Sísmica de Pozo y Prospeccion Acustica

Ctedra de Geofsica Aplicada, U.N.P.S.J.B., Chubut, Argentina. Tema 16 Prospeccin Acstica y Ssmica de Pozo

Chelotti, L., Acosta, N., Foster, M., 2009

PROSPECCIN ACSTICA Y SSMICA DE POZO

La acstica (del griego , auditivo) es la ciencia del sonido (del latn, sonitus). Los griegos Pitgoras en 550 a.C. y Aristteles en 350 a.C. hicieron los primeros estudios sobre la naturaleza del sonido. Posteriormente, en el ao 20 a.C., el arquitecto romano Vitruvio realiz algunas observaciones sobre fenmenos acsticos y aventur hiptesis ingeniosas en relacin con la reverberacin y la interferencia. Muchos siglos despus, en 1636, el matemtico francs Marin Mersenne realiz medidas cuantitativas en relacin con el sonido al hallar el tiempo de retorno de un eco y calcular con slo un 10% de error el valor de la velocidad del sonido, as como la frecuencia de vibracin de distintas cuerdas en relacin con sus notas y tonos. Aos despus, en 1660, el irlands Robert Boyle demostr que el sonido no se propaga en el vaco. Y el ingls Isaac Newton fue 1687 el primero en publicar un tratamiento matemtico de los fenmenos acsticos, y durante el siglo XVIII los matemticos franceses Jean d'Alembert y Joseph Lagrange as como los suizos Johann Bernoulli y Leonhard Euler contribuyeron al conocimiento del sonido, cuyo tratamiento matemtico completo requiere del anlisis armnico, desarrollado por el matemtico francs Joseph Fourier en 1822 y aplicado luego en fsica por el alemn Georg Ohm hacia 1830. Posteriormente, en 1878, el ingls John Strutt (Lord Rayleigh) public The Theory of Sound con nuevas aportaciones al tema. Ondas ssmicas y ondas sonoras o acsticas difieren slo en el rango de frecuencias involucradas: usualmente no mucho ms de 100 Hz para las primeras y hasta 20 000 30 000 Hz para las segundas (con ms de 20 000 Hz caen fuera del espectro audible humano y son denominadas ultrasonidos, y debajo de 15 ciclos/s, subsonidos).. . .

Sonar Lateral y de SubstratoFue Leonardo Da Vinci en 1490 el primero en emplear las ondas de sonido en el agua para, a travs de un tubo sumergido, detectar la cercana de barcos. Siglos despus, tras el desastre del Titanic (1912), Lewis Richardson patent en Inglaterra el primer ecolocalizador subcueo y fue el canadiense Reginald Fessenden, mediante un oscilador de 500 hz, quien primero utiliz esta tcnica para localizar tmpanos, en 1913. Este desarrollo fue mejorado en varios pases durante la Primera Gran Guerra para deteccin y navegacin submarina. El sonar (acrnimo de SOund Navigation And Ranging) es una herramienta acstica (snica) empleada en lagos o mares para navegacin, posicionamiento, comunicaciones y localizacin de cardmenes. Emite ondas de ultrasonido y registra su tiempo de reflexin (viaje de ida y vuelta) que en base a la velocidad de las ondas en el agua (1500 m/s) permite el clculo automtico de distancias, tal como lo hacen ballenas y delfines. En el mbito de las geociencias y tambin en otras disciplinas se utiliza el sonar para la obtencin de imgenes acsticas en el fondo de cuerpos de agua. Se basa en la emisin de ondas de sonido y la recepcin de sus reflexiones, las cuales tendrn una variacin debida al tiempo de viaje (funcin de la distancia) y una variacin de amplitudes, segn los coeficientes de reflexin de las superficies reflectantes.

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Existen dos modalidades en uso: El Sonar Lateral (Side-scan Sonar) utilizado comercialmente desde la dcada de 1960, aunque haba sido inventado hacia 1950 por el alemn Julius Hagemann (trabajando para la Marina estadounidense). Este sistema obtiene dos imgenes, una a cada lado del aparato emisor-receptor (el pescado o fish), las cuales permiten graficar las caractersticas acsticas del fondo marino o lacustre. Se emplean para geomorfologa y sedimentologa del lecho, bsqueda de barcos hundidos, etc. A la derecha esquema de adquisicin de datos, imagen de un cono volcnico y batimetra mapeada.. Abajo, imagen doble de ndulas en un lecho arenoso, y una embarcacin naufragada.

