desarrollos en las imágenes sísmicas marinas con …/media/files/resources/oilfield...obliq, q-fin...

44 Oilfield Review

La técnica Coil Shooting, en la que una sola embarcación registra datos sísmicos

3D de cobertura azimutal completa mientras navega describiendo círculos,

proporciona imágenes más precisas y más confiables del subsuelo que los

métodos 3D convencionales en áreas de geología compleja. Recientemente, se ha

implementado una técnica con múltiples embarcaciones para abordar los desafíos

que plantean las imágenes subsalinas en las áreas de aguas profundas.

Tim BricePerth, Western Australia, Australia

Michele BuiaEni E&PMilán, Italia

Alex CookeRío de Janeiro, Brasil

David HillEd PalmerGatwick, Inglaterra

Nizar KhaledSérgio TchikanhaEnrico ZamboniTotal E&P AngolaLuanda, Angola

Ed KotochigovOslo, Noruega

Nick MoldoveanuHouston, Texas, EUA

Traducción del artículo publicado en Oilfield Review Primavera de 2013: 25, no. 1.Copyright © 2013 Schlumberger.Por su colaboración en la preparación de este artículo, se agradece a Paul Bidmead, Gatwick, Inglaterra; y a Giuseppe Uncini, Eni Indonesia, Yakarta.3D GSMP, Coil Shooting, DSC, Dual Coil Shooting, ObliQ, Q-Fin y Q-Marine son marcas de Schlumberger.

Tradicionalmente, los datos sísmicos marinos 3D se adquieren con una embarcación sísmica que navega describiendo una serie de líneas rectas paralelas a través de un área de levantamiento. Esta configuración de registro presenta un pro-blema inherente: si bien el frente de onda de la fuente se propaga en todas las direcciones, sólo una pequeña proporción del frente de onda refle-jado es captada por el tendido de receptores de superficie, y los rayos sísmicos se alinean predo-minantemente en una dirección o azimut.

Frente a una geología compleja, la curvatura de los rayos puede hacer que queden ciertas porciones del subsuelo sin tocar por las ondas sísmicas cuando se registra sólo un rango estrecho de azimuts entre la fuente sísmica y los receptores (izquierda). Los esfuerzos para resolver este problema condu-jeron al desarrollo de las configuraciones de adqui-sición con cobertura azimutal amplia (WAZ), cobertura azimutal rica (RAZ) y cobertura azi-mutal múltiple (MAZ) (próxima página, arriba a la izquierda). Si se “enciende una luz” que ilu-mina las formaciones desde muchas direcciones, estos métodos ofrecen una mejor iluminación sís-mica del subsuelo, una relación señal-ruido (S/N) más alta y una mejor resolución sísmica en áreas desafiantes para generar imágenes, tales como los estratos ubicados por debajo de cuerpos sali-nos complejos.1

Los levantamientos con cobertura azimutal amplia, generalmente, se llevan a cabo utilizando tres o cuatro embarcaciones, cada una de las cua-les registra a lo largo de líneas paralelas rectas. Como sucede con los levantamientos convencio-nales, hasta hoy, el tiempo requerido para girar

> Distorsión de la imagen. La refracción de la luz a través de la superficie irregular de un vaso de vidrio (extremo superior ) hace que ciertas partes de la cuchara sean invisibles o estén distorsionadas cuando se ven desde diferentes direcciones. La imagen cambia dependiendo del azimut. De un modo similar, las imágenes sísmicas de una estructura del subsuelo (extremo inferior ) del área marina de Angola difieren según el azimut entre la fuente sísmica y los receptores de los datos de aporte.

Oilfield Review WINTER 12/13 Coil Shooting Fig. 1ORWIN 12/13 1

0° a 10° 60° a 70°

Desarrollos en las imágenes sísmicas marinas con cobertura azimutal completa

1. Camara Alfaro J, Corcoran C, Davies K, González Pineda F, Hampson G, Hill D, Howard M, Kapoor J, Moldoveanu N y Kragh E: “Reducción del riesgo exploratorio,” Oilfield Review 19, no. 1 (Verano de 2007): 26–43.

2. Buia M, Flores PE, Hill D, Palmer E, Ross R, Walker R, Houbiers M, Thompson M, Laura S, Menlikli C, Moldoveanu N y Snyder E: “Levantamientos sísmicos en círculos,” Oilfield Review 20, no. 3 (Invierno de 2008/2009): 20–35.

3. El apilamiento nominal (fold ) es una medida de la densidad de las mediciones sísmicas. Se computa generalmente como el número de pares de fuentes-receptores diferentes que registran las reflexiones provenientes de una capa objetivo dada en cada una de las celdas cuadrangulares (generalmente de 25 m × 25 m [82 pies × 82 pies]) de una cuadrícula 3D a través del área de levantamiento. Un apilamiento alto usualmente mejora la relación señal-ruido.

Volumen 25, no.1 4545

las embarcaciones entre el final de una anchura de barrido rectilíneo y el comienzo del barrido siguiente, ha sido aceptado como tiempo no pro-ductivo (NPT) inevitable (arriba a la derecha).

En el año 2007, WesternGeco comenzó a probar la técnica Coil Shooting, en la que una embarca-ción navega describiendo una serie de círculos superpuestos en tirabuzón, registrando continua-mente para proporcionar datos de cobertura com-pleta (FAZ) (derecha).2 El método proporciona un apilamiento nominal (fold) superior y una mejor cobertura azimutal que otras técnicas.3 Los levan-tamientos FAZ pueden ser económicamente más efectivos porque los datos se adquieren utili-zando una sola embarcación sísmica y se regis-tran en forma continua, lo que minimiza el NPT.

La capacidad para llevar a cabo una adquisi-ción sísmica exitosa con la técnica Coil Shooting es posible gracias al sistema sísmico marino con receptores puntuales Q-Marine. Sus sensores uni-tarios calibrados permiten la atenuación del ruido que no puede ser resuelta con otras tecnologías. Una red acústica totalmente reforzada posibilita el posicionamiento preciso del equipo marino.

0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

330

Oilfield Review AUTUMN 12 Coil Shooting Fig. 4ORAUT 12-CLSHTNG 4



Embarcacionesfuente

Rutas adoptadas por las embarcaciones para posicionarse en la siguiente anchura de barrido rectilíneo del levantamiento

Siguientes líneas del levantamiento planificadas

Embarcaciones que remolcan la fuente y los cables sísmicos

Cablessísmicosmarinos

> Una configuración de adquisición sísmica con cobertura azimutal amplia (WAZ) que utiliza cuatro embarcaciones. Esta configuración de adquisición sísmica —con dos embarcaciones que remolcan los cables sísmicos y las fuentes, más dos embarcaciones fuente adicionales— ha sido ampliamente

utilizada en el Golfo de México. La gráfica de desplazamientos-azimuts (inserto) indica los desplazamientos y los azimuts adquiridos con esta configuración; en este caso, se trata de un rango de azimuts de 60°. El azimut corresponde al ángulo considerado en sentido horario desde el extremo superior del círculo. El desplazamiento corresponde a la distancia al centro del círculo. Los colores varían del púrpura, para un número escaso de trazas, al verde, el amarillo y el rojo para un número de trazas considerable.

> Cambios de líneas con múltiples embarcaciones. Las cuatro embarcaciones de una configuración de adquisición WAZ lineal típica del Golfo de México siguen un trayecto sinuoso entre el final de una anchura de barrido rectilíneo y el comienzo de la siguiente, lo cual es necesario para alinear las embarcaciones para el comienzo del siguiente barrido y para evitar colisiones durante los virajes. Esta configuración del movimiento de las embarcaciones genera tiempo no productivo.


0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

330

> Esquema de levantamiento sísmico Coil Shooting. Para el levantamiento sísmico Coil Shooting con cobertura azimutal completa y una sola embarcación, la embarcación sísmica navega describiendo círculos superpuestos en espiral, registrando en forma continua. La gráfica de desplazamientos-azimuts (inserto) indica que con la configuración de este levantamiento se adquiere una cobertura azimutal completa y una cobertura con grandes desplazamientos.

46 Oilfield Review


Inversión tomográficaTrazado de rayos con azimuts reales

Modelo de velocidad TTI inicial

Modelo de velocidad TTI actualizado

Identificar los erroresen el tiempo de tránsito



PSDM 0° a 60°Salida de la cuadrícula de 50 m



Los dispositivos de direccionamiento Q-Fin con-trolan con exactitud la profundidad y la posición lateral de los cables sísmicos marinos, haciendo posible que entre ellos se mantenga una separa-ción constante. La tecnología de control dinámico de tendido DSC incorpora fuentes direccionales y el direccionamiento automático de la embarca-ción, las fuentes y los cables sísmicos para lograr el mejor ajuste posible con las posiciones planifi-cadas de fuentes y receptores. La técnica Coil Shooting no requiere ninguna adaptación especial del equipo utilizado para los levantamientos 3D convencionales, y las embarcaciones pueden alter-nar fácilmente entre un programa de adquisición sísmica lineal y otro circular.

