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Geofísica de reservorioGeofísica de reservorio

• Sísmica de pozo

• Petrofísica a partir de AVOPetrofísica a partir de AVO

• Monitoreo, sísmica 4D

• Sísmica 4C, multicomponente, de ondas convertidas

• Anisotropía

Indicadores directos de hidrocarburo (DHI)Indicadores directos de hidrocarburo (DHI)

• Se definen a partir del hecho de que el reemplazo de agua por hidrocarburo (petróleo p g p (po gas) causa cambios en la impedancia acústica (disminuye la densidad y la velocidadacústica (disminuye la densidad y la velocidad de onda P)

l ó í• Ciertos rasgos de la sección sísmica son indicativos de esos cambios locales en la impedancia acústica, y se consideran «DHI»

DHI: punto brillante (bright spot)DHI: punto brillante (bright spot)

La amplitud de una reflexión aumenta localmente por la presencia de hidrocarburo reemplazando al agua, lo cual realza el contraste de impedancia acústica entre la pelita y la arena.No todos los puntos brillantes se deben a la presencia de hidrocarburo

No siempre la pelita tiene mayor impedancia acústica que la arenisca…

DHI: inversión de polaridad / cambio de faseDHI: inversión de polaridad / cambio de fase

Si la impedancia acústica de la pelita es intermedia entre la de la arena saturada en agua y el reservorio, se produce una inversión de polaridad(un contraste positivo de impedancia se convierte localmente en uno negativo)No todos los cambios de fase se deben a la presencia de hidrocarburo

DHI: punto oscuro (dim spot)DHI: punto oscuro (dim spot)

La amplitud de una reflexión disminuye localmente por la presencia de hidrocarburo reemplazando al agua, lo cual disminuye el contraste de impedancia acústica entre la pelita y la arena.No todos los puntos oscuros se deben a la presencia de hidrocarburo

Cambios laterales en la amplitud de ciertos reflectores:

Punto brillante

Cambio de fase

Punto oscuro

Hydrocarbon leg

Puntos brillantes: reflexiones de amplitud anómalamente alta. Suelen relacionarse con la presencia de hidrocarburoscon la presencia de hidrocarburos.También pueden ser generados por cambios laterales de litología/porosidad

• Etapa de «puntos brillantes» 1970‐1982• Etapa de «puntos brillantes», 1970‐1982

• A partir de 1982 comienza el auge del «AVO» (amplitude vs offset) es decir el estudio de la(amplitude vs offset), es decir, el estudio de la variación de amplitud con el ángulo de incidencia que debe cuantificarse antes delincidencia, que debe cuantificarse antes del apilado

S it d P ( i )Se emite onda P (compresiva).Cuando la incidencia de la onda sísmica no es normal, parte de la onda P original se refleja/refracta como onda de corte (S). Hablamos de onda S convertida.

Cuanto más resiste la roca al esfuerzo compresivo, más rápido se desplaza la ondaÍdem para el esfuerzo de cizallaÍdem para el esfuerzo de cizalla

Cambio en el grosor o estrechamiento/engrosamiento que acompaña al estiramiento/acortamiento, respectivamente

Rango usual entre 0 y 0,5. Valor típico para una roca consolidada: 0,25; para una roca clástica (porosa): 0,05

Los módulos elásticos son constantes que describen la relación deformación/esfuerzo para cada material

Con la

A mayor densidad, ¿menor velocidad?

Con la profundidad, los módulos elásticos aumentan más ¿menor velocidad?rápido que la densidad

La relación de velocidad de ondas P

Yilmaz 2001 (SEG)y S sólo depende del coeficiente de Poisson

La presencia de fluidos genera una disminución de Vp Pero cambiosdisminución de Vp. Pero cambios litológicos tienen el mismo efecto.

Como la presencia de fluidos tieneComo la presencia de fluidos tiene menos efecto en Vs, un cambio en Vp/Vs es más diagnóstico que la simple disminución de Vp.p p

Vp/Vs para areniscas 1,6‐1,75C li 1 85 1 95Calizas 1,85‐1,95Pelitas > 2

HidrocarburosHidrocarburos (especialmente gas) reducen Vp/Vs en un 10‐20%

¿De qué depende la cantidad de energía (amplitud) que se¿De qué depende la cantidad de energía (amplitud) que se refracta/refleja en cada modo (P o S)?

