海底技術

海中技術には、特に沖合、深海、または海底にある場合に、完全に水没した海洋機器、操作、またはアプリケーションが含まれます。海中という用語は、海洋学、海洋工学、海洋探査、遠隔操作車両(ROV) 、自律型水中車両(AUV)、海底通信または電力ケーブル、海底鉱物採掘、石油とガス、および洋上風力発電に関連して頻繁に使用されます。

世界中の多くの内水面や沖合には油田やガス田が存在し、石油・ガス業界では海底という用語は、こうした水中の場所における油田やガス田の探査、掘削、開発を指します。^[1]水中の油田や施設は、一般的に海底井戸、海底油田、海底プロジェクト、海底開発などの海底という接頭辞を使用して呼ばれます。

海底油田開発は、通常、必要とされるさまざまな施設やアプローチを区別するために、浅水域と深水域のカテゴリに分けられます。浅水域または棚域という用語は、ジャッキアップ掘削リグや固定式海洋構造物などの底部施設を使用でき、飽和潜水が実行可能な非常に浅い水深に対して使用されます。深水域は、約600フィート（180メートル）を超える水深にある海洋プロジェクトを指すためによく使用される用語です^{[2] 。}浮体式掘削船や浮体式石油プラットフォームが使用され、有人潜水が実用的でないため 遠隔操作の水中車両が必要になります。

海底油井の完成は1943年に遡り、エリー湖の水深35フィート（11メートル）で完成しました。この油井には陸上型のクリスマスツリーがあり、設置、メンテナンス、フローラインの接続にはダイバーの介入が必要でした。^[3] シェルは1961年にメキシコ湾で最初の海底油井を完成させました。^[4]

海底石油生産システムは、固定プラットフォーム、FPSO 、または陸上施設にリンクされたフローラインを備えた単一の衛星井戸から、テンプレート上またはマニホールドの周りに集まった複数の井戸、固定または浮体施設、または直接陸上施設に移送するまで、複雑さはさまざまです。^[5]

海底生産システムは、複数の場所から井戸を掘削する必要がある貯留層または貯留層の一部を開発するために使用できます。深海条件、または超深海条件でも、鋼鉄杭ジャケットなどの従来の地上施設は水深のために技術的に実行不可能または非経済的である可能性があるため、海底生産システムによる油田開発が本質的に必要になる場合があります。^[5]

海底油田やガス田の開発には、特殊な設備が必要です。設備は、環境を保護し、海底炭化水素の採掘を経済的に実行可能にするのに十分な信頼性が必要です。このような設備の配備には、比較的浅い設備作業 (つまり、最大数百フィートの水深) 用の潜水設備と、より深い水深用のロボット設備を備えた、特殊で高価な船舶が必要です。そのため、設置された海底設備の修理や介入が必要になると、通常、非常に高額になります。このような費用は、海底開発の経済的失敗につながる可能性があります。

沖合石油・ガス生産における海底技術は、エンジニアリングとシミュレーションに特別な要求がある、高度に専門化された応用分野です。新しい油田のほとんどは深海にあり、一般に深海システムと呼ばれています。これらの油田の開発には、さまざまなシステムの機能の検証と、現在の要件および仕様への準拠に関する厳しい要件が課せられます。これは、高度な搭載機器を備えた専用船舶により、既存のシステムを変更するのに多大なコストと時間がかかるためです。フルスケールテスト (システム統合テスト- SIT) では、深海システムの十分な検証は得られません。これは、実際的な理由から、システムが後で動作するのと同じ条件下でテストを実行できないためです。そのため、石油業界では、深海システムの仮想テストのツールとして最新のデータテクノロジーを採用し、プロジェクトの早い段階でコストのかかる障害を検出できるようにしています。最新のシミュレーションツールを使用することで、深海システムのモデルを設定して、さまざまな要件仕様に対してシステムの機能と動的特性を検証するために使用できます。これには、環境に優しい方法でエネルギー資源の開発と生産を行うための革新的なハイテクプラントとシステムソリューションのモデルベースの開発、および石油とガスの生産と分配に使用されるコンポーネントとシステムの動的動作の分析と評価が含まれます。もう 1 つの部分は、海底生産、海底掘削、海面上供給、地震計、海底建設機器、海底プロセス測定および制御機器のシステムのリアルタイム仮想テストです。^{[引用が必要]}

