El examen del estado de las estructuras construidas en el fondo del mar, a menudo a cientos o miles de metros de profundidad, es uno de los grandes retos a los que se enfrentan las compañías dedicadas a la prospección de petróleo y gas offshore. Una innovación creada en Brasil será de ayuda para esta tarea. Al cabo de tres años de trabajo, un grupo compuesto por investigadores de la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ), de Petrobras y del Instituto Geotécnico Noruego (NGI) presentó un sistema que utiliza sensores para detectar desplazamientos verticales y horizontales e inclinaciones del terreno y de las estructuras asentadas en el lecho oceánico, y módems acústicos para transmitir los datos recogidos.
La principal innovación del dispositivo radica en su capacidad para obtener y almacenar información sobre las condiciones de los pozos de petróleo, tuberías, manifolds (colectores: un conjunto de válvulas y accesorios que dirigen la producción de varios pozos hacia un ducto colector), entre otros dispositivos, sin necesidad de utilizar cables para transmitir estos datos. El sistema, provisto de baterías de larga duración que pueden durar meses o incluso años, fue diseñado para poder operar hasta a los 2.000 metros (m) de profundidad.
“La recuperación y el envío de la información se realizará a través de un módem que forma parte del sistema instalado en el fondo del mar y se comunica con otro módem en la superficie, a bordo de una embarcación, mediante ondas acústicas”, informa el ingeniero Fernando Danziger, quien dirige la investigación y coordina el Laboratorio de Ensayos de Campo e Instrumentación del Instituto Alberto Luiz Coimbra de Posgrado e Investigaciones en Ingeniería (Coppe), de la UFRJ. Los módems acústicos son dispositivos que convierten las señales digitales en ondas sonoras para la comunicación y transmisión de datos en ambientes acuáticos.
En la actualidad, la inspección visual de los sistemas submarinos que utiliza la industria petrolera se realiza con vehículos que operan a control remoto (ROV). Se trata de un método costoso, que requiere el uso de embarcaciones especiales y equipos calificados, y tan solo proporciona un retrato puntual del estado del suelo. El sistema desarrollado ahora, según el equipo de investigadores, permitirá un monitoreo continuo y una mayor frecuencia de recolección de datos. En el futuro, el dispositivo podrá adaptarse para verificar la integridad de las estructuras de anclaje de las turbinas eólicas instaladas en altamar.
El lecho oceánico está formado por estructuras geológicas similares a las que existen sobre la superficie, como taludes con distintas pendientes que se rompen y deslizan, así como suelos que se deforman bajo la acción de las cargas de las estructuras asentadas en el lecho marino. Movimientos tales como el asentamiento (desplazamiento vertical hacia abajo) e inclinaciones de los equipos instalados sobre el terreno pueden comprometer la integridad de las estructuras, con consecuencias para la seguridad, el medio ambiente y económicas.
“Al igual que ocurre en contextos onshore [en tierra firme], es necesario monitorear estos eventos para detectar de manera temprana cambios que puedan indicar riesgos y afectar la infraestructura de explotación de petróleo y gas o el perfecto funcionamiento de los aerogeneradores”, comenta el investigador.
La plataforma está compuesta por dos instrumentos principales: un inclinómetro y un medidor de fallas, ambos equipados con sensores (véase la infografía abajo). Montado sobre una estructura submarina, el inclinómetro es capaz de detectar pequeñas variaciones angulares en dos ejes perpendiculares del equipo. “Permite monitorear cómo la estructura gira sobre sus ejes y así, evaluar si el comportamiento del suelo y de la estructura se ajusta a las premisas adoptadas en el proyecto”, relata el ingeniero Gustavo Domingos, miembro del equipo responsable de la investigación, en el que también participaron los ingenieros Diovana Della Flôra y João Henrique Guimarães.
El medidor de fallas, además de calcular las variaciones angulares, cuenta con un sensor que mide la desviación relativa entre las partes A y B del dispositivo apoyadas en el suelo: el medidor está compuesto por dos bases cuadradas ubicadas en sus extremos y conectadas por un brazo metálico móvil que, en su máxima extensión, puede alcanzar 1,5 m. “Si estas dos partes se encuentran en lados opuestos de una falla en el lecho marino en movimiento, por ejemplo, podremos determinar la magnitud de los desplazamientos relativos y en qué dirección se están produciendo”, explica Domingos.
