مراقبة قاع البحار تدخل عصر الاستقلال

نشر AMT أثناء مشروع Ormen Lange ، قبالة ساحل النرويج. (الصورة: سوناردين)

تنتقل مراقبة تشوه قاع البحار إلى مجالات جديدة من القدرات ، حيث تفتح المعايرة الذاتية والنشر المستقل وجمع البيانات إمكانيات جديدة لإطالة عمر حقول النفط. يشرح شون دن ، مدير الأعمال العالمي في سوناردين ، الاستكشاف والمراقبة.

في فترة الركود الأخيرة ، كان أحد التدابير التي اتخذتها شركات النفط للحفاظ على الإنتاج هو التركيز بشكل أكبر على برامج تحسين استرداد النفط في الحقول القائمة بدلاً من استكشاف حدود جديدة.

كانت الإدارة الاستباقية للخزانات الحالية لزيادة الانتعاش إلى الحد الأقصى ، دون الحاجة إلى استثمار رأسمالي كبير مقدم يتطلب تطوير حقول جديدة ، ولا تزال طريقة مربحة للحصول على المزيد من المنتجات من الأرض ، باستخدام موارد أقل وتقليل التأثير البيئي. ومع ذلك ، مع IOR تأتي مخاطر إضافية بما في ذلك إعادة تنشيط الخطأ وغيرها من geozazards ، مثل كسور قاع البحر ، تشوه أو هبوط. غالبًا ما يتم توقع حركة قاع البحر فوق الخزانات أثناء إنتاجها وانخفاض مستويات الضغط. عدة سنتيمترات من الحركة في السنة هي نموذجية للغاية. مع انخفاض مستويات الضغط في منطقة الإنتاج ، تتضاءل أيضًا قدرة صخرة الخزان على دعم طبقات الصخور أو تثقل كاهلها ، مما يؤدي إلى ظواهر تشوه قاع البحر مثل وعاء هبوط متزايد التدريجي.

على الرغم من أن هذه الحركة قد لا تسبب خطرًا كبيرًا في حد ذاتها ، إلا أن معرفة مقدار الحركة الموجودة هناك ، في أي اتجاه وسرعة حدوثه ، يساعد المشغلين على معرفة المزيد حول أداء الخزانات الخاصة بهم ، وبالتالي كيفية تشغيلها بشكل أكثر إنتاجية.

تتيح القدرة على قياس حركة قاع البحر بشكل أفقي ورأسي بمرور الوقت علماء الفيزياء الجيولوجية أن يدمجوا هذه المعلومات مع بيانات الإنتاج الأخرى لاستنتاج تدفق السوائل ، وضغط المسام ، وضغط مستوى الخزان ، وما إلى ذلك ، ثم ضبط خطط إدارة الخزانات وتحسين معدلات الاسترداد وفقًا لذلك. أثناء نشاط الحفر والإنتاج ، يمكن أن تساعد مراقبة قاع البحر أيضًا في تجنب المجازفات الأرضية ، مثل إعادة تنشيط الأعطال والانزلاق الطيني.

واستخدمت سفينة الأبحاث الألمانية Sonne و Wave Glider سفينة سطح غير مأهولة (USV) لجمع البيانات من AMTs. يمكن الآن لمستخدمي USV إجراء قياسات GPS الصوتية. (الصورة: سوناردين)

ما يعمل على الشاطئ ، لا يعمل في الخارج
ومع ذلك ، في الماضي ، لم يكن من السهل قياس هذه الحركات الصغيرة في الخارج. على اليابسة ، يمكن استخدام أنظمة تحديد المواقع GPS ونظام قياس المسافة بالليزر وأنظمة قياس ارتفاع الأقمار الصناعية لتحديد مواقع الأشياء الموجودة على الأرض والمسافات بينها وبين سنتيمترات أو حتى ملليمترات. هذه التقنيات لا تعمل تحت سطح البحر.

