Search Sonardyne

Follow us

Case study

Greater efficiency, lower overheads, with underwater autonomy in deepwater seismic

Partners Shell Brasil, Petrobras and SENAI CIMATEC

August 28, 2022
Share

Shell Brasil, in partnership with Petrobras, Sonardyne and Brazilian research institute SENAI CIMATEC are working together to bring a step-change to 4D seismic data gathering in Brazil’s deepwater pre-salt region.

Discover how we’re collaborating to develop innovative autonomous technology that will make monitoring these challenging deepwater fields more efficient, with fewer people and lower environmental footprint.

Scroll down to read this case study in Portuguese.

The challenge

Seismic data is an essential part of offshore field development activity, especially to support proactive reservoir management and production optimisation. Techniques for gathering this data have evolved dramatically over the decades; from the use of marine streamers for large exploration seismic campaigns to the now routine use of remote operated vehicles (ROV) to deploy ocean bottom nodes (OBN) for high-resolution imaging of pre-salt reservoirs.

Yet, gathering seismic data for pre-salt reservoir imaging remains intensive work. It involves large, costly and carbon-emitting crewed vessels for deployment and recovery of, typically, thousands of nodes. As an example, for a 10-month campaign over one of Brazil’s giant pre-salt fields, a node handling vessel could emit close to 10,000 tons of CO₂. Costly and complex operations can mean a reduction in frequency of surveys, including of those done to gather what’s called time lapse or 4D seismic data, which is required to monitor the pre-salt reservoirs.

Shell and Petrobras came to us believing that there could be a lower-cost, more sustainable, way of acquiring 4D seismic data, as well as other parameters such as seafloor subsidence, to help better monitor reservoirs. They also saw this could be done with a lower environmental footprint and while keeping more people safe.

Tags

Want to find out more about this project?

We can tell you more about this story

The solution

Together, Shell Brasil, Petrobras, and Sonardyne joined forces with SENAI CIMATEC to develop an advanced seismic data acquisition system under a Brazilian National Agency of Petroleum, Natural Gas and Biofuels (ANP) promoted research and development project.

At its core is an On-Demand Ocean Bottom Node, or OD OBN. This semi-permanent seabed system is used for the acquisition of high resolution seismic and seafloor subsidence data.

Like conventional seabed nodes (OBN), each OD OBN contains three geophones and one hydrophone, a data recording system, batteries and a highly accurate clock. The sensors detect pressure waves emitted by an airgun source, usually towed by a ship, as they are reflected upwards towards the seabed from the underlying layers of rock surrounding the reservoir.

Unlike conventional nodes, these OD OBNs remain on the seabed, down to 3,000 m, gathering seismic data for up to five years. This significantly reduces the cost of repeated ocean bottom seismic campaigns, as the node handling vessel is removed from the operations. It also reduces the impact on the environment and marine ecosystems.

The activation of the nodes, verification of subsidence event alarms, calibration of internal clocks and harvesting of seismic data will be performed using an autonomous underwater vehicle (AUV) called Flatfish developed, in a closely interlinked ANP project, by partners Shell Brasil, Petrobras, SENAI CIMATEC and Saipem.

Flatfish will find each node using Sonardyne’s 6th generation (6G) of acoustic positioning systems. Our acoustics will also support data telemetry with the nodes, for health checks, configuration and acoustic time synchronization. The Flatfish will then hover above each node, in turn. Using an extremely high bandwidth and energy efficient laser-based variant of Sonardyne´s BlueComm optical communications device, it will wirelessly harvest many gigabytes of seismic data in just a few minutes.

This variant uses two rapidly modulated lasers to produce simultaneous bi-directional communications over more than five meters range. It is optimised for peak data transfer performance, with speeds of over 600 megabits per second demonstrated. This makes it excellent for harvesting large amounts of data from seabed nodes.

“Using OD OBN in combination with Flatfish, a 4D seismic campaign in the pre-salt may be executed in a simpler manner, with lower operational cost, lower risk of human exposure and lower environmental impact,” says Jorge Lopez, Manager of Subsurface Technology at Shell Brasil. “On top of this, the nodes also measure seafloor deformation and can continuously monitor for possible subsidence events that may occur during the production of the field.”

The results

In the first phase of the OD OBN project, eight fully functional prototype nodes were built. These comprised of two different concept types and were designed and built by SENAI CIMATEC in Salvador, Bahia together with Sonardyne Brasil.

In 2021, initial tests of seismic data recording were conducted at the Sapinhoá pre-salt field offshore Brazil and interoperability tests between the nodes and the Flatfish AUV were performed in shallow water in Trieste, Italy.

A very intensive laboratory and offshore testing and demonstration program is being conducted over the next 18 months to ensure the OD OBN system meets its operational requirements. This program will increase the maturity of the solution, with tests in pre-salt fields for recording seismic data with the OD OBN prototypes and the communication and data harvesting AUV missions.

In the next phase of the project, starting later in 2022, Shell and Petrobras will sign a new agreement to manufacture 600 nodes and deploy them for three years of reservoir monitoring in a Brazilian pre-salt field.

Maior eficiência, baixo custo de operação, para sísmica em águas profundas através de autonomia submarina

Parceiros Shell Brasil, Petrobras e SENAI CIMATEC

A Shell Brasil, em parceria com a Petrobras, a Sonardyne e o instituto de pesquisa brasileiro SENAI CIMATEC estão trabalhando juntos para trazer uma mudança radical na coleta de dados sísmicos 4D na região do pré-sal em águas profundas do Brasil.

Descubra como estamos colaborando para desenvolver tecnologia autônoma inovadora que tornará o monitoramento desses desafiadores campos em águas profundas mais eficiente, com menos pessoas e menor impacto ambiental.

