Petróleo en 3D

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La última tecnología en imagen sísmica permite realizar grandes
ecografías del subsuelo y obtener modelos virtuales de su composición.
Así se localizan hidrocarburos en lugares hasta ahora impensables,
como las profundidades del mar o zonas de geología compleja. Sólo
algunas empresas petroleras poseen las herramientas necesarias para
lograrlo, en un sector con un ritmo en investigación tan exigente que la
tecnología que hoy se desarrolla estará obsoleta en 2 años.
Se estima que las aguas profundas y ultraprofundas del golfo de México y del
presal brasileño contienen 100.000 millones de barriles de petróleo. Eso sí,
bajo miles de metros de agua y gruesas capas de sal. Cada pozo perforado en
estas áreas cuesta entre 175 y 200 millones de dólares. Por tanto, obtener las
mejores imágenes del subsuelo resulta clave para las empresas petroleras a la
hora de calibrar los riesgos. Así nació el proyecto Caleidoscopio, para
desarrollar técnicas avanzadas de procesado de estas imágenes sísmicas en
condiciones extremas.
Caleidoscopio: mirar al subsuelo con el Hubble
La exploración submarina y subsalina en busca de hidrocarburos es un reto
tecnológico y de ingeniería comparable a los desafíos de la industria
aeroespacial. Para explicarlo, Francisco Ortigosa, Director de Geofísica de
Repsol, hace una comparación entre la investigación astrofísica y la geofísica:
“el cielo es el mismo para todos. Pero uno puede acercarse al cielo con unos
prismáticos o aproximarse con el Hubble”. En la exploración geofísica ocurre lo
mismo,”la Tierra es igual para todos y depende de con qué herramientas te
aproximas para ver el subsuelo”.
Para afrontar este desafío, Repsol inició hace 4 años el proyecto
Caleidoscopio, centrado en desarrollar la última generación de algoritmos
matemáticos y los avances más recientes en supercomputación para obtener
imágenes sísmicas de alta resolución, “lo que nos permite ver en el subsuelo
en zonas donde antes no se podía”. Los resultados obtenidos permiten a la
compañía procesar los datos 15 veces más rápido que la competencia.
En el proyecto Caleidoscopio trabaja un equipo multidisciplinar de geofísicos,
geólogos, matemáticos y expertos en Sistemas de Información, y es el
resultado de la colaboración con empresas privadas como IBM y centros
públicos de investigación, como el Centro Nacional de Supercomputación, el
CSIC y la Universidad de Stanford (EEUU). Caleidoscopio ha sido reconocido
a nivel mundial como uno de los proyectos más innovadores en este campo y
las aplicaciones para la industria del petróleo son tecnología propiedad 100%
de Repsol.
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Grandes ecografías del interior de la Tierra
La exploración basada en la imagen sísmica se centra en obtener imágenes
tridimensionales de zonas superficiales de la corteza terrestre. Para explicarlo
Ortigosa acude de nuevo a una comparación: “Nosotros hacemos grandes
ecografías del interior de la tierra”. Para ello, unos barcos arrastran unos
sensores llamados hidrófonos que reciben ondas acústicas generadas por
grandes cañones de aire comprimido. Estas ondas sufren reflexiones y
refracciones al atravesar los diferentes estratos del subsuelo y sus tiempos de
trayecto son registrados. Esos datos se someten a un procesado informático
que, empleando complejos algoritmos matemáticos, reconstruye el perfil
geológico de esa capa de la corteza terrestre.
Las ecuaciones
matemáticas capaces
de procesar esta
información exigían
supercomputadores
con tal capacidad de
cálculo que se
pensaba que era
irrealizable
Pero, mientras que en medicina las ecografías se pueden procesar en tiempo
real, una campaña sísmica puede suponer entre 10 y 20 Terabytes de datos y
para su procesado es necesario un supercomputador como el que Repsol ha
construido en su centro de Houston (EEUU), que tiene una capacidad de
cálculo de 128 Teraflops (128 billones de operaciones por segundo),
equivalente a 10.000 Pcs.
Los algoritmos que se utilizan en imagen sísmica no son universales.
Dependen de las condiciones geológicas de cada lugar del mundo y
algoritmos válidos, por ejemplo, para la búsqueda de hidrocarburos en el Mar
del Norte no son útiles en el presal brasileño. Los expertos emplean años en
su estudio y se especializan en las variaciones que presentan en las distintas
zonas del planeta.
