TECNOLOGÍA DE SENSORES REMOTOS EN LA EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN DE HIDROCARBUROS Perfil de las Compañías SpecTIR, DATUM, ALTAIR Teledetección – Principios Básicos Tecnología Sensores Remotos AGENDA Casos de Estudio 2 PERFIL COMPAÑÍAS Es una empresa 100% Colombiana conformada por un grupo de profesionales altamente calificados en Sistemas de Información Geográfica, Sistemas de Medición, Sensores Remotos y Meteorología, que al integrarse nos permite ofrecer servicios y soluciones geoespaciales de la más alta calidad y adaptados a las necesidades de cada cliente. Ofrece soluciones hiperespectrales y geoespaciales, contando con los más altos estándar de calidad y rapidez. Nuestro servicio esta dirigido a la adquisición, procesamiento , análisis e interpretación de imágenes hiperespectrales, vuelos regionales con diferentes resoluciones, mapeo altamente preciso, espacial y espectral, plataforma de visualización de datos, exportación de datos a cualquier SIG para mapeo en 3D. Solución Geoespacial Es una consultora especializada en la evaluación e integración de tecnologías en el sector de hidrocarburos aguas arriba (Upstream) en proyectos. Ofrecemos una amplia gama de servicios de geociencias en las áreas de Geología, Geofísica, Caracterización de Yacimientos a escala de cuenca, sistemas petrolíferos, plays y prospectos hasta la evaluación y el desarrollo del campo. 3 TELEDETECCIÓN – PRINCIPIOS BÁSICOS Los Sensores Remotos proporcionan información completa sobre la superficie de la tierra y nos permite respaldar la vida de un proyecto. 4 SENSORES REMOTOS – PRINCIPIOS BÁSICOS SENSORES REMOTOS O TELEDETECCIÓN PLATAFORMAS Es definida como la ciencia de: OBTENER PROCESAR INTERPRETAR imágenes y datos relacionados, obtenidos desde un sátelite, avión o drone, que detectan y graban la interacción entre la materia y radiación electromagnetica Propiedades Física Longitud de Onda 5 ELEMENTOS Y PROCESOS SENSORES REMOTOS Fuente de energía o iluminación (A) Radiación y la atmósfera (B) INTERACCIÓN ENERGÍA ELECTROMÁGNETICA EN LA SUPERFICIE Registro de energía por el sensor (D) Transmisión, recepción y tratamiento (E) DISPERSIÓN ABSORCIÓN Interpretación y análisis (F) Interacción con el objeto (C) Aplicación (G) REFLEXIÓN EMISIÓN FUENTE: Canadian Centre for Remote Sensing, Fundamentals of Remote Sensing PASIVO: La fuente de energía es el sol (λ 0.4 - 5µm) o la tierra/atmósfera (λ 3µm – 3 cm) ACTIVO: La fuente de energía es parte del sistema del sensor remoto: Radar (λ mm - m) LiDAR (λ UV, Visible, Infrarojo cercano) ABSORCIÓN TRANSMISIÓN 6 ESPECTRO ELECTROMAGNETICO Visible (VIS) 0.4 – 0.7 µm Infrarojo cercano (NIR) 0.7 – 1.3 µm Infrarojo onda corta (SWIR) 1.3 – 8 µm Infrarojo termico (8-14 µm) 7 CARACTERÍSTICAS DE LAS IMAGENES - RESOLUCIÓN PÍXEL: es la unidad más pequeña de una imagen digital. RESOLUCIÓN ESPACIAL: corresponde al tamaño de los pixeles que componen la imagen obtenida. IKONOS ASTER LANDSAT-7 Pixeles 1 x 1 m Pixeles 15 x 15 m Pixeles 30 x 30 m RESOLUCIÓN RADIOMÉTRICA: capacidad de discriminar ligeramente las diferencias en la energía. 