O desafio

Os dados sísmicos são uma parte essencial da atividade de desenvolvimento de campos offshore, especialmente para apoiar o gerenciamento proativo de reservatórios e a otimização da produção. As técnicas para coletar esses dados evoluíram dramaticamente ao longo das décadas; desde o uso de streamers marinhos para grandes campanhas sísmicas de exploração até o uso rotineiro de veículos operados remotamente (ROV) para implantar nós de fundo oceânico (OBN) para imagens de alta resolução de reservatórios do pré-sal.

No entanto, a coleta de dados sísmicos para imagens de reservatórios do pré-sal continua sendo um trabalho intensivo. Envolve embarcações tripuladas grandes, caras e emissoras de carbono para implantação e recuperação de, normalmente, milhares de nós. Como exemplo, para uma campanha de 10 meses em um dos campos gigantes do pré-sal brasileiro, uma embarcação de manuseio de nós pode emitir cerca de 10.000 toneladas de CO₂. Operações caras e complexas podem reduzir a frequência de levantamentos, inclusive daqueles feitos para coletar o lapso temporal que é chamado de  dados sísmicos 4D, necessários para monitorar os reservatórios do pré-sal.

A Shell e a Petrobras nos procuraram acreditando que poderia haver uma forma mais barata e sustentável de adquirir dados sísmicos 4D, além de outros parâmetros, como subsidência do fundo do mar, para ajudar a monitorar melhor os reservatórios. Eles também viram que isso poderia ser feito com um impacto ambiental menor e mantendo mais pessoas seguras.

A solução

Juntos, Shell Brasil, Petrobras e Sonardyne uniram forças com o SENAI CIMATEC para desenvolver um sistema avançado de aquisição de dados sísmicos em um projeto de pesquisa e desenvolvimento promovido pela Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP).

Em seu núcleo está um On-Demand Ocean Bottom Node, ou OD OBN. Este sistema semipermanente do fundo do mar é usado para a aquisição de dados sísmicos de alta resolução e subsidência do fundo do mar.

Assim como os nós convencionais do fundo do mar (OBN), cada OD OBN contém três geofones e um hidrofone, um sistema de gravação de dados, baterias e um relógio de alta precisão. Os sensores detectam ondas de pressão emitidas por uma fonte do tipo airgun, rebocada por um navio, à medida que são refletidas para cima em direção ao fundo do mar a partir das camadas subjacentes de rocha ao redor do reservatório.

Ao contrário dos nós convencionais, os OD OBNs permanecem no fundo do mar, até 3.000 m, coletando dados sísmicos por até cinco anos. Isso reduz significativamente o custo de repetidas campanhas sísmicas no fundo do oceano, uma vez que a embarcação de manuseio de nós é removida das operações. Também reduz o impacto no meio ambiente e nos ecossistemas marinhos.

A ativação dos nós, a verificação dos alarmes dos eventos de subsidência, a calibração dos relógios internos e a coleta dos dados sísmicos serão realizados por meio de um veículo submarino autônomo (AUV) denominado Flatfish, desenvolvido em um projeto ANP estreitamente interligado, pelos parceiros Shell Brasil, Petrobras, SENAI CIMATEC e Saipem.

O Flatfish encontrará cada nó usando a 6ª geração (6G) de sistemas de posicionamento acústico da Sonardyne. Nossa acústica também suportará telemetria de dados com os nós, para verificações de integridade, configuração e sincronização de tempo acústico. O Flatfish irá então pairar acima de cada nó, por sua vez. Usando uma largura de banda extremamente alta e uma variante baseada em laser com eficiência energética do dispositivo de comunicação óptica BlueComm da Sonardyne, ele coletará sem fio muitos gigabytes de dados sísmicos em apenas alguns minutos.

Esta variante usa dois lasers modulados rapidamente para produzir comunicações bidirecionais simultâneas em um alcance de mais de cinco metros. Ele é otimizado para desempenho de transferência de dados de pico, com velocidades demonstradas de mais de 600 megabits por segundo. Isso o torna excelente para coletar grandes quantidades de dados de nós do fundo do mar.

“Usando OD OBN em combinação com o Flatfish, uma campanha sísmica 4D no pré-sal pode ser executada de forma mais simples, com menor custo operacional, menor risco de exposição humana e menor impacto ambiental”, afirma Jorge Lopez, Gerente de Tecnologia de Subsuperfície da Shell Brasil. “Além disso, os nós também medem a deformação do fundo do mar e podem monitorar continuamente possíveis eventos de subsidência que podem ocorrer durante a produção do campo”.

Os resultados

Na primeira fase do projeto OD OBN, doze nós protótipos totalmente funcionais foram construídos. Estes são compostos por dois tipos de conceito diferentes e foram projetados e construídos pelo SENAI CIMATEC em Salvador, Bahia em conjunto com a Sonardyne Brasil.

Em 2021, os testes iniciais de registro de dados sísmicos foram realizados no campo do pré-sal de Sapinhoá no litoral brasileiro e os testes de interoperabilidade entre os nós e o Flatfish AUV foram realizados em águas rasas em Trieste, Itália.

Um intenso trabalho em laboratório  e um programa de demonstração e testes offshore estará sendo realizado nos próximos 18 meses para garantir que o sistema OD OBN atenda aos seus requisitos operacionais. Este programa aumentará a maturidade da solução, com testes em campos do pré-sal para registro de dados sísmicos com os protótipos OD OBN e as missões AUV de comunicação e coleta de dados.

Na próxima fase do projeto, a partir do final de 2022, a Shell e a Petrobras assinarão um novo acordo para fabricar 600 nós e implantá-los para três anos de monitoramento de reservatórios num campo do pré-sal brasileiro.

Share

Have you got a similar project?

Challenge us to solve your problem

Challenge us to solve your problem