Adquisición Marina Mas segura, Menos ruidosa, Mejor!!!!! By Jo Firth, CGGVERITAS

Más Segura

Seguridad industrial y proteccion del medio ambiente son dos aspectos claves en el sector de la sísmica. Se necesitan políticas de HSE (Health, Safety and the Environment) muy estrictas que permitan realizar adquisiciones sísmicas seguras en ambientes difíciles y al mismo tiempo proteger y preservar ecosistemas muy delicados como el Ártico por ejemplo. El desarrollo de cables sísmicos sólidos ha sido un avance muy importante en este sentido, este tipo de cables son reconocidos por su bajo impacto en el medio ambiente y por ser los más resistentes de la industria a los daños físicos. Los cables son rellenados con una espuma de polímeros que NO tienen pérdidas y han sido probados en áreas de frontera tales como el Ártico. La otra novedad revolucionaria en los sistemas de registración marina ha sido el desarrollo de los nuevos controladores de cables tal es el caso del sistema Sercel Nautilus®, el cual no solo permite al operador estabilizar los cables en profundidad sino también corregir cambios laterales producidos por corrientes y además proveer una precisa información de su posicionamiento. Los cables direccionados son imprescindibles para programas

4D porque permiten posicionar los receptores en las mismas ubicaciones que en una adquisición previa. En lo referido a medio ambiente un aspecto destacable es que Nautilus® toma la corriente eléctrica del mismo cable sísmico, lo cual elimina la necesidad de enviar, almacenar y descartar baterías de litio, esto reduce considerablemente el número de operaciones de un bote de mantenimiento y como consecuencia el sistema es más seguro que otros existentes en el medio. Estos cables direccionados también permiten realizar operaciones más seguras cuando hay instalaciones en áreas de trabajo (caso plataformas). Debido a que el control de cables de gran longitud es facilitado por este mismo tipo de sistemas, se posibilita así el uso de tendidos más largos y más densos. Como es sabido, el arrastrar mayor cantidad de cables implica incrementar la eficiencia y/o la densidad de la adquisición sísmica, esto mismo minimiza la exposición a accidentes o daños al medio ambiente debido a la reducción en los tiempos de ejecución de un proyecto. Alta capacidad y bajo impacto al medio ambiente Una nueva generación de barcos llamada X-BOW® ha sido lanzada al mercado recientemente; el más grande y poderoso de ellos en la industria hasta hoy es el Oceanic Vega, (ver fig. 1).

Fig. 1 El Oceanic Vega es el barco de mayor potencia en la industria y uno de los más amigables con el medio ambiente

Este barco ha sido botado en Julio pasado y se ha diseñado para arrastrar 20 cables sólidos de 8 Km de longitud con el sistema de control Nautilus® 3-en-1. Adicionalmente ha sido certificado para trabajar en el hielo, esto combinado con la calificación de

“VERDE” significa que puede operar en cualquier zona del mundo incluyendo aquellos ambientes altamente sensibles. Los asi llamados Ulstein XBOW®s tienen características que los convierten en líderes debido al mínimo o casi nulo impacto que 1

causan al medio ambiente, esto incluye motores compatibles con combustibles de baja emisión y su pasaporte “VERDE” (Significa rastrear materiales y químicos en el barco “desde la cuna a la tumba”). El título de DNV-CLEAN indica que estos barcos son de los de menor impacto sonoro de los que se encuentran a flote; cuentan con doble casco, motores electrodiesel de baja emisión, un avanzado sistema purificador del agua acumulado en la sentina, incineradores de residuos, sistema de recolección de combustible en caso de que un tanque rebalse y bandejas para prevenir pérdidas del mismo, etc.

Como hemos dicho anteriormente los datos wide-azimuth posibilitan una significativa mejora en la atenuación de ruido y eliminación de múltiples como así también una mejora en la imagen de objetivos debajo de estructuras complejas tales como objetivos sub-salinos o ubicados debajo de basalto. Una adquisición wide-azimuth tiene la ventaja adicional de poder aplicar verdaderos algoritmos 3D durante la secuencia de procesamiento permitiendo obtener el verdadero valor de los datos y preservando la información acimutal para subsecuentes análisis de atributos.