Se han efectuado levantamientos Coil Shooting en diversas regiones y, en áreas de geología com-pleja, los resultados de estos levantamientos FAZ de geometría circular resultaron superiores a los de los levantamientos 3D convencionales y com-parables o mejores que los datos WAZ adquiridos con múltiples embarcaciones. Este artículo des-cribe los éxitos registrados recientemente en materia de generación de imágenes sísmicas en las áreas marinas de Indonesia, Brasil, Angola y el Golfo de México.

Generación de imágenes en IndonesiaEl primer levantamiento comercial completo efectuado con la técnica Coil Shooting se llevó a cabo en el año 2008 para el proyecto Tulip de la división de E&P de Eni SpA, en el bloque Bukat, correspondiente a un contrato de producción com-partida, al este de Kalimantan, en el área marina de Indonesia. En esta área, diversas condiciones geológicas desfavorables conspiran para causar una respuesta sísmica pobre.4 El objetivo tiene un bajo contraste de impedancia de ondas P, por lo que sólo exhibe una reflectividad sísmica débil. El fondo marino se caracteriza por una geomorfo-logía accidentada, con cañones e irregularidades que producen una iluminación despareja del sub-suelo y trayectos sísmicos 3D complejos para los múltiples internos y de superficie.5 Un reflector simulador de fondo (BSR) ubicado por debajo del fondo marino genera varios órdenes de múltiples que degradan aún más la iluminación del subsuelo.6 La presencia de gas libre por debajo del BSR pro-duce un decaimiento súbito de la frecuencia y de la amplitud de las reflexiones primarias. La geo-logía compleja del subsuelo complica aún más el escenario. En combinación, estas condiciones producen la difracción, absorción, dispersión y transmisión débil de la energía de la señal sísmica. Dichos efectos han sido observados en los resulta-dos de los levantamientos sísmicos 3D con cable sísmico remolcado y cobertura azimutal estrecha

(NATS), que producen una iluminación pobre del yacimiento objetivo.

Eni deseaba mejorar las imágenes mediante un proceso innovador de adquisición sísmica. Los ingenieros efectuaron un estudio de factibili-dad utilizando el método de trazado de rayos sobre un modelo existente de la relación entre la velocidad y la profundidad del campo Tulip para evaluar el potencial de diversas geometrías de cables sísmicos marinos remolcados por una sola embarcación. Las opciones WAZ y RAZ con múltiples embarcaciones no fueron consideradas porque era importante registrar desplazamientos cercanos —datos con una separación corta entre la fuente sísmica y los receptores— para generar imágenes del fondo marino ondulado. El estudio llegó a la conclusión de que un levantamiento Coil Shooting proporcionaría la mejor ilumina-ción sísmica de los objetivos. Además, la movili-zación de numerosas embarcaciones al área del levantamiento habría resultado logística y finan-cieramente desafiante.

El diseño del levantamiento seleccionado con-sistió en 145 círculos de 6 500 m [21 300 pies] de radio, con los centros de los círculos separados entre sí por una distancia de 1 000 m [3 280 pies]. La embarcación sísmica Geco Topaz, equipada con ocho cables sísmicos marinos de 6 km [3,7 mi] de largo cada uno, separados entre sí por una distan-cia de 100 m [328 pies], llevó a cabo el levanta-miento de 563 km2 [217 mi2] durante los meses de agosto y septiembre de 2008. Se adquirieron aproximadamente 260 000 puntos de tiro.

La adquisición de los datos provenientes de los círculos programados originalmente fue con-

cluida antes de lo previsto y se registraron algu-nas líneas adicionales para rellenar las áreas de poca iluminación. Al final del levantamiento, des-pués del registro de relleno, la iluminación real del objetivo fue levemente más uniforme que la planificada. WesternGeco ejecutó el levanta-miento Coil Shooting del campo Tulip en 49 días. Como referencia, se pronosticó que un levanta-miento MAZ con tres azimuts requeriría 60 días y otro con cuatro azimuts, 75 días.

Los ingenieros sísmicos comenzaron a proce-sar los datos del levantamiento Coil Shooting de Tulip a bordo de la embarcación Geco Topaz en agosto de 2008 y concluyeron el proceso en febrero de 2010. El método Coil Shooting posee muchas ventajas para la adquisición y generación de imá-genes sísmicas, pero introduce desafíos en el pro-cesamiento de los datos porque ciertos flujos de trabajo de procesamiento estándar fueron diseña-dos para datos con una geometría lineal. Previo a la ejecución del levantamiento completo, los geofí-sicos de WesternGeco generaron un volumen par-cial de datos sintéticos 3D con una geometría en espiral y lo procesaron para verificar la eficacia de los algoritmos y los flujos de trabajo propuestos.

Un paso importante en la preparación de los datos para el flujo de trabajo de procesamiento es la remoción de múltiples. WesternGeco desarrolló la tecnología de predicción general de los múltiples de superficie GSMP, que ha demostrado ser alta-mente efectiva para atenuar los múltiples y a la vez preservar la integridad de la energía primaria.7 Además de las velocidades de apilamiento, el algoritmo no requiere un conocimiento previo del subsuelo y puede manejar todos los órdenes de

> Flujo de trabajo de tomografía azimutal. Un modelo de velocidad isotrópica transversal (TTI) inclinado, derivado del procesamiento en el dominio del tiempo, constituyó el modelo inicial. El conjunto de datos Coil Shooting del proyecto Tulip fue dividido en tres grupos azimutales para la migración en profundidad antes del apilamiento (PSDM). Los tiempos de tránsito derivados de la PSDM fueron comparados con los pronosticados por el modelo, utilizando técnicas de inversión tomográfica y trazado de rayos, lo que se tradujo en un modelo de velocidad actualizado.

Volumen 25, no.1 47

múltiples de superficie en presencia de una geolo-gía compleja y de geometrías de adquisición sís-mica irregulares.8 La técnica GSMP 3D predice los múltiples con el azimut verdadero, lo que asegura que los múltiples modelados se ajusten con exacti-tud a los múltiples de los datos de entrada. La téc-nica es más efectiva cuando es aplicada a los datos de un amplio rango de azimuts, de modo que se logra un rendimiento óptimo cuando se aplica a los datos FAZ provistos con la técnica Coil Shooting. En el conjunto de datos de Tulip, se predijo que los múltiples 3D se encontraban casi perfecta-mente en fase, y el algoritmo redujo sus amplitu-des en 25 dB [94%] aproximadamente.

Una de las muchas ventajas del método Coil Shooting es que exhibe un apilamiento superior y, por consiguiente, una mejor relación señal-ruido. No obstante, el apilamiento nominal puede variar en forma considerable entre una celda y otra, y esta variación debe ser encarada para evitar la introducción de variaciones anómalas en la ampli-tud de las trazas sísmicas después de sumarlas. Mediante la utilización de un sistema de ponde-ración que computa los factores de escala en base a la distribución espacial de las trazas en una celda 3D, los ingenieros aplicaron los proce-sos para regularizar las contribuciones del apila-miento nominal y los desplazamientos dentro del rango completo de azimuts. El análisis de ampli-tudes subsiguiente, en la profundidad del objetivo, indicó que la normalización había sido

exitosa, por lo que el conjunto de datos resultó adecuado para procesos tales como el análisis de la variación de la amplitud con el desplazamiento o la inversión sísmica.

Además, la información azimutal proporciona oportunidades para la construcción de modelos más exactos de la velocidad sísmica del subsuelo, lo que a su vez permite la obtención de imágenes más precisas de las estructuras 3D del subsuelo en escala de profundidad. Los modelos se confeccio-nan utilizando la técnica de tomografía; un proceso de inversión que busca construir una estimación de la estructura de velocidad 3D del subsuelo, basada en las mediciones observadas de los tiem-pos de tránsito asociados con las reflexiones sísmi-cas, que a menudo incluyen algunas restricciones geológicas. El análisis se efectúa generalmente con secciones 2D y es un proceso iterativo que busca una solución de mejor ajuste entre los tiem-pos de tránsito observados y los predichos por el modelo de velocidad 3D.

Como datos de entrada para el flujo de trabajo de tomografía azimutal, el conjunto de datos del campo Tulip fue dividido en tres sectores azimuta-les, cada uno de los cuales representa un rango de 60° (página anterior). El proceso de migración sís-mica antes del apilamiento en el dominio de la pro-

fundidad (PSDM) se aplicó a cada uno de los sectores y los resultados antes del apilamiento fue-ron volcados en una cuadrícula de 50 m × 50 m [164 pies × 164 pies] para su análisis.9 El modelo inicial de velocidad isotrópica transversal incli-nado (TTI) fue derivado del procesamiento en el dominio del tiempo. El análisis de los datos PSDM indicó dónde se requerían ajustes del modelo de velocidad, y el proceso fue iterado hasta que el modelo se ajustó a los tiempos de tránsito observados. El modelo de velocidad ani-sotrópica resultante mostró un buen ajuste con las velocidades interválicas derivadas de un perfil sís-mico vertical (VSP) que había sido efectuado pre-viamente en el área del levantamiento. Además, el modelo TTI fue consistente con los límites geoló-gicos y las velocidades observadas en un pozo e identificó áreas de baja velocidad por debajo del fondo marino, que se debieron probablemente a la presencia de gas libre.

