tema 18b_registros sísmicos especiales

Cátedra de Geofísica Aplicada, U.N.P.S.J.B., Chubut, Argentina. Tema 18(b) Métodos Sísmicos Especiales Chelotti, L., Acosta, N., Foster, M., 2009

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REGISTROS SÍSMICOS ESPECIALES

Dentro del tema de los métodos especiales, vamos a abordar ahora las adquisiciones especiales de sísmica reflectiva con principal aplicación a la prospección de hidrocarburos, para luego transbordar a las aplicaciones de sísmica de reflexión somera y de sísmica de reflexión ultraprofunda. ADQUISICIONES ESPECIALES

Se trata de métodos especiales de sísmica de reflexión que requieren de un nuevo programa de registro de datos de campo, más sus consiguientes procesamiento e interpretación.

SÍSMICA DE POZO

Ítem que comprende una variedad de registros especiales ya explicados en el Tema 16.

ADQUISICIÓN DE ONDAS S

Las ondas S, (secundarias, de corte, cizalla o transversales) pueden ser registradas a partir de fuentes convencionales, emisoras mayormente de ondas P (primarias, compresionales o longitudinales), pero también de ondas S en menor proporción. Además debe recordarse que buena parte de la energía convierte en las interfaces reflectivas su modo de propagación de P a S. También pueden emplearse fuentes especiales mayormente emisoras de ondas S (explosiones rápidamente consecutivas en pozos alineados, vibradores de movimiento horizontal en tierra firme o en fondos marinos o lacustres, y otras), aunque esto ocurre en rarísimas ocasiones. Abajo esquemas de dos opciones.

Como ya fuera comentado en el Tema 13, la adquisición en tierra se hace con geófonos triaxiales, que registran las componentes x, y, z, donde x, y componen las ondas S y z representa las ondas P. Se los llama Registros 3C (de tres componentes).


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En el mar o lagos debe disponerse de los mismos geófonos triaxiales adaptados al medio subácueo del lecho y se utilizan además los hidrófonos convencionales que repiten el registro de la onda P, por lo cual se los denomina Registros 4C (de cuatro componentes). Ya sean registros 3 ó 4C, dada cierta profundidad de interés máximo, el tiempo de escucha ha de ser naturalmente mayor que cuando sólo se registran las ondas compresionales. Asimismo debe tenerse presente que, según la Ley de Snell, el ángulo de reflexión cambia al cambiar las velocidades, tal como se esquematiza en la figura de la derecha. El gráfico siguiente abajo expresa las relaciones de velocidad entre ondas P y S.

A la derecha, comparación de una sección real de ondas P con su correspondiente de ondas S, junto con perfiles de pozo, todo en escala de profundidades z para que pueda visualizarse sin desfasaje. Las amplitudes varían

entre una y otra al variar los coeficientes de reflexión, debido a que las impedancias relativas difieren entre cada capa y la siguiente, porque las velocidades relativas entre P y S fluctúan tanto por litología como por fluidos. Debe tenerse presente, además, que las ondas secundarias tendrán una dada dirección inicial de oscilación, a la que llamaremos x, pero luego pueden escindirse en dos direcciones ortogonales a la primera y a su vez entre sí, digamos y, z a las cuales podremos referir como Sv (dirección vertical, también llamada Sz) y Sh (dirección horizontal, en este caso Sy). Esta escisión depende del carácter anisotrópico del subsuelo, típicamente debido a estratificación o bien fracturación paralela. También sucede que, una vez polarizada la onda transversal en dos componentes perpendiculares de vibración, éstas a su tiempo pueden modificarse según las distintas


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direccionalidades de las anisotropías que encuentren en su tránsito por el subsuelo. Estos sucesos se ilustran en las siguientes figuras, incluyendo un eventual registro de pozo.

Las ondas S tienen variadas aplicaciones, de las cuales la más relevante es la identificación de reservorios gasíferos (técnica desarrollada por los estadounidenses James Robertson y William Pritchett en 1985) que resultan muy reflectivos con ondas longitudinales pero de reflectividad normal ante las ondas transversales, dado que estas últimas no se transmiten por el fluido poral y por lo tanto para ellas apenas se modifica el coeficiente de reflexión (sólo por el pequeño cambio en la densidad total de la roca). A la derecha vemos las respuestas diferenciadas para carbón y reservorios acuíferos y gasíferos.

