海底監視は自治の時代に入ります

ノルウェー沖、Ormen LangeプロジェクトでのAMTの展開（写真：Sonardyne）

海底変形モニタリングは、自己較正、自律配置、およびデータ収集が油田の寿命を延ばすための新たな可能性を切り開くにつれて、新たな可能性の領域へと移行しています。 SonardyneのExploration＆Surveillanceのグローバルビジネスマネージャ、Shaun Dunnが説明します。

最近の不況の中で、石油会社が生産を維持するために取った措置の1つは、新しい分野を探求するのではなく、既存の分野における改善された石油回収（IOR）プログラムにもっと焦点を合わせることでした。

既存の貯水池を積極的に管理して新たな分野の開発に必要な先行投資を増やすことなく回収率を最大化することで、より少ない資源とより少ない環境影響でより多くの製品を生産することができました。それにもかかわらず、IORには海底破壊、変形や沈下といった断層の再活性化やその他のジオハザードを含む追加のリスクが伴います。海底の動きは、貯水池ができて圧力レベルが下がると、貯水池の上で起こることがよくあります。 1年に数センチの動きが典型的です。産地の圧力レベルが下がると、貯留層の岩石層を支えたり、その上に層を覆ったりする能力が低下し、徐々に沈下するボウルのような海底変形現象が起こります。

この動き自体はそれほど大きな危険を引き起こさないかもしれませんが、どのくらいの動きがあるのか、そしてどのくらいの速さで起こっているのかを知っていれば、オペレータは貯水池の性能をよりよく知ることができます。

海底の動きを横方向と垂直方向に経時的に測定する機能により、地球物理学者はこの情報を他の生産データと融合して、流体の流れ、間隙水圧、貯水池レベルの圧縮などを推測し、貯水池管理計画を調整し、それに応じて回収率を改善できます。掘削および生産活動の間、海底監視はまた、断層の再活性化や泥の滑りなどのジオハザードを回避するのに役立ちます。

AMTからデータを収集するために、ドイツの調査船SonneとWave Glider無人水上艇（USV）が使用されました。 USVは現在、GPS音響測定も実行できます。 （写真：Sonardyne）

陸上で機能するもの、海外では機能しないもの
しかし、過去には、これらの小さな動きを海外で測定することは容易ではありませんでした。陸上、ＧＰＳ測位、レーザー測距および衛星高度計システムを使用して、陸上の対象物の位置およびそれらの間の距離をセンチメートルまたはさらにはミリメートル以内まで決定することができる。これらの手法は海中では機能しません。

伝統的に、測深ソナーは沖合での地盤沈下の測定に使用されてきましたが、特に深海ではその精度は厳しく制限されており、長期の測定が必要な低速沈下速度の検出への実際の適用は妨げられています。携帯型重力計は、例えばガスを水に置き換えることによってもたらされる密度の変化を検出するためにも使用される。しかし、これらのセンサーは、遠隔操作の水中車両（ROV）を使用して恒久的に配備された海底記念碑の間を移動し、各場所で重力と圧力の測定を繰り返す必要があります。これは時間がかかり、人員がかかり、資産集約的であり、したがって費用がかかるプロセスであり、通常は複数年間隔でしか行われないため、データの有用性が制限されます。

2006年にシェル研究地球物理学者ポールハッチェル博士とスティーブンボーン博士が考えたおかげで、この10年間で、より費用効果の高い代替手段が開発されました。彼らは、海底変形が垂直方向と水平方向の変位を引き起こすため、長期的に展開された海中計装を使用して垂直方向と水平方向の測定を行うことで、沈下を監視するためのより継続的な方法が可能です。当時は、適切な耐久性と高感度のモニタリング機器が利用できませんでした。そのため、シェルはSonardyneに近づいてきました。

海底変形モニタリングの導入
Shellと共同で、2007年にノルウェー大陸棚のShellのOrmen Lange油田で展開された最初の海底変形監視システムを開発しました。システムは音響距離測定を使用して海底上の2つの位置間の水平距離を測定し、圧力センサーこれらの技術は水中調査では新しいものではありません。実際、Sonardyneはこれらの技術を40年以上に渡って海洋の石油・ガス産業に提供してきました。しかし、海底変形監視システムを構築するには、いくつかの革新が必要でした。

水平変位を測定するために、音波は数百メートル離れた自律監視トランスポンダ（AMT）のペア間の信号として送信され、それらの信号の双方向往復時間が決定されます。また、AMTペア間の距離を非常に正確に監視することができるように、内蔵の音速センサーを使用して局所的にリアルタイムで波速度も測定されます。垂直変位は、内蔵圧力センサーを使用して測定されます。複数のAMTからの結果を比較することによって、潮汐、水柱密度、気圧の変化の影響を結果から取り除き、相対的な海底深度の変化のみを残すことができます。