Ecuaciones de Zoeppritz (1919)

Coeficientes de reflexión (R) y transmisión (T) son función del ángulo de incidencia y dependen de contrastes de densidad ydependen de contrastes de densidad y velocidad de ondas P y S

rho densidadtheta ángulo de incidenciaalfa, beta velocidades de ondas P, S

Ecuaciones de Zoeppritz: aproximaciones

Se consigue expresar la amplitud de la reflexión en función del ángulo de incidencia

Tomemos por ejemplo la simplificación de Bortfeld:Tomemos por ejemplo la simplificación de Bortfeld:

R fl ió Término queReflexión con incidencia normal

(offset cero)

Término que depende de la velocidad de ondas Sondas S

Recordemos: el coeficiente de Poisson determina la relaciónPoisson determina la relación

Vp/Vs

Para cierta relación de densidades y Vp/Vs entre medios 1 y 2:

Esto es para un caso específico. Las relaciones

Si el reflector es muy profundo, el ángulo de

dp

de energía varían enormemente con diferentes situaciones

incidencia es siempre muy chico, estoy en el sector izquierdo de los gráficos L ió P S(propiedades de los

medios)

La mayor conversión P‐S ocurre más allá del ángulo crítico

• Determinar cuánta energía de onda P se• Determinar cuánta energía de onda P se convierte a S me da información sobre la constante de Poisson

• No emito ni registro ondas S, hay que diseñar d d ti l l ió AVOun modo de estimar la relación: AVO

• Alternativa: registrar ondas PS (convertidas) g ( )con geófonos multicomponentes

• Alternativa 2: generar ondas S y registrarlas• Alternativa 2: generar ondas S y registrarlas

La variación de amplitud con el offset (AVO) se observa en los CMP gather antes de realizar elCMP gather, antes de realizar el apilado

Cuanto más somero el reflector, más amplio el rango de offsets registradoel rango de offsets registrado

Para cada tiempo, se grafica la relación entre amplitud y offset. Para ese único punto del reflector, se obtiene una recta, con pendiente G y ordenada al origen P

¿Qué significa esa recta?Tomemos por ejemplo la simplificación de Shuey, con tres términos. Para ángulos menores a 30º el tercer término se puede despreciar, dando lugar la la:

Ecuación de Shuey de dos términos: donde

y H es un término que contiene las l

• El gradiente de AVO mide la variación de reflectividad con el offset; está

variaciones en Vp y Vs, y el

• El gradiente de AVO mide la variación de reflectividad con el offset; está directamente relacionado con cambios en el coeficiente de Poisson, que a su vez indican cambios en la saturación de fluidos de la roca.

• La intercepción de AVO es el coeficiente de reflexión para la incidencia normal Se puede usar para calcular la impedancia acústica que estánormal. Se puede usar para calcular la impedancia acústica, que está indirectamente relacionada con la porosidad del reservorio.

En función del ánguloEn función del ángulo de incidenciaEn función del offset

Clases de AVO

1: amplitud positiva, pendiente negativa

Difíciles de identificar porque la reflectividad disminuye naturalmente

con el offset debido a atenuación

2: amplitud pequeña, pendiente negativa

La más común y fácil de reconocer

3: amplitud negativa, pendiente negativa4: amplitud negativa, pendiente neutra

Castagna y Swan 1997

Ploteo de intercepción vs. gradiente

Atributos del AVO: parámetros calculados combinando de diversas maneras P y G (ej. P x G, P – G), cambio en coeficiente de Poisson reducido, reflectividad de corte, factorP x G, P G), cambio en coeficiente de Poisson reducido, reflectividad de corte, factor fluido

Cambio en coeficiente de Poisson reducido (scaled Poisson´s ratio change, SPRC)

A y B coeficientes de la simplificación deA y B coeficientes de la simplificación de Aki Richards

Se construyen secciones sísmicas ploteando el atributo de AVO, en lugar de la amplitud apilada

Atributos del AVO: factor fluidos

El factor fluidos representa la distanciarepresenta la distancia que separa a los puntos de interés, de la tendencia normalla tendencia normal

• Se transforma offset en sen2θ en cada CMP

• Se toma una reflexión en el CMP y se leen sus amplitudes máximasamplitudes máximas

• Se plotean las amplitudes contra sen2θ

• Se ajusta una línea y se lee pendiente e intersecciónintersección

• Se relacionan cambios en pendiente e i ió ( ib ) biintersección (y atributos) con cambios litológicos, haciendo modelos

El AVO y sus atributos se calculan para cada puntocalculan para cada punto de cada reflector.