El Sonar de Substrato (Sub-bottom Sonar), de ms reciente desarrollo, permite generar secciones acsticas verticales, de forma anloga a como lo hace la ssmica 2D o asimismo el Georradar, en este caso de poca profundidad bajo el lecho (raramente ms de 100 metros) pero de gran resolucin, es decir, mucho detalle, ya que permite discriminar capas de hasta unos 10 cm de espesor mnimo. Estas secciones permiten hacer estudios sedimentolgicos o eventualmente estratigrficos de detalle, como tambin bsqueda de restos arqueolgicos, etc. Abajo el pescado registrador y a la derecha una seccin que muestra estratificacin delgada.

Perfiles Acsticos de PozoUna de las tareas fundamentales que realiza un intrprete ssmico es la de volcar la informacin obtenida de la perforacin de un pozo sobre la seccin o volumen ssmico que pasa por donde el pozo fue perforado. Su objetivo es obtener una relacin clara entre los eventos ssmicos y geolgicos. Esto le permite valerse de la ssmica de reflexin 2D 3D, registrada desde la superficie para extrapolar lateralmente la informacin del pozo y elaborar mapas ms confiables. Los perfiles snicos (acsticos) y la ssmica de pozo son los mtodos para lograr este objetivo. Mediciones Bsicas con el Perfil Acstico o Snico: La medicin bsica registrada por el perfil acstico es el tiempo de trnsito (los microsegundos que tom en transitar la onda acstica un pie vertical de formacin), que es una magnitud reciproca de la velocidad. La

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siguiente formula puede usarse para convertir tiempo de transito acstico en velocidad:

(t es el tiempo de trnsito acstico en microsegundos/pie y v es la velocidad en m /segundo) El tiempo de trnsito registrado por un perfil snico en un pozo est normalmente dentro del rango de 50 a 200 microsegundos /pie. Esto corresponde a velocidades en el orden de 6000 a 1500 m/s. Adems de la curva del t suelen indicarse los tiempos de trnsito integrados -es decir, la sumatoria por tramos- con marcas cada diez milisegundos al borde de la pista del perfil acstico. Una Ley de Velocidad de Pozo es una grfica de profundidad (usualmente en ordenadas, con la boca de pozo arriba) versus tiempos de viaje de las ondas acsticas o bien de las ssmicas (en abscisas, normalmente desde izquierda a derecha). Es una informacin de uso cotidiano y, en su versin ms econmica, se la puede construir a partir de los tiempos de trnsito integrados que da un perfil snico. La utilizacin de ssmica de pozo es una opcin ms cara, que veremos ms adelante. Sistemas de Perfilaje Acstico: a) Receptor dual Se trata de una herramienta que emplea un transmisor monopolar (de onda P) y dos receptores. Este sistema mide slo el tiempo empleado en el intervalo D, como se A ve en la figura a la derecha. Esto se logra tratando a T-R1 y T-R2 como dos B mediciones separadas de receptor simple y calculando su diferencia. Para T-R2 el tiempo registrado es la suma de los tiempos empleados para atravesar los intervalos A, B, D, E. similarmente el tiempo registrado para T-R1 C D representa los intervalos A, B y C. Si los intervalos C y E son iguales, la diferencia entre las dos mediciones es D. El espaciamiento entre R1 y R2 es siempre igual a la distancia representada por D, aun cuando sus posiciones E relativas con respecto a D pueden variar ligeramente debido a cambios en la refraccin provocadas por cambios de velocidad en la formacin. El nico problema serio de un sistema de receptor dual es su comportamiento cuando los intervalos de tiempo desde los dos receptores hasta la formacin son desiguales. Esto puede ser a causa de la inclinacin de la herramienta dentro del sondeo o porque los transductores receptores pasan frente a una caverna. En cualquiera de estos casos el sistema indicar un tiempo de viaje errneo a travs de la formacin porque C es significativamente diferente a E. En ausencia de estos fenmenos el sistema de receptor doble funciona bien y da resultados vlidos de tiempo de trnsito de la formacin. b) Sistemas compensados Para superar las dificultades causadas por diferentes tiempos de trnsito en el lodo hasta los dos receptores se ha desarrollado un sistema dual que efectivamente compensa esos errores, al promediar las lecturas en sentidos opuestos. El sistema usa transmisores y receptores dispuestos como se muestra aqu a la derecha. En este instrumento los transmisores superior e inferior (cada uno monopolar) simtricamente dispuestos disparan alternativamente. Los dos receptores envan a la superficie dos tandas de datos para ser promediados y de all obtener el tiempo de trnsito en la formacin. Cuando se encuentra un ensanchamiento o un adelgazamiento del pozo, o cuando la herramienta de alguna manera se inclina en el pozo, se eliminan los errores introducidos a causa de la diferencia de tiempo de transito en el lodo de cada uno de los sistemas de transmisor simple-receptor dual. Una inspeccin de A-A`, B-B` y C-C` muestra que los promedios de estas diferencias son iguales.

