Tecnología submarina

La tecnología submarina implica equipos, operaciones o aplicaciones oceánicas totalmente sumergidas, especialmente cuando se encuentran a cierta distancia de la costa, en aguas profundas o en el lecho marino. El término «submarino» se utiliza frecuentemente en relación con la oceanografía , la ingeniería marina u oceánica , la exploración oceánica , los vehículos operados remotamente (ROV) , los vehículos submarinos autónomos (AUV), los cables de comunicación o de alimentación submarinos , los hábitats submarinos , la minería de minerales del lecho marino , el petróleo y el gas , y la energía eólica marina .

Los yacimientos de petróleo y gas se encuentran bajo muchas aguas continentales y áreas marinas alrededor del mundo, y en la industria del petróleo y el gas el término submarino se refiere a la exploración, perforación y desarrollo de yacimientos de petróleo y gas en estas ubicaciones submarinas. ^{[ 1 ]} Los yacimientos e instalaciones petrolíferas submarinas se denominan genéricamente utilizando el prefijo submarino , como pozo submarino , yacimiento submarino , proyecto submarino y desarrollos submarinos.

Los proyectos de desarrollo de campos petrolíferos submarinos suelen dividirse en categorías de aguas someras y aguas profundas para distinguir entre las diferentes instalaciones y enfoques necesarios. El término aguas someras o plataforma se utiliza para profundidades de agua muy bajas donde se pueden utilizar instalaciones con base en el fondo marino, como plataformas de perforación autoelevables y estructuras fijas en alta mar , y donde es factible el buceo de saturación . Aguas profundas es un término que se usa a menudo para referirse a proyectos en alta mar ubicados en profundidades de agua mayores a unos 600 pies (180 m) , ^{[ 2 ]} donde se utilizan buques de perforación flotantes y plataformas petrolíferas flotantes , y se requieren vehículos submarinos operados remotamente , ya que el buceo tripulado no es práctico. 

Las terminaciones submarinas se remontan a 1943 con la terminación del pozo en el lago Erie a una profundidad de agua de 11 m (35 pies) . El pozo tenía un árbol de Navidad terrestre que requería la intervención de buzos para su instalación, mantenimiento y conexiones de la línea de flujo. ^{[ 3 ]} Shell completó su primer pozo submarino en el Golfo de México en 1961. ^{[ 4 ]}  

Sistemas

Los sistemas de producción de petróleo submarino pueden variar en complejidad desde un único pozo satélite con una línea de flujo conectada a una plataforma fija , FPSO o una instalación en tierra, hasta varios pozos en una plantilla o agrupados alrededor de un colector, y que transfieren a una instalación fija o flotante, o directamente a una instalación en tierra. ^{[ 5 ]}

Los sistemas de producción submarina pueden utilizarse para desarrollar yacimientos, o partes de yacimientos, que requieren la perforación de pozos desde más de una ubicación. Las condiciones de aguas profundas, o incluso ultraprofundas, también pueden determinar inherentemente el desarrollo de un campo mediante un sistema de producción submarina, ya que las instalaciones de superficie tradicionales, como las que se encuentran sobre pilotes de acero, podrían ser técnicamente inviables o antieconómicas debido a la profundidad del agua. ^{[ 5 ]}

El desarrollo de yacimientos submarinos de petróleo y gas requiere equipos especializados. Estos equipos deben ser lo suficientemente fiables para proteger el medio ambiente y garantizar la viabilidad económica de la explotación de los hidrocarburos submarinos. El despliegue de dichos equipos exige buques especializados y costosos, equipados con equipos de buceo para trabajos en aguas relativamente poco profundas (hasta unos cientos de metros de profundidad) y equipos robóticos para mayores profundidades. Por lo tanto, cualquier reparación o intervención en los equipos submarinos instalados suele ser muy costosa. Este tipo de gastos puede provocar el fracaso económico del desarrollo submarino.

La tecnología submarina en la producción de petróleo y gas en alta mar es un campo de aplicación altamente especializado con exigencias particulares en ingeniería y simulación. La mayoría de los nuevos yacimientos petrolíferos se ubican en aguas profundas y se conocen generalmente como sistemas de aguas profundas. El desarrollo de estos yacimientos impone requisitos estrictos para la verificación de las funciones de los diversos sistemas y su conformidad con las especificaciones y requisitos vigentes. Esto se debe a los altos costos y el tiempo que implica la modificación de un sistema preexistente, debido a los buques especializados con equipos avanzados a bordo. Una prueba a escala real ( Prueba de Integración del Sistema - SIT) no proporciona una verificación satisfactoria de los sistemas de aguas profundas, ya que, por razones prácticas, no puede realizarse en condiciones idénticas a aquellas en las que el sistema operará posteriormente. Por lo tanto, la industria petrolera ha adoptado la tecnología de datos moderna como herramienta para la realización de pruebas virtuales de sistemas de aguas profundas, lo que permite detectar fallas costosas en una fase temprana del proyecto. Mediante el uso de herramientas de simulación modernas, se pueden configurar modelos de sistemas de aguas profundas y utilizarlos para verificar las funciones y propiedades dinámicas del sistema, en función de diversas especificaciones y requisitos. Esto incluye el desarrollo, basado en modelos, de plantas y soluciones de sistemas de alta tecnología e innovadoras para la explotación y producción de recursos energéticos de forma respetuosa con el medio ambiente, así como el análisis y la evaluación del comportamiento dinámico de los componentes y sistemas utilizados para la producción y distribución de petróleo y gas. Otra parte consiste en la prueba virtual en tiempo real de sistemas para la producción submarina, la perforación submarina, el suministro en superficie, la sismografía, los equipos de construcción submarina y los equipos de medición y control de procesos submarinos.

