velocidades sismicas de las rocas

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
CIENCIAS DE LA TIERRA
UNIDAD TICOMÀN
METODOS PARA OBTENER MODELOS DE
VELOCIDAD PARA LA CONVERSIÓN
TIEMPO-PROFUNDIDAD
T E S I S
PARA OBTENER EL TITULO DE:
INGENIERO GEOFÍSICO
P R E S E N T A:
HERNÁNDEZ LÓPEZ GLORIA
ASESORES:
ING. IGNACIO ALBERTO RODRIGUEZ MAYA
M. en C. RUBEN ROCHA DE LA VEGA
MARZO 2011
Índice
INDICE
RESUMEN................................................................................................................ iii
ABSTRACT ............................................................................................................... iv
INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... v
OBJETIVOS GENERALES ........................................................................................... vi
OBJETIVOS PARTICULARES .................................................................................... vii
TRABAJOS PREVIOS ................................................................................................ vii
CAPÍTULO 1. ...........................................................................................................1
FACTORES QUE AFECTAN LAS VELOCIDADES SÍSMICAS ........................................... 1
1.1 LITOLOGÍA.................................................................................................... 2
1.2 DENSIDAD .................................................................................................... 4
1.3 POROSIDAD ................................................................................................. 5
1.4 PROFUNDIDAD Y PRESIÓN ......................................................................... 6
CAPÍTULO 2. ......................................................................................................... 9
COMPORTAMIENTO SÍSMICO DE LAS VELOCIDADES EN DISTINTAS LITOLOGÍAS ... 9
2.1 ARCILLA........................................................................................................ 9
2.2 ARENAS...................................................................................................... 13
2.3. CARBONATOS .......................................................................................... 17
2.4 SAL ............................................................................................................. 19
CAPÍTULO 3. ....................................................................................................... 23
FUENTES DE INFORMACIÓN DE VELOCIDADES SÍSMICAS ...................................... 23
MÉTODOS DIRECTOS ............................................................................................. 24
3.1 TIROS DE POZO (CHECKSHOT) ................................................................. 24
3.2 REGISTRO SÓNICO ................................................................................... 27
3.3 PERFIL SÍSMICO VERTICAL “VSP” .............................................................. 30
MÉTODOS INDIRECTOS ......................................................................................... 34
3.4 ANÁLISIS AUTOMÁTICO DE VELOCIDADES .............................................. 34
3.4.1 ANÁLISIS DE VELOCIDAD ................................................................................36
CAPÍTULO 4. ....................................................................................................... 42
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Hernández López Gloria
Índice
APROXIMACIÓN DE FUNCIONES DE VELOCIDAD A DATOS DE POZO .................. 42
4.1 FUNCIÓN LINEAL Y EXPONENCIAL .......................................................... 43
4.2 FUNCION LEY CÚBICA .............................................................................. 52
CAPÍTULO 5. ....................................................................................................... 55
MODELOS DE VELOCIDAD PARA LA CONVERSIÓN TIEMPO-PROFUNDIDAD ........ 55
5.1 MODELO DE VELOCIDAD MEDIA .............................................................. 57
5.2 MODELO DE VELOCIDAD POR CAPAS...................................................... 59
5.3 MODELO A BASE DE FUNCIONES EXPONENCIALES ................................. 61
5.4 MODELO CUANDO EXISTE INFORMACIÓN DE POZOS (PICKS),
HORIZONTES DE VELOCIDAD Y T-Z ............................................................... 62
5.4.1 Límites litológicos o superficies de igual velocidad, donde los límites de las capas
incluyen idealmente los límites de velocidad, (horizontes de velocidad) ......................62
5.4.2 La consolidación de paquetes estratigráficos y estructurales en unidades más grandes
representando una sola capa del modelo de velocidad ...............................................63
5.4.3 Marcadores geológicos clave a partir de los registros .........................................63
5.4.4 Identificación de marcadores clave en secciones sísmicas ....................................63
5.4.5 Cualquier comportamiento anómalo .................................................................64
CAPITULO 6 ........................................................................................................ 65
APLICACIÓN .......................................................................................................... 65
6.1 GEOLOGÍA DEL ÁREA DE ESTUDIO ........................................................... 66
6.1.1 Estratigrafía general del área ...............................................................................67
6.1.2 Estructura ..........................................................................................................68
6.1.3 Geología Petrolera ...........................................................................................69
6.2 INFORMACIÓN DEL CAMPO .................................................................... 69
6.3. INTERPRETACIÓN SÍSMICA ...................................................................... 71
6.4. CREACIÓN DE MODELOS DE VELOCIDAD Y CONVERSIÓN A
PROFUNDIDAD ............................................................................................... 75
6.4.1. Modelado a profundidad usando velocidades medias .......................................76
6.4.2. Modelo a Profundidad usando Funciones Exponenciales ...................................78
6.4.3 Modelo a Profundidad sin datos usando el Método por Capas ..........................84
6.4.4 Modelo a Profundidad usando TDQ. ................................................................87
6.4.5 Modelo a Profundidad sin datos y usando Funciones Exponenciales ..................88
CONCLUSIONES ......................................................................................................91
BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................ 93
ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................................... 95
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Hernández López Gloria
Resumen
RESUMEN
El presente trabajo muestra y ejemplifica los distintos métodos de conversión de tiempo a
profundidad que son empleados actualmente en la industria petrolera, en casos comunes
como el de no contar con los suficientes datos de pozo para el estudio, o el de no tener
más que datos duros de pozo y un único pozo con datos de velocidad para un área de
grandes extensiones; y el caso ideal aunque pocas veces encontrado, donde se cuenta con
toda la información requerida, es decir, existe información de pozo, horizontes de
velocidad y curvas tiempo-profundidad (T-Z’s).
Se analizan para ello las distintas funciones de velocidad que son básicas en la construcción
del modelo de velocidad y se estudian las ventajas y desventajas con las que cada función
de velocidad cuenta con la finalidad de hacer un correcto empleo de estas en cada caso
según lo requerido, el enfatizar dichas diferencias es necesario si se desea ubicar una correcta
cima de yacimiento o basamento.
El trabajo muestra las ventajas y desventajas de cada método usado, su nivel de exactitud y
los errores asociados a cada conversión y desde luego la interpretación asociada a cada
modelo en profundidad con un ejemplo aplicado a datos reales de sísmica.
Uno de los resultados que muestra este trabajo es que la herramienta de conversión
depende en la mayoría de los casos de los datos de entrada, así como de la complejidad
estructural y de velocidad.