Los resultados PSDM Coil Shooting finales muestran varias mejoras en las imágenes, en el nivel del objetivo y a mayores profundidades, res-pecto de los datos de un levantamiento previo con cobertura azimutal estrecha que cubrió la misma área (arriba). En particular, la continui-dad, visibilidad y nitidez de los eventos inclina-dos son claramente evidentes.

> Datos Coil Shooting del proyecto Tulip. La comparación entre una línea de ejemplo de un levantamiento 3D NATS previo (izquierda) y los datos equivalentes del nuevo conjunto de datos Coil Shooting migrados en el dominio de la profundidad antes del apilamiento (derecha) demuestra las mejoras introducidas en las imágenes, particularmente la continuidad, la visibilidad y la nitidez de los eventos inclinados en la sección más profunda.


Datos NATS del proyecto Tulip Datos Coil Shooting del proyecto Tulip

2,0

3,0

Tiem

po, s

4,0

5,0

6,0

4. Buia M, Vercesi R y Tham M: “Coil Shooting on Tulip Discovery: Seismic Processing Challenges, Opportunities and Results,” artículo SPE 134222, presentado en la Conferencia y Exhibición Técnica Anual de la SPE, Florencia, Italia, 19 al 22 de septiembre de 2010.

5. Un múltiple es un arribo sísmico que incurrió en más de una reflexión en su trayecto. Muchos múltiples involucran reflexiones del fondo marino y de la interfaz mar-aire. Otros involucran reflexiones entre reflectores del subsuelo. Los múltiples pueden interferir con las reflexiones primarias u oscurecerlas y usualmente deben ser suprimidos con cuidado durante el procesamiento.

6. Un reflector simulador de fondo (BSR) es una reflexión sísmica que se ve a menudo en las secciones sísmicas de las áreas de aguas profundas. Los estudios indican que se debe fundamentalmente al contraste de impedancia acústica presente en las áreas en las que el gas libre se encuentra entrampado en la base de una zona de hidratos de gas.

7. Moore I y Dragoset B: “General Surface Multiple Prediction: A Flexible 3D SRME Algorithm,” First Break 26, no. 9 (Septiembre de 2008): 89–100.

8. El apilamiento (stacking) es una etapa clave del procesamiento sísmico en la que las trazas de una celda se combinan. Antes del apilamiento, las trazas requieren correcciones individuales basadas en sus desplazamientos entre fuentes sísmicas y receptores y una estimación de las velocidades sísmicas del subsuelo para ubicarlas en un horizonte de tiempo común antes del apilamiento o suma.

9. La migración es un paso del procesamiento sísmico en el que las reflexiones se desplazan respecto de sus tiempos de tránsito dobles (ida y vuelta) registrados hacia una estimación de su posición verdadera en el espacio, basada en un modelo de las velocidades sísmicas del subsuelo.

48 Oilfield Review

Observación a través de la sal en el área marina de BrasilA comienzos del año 2010, un operador buscaba una oportunidad para evaluar la técnica de adquisición sísmica en espiral como herramienta para mejorar las imágenes de los objetivos presa-linos del área marina de Brasil. La compañía invitó a WesternGeco para que implementara la tecnología en un campo petrolero localizado en el área de aguas profundas de la cuenca de Santos.10 Los yacimientos de este campo se encuentran hasta una profundidad de 6 000 m [20 000 pies] por debajo de la superficie del océano y su espesor varía entre decenas y cientos de metros. Los estra-tos de sobrecarga incluyen una compleja capa de sal inclinada de 2 000 m [6 600 pies] de espesor compuesta por cuerpos de halita homogénea y evaporitas estratificadas. La relación señal-ruido en los datos sísmicos existentes del área es pobre a nivel de yacimiento. Además, la intensa energía múltiple interna y de la superficie interfiere con las reflexiones primarias provenientes del obje-tivo presalino.

El levantamiento se centró en la localización planificada de un pozo futuro con el objetivo de utilizar el nuevo conjunto de datos para ayudar a optimizar el posicionamiento del pozo. El área del levantamiento contenía además un equipo de per-foración activo. Aunque impidió la adquisición de datos en espirales contiguas a través de todo el área del levantamiento, este equipo de perforación facilitó la adquisición de un conjunto de datos VSP 3D en espiral. Los especialistas en procesamiento

de datos utilizaron estas mediciones para validar el modelo del subsuelo utilizado para la genera-ción de imágenes del conjunto de datos sísmicos de superficie en el domino de la profundidad. El operador tiene previsto fusionar los datos VSP 3D con el volumen de datos sísmicos de superficie, lo que mejorará la cobertura en el área oscurecida por la presencia del equipo de perforación.

Los responsables del desarrollo del modelo lle-varon a cabo un estudio de diseño del levantamiento para comparar los resultados esperados de diversas geometrías potenciales de adquisición sísmica. La secuencia de procesamiento esperada se aplicó a los conjuntos de datos sintéticos generados mediante trazado de rayos 3D a través de un modelo del subsuelo existente. El estudio con-

firmó que, en comparación con las geometrías lineales, la adquisición sísmica con la técnica Coil Shooting proporcionaría una mejor relación señal-ruido, mejor atenuación de la energía de los múltiples y mejor continuidad de las reflexio-nes en el nivel del objetivo. Después de conside-rar diversas geometrías potenciales en espiral, las compañías acordaron un plan para adquirir 78 círculos de 6,25 km [3,88 mi] de radio en un área de 600 km2 [230 mi2] (izquierda). En un esfuerzo por hacer la geometría de adquisición sís-mica levemente menos regular y reducir el agrupa-miento de los desplazamientos dentro de las celdas 3D, los centros de las espirales fueron distri-buidos en forma aleatoria dentro de una toleran-cia predefinida.11

> Posiciones de las fuentes del levantamiento de Brasil. Las espirales rojas muestran las posiciones reales de las fuentes. Los cuadrados representan el límite del área de levantamiento y las áreas con azimuts de 180° y 360°. El círculo negro indica la localización del equipo de perforación.


Espirales delevantamiento

Límite del área de levantamiento

Área de cobertura de 180°

Área de cobertura de 360°> Apilamiento nominal (fold of coverage) e iluminación sísmica. Apilamiento total (extremo superior ) calculado para celdas de 25 m x 25 m. El apilamiento nominal planificado (izquierda) y el apilamiento nominal real (derecha) muestran una gran concordancia. La iluminación del objetivo, o número de aciertos (extremo inferior), también exhibe un ajuste estrecho entre la iluminación planificada (izquierda) y la iluminación real (derecha).

1 1 000

Apilamiento nominal

Iluminación sísmica

Apilamientonominal planificado

Apilamientonominal real

Límite del área del levantamiento




1 1 280

Iluminación sísmica planificada Iluminación sísmica real

Volumen 25, no.1 49

El levantamiento fue efectuado entre noviem-bre de 2010 y enero de 2011 en tirantes de agua (profundidad del lecho marino) oscilantes entre 2 000 y 2 300 m [6 600 y 7 500 pies]. La embarca-ción sísmica estaba equipada con 12 cables sísmi-cos marinos, de 8 000 m [26 250 pies] de largo cada uno, remolcados con una separación de 120 m [394 pies] entre sí. Dos arreglos de fuentes, con una separación de 60 m [197 pies] entre sí, fue-ron disparados en forma alternada cada 37,5 m [123 pies].

La brigada sísmica generó visualizaciones a bordo para confirmar la calidad de los datos sís-micos. Los datos de las posiciones de fuentes y receptores fueron transferidos a las oficinas de Río de Janeiro, donde los analistas confeccionaron mapas de apilamiento nominal e iluminación sís-mica casi en tiempo real para su comparación con el plan original (página anterior, arriba). La bri-gada introdujo ciertos cambios en la disposición de las anchuras de barrido durante el levanta-miento, especialmente en la zona que rodeaba el equipo de perforación. Estos cambios fueron necesarios debido a la magnitud y la dirección de las corrientes y a una extensión de la zona de exclusión alrededor del equipo de perforación. La geometría circular permitió la ejecución de ajus-tes operacionales viables. La embarcación registró más de 92 000 puntos de tiro y describió un círculo menos que los planificados originalmente.

Antes de que comenzara la adquisición sís-mica, los analistas probaron un flujo de trabajo que incluyó la atenuación del ruido inicial y parte del procesamiento para determinar la forma de la ondícula, lo que fue aplicado subsiguientemente en tiempo casi real a bordo de la embarcación sísmica. El flujo de trabajo eliminó efectivamente el ruido de alta amplitud sin producir ningún impacto evi-dente en las amplitudes de las señales (arriba).

10. Cooke A, Le Diagon F, De Marco R, Amazonas D, Bunting T, Moldoveanu N, Klug S y Mattos E: “Full-Azimuth Towed-Streamer Seismic: An Exploration Tool for Pre-Salt Hydrocarbon Exploration Offshore Brazil,” artículo SGS 1.6 presentado en la 82a Reunión y Exposición Internacional Anual de la SEG, Las Vegas, Nevada, EUA, 4 al 9 de noviembre de 2012.

11. Moldoveanu N: “Random Sampling: A New Strategy for Marine Acquisition,” Resúmenes Expandidos, 80a Reunión y Exposición Internacional Anual de la SEG, Denver (17 al 22 de octubre de 2010): 51–55.