1 bit 2 bit 3 bit 8 bit 8 CARACTERÍSTICAS DE LAS IMAGENES - RESOLUCIÓN RESOLUCIÓN ESPECTRAL: La capacidad del sensor de separar el espectro electromagnético en pequeños intervalos (bandas) , mientras más estrecho es el rango de longitud de onda para una banda, obtendremos más detalles de información. Imagen en una Longitud de Onda Refletancia Dimension Espacial Espectro para un pixel Longitud de Onda Dimension Espacial VIS VNIR SWIR DETECTAR CLASIFICAR DISCRIMINAR IDENTIFICAR CARACTERIZAR CUANTIFICAR FUENTE: NASA, 2007 9 Recientemente, con el avance de la tecnología, la espectroscopia de imágenes ha comenzado a centrarse en el ámbito de las aplicaciones geológicas. TECNOLOGÍA SENSORES REMOTOS La teledetección no puede revelar de manera explícita la profundidad, el tamaño, la calidad y la presencia de hidrocarburos en los yacimientos, pero es rentable y podría aumentar el éxito en la exploración de hidrocarburos 10 RETOS DE LA INDUSTRIA DE LOS HIDROCARBUROS 1 ENCONTRAR LOS RECURSOS 2 3 4 DESARROLLAR LOS RECURSOS GERENCIAR LOS RECURSOS PRESERVAR LOS RECURSOS Acceso a nuevos plays Incremento de la complejidad Ambientes más duros y de mayor complejidad para los proyectos Capacidades restringidas Retraso en la ejecución de los proyectos Incremento elevado de la declinación Incremento en los costos de mantenimiento Riesgo Operacionales Relaciones con los países 11 ADQUISICIÓN DATA PASIVA COSTA AFUERA (OFFSHORE) TIERRA (ONSHORE) microseepage microseepage Polarización inducidad (83%) TRAMPA ESTRUCTURAL (Contra la Falla) TRAMPA Reflexión Sísmica DHI (75%) Fuente Controlada Electro Magnética (CSEM 77%) ESTRATIGRÁFICA (Acunamiento) TRAMPA ANTICLINAL TRAMPA ESTRATIGRÁFICA (Truncación contra la Discordancia) Refracción Sísmica Micromagnetismo (75%) YACIMIENTO Imágenes Satelitales (77 %) Imágenes Hiperespectrales Flurosensor Laser Ecosonda y sonar lateral Análisis Geoquimico (93%) Análisis Microbial (84 %) Análisis Biogeoquímico & Geobotánico (82 %) Sistema de perfil de hidrocarburo remolque marino (Schniffer) SOBRECARGA ADQUISICIÓN DATA ACTIVO SUPERFICIE TECNOLOGÍAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS Microtemor (88 %) Magnético Gravimétrico Magneto Telúrico (MT 50%) TOPE VENTANA DE PETRÓLEO FACIES RESERVORIO FACIES ROCA MADRE / SELLO ACUMULACION DE HC’S GAS GENERADO PROFUNDIDAD (%) PROMEDIO PROBABILIDAD ESTADÍSTICA DE LA HERRAMIENTA RUTA DE MIGRACION ROCA MADRE INMADURA Fuente: Modificado Dolivo, 1991; Maver, K., 2019 ROCA MADRE MADURA 12 TECNOLOGÍA SENSORES REMOTOS Radar Pancromática La teledetección en el ámbito de petrolero, permite detectar y cartografiar las emanaciones de petróleo y gas, este puede ser usado para: (i) Para detectar cualquier manifestación de en la superficie de hidrocarburo en las cuencas frontera exploratoria (ii) Registrar el tamaño, tipo y posible reposición de una fuga a través de los años (iii) Actualizar / mapear la actividad de las emanaciones en cuencas maduras / productivas Multiespectral LiDAR (iv) Evaluar el flujo instantáneo de las filtraciones conocidas; y (v) Compilar bases de datos