Para interpretar elPara interpretar el conjunto, se pueden construir secciones sísmicas con cada parámetro.

Ej.: sección de gradiente

Sección de intercepción

Variante: realizar apilado sólo con ángulos cercanos, y g , ycomparar con el resultado de apilar sólo con ángulos lejanos.

Si hay AVO, los resultados serán disímiles.




• Sísmica 4C, multicomponente, de ondas idconvertidas

• Anisotropíap


Geófonos triaxialesGeófonos triaxiales

• La onda P involucra desplazamiento en la• La onda P involucra desplazamiento en la dirección de propagación, y es registrada predominantemente por los geófonos

lverticales

• La onda S desplaza las partículas en laLa onda S desplaza las partículas en la dirección normal a la de propagación, y es registrada predominantemente por los geófonos horizontaleslos geófonos horizontales

• Las ondas S convertidas se polarizan en pel plano que contiene a la dirección de propagación

“Ocean bottom seismic” (OBS)C bl d f d á i d i t d S

crossline

Cable de fondo oceánico para poder registrar ondas S3 geófonos ortogonales, y un hidrófono para registrar la onda compresiva (4 componentes)La onda P se obtiene sumando la respuesta calibradaLa onda P se obtiene sumando la respuesta calibrada de hidrófono y geófono vertical inline

Particularidades del procesamiento de ondas S convertidas:p

• La reflexión no es simétrica: el CMP se convierte en CCP, corrección por NMO más compleja.

• Diferencia en geometría y condiciones de fuente y receptores: corrección estática diferentecorrección estática diferente.

• La señal llega particionada en componentes polarizadas• La señal llega particionada en componentes polarizadas ortogonalmente: hace falta llevar a un sistema de coordenadas único y recomponer.coordenadas único y recomponer.

A diferencia de las ondas P, los puntos de reflexión de las ondas PS no coinciden con el punto medio.

Se deben separar gathers con «punto de conversión común» (CCP)

El CCP se acerca al CMP a medida que aumenta la profundidad del reflector

La posición del CCP depende de la profundidad, y de la

relación de velocidades ɑ /β

Las ondas P y S generadas en un punto del reflector pse reciben en receptores distintos

Cada receptor recibe ondas P y S que provienen de y q ppuntos distintos del reflector

Al considerar la trayectoria de rayos para calcular tiempo de viaje, debemos tener en cuenta que parte del recorrido se realiza con una velocidad Vp, y la otra con l d d d fvelocidad diferente Vs

El moveout no será hiperbólico!!L ió t i di i t it ti tLa corrección por moveout requiere un procedimiento iterativo por sectores

Las componentes horizontales muestran eventos con move‐out más pronunciado que la vertical, porque las ondas S viajan a menor velocidad que las P

• Determinar ondas PS a partir de sísmica triaxialDeterminar ondas PS a partir de sísmica triaxial permite detectar contrastes que no son detectables en las ondas P (ej el techo del reservorio)en las ondas P (ej. el techo del reservorio).

• Las ondas PS son capaces de iluminar zonas debajo de plumas de gas domos salinos o basaltos a lasde plumas de gas, domos salinos o basaltos, a las cuales las ondas P no llegan por producirse reflexiones post críticasreflexiones post‐críticas

Contraste tentre

reservorio y postreservorio, bien marcado

Contraste entre agua e hidrocarburo

bien marcado por la onda S

en los poros, bien marcado por la onda P

La sección PS no reemplaza a la PP, sino que la complementacomplementa

Sección PP: se ve el contacto agua‐hidrocarburo

Sección PS: se ven el h l b d ltecho y la base del

reservorio

Modelo de velocidades en offshore de Irlanda

Rocas sedimentarias con cierto grado de compactación (velocidades altas y estructura)

Cambios en Vp/Vs indicarían cambios en

d d dporosidad o presencia de gas

Shillington et al. 2008gGeophysical Prospecting

Todas las fuentes sísmicas generan ondas S además de ondas P. Para estudiar ondas S es necesario aumentar su energía y producir un campo con g y p ppolarización conocida. Esto se consigue aplicando el impulso horizontalmente.

Los receptores son los mismos que se utilizan para registrar ondas S convertidas.