تقليديا ، تم استخدام السونارات الباثيمترية لقياس الهبوط في الخارج ، ولكن دقتها محدودة للغاية ، لا سيما في المياه العميقة ، وتعيق لوجستيات النشر المعنية تطبيقها العملي للكشف عن معدلات هبوط بطيئة ، حيث يلزم إجراء قياسات طويلة الأمد. تُستخدم مقاييس الجاذبية المحمولة أيضًا لاكتشاف التغيرات في الكثافة الناتجة عن استبدال الماء بالغاز على سبيل المثال. ولكن ، يجب نقل هذه المستشعرات بين آثار قاع البحر التي يتم نشرها بشكل دائم باستخدام مركبة تعمل تحت الماء تعمل عن بعد (ROV) ، وقياسات الجاذبية والضغط المتكررة التي يتم إجراؤها في كل موقع. إنها عملية طويلة وموظفة وكثيفة للأصول وبالتالي فهي مكلفة ولا يتم تنفيذها إلا على فترات متعددة السنوات ، مما يحد من فائدة البيانات.

على مدار العقد الماضي ، تم تطوير بديل أكثر فاعلية من حيث التكلفة ، وذلك بفضل فكرة قام بها علماء الفيزياء الجيولوجية البحثية في شركة شل الدكتور بول هاتشل والدكتور ستيفن بورن في عام 2006. لقد أدركوا أن تشوه قاع البحر يسبب تشريدًا رأسيًا وأفقيًا ، أكثر طريقة مستمرة لرصد هبوط يمكن أن يكون ممكنا من خلال أخذ القياسات الرأسية والأفقية باستخدام أدوات البحر نشرها على المدى الطويل. في ذلك الوقت ، لم تكن معدات المراقبة المناسبة ذات القدرة على التحمل الطويل والحساسة عالية متوفرة ، لذا اقتربت شركة شل من Sonardyne ، نظرًا لتاريخنا الطويل في تصميم الأجهزة عالية الدقة.

إدخال رصد تشوه قاع البحر
من خلال العمل مع شركة شل ، قمنا بتطوير أول نظام لرصد تشوه قاع البحر ، والذي تم نشره في حقل شل Ormen Lange على الجرف القاري النرويجي في عام 2007. وقاس النظام المسافات الأفقية بين موقعين في قاع البحر باستخدام القياس الصوتي وإجراء قياسات العمق الرأسي باستخدام أجهزة استشعار الضغط. هذه التقنيات ليست جديدة في المسح تحت الماء. في الواقع ، قدمت Sonardyne هذه التقنيات لصناعة النفط والغاز البحرية لأكثر من أربعة عقود. ومع ذلك ، لإنشاء نظام لرصد تشوه قاع البحر ، كان هناك حاجة إلى عدد من الابتكارات.

لقياس النزوح الأفقي ، يتم إرسال الموجات الصوتية كإشارات بين أزواج مستجيبات المراقبة المستقلة (AMT) ، والتي يتم فصلها بمئات الأمتار ، ويتم تحديد وقت رحلة ذهابًا وإيابًا لتلك الإشارات. يتم قياس سرعة الموجة أيضًا محليًا وفي الوقت الفعلي باستخدام مستشعرات سرعة الصوت المدمجة ، بحيث يمكن مراقبة المسافة بين أزواج AMT بدقة شديدة. يتم قياس الإزاحة الرأسية باستخدام مجسات ضغط متكاملة. بمقارنة النتائج من AMTs المتعددة ، يمكن إزالة آثار المد والجزر وكثافة عمود الماء وتغييرات الضغط الجوي من النتائج تاركة فقط التغييرات العميقة لقاع البحر المتبقية.