12. Carvill CV: “A New Approach to Water Velocity Estimation and Correction,” artículo U027, presentado en la 71a Conferencia y Exhibición de la Asociación Europea de Geocientíficos e Ingenieros, Ámsterdam, 8 al 11 de junio de 2009.

espiral es que posee una mayor densidad de dispa-ros que los levantamientos NATS convencionales y proveen más información de los desplazamientos cercanos que los levantamientos WAZ con múlti-ples embarcaciones. Estas características pro-porcionan datos que satisfacen mejor los requerimientos de las técnicas para la atenuación de los múltiples, tales como el método GSMP 3D que fue el aplicado.

La cobertura de los datos en términos de des-plazamiento, azimut y punto medio (la posición en la superficie equidistante entre la fuente y el receptor) es inherentemente irregular a través del área de un levantamiento en espiral. Para ciertos algoritmos de procesamiento de datos —tales como el de construcción del modelo de velocidad basado en la tomografía— las celdas 3D necesi-tan tener desplazamientos, azimuts y puntos medios regularmente espaciados. Para la regula-rización, se dispone de diversos métodos, varios de los cuales se utilizaron como apropiados para diferentes partes de la secuencia de procesa-miento de datos del levantamiento de la cuenca de Santos.

La obtención de datos muestreados regular-mente a partir de datos muestreados en forma irregular requiere un proceso de interpolación.

Los especialistas en procesamiento aplicaron correcciones para dar cuenta de las variaciones producidas en la velocidad acústica del agua de mar durante el levantamiento, debido a los cam-bios de temperatura y salinidad. Dichas variacio-nes producen anomalías en los tiempos de tránsito de las reflexiones, que pueden incidir en la gene-ración de imágenes, la atenuación de los múlti-ples y algunos otros procesos aplicados a los datos dispuestos en las celdas 3D. Es probable que las variaciones sean más significativas en aguas profundas y en las áreas de corrientes que cambian rápidamente, características ambas de las aguas del área marina de Brasil. Muchas espi-rales diferentes, cada una con sus propias carac-terísticas de columna de agua, aportan datos a cada una de las celdas; por consiguiente, cuando se producen variaciones de velocidad significati-vas, éstas deben ser corregidas.

Las correcciones de la velocidad del agua fue-ron aplicadas utilizando un procedimiento de reemplazo de capas.12 Dado que una línea de nave-gación de una sola espiral con un radio de 6,25 km [3,9 mi] puede muestrear regímenes de corrientes significativamente variables en el área del levan-tamiento, los geofísicos dividieron cada espiral en segmentos separados y estimaron la velocidad del agua para cada segmento. Luego, aplicaron correcciones dinámicas para ajustar el conjunto de datos a una sola función de velocidad del agua.

En esta área de la cuenca de Santos de aguas profundas, los múltiples de superficie provenien-tes tanto del fondo marino como de los horizon-tes complejos del tope de la sal coinciden con los arribos de las reflexiones más débiles de la base de la sal y de las estructuras subsalinas. Por con-siguiente, resultaba crítico atenuar esta energía sin corromper las amplitudes primarias. Una de las características de la adquisición sísmica en

> Atenuación del ruido. El registro sísmico crudo (izquierda) contiene ruido de alta amplitud, que es atenuado efectivamente después del procesamiento a bordo (derecha).


Colecciones de trazas sísmicas: sin procesar Colecciones de trazas sísmicas: filtradas

50 Oilfield Review

Para el conjunto de datos del área marina de Brasil, la técnica de interpolación por medio de series de Fourier Matching Pursuit generó un conjunto de datos completamente regularizados en desplazamiento, punto medio y azimut para cons-truir el modelo de velocidad en los sedimentos (derecha).13 Este método interpola eficientemente en múltiples dimensiones para mejorar la regula-rización de los datos escasamente muestreados. Los datos son convertidos del dominio del tiempo y del espacio al dominio de la frecuencia y del espa-cio mediante una transformada rápida de Fourier. Para cada corte de frecuencias, los datos se con-vierten del dominio espacial al dominio de Fourier espacial o de número de onda. Una vez computado el dominio de Fourier, los datos pueden ser con-vertidos nuevamente a cualquier localización del dominio espacial —en este caso, en una cuadrí-cula densa y regular— utilizando una transfor-mada inversa de Fourier discreta.

Para las imágenes en escala de profundidad, en áreas geológicas complejas tales como este campo de la cuenca de Santos, es esencial un modelo de velocidad preciso para ubicar correcta-mente las reflexiones en sus posiciones verdaderas del subsuelo. Con la adquisición sísmica de cober-tura azimutal completa, pueden utilizarse méto-dos tomográficos con cobertura azimutal múltiple para la actualización del modelo de velocidad. La introducción de información adicional de múl-tiples azimuts reduce la incertidumbre y aumenta la confiabilidad en las actualizaciones del modelo de velocidad.14

Los geofísicos actualizaron el modelo de velo-cidad del campo de la cuenca de Santos en varios pasos: primero, dividieron el conjunto de datos de la espiral en tres volúmenes azimutales para la tomografía: de 0° a 60°, de 60° a 120° y de 120° a 180° y sus azimuts opuestos. Luego, actualiza-ron el modelo de velocidad anisotrópica secuen-cialmente en tres zonas: sedimentos, intrasalina y presalina. La validación del modelo del sub-suelo resultante incluyó el análisis de los tiempos de tránsito VSP 3D, en el que se compararon los tiempos de arribo medidos y modelados para pro-ducir una indicación de confiabilidad en el modelo (derecha).

Los resultados de la migración en profundi-dad de los datos Coil Shooting, utilizando un modelo de velocidad intermedio, se tradujeron en un mejoramiento significativo de las imágenes respecto de los resultados de un conjunto de datos 2D previos del área, migrados en profundi-dad (próxima página, arriba). Los nuevos datos FAZ proporcionaron imágenes de alta calidad de la base de la sal y están posibilitando una inter-pretación segura de las estructuras presalinas.

> Regularización de los datos. Esta sección de un volumen de desplazamiento común y azimut común (extremo superior) muestra vacíos y “fluctuaciones” entre las trazas, causados por la variación azimutal. Después de la regularización, los vacíos se rellenan y la fluctuación se reduce (extremo inferior). Las gráficas azules (inserto) muestran el apilamiento nominal para el volumen de desplazamiento-azimut antes y después de la regularización. Las líneas amarillas indican la ubicación de las secciones sísmicas.

> Tiempos de tránsito residuales del levantamiento de Brasil. Los geofísicos validaron el modelo de velocidad para la generación de imágenes sísmicas mediante la comparación de los tiempos de tránsito del modelo con los tiempos de tránsito reales de un VSP 3D realizado en el mismo momento que el levantamiento Coil Shooting de la cuenca de Santos. El VSP se efectuó con las posiciones de las fuentes distribuidas en espiral alrededor del equipo de perforación y con los receptores en el pozo en el centro de la espiral. Los colores indican la diferencia entre los tiempos de tránsito modelados y los reales. El color aguamarina indica el mejor ajuste. La superficie magenta por debajo y a la derecha de la espiral corresponde al tope de la sal.


3,2

3,6

4,0

4,4

4,8

Tiem

po d

e trá

nsito

, s

Desplazamiento común, azimut común antes de la regularización

Desplazamiento común, azimut común después de la regularización

3,2

3,6

4,0

4,4

4,8

Tiem

po d

e trá

nsito

, s


–32–40 –24 –16 –8 8 16 24 32 400Tiempos de tránsito residuales, ms

Volumen 25, no.1 51

Se esperan mejoramientos posteriores cuando se migren los datos utilizando el modelo completo de velocidad anisotrópica del subsuelo.

Adquisición sísmica en espiral en el área marina de AngolaEl primer levantamiento Coil Shooting efectuado en la provincia subsalina de África Occidental se llevó a cabo en el Bloque 33 de Angola, en el área

de predesarrollo (PDA) de Calulu para Total E&P Angola (TEPA) y sus socias (abajo). En este blo-que, el tirante de agua oscila entre 1 500 y 2 500 m [4 900 y 8 200 pies]. El área se caracteriza por una geología compleja relacionada con la presen-cia de domos salinos extendidos que cubren la mayor parte del bloque. Los niveles prospectivos principales corresponden a arenas turbidíticas localizadas en áreas intensamente estructuradas cercanas a la sal y subsalinas.

En el año 1999, se efectuó un levantamiento sís-mico 3D NATS en el área, pero la calidad de los datos resultantes fue insuficiente para generar imá-genes correctas de las estructuras tectónicas sali-nas complejas y de los flancos de los anticlinales fuertemente inclinados. Además, los objetivos pre-salinos se caracterizaban por una relación señal-ruido pobre y una iluminación sísmica deficiente. Los desplazamientos limitados de 3,5 km [2,2 mi] y un rango restringido de azimuts contribuyeron a estos resultados insatisfactorios.