El estudio de ondas S tiene aplicación en sísmica somera, porque estas tienen resolución mayor que las ondas P (menor velocidad y frecuencia similar).

VSP registrado con geometría crosshole, geófonos multicomponentes y fuente de ondas P+S





• Anisotropíap


¿Un medio o varios?Hablemos sobre resolución

i í l i í l i l ( i l i )Anisotropía polar, o isotropía transversal vertical (vertical transverse isotropy, VTI), o isotropía transversal (a secas) inducida por la estratificación.

Si l j d i t í tá b l d t l i t í d i i t íSi el eje de simetría está basculado, entonces la anisotropía se denomina isotropía transversal basculada (tilted transverse isotropy, TTI)

Homogéneo Heterogéneo

Anisótropo

Isótropo

Promedio de Backus: se puede usar para modelar un medio finamente estratificado, como un medio único homogéneo, anisótropo.Para eso el espesor de las capas debe ser por lo menos 10 veces menor que la longitud de onda sísmica

La anisotropía es causada por el alineamiento de heterogeneidades sub‐sísmicas

La anisotropía generada por combinar dos capas con propiedades diferentes (se indica el cuadrado de la velocidad). Se grafica la lentitud de la onda para distintas direcciones. ) g p

Para ángulos de incidencia bajos, el frente de la onda P es esférico: el efecto de la anisotropía transversal puede despreciarse en los estudios sísmicos convencionales.

Sin embargo, el efecto es relevante para:‐ estudios sísmicos de gran apertura‐ cuando se usan velocidades determinadas con ondas que viajan transversalmente (ej. refracción)‐ cuando se usan velocidades determinadas de trayectoria vertical, para correcciones a aplicarse en otras direcciones (ej. migración)‐ cuando se calculan parámetros que dependen del offset y por lo tanto de la orientación de la trayectoria (ej. AVO)

Trayectoria del rayo: SP(pasa por el punto en que la

Trayectoria del frente de onda: TP

elipse es tangente al frente de onda)

(perpendicular a la tangente a todas las elipses)

Por el carácter anisótropo del medio, los frentes de onda no son semicírculos, sino elipses. Como consecuencia, la trayectoria de offset cero no coincide con la trayectoriaelipses. Como consecuencia, la trayectoria de offset cero no coincide con la trayectoria de incidencia normal al reflector

Matriz de constantes elásticas de un medio anisótropo:de un medio anisótropo:

Para un medio isótropo, el número de constantes elásticas independientes se reduce a dos (constantes de Lamé):

El caso isótropo no es más que un caso particular en el que el número de variables independientes se reduceindependientes se reduce.El caso general (anisótropo) requiere un tratamiento matemático mucho más complejo.

Move out para un medio

Por ejemplo:

Move out para isotropía en velocidad

Move out para un medio anisótropo

Donde:

El sistema tiene varias incógnitas, incluyendo las velocidades paralela (α0) y transversal (αh) al eje de simetría,y transversal (αh) al eje de simetría, parámetros que describen a la anisotropía (ε y δ), y hasta la velocidad de ondas S!

Efectos de la anisotropía en las ondas P: move‐out no es hiperbólico

Al aplicar la fórmula de move out

Offset (km)

Al aplicar la fórmula de move out clásica, se produce un efecto “palo de hockey” en offsets altos

Los offsets altos están sobrecorregidos por move out

)Tiem

po (s)

T

Si en la fórmula completa anterior, se desprecia el efecto de la velocidad de ondas S, se puede obtener:

Con un nuevo parámetro eta:Con un nuevo parámetro eta:

Esto nos deja la fórmula conocida de move out, con el agregado de un tercer término que considera la anisotropía Este término es más importante con offsetstérmino que considera la anisotropía. Este término es más importante con offsets altos.

1) Realizar análisis hiperbólico usando los offsets cercanos; corregir por el moveout obtenido

2) A partir del apartamiento observado en los offsets alejados, ajustar un valor de eta y corregir con la fórmula completa los offsets lejanos

Debido a que las velocidades son diferentes en las distintas direcciones, los th t fl i d id l i t igathers no se construyen con reflexiones producidas en el mismo punto, sino

que hay una dispersión de puntos de reflexión.