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Hernández López Gloria
Resumen
ABSTRACT
This paper shows and exemplifies the different conversion time-depth methods which are
employed in the oil industry currently when you do not have enough information cases,
such as velocity surveys and you have just well information picks in the wide area and
when there are rarely found, all the required information, i.e., borehole information,
velocity horizons and time-deep curved (T-Z's).
In order to make a velocity model, we analyze several functions of velocity and discuss the
advantages and disadvantages that each velocity function with the purpose of making a
correct use of these in each case as required, emphasizing those differences is necessary if
you want to locate a correct top-base reservoir.
This work shows the advantages and disadvantages of each method used, the level of
accuracy and errors associated with each conversion and of course the performance
associated with each model in depth with an example applied to real seismic data.
One of the results showing this work is that conversion tool depends in most cases of input,
as well as the structural complexity and velocity.
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Hernández López Gloria
Introducción
INTRODUCCIÓN
La constante demanda de hidrocarburos en la industria petrolera debido a la gran importancia
que este ha logrado tener para satisfacer las necesidades (cada vez mayores) de las personas y
en general para satisfacer la economía del país, requiere de numerosos estudios para la correcta
extracción del mismo. Entre los estudios necesarios se encuentran los de caracterización tanto
estática como dinámica, además de la perforación y terminación de pozos.
Para los fines que se necesitan este trabajo sólo se enfocara en la parte de caracterización
estática principalmente haciendo uso de la sísmica de reflexión y más específicamente en la
importancia del modelo de velocidad para la conversión de tiempo a profundidad. El método
sísmico es un método indirecto con el que se puede medir y visualizar la geometría, posición
relativa de las rocas e incluso fluidos, sin embargo encontrar y visualizar la realidad física de la
geología, es decir, la profundidad de los horizontes en el subsuelo es hasta ahora una tarea
difícil de realizar que además necesita de muchos artificios matemáticos.
La razón por la cual es importante tener datos sísmicos en profundidad tiene que ver con la
idea de conseguir una imagen del subsuelo lo más real posible, que permita saber la ubicación
exacta de los posibles objetivos petrolíferos y la correcta ubicación de pozos para la extracción
de los mismos, evitando así mayores gastos en la corrección de objetivos.
Por definición sólo existe un camino para relacionar el tiempo con la profundidad y es conocer
la velocidad de propagación de las ondas a través del medio, dichas velocidades requieren de
ser modeladas muchas veces para una correcta conversión de tiempo a profundidad. Cabe
mencionar que el modelo de velocidad debe ser eficiente en términos tanto geológicos como
geofísicos, para lo cual se requieren tomar consideraciones previas del comportamiento y
factores que afectan a las velocidades sísmicas.
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Hernández López Gloria
Introducción
Este trabajo muestra las metodologías empleadas por los geofísicos hoy en día para una
conversión tiempo-profundidad, así como los distintos tipos de velocidad empleadas y la
construcción del modelo de velocidad, paso complicado de muchas interpretaciones.
Por lo que en este trabajo, se presentan los factores que influyen en las velocidades como
densidad, porosidad y otros más, en el primer capítulo, en el siguiente se presenta el
comportamiento de la velocidad en litologías que se consideran importantes, como arenas,
arcillas o calizas. Una vez teniendo bien claros estos comportamientos de la velocidad se
analizan las distintas fuentes de información sísmica que existen, tanto las que se realizan por
medio de métodos directos, como las de métodos indirectos, esto se vera en el tercer capítulo,
así sabiendo que tipos de fuentes resultan más favorable y útiles, se hace con esto una
aproximación de funciones de velocidad a datos de pozo como se vera en el cuarto capítulo. Y
una vez que se tengan controlados todos los puntos anteriores se estudian los distintos modelos
de velocidad para la conversión a profundidad en quinto capítulo. Con todo lo aprendido se
realiza entonces una pequeña aplicación a datos reales, donde se comparan los distintos
modelos de velocidad en los casos en que haya suficiente información y sólo la “necesaria”.
OBJETIVOS GENERALES
Mostrar los métodos empleados actualmente para modelado de velocidad, dejando ver las
ventajas y desventajas, así como el rango de error con el que cada uno cuenta, a fin de verificar
la eficacia de éstos para la conversión a profundidad.
Dar a conocer una técnica para la obtención de parámetros de velocidad simple y concisa para
facilitar el trabajo principalmente de los intérpretes en sísmica y así obtener un modelo más
aproximado a la realidad de las capas del subsuelo estudiadas, sin más ajustes que los
necesarios.
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Hernández López Gloria
Introducción
OBJETIVOS PARTICULARES
1. Conocer y comprender los fundamentos sobre los modelos de velocidad empleados
para conversión a profundidad y especialmente la aplicación que tiene cada uno en los
distintos escenarios (cuando se cuenta con suficientes datos de pozo, cuando no existen
suficientes datos y cuando se cuenta con todo lo necesario para integración de datos).
2. Identificar los métodos para calcular las funciones de velocidad que son más apropiados
en el proceso de conversión a profundidad.
3. Analizar el comportamiento de las velocidades sísmicas en distintas litologías
apoyándonos del reconocimiento de los diversos factores que afectan dichas
velocidades con el objeto de obtener una correcta conversión a profundidad tanto
geofísica como geológicamente.
4. Obtener un trabajo que sirva de apoyo a personas con poca experiencia en los métodos
de conversión a profundidad.
TRABAJOS PREVIOS
No existen muchos trabajos donde se especifiquen los distintos métodos de conversión a
profundidad y estos apenas mencionan sus diferencias en cuanto a aproximación de funciones
se refieren y en todo caso muestran métodos en desuso y un tanto complicados de llevar a la
práctica. Lamentablemente de los métodos que siguen siendo eficientes (como el método de
funciones exponenciales) no se muestra la manera de obtener parámetros clave como Vo y k
(Velocidad inicial y razón del incremento de velocidad-profundidad), importantes dentro de la
función de velocidad lineal.
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Capítulo 1. Factores que afectan las Velocidades Sísmicas
Capítulo 1.
Factores que afectan las Velocidades Sísmicas
Durante la imagen a profundidad, la construcción del modelo es crítica. Cada vez es mayor la
manera como el procesamiento busca resaltar las características más sutiles en los datos y para
ello se requiere de un modelo de velocidad construido sensatamente en cuanto a geología se
refiere.