簡単に聞こえますか？そうではありません。必要とされる海底深度において、必要とされる感度と長期間のサービスの両方を提供することができるように、このシステムを開発するために多くの努力が払われてきた。これには、高性能音響信号、圧力検知、低電力エレクトロニクス、防水耐圧および耐食性海洋ハウジング、バッテリー技術、および音響トランスデューサ設計における革新が含まれています。私達はまた、アンビエントゼロアンビエント（AZA）と呼ばれるプロセスでのin-situ圧力センサーキャリブレーションも追加しました。これは、圧力センサーが浮上することなく経験する固有のドリフトに対処するためです。

これらのシステムは実証済みです。 Ormen Langeでの最初の海上試験に続いて、2010年から2015年まで、同じサイトで長期展開を実施しました。この展開中、約220のAMTが展開され、5年半にわたる継続的な地盤沈下モニタリングが可能になりました。 6億以上の範囲の観測。このシステムのバージョンは、英国北海、米国メキシコ湾、およびアジア沖の事業者によって採用されています。

海洋自治への動きの活用
しかし、私たちは静止していません。無人車両を使用することで、このシステムをさらに拡張することができました。GPS-アコースティックボックスイン（GPS-A）を使用してAMTの正確な位置を特定し、液体などの無人水上船を使用してワイヤレスデータ検索を実行できます。ロボティクスのウェーブグライダー無人システムを使用すると、通常の平均的な有人船舶よりも1〜2桁低いランニングコストがかかるため、コストを節約できます。

その結果、私たちは完全に自律的な楽器を手に入れたことになります。直接介入することなく10年以上の間その場所に留まり、海底に配備することができる。水平方向と垂直方向の動きを高精度に測定します。また、リモートの無人ワイヤレスデータ収集機能を使用して、自分の机に座っているユーザーに定期的に情報を報告することができます。そのため、世界中で最も困難で高感度な決済監視プロジェクトに使用できます。

左から：AMT三脚フレームアセンブリ、米国メキシコ湾での沈下監視のためのAMTの変種設置海底、およびAMTと5年以上の展開後の回復後のフレーム（画像：Sonardyne）

精度の向上、結果の向上
仕事は止まりません。また、海底沈下監視装置の精度向上にも継続的に取り組んでいます。定期的な現場校正を可能にするための作業、および最良の圧力センサーを選択して事前に特性評価し、表面ドローンから機器の位置を特定するための研究プログラムを通じて、1cm /年近くを達成することができました。測定感度

これはエキサイティングです - それは、ブラジルの前塩やメキシコ湾のような深海の畑を含む、非常にゆっくりと沈降する圃場を監視するための全く新しい世界的な能力を解き放つので、海底集落の監視に革命をもたらします。

さらに、この技術はまた、沈み込み帯や構造プレートの運動監視のために、海洋科学者が以前はアクセスできないデータを提供しています。つい最近まで、科学者たちは、海洋での観測を行うために有人の研究船の使用にほとんど専ら頼っていました。これは、彼らが散発的で限られたデータ取得プロジェクトしか持っていなかったことを意味しました、そしてそれは順番に彼らが満足に沈み込み帯をモデル化することができなかったことを意味しました。これらは、海洋地殻がより高密度の大陸地殻の下に沈み込み、世界で最も被害の大きい地震や津波に一般的に関連する摩擦エネルギーの蓄積を引き起こす地域です。現在、彼らはこの沈下データを取得できるだけでなく、GPS音響ボックスインを実行することができるので、このデータをモデルで使用できるように、各AMTの絶対位置を正確に特定することができます。このデータは以前は科学者には手が届かなかった。

津波と地震の研究を可能にする
GEOMARは、とりわけ、構造プレートの移動に伴うひずみの蓄積を測定するために、Sonardyneの海底変形監視システムをヨーロッパおよび南アメリカの多くの場所に展開しています。チリ沖のナスカ - 南アメリカのテクトニックプレートに沿ったある展開では、GEOMARは沈み込み帯で大きな変位がいつ起こるかを予測するのに使用できる水平ひずみの蓄積に特に興味を持っていました。このシステムは、かなりの距離にわたって容易に伝播する低周波数の音響信号、これらの機器のいくつかが配備されている極限の深さ（5,000メートルを超える）での効果的な無線通信に必要な設定で構成されるという点でユニークです。

2013 - 14年に最初にこの技術を使用したスクリップス海洋研究所は、米国の地質調査所（USGS）と協力して、カスカディア沈み込み帯の理解を深めることで、主要なイベントが発生する可能性が高い時期を予測します。調査の海底要素には、SonardyneのFetch装置（機能的にはAMTと同等ですが、最大10年間の展開を可能にするより大きなバッテリーを使用）を使用しています。

この技術はまた、京都大学、国立メキシコ自治大学、ニュージーランドのGNS科学との間の日本政府の資金提供による共同研究の基盤でもあります。 「メキシコの太平洋岸における大規模地震と津波の防災のための危険評価」。さらに重要なプログラムも提案されています。

正確でアクセス可能な洞察
当社の海底変形監視システムは、オペレータや科学者に海底の動きに関するセンチメートルの詳細を提供し、彼らの資源の管理と最大化、海底プレートのテクトニクスの動きの監視を今までよりはるかに細かく以前のメソッドの

Sonardyne AMTは垂直方向と水平方向の変位を測定して、生産による海底変形を検出します。 （画像：Sonardyne）