v = 3,048.105 / t

A

B C` C B`

A`

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Ejemplo Prctico El perfil de abajo nos indica que para la profundidad X1 una seal acstica (similar a la de ssmica de refraccin-reflexin) tarda Y1 s en recorrer 1 pie, y en la posicin X2 tarda Y2 s en recorrer 1 pie. Si se desea averiguar cunto tarda la seal en atravesar la profundidad X1 X2 ser: T = [(Y2 + Y1) / 2] . (X2 X1) Donde (Y2 + Y1) / 2 es el promedio de las mediciones en el segmento X1 X2 Para el tramo X3 X2 ser: T = [(Y3 + Y2) / 2] . (X3 X2) Y as sucesivamente para cada uno de los tramos en forma individual. Si quisiramos saber el tiempo total que tarda la seal acstica en ir de X1 a X3 sera: T X1-X2 + TX3-X2 = TX3-X1 (Y2+Y1)/2 . (X2-X1) + (Y3+Y2)/2 . (X3-X2) = T X3-X1 (Y n +1 + Yn / 2) . (X n+1 Xn) = T X3-X1 K x Ejemplo de integracin del acstico:PROF. (mbbp) T(s/ft) T medio T(s/m) V(m/s) Prof-Tiempo(s)

T tot = K . x

200 200.1524 200.3048 200.4572 200.6096 200.762 200.9144 201.0668 201.2192 201.3716 201.524

100.50 100.70 100.90 100.70 100.30 99.90 100.70 101.25 101.80 102.35 102.90

100.6 100.8 100.8 100.5 100.1 100.3 100.975 101.525 102.075 102.625 102.9

0.000330052 0.000330709 0.000330709 0.000329724 0.000328412 0.000329068 0.000331283 0.000333087 0.000334892 0.000336696 0.000337598

3029.821074 3023.809524 3023.809524 3032.835821 3044.955045 3038.88335 3018.568953 3002.216203 2986.039677 2970.036541 2962.099125

0.0000503 0.0001007 0.0001511 0.00020135 0.0002514 0.00030155 0.000352038 0.0004028 0.000453838 0.00050515 0.0005566

A la derecha, tramo de perfil acstico, en el Flanco Sur de la cuenca Golfo San Jorge. El acstico, sirve para correlacin entre pozos, anlogamente a otros perfiles. Pero tambin es un perfil clsico de porosidad, porque en rocas porosas, fisuradas o con fluidos la velocidad es menor, al igual que frente a lutitas con materia orgnica. En cambio, resulta mayor en rocas ms compactas, muy cementadas o con fuerte diagnesis.X1

X2

X3

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Perfil de Cemento: Imagen snica del cao que entuba el sondeo y de las rocas de la pared, con el objetivo de discernir la presencia o eventual ausencia de cemento entre ambas. El fin es el de evaluar la efectividad de la operacin de cementacin para posteriormente definir sobre bases firmes las capas a punzar para evaluar potenciales capas productivas u otros trabajos de terminacin. del pozo. En la figura siguiente de la izquierda se ven imgenes tpicas antes y despus de la inyeccin de cemento, en este segundo caso con una cementacin muy pobre en el extremo derecho.

Imgenes Acsticas de pozo: Se obtienen con una herramienta de perfilaje acstico mltiple. Se registran numerosos perfiles snicos (24 ms) en todo el permetro del pozo a fin de mapear cilndricamente la variacin de los tiempos de trnsito y de ah las velocidades, e incluso las impedancias acsticas, de las rocas de la pared de pozo en todo el tramo de inters. Son imgenes alternativas o eventualmente complementarias de las obtenidas por el perfilaje de microrresistividad, vistas en el Tema 6,7,8b. Arriba a la derecha un ejemplo, comparado con la fotografa de un testigo-corona. Perfil Snico Dipolar: Es un registro acstico con una herramienta de dos polos: emisores vecinos que generan ondas flexurales, asimilables a las ondas S, de modo que estas ondas pueden registrarse bien (ya que resultan pobres con fuentes monopolares). Adems se registran las ondas P (de fuente monopolar) y las ondas de Stonley (o Tubo), generadas a partir de las P en el lmite slido-fluido, que al atenuarse dan informacin sobre fracturas atravesadas.