Las velocidades son gobernadas por la litología, pero esta por sí sola no nos diría mucho,
debido a que las velocidades se traslapan tanto que podríamos tener cualquier material en
velocidades medias. Pero no debemos olvidar que la litología está gobernada por varios
factores además de la profundidad a la que esta se encuentra sepultada, tales como su
porosidad, densidad y otros tantos (figura 1.1), que el intérprete deberá saber distinguir en
cada caso y asegurarse que el modelo sea construido y refinado dentro de las guías generales.
Figura 1.1 Efectos de varios factores litológicos que afectan a la velocidad (Sukmono, 2003)
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Capítulo 1. Factores que afectan las Velocidades Sísmicas
Entre los efectos litológicos que afectan a la velocidad la porosidad parece ser el factor más
importante y su dependencia respecto de la profundidad, ya que esta aumenta la velocidad
con su disminución, misma que se da con la profundidad, el incremento de la densidad de
matriz hace que la velocidad aumente y las distintas relaciones de presión hacen que también
la velocidad sea sensible a esos factores, por otro lado la temperatura hace que la velocidad
varíe sólo ligeramente, pues ésta decrece en 5-6%/100°C y por ello es despreciable, el tamaño
de grano tampoco influye mucho en la velocidad pues ésta sólo aumenta ligeramente. La
velocidad se reduce generalmente cuando gases o petróleo remplazan al agua como fluido
intersticial, a veces en tal medio se producen anomalías en la amplitud debido a acumulaciones
de hidrocarburos y a simple vista la frecuencia parece no tener mayor influencia.
1.1 LITOLOGÍA
La litología por si sola afecta a la velocidad de un modo muy evidente, ya que las rocas se
propagan con rangos bastante grandes tales como los que se muestran en la Tabla 1.1, esto
debido a los factores antes mencionados. Pero lo que puede observarse es el enorme traslape
de valores de velocidad para diferentes litologías, así por ejemplo las altas velocidades en rocas
sedimentarias indica generalmente carbonatos y las bajas velocidades corresponden a rocas
sedimentarias clásticas como las arenas o lutitas, pero la velocidad intermedia puede indicar
cualquiera de ellas, lo cual sugiere que la velocidad no es un buen criterio para determinar con
precisión la litología.
Pero parece ser que la relación de velocidad entre las ondas S y P es indicativa de litología para
rocas sedimentarias como areniscas, calizas y arcillas aun cuando para la onda S los datos de
velocidad están más diseminados que para la onda P. Pero sin embargo y dado que el
coeficiente de Poisson  (parámetro de elasticidad) tiene una amplia relación con las
velocidades de las ondas S y P, como se muestra en la formula junto a la figura 1.2, la cual
demuestra que dicho coeficiente suele ser uno de los mejores indicadores de litología ya que
éste decrece en línea con la porosidad, haciendo la roca más compacta cada vez.
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Capítulo 1. Factores que afectan las Velocidades Sísmicas
Diabasas
Dunitas
gabros
granitos
Cuarcita
Gneis
Anhi
Yeso
Sal
Dol
Clz
Conglo
Areniscas
Margas
arcillas
Aluvion
c.Meteor
0
2000
4000
6000
8000
10000
Tabla 1.1 Tabla y grafica de velocidades de la onda P de diferentes materiales en metros/segundos.
Figura 1.2 Relación coeficiente Poisson-velocidad de onda P para identificación de litología (Sukmono, 2003)
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Capítulo 1. Factores que afectan las Velocidades Sísmicas
1.2 DENSIDAD
Las variaciones de densidad desempeñan un papel importante en las variaciones de la
velocidad ya que la densidad de una roca depende de los minerales que la componen (matriz)
y el volumen de los fluidos encerrados (que por el momento no se tomará en cuenta). Lo que
quiere decir que altas densidades comúnmente corresponden a altas velocidades como se
aprecia en la figura 1.3. Para tener una relación más específica del efecto de la densidad sobre
la velocidad Gardner y colaboradores (Tomado de Vázquez Domínguez, 2006) sugieren la
relación:
ó
3
Figura 1.3 Relación Velocidad-Densidad de algunas rocas (Sukmono, 2003)
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Capítulo 1. Factores que afectan las Velocidades Sísmicas
1.3 POROSIDAD
Existen dos tipos de porosidad la primaria u original y la secundaria o posterior a la formación
de las rocas. Las rocas clásticas normalmente tienen porosidad primaria por los fragmentos de
minerales, rocas, conchas, etc. con las que se formaron y las rocas carbonatadas en su mayoría
presentan una porosidad secundaria pues una vez formadas están sujetas a procesos
diagenéticos y de disolución creando vúgulos y recristalización alterando la porosidad original.
Pero cualquiera que sea la porosidad, hace que la densidad de la roca disminuya para un
mismo volumen y como los poros comúnmente se encuentran inundados de fluidos, entonces
decimos que la densidad volumétrica se encuentra en función de la porosidad y del fluido
contenido en ella lo que se expresa mejor con la siguiente ecuación.
Donde
es la porosidad,
es la densidad del fluido y
es la densidad de la matriz.
Además de que la porosidad afecta a la velocidad por medio de la densidad volumétrica,
también tiene un efecto directo sobre ella, ya que parte de la trayectoria de la onda está
dentro de fluidos de baja velocidad. Con frecuencia se usa la ecuación de tiempo promedio
desarrollada empíricamente por Wyllie y colaboradores (De Vázquez Domínguez. 2006) para
relacionar la velocidad y la porosidad; se supone que el tiempo de viaje por longitud de
trayectoria unitaria en una roca porosa llena de fluido es el promedio de los tiempos de viaje
por longitud de trayectoria unitaria en una roca porosa llena de fluido y también es el
promedio de los tiempos de viaje por longitud de trayectoria unitaria en el material de la
matriz,
, y en el fluido ,
, ponderándose los tiempos de viaje en proporción a los
volúmenes respectivos.
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Capítulo 1. Factores que afectan las Velocidades Sísmicas
Esta relación se usa ampliamente en la interpretación de registros de pozos, se basa en datos
estadísticos y es empírica. Los valores de
y
son a menudo los que dan mejor ajuste
dentro de un margen de interés y el ajuste puede ser malo fuera de dicho margen, como por
ejemplo para sedimentos escasamente consolidados o de alta porosidad.
1.4 PROFUNDIDAD Y PRESIÓN
Se sabe que la velocidad aumenta con la profundidad, esto se debe a varios fenómenos como,
aumento de profundidad, fenómeno de compactación y disminución de la porosidad. Es decir,
la presión de recubrimiento aumenta con la profundidad, con ello las rocas tienden a
acomodarse (compactarse) y por lo mismo la porosidad disminuye. En la figura 1.4 se
muestran este y otros procesos de la profundidad que afectan a la velocidad.