Para encarar estos problemas, TEPA y sus socias decidieron adquirir dos nuevos conjuntos de datos 3D: un levantamiento NATS de 1 284 km2 [496 mi2] con desplazamientos largos —7,5 km [4,7 mi]— en toda el área, y un levantamiento Coil Shooting de 860 km2 [332 mi2] en un sector del área. El objetivo de la compañía para la ejecu-ción del levantamiento NATS era mejorar las imá-genes de las secciones profundas presalinas y de edad Oligoceno y Cretácico a través de una mejor penetración de las señales, desplazamientos más largos, apilamientos nominales superiores y un tiempo de registro más largo que el del levanta-miento de 1999. Los nuevos datos posibilitarían la reevaluación de la serie postsalina profunda y una primera interpretación 3D de la serie presalina. El objetivo del levantamiento Coil Shooting era mejorar las imágenes de las secciones subsalinas profundas de edad Oligoceno y Cretácico para pro-porcionar un mayor conocimiento de la geometría de las trampas y reducir la incertidumbre asociada con la presencia o falta de un yacimiento. La com-paración de los resultados de los dos tipos de levan-tamiento representó una oportunidad para evaluar el valor agregado de la técnica Coil Shooting.

Antes de la adquisición de los datos, se llevó a cabo un estudio de factibilidad para seleccionar los parámetros Coil Shooting óptimos a fin de generar una imagen sísmica adecuada de un área objetivo de 38 km2 [15 mi2] en el centro del levantamiento.15 El estudio condujo a un diseño de levantamiento consistente en 72 círculos con los centros en una

> Líneas sísmicas y una sección sísmica de tiempo del volumen 3D del levantamiento Coil Shooting de Brasil. Los nuevos datos Coil Shooting proporcionaron imágenes de alta calidad de la base de la sal y están posibilitando una interpretación segura de las estructuras presalinas.


Volumen 3D Coil Shooting de Brasil

Base de la sal

Estructuras presalinas

ANGOLA

CONGO


Á F R I C A

ANGOLA

CaluluPDA

33km0 100

0 mi 100

> Localización del área de predesarrollo (PDA) de Calulu en el Bloque 33 del área marina de Angola.

13. Schonewille M, Klaedtke A y Vigner A: “Anti-Alias Anti-Leakage Fourier Transform,” Resúmenes Expandidos, 79a Reunión y Exposición Internacional Anual de la SEG, Houston (25 al 30 de octubre de 2009): 3249–3253.

14. Dazley M, Whitfield PJ, Santos-Luis B, Sellars A, Szabo P, Nieuwland F y Lemaistre L: “Solving Short-Wavelength Velocity Variations with High-Resolution Hybrid Grid Tomography,” artículo C001, presentado en la 69a Conferencia y Exhibición de la Asociación Europea de Geocientíficos e Ingenieros, Londres, 11 al 14 de junio de 2007.

15. Khaled N, Capelle P, Bovet L, Tchikanha S y Hill D: “A Coil Shooting-Acquisition Case Study in the Angolan Deep Offshore,” artículo X027, presentado en la 74a Conferencia y Exhibición de la Asociación Europea de Geocientíficos e Ingenieros, Copenhague, Dinamarca, 4 al 7 de junio de 2012.

52 Oilfield Review

configuración rómbica, separados entre sí por una distancia de 2 500 m [8 200 pies] tanto en la dirección paralela a la dirección de adquisición (inline) como en la dirección perpendicular a la dirección de adquisición (crossline) (arriba).

Para el diseño seleccionado, el apilamiento nominal de las celdas de 12,5 m × 12,5 m [41 pies × 41 pies] fue de 567, y la cobertura azimutal alcanzó 360° en el área objetivo.

En comparación con un levantamiento NATS de igual dimensión efectuado exactamente con la misma configuración de equipos marinos, en el diseño en espiral un 95% de las celdas poseen un mayor apilamiento nominal y un 70% exhiben el doble de apilamiento nominal. Un levantamiento Coil Shooting con una sola embarcación registra más del doble del volumen de datos que un levan-tamiento NATS, aunque el levantamiento Coil Shooting registra desplazamientos lejanos leve-mente más cortos debido a la curvatura de los cables sísmicos marinos (abajo).

La embarcación WesternGeco Amundsen llevó a cabo los dos levantamientos entre febrero y abril de 2011. La adquisición sísmica del levantamiento en espiral del área PDA de Calulu fue concluida en 21 días. En varias ocasiones, la embarcación adquirió datos en forma continua durante perío-dos de más de 24 horas sin NPT. A pesar del área mucho más pequeña del levantamiento Coil Shooting, el tamaño de su conjunto de datos antes del apilamiento fue equivalente al del levanta-miento NATS; cada levantamiento consistió en aproximadamente 120 000 puntos de tiro.

En un levantamiento NATS, el control de cali-dad (QC) de la cobertura se basa generalmente en el apilamiento nominal y el rango de desplaza-mientos representados en cada celda de la cua-drícula 3D. Se asume que las trazas sísmicas cuyos puntos medios se encuentran dentro de una celda pertenecen a esa celda. Esta suposi-ción es correcta para los reflectores planos y las velocidades isotrópicas, que a menudo son ade-cuadas para el lecho marino y la geología somera, pero cuya precisión disminuye con el incremento de la complejidad geológica. Las corrientes oceá-nicas transversales hacen que los cables sísmicos

produzcan una estela, o se desvíen de las posicio-nes planificadas, lo que puede generar vacíos o áreas de celdas con un apilamiento nominal bajo. Si los vacíos son considerados perjudiciales para generar imágenes, en estas áreas se han de regis-trar líneas de relleno adicionales. Dado que el levantamiento de Calulu fue diseñado para supe-rar los desafíos de la iluminación sísmica en un objetivo subsalino estructuralmente complejo, el QC mediante modelado por trazado de rayos 3D, además del QC convencional de la adquisición sís-mica, se llevó a cabo a bordo de la embarcación casi en tiempo real para comparar la iluminación sísmica esperada con la real en el nivel del yaci-miento objetivo. Al final del levantamiento progra-mado, la iluminación sísmica lograda demostró ser en esencia equivalente a la iluminación sísmica esperada, lo que indicó que la estela de los cables sísmicos, la desviación de la embarcación y otros factores que pueden generar la necesidad de una adquisición sísmica de relleno, no incidían en la iluminación sísmica del objetivo (próxima página, arriba). Sobre la base de este análisis, el equipo de trabajo determinó que no era necesaria adquisi-ción de relleno alguna para el levantamiento Coil Shooting, aunque el levantamiento NATS requirió un 6,4% más de tiempo para las líneas de relleno que el utilizado para la adquisición sísmica progra-mada (próxima página, abajo).

En presencia de corrientes transversales intensas, el remolque de los cables sísmicos en una curva generó elevados niveles de interferen-cia acústica, conocidos como “ruido inducido por el flujo transversal,” que requirieron un procesa-miento especial. Dado que los geofísicos necesita-ban diseñar un flujo de trabajo para la atenuación efectiva de ese ruido durante el levantamiento Coil Shooting principal —cuya ejecución se pro-gramó para después del levantamiento NATS— se registraron varios círculos preliminares antes del levantamiento NATS para evaluar la magnitud del


0

0 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000 7 000 8 000

74 100 200 300 400 500Apilamiento nominal

Levantamiento NATS

Levantamiento en espiral

Desplazamiento, m

Núm

ero

de c

elda

sN

úmer

o de

traz

as

Levantamiento en espiral Levantamiento NATS


0

0 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000 7 000 8 000

74 100 200 300 400 500Apilamiento nominal

Levantamiento NATS

Levantamiento en espiral

Desplazamiento, m

Núm

ero

de c

elda

sN

úmer

o de

traz

as

Levantamiento en espiral Levantamiento NATS

> Diseño del levantamiento Coil Shooting del área de Calulu. El diseño del levantamiento consistió en 72 espirales (arriba) con sus centros (puntos rojos) en una configuración rómbica (abajo). El levantamiento proporcionó una cobertura azimutal completa con un gran apilamiento nominal en el área del objetivo (recuadro rojo).


2 50

0 m

2 500 m


2 50

0 m

2 500 m

> Comparación del apilamiento nominal y los desplazamientos entre un levantamiento NATS y un levantamiento Coil Shooting con una sola embarcación. El histograma de apilamiento (izquierda) muestra el apilamiento nominal constante de un levantamiento NATS (rojo) y el apilamiento nominal variable pero considerable de un levantamiento en espiral (azul). En cuanto al desplazamiento (derecha), un levantamiento NATS ofrece desplazamientos levemente más largos, pero un levantamiento en espiral de iguales dimensiones registra más del doble de trazas.

Volumen 25, no.1 53

ruido inducido por el flujo transversal. Para este levantamiento Coil Shooting, el ruido inducido por el flujo transversal alcanzó niveles más de 10 veces superiores a los de los levantamientos promedio con líneas rectas.