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Tal como puede verse en la figura precedente, los tradicionales transmisores monopolares permiten generar en las formaciones geolgicas ms compactas o rpidas los tres tipos de ondas que resultan de inters: compresionales, transversales y Stonley (ondas Tubo, aqu referidas como Fluid waves). Pero en formaciones lentas (poco consolidadas, porosas o muy fisuradas, en muchos casos reservorios) las ondas de corte reducen notablemente su amplitud. Es por esto que se desarroll la herramienta dipolar, que genera una onda flexural, que se comporta como onda S pero tiene gran amplitud. La figura de abajo a la izquierda ilustra esquemticamente estos transmisores. Disponer simultneamente de las velocidades de las ondas primarias y secundarias permite hacer inferencias sobre los tipos de rocas y eventualmente la presencia de fluidos, dado que se puede proceder al clculo de los mdulos elsticos:Volumtrico: K = .Vp2 4/3 Vs2 Lam: = .Vs2 Poisson: (Vp/Vs)2 22 (Vp/Vs) 22

Young: E = 3K / 3K+ = 2 (1 + )

En la figura de la derecha podemos ver un registro de imgenes microrresistivas, junto con el calibre, el rayo gamma y la informacin que brindan las ondas de Stonley, a fin de identificar la presencia de fracturas que atraviesan el sondeo.

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Tambin se ha diseado una herramienta acstica dipolar doble (cross-dipole acoustic system), que posee dos dipolos orientados perpendicularmente entre s, lo que da la posibilidad de registrar las ondas S en dos acimutes, tal como se esquematiza a la izquierda. Las ondas de corte viajan ms rpido paralelamente a las fracturas y se ralentizan cuando deben atravesarlas. A la derecha se puede apreciar su potencial empleo para averiguar la orientacin de las fracturas naturales, as como las hidrulicas y tambin el ovalamiento del pozo en funcin del campo de esfuerzos presente en el subsuelo.

A la izquierda la presentacin de un perfil acstico dipolar a los fines de la ingeniera de la perforacin, que muestra en las sucesivas pistas los datos del calibre del pozo, mdulos elsticos, esfuerzos, cadas de la presin, densidad de lodo y litologa.

Sismograma SintticoComo ya vimos en el Tema 15, cada sismograma registrado, conocido como traza ssmica S(t), resulta de la convolucin de los coeficientes de reflexin F(t) con la ondcula G(t): S(t) = F (t) * G(t) Donde t es el tiempo empleado por la onda ssmica para recorrer el camino desde la fuente hasta las sucesivas interfaces reflectoras y desde ellas hasta los receptores. Un sismograma o traza sinttica consiste en la imitacin informtica de ese proceso real. Para ello se debe disponer de la serie de coeficientes de reflexin, es decir de la sucesin de impedancias acsticas que permiten

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calcularlos. Y stas pueden obtenerse a partir de perfiles de pozo de velocidad (snico o acstico) y densidad (obtenido usualmente con una herramienta radiactiva o en casos especficos con gravmetro). En la prctica el dato siempre imprescindible es la velocidad -principal factor de la impedancia-, mientras que puede prescindirse del dato real de densidad en cuencas sin grandes contrastes litolgicos, como es el caso de la cuenca Golfo San Jorge. En este caso se podra asignar una densidad () media constante o bien aproximar mediante la b frmula de Gardner et al (1974): = a .V (V es la velocidad de cada capa, a y b magnitudes empricas; por ejemplo, a=0,3 y b=1/4 en clsticas) En cuencas como la Neuquina estas asunciones de la densidad podran llevar a grandes errores, ya que se intercalan litologas muy diversas (clsticas, carbonticas, evaporitas, etc.) no siendo vlida una relacin lineal entre densidad y velocidad. En cualquier caso, habiendo calculado la serie de coeficientes de reflexin, luego se procede a convolucionar con una ondcula (ya sea analtica o bien extrada de datos reales de ssmica de superficie) y se obtiene una traza ssmica en la posicin del pozo, o sea que se aplica un proceso que simula la generacin de una traza en subsuelo, como se ilustra a la izquierda. Esta traza sinttica -habitualmente repetida unas 5 a 9 veces a los fines visuales- se correlaciona luego con la ssmica de superficie en el lugar del pozo y as se pueden identificar los eventos geolgicos a travs de los perfiles de pozo y analizar su existencia en la ssmica.

