Unterwasser (Technologie) - Subsea (technology)

Unterwasser sind Geräte, Operationen oder Anwendungen, die vollständig im Meer versenkt sind, insbesondere wenn sie in einiger Entfernung vor der Küste, in tiefen Meeresgewässern oder auf dem Meeresboden liegen. Der Begriff wird häufig in Verbindung mit Ozeanographie , Meeres- oder Meerestechnik , Meereserkundung , ferngesteuerten Fahrzeugen (ROVs), autonomen Unterwasserfahrzeugen (AUVs), Unterwasserkommunikations- oder Stromkabeln , Mineralabbau am Meeresboden , Öl und Gas und Offshore-Windkraft verwendet .

Öl und Gas

Öl- und Gasfelder befinden sich unter vielen Binnengewässern und Offshore-Gebieten auf der ganzen Welt, und in der Öl- und Gasindustrie bezieht sich der Begriff Unterwasser auf die Exploration, Bohrung und Erschließung von Öl- und Gasfeldern an diesen Unterwasserstandorten. Unter Wasser werden Ölfelder und -anlagen allgemein mit einem Unterwasser- Präfix bezeichnet, wie z. B. Unterwasserbohrung , Unterwasserfeld , Unterwasserprojekt und Unterwasserentwicklungen.

Unterseeische Ölfeldentwicklungen werden normalerweise in die Kategorien Flachwasser und Tiefwasser unterteilt, um zwischen den verschiedenen erforderlichen Einrichtungen und Ansätzen zu unterscheiden. Der Begriff Flachwasser oder Schelf wird für sehr geringe Wassertiefen verwendet, in denen bodengestützte Einrichtungen wie Jackup-Bohrinseln und feste Offshore-Strukturen verwendet werden können und wo Sättigungstauchen möglich ist. Tiefwasser ist ein Begriff, der häufig verwendet wird, um sich auf Offshore-Projekte in Wassertiefen von mehr als etwa 180 m zu beziehen, bei denen schwimmende Bohrschiffe und schwimmende Ölplattformen verwendet werden und ferngesteuerte Unterwasserfahrzeuge erforderlich sind, da bemanntes Tauchen nicht praktikabel ist.

Unterseeische Fertigstellungen können bis 1943 mit der Fertigstellung des Eriesees in einer Wassertiefe von 35 Fuß (11 m) zurückverfolgt werden. Der Brunnen hatte einen Weihnachtsbaum , der von einem Taucher für Installation, Wartung und Anschlüsse der Stromleitungen eingegriffen werden musste. 1961 schloss Shell seine erste Unterwasserbohrung im Golf von Mexiko ab.

Systeme

Unterwasser-Ölförderungssysteme können in ihrer Komplexität von einer einzelnen Satellitenbohrung mit einer mit einer festen Plattform , FPSO oder einer Onshore-Installation verbundenen Flusslinie bis zu mehreren Bohrungen auf einer Schablone oder um einen Verteiler herum angeordnet sein, bis hin zu einer Übertragung auf eine feste oder schwimmende Anlage oder direkt zu einer Onshore-Installation.

Unterwasser-Produktionssysteme können verwendet werden, um Lagerstätten oder Teile von Lagerstätten zu entwickeln, die das Bohren der Bohrlöcher von mehr als einem Ort aus erfordern. Tiefwasserbedingungen oder sogar ultratiefe Wasserbedingungen können auch von Natur aus die Erschließung eines Feldes durch ein Unterwasser-Produktionssystem diktieren, da traditionelle Oberflächenanlagen wie auf einem Stahlpfahlmantel aufgrund des Wassers entweder technisch nicht durchführbar oder unwirtschaftlich sein können Tiefe.