Figura 1.4 Efecto de diversos procesos sobre la porosidad de una roca clástica (Sheriff & Geldart, 1991)
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Capítulo 1. Factores que afectan las Velocidades Sísmicas
En realidad la roca no solo está bajo el efecto de la presión de recubrimiento sino también
bajo el efecto de la presión de fluido intersticial que usualmente es diferente de la primera.
Dado esto, se tiene que la presión efectiva sobre la matriz granular es entonces la diferencia
entre ambas presiones. Cuando los fluidos de la formación están bajo presión normal, la
presión diferencial es la apropiada para una profundidad más somera y la velocidad tiende a
ser también la de la profundidad más somera. Las mediciones de laboratorio (tomado de
Velázquez Domínguez. 2006) muestran que la velocidad es esencialmente constante cuando
cambian las presiones del material de la cubierta y el fluido, puesto que la presión diferencial
permanece constante.
Los datos empíricos también sugieren que la profundidad máxima a la que está sepultada una
roca es una medida del efecto irreversible sobre la porosidad y, por lo tanto, es un importante
parámetro para determinar su valor. Lo que quiere decir que, la porosidad se determina
principalmente por la presión diferencial existente y la profundidad máxima de sepultamiento.
En la figura 1.5 se muestra un ejemplo de la variación de la velocidad con la profundidad
donde se tienen datos de Velocidades en función de la profundidad para arenas y lutitas de la
costa del Golfo, también se observan las curvas cuadráticas de mejor ajuste. Además se
aprecian datos para mar adentro desde la costa de Venezuela donde los sedimentos están bajo
condiciones similares.
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Capítulo 1. Factores que afectan las Velocidades Sísmicas
Figura 1.5 Relación velocidad-profundidad para arenas (x) y lutitas (o) de la costa del golfo (Sheriff R.E. & Geldart,
1991)
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Capítulo 2. Comportamiento Sísmico de las Velocidades en distintas Litologías
Capítulo 2.
Comportamiento Sísmico de las Velocidades en
distintas Litologías
Como ya se ha visto las velocidades sísmicas son regidas por la litología y todo lo que ella
engloba, entonces, no resultaría extraño fijar la mirada en conocerla a detalle, ello debido a la
importancia que implica en la búsqueda de hidrocarburos. Es por ello que en lo subsecuente
hablaremos de las rocas más importantes consideradas en la industria petrolera como son las
rocas almacén generalmente compuestas por granos de arena (constituidas principalmente de
silicio, SiO2) o caliza (carbonato de calcio, CaCO3), para los cuales sólo se mostrarán algunos
ejemplos. Además de las rocas-almacén, existen muchas otras rocas que, sin constituir un
yacimiento forman parte de él como la arcilla, que influye de distintas maneras a las rocas
matriz y algunas estructuras de esta podrían actuar como trampas petroleras, al igual que
pasaría con la sal, debido a que intrusiones de este material regularmente son indicadores de
petróleo y por ello un correcto análisis e interpretación de las mismas es necesario, pero para
ello se requiere conocer un poco más a fondo la génesis de dichas estructuras, como se verá a
continuación.
2.1 ARCILLA
La arcilla es un componente muy común en las rocas sedimentarias, constituida básicamente de
silicatos de aluminio hidratados y con pequeñas cantidades de magnesio, hierro, potasio y
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Capítulo 2. Comportamiento Sísmico de las Velocidades en distintas Litologías
titanio, dependiendo del ambiente en que sean generadas, aunque los ambientes en los que
generalmente se depositan las arcillas son profundos y de baja energía. Las arcillas resultan ser
de gran importancia ya que se encuentran asociadas a la presencia de hidrocarburos, pues se
comportan como roca sello, además, las arcillas suelen formar estructuras complicadas que
actúan como trampas estratigráficas, una de éstas estructuras son los domos arcillosos que
resultan ser estructuras generalmente complicadas para la interpretación sísmica.
Conocer las génesis de la arcilla será una herramienta importante para la correcta
interpretación y localización de dichas estructuras. Los domos arcillosos son estructuras
originadas en la dislocación de masas relativamente rígidas por fuerzas verticales, de tal modo
que además del plegamiento plástico puede existir una gran cantidad de fallas radiales y
transversales asociadas con pliegues menos pronunciados y de mayor radio que los pliegues
comunes producidos por fuerzas horizontales.
Algunas características de los plegamientos producidos por fuerzas verticales son:
a) Pliegues sencillos y aislados como: domos, anticlinales de longitud corta o simples
flexiones que se encuentran situados en áreas de capas horizontales.
b) Desarrollo de anticlinales y sinclinales. Generalmente las estructuras están representadas
únicamente por anticlinales (domos), esto pasa sólo si los anticlinales se encuentran
cercanos, entonces los sinclinales formados por esta razón, pasan a formar parte de las
depresiones en la dirección de su rumbo.
c) Ausencia de linealidad que se manifiesta en los diferentes rumbos de los pliegues
individuales o incluso, cuando varios pliegues tienen rumbo paralelo, en la ausencia de
toda conexión directa entre sus rumbos.
d) Ausencia de alineación vertical, es decir, los planos axiales de diferentes pliegues están
alineados en diferentes direcciones.
Domos cuyo núcleo está constituido por arcillas plásticas. La peculiaridad de estos domos es
que están compuestos de arcillas que han perdido casi completamente toda señal de
estratificación y con frecuencia se encuentra una falla con desplazamiento notable a un lado
del núcleo.
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Capítulo 2. Comportamiento Sísmico de las Velocidades en distintas Litologías
Estos domos se encuentran divididos por amplias depresiones y sus núcleos contienen arcilla
plástica, la cual ha sido evidentemente comprimida por el paso de los depósitos acumulados
en las depresiones (figura 2.1)
Un estudio de diapiros arcillosos mostraría que sobre sus localizaciones se formaron
originalmente amplios abombamientos, en los cuales, posteriormente fueron levantados
lentamente al mismo tiempo que se rellenaban las depresiones entre ellos con depósitos cada
vez más potentes, originando que las arcillas se convirtieran hacia la superficie formando un
núcleo diapírico.
Figura 2.1 Mecánica de los domos. La flecha indica la dirección de depositación y sepultamiento (Trejo García,
1975)
La figura 2.2 muestra una sección sísmica en donde se aprecia claramente el levantamiento
provocado por el empuje vertical de la arcilla originando un resquebrajamiento en los estratos
suprayacientes y donde el fuerte empuje se justifica por ser una gran masa arcillosa que se
subdivide en la cima. Un aspecto interesante y notorio es que en la porción derecha de la
figura existe una falla tangencial al domo de magnitud considerable, además la discordancia
angular que se observa es representación de formaciones más antiguas. De igual modo no se
aprecia muy bien la base de la arcilla debido a la amplia variación lateral de velocidad y
absorción de la energía.