La tecnología Q-Marine facilita la eliminación efectiva del ruido inducido por el flujo transver-sal mediante el aprovechamiento de los avances producidos en materia de componentes electróni-cos y redes de fibra óptica para proveer sistemas de registro de alto conteo por canal. Los datos de campo de esta tecnología de sensores unitarios son muestreados a intervalos de 3,125 m [10,25 pies] a lo largo de cada cable sísmico, proporcionando un muestreo adecuado de la señal y de la mayor parte del ruido. La primera fase de la secuencia de procesamiento a bordo es la formación de gru-pos digitales (DGF). En el proceso DGF, los inge-nieros aplican algoritmos adaptativos basados en datos a los registros sísmicos de cada cable símico marino para reconocer y suprimir el ruido inducido por el flujo transversal y a la vez preser-var la integridad de la señal sísmica. Durante las fases de procesamiento subsiguientes, se logra la atenuación posterior del ruido.

Los ingenieros sísmicos probaron los paráme-tros para el procesamiento GSMP 3D en las pri-meras etapas de la adquisición sísmica para determinar el flujo de trabajo óptimo y facilitar la ejecución rápida del procesamiento, y seleccio-naron los parámetros sobre la base del trazado de rayos, a través de un modelo de velocidad TTI

provisto por TEPA. Se modelaron diversos tipos de múltiples, incluidos algunos relacionados con la superficie existente entre el mar y el aire y otras presentes entre los reflectores del subsuelo. Los horizontes del fondo del agua y del tope de la sal fueron definidos como los generadores más sig-nificativos de múltiples. Los datos Coil Shooting y NATS fueron procesados con parámetros GSMP 3D similares.

El cronograma de evaluación de campo de TEPA requería una ejecución rápida para el procesa-miento y la generación de imágenes preliminares.

Cuatro y cinco meses después de registrar el último punto de tiro para los datos NATS y Coil Shooting respectivamente, se dispuso de un volu-men de datos 3D sin procesar de migración en profundidad antes del apilamiento y migración en tiempo reversa (RTM) TTI. RTM es un algo-ritmo de migración por ecuación de onda bidirec-cional antes del apilamiento, adecuado para la generación de imágenes precisas en y debajo de áreas con complejidades estructurales y de velo-cidad. Hasta hace poco, las compañías lo conside-raban poco práctico debido a sus significativos


1 050525

Iluminación sísmica

1


Adquisiciónprincipal

Adquisiciónde relleno

Cambiode líneas

Tiem

po, h

Tiempotécnico inactivo

Espiral

NATS

0

50

100

200

300

400

150

250

350

> Iluminación sísmica del objetivo. La iluminación esperada, basada en el modelado 3D por trazado de rayos (izquierda), se ajusta estrechamente a la iluminación sísmica real (derecha) en el nivel del objetivo. Los valores de iluminación, es decir, el número de trayectorias sísmicas que atraviesan una celda, se codifican en colores: los valores bajos son azules y los valores altos son rojos.

> Tiempos del levantamiento. Si bien el levantamiento principal requirió aproximadamente el mismo tiempo para cada uno de los levantamientos PDA de Calulu, el tiempo de los cambios de líneas y otro tipo de tiempo no productivo son mucho más extensos para la adquisición NATS.

54 Oilfield Review

requerimientos computacionales y su sensibili-dad con respecto a los parámetros de velocidad y reflectividad. Ahora, los grandes clusters de computación paralela, sumados a los nuevos flujos de trabajo capaces de construir modelos de velo-cidad cada vez más precisos, convierten al algo-ritmo RTM en una opción más viable dentro del portafolio de la generación de imágenes sísmicas. No obstante, para ejecutar el procesamiento por vía rápida en los plazos previstos, se hicieron cier-tas concesiones. Para producir las imágenes por vía rápida, los geofísicos seleccionaron un 50% de los tiros y migraron las frecuencias de hasta 25 Hz y 20 Hz para los datos NATS y Coil Shooting, res-pectivamente. Los datos Coil Shooting se dividieron en cuatro sectores azimutales antes de la migración RTM; luego, se sumaron los cuatro conjuntos de datos azimutales parcialmente apilados con igual ponderación. En comparación con el conjunto de datos NATS, el conjunto de datos Coil Shooting pro-porcionó un mejoramiento general de las imágenes, especialmente en las áreas de estructuras comple-jas y echados (buzamientos) pronunciados.

En algunas áreas, los reflectores de inclinación pronunciada aparecían mejor representados en los datos NATS por vía rápida que el apilamiento sin ponderar de los datos Coil Shooting. En presen-cia de una geología compleja, es probable que la iluminación sísmica desde diferentes azimuts pro-duzca imágenes de calidad variable. El hecho de combinar conjuntos de datos de diferentes azi-muts sin considerar la calidad de la imagen puede


0° a 10° 10° a 20° 20° a 30° 30° a 40° 40° a 50° 50° a 60° 60° a 70° 70° a 80° 80° a 90°

90° a 100° 100° a 110° 110° a 120° 120° a 130° 130° a 140° 140° a 150° 150° a 160° 160° a 170° 170° a 180°


> Gráficas de distribución por azimut y desplazamiento. Se muestran las gráficas de distribución por azimut y desplazamiento para cuatro localizaciones en un horizonte objetivo (centro) en torno a un diapiro salino. Para cada gráfica circular, la distancia al centro indica el desplazamiento, la desviación en sentido horario respecto de la vertical representa el azimut y el color representa la iluminación, o el número de rayos que pasan a través de esa ubicación, con los valores bajos en azul y los valores altos en rojo. Las gráficas indican grandes variaciones en los desplazamientos y los azimuts requeridos para iluminar cada área. Si se provee peso adicional a los datos desde los azimuts que proporcionan la mejor imagen, se obtienen resultados óptimos en términos de apilamiento.

> El impacto del azimut sobre las imágenes. Los resultados PSDM correspondientes a un sector del levantamiento Coil Shooting del área PDA de Calulu se dividieron en 18 rangos azimutales. Cada panel ilumina diferentes rasgos. Dado que el apilamiento ordinario promedia estos rasgos y mejora solamente aquellas señales que son comunes para todos los paneles, podría degradar la amplitud de la señal en las áreas de las que es más difícil generar imágenes. Esta observación condujo a los geofísicos a idear un método de apilamiento ponderado dependiente de los datos que otorgara preferencia a los azimuts que proporcionaban la mejor iluminación.

Volumen 25, no.1 55

conducir a un apilamiento destructivo. El análisis de la iluminación pronosticada del subsuelo mediante trazado de rayos reveló la existencia de variaciones significativas de los desplazamientos y los azimuts respecto de los cuales se esperaba que iluminaran diferentes áreas e indicó además la probabilidad de que se produjera un apilamiento destructivo en rangos específicos de desplaza-mientos-azimuts a través de los horizontes objetivo especificados (página anterior, arriba).

A fin de investigar aún más la variación reque-rida en los azimuts para iluminar los reflectores presentes alrededor de las estructuras salinas, los geofísicos aplicaron el proceso PSDM a una parte del conjunto de datos y dividieron los resulta-dos en 18 rangos azimutales —de 10° cada uno— para el apilamiento. El análisis de los 18 conjuntos de datos confirmó la correlación observada entre las imágenes sísmicas y el estudio de la iluminación sísmica (página anterior, abajo). Las imágenes pro-ducidas utilizando datos de diferentes azimuts exhibieron diferencias significativas, lo que indicó que un esquema de apilamiento adaptativo más inteligente basado en datos debería crear una mejor imagen que un método sin ponderaciones.

Los especialistas en procesamiento desarrolla-ron un esquema de apilamiento inteligente itera-tivo para resolver el problema del apilamiento destructivo y crear una imagen óptima a través del volumen 3D. Los pesos localizados para cada ima-gen migrada azimutalmente fueron derivados de la comparación con una imagen de referencia. Si la imagen azimutal era localmente similar a la ima-gen de referencia, su factor de peso se incremen-taba, y si era disímil, su factor de peso se reducía. Los resultados preliminares de este esquema de apilamiento iterativo indican que se muestra pro-misorio para la obtención de resultados optimiza-dos a partir de datos multiazimutales (derecha, extremo superior).16

Los resultados iniciales sugieren que la riqueza azimutal de la técnica Coil Shooting puede resul-tar beneficiosa para el mejoramiento de las imáge-nes en el área PDA de Calulu. La comparación entre los resultados Coil Shooting por vía rápida y los resultados del procesamiento completo de los datos NATS adquiridos en ese momento demues-tra la efectividad del procedimiento de pondera-ción (derecha, extremo inferior). Las áreas de mejoramiento en términos de imágenes son los objetivos situados debajo de los domos salinos, que se beneficiaron con la iluminación sísmica FAZ, y los objetivos profundos que se beneficiaron con el mejoramiento de la relación señal-ruido resultante del apilamiento nominal más alto. El procesa-

miento final en curso se centra en la explotación de toda la riqueza azimutal de la técnica Coil Shooting.