Efecto de la anisotropía en las ondas P: no hay ajuste con los datos de pozo

La velocidad medida en el pozo es la velocidad vertical, que es más lenta que la velocidad de NMO (influida por eta)

La conversión tiempo‐profundidad usando NMO va d f d d da dar profundidades

demasiado grandes

Sección sísmica migrada considerando velocidad isótropa. La reflexión amarilla no coincide con el estrato que se interpreta como fuente (a profundidad marcada en celeste).

Si la migración considera anisotropía en la velocidad, se consigue un ajuste perfecto entre la profundidad del reflector, y la reflexión observada en la traza sísmica.

Precaución:migrar sin tener en cuenta anisotropía, puede dar mejores resultados que migrar utilizando parámetros de anisotropía incorrectos.

• Al considerar la anisotropía, resultan más complejos los cálculos de NMO, DMO

• NMO no es hiperbólicoNMO no es hiperbólico

• En lugar de CRP hay una dispersión de puntos de reflexión. Se complica el procedimiento de migración

• También se modifica el análisis de AVO

HTI, isotropía transversal horizontal, o anisotropía acimutal, inducida por fracturación.Información sobre HTI es muy importante para caracterizar un

ireservorio, y para explotarlo.

A la profundidad de los reservorios, el mayor esfuerzo compresivo es la presión de carga, y el menor es horizontal. Por lo tanto las fracturas se alinean verticalmente (Crampin 1987 teoría de la anisotropía dilatacional extensiva)(Crampin, 1987, teoría de la anisotropía dilatacional extensiva).

Birrefringencia de la onda de cizalla

El efecto de anisotropía acimutal será particularmente visible en las ondas S, ya que estas actúan en dirección perpendicular al movimiento y polarizadas en un plano.L i í l i ió d l d d i jLa anisotropía provoca la partición de la onda en dos componentes que viajan a distinta velocidad.

Importante aplicación del estudio de las ondas S:p pAdemás de brindar información sobre el coeficiente de Poisson, permite caracterizar la anisotropía acimutal de las rocas del reservorio

Útil incluso desde el punto de vista ingenieril (para conseguir pozos más estables y mejor drenados)

AVAZ: “amplitude vs angle and azimuth”, una medida de la variación en el gradiente del AVO de ondas P con el rumbo, indicativo de anisotropía acimutal.El pozo (en blanco) atraviesa rocas fracturadas con rumbo NNE‐SSO.

Tiwari et al. 2010

• La anisotropía suele ser ignorada porque las ondas P con bajo offset no son sensibles a ella.

• Por otro lado, las ondas S representan un modo altamente f d d l í l lefectivo de determinar la anisotropía, particularmente la acimutal.

• Aún trabajando sólo con ondas P, es importante tener en cuenta que si existe anisotropía afectará la interpretacióncuenta que, si existe anisotropía, afectará la interpretación.

• Podemos considerar a la anisotropía como un factor• Podemos considerar a la anisotropía como un factor complicante que produce efectos no deseados, o bien como una fuente de información adicional.f f

• Arenas y areniscas: isótropas a poco anisótropas, excepto arenas arcillosasp p

• Carbonatos: isótropos a poco anisótropos, excepto mudstonesexcepto mudstones.

• Lutitas: desde 5 a 55% de anisotropía

Wang, 2001





• Anisotropíap


• Hasta ahora caracterizamos al reservorio, con inversión estructural y estratigráficay g

• También se puede monitorear su evolución en el tiempo en lo que se llama sísmica 4Del tiempo, en lo que se llama sísmica 4D (repetir la misma sísmica a lo largo del

) l ó l btiempo), con especial atención a los cambios en propiedades petrofísicas, saturación de fluidos, etc.

Aumenta el contraste de impedancia entre las pelitas del techo y las arenas reservorio, que están más saturadas en agua debido a la producción

Prospección GeofísicaProspección Geofísica…

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‐ Geofísica Ambiental: magnetismo de rocas y ASM aplicados a estudios de contaminación y paleoclima; métodos magnéticos, geoeléctricos, electromagnéticos y GPR aplicados a contaminación cañerías detección deelectromagnéticos y GPR aplicados a contaminación, cañerías, detección de estructuras ingenieriles.

Paleomagnetismo: las propiedades magnéticas de las rocas Remanencia‐ Paleomagnetismo: las propiedades magnéticas de las rocas. Remanencia magnética, técnicas para su estudio y aplicaciones geológicas (paleorreconstrucciones, uso como marcador tectónico,

fí d ó l é )magnetoestratigrafía, datación paleomagnética).

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