El Oceanic Vega ha sido integrado con propulsión eléctrica lo que permite un control suave de velocidad durante la adquisición sísmica de tal manera que el casco, timón y los propulsores son optimizados para que las operaciones de arrastre del cable se realicen a una velocidad de entre 4.5 y 5.0 nudos. Esto implica una reducción del ruido, como asimismo del consumo de combustible y baja emisión de CO2; mientras continúa el requerimiento de una alta capacidad de tiro a punto fijo necesaria cuando se arrastran grandes tendidos. Este barco tiene redundancia total en la propulsión dado que cada uno de los dos propulsores es controlado por dos motores eléctricos de velocidad variable independientes, los cuales a su vez son alimentados por cuatro generadores. Su diseño revolucionario reduce el cabeceo del barco lo que implica que también reduce las variaciones de velocidad lo que disminuye la turbulencia en la zona de la estela, todo lo cual implica una adquisición de datos sísmicos más limpia o sea con menor nivel de ruido. Adicionalmente su gran capacidad de almacenaje de combustible y su capacidad de reabastecimiento en el mar permiten que el barco permanezca en producción por largos periodos sin detenerse.

El Vanquish y el Oceanic Vega utilizan tendidos de 12 cables de 8 Km de longitud con una separación de 100 m entre si y un barco está separado del otro por unos 1200 m, de esta manera forman uno de los arreglos areales más grandes nunca desplegado anteriormente (ver fig. 2). La geometría de este tipo de tendidos permite registrar de manera muy eficiente un amplio rango de acimuts. Por otra parte los sistemas Nautilus® son utilizados para controlar cables con “offsets” tan largos como los mencionados manteniendo la separación requerida entre los mismos, esto ayuda a mejorar la productividad permitiendo giros más cortos cuando se cambia de línea de navegación y además se evitan enredos. Nautilus® ha sido clasificado por un observador independiente como el “mejor en su clase” cuando el mismo fue utilizado en aguas de Gabon, con corrientes muy fuertes, salinidad variable y aguas someras. El sistema Nautilus® alcanza una precisión excepcional en modo automático debido a sus largas aletas y su sistema de red acústica total entre todos los nodos (posicionamiento) de los cables.

Calidad y Eficiencia Las dimensiones, densidad y complejidad de los actuales relevamientos 3D requieren de una alta eficiencia a fin de lograr acortar el ciclo de exploración en un determinado bloque. En este momento el Oceanic Vega está junto al Vanquish en el Golfo de Mexico adquiriendo para Pemex el 3D wide Azimuth (WAZ) más grande de Latino América y uno de los más grandes del mundo. Este proyecto es una extensión de un programa de 3 años de adquisición y procesamiento que totaliza unos 75,000 km2 de datos sísmicos en aguas Profundas Mexicanas del Golfo de México, del cual el Alizé ya ha completado la primera parte.

Los datos wide-azimuth proveen mejores imágenes de objetivos complejos. Esto se logra con mejor muestreo espacial del campo de onda, mejor iluminación de estructuras complejas y a su vez una mejor atenuación de ruido y de múltiples debido a una mejor cobertura de “offsets” y acimuts. Las adquisiciones convencionales de datos marinos de narrow-azimuth proveen un muestreo denso, pero de una muy limitada apertura del campo de onda. Esto significa que la imagen del subsuelo es influenciada por la dirección de disparo y como consecuencia de esto se obtendrán diferentes imágenes de una estructura según se registre en dirección del buzamiento o del rumbo. Con adquisiciones wide-azimuth esas dos imágenes y las de todos los otros azimuts se combinan para dar una imagen completa. Adicionalmente, un análisis acimutal de las variaciones de la respuesta sísmica brinda información de la orientación de fracturas y permite construir un mejor modelo de anisotropía TTI (Transverse Tilted Isotropy).

Fig. 2 La geometría de adquisición wide-azimuth que está siendo usada actualmente por el Oceanic Vega y el Vanquish forma uno de los arreglos más grandes nunca antes desplegado.

La exitosa implementación de Nautilus® en el Alizé incrementó los niveles de producción dramáticamente en la primera fase cubriendo más de 12.000 km2 de un gran programa sísmico de 3D adquirido para Pemex en el Golfo de México. La capacidad de dirigir los cables y mantener la forma del tendido así como su profundidad (ver fig. 3) ayuda a reducir la cantidad de “infill”. Ésto combinado al hecho de realizar vueltas más rápidas ha 2

incrementado la productividad significativamente y a pesar de las severas condiciones del clima, el Alizé alcanzó una producción diaria record de 117 km2. La utilización de Nautilus® para mantener la separación entre cables a lo largo de todo el tendido evitó la existencia de zonas sin cobertura en los “offsets” lejanos debido a desviación diferencial de dichos cables. Esto tuvo un impacto directo en la reducción del tiempo de ejecución y por lo tanto de la exposición a accidentes y “stand by” por razones climáticas.

Figure 4 (a) Imagen de un cable sólido. El diámetro de la funda de fibra reforzada es menor que el diámetro interno del hidrófono el cual provee una aislación del hidrófono respecto del cable de tensión de carga. Se colocan materiales de amortiguamiento acústico y vibración entre el hidrófono y la funda reforzada.