El proyecto Caleidoscopio surgió como respuesta a una dificultad añadida que
presentan las aguas del golfo de México: la presencia de gruesas capas de
sal, que absorben un alto porcentaje del campo de ondas emitido y hacen muy
complejo recomponer la imagen sísmica de estas zonas. Las ecuaciones
matemáticas capaces de procesar esa información exigían
supercomputadores con tal capacidad de cálculo que se pensaba que era
irrealizable.
“La gran innovación de Caleidoscopio”, explica Ortigosa, “ha sido investigar
simultáneamente tanto en hardware como software. En lugar de buscar
aproximaciones en los algoritmos decidimos procesar la imagen completa, sin
tomar atajos, para obtener imágenes de alta fidelidad del subsuelo. Y para eso
ha sido necesaria una investigación paralela en hardware”.
Realidad virtual para buscar petróleo
En el desarrollo de esta capacidad de supercomputación han tenido un papel
fundamental la empresa IBM y el centro nacional de supercomputación, el
Barcelona Supercomputing Center (BSC). Para Francesc Subirada, Director
Asociado de esta institución, se trata de ser capaces “de ver en un mundo
virtual lo que después consideramos que vamos a poder ver en el mundo real”.
Para realizar estos modelados virtuales es necesaria la computación de altas
prestaciones: supercomputadores formados por miles de procesadores que
trabajan en red y cuya capacidad de cálculo se multiplica porque se pueden
pedir ayuda unos a otros para realizar las operaciones. El BSC dispone de uno
de los supercomputadores más grandes de Europa, Mare Nostrum, y tener
acceso a esta máquina ha sido clave para el desarrollo del proyecto
Caleidoscopio.
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“El resto de la industria, que no tiene acceso a tales computadores, tiene que ir
probando lo que van construyendo con pequeños conjuntos de datos,”, afirma
Ortigosa. “Nosotros, en cambio, podemos procesar grandes volúmenes de
datos reales y ver con mucha rapidez la calidad de los algoritmos que estamos
generando”. La colaboración entre Repsol y el BSC se remonta al año 2007 y
ha sido recientemente ampliada con la creación de un centro de investigación
conjunto en Barcelona.
En este esfuerzo por reconstruir el subsuelo de manera virtual, los
investigadores de Caleidoscopio encontraron un aliado inesperado. Un chip
creado para una videoconsola, la Playstation 3, podía utilizarse en
aplicaciones de imagen sísmica. “Estos chips”, continúa Ortigosa,”están
pensados para modelizar fenómenos físicos y que parezcan reales. Para ello
tienen una capacidad de cómputo enorme”. Tras un complejo proceso de
reprogramación, se consiguió construir un superordenador basado en esos
chips en el centro de Repsol en Houston. Pero la investigación en este campo
avanza va tan rápido que hoy, solo tres años del hallazgo, ese
supercomputador ya estaba obsoleto y acaba de ser reemplazado por otro
más potente que trabaja con aceleradores de vídeo.
Para conseguir
modelados virtuales
del subsuelo con
mayor calidad se
necesitarían máquinas
un millón de veces
superiores a las
actuales
Supercomputadores del futuro
Con los conocimientos matemáticos actuales se podrían conseguir modelados
virtuales del subsuelo de mayor calidad, pero el tratamiento de la imagen
sísmica exige tal capacidad de supercomputación que para procesarlos “se
necesitarían máquinas un millón de veces superiores a las actuales”, resume
Francesc Subirada. Los progresos continuos en las tecnologías de la
información anticipan ese futuro y “en el año 2020 probablemente tendremos
supercomputadores que serán 10.000 veces Mare Nostrum”.
El reto está también en construir supercomputadores sostenibles. “Ahora
mismo se podría fabricar un ordenador de un Petaflop (mil billones de
operaciones por segundo) a partir de procesadores normales. El problema es
que, al lado, habría que hacer una central térmica para alimentarlo y, sobre
todo, para enfriarlo”, explica Ortigosa.
En una industria como la petrolera en el que un 25% de probabilidad de éxito
en las perforaciones se considera elevado, cualquier avance en este campo es
decisivo: “Un proyecto de imagen sísmica dura en la actualidad de 6 a 8
meses. Si consiguiéramos aumentar la supercomputación para hacerlo en
uno, el avance sería tremendo. Y ahí estamos” concluye Francisco Ortigosa.
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