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Capítulo 2. Comportamiento Sísmico de las Velocidades en distintas Litologías
Otras formas de estructuras muy comunes y asociadas a la arcilla son las fallas de crecimiento
que se dan posterior a la formación de un domo, esto es, el arqueo produce extensión, por lo
que a menudo los sedimentos se rompen a lo largo de fallas normales y producen
características de tipo de fosa de hundimiento en la cima, esto se repite llegando a formar
nuevos domos y así mismo nuevas fallas, un ejemplo de esta estructura es mostrado en la
figura 2.3 aquí se aprecian fallas de crecimiento sobre la carga del contacto de la sal y se
denota la presencia de núcleos diapíricos de arcilla.
Figura 2.2 Sección sísmica de una estructura dómica de arcilla. Donde es evidente la formación de dos domos
suprayaciendo a una formación plástica que bien podrían ser Arenas (Trejo García, 1975)
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Capítulo 2. Comportamiento Sísmico de las Velocidades en distintas Litologías
Figura 2.3 Sección sísmica de la plataforma continental externa del basamento en la costa del Golfo de Luisiana
(Hardin, & other, 1978)
Una característica sísmica de mucha importancia en los domos arcillosos es la baja velocidad
que presentan y que debe tomarse en cuenta para la determinación de la profundidad en los
mismos, ya que la desaceleración que la arcilla presenta, se traduce en un retardo de energía
provocándonos un falso sinclinal en las reflexiones, lo que provocaría que a la hora de correr
toda la interpretación se presentara una profundidad errónea en la base de la arcilla como se
aprecia en la figura 2.4.
Figura 2.4 Aspecto geológico y sísmico de una capa gruesa de arcilla (creando un abultamiento negativo debido a
la reflexión retardada) (Tocker and Yordton, 1973)
2.2 ARENAS
Las areniscas resultan de gran importancia debido a que actúan como roca generadora o
contenedora de hidrocarburos ya que cuentan con una buena porosidad, además de una
excelente permeabilidad. En la teoría esto no tiene ningún inconveniente pero en la realidad
existen una serie de factores que no permiten que esto suceda al cien por ciento, un ejemplo
seria la presencia de arcilla que afecta la capacidad de almacenamiento por reducción de
porosidad efectiva y reduce la habilidad de transmisión de los fluidos por disminución de
permeabilidad.
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Capítulo 2. Comportamiento Sísmico de las Velocidades en distintas Litologías
Gracias a que las arenas siempre van a encontrarse acompañadas de arcillas y debido a las
grandes amplitudes de las arenas en contraste con ellas se han desarrollado disciplinas en
ambientes sedimentarios como el análisis de facies sísmicas. Las facies se refieren a la suma total
de rasgos que caracterizan el ambiente en que se depositaron los sedimentos. Entre otras cosas,
las facies comprenden estructuras sedimentarias, forma de la estratificación, actitud y forma
original, espesor, variaciones de espesor y continuidad de las unidades sedimentarias.
Básicamente lo que aquí interesa es inferir la estratigrafía más que la localización de trampas
estratigráficas, aunque una implica saber necesariamente de la otra.
Para inferir la estratigrafía de secuencias sísmicas es necesario conocer las divisiones de la
misma. Y existen tres importantes divisiones entre las que se encuentran el análisis sísmico de
secuencias (figura 2.5) y el de facies (Tabla 2.1) que sirven básicamente para hacer una correcta
separación de unidades tiempo-depositación y la determinación de ambientes de depositación
respectivamente y la última que podría ser la más importante o el objeto con lo que se
realizaron los pasos anteriores es, el análisis de carácter de reflexión que se encarga de
identificar la naturaleza de los estratos.
Figura 2.5 Terminación de reflexión de unidades estratigráficas en base y cima. Se muestra un diagrama de las
terminaciones junto con algunos ejemplos vistos sísmicamente. Donde el término Baselap (D) es empleado
normalmente cuando la deformación de subsecuencias (Onlap y Downlap) no es obvia (Beicip Franlab, 2010)
La figura arriba muestra las terminaciones de reflexión que son caracterizadas en una sección
sísmica donde los términos, truncation (truncamiento), baselap, toplap, onlap y downlap son
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Capítulo 2. Comportamiento Sísmico de las Velocidades en distintas Litologías
conceptos que se utilizan en ingles pues no existe traducción aceptable para estas en la
comunidad de Geociencias (Nieto Serrano, 2010).
Tabla 2.1. Características de reflexión sísmica, básicas para la identificación de facies. Donde los colores marcados
en cada una son los reglamentarios para la identificación de facies en cualquier ejercicio sísmico (Janson Xavier &
others, 2011)
Cabe mencionar que las facies mencionadas en la tabla anterior no son las únicas, existen otras
tantas e incluso existen subdivisiones de las facies mencionadas.
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Capítulo 2. Comportamiento Sísmico de las Velocidades en distintas Litologías
En la figura 2.6 se muestra una sección sísmica regional que muestra la organización
estratigráfica de un campo ubicado en el área de Poza Rica. Aquí puede observarse un
detallado análisis de secuencias de facies sísmicas donde los colores muestran el tipo de facie de
la que se trata (vistos en la tabla anterior) donde los limites de secuencias no han sido
identificados del todo, aunque en la figura 2.7 pueden apreciarse dichos limites de dos de los
tramos de la estructura identificada (marcadas en recuadros rojos).
Figura 2.6 Sección sísmica de la organización estratigráfica de un campo de Poza Rica que muestra la identificación
de secuencias de facies sísmicas, done las líneas amarillas son pequeñas fallas (Janson Xavier & others, 2011)
Las secciones sísmicas a bajo muestran las terminaciones de reflexión de los recuadros marcados
en la estructura de la sección anterior, donde se muestra los colores correspondientes para
cada una de las terminaciones.
Figura 2.7 Ejemplos de terminaciones de reflexión en sección sísmica. Donde las líneas naranjas (máximos 1) y las
flechas indican las terminaciones y las verdes (mínimos 2) indican las relaciones geométricas. (Janson Xavier &
others, 2011)
1. Reflexiones de amplitud positiva
2. Reflexiones de amplitud negativa
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Capítulo 2. Comportamiento Sísmico de las Velocidades en distintas Litologías
2.3. CARBONATOS
Como ya hemos dicho los carbonatos son un tipo de roca almacenadora, pero existe un tipo
de estructura asociado a estas rocas, pues están formados directamente por organismos, y sus
agregados comprenden calizas y otras rocas carbonatadas relacionadas, así como bancos de
sedimentos de carbonatos inter estratificados, que son los arrecifes y éstos resultan ser de gran
importancia para la industria petrolera debido a su cuantiosa porosidad y grandes espesores.