تبدو بسيطة؟ ليست كذلك. لقد بُذل الكثير من العمل الشاق لتطوير هذا النظام بحيث يمكنه توفير كل من الحساسية والخدمة الطويلة الأمد المطلوبة ، في أعماق قاع البحر المطلوبة. وقد شمل ذلك الابتكارات في مجال الإشارات الصوتية عالية الأداء ، واستشعار الضغط ، والالكترونيات منخفضة الطاقة ، والمباني البحرية المقاومة للماء المقاومة للتآكل والصدأ ، وتقنيات البطارية ، وتصميمات المحولات الصوتية. لقد أضفنا أيضًا معايرة مستشعر الضغط في الموقع في عملية تُعرف باسم Ambient Zero Ambient (AZA) لمعالجة الانجراف الأصلي الذي تواجهه مستشعرات الضغط دون الحاجة إلى استعادتها إلى السطح.

هذه النظم أثبتت جدواها. بعد التجارب البحرية الأولى في Ormen Lange ، أجرينا عملية نشر على المدى الطويل في نفس الموقع ، من عام 2010 إلى عام 2015. خلال هذا النشر ، تم نشر ما يقرب من 220 AMTs ، مما يتيح خمس سنوات ونصف من الرصد المستمر للهبوط على الموقع ، وجمع أكثر من 600 مليون الملاحظات المدى. تم نشر إصدارات النظام من قبل المشغلين في شمال بحر المملكة المتحدة وخليج المكسيك الأمريكي وآسيا البحرية.

الاستفادة من التحركات في الحكم الذاتي البحري
لكننا لم نقف مكتوفي الأيدي. باستخدام المركبات غير المأهولة ، تمكنا من تطوير هذا النظام إلى أبعد من ذلك: يمكننا توطين المواضع الدقيقة ل AMTs لدينا باستخدام GPS-Acoustic box-in (GPS-A) ومن ثم إجراء استرجاع البيانات اللاسلكية باستخدام السفن السطحية غير المأهولة ، مثل Liquid الروبوتات موجة الطائرات الشراعية. يؤدي استخدام الأنظمة غير المأهولة إلى توفير التكلفة ، نظرًا لأن تكلفة تشغيلها عادةً تكون واحدة أو اثنين من أوامر الحجم أقل من متوسط السفن المأهولة.

والنتيجة هي أن لدينا الآن أدوات تتمتع بالحكم الذاتي الكامل ؛ يمكن نشرها في قاع البحر ، وتبقى في مكانها لمدة 10 سنوات أو أكثر دون أي تدخل مباشر ؛ إجراء قياسات دقيقة للغاية للحركة الأفقية والرأسية ؛ وباستخدام إمكانات جمع البيانات اللاسلكية غير المأهولة عن بُعد ، يمكنه إرسال المعلومات بشكل روتيني إلى مستخدم جالس على مكتبه. لذلك يمكن استخدامه لمشاريع مراقبة التسوية الأكثر صعوبة والأكثر حساسية على مستوى العالم.

من اليسار إلى اليمين: مجموعة إطار ترايبود AMT ، وتثبيت متغير AMT تحت سطح البحر لرصد الهبوط في خليج المكسيك الأمريكي ، و AMTs وإطاراتها بعد الاسترداد بعد أكثر من خمس سنوات من النشر (الصور: Sonardyne)

تحسين الدقة ، تحسين النتائج
العمل لا يتوقف. نحن نتطلع باستمرار لتحسين دقة معدات مراقبة مستوطنات قاع البحر. من خلال عملنا لتمكين المعايرة العادية في الموقع ، بالإضافة إلى برنامج بحثي لتحديد أفضل أجهزة استشعار الضغط وتحديد خصائصها مسبقًا ، ولتوطين مواقع المعدات من الطائرات بدون طيار على السطح ، تمكنا من تحقيق ما يقرب من 1 سم / سنة حساسية القياس.

هذا أمر مثير - فقد يحدث ثورة في مراقبة مستوطنات قاع البحر لأنه يفتح قدرة عالمية جديدة بالكامل لمراقبة الحقول التي تهدأ ببطء شديد ، بما في ذلك حقول المياه العميقة ، مثل تلك الموجودة في ما قبل الملح البرازيلي وخليج المكسيك.