temática global de filtraciones naturales de HC. La detección de las emanaciones de columna de gas dependerá en gran medida del flujo de la filtración, velocidad del viento, la especificación del sensor desplegado y la cobertura. Es por ello, que la detección de gas en el LWIR podría ser más robusta en un variedad más amplia de coberturas terrestres.. Hyperespectral 13 SENSORES REMOTOS – MULTIESCALAR Y MULTIPLES FUENTES INFORMACIÓN ESPECTRAL DE CADA CONJUNTO DE DATOS MULTIESCALAR SENSOR (ASTER) (HyMap) ALTA RESOLUCIÓN DEM 14 SENSORES REMOTOS – MULTIESCALAR Y MULTIPLES FUENTES (A) FALSO COLOR ASTER LITOLÓGICA DISCRIMINACIÓN (B) INFRAROJO CERCANO (NIR), VERDE Y AZUL - HYMAP (D) IMAGEN ALTA RESOLUCIÓN, INDIVIDUAL DIQUES (C) ORTOFOTO - RPAS 15 MAPA DE VUELO HYPERESPECTRAL MOSAICO DE BANDA SIMPLE MOSAICO RADIOMÉTRICA CORRECCIÓN SENSOR: ProSpectir-VS3 RANGO ESPECTRAL: 400 -2500 nm RESOLUCIÓN ESPECTRAL: 5 nm NÚMERO DE BANDAS: 360 DISTANCIA ESPACIAL SUELO(GSD): 1.5m 16 MODELO DETECCIÓN DE HIDROCARBUROS ANOMALÍAS ESPECTRALES ALTERACIONES MINERALÓGICAS ÍNDICE DE HIDROCARBURO ALTERACIONES EN VEGETACIÓN PROCESO FUGA DE PETRÓLEO Macroseepage es la expresión superficial de una fuga a través de una ruta de migración, típicamente relacionada con la tectónica o discontinuidades, a lo largo de las cuales los HC naturales líquidos o gaseosos han fluido o fluyen desde el subsuelo hasta la superficie. Precipitación de carbonato Precipación de pirita, también azufre, pirrotita, greigita, uranio, etc. Degradación bacteriana de hidrocarburos Los hidrocarburos ligeros se filtran hacia arriba desde la trampa creando una zona de reducción Fuente: Modificado Asadzadeh, 2018 Microseepage, por el contrario, se refiere a la lenta migración visible pero generalizada de alcanos ligeros (C1-C5) y volátiles de la acumulación a la superficie. Una microsuperficie no está relacionada con fallas, pero puede potenciarse por la presencia de fallas y grandes fracturas. 17 ASPECTOS DE LOS SISTEMAS MICRO Y MACROSEEPAGE PARAMETER MICROSEEPAGE MACROSEEPAGE DIRECT DETECTION APPROACH Analytical Visual AGENT (HC CONTENT) Light HCs (C1–C5), volatiles (aromatics) Heavy/light crude oil, volatiles, gaseous HCs MIGRATION MECHANISM Continuous gas-phase flow in micro-fractures Effusion through tectonic discontinuities ABUNDANCE IN PETROLIFEROUS AREAS >80% ~20% MIGRATION FASHION Mostly vertical Mostly lateral ALTERATION Yes, extensive (chimney column) Yes/No, limited (miniseep ) SPATIAL (AREAL) EXTENT Pervasive halo Point targets ASSOCIATED TRAP Structural, stratigraphic Mainly structural FLUX (MG/M2/D) Tens Hundreds to thousands EXPLORATION SIGNIFICANCE Indirect Direct TYPES OF ACTIVITY Active vs fossil (inactive) Active vs passive TARGETING POTENTIAL Yes No RELATIONSHIP TO ACCUMULATION Simple, proximal Complex, distal 18 RECURSOS HC’s CONVENCIONALES Y NO CONVENCIONALES Petróleo Aumento Tecnología Aumento del Precio Incremento de los retos operacionales CONVENCIONALES Crudos calidad medianos-livianos Crudos Pesados Arenas Bituminosas Tight Oil Shale Oil Petróleo No Convencional Crudos volumenes