De izquierda a derecha: perfil snico, serie de coeficientes de reflexin, perfil de resistividad, ondcula analtica, seccin ssmica y sismograma sinttico intercalado (en rojo)

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Ssmica de PozoNos vamos a referir ahora a los registros ssmicos reales en pozos. Un sismograma sinttico, como vimos, si bien til, no es verdadera ssmica. En ssmica de pozo generalmente la fuente se halla en superficie y un receptor (gefono, foto a la izquierda) dentro del pozo se va ubicando a profundidades previamente definidas desde el fondo hasta la superficie. Prueba de Velocidad (Checkshot Survey): Es el tipo de registro ssmico de pozo ms antiguo y bsico. En l las posiciones o estaciones de anclaje de la herramienta a distintas profundidades se definen observando los cambios de tendencia del perfil acstico previamente registrado en el mismo pozo, de forma tal de dividir al snico en zonas donde el carcter del perfil es ms o menos constante. En los raros casos en que el perfil snico no ha sido registrado, puede recurrirse a un perfil de resistividades profundas, que suelen tener cierta proporcionalidad general con los perfiles de velocidad. Se hacen varios disparos de la fuente -o sea, varios registros- por cada profundidad de anclaje de la herramienta (que contiene al receptor) y luego se suman las seales para aumentar la relacin seal/ruido. Se mide el tiempo de arribo de la onda directa a cada profundidad y se obtiene as una ley tiempo/profundidad, llamada Ley de Velocidad ssmica de pozo, tal como la ilustrada a la derecha mediante la curva que nos da las velocidades medias -calculables en cada punto en base a las escalas vertical y horizontal superior-. En este grfico tambin se representan las velocidades intervlicas computadas, cuya escala est en la horizontal inferior. Calibracin del Perfil Snico: Un sismograma sinttico procesado sin ajuste ssmico ser mucho mejor que no tener ninguno, pero casi siempre presentar efectos distorsivos por una o varias de las siguientes causas: -Cambios laterales de velocidad en la inmediatez del pozo, los que darn unas lecturas para el perfil snico -el cual lee a menos de un metro desde la pared del pozo- que sern distintas que las de la ssmica de pozo -la cual promedia valores a varios metros de distancia-. Debido a esto, la traza sinttica puede aparecer acortada o alargada en distintos tramos respecto a las trazas ssmicas de superficie del entorno del sondeo, dependiendo tales diferencias de cun importantes sean esas variaciones laterales y en qu sentido se produzcan. -Condicin del pozo, que hace que all donde est ms deteriorado (por la invasin del lodo, expansin de arcillas, cavernas, etc) dar lecturas de velocidad ms bajas para el perfil acstico que para la ssmica, dado que esta ltima promedia a distancias mayores donde la alteracin se torna insignificante. Por esta razn en los tramos de pozo en peor condicin las velocidades acsticas son ms lentas que las ssmicas. Esto generalmente se da en la parte ms somera del sondeo, donde las rocas son menos competentes y la exposicin a la circulacin de lodo ha sido ms prolongada. -Dispersin de ondas, es decir la dependencia de la velocidad registrada con la frecuencia de la fuente. Dado que la herramienta acstica emite energa a 20000 30000 Hz y la ssmica a no ms de 100 140 Hz, las velocidades ssmicas resultan ms lentas. Este fenmeno se da a lo largo de todo el pozo, pero se hace visible en los sectores donde la condicin de pozo es buena -dado que no es contrarrestado por el efecto anteriormente explicado-, normalmente la parte ms profunda del sondeo. La calibracin del perfil snico se logra ajustndolo con el registro de tiempo de primer arribo de la onda ssmica (onda directa) de la Prueba de Velocidad. El mtodo clsico de calibracin consiste en aplicarle al acstico las correcciones indicadas por una curva de deriva (o drift) obtenida a partir del anlisis de las diferencias entre los tiempos registrados mediante la Prueba de Velocidad y los tiempos de trnsito integrado DERIVA = T ssmico T snico integrado del perfil snico:

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La figura adjunta muestra los mtodos de correccin de la deriva, por t mnimo si sta es negativa y por desplazamiento en bloque si es positiva. En este ltimo caso se corre toda la curva en forma pareja para compensar la diferencia de tiempo entre acstico integrado y ssmica, por efecto de la dispersin. Pero, si la deriva es negativa, el corrimiento es proporcional, como se aprecia, dado que se asume un efecto variable dado por las condiciones tambin variables del sondeo. El resultado es una sucesin de velocidades con la cual se puede construir una serie de coeficientes de reflexin y finalmente una traza sinttica que correlacionar mejor con la ssmica de superficie, evitndose los efectos distorsivos antes explicados.

