantenimiento.
La industria necesita conectores que funcionen de forma fiable al instalarse bajo el agua y en el fondo del pozo para la vigilancia de yacimientos y una mejor recuperación de petróleo. Los pozos de alta temperatura (p. ej., >150 °C), donde los sistemas de detección eléctrica presentan ciertas limitaciones, fueron el objetivo inicial para la implementación de sistemas de detección de FO. Con el paso de los años, la detección de FO despertó interés entre los operadores, no solo por su capacidad para soportar temperaturas muy altas, sino también por la calidad y la cantidad de datos recuperables de los pozos.
La mayoría de los operadores introducen capacidades de fibra óptica de alto nivel como parte de una progresión natural en el desarrollo de sus yacimientos. A medida que la exploración y producción de petróleo y gas marinos se adentran en profundidades cada vez mayores, con los consiguientes requisitos de presión y temperatura de operación de los conectores de fibra óptica más robustos , los desafíos de la industria evolucionan para adaptarse al ritmo, y un enfoque colaborativo con clientes y socios es clave para el diseño de la conectividad de fibra óptica submarina. Siempre es deseable superar los requisitos técnicos, pero es mucho más importante superar las expectativas del cliente en términos de costo, operabilidad y confiabilidad.
Implicaciones futuras
Largas distancias de transmisión, altas velocidades de datos, ligereza, tamaño compacto y detección distribuida: la fibra óptica aúna numerosas capacidades importantes para mejorar la eficiencia de la exploración y producción marina en alta mar. Los avances tecnológicos en la conectividad de fibra óptica pueden crear un futuro prometedor con la posibilidad de desarrollar y producir con mayor rendimiento a menor costo y liberar nuevos recursos.
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