Fig. 3 Nautilus® de Sercel en acción en el Alizé manteniendo una separación constante entre cables a fin de incrementar la eficiencia y la calidad de los datos.

Menos Ruidosa

La combinación de Nautilus® con los cables sólidos Sentinel® componen el sistema de adquisición con menor nivel de ruido disponible al día de hoy. Esta característica implica incrementar la relación señal/ruido tal que señales débiles de eventos muy profundos pueden ser detectados. Sentinel® ha sido diseñado específicamente para reducir el ruido (Dowle 2006), en particular el ruido del mar. Éste, es el único cable realmente sólido debido a que está construido con una espuma de polímeros extruida la cual reemplaza al líquido ó gel presente en otros cables. Debido a esto, inhibe la transmisión del ruido de distintos tipos de onda que se propagan a lo largo de un cable con líquido, tales como las “bulge waves” u ondas causadas por el desplazamiento del fluido (kerosene) dentro de las secciones del cable. Solamente en Sentinel®, los hidrófonos son cilíndricos y flexibles y los elementos sensores están aislados del cable central de tensión lo cual minimiza el ruido de vibración (ver fig. 4). En los cables con fluido o gel el hidrófono está acoplado al cable de tensión y por lo tanto sujeto al ruido producido por las vibraciones de éste. Tal como se muestra en la figura 5 Sentinel® es menos ruidoso que los cables con fluido o gel. Sumado a esto los cables sólidos tienen una densidad y flotabilidad uniforme lo que se traduce en una profundidad más estable. El mayor beneficio de esto es que el excepcional bajo nivel de ruido permite registraciones en ventanas de tiempo mayores y su diseño de alta fiabilidad implica pocos tiempos de parada o “stand by”, en consecuencia una mayor eficiencia.

(b) Imagen del hidrófono cilíndrico ensamblado el cual está ubicado entre la funda de fibra-reforzada y la funda de afuera. Este contiene 32 elementos piezoeléctricos por grupo para la cancelación de ruido.

Fig. 5 Gráfico de ruido de un cable sólido Sentinel® comparado con un cable relleno de gel, ambos sometidos simultáneamente a una prueba de vibración en un tanque. El nivel de ruido del cable sólido está 20dBpor debajo del ruido del cable relleno con gel.

Nautilus® combina el posicionamiento acústico, el control de profundidad y el direccionamiento en una sola unidad. Además se instalan muy pocos sistemas en los cables, esto también es una variable que reduce el ruido generado por los equipos auxiliares. Así entonces no se incrementa el ruido cuando los cables son direccionados verticalmente u horizontalmente. 3

En concordancia con lo anterior los nuevos barcos tienen importantes sistemas de procesamiento a bordo lo que posibilita el uso de avanzados algoritmos de procesamiento. Esto significa que es posible probar en tiempo real rutinas de atenuación de ruido y evaluar la calidad de los datos registrados aún en condiciones climáticas severas. Los últimos filtros de predicción y proyección de ruido en el dominio F-X pueden atenuar fuertes ruidos de olas sin dañar la señal, permitiendo además recuperar buenos datos de aquellas líneas que normalmente podrían ser consideradas no utilizables. Esto es importante para la rápida toma de decisiones en la aceptación de datos y puede permitir que la adquisición continúe en condiciones que de otra manera se pensaría como demasiado severas.

Mejor

El sistema electrónico Seal Sentinel® puede registrar señales de 2Hz, esto provee una o dos octavas adicionales en el extremo de bajas frecuencias del espectro amplitud. Esta alta fidelidad de bajas frecuencias permite obtener imágenes de objetivos por debajo de estructuras complejas y profundas, como así también provee una mayor estabilidad en la inversión de trazas sísmicas y de esta manera una mejor caracterización de un reservorio. En otros casos las bajas frecuencias también se requieren para iluminar objetivos por debajo de cuerpos complejos que causan dispersion y/o absorción de la energía. La figura 6 muestra un buen ejemplo de bajas frecuencias correctamente posicionadas por un avanzado algoritmo de migración como lo es RTM (Reverse Time Migration).