Un arrecife se forma en un área tectónicamente inactiva que se caracteriza por tener una
estratificación plana más o menos uniforme en una gran área. El arrecife es creado por
organismos marinos que viven en la zona de acción de las olas en que la temperatura del agua
es adecuada para mantenerlos en crecimiento activo. Los arrecifes tienden a crecer
verticalmente, llegando a lograr espesores de hasta 400 metros o más y por ello acentúan el
efecto en los datos sísmicos.
Debido a las altas velocidades sísmicas que estos presentan, de entre 4500 y 6500 metros por
segundo y en contraste con sedimentos subyacentes terrígenos se obtienen buenos reflectores
sísmicos, siendo relativamente fáciles de identificar, no así la interpretación estructural debido a
la génesis y diagénesis de los mismos, pues a menudo el trazo de planos de arrecifes es posible
solamente en áreas con buenos registros. Es importante la información geológica, sobre la
naturaleza de los sedimentos y el ambiente de depósito, pues así se sabe de antemano en que
porción de la sección es más probable que se presenten los arrecifes
El arrecife entonces se puede delinear por medio de reflexiones, pero su interior puede
presentarse como un vacío de reflexiones, también pueden verse difracciones de la parte
superior o flancos del arrecife, incluso ambos. En ocasiones la terminación abrupta de
reflexiones de los sedimentos circundantes indica la localización del arrecife y se da el caso en
que el arrecife produce una barrera para la sedimentación, todo el patrón de medición difiere
en los dos lados del arrecife reflejando los diferentes ambientes sedimentarios (figura 2.9). Las
reflexiones sobrepuestas pueden mostrar poco relieve (usualmente sólo unos cuantos
milisegundos de magnitud) esto debido a la compactación diferencial y el efecto decrece con la
distancia abajo del arrecife.
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Capítulo 2. Comportamiento Sísmico de las Velocidades en distintas Litologías
Figura 2.9 Sección de depósitos carbonatados (Rocha de la Vega, 2007).
Las similitudes causadas entre arrecifes y las características de la sal suelen causar problemas.
Esto debido a que las áreas lacustres (detrás de los arrecifes) a menudo proporcionan las
condiciones apropiadas para la depositación de evaporitas, así que la sal frecuentemente está
presente en la misma porción de la columna sedimentaria. Las soluciones diferenciales de
capas de sal seguidas por el colapso de sedimentos sobrepuestos en el vacío (así creado)
producen características sísmicas que son similares en muchas maneras a aquellas que indican la
presencia de arrecifes.
Figura 2.10 Sección sísmica muestra un arrecife marcado en un recuadro amarillo. La sección muestra reflexiones
planas, fuertes y continuas, antes de tocar con el arrecife (Rocha de la Vega, 2007).
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Capítulo 2. Comportamiento Sísmico de las Velocidades en distintas Litologías
En la figura 2.10 se muestra una línea sísmica a través de un arrecife barrera; nótense los
cambios en el patrón de reflexión a través del arrecife, la compactación diferencial y las
evidencias de elevación de la velocidad, y el cambio en actitud regional de las reflexiones
abajo del arrecife, las cuales indican una línea de cambio débil, también puede apreciarse un
ligero jalón de la reflexión hacia arriba justo antes de salir del arrecife (en la línea de tiempo
2.6) debido a que la velocidad del arrecife es mayor que la del material circundante.
2.4 SAL
La identificación de los límites en presencia de cuerpos de sal resulta ser normalmente un
problema interpretativo. La cima de la sal puede ser interpretada fácilmente debido a que su
respuesta sísmica es muy clara, pero respecto a los límites de la sal no podría decirse lo mismo
pues es más complicado identificarlos. Conocer la génesis de la sal, puede ayudar a determinar
la forma que se espera tenga la base de la sal y así ayudar a la interpretación de la misma
estructura.
El flujo de sal produce con frecuencia anticlinales y domos. En muchas partes del mundo, se
han sepultado rápidamente densos depósitos de sal dentro de sedimentos relativamente no
consolidados (figura 2.11A). Pero también es bien sabido que los sedimentos se compactan con
la profundidad y por tanto incrementan su densidad, mientras que la de la sal permanece casi
constante. Por lo tanto, bajo cierta profundidad “crítica” la sal es menos densa que los
sedimentos sobrepuestos a ella, es decir, la sal se comporta como un fluido muy viscoso bajo
suficiente presión, y el empuje ascendente puede hacer que la sal fluya hacia arriba para formar
un domo, arqueando los sedimentos sobrepuestos y a veces penetrando a través de ellos como
se muestra en la figura 2.11B.
Las fosas de hundimiento y las fallas normales radiales (al igual que en arcillas) se producen a
medida por el arqueamiento de los sedimentos sobrepuestos, para aligerar el alargamiento que
acompaña al arqueo. Los domos salinos tienden a formarse a lo largo de zonas de debilidad de
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Capítulo 2. Comportamiento Sísmico de las Velocidades en distintas Litologías
los sedimentos, como una gran falla regional. El flanco de un domo salino puede considerarse
por sí mismo como una falla.
Figura 2.11 Esquemas de formaciones de sal. Se observa como avanza la sal tanto en sedimentos poco consolidados
“A” y como en sedimentos compactados “B” (Rocha de la Vega, 2007).
En la figura 2.12 se muestra una sección sísmica a través de un domo salino. Debido al gran
contraste de impedancia, la cima del domo salino (o casquete rocoso sobre la parte superior
del domo) puede ser un reflector muy fuerte.
Los echados pronunciados se ven en los
sedimentos adyacentes al domo, como resultado del arrastre ascendente junto con la sal
cuando ésta fluyó hacia arriba, además los sedimentos muestran un rápido adelgazamiento
hacia el domo.
La importancia de una definición precisa del flanco de un domo salino radica en que, con
frecuencia, el petróleo se encuentra en un cinturón angosto adyacente al flanco del domo,
pero como usualmente el flanco es casi vertical, raras veces da origen a una reflexión
reconocible. Pero debido a los altos contrastes de velocidad de la sal, se pueden migrar con
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precisión razonable los echados pronunciados de los sedimentos adyacentes a los flancos y
delinearlos por las terminaciones de estas reflexiones.