Una segunda aplicación muy frecuente es la visualización de la geología por debajo de esos mismos reservorios gasíferos, dado que, en el caso de las ondas de cizalla, la energía continúa propagándose normalmente en profundidad, con una mínima pérdida de amplitud. En cambio las ondas compresionales sufren una fuerte reducción de intensidad por debajo de estos reservorios debido a la fuerte reflectividad antes mencionada. A la izquierda puede apreciarse que la sección sísmica superior, registrada con ondas P, muestra dos reflexiones someras de gran amplitud, repetidas como múltiples, y más abajo una notable falta de información en dos sectores. La sección inferior, de ondas S en cambio, da amplitudes normales en la subsuperficie y una muy buena visualización a todo lo ancho de la línea sísmica.


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Las relaciones de velocidad entre ondas P y S suelen permitir la identificación de fluidos, siendo la relación de Poisson una magnitud significativa. Asimismo permiten en muchos casos la discriminación de distintas litologías a partir del cálculo de los módulos elásticos (puede consultarse la tabla del Tema 11, pág. 4), como igualmente ocurre desde datos de acústica y de sísmica de pozo. Abajo gráficas típicas de respuestas alternativas entre las ondas compresionales y de cizalla.

SISMICA REPETITIVA (4D o Time Lapse)

Esta técnica fue desarrollada gracias al trabajo de muchos investigadores, entre ellos el equipo liderado en Estados Unidos por el israelí Amos Nur hacia 1980, a la que dieron forma completa los estadounidenses Terry Fulp y Robert Greaves en 1987. Consiste en repetir el registro de sísmica 3D manteniendo los parámetros de adquisición originales y procesando luego también con la misma secuencia y parámetros utilizados la primera vez. La idea es tener dos juegos de datos comparables, que han sido obtenidos tras un cierto intervalo de tiempo. El objetivo es la visualización de los cambios producidos en los reservorios por la explotación de los hidrocarburos, por lo que se repite el registro tras un intervalo que puede ser de meses o, más habitualmente, de años. Es una metodología muy útil -y costosa- para monitorear la eficiencia del mallado de pozos productivos y eventualmente de los inyectores, si se tratara de un proyecto de recuperación secundaria. Normalmente no sólo se observa un cubo en relación al otro utilizando distintos atributos sísmicos, sino que, adicionalmente, se calcula la diferencia de esos atributos entre los dos cubos para obtener volúmenes representativos de la diferencia entre tales magnitudes sísmicas e indicativo de las variaciones de fluidos que se intenta detectar.


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El método puede usarse también entre sísmicas 2D sucesivas, pero esto casi nunca se hace dado que no se aprovecha la estrategia en toda su potencialidad, además de que un yacimiento que amerita un monitoreo sísmico en el tiempo también seguramente amerita sísmica tridimensional.

Arriba a la izquierda puede verse una sección sísmica que va mostrando los cambios en el reservorio en forma previa, simultánea y posterior al venteo de gas. Hacia la derecha volumen sísmico en un tiempo inicial y otro tras cierto lapso en producción, más el cubo de la diferencia entre el primero y el segundo, donde se resaltan los acuñamientos en el sector derecho, principalmente el más profundo. A la izquierda el monitoreo de un proyecto de recuperación secundaria en un yacimiento de Nigeria, tras nueve años.


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SÍSMICA DE REFLEXIÓN SOMERA

Existen variadísimas aplicaciones de la sísmica de reflexión a diferentes profundidades, además de la modalidad profunda, a nivel de cuencas, sobre la que hemos hecho énfasis y que se ha empleado sobre todo en la prospección de hidrocarburos. Cabe recordar que más del 90% de la sísmica en todo el mundo tiene fines petroleros. Allí se han hecho las mayores inversiones y progresos técnicos impulsados por las empresas petroleras y de servicios. De la inversión total, un 90% corresponde al gasto en adquisición, un 9% al procesamiento de los datos y el 1% al costo de interpretación. Los dispositivos de investigación de sísmica somera, de corto espaciamiento superficial y con escaso número de receptores, poseen menores requerimientos de potencia de la fuente y la mayoría de las veces son realizados con sismógrafos portátiles. Por lo demás, la metodología, aunque algo más simple, es esencialmente la misma que hemos estudiado para la sísmica de reflexión profunda convencional. La resolución puede ser bastante superior, dado que a poca profundidad disminuye mucho el efecto de filtrado cortaalto que ejerce el terreno. Esto permite, de ser conveniente, la utilización de barridos de muy altas frecuencias cuando se emplean fuentes vibratorias, dado que el gasto extra en este caso sí vale la pena. Los programas someros pueden tener aplicaciones en minería, hidrogeología, ingeniería civil (fundaciones), arqueología, medioambiente (a veces relativas a las consecuencias de la actividad petrolera) y otras. Abajo secciones sísmicas de la cuenca Austral (sur de Santa Cruz, laguna Potrok Aike) mostrando secuencias sedimentarias pleistocenas vinculadas a freatomagmatismo, con datos adicionales de densidad y susceptibilidad magnética obtenidas a partir de perforaciones.