Azimut completo y desplazamientos largos en el Golfo de MéxicoAlgunos ambientes geológicos producen trayecto-rias sísmicas muy complejas. En dichos ambien-tes, la iluminación adecuada del subsuelo a menudo requiere no sólo un rango completo de azimuts sino también desplazamientos muy lar-gos entre las fuentes sísmicas y los receptores. Esto sucede en ciertas extensiones productivas subsalinas de hidrocarburos de las áreas de aguas profundas del Golfo de México, que a menudo plantean desafíos severos para generar imágenes debido a la presencia de cuerpos salinos de gran espesor con una morfología compleja. En estas áreas, los métodos WAZ con múltiples embarca-

ciones mejoraron las imágenes pero muchos con-juntos de datos exhiben zonas de baja relación señal-ruido y una continuidad de reflectores pobre, especialmente por debajo de protuberan-cias salinas (salt overhangs) y en las zonas donde el echado es pronunciado. A menudo, estas áreas de iluminación pobre son los lugares en los que las imágenes son más cruciales para la identificación de los objetivos de perforación y para las evaluaciones de campos. Los estudios de modelado de estas áreas indicaron que las imáge-nes subsalinas adecuadas requieren una cober-


Datos NATS Datos Coil Shooting no ponderados Datos Coil Shooting ponderados


Procesamiento final NATS, 20 Hz Procesamiento por vía rápida Coil Shooting, 20 Hz

> Apilamiento inteligente. Las variaciones producidas en la cobertura de azimuts y desplazamientos requieren un esquema de apilamiento ponderado para producir resultados óptimos. En algunas áreas, los datos del levantamiento NATS (izquierda) fueron similares en calidad a los del procesamiento por vía rápida Coil Shooting (centro). La aplicación de un proceso de ponderación dependiente de los datos a los rangos azimutales antes del apilamiento de los datos Coil Shooting (derecha) proporcionó una imagen optimizada a través de todo el conjunto de datos.

> Comparación del procesamiento final NATS con los resultados Coil Shooting preliminares. Los datos obtenidos con el cable sísmico remolcado con cobertura azimutal estrecha, completamente procesados (izquierda), revelan mucho sobre la complejidad estructural, pero los datos Coil Shooting procesados parcialmente (derecha) muestran áreas de las que se han generado imágenes aún más claras (recuadros verdes). Éstas incluyen rasgos con imágenes pobres en los datos NATS, tales como las capas situadas por debajo de protuberancias salinas (salt overhangs) y los reflectores profundos que muestran una mejor continuidad lateral.

16. Zamboni E, Tchikanha S, Lemaistre L, Bovet L, Webb B y Hill D: “A Coil (Full Azimuth) and Narrow Azimuth Processing Case Study in Angola Deep Offshore,” artículo X025, presentado en la 74a Conferencia y Exhibición de la Asociación Europea de Geocientíficos e Ingenieros, Copenhague, Dinamarca, 4 al 7 de junio de 2012.

56 Oilfield Review

tura azimutal completa y desplazamientos entre fuentes y receptores de hasta 14 km [8,7 mi] (arriba).17

Los levantamientos 3D modernos del Golfo de México habitualmente utilizan cables sísmicos marinos de 8 km [5 mi] de largo. Dado que el des-pliegue de cables sísmicos mucho más largos en una geometría circular sería logísticamente desa-fiante, una solución con una sola embarcación no puede satisfacer los requerimientos de desplaza-mientos largos. Para proporcionar los rangos de

azimuts y desplazamientos requeridos en esta área, los geofísicos de WesternGeco diseñaron un sis-tema en espiral de cuatro embarcaciones. El sis-tema consta de dos embarcaciones de registro con sus propias fuentes y dos embarcaciones fuente independientes que navegan describiendo una serie de círculos de 12,5 km [7,8 mi] de diámetro vinculados entre sí (abajo). Cada embarcación sís-mica está equipada con 10 cables sísmicos de 8 km de largo, separados entre sí por una distancia de 120 m. Este diseño en doble espiral (dual coil

design) se traduce en una densidad de trazas aproximadamente 2,5 veces superior a la de los diseños de los levantamientos WAZ actuales, lo que mejora la relación señal-ruido, optimizando aún más las imágenes de las reflexiones subsali-nas débiles. El primer levantamiento en espiral con múltiples embarcaciones del Golfo de México se llevó a cabo en el año 2010, y hoy ya se ha estu-diado un área de más de 25 600 km2 [9 880 mi2] —equivalente a unos 1 100 bloques de la Plata-forma Continental Externa— utilizando este mé- todo de múltiples embarcaciones. Las localizacio-nes de los levantamientos incluyeron áreas inten-samente obstruidas con corrientes de más de 2,5 nudos [4,6 km/h, 2,9 mi/h].

Los levantamientos están diseñados para des-plegar una distribución aleatoria de fuentes y receptores. Existen dos motivos para esta distri-bución: la distribución aleatoria de fuentes y receptores elimina cualquier agrupamiento o configuración repetida que pudiera aparecer en la cobertura, y la teoría de muestreo con compresión establece que cuando los datos han sido mues-treados insuficientemente, el campo de ondas sís-mico se reconstruye mejor si las mediciones se distribuyen en forma aleatoria.18 Los datos sísmi-cos adquiridos en los levantamientos marinos NATS convencionales generalmente son muestreados en forma insuficiente, tanto con respecto a las fuentes como a los receptores, y se distribuyen regular-mente a lo largo de una serie de líneas paralelas. Por consiguiente, en cualquier parte de la secuen-cia de procesamiento en la que se requiere la inter-polación o regularización, los datos Coil Shooting muestreados aleatoriamente arrojan mejores resul-tados que los datos convencionales.

Uno de los levantamientos del Golfo de México cubrió un área con varias instalaciones de pro-ducción y perforación que representaban zonas de exclusión. Esto requería especial considera-ción a la hora de planificar el posicionamiento de las espirales. La adquisición de datos sísmicos de superficie por debajo de tales obstrucciones implica que las fuentes y los receptores se desplieguen en los lados opuestos del área restringida; método que se conoce como tiro por debajo. La configura-ción en doble espiral se presta para este método de tiro por debajo porque una unidad de espiral con cuatro embarcaciones puede cubrir un área de aproximadamente 9 km [5,6 mi] sin modifica-ción alguna. La planeación cuidadosa del posicio-namiento de las espirales permitió que las brigadas


Levantamiento con cobertura azimutal amplia, desplazamientos estándar

Levantamiento Coil Shooting,desplazamientos largos

Paquete dereflexiones

Estructura salinade tipo quilla


S1

S3S2

S4

>Mejoramiento de la iluminación de las estructuras subsalinas con desplazamientos largos. El modelado acústico por diferencias finitas muestra el efecto de la longitud de los desplazamientos en las imágenes de un paquete de reflexiones que se trunca contra una estructura salina de tipo quilla (salt keel ) (círculos amarillos de guiones). En una configuración de registro WAZ utilizada normalmente, con un desplazamiento máximo en la dirección paralela a la dirección de adquisición (inline) de 8 km y un desplazamiento máximo en la dirección perpendicular a la dirección de adquisición (crossline) de un poco más de 4 200 m [13 800 pies], el truncamiento de las reflexiones contra la estructura salina de tipo quilla resulta poco definido (izquierda). Con un diseño Coil Shooting FAZ con desplazamientos largos (derecha), el truncamiento de las reflexiones es más coherente.

> Diseño de un levantamiento en doble espiral. Los levantamientos Coil Shooting FAZ con desplazamientos largos del Golfo de México han sido realizados utilizando dos embarcaciones de registro con sus propias fuentes (S1 y S3) y dos embarcaciones fuente independientes (S2 y S4) que navegan describiendo una serie de círculos enlazados de 12,5 km de diámetro.

17. Moldoveanu N y Kapoor J: “What Is the Next Step After WAZ for Exploration in the Gulf of Mexico?,” Resúmenes Expandidos, 79a Reunión y Exposición Internacional Anual de la SEG, Houston (25 al 30 de octubre de 2009): 41–45.

18. Moldoveanu, referencia 11.

Volumen 25, no.1 57

sísmicas aplicaran el método de tiro por debajo en la mayor parte de las instalaciones de producción y perforación sin necesidad de efectuar reconfigu-ración alguna. Para las tres obstrucciones más grandes del área del levantamiento, el diámetro de la espiral se incrementó a fin de dar cabida a las zonas de exclusión. Un sistema automatizado de direccionamiento y posicionamiento controló con precisión las posiciones de las embarcacio-

nes, las fuentes y los cables sísmicos, lo que resulta particularmente crítico cuando se reali-zan pasadas cerca de obstrucciones.

La flexibilidad asociada con el diseño de los levantamientos en cuanto a la forma del área a cubrir es otra característica importante de la tec-nología Coil Shooting. Mientras que los levanta-mientos NATS en general son rectangulares o tienen otras formas geométricas regulares, los

diseños de los levantamientos Coil Shooting aceptan cualquier forma, de modo que pueden ser optimizados para abordar el área prospectiva o el área del objetivo exploratorio en cuestión. Además, las áreas de los levantamientos pueden ser extendidas fácilmente en cualquier dirección después de la ejecución de un programa inicial; por ejemplo, si se identifica algún rasgo nuevo interesante o si el levantamiento inicial se con-cluye antes de lo previsto (izquierda).