son bajos y fáciles de desarrollar Fuente: Modificado de Shehata, A. et al., 2010 Tight Gas Coal Bed Methane (CBM) NO CONVENCIONALES Crudos grandes volúmenes, dificiles de desarrollar Shale Gas Hydratos Nautal de Gas Gas No Convencional 19 ESPECTROCOPIA DEL PETRÓLEO Varios enlaces estructurales en el petróleo, incluidos CH, CH2, CH3 y C=C dan lugar a varias bandas de absorción. PERFIL ESPECTRAL ARENAS BITUMINOSAS Dentro de la ventana VNIR-SWIR, el petróleo también retiene una serie de bandas de absorción. 2310 1730 El límite de detección de HC varían entre el 2,5 -25% de un píxel. Sin embargo, no puede ser concluyente. 2310 Límite de detección es una función de gravedad API, petróleos pesados son más fáciles para la detección espectral. El algoritmo fundamentalmente realiza una transformación de un sistema multibanda en un sistema monobanda donde se aprecie la presencia del hidrocarburo. Fuente: Curtis, 2013 PERFIL ESPECTRAL HC LIGERO ALGORITMO INDICE HC HI> 0 Contiene HC, a mayor sea el valor del índice, mayor será la concentración de hidrocarburos 1700 y 1750 La estimación de la abundancia de petróleo es solo cualitativa y no cuantitativa. Ocasionalmente, existen características sutiles alrededor de 1120–1230 y 1350–1550 nm en los espectros de algunos petróleos más ligeros, que son más difíciles de detectar. Petróleo en sedimentos siliciclásticos o de grano grueso es más fácil de detectar, que en sedimentos calcáreos o de grano fino. 2290 y 2360 Fuente: Asadzadeh, 2018 20 Fuente: Kuehn, Opperman & Hoering, 2004 ESPECTROCOPIA DEL PETRÓLEO ORTOFOTO DE AGRICULTURA CON SUPERPOSICION DE LAS DETECCIONES DE HIDROCARBURO 21 ESPECTROCOPIA MINERALÓGICA Características espectrales de agrupaciones de minerales inducidas por filtraciones de petróleo LANDSAT 7 ETM+ La actividad bacterias y otros microbios, producen cambio el pH-Eh de la columna estratigráfica suprayacente, que inician una serie de cambios diagenéticos que incluyen: I. Biológicos (microbiológicos anomalías al / geobotánicas) II. Alteraciones mineralógicas III. Electro-químicos y anomalías de resistividad IV. Hierro magnético óxidos y sulfuros y V. Anomalías de radiación Clasificación mineralógica Cuenca Neuquen (Du et al., 2004) ALTERACIONES MINERALÓGICAS Carbonatos Blanqueamiento Formación de arcillas Sulfuros Minerales magnéticos 22 ESPECTROCOPIA VEGETACIÓN I. II. III. IV. Pigmentos de las Hojas Estructura Celular La micro filtración de hidrocarburos crea un ambiente reductor en el suelo. La presencia de hidrocarburos estimula la actividad de bacterias oxidantes de hidrocarburos, lo que disminuye el contenido de oxígeno del suelo y aumenta su contenido de CO2 y ácidos orgánicos. Estos cambios afectan el pH y Eh del suelo, lo que a su vez afecta los nutrientes de las plantas y su vegetación saludable. Esto puede afectar la estructura de las raíces de la vegetación y en última instancia, influir en su fuerza física y buena salud por lo tanto, también en sus propiedades de reflectancia espectral. Contenido de Agua Factores dominantes que controlan la reflectancia de una hoja Bandas