Figura 2.12 Sección sísmica de una intrusión salina (verde)
La figura 2.13 muestra una sección marina donde se ve que la sal ya ha penetrado por
completo hasta el fondo marino.
Figura 2.13 Sección sísmica Marina donde se aprecia un domo salino claramente
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Por lo general la reflexión desde la base de la sal es continua y sin quiebres, pero las reflexiones
producidas por el variable espesor de la sal sobre ella a veces interrumpen esta reflexión, se
puede decir entonces, que como la velocidad de la sal es mayor que la de los sedimentos
adyacentes, la base del evento de la sal parece estar jalado hacia arriba, donde la sal es más
gruesa (figura 2.14)
Figura 2.14 Diferencia entre el modelo geológico (real) y la sección sísmica que muestra un jalón de información
debido al grosor de la sal (Tocker y Yorston, 1973)
En ocasiones, sustancias distintas de la sal forman estructuras de flujo como ya hemos visto con
la arcilla, y a veces la lutita puede fluir junto con la sal, produciendo un domo salino con
revestimiento de lutita.
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Capítulo 3. Fuentes de Información de Velocidades Sísmicas
Capítulo 3.
Fuentes de Información de Velocidades
Sísmicas
El uso principal de las medidas de velocidad es poder llevar a cabo la conversión de tiempo a
profundidad, en todos los estudios sísmicos. Esta conversión es muy importante ya que nos
permite tener una mejor interpretación comparada con la de tiempo, además de que nos da
un modelo más aproximado a la realidad.
Existen dos maneras que nos permiten obtener información de velocidades sísmicas. La primera
es de forma directa para la cual se requiere de un pozo y las mediciones que tengan lugar
dentro de éste como los tiros de pozo o mejor llamados “checkshots”, del perfil sísmico
vertical (PSV) los cuales dan mediciones discretas de la velocidad y del registro sónico del cual
se obtienen medidas continuas de velocidad. Además las medidas de velocidad de pozo son
generalmente útiles para la construcción de modelos de velocidad sísmica ya que brindan
maneras de medir gradientes, y porque la relación entre la velocidad vertical y la horizontal es
frecuentemente bastante predecible.
La segunda es de modo indirecto en el cual las velocidades se pueden obtener por medio de la
sísmica superficial de reflexión mediante la corrección dinámica o corrección por trayectorias
oblicuas que se le realizan a los datos sísmicos y que está basada en el sobre tiempo de
distancia normal o SDN (Normal Move Out “NMO”), por lo que no proporcionan una buena
base para diferenciarlas. Aunque los métodos que se basan en NMO no son tan precisos como
los directos, generalmente se recurre a ellos para calcular velocidades ya que en pocas
ocasiones existen los suficientes pozos para la obtención de velocidades directas.
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Capítulo 3. Fuentes de Información de Velocidades Sísmicas
MÉTODOS DIRECTOS
3.1 TIROS DE POZO (CHECKSHOT)
El estudio de “checkshot” consiste en hacer descender un sismo detector de pozo profundo
para el registro de ondas, este detector se va colocando en distintas posiciones conocidas,
sobre todo a intervalos constantes, y lo que hace es medir el tiempo de tránsito de las ondas
sísmicas, que son generadas por una fuente casi en la boca del pozo o a distancias programadas
como se muestra en la figura 3.1 la fuente para producir la perturbación puede ser la que sea,
pero principalmente se utilizan las pistolas de aire con la peculiaridad de que debe estar
colocada dentro de una presa de lodo si el estudio es terrestre. Se pueden obtener
observaciones de una sola profundidad o de distintas profundidades dentro de la misma
formación y la longitud de grabación tendría que ser bastante larga para poder registrar el
arribo directo de la señal a grandes profundidades. Estos tiros también son conocidos como
disparos de prueba, pues sirven para verificar los datos del registro sónico.
El utilizar diferentes distancias de los puntos de tiro al pozo para una misma posición del
detector, tiene como objetivo evitar que las ondas viajen por trayectorias indeseables (cables,
tuberías). Después de efectuadas las observaciones en el tiro de un pozo, es necesario reducir
los tiempos de las trayectorias oblicuas a su equivalente en trayectorias verticales con respecto
a un nivel de referencia, reduciendo también las profundidades a ese mismo nivel.
Se registran los tiempos de trayectoria, procurando que el detector del pozo quede en
posiciones que coincidan con cambios de formaciones geológicas (cimas y/o discordancia) y
dentro de ellas, para determinar velocidades características de cada paquete de rocas y que los
intervalos entre mediciones sucesivas tengan una precisión adecuada, que a menudo pueden
ser de 200 metros o menos. En cada intervalo se activa la fuente y se toma el tiempo que le
toma a la energía alcanzar al receptor, es decir que en cada disparo se hace una grabación. Los
tiempos registrados en cada intervalo de grabación dentro del pozo se grafican contra las
profundidades formando la bien conocida gráfica T-Z (figura 3.2), y a partir de ella se
determinan las velocidades promedio y de intervalo. La construcción de la gráfica T-Z se lleva
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Capítulo 3. Fuentes de Información de Velocidades Sísmicas
a cabo leyendo los primeros arribos de energía registrados a cada profundidad.
La
determinación de la velocidad en un pozo se muestra a continuación.
x
Sismógrafo
d
T0
z
S

Trayectoria vertical
equivalente
Figura 3.1 Esquema de la determinación velocidad en un pozo. Se observa una fuente que se encuentra casi en
superficie y un detector que capta el disparo dentro del pozo ((Rodríguez Maya, 1978))
Donde:
ó
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Capítulo 3. Fuentes de Información de Velocidades Sísmicas
En los resultados de la medición de tiros de pozo de una grafica T-Z se muestran tres curvas
que representan el tiempo de viaje vertical “ ”, la velocidad promedio “
” y la velocidad de
intervalo “ ”. La fuente de energía, normalmente no se encuentra justo por encima del
receptor, este hecho implica que el tiempo de propagación de la onda descendente no sea
vertical, sino inclinado, por lo cual este tiempo puede multiplicarse por un factor para corregir
la inclinación, este factor esta dado por la relación
coseno. La velocidad promedio
hasta la profundidad
, esta dada por la relación
, la cual es una función
, medida desde la superficie
. Cuando las profundidades y tiempos para dos tiros se restan, se
encuentra la velocidad de intervalo
, que es expresada por la siguiente relación.