Fig. 6 El descubrimiento de Tupi en Brasil es un ejemplo de la importancia de las bajas frecuencias correctamente manejadas por Reverse Time Migration, el cual produce imágenes de alta precisión que han permitido a la industria desarrollar exitosos proyectos de exploración. Datos cortesía de la libraría de CGGVeritas

Estas imágenes tan precisas han posibilitado a la industria exitosos desarrollos de exploración y el logro de excelentes descubrimientos. Como es sabido anchos de banda mayores producen ondículas más agudas, es decir para lograr una imagen de alta resolución de importantes rasgos someros tales como cuerpos delgados o trampas pequeñas se requiere tanto de bajas como altas frecuencias. El arrastrar cables a mayor profundidad reduce el ruido del medio ambiente en los datos sísmicos y por lo tanto mejora la adquisición de bajas frecuencias, sin embargo, la

reflexión llamada “fantasma” (Reflexión negativa producida por la interface aire-agua) crea un “notch” en el espectro de frecuencia que depende de la profundidad del cable (ver fig. 7). Éste se produce a menor frecuencia cuanto más profundo esta el cable y como el cable sólido es menos ruidoso, el mismo puede ser colocado a profundidades menores lo que permite registrar frecuencias más altas sin sufrir el ruido de baja frecuencia, ésto combinado con un excepcional sistema de filtros analógicos de baja frecuencia implica que Seal Sentinel® puede proveer un rango de frecuencias más ancho aún cuando se utilice de modo convencional.

4

10,00 5,00 0,00

Amplitude (dB)

-5,00

0

20

40

60

80

100

120

140

Frequency (Hz)

-10,00 -15,00 -20,00 -25,00 -30,00 -35,00 -40,00

“Notches” producidos por diferentes profundidades de cable 7.5

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Fig. 7 Notches en el espectro de amplitud causados por la señal fantasma generada a distintas profundidades del cable durante lidera un diseño de TM alta calidad de la información de un elevamiento. Este problema ha sido solucionado con BroadSeis

Recientemente CGGVeritas ha lanzado al mercado la última tecnología en banda ancha llamada BroadSeisTM, la cual posibilita la registración de datos con hasta seis octavas de ancho de banda proveyendo de esta manera imágenes espectaculares del subsuelo. La llamada solución BroadSeisTM es una nueva combinación de tres elementos; cables sólidos, una novedosa configuración de dichos cables y una nueva tecnología de procesamiento de atenuación de señales “fantasmas” propiedad de esta empresa (Soubaras 2010). Esta tecnología utiliza una profundidad variable de los cables con el fin de crear una diversidad de “notches” a fin de lograr un espectro de banda ancha tomando ventaja de la respuesta a las bajas frecuencias y

del bajo nivel de ruido de los cables sólidos. Como resultado de esto, éste método crea una excepcional ondícula limpia y aguda para su interpretación. Este método puede ser ajustado a diferentes profundidades de agua, diferentes profundidades de objetivos y a un espectro deseado. BroadSeisTM ha sido probado para diferentes objetivos geológicos, incluyendo márgenes continentales pasivos profundos, objetivos sub-salinos y anomalías de AVO someras. El mismo muestra ser ideal para todos los reservorios. Frecuencias típicas obtenidas con BroadseisTM son de 2.5 Hz y datos recientemente obtenidos en el Oeste de África contienen señal entre 2.5 and 150 Hz, lo que implica casi 6 octavas (ver fig. 8 a y b).

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Fig. 8

Datos cortesía de Total, Republica de Gabon TM BroadSeis provee un ancho de banda excepcional y por lo tanto imágenes extraordinarias. En un proyecto reciente del Oeste de Africa, un rango de frecuencias de 2.5 – 150Hz, (casi seis octavas) fue exitosamente alcanzado. (a) datos (b) espectro de amplitud

La industria sísmica constantemente lucha por desarrollar nuevas técnicas para mejorar la calidad y la eficiencia de la adquisición sísmica marina a fin de reducir los efectos nocivos al medio ambiente y permitir un desarrollo sustentable. La introducción de este tipo de equipamiento y de barcos que no impactan al medio ambiente, políticas de cero derrame, arranque gradual de las fuentes y los sistemas de Monitoreo Acústico Pasivo (PAM) para detectar y evitar mamíferos marinos, habilitan la exploración en zonas de frontera sin la preocupación de perturbar aquellos ecosistemas frágiles. Esta nueva tecnología está diseñada para adquirir datos con menor nivel de ruido y los nuevos algoritmos de procesamiento permiten una mejor atenuación encaso que alguno quedara remanente.

Varias técnicas de adquisición y preservación de banda ancha han sido desarrolladas en la industria a fin de proveer imágenes más claras para permitir mejor conocimiento del subsuelo. Con estos desarrollos, la adquisición de sísmica marina se ha vuelto más segura, menos ruidosa y por lo tanto mejor. Referencias: Soubaras, R., 2010, Deghosting by joint deconvolution of a migration and a mirror migration: 80 th Annual Meeting, SEG, Expanded Abstracts, 3406 – 3410. Dowle, R., 2006, Solid streamer noise reduction principles: SEG Expanded Abstracts 25, 85-89

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