de Absorción de Vapor de Agua en la Atmósfera Bandas de Absorción de Clorofila INDICE VEGETACIÓN ECUACIÓN ALTERACIONES EN VEGETACIÓN GREEN RATIO VEGETATION INDEX (GRVI) GRVI=NIR/GREEN La vegetación sana absorbe longitudes de onda rojas y azules pero refleja las verdes y las infrarrojas. Debido a que no podemos ver la radiación infrarroja, la vegetación sana se ve verde. La detección remota de vegetación anómala (o estresada) adopta dos formas: a) En el mapeo de la distribución de diferentes especies de vegetación, existen diferencias en salud y morfología dentro de cada especie. b) El segundo enfoque consiste en determinar las diferencias en las características espectrales entre la vegetación sana y la estresada. INDEX SIMPLE RATIO (SR) SR=NIR/RED NON LINEAR INDEX (NLI) NLI=(NIR2-RED)/(NIR2+RED) LEAF AREA INDEX (LAI) LAI=3.618 * (2.5 +((N-R)/(N+6*R-7*B+1))-0.118 STRUCTURAL INDEPENT PIGMENT INDEX (SIPI) SIPI=(NIR-BLUE)/(NIR-RED) GLOBAL ENVIROMENTAL MONITORING INDEX (GEMI) GEMI=eta*(1-0.25*eta)+((RED-0.125)/(1-RED)) 23 ESPECTROCOPIA VEGETACIÓN CORRELACIÓN DE IMÁGENES DE CAMPO Y LOS RESULTADOS DEL NDVI 24 DIAGRAMA FIRMAS ESPECTRALES PARA PETRÓLEO Fuente: Asadzadeh, 2018 25 LA EFICIENCIA GENERAL DEL ENFOQUE DE LA TELEDETECCIÓN ERA IMAGEN DEL SENSOR ANOMALIAS DECTECTADAS ANOMALIAS COMPROBADAS % COINCIDENCIA PRINCIPIO DE LA SATELITAL Data Satelital ETRS 57 42 73 LANDSAT LANDSAT 59 44 75 1177 PostPerforacion 636 54 ESPECTRAL ASTER 21 18 85 MULTISENSORES ASTER, HYMAP 18 17 95 DISTRIBUCCION GLOBAL DE FILTRACIONES DE PETROLEO En la búsqueda de trampas estratigráficas mediante un enfoque de exploración integrado, se ha reportado que las tasas de éxito varían entre 29 y 53% En la exploración no convencionales, se evaluó que la predicción del resultado en la perforación pozos exploratorios (Willcat) estaba en el orden del (75%) sobre prospectos generados Fuente: Etiope, 2009 26 Las imágenes espectrales no sustituyen a los levantamientos sísmicos, simplemente es una herramienta mas, que contribuye a minimizar el riesgo exploratorio. CASOS DE ESTUDIO 27 EXPLORACIÓN INICIO ACTIVIDAD 1960 VOLUMEN DESCUBIERTO (MMBOE) 62.000 EXITO EXPLORATORIO PLAY(S) PRINCIPAL 0.59 MIOCENO, OLIGOCENO More 2020 2010 2000 1990 1980 1970 1960 1950 1940 1930 1920 1910 1900 DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA EXPLORACIÓN PLAY FACIES RESERVORIO CARGA (SUMMA, 2003) 0 ESTILO TRAMPA (S) 100 PROSPECTIVIDAD REMANENTE 200 300 RIESGO/INCERTIDUMBRE 400 500 DATOS UPPER CRETACEOUS SHALLOW MARINE SANDS/CARBS KU TYPE II THRUST FOLDS, NORMAL FAULTS, INVERTED NORMAL/SS FAULTS POSSIBLE/LOW CHARGE ACCESS/STRUCTURES SEISMIC/WELLS EOCENE SHALLOW MARINE CLASTICS KU TYPE II THRUST FOLDS, NORMAL FAULTS, INVERTED NORMAL/SS FAULTS POSSIBLE/LOW CHARGE ACCESS/STRUCTURES SEISMIC/WELLS OLIGOCENE CONTINENTAL CLASTICS KU TYPE II THRUST FOLDS, NORMAL FAULTS, INVERTED NORMAL/SS FAULTS POSSIBLE/LOW CHARGE ACCESS/STRUCTURES SEISMIC/WELLS 28 Trap Charge Reservoir Seal Source SUBCUENCA DE GUÁRICO SUBCUENCA DE GUÁRICO CUENCA: Oriental de Venezuela, Subcuenca de Guárico AREA: 4.000 Km2 aerotransportada