“Supongamos que nos encontramos en una dársena de un puerto y fijamos una de las partes del medidor de fallas al muelle, que no se mueve. Y la otra parte estuviera en un barco que se mueve a causa del vaivén de las olas”, dice el investigador. “El medidor de fallas sería capaz de identificar estos desplazamientos del barco, hacia arriba y hacia abajo, como así también el movimiento de alejamiento o acercamiento al muelle”.
El sistema concebido por la UFRJ, Petrobras y el NGI fue desarrollado con tecnologías accesibles, que incluyen piezas fabricadas en impresoras 3D y sensores que pueden adaptarse a diferentes necesidades. Baterías de larga duración alimentan los sensores, montados en una cápsula estanca que también alberga el sistema de acopio de datos y comunicación. Según el equipo de la UFRJ, los módems, provistos por la empresa inglesa Sonardyne, ya se utilizan desde hace varios años en las cuencas petroleras de Campos (Río de Janeiro) y Santos (São Paulo).
Luoman / Getty ImagesPlataformas petroleras en la bahía de Guanabara: el sistema fue diseñado para garantizar la seguridad en las prospecciones de petróleo y gasLuoman / Getty Images
“En el mundo existen sistemas similares que funcionan de la misma forma y transmiten datos prescindiendo de cables, vía módems acústicos, pero están diseñados para monitorear la temperatura, la presión atmosférica y otros parámetros. Con el objetivo de medir los desplazamientos del lecho marino desde un punto de vista geotécnico, creo que el nuestro es un proyecto pionero”, subraya Danziger.
Las primeras conversaciones con Petrobras referentes a este proyecto tuvieron lugar en 2018, pero el desarrollo de la solución arrancó recién en 2022: las adaptaciones del alcance para adaptarse al presupuesto y las interrupciones a causa de la pandemia de covid-19 aplazaron el inicio de los trabajos. La tecnología fue sometida este año a pruebas de validación en el Laboratorio de Tecnología Oceánica (LabOceano) del Coppe, centro de referencia en cuanto a la simulación de modelos que reproducen las condiciones de las olas y las corrientes marinas sobre las embarcaciones y estructuras offshore.
“Como el fondo del tanque de pruebas está compuesto por placas móviles separadas por juntas, pudimos instalar el medidor de fallas entre dos placas adyacentes y simular el movimiento de las mismas, como si se estuviera produciendo una grieta en el lecho marino. Con el inclinómetro, medimos pequeñas variaciones angulares entre las placas”, informa Domingos.
“Al combinar sensores de alta sensibilidad, transmisiones acústicas de datos en tiempo real y una arquitectura modular que permite su personalización para distintos tipos de suelos y profundidad, el sistema representará un avance significativo en la forma en que realizamos el monitoreo del fondo del mar”, analiza el ingeniero civil Marcos Massao Futai, de la Escuela Politécnica de la Universidad de São Paulo (Poli-USP), quien no participó en el estudio.
Según Massao Futai, quien estudia el comportamiento de obras de infraestructura y su interacción con el suelo, la capacidad de medición continua y automatizada de esta nueva tecnología es positiva para el sector offshore. “Además de permitir el análisis del comportamiento geotécnico del lecho marino a largo plazo, contribuye a la integridad estructural y a la seguridad de la operación”, sostiene. “Este enfoque multidisciplinario, que combina geotecnia, instrumentación, oceanografía y computación, convierte a esta solución en una propuesta innovadora”.
Según el equipo, los prototipos del medidor de fallas y del inclinómetro con transmisión vía módems acústicos están operativos y listos para ser instalados y utilizados por Petrobras. El paso siguiente consiste en la incorporación herramientas de inteligencia artificial para el análisis de los datos, con la mira puesta en la introducción de avances en el monitoreo geotécnico oceánico.
Este artículo salió publicado con el título “Un vigía en el fondo del mar” en la edición impresa n° 355 de septiembre de 2025.
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