La infraestructura de transmisión de energía para la energía eólica marina utiliza una variedad de tecnologías submarinas para la instalación y el mantenimiento de cables de transmisión de energía submarinos y otros equipos de energía eléctrica. ^{[ 6 ]} Además, las cimentaciones monopilote de las turbinas eólicas de fondo fijo y las estructuras de anclaje y cables de las turbinas eólicas flotantes se inspeccionan regularmente con una variedad de tecnología submarina a bordo de buques.

Los recientes avances tecnológicos han propiciado el uso de vehículos operados a distancia (ROV) para recolectar muestras de minerales en posibles yacimientos mineros . Mediante perforadoras y otras herramientas de corte, los ROV obtienen muestras que se analizan para identificar los minerales deseados. Una vez localizado un yacimiento, se instala un buque o estación minera para explotar la zona. ^{[ 7 ]}

La extracción de minerales del fondo marino de depósitos masivos de sulfuro (llamados así por las moléculas de sulfuro, no por el tamaño del depósito) es una industria minera submarina en desarrollo . Nautilus Minerals Inc. había comenzado a establecer una nueva industria mediante la exploración comercial y, en el futuro, planeaba extraer cobre, oro, plata y zinc en su proyecto Solwara 1. El proyecto estaba estableciendo sus operaciones a 1 milla (1,6 km) bajo la superficie del océano en el mar de Bismarck cerca de Papúa Nueva Guinea . Cuando estuviera en pleno funcionamiento, la operación habría sido el primer proyecto comercial de minería submarina de aguas profundas del mundo . ^{[ 8 ]} Se esperaba que la primera producción comenzara en 2017, pero la empresa quebró en 2019 después de no conseguir financiación para el proyecto. 

Los vehículos operados a distancia (ROV, por sus siglas en inglés) son equipos robóticos que se manejan de forma remota para realizar tareas en el lecho marino. Los ROV están disponibles en una amplia variedad de funciones y niveles de complejidad, desde simples dispositivos con cámara tipo "ojo" hasta máquinas con múltiples apéndices que requieren varios operadores para su manejo.

Otros equipos profesionales utilizados en la instalación de cables de telecomunicaciones submarinos incluyen embarcaciones especialmente diseñadas, barcazas modulares, bombas de agua, equipos de buceo y otros accesorios para llevar a cabo las operaciones de instalación sin contratiempos tanto en aguas profundas como cerca de la costa, en ríos y lagos. Existen pocas empresas profesionales en el mundo que posean y operen dichos equipos y realicen operaciones a nivel mundial bajo la modalidad llave en mano.

Las tecnologías energéticas submarinas son objeto de investigación mediante diversas estrategias técnicas, ninguna de las cuales se ha comercializado aún para convertirse en productos viables o en nuevas industrias energéticas. Entre las fuentes de energía investigadas se incluye la producción de energía a gran escala a partir de corrientes oceánicas, como las rápidas corrientes que se encuentran en las aguas entre el estrecho de Florida y el cabo Hatteras. Se están desarrollando investigaciones y proyectos para aprovechar la energía de las fuentes hidrotermales y alimentar instrumentos de investigación oceánica submarina, así como tecnologías de recarga para vehículos autónomos, sistemas de sensores en el lecho marino y aplicaciones para la investigación ambiental. Otras investigaciones incluyen el aprovechamiento de la energía a partir de las diferencias de temperatura que se producen con la profundidad del océano y las pilas de combustible microbianas que generan energía a partir de organismos presentes en los sedimentos del fondo marino.

Los métodos actuales para suministrar energía a aplicaciones eléctricas en fondos marinos en alta mar se limitan al uso de baterías, energía suministrada por generadores en barcos o plataformas con generadores de combustibles fósiles, o, para requisitos de energía más bajos, boyas de captación de energía eólica, solar o de las olas.

Varias sociedades profesionales y organizaciones comerciales participan en la industria submarina en todo el mundo. Dichos grupos incluyen:

• Sociedad de Ingeniería Submarina
• Sociedad para la Tecnología Subacuática
• Premios a proyectos submarinos
• Centro mundial de información submarina
• Subsea Valley: El mayor clúster empresarial de tecnología submarina.
• Sociedad de Ingenieros de Petróleo
• Instituto Americano del Petróleo (API)
• Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME)
• Asociación Nacional de Ingenieros de Corrosión (NACE)
• Asociación Internacional de Contratistas Marítimos (IMCA)

Los organismos gubernamentales administran las regulaciones en sus aguas territoriales alrededor del mundo. Algunos ejemplos son el Servicio de Gestión de Minerales (MMS, EE. UU.), la Dirección Noruega de Petróleo (NPD, Noruega) y la Dirección de Salud y Seguridad (HSE, Reino Unido). El MMS administra los recursos minerales en los EE. UU. (conforme al Código de Regulaciones Federales (CFR)) y gestiona todos los recursos minerales y de energía renovable submarinos del país .

• Árbol de Navidad (pozo petrolífero)
• Lista de parques eólicos marinos
• Ingeniería naval
• Ingeniería oceánica
• Ingeniería geotécnica marina
• Pozo de petróleo
• Compensación pasiva de cabeceo
• Oleoducto submarino
• Sistema de producción submarina
• Cabezal de pozo