Die Erschließung von Unterwasser-Öl- und Gasfeldern erfordert spezielle Ausrüstung. Die Ausrüstung muss zuverlässig genug sein, um die Umwelt zu schützen und die Gewinnung der Unterwasser-Kohlenwasserstoffe wirtschaftlich machbar zu machen. Der Einsatz einer solchen Ausrüstung erfordert spezialisierte und teure Schiffe, die mit Tauchausrüstung für relativ flache Ausrüstungsarbeiten (dh maximal einige hundert Fuß Wassertiefe) und Roboterausrüstung für tiefere Wassertiefen ausgestattet sein müssen. Jegliche Notwendigkeit, bei installierter Unterwasserausrüstung zu reparieren oder einzugreifen, ist daher normalerweise sehr teuer. Diese Art von Ausgaben kann zu einem wirtschaftlichen Scheitern der Unterwasserentwicklung führen.

Die Unterwassertechnologie in der Offshore-Öl- und Gasförderung ist ein hochspezialisiertes Anwendungsgebiet mit besonderen Anforderungen an Engineering und Simulation. Die meisten der neuen Ölfelder befinden sich in tiefem Wasser und werden allgemein als Tiefseesysteme bezeichnet. Die Entwicklung dieser Felder stellt strenge Anforderungen an die Überprüfung der Funktionen der verschiedenen Systeme und deren Übereinstimmung mit aktuellen Anforderungen und Spezifikationen. Dies liegt an den hohen Kosten und Zeitaufwand für den Wechsel eines bereits bestehenden Systems aufgrund der spezialisierten Schiffe mit fortschrittlicher Bordausrüstung. Ein umfassender Test ( System Integration Test – SIT) bietet keine zufriedenstellende Verifizierung von Tiefseesystemen, da der Test aus praktischen Gründen nicht unter Bedingungen durchgeführt werden kann, die denen des späteren Betriebs des Systems entsprechen. Die Ölindustrie hat daher moderne Datentechnologie als Werkzeug für das virtuelle Testen von Tiefseesystemen übernommen, das es ermöglicht, kostspielige Fehler in einer frühen Phase des Projekts zu erkennen. Durch den Einsatz moderner Simulationswerkzeuge können Modelle von Tiefseesystemen erstellt und verwendet werden, um die Funktionen und dynamischen Eigenschaften des Systems gegen verschiedene Anforderungsspezifikationen zu überprüfen. Dazu gehört die modellbasierte Entwicklung innovativer Hightech-Anlagen und Systemlösungen zur umweltschonenden Nutzung und Gewinnung von Energieressourcen sowie die Analyse und Bewertung des dynamischen Verhaltens von Komponenten und Systemen, die für die Produktion und den Vertrieb eingesetzt werden von Öl und Gas. Ein weiterer Teil ist der virtuelle Echtzeittest von Systemen für die Unterwasserproduktion, Unterwasserbohrungen, Versorgung über dem Meeresspiegel, Seismographie, Unterwasserbaugeräte und Unterwasserprozessmess- und -steuergeräte.

Offshore-Windkraft

Die Stromübertragungsinfrastruktur für Offshore-Windenergie nutzt eine Vielzahl von Unterwassertechnologien für die Installation und Wartung von Unterseestromübertragungskabeln und anderen elektrischen Energieanlagen. Darüber hinaus kann die Monopfähle von Festbodenwindenergieanlagen und der Verankerung und Kabelstrukturen von schwimmenden Windkraftanlagen werden regelmäßig mit einer Vielzahl von an Bord befindlichen Unterseetechnik inspiziert.

Unterwasserbergbau

Jüngste technologische Fortschritte haben zur Verwendung von ferngesteuerten Fahrzeugen (ROVs) geführt, um Mineralproben von potenziellen Minenstandorten zu sammeln . Unter Verwendung von Bohrern und anderen Schneidwerkzeugen erhalten die ROVs Proben, die auf gewünschte Mineralien analysiert werden sollen. Sobald ein Standort gefunden wurde, wird ein Bergbauschiff oder eine Station eingerichtet, um das Gebiet abzubauen.