洋上風力発電の送電インフラでは、海底送電ケーブルやその他の電気エネルギー機器の設置やメンテナンスにさまざまな海底技術が活用されています。 ^[6] さらに、固定底式風力タービンのモノパイル基礎や浮体式風力タービンのアンカーとケーブル構造は、さまざまな船上海底技術を使用して定期的に検査されています。

最近の技術の進歩により、遠隔操作型無人探査機（ROV）を使用して、採掘予定地から鉱物サンプルを採取できるようになりました。ROVはドリルやその他の切削工具を使用してサンプルを採取し、目的の鉱物の分析を行います。採掘予定地が特定されると、採掘船または採掘ステーションが設置され、その地域で採掘が行われます。^[7]

海底巨大硫化物鉱床（鉱床の大きさではなく、硫化物分子にちなんで名付けられた）の海底鉱物採掘は、発展途上の海底鉱物採掘産業である。ノーチラス・ミネラルズ社は、商業的に探査することで新しい産業を確立し始めており、将来的にはソルワラ1プロジェクトで銅、金、銀、亜鉛を抽出することを計画していた。このプロジェクトは、パプアニューギニア近くのビスマルク海の海面下1マイル（1.6 km）で操業を開始していた。この事業は完全に進行すれば、世界初の商業的な深海採掘プロジェクトとなるはずだった。^[8] 最初の生産は2017年に開始される予定だったが、同社はプロジェクトの資金を確保できず、2019年に倒産した。

遠隔操作車両 (ROV) は、海底で作業を行うために遠くから操作されるロボット装置です。ROV には、単純な「目視」カメラ装置から、複数のオペレーターが装置を操作または「操縦」する必要がある複数の付属装置を備えた装置まで、さまざまな機能と複雑さのものがあります。

海底通信ケーブルの設置に使用されるその他の専門機器には、特別に設計された船舶、モジュール式バージ、ウォーターポンプ、ダイビングサポート、その他の付属品があり、深海や沿岸、河川、湖での設置作業をシームレスに実行します。このような機器を所有し、運用し、世界中でターンキーベースで作業を実行する専門企業は世界でもほとんどありません。

海底エネルギー技術は、数多くの技術戦略を用いた調査の対象となっていますが、いずれもまだ商業化されておらず、実用的な製品や新しいエネルギー産業にはなっていません。調査中のエネルギー源には、フロリダ海峡とハッテラス岬の間の海域で見られる急流などの海流からの実用規模の発電が含まれます。海底海洋研究機器に電力を供給するために熱水噴出孔からエネルギーを採取する研究やプロジェクトが進められており、自律走行車充電技術、海底センサー システム、環境研究アプリケーションの開発が行われています。その他の調査には、海洋深度の変化によって生じる温度差からエネルギーを採取することや、海洋の海底堆積物中の生物からエネルギーを生成する微生物燃料電池などがあります。

沖合の海底で電気アプリケーションに電力を供給する現在の方法は、バッテリーの使用、船舶の発電機または化石燃料発電機を備えたプラットフォームから供給される電力、または電力要件が低い場合は風力、太陽光、または波力エネルギー収集ブイの使用に限られています。

世界中の多くの専門団体や業界団体が海底産業に関わっています。そのような団体には以下のようなものがあります。

• 海底工学協会
• 水中技術協会
• 海底プロジェクト賞
• グローバル水中ハブ
• Subsea Valley最大の海底技術ビジネスクラスター。
• 石油技術者協会
• アメリカ石油協会(API)
• アメリカ機械学会(ASME)
• 全米腐食技術者協会(NACE)
• 国際海洋請負業者協会(IMCA)

政府機関は、世界中の領海における規制を管理しています。このような政府機関の例としては、鉱物管理局(MMS、米国)、ノルウェー石油総局 (NPD、ノルウェー)、および健康安全局 (HSE、英国) があります。MMS は、米国の鉱物資源を管理し (連邦規則集(CFR) を使用)、米国のすべての海底鉱物資源と再生可能エネルギー資源 の管理を行っています。

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