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SÍSMICA DE REFLEXIÓN ULTRAPROFUNDA

Los dispositivos para la investigación sísmica ultraprofunda poseen un muy largo espaciamiento superficial, requieren de fuentes de energía relativamente potentes y de un procesamiento muy cuidadoso para minimizar ruidos y maximizar la visualización de las reflexiones provenientes a tiempos largos y frecuencias casi siempre muy bajas. Estos registros suelen tener objetivos netamente científicos, como investigación de corteza profunda y manto superior, aunque no pocas veces con implicancias indirectas relativas a la prospección, en términos de conocer la historia tectónica profunda para poder entonces comprender mejor los emplazamientos más someros, desarrollo de cuencas, fajas plegadas, etc. hacia donde se dirigen determinados estudios geocientíficos aplicados. Abajo se ilustra una sección ultraprofunda de muy alta calidad, procesada a partir de una adquisición marina en Canadá, sobre la continuación septentrional de la faja plegada de los Apalaches. En ella, además de las amplitudes, se indica el grado de correlación y de buzamiento en tonalidades variables.

Una opción de sísmica ultraprofunda de bajo presupuesto -desarrollada en Estados Unidos por Okaya y Jarchow en 1989 y utilizada en argentina por Alberto Cominguez desde 1990- es la de reutilizar los registros de vibradores de prospección petrolera rutinaria para hacer un reproceso distinto del convencional, con las bajas frecuencias cosechadas a tiempos largos, es decir grandes profundidades, para obtener imágenes que, si bien de muy pobre calidad, pueden dar importantes indicios sobre la geología profunda. El complemento de otros métodos geofísicos, especialmente gravimetría y detección de sismicidad natural, podrá conducir a modelos bastante confiables sobre la geodinámica cortical.


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La sección sísmica ya interpretada que se adjunta es un ejemplo de esta técnica especial de correlación cruzada, en este caso obtenida en la cuenca Noroeste de Argentina.

CUESTIONARIO BÁSICO: - Puntualizar los recaudos para registrar las ondas S y sus características en el subsuelo.

- Comentar las posibles aplicaciones de las ondas transversales.

- ¿Qué beneficios puede brindar la sísmica 4D?

- Ejemplificar aplicaciones de sísmica de reflexión somera.

- ¿Qué objetivos puede tener la sísmica ultraprofunda?, ¿cómo se la puede generar?

BIBLIOGRAFÍA - Bocaccio P. y otros, 1996. Apuntes de Sísmología y Sismica (p.1-36). Yacimientos Petrolíferos Fiscales.

- Brown A., 1991. Interpretation of Three Dimensional Seismic Data. Society of Exploration Geophysicists.

- Sheriff, R., 1991. Encyclopedic Dictionary of Exploration Geophysics. Society of Exploration Geophysicists.

- Sheriff, R., 1985. Geophysical Exploration and Interpretation. Society of Exploration Geophysicists.


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POSDATA:

Hasta acá llegamos con el programa de la materia. La temática, aunque muy variada, dista de agotar las vertientes de la ciencia geofísica, tanto por el número de tales vertientes como por el gran caudal que ellas aportan, siempre renovado y además creciente a través del tiempo, como el conocimiento científico en general. De modo que éste puede considerarse sólo un primer acercamiento a uno y otro manantial del saber geofísico, ojalá refrescante, que seguirá surgiendo de las entrañas del subsuelo mientras se requiera de él, ya sea por curiosidad científica o por necesidades aplicadas. Y bueno es recordar que en la sequedad del golfo San Jorge el perito Francisco Pascasio pronosticó un particular escenario: éste, que nos tiene empleando la geofísica para hurgar en la búsqueda de los recursos no renovables de la madre tierra.

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