Der Mineralabbau am Meeresboden von massiven Sulfidlagerstätten am Meeresboden (so benannt nach den Sulfidmolekülen, nicht nach der Größe der Lagerstätten) ist eine sich entwickelnde Unterwassermineralabbauindustrie. Nautilus Minerals Inc. hatte mit kommerziellen Explorationen begonnen, eine neue Industrie aufzubauen, und plante in Zukunft Kupfer, Gold, Silber und Zink in seinem Solwara-1-Projekt zu fördern. Das Projekt etablierte seinen Betrieb 1 Meile (1,6 km) unter der Meeresoberfläche in der Bismarcksee in der Nähe von Papua-Neuguinea . Wenn der Betrieb vollständig im Gange war, wäre er das weltweit erste kommerzielle Tiefseebergbauprojekt gewesen . Die erste Produktion sollte 2017 beginnen, aber das Unternehmen ging 2019 in Konkurs, nachdem es keine Finanzierung für das Projekt sichergestellt hatte.

Ferngesteuerte Fahrzeuge

Remotely Operated Vehicles (ROVs) sind Robotergeräte, die aus der Ferne bedient werden, um Aufgaben auf dem Meeresboden auszuführen. ROVs sind in einer Vielzahl von Funktionen und Komplexitäten erhältlich, von einfachen "Augapfel"-Kamerageräten bis hin zu Maschinen mit mehreren Anhängseln, die mehrere Bediener erfordern, um die Ausrüstung zu bedienen oder zu "fliegen".

Andere professionelle Ausrüstungen, die bei der Installation von Unterwasser-Telekommunikationskabeln verwendet werden, sind speziell entwickelte Boote, modulare Lastkähne, Wasserpumpen zusammen mit Tauchunterstützung und anderem Zubehör, um Installationsvorgänge in der Tiefsee und in Küstennähe, Flüssen und Seen nahtlos durchzuführen. Es gibt nur wenige professionelle Unternehmen auf der Welt, die solche Geräte besitzen, betreiben und weltweit schlüsselfertig betreiben.

Energy Harvesting und Produktion

Unterseeische Energietechnologien sind Gegenstand einer Untersuchung unter Verwendung einer Reihe technischer Strategien, von denen noch keine kommerzialisiert wurde, um tragfähige Produkte oder neue Energieindustrien zu werden. Zu den untersuchten Energiequellen gehört die Stromerzeugung im Versorgungsmaßstab aus Meeresströmungen, wie den schnellen Strömungen in den Gewässern zwischen der Florida Straits und Cape Hatteras. Es werden Forschungen und Projekte entwickelt, um Energie aus hydrothermalen Quellen zu gewinnen, um Strom für Unterwasserforschungsinstrumente bereitzustellen, Technologien zum Aufladen autonomer Fahrzeuge, Meeresbodensensorsysteme und Umweltforschungsanwendungen zu entwickeln. Andere Untersuchungen umfassen die Gewinnung von Energie aus Temperaturunterschieden, die mit unterschiedlichen Meerestiefen auftreten, und mikrobielle Brennstoffzellen, die Energie aus Organismen in Meeresbodensedimenten erzeugen. .

Gegenwärtige Verfahren zur Bereitstellung von Strom für elektrische Anwendungen auf dem Meeresboden vor der Küste sind auf die Verwendung von Batterien, Strom von Generatoren auf Schiffen oder Plattformen mit fossilen Brennstoffgeneratoren oder für einen geringeren Strombedarf, Wind-, Solar- oder Wellenenergie-Erntebojen beschränkt. .

Organisationen

Eine Reihe von Fachgesellschaften und Handelsverbänden engagieren sich weltweit in der Unterwasserindustrie. Zu diesen Gruppen gehören

Regierungsbehörden verwalten Vorschriften in ihren Hoheitsgewässern auf der ganzen Welt. Beispiele für solche Regierungsbehörden sind der Minerals Management Service (MMS, USA), das Norwegian Petroleum Directorate (NPD, Norwegen) und die Health & Safety Executive (HSE, UK). Das MMS verwaltet die Mineralressourcen in den USA (unter Verwendung des Code of Federal Regulations (CFR)) und bietet die Verwaltung aller US-Unterseemineralien und erneuerbaren Energieressourcen .

Siehe auch

Verweise