Arriba un caso en que la velocidad y la densidad tienen comportamiento inverso, tpicamente una evaporita. En la figura de la izquierda, caso de sismogramas sintticos procesados con una densidad constante y con la que mide el perfil. Corresponde a un pozo de la cuenca del Golfo San Jorge y puede observarse que la densidad real slo es importante en una interfaz a unos 1250 m

A la derecha un sismograma sinttico procesado alternativamente con una ondcula de polaridad normal (PN) o reversa (PR), siguiendo la. convencin americana. En el primer caso, un aumento de la impedancia. se corresponde con un pico. En el segundo, con un valle. (En la. convencin europea es a la inversa.) El procesado alternativo con las dos

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polaridades es una prctica comn, de modo que en la interpretacin ssmica se pueda cotejar el sismograma con las secciones de ssmica de superficie (2 3D) en una u otra polaridad segn corresponda. A la izquierda correlacin de perfiles de pozo y litologas interpretadas, con el sismograma sinttico y una angosta franja de una seccin ssmica real. Y a la derecha un detalle de traza sinttica procesada alternativamente con frecuencias mximas de 50 y 125 Hz. El segundo caso da mayor resolucin y se acerca, sin llegar, a la posibilidad de inferir ssmicamente las capas mas espesas de la formacin Comodoro Rivadavia. Sin embargo, la que vale es la que se equipara con las frecuencias realmente cosechadas desde la ssmica de superficie, de menores frecuencias lamentablemente.,

Otra posibilidad es la de generar sismogramas sintticos de ondas S, a partir de un perfil acstico dipolar, como se grafica seguidamente en escalas de tiempo y profundidad.

Con todo, el sismograma sinttico sigue siendo un producto artificial, con limitaciones inherentes al modelo terico que le da origen. Estos modelos toman datos de velocidad y densidad de perfiles de pozo que, aun corregidos, pueden no coincidir con lo que ve una onda ssmica al atravesar el subsuelo. Adems suponen estratificacin horizontal -aunque podra hacerse un modelo de capas buzantes con una inversin de tiempo bastante mayor-, computan incidencia vertical del rayo ssmico -tambin podra simularse incidencia inclinada-, suponen conocer el tipo de ondcula -que puede realmente conocerse si se la extrae de la ssmica de superficie-

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y adems estn limitados por la extensin del pozo -en rigor por la extensin del registro acstico en el pozo-, es decir slo son capaces de suministrar informacin de los estratos atravesados por el sondeo pero no de los ubicados debajo de l. Es, en suma, de importantsima ayuda para la puesta en profundidad de la ssmica de superficie, pero no es lo ms. Perfil Ssmico Vertical (VSP): Para superar las limitaciones de una traza sinttica, se puede recurrir a un VSP -a un costo bastante mayor- que analiza no slo el primer arribo de la onda directa sino todo el tren de ondas y donde los gefonos estn colocados equiespaciados entre 15 y 30 metros a lo largo del pozo. Este intervalo de muestreo espacial mnimo depender de la frecuencia mxima esperada y de la velocidad mnima esperada en la zona de inters. Segn el teorema de muestreo de Nyquist, que ya hemos citado en el Tema 14, para evitar el coligamiento o aliasing espacial, dados ciertos valores de velocidad mnima (Vmn) y frecuencia mxima (Fmax), la separacin entre gefonos deber ser: Z(m) < Vmn(m/s) / 2 Fmax(Hz) El campo de ondas ssmicas presentes en el VSP se divide en ondas descendentes (down) y ascendentes (up), con sus correspondientes mltiples, lo cual puede ser visualizado en la figura de la izquierda.

Arriba medidas tpicas de un pozo en el cual se sumerge un can de aire en agua o lodo de perforacin, para ser empleado como fuente en tierra, donde, sin embargo, la fuente ms comn es el vibro. Todas las otras fuentes conocidas son utilizables en mar o tierra, segn sea el caso. Abajo se ilustra un tpico espectro de frecuencias registrado, el cual se va monitoreando durante la adquisicin y naturalmente siempre resulta ms rico en altas frecuencias en la porcin ms somera del pozo.

En la figura de la izquierda vemos cmo las reflexiones mltiples, tanto las ascendentes como las descendentes, aparecen como descolgadas en el registro debido a sus trayectorias, como quedan esquematizadas.