Figura 3.2 Gráfica de velocidades medias de propagación donde se observa la diferencia contra Velocidades de
Intervalo (Rodríguez Maya, 1978)
Cabe mencionar que esta técnica para la obtención de velocidades es la más antigua y sirve de
fundamento para el VSP. No está de más decir que dicha técnica sólo se lleva a cabo siempre
y cuando se tenga un pozo disponible y es por ello que resulta ser costosa.
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Capítulo 3. Fuentes de Información de Velocidades Sísmicas
3.2 REGISTRO SÓNICO
El registro sónico nos proporciona una medida continua de la velocidad, ya que éste no es más
que un registro de tiempo pues mide el tiempo que una onda sonora tarda en atravesar una
formación lo que se denomina tiempo de tránsito (t) y este es el inverso de la velocidad de la
onda sónica (que debería ser tiempo de tránsito por longitud, o bien, lentitud). Esta medida se
toma con una sonda que utiliza dos generadores de pulsos eléctricos y dos pares de detectores
(de R1-R4) a lo largo de ella. La separación entre cada par de receptores es de 61 cm, es decir,
R1 y R3 = R2 y R4. Esto se puede apreciar mejor en la figura 3.3. Para correr el registro se
necesita de la ayuda de un lodo de perforación para mantener las condiciones del pozo y la
herramienta, este lodo tiene su propia velocidad dependiendo si fue creado con agua salada o
agua dulce y los valores empleados son 1647 y 1612 m/seg respectivamente.
La forma de operación de la herramienta se basa en medir el tiempo de transito de una onda
acústica generada a través de un circuito oscilador que transmite frecuencia de entre 10-40KHz
(kilohertzio) o 10,000-40,000 ciclos por segundo (cps) de T1 a R2 y R4, luego la precisión de
la medición se verifica empleando un segundo oscilador de T2 a R1y R3 que proporciona una
señal que se compara con la primera. Éstas no deben diferir en frecuencia más de 6 cps. El
pulso a medir es la onda P, ya que es la primera en arribar a los detectores.
Las medidas que resultan del registro frecuentemente pueden venir acompañadas de errores,
que pueden ser tanto mecánicos como ambientales. Los errores ambientales pueden ser
provocados tanto por las variaciones del tamaño del pozo como por el enjarre, estos son
minimizados al promediar los resultados del tiempo de tránsito en ambos pares de receptores
como ya vimos.
Los errores mecánicos por otro lado se deben principalmente a un fenómeno llamado salto de
ciclo que se da, porque las compuertas de los dispositivos que registran el arribo de la señal en
cada receptor no son accionados a tiempo y permiten el paso de más ondas, lo cual provoca
una medida errónea del tiempo de transito, error que es fácilmente detectable en el registro,
ya que se observa un salto en las medidas continuas.
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Capítulo 3. Fuentes de Información de Velocidades Sísmicas
Figura 3.3 Sonda de registro sónico
Como ya se ha visto la propagación del sonido en un pozo es un fenómeno complejo que está
regido por las propiedades mecánicas
de ambientes acústicos diferentes, que incluyen la
formación, la columna del fluido en el pozo y la herramienta del registro, lo cual ya no resulta
ser un problema.
Una limitante de la herramienta sería que el registro sónico no puede ser definido en términos
de litología, y aunque éste es muy sensitivo en la textura de las rocas en cambios suaves por
que el sonido que viaja a través de una formación está íntimamente asociado con materiales
de la matriz (figura 3.4), es necesario emplear la ayuda de tiros de prueba para obtener la
litología. Pero la mayoría de registros sónicos son tomados solamente con el objeto de
identificación de porosidad y no de litologías, por esa razón algunas veces se omite dicho
paso. Otra desventaja del registro seria que no abarca la profundidad completa del pozo y casi
no existe información de la parte somera del pozo, lo que implica de suposiciones para
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Capítulo 3. Fuentes de Información de Velocidades Sísmicas
completar esas partes faltantes, lo cual no resulta una buena idea cuando se trata de obtener
sismogramas sintéticos.
Las unidades del registro sónico son microsegundos por pie ( s/ft), el rango del tiempo de
tránsito más común es entre 40 µs/ft y 140 µs/ft como se puede observar en el registro arriba
(figura 3.4)
Figura 3.4 Respuestas típicas del registro sónico. Donde el solecito amarillo indica presencia de gas (Coconi Morales,
2001)
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Capítulo 3. Fuentes de Información de Velocidades Sísmicas
3.3 PERFIL SÍSMICO VERTICAL “VSP”
Los levantamientos sísmicos de pozo tienen un alto valor en cuanto a funcionalidad y
certidumbre se refiere ya que suministran parámetros vitales de profundidad y velocidad
sísmica de los estratos a los levantamientos sísmicos de superficie, lo cual da una técnica básica
de amarre a los pozos diseñada para convertir secciones sísmicas de superficie desplegadas en
el dominio del tiempo al dominio de profundidad además la adquisición de sísmica de pozo
de multicomponentes y de múltiples desplazamientos entre fuentes sísmicas y los receptores
también ayuda a cuantificar los efectos direccionales de la propagación de ondas causados por
la anisotropía de la velocidad sísmica de los estratos y la consideración de estos efectos durante
el procesamiento de los datos sísmicos de superficie provee imágenes más precisas del subsuelo.
Figura 3.5 Adquisición sísmica de superficie “marina”
Figura 3.6 Perfil Sísmico Vertical
Una de las características importantes del Perfil Sísmico Vertical (figura 3.6) o por sus siglas en
ingles “VSP” (Vertical Seismic Profile) es su geometría de adquisición. Según Bob A. Hardage, el
VSP es definido como el procedimiento a través del cual se mide el tiempo de viaje de una
señal sísmica que pasa a través de la tierra y es registrada por geófonos anclados a diferentes
profundidades de pozos. Ésta se extiende a lo largo de la trayectoria del pozo en
profundidades específicas determinadas a partir de la simulación, previo a la adquisición.
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Capítulo 3. Fuentes de Información de Velocidades Sísmicas
La fuente es colocada en superficie cerca del pozo o a cierta distancia de él, considerando el
objetivo y las condiciones geológicas del lugar. A diferencia de los levantamientos sísmicos en
superficie estos utilizan una fuente sísmica en o cerca de la superficie (figura 3.5) y el volumen
investigado por estos levantamientos depende de la estructura del subsuelo, las velocidades
acústicas y la disposición de las fuentes y receptores, que pueden desplegarse en diferentes
localizaciones de la superficie. La ventaja del VSP es que las señales que llegan a los receptores
son menos atenuadas por los estratos someros de baja velocidad