والأكثر من ذلك ، توفر هذه التقنية أيضًا بيانات لم يستطع علماء المحيطات الوصول إليها من قبل ، من أجل مراقبة مناطق التكاثر ومراقبة حركة الصفائح التكتونية. حتى وقت قريب ، كان العلماء يعتمدون بشكل حصري تقريبًا على استخدام سفن الأبحاث المأهولة لإجراء عمليات رصد في البحر. هذا يعني أن لديهم فقط مشاريع متقطعة ومحدودة للحصول على البيانات ، مما يعني بدوره أنهم لم يتمكنوا من تصميم مناطق الاستنباط بشكل مرض. هذه هي المناطق التي تغمر فيها القشرة المحيطية تحت القشرة القارية الكثيفة وتؤدي إلى تراكم الطاقة الاحتكاكية المرتبط عادةً بأكثر الزلازل وأمواج تسونامي تضرراً في العالم. الآن ، ليس لديهم القدرة فقط على الحصول على بيانات الهبوط هذه ، ولكن مع القدرة على أداء العلب الصوتية لنظام تحديد المواقع العالمي ، يمكننا تحديد المواقع المطلقة لكل AMT بدقة حتى يمكن استخدام هذه البيانات مع الطرز. هذه البيانات كانت في السابق بعيدة عن متناول العلماء.

تمكين أبحاث التسونامي والزلازل
نشرت GEOMAR ، من بين أمور أخرى ، نظام رصد تشوه قاع البحر في Sonardyne في عدد من المواقع الأوروبية وأمريكا الجنوبية لقياس تراكم الإجهاد المرتبط بحركة الصفائح التكتونية. بالنسبة إلى عملية نشر واحدة على طول الصفيحة التكتونية لأمريكا الجنوبية الواقعة قبالة ساحل تشيلي ، كان GEOMAR مهتمًا بشكل خاص بتراكم الإجهاد الأفقي الذي يمكن استخدامه للتنبؤ بوقت حدوث تشريدات كبيرة في منطقة التكاثر. هذا النظام فريد من نوعه في تكوينه مع إشارات صوتية منخفضة التردد تنتشر بسهولة على مسافات كبيرة ، وهو إعداد مطلوب للاتصال اللاسلكي الفعال في الأعماق القصوى (أكبر من 5000 متر) التي تم نشر بعض هذه الأدوات فيها.

يعمل معهد سكريبس لعلوم المحيطات ، الذي استخدم هذه التكنولوجيا لأول مرة في 2013-2014 ، مع هيئة المسح الجيولوجي بالولايات المتحدة (USGS) لفهم منطقة تكتيكات كاسكاديا بشكل أفضل من أجل التنبؤ بشكل أفضل باحتمال حدوث حدث كبير. تستخدم أداة إحضار Sonardyne (مكافئ وظيفيًا لـ AMT ، لكن مع بطارية أكبر بكثير تتيح عمليات نشر تصل إلى 10 سنوات) لمكون قاع البحر من الدراسة.

هذه التقنية هي أيضًا أساس التعاون الممول من الحكومة اليابانية بين جامعة كيوتو وجامعة المكسيك الوطنية وعلم GNS في نيوزيلندا. "تقييم مخاطر الزلازل الكبيرة وتسونامي في ساحل المحيط الهادئ المكسيكي للتخفيف من الكوارث". كما يتم اقتراح برامج مهمة أخرى.

دقيقة ، والبصيرة يمكن الوصول إليها
يمنح نظام مراقبة تشوه قاع البحر لدينا المشغلين والعلماء تفاصيل سنتميترية لحركة قاع البحر ، للمساعدة في إدارة مواردهم وزيادةها ومراقبة حركات تكتونية الصفائح الغواصة بتفاصيل أكبر بكثير مما كانوا قادرين على القيام به من قبل ، كل ذلك بتكلفة بسيطة من الأساليب السابقة.

تقيس Sonardyne AMTs النزوح الرأسي والأفقي للكشف عن أي تشوه ناتج عن قاع البحر. (الصورة: Sonardyne)