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Registro real de VSP El campo de ondas ascendentes es separado del descendente y luego se efecta un procesamiento de los datos semejante, aunque algo ms simple, que el de ssmica superficial. Al visualizar el conjunto de trazas se pueden identificar fcilmente las reflexiones mltiples que pudieran haberse producido en el subsuelo, lo cual es un dato de suma utilidad para identificarlas en la ssmica de superficie, si estuvieran presentes, y eventualmente eliminarlas en un posterior reproceso de esta ltima. Abajo se ilustra comparativamente la familia de trazas de superficie que corresponde a la locacin del pozo y la familia de trazas del VSP, distinguindose, entre otras, una reflexin simple (S) y su correspondiente mltiple (M) que no es tan evidente en los datos superficiales.

Las trazas de la familia del pozo (las registradas durante el VSP) luego son sumadas y se obtiene una nica traza ssmica real apilada en la posicin del pozo, la cual abarca desde la ltima posicin del gefono (la ms superficial), normalmente la nmero 40, ya que se es el nmero mnimo de estaciones recomendadas para poder conseguir una buena traza suma. Y que adems llega no slo hasta la primera posicin de recepcin (la ms profunda) sino hasta muchos metros por debajo del fondo del sondeo: mil o ms, tericamente tanto como se desee, asumiendo que la calidad se deteriora con la profundidad. El tramo superior del pozo, si no queda cubierto por el Perfil Ssmico Vertical, se completa con algunas estaciones de Prueba de Velocidad para poder calibrar el perfil snico y ajustar el sismograma sinttico, que siempre habr de ser til en ese tramo somero en el que se carece de una traza real de pozo. Esto se ilustra en la

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figura superior. Un VSP tiene generalmente mayor resolucin que la ssmica de superficie, porque las ondas viajan menos y por lo tanto tienen menor atenuacin de sus altas frecuencias. Esta no es una ventaja para la correlacin entre ambas ssmicas y, de hecho, se puede aplicar un filtro cortaaltos sobre la traza del VSP para asemejarla a las trazas de superficie. Pero esta mejor resolucin de pozo puede ser til para algn eventual proceso especial de la ssmica superficial (inversin de trazas, realce de las frecuencias, etc.). De modo que, al igual que una Prueba de Velocidad, el VSP tambin permite construir una Ley de Velocidad, pero adems provee un sismograma real de pozo, la visualizacin por debajo del mismo y adicionalmente datos de reflexiones mltiples. Si el pozo abierto tiene mal calibre puede que el Perfil Ssmico Vertical slo pueda registrarse a pozo entubado, por los problemas de anclaje de la herramienta en las cavernas. Pero entonces es ms factible que aparezcan en los registros las ondas Tubo (de Stonley), las cuales en este caso son ruidos que pueden invalidar un VSP. stas pueden atenuarse bajando el nivel de lodo del pozo (en el tramo de caera gua) o bien ubicando la fuente tal que haya una zanja o pileta entre sta y la boca de pozo. Pero si el problema no se soluciona, se tendr que desistir de registrar el VSP y alternativamente conformarse con una Prueba de Velocidad (Checkshot), si los primeros arribos estn libres de ruido. Esto ltimo servir para tener un mejor sismograma sinttico, siempre que se tenga el perfil acstico, lo cual es el caso ms habitual. A la derecha un VSP intercalado en la seccin ssmica de superficie.

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Registros Ssmicos Apartados: Existe toda una variedad de registros con apartamientos, que permiten obtener angostas secciones ssmicas hacia los lados de los pozos perfilados -es decir, varias trazas apiladas- a fin de tener informacin con la que resolver problemticas estratigrficas o estructurales cuando no existe ssmica de superficie con tales rumbos o bien cuando la ssmica existente no es de buena calidad. El ms tpico es el VSP Apartado (Offset VSP). En l se aleja la fuente a una posicin fija a cientos de metros de la boca de pozo, como se esquematiza arriba, y se registran las usuales 40 estaciones o ms como en el caso de un VSP sin apartamiento. La seccin ssmica resultante se ilustra a la derecha del esquema. Otro caso es el VSP Recorrido (Walkaway) en el que se recurre a varias posiciones de fuente a distintas distancias de la boca de pozo, pero se limita el nmero de posiciones de gefono a unas pocas dentro del sondeo. Otros son el Sobrecorrido (Walkabove), el Horizontal, el Multiazimut y otros, cuyas configuraciones de adquisicin se esquematizan a la derecha. Ssmica de Pozo durante la Perforacin: Tambin se puede registrar ssmica como parte de la tcnica de perfilaje simultneo (LWD, logging while drilling). Se puede operar ya sea con el trpano haciendo las veces de fuente y un gefono triaxial en la superficie -procedimiento que genera una ondcula muy mala- o bien, la mayora de las veces, con un gefono ubicado dentro del conjunto de fondo en la misma columna de perforacin y una fuente convencional en la superficie (vibro, can de aire u otra). Si bien este segundo caso es mejor, los registros obtenidos durante la perforacin nunca son de buena calidad. La razn de su empleo es que permite predecir las formaciones a ser atravesadas para ajustar al mximo el momento de detener la perforacin para operaciones crticas. Como ejemplos tpicos, entre otros: - ensayos a pozo abierto - coroneo de reservorios - entubamiento previo a una zona sobrepresionada o a la entrada a un diapiro para cambiar la composicin o densidad del lodo en funcin de las condiciones geolgicas o de reservorios que se intenta atravesar sin daar.