Los conjuntos de datos FAZ de doble espiral del Golfo de México han sido procesados utilizando esquemas RTM TTI o de isotropía transversal verti-cal, que se adecuan a la geología compleja y a los echados pronunciados existentes en torno a los objetivos subsalinos. El procesamiento incluyó la inversión de forma de onda acústica completa (FWI) antes del apilamiento en 3D, que utiliza un método de ecuación de ondas bidireccionales, para construir modelos de velocidad de alta resolución. En la inversión de forma de onda completa se hace uso del modelado directo para computar las dife-rencias entre los datos sísmicos adquiridos y el modelo vigente, y se lleva a cabo un proceso simi-lar al RTM con el conjunto de datos residuales para computar un volumen de gradientes y actualizar el modelo de velocidad. En combinación con la gene-ración de imágenes que utiliza el esquema RTM, la construcción de modelos con el método FWI mejoró el producto final porque se aplicaron solu-ciones de campo de ondas consistentes a través de todo el flujo de trabajo de generación de imágenes en escala de profundidad. Los resultados iniciales de los levantamientos Dual Coil Shooting del Golfo de México muestran mejoras significativas con res-pecto a los levantamientos WAZ lineales llevados a cabo en las mismas áreas (izquierda).

Hasta la fecha, la técnica Coil Shooting con múltiples embarcaciones se ha centrado en las imágenes de áreas desafiantes del oeste del Golfo de México; no obstante, la técnica es aplicable en otros ambientes geológicos de los que es difícil obtener imágenes, tales como las áreas con capas de basalto de gran espesor presentes o en las que los carbonatos distorsionan las trayectorias sísmicas.

Existen actividades de investigación en curso enfocadas en la utilización de fuentes simultá-neas para mejorar el muestreo de las fuentes y la productividad en la adquisición sísmica con múl-tiples embarcaciones. En los proyectos actuales del Golfo de México, las cuatro fuentes son dispa-radas de manera secuencial a intervalos de 17 s. Mediante la detonación de cuatro fuentes al mismo tiempo, la densidad de los datos se cuadri-plica sin que ello implique costos extra de adqui-sición sísmica, siempre que los campos de ondas resultantes puedan ser registrados por separado.



Datos WAZ lineales

Tope de la sal

Datos Dual Coil Shooting

Base de la sal

> Flexibilidad del diseño Coil Shooting. Las posiciones de las fuentes (espirales rojas) de un levantamiento en doble espiral llevado a cabo en un área obstruida del Golfo de México demuestran la capacidad para extender el área del levantamiento en cualquier dirección. Las obstrucciones se indican con los círculos amarillos.

> Resultados de la técnica Dual Coil Shooting. Dos conjuntos de datos fueron procesados por vía rápida utilizando el mismo modelo de velocidad preliminar. El conjunto de datos WAZ lineales (izquierda) y el conjunto de datos Dual Coil Shooting (derecha) muestran en ambos casos una reflexión intensa en el tope de la sal. El conjunto de datos Dual Coil Shooting exhibe mejores imágenes de la base de la sal y una mejor continuidad de las reflexiones (círculos amarillos de guiones) por debajo del cuerpo salino.

58 Oilfield Review

Con las fuentes separadas por una distancia de al menos 12,5 km unas con respecto a otras, en los lados opuestos de una espiral, no se produce superposición alguna de los campos de ondas a través de grandes porciones de un registro sís-mico simultáneo. Los estudios de modelado y una prueba de factibilidad de campo indicaron que los datos adquiridos utilizando configuraciones en espi-ral y múltiples embarcaciones con fuentes simultá-neas pueden ser procesados efectivamente.19 Ya se han efectuado investigaciones adicionales para confirmar que en los proyectos Coil Shooting futu-ros, con embarcaciones múltiples, pueda aplicarse el método de registro simultáneo.

Extensión del ancho de bandaLas geometrías de adquisición sísmica en espiral proporcionan datos FAZ y pueden ser configuradas para proveer desplazamientos largos, elementos ambos que contribuyen a mejorar la iluminación. El mejoramiento de la resolución, otro objetivo clave en la búsqueda del mejoramiento de las imágenes sísmicas, requiere que se extienda el rango de frecuencias de señales utilizables tanto en el extremo de baja frecuencia como en el de alta frecuencia.

Uno de los factores limitantes en la resolución sísmica para la adquisición con cables sísmicos marinos remolcados es el efecto conocido como efecto “fantasma,” generado por el despliegue de los receptores varios metros por debajo de la superficie del mar. El efecto fantasma produce la atenuación de ciertas frecuencias, dependiendo

de la profundidad de los receptores. La atenuación es causada por la interferencia entre el campo de ondas sísmicas ascendentes y su reflexión fan-tasma; la reflexión del campo de ondas que rebota desde la superficie del mar por encima del cable sísmico. Los sistemas convencionales de adquisi-ción sísmica marina con cables sísmicos general-mente despliegan los cables a profundidades oscilantes entre 6 y 12 m [20 y 39 pies]. El remol-que más somero preserva las medias y altas fre-cuencias, pero atenúa las bajas frecuencias y además hace que los datos sean más susceptibles al ruido ambiental, tal como el ruido producido por las olas, la marejada y el viento. El remolque de los cables sísmicos marinos a mayor profundi-dad reduce el ruido ambiental y preserva las bajas frecuencias pero atenúa las frecuencias más altas.

Los desarrollos recientes en materia de tecno-logías de adquisición y procesamiento sísmico han permitido la implementación de diversas solucio-nes para abordar el problema de las reflexiones fantasma de los receptores. Una solución consiste en remolcar los cables sísmicos en forma oblicua, lo que produce profundidades variables de los receptores —y, por consiguiente, atenúa un rango variable de frecuencias— entre un extremo de los cables sísmicos marinos y el otro.20 El apilamiento y la migración combinan datos de diferentes partes de los cables sísmicos, lo que atenúa las reflexio-nes fantasma de los receptores. No obstante, antes de estos procesos, deben efectuarse la ate-nuación de los múltiples y la construcción del modelo de velocidad, para lo cual se requiere una ondícula uniforme. A fin de facilitar este paso, se desarrolló un nuevo algoritmo que elimina las reflexiones fantasma de los receptores antes del apilamiento. Esto se aplica en una etapa temprana del procesamiento. Las reflexiones fantasma de la fuente se abordan mediante la utilización de una familia recientemente desarrollada de fuentes sís-micas marinas calibradas de banda ancha.

WesternGeco efectuó una prueba de factibili-dad de campo con una configuración de cables sísmicos oblicuos durante el programa de adqui-sición sísmica en espiral con múltiples embarca-ciones del Golfo de México, en el que los cables sísmicos marinos son remolcados normalmente a una profundidad de 12 m. La adquisición de una espiral se reiteró con los cables sísmicos desple-gados en modo oblicuo, de manera que las profun-didades de los receptores oscilaron entre 12 m y 32 m [39 y 105 pies]. La comparación de los resul-tados de la migración en profundidad antes del apilamiento para los datos del cable sísmico hori-zontal y el cable sísmico oblicuo indicaron que la técnica de adquisición y procesamiento sísmicos con cables sísmicos oblicuos ObliQ mejoró las bajas frecuencias y a la vez preservó las medias y altas frecuencias (arriba). La preservación de las frecuencias más bajas es importante no sólo para generar imágenes de objetivos profundos o pro-nunciados, sino también para la confección de modelos de velocidad de alta resolución utili-zando la inversión FWI. Hasta la fecha, se han efectuado dos levantamientos Coil Shooting con una sola embarcación, utilizando cables sísmicos oblicuos, uno en Europa y otro en Asia. En el Golfo de México se efectuó un levantamiento Coil Shooting con múltiples embarcaciones, utilizando cables sísmicos oblicuos.

Desde las primeras pruebas de factibilidad de la técnica Coil Shooting llevadas a cabo en el año 2007, la técnica demostró ser una solución econó-micamente efectiva y eficiente para lograr una mejor iluminación y mejores imágenes sísmicas en ambientes geológicos complejos de todo el mundo. Se esperan mejoras adicionales a partir de la implementación de configuraciones de adquisi-ción sísmica innovadoras, tecnologías de proce-samiento de avanzada y nuevos flujos de trabajo que extraerán más información de las medicio-nes sísmicas para mejorar nuestro conocimiento del subsuelo. —JK


Cable sísmico marino horizontal Cable sísmico marino oblicuo

> Inclinación del cable sísmico marino. En una prueba del Golfo de México, los datos Coil Shooting obtenidos con un cable sísmico horizontal (izquierda) y con un cable sísmico oblicuo (derecha) demuestran el ancho de banda más extensa obtenible con un cable sísmico oblicuo. Con cables sísmicos oblicuos, se obtienen imágenes más claras de los reflectores profundos presentes en estructuras complejas como las de los recuadros amarillos.

19. Moldoveanu N, Ji Y y Beasley C: “Multivessel Coil Shooting Acquisition with Simultaneous Sources,” artículo ACQ 1.6, presentado en la 82a Reunión y Exposición Internacional Anual de la SEG, Las Vegas, Nevada, 4 al 9 de noviembre de 2012.

20. Moldoveanu N, Seymour N, Manen DJ y Caprioli P: “Broadband Seismic Methods for Towed-Streamer Acquisition,” artículo Z009, presentado en la 74a Conferencia y Exhibición de la Asociación Europea de Geocientíficos e Ingenieros, Copenhague, Dinamarca, 4 al 7 de junio de 2012.

desarrollos en las imágenes sísmicas marinas con …/media/files/resources/oilfield...obliq, q-fin...

Documents