imágenes hiperespectrales AREA DE ESTUDIO HIPERESPECTRAL SENSOR HYPERESPECTRAL: El sensor empleado fue ProSpecTIRTM-VS, cuyo instrumento tiene dos sensores individuales que cubre el campo visibleinfrarojo cercano (VNIR) longitud de onda de 4001.000 nm y onda corta infrarojo (SWIR) de 1.0002.500 nm. RANGO DEL ESTUDIO: 320 espectro de bandas y una resolución espacial hasta 3 m. OBJETIVO: El estudio consistió en la determinación de las anomalías asociadas a las emanaciones de hidrocarburos, de manera de caracterizar las áreas de interés. para determinar el potencial exploratorio. Esta data fue recolectada en el orden de obtener un mejor entendimiento del funcionamiento del sistema petrolifero, su geologia del cinturon plegado. Mosaico 320 Bandas a 3 m de resolución espacial 29 MOSAICO FALSO COLOR 30 MOSAICO FALSO COLOR - MICROSEEPAGE 31 MAPA DE FILTRACIONES DE HIDROCARBURO SUPERPOSICIÓN DEL ÍNDICE DE HIDROCARBUROS (1730NM) 32 MAPA DE FILTRACIONES DE HIDROCARBURO 33 MAPA DE FILTRACIONES DE HIDROCARBURO 34 ZONAS DE ESTRES VEGETACIÓN CUBIERTA SALUD HERBÁCEA 35 ZONAS DE ESTRES VEGETACIÓN CUBIERTA SALUD FORESTAL 36 ZONAS DE MINERALES DE ALTERACIÓN 37 LOCALIZACIÓN DE ZONAS ANOMALAS DETECTADAS 14 detenciones indirectas de zonas anomalas 02 detenciones directas de zonas anomalas 38 LOCALIZACIÓN DE ZONAS ANOMALAS DETECTADAS OSPINO 1 ACARIGUA 1 (FALSO –POSITIVO) A A B C Mapas A falso color, B color verdadero y C color verdadero con la superposición de capas con índices de vegetación e hidrocarburos con tonalidades de verde a rojo representando una escala de anomalías de menor a mayor. Esta zona aparenta ser un pequeño humedal . B C Mapas A falso color, B color verdadero y C color verdadero con la superposición fuerte del índice de hidrocarburos con tonalidades de amarillo a rojo. 39 ZONA ANOMALA OSPINO 2 ANOMALIA VEGETACIÓN 40 ZONA ANOMALA DE OJO DE AGUA Suelo contaminado con hidrocarburo ID mediante geoquímica 41 GRAVIMETRÍA - LEVANTAMIENTO SÍSMICO 2D 42 SÍSMICA 2D VISUAL REGIONAL – ANOMALIA DE OJO DE AGUA 43 SÍSMICA 2D VISUAL REGIONAL – ANOMALIA DE OJO DE AGUA Anomalia Ojo de Agua Capa Sellante 44 SÍSMICA 2D VISUAL REGIONAL – ANOMALIA DE OJO DE AGUA Chimeneas de gas y disminución de la capa sellante 45 SÍSMICA 2D VISUAL REGIONAL – ANOMALIA DE OJO DE AGUA Chimeneas de gas a traves del plano de falla y disminución de la capa sellante 46 La imágenes espectrales proveen una mayor abundancia de información Aminora los costos y los riesgos en bloques exploratorios aumentando la certidumbre VENTAJAS DE LA ADQUISICIÓN Y BENEFICIOS DE LA TECNOLOGIA ESPECTRAL Permite explorar zonas de acceso complejo, reduciendo la inversión inicial y los riesgos asociados Reduce las áreas donde hacer levantamientos sísmicos y aumenta la probabilidad de éxito en la perforación exploratoria El costo de una campaña espectral es significativamente inferior al costo de campañas sísmicas 2D o 3D No hay impacto ambiental en el desarrollo de una campaña espectral. 47 TECNOLOGÍA DE SENSORES REMOTOS EN LA EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN DE HIDROCARBUROS