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Registros de ondas S En cualquiera de las modalidades de los VSP se puede optar por adquirir, adems de las ondas longitudinales, tambin las transversales, alargando el tiempo de registro y procesando la informacin de los canales horizontales del gefono de pozo, que desde hace muchos aos es rutinariamente triaxial (son tres gefonos en x,y,z). No es necesario cambiar la fuente de energa, ya que las ondas S igual se producen desde tales fuentes convencionales en tierra -no en el mar-, y adems tambin se generan ondas S en el subsuelo por conversin de modo de las P. Abajo podemos ver los registros de campo de ambos tipos de ondas y los VSP Apartados de ondas P (P-P), de ondas S creadas en subsuelo por conversin de modo (P-S) y de ondas S que partieron como tales desde la fuente ssmica.

Tomografas Ssmicas de Pozo: Del griego tomos, seccin, y grphein, dibujar, consisten en tcnicas no convencionales de adquisicin que procuran el registro de pozo de las ms altas frecuencias posibles para una resolucin de mucho detalle. Esto puede hacerse con una tcnica pozo-superficie (tipo VSP Recorrido), o bien entre dos o ms pozos, con la fuente desplazndose dentro de uno de ellos y los receptores dentro del otro u otros. En cualquiera de los dos casos es determinante el distanciamiento fuente-receptores para poder obtener las altas frecuencias que se buscan, lo que significa pozos poco profundos si se emplea la tcnica pozo-superficie (mximo 1000 metros) o pozos cercanos entre s en la tcnica pozo-pozo (mximo 200 metros), aunque a mayores distancias tambin puede hacerse con resultados menos ptimos. Pero adems se requiere de una geologa favorable, con buenos contrastes de impedancia acstica entre las capas de inters, donde se realiza un procesamiento muy cuidado para maximizar la relacin seal/ruido y se emplea una modelizacin iterativa en base a otros datos de pozo.

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La figura siguiente ilustra la aplicacin de las tomografas ssmicas.

CUESTIONARIO BSICO - Qu tipos de registros se obtienen con el sonar lateral y con el de substrato? - Explicar brevemente los distintos tipos de herramientas acsticas de pozo y sus aplicaciones. - Qu pasos deben seguirse para obtener un sismograma sinttico? - Sealar los motivos por los que los tiempos integrados del acstico no coinciden con los que da la ssmica y explicar qu es la calibracin de un snico. - Por qu en una Prueba de Velocidad slo interesan los tiempos de primer arribo y en un VSP importa todo el tren de ondas? - Indicar las ventajas de un Perfil Ssmico Vertical convencional. - Qu variantes de un VSP permiten obtener ms de una traza apilada?, qu informacin til pueden brindar? - Para qu puede servir registrar ssmica durante la perforacin? - Para registrar ssmica de onda S, qu tipos de fuentes pueden emplearse y cmo se trabaja? - Comentar brevemente las tcnicas de tomografa ssmica de pozos. BIBLIOGRAFA - Bocaccio P. y otros, 1996. Apuntes de Ssmologa y Sismica (p. 67-71 y 102-108). Yac. Petrolferos Fiscales. - Sheriff, R., 1991. Encyclopedic Dictionary of Exploration Geophysics. Society of Exploration Geophysicists. - Sheriff, R., 1985. Geophysical Exploration and Interpretation. Society of Exploration Geophysicists. - Varios Autores, 1996. Ssmica de Pozo y Perfil Snico. Western Atlas. - Varios Autores, 1990. Ssmica de Pozo. Schlumberger.

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Sísmica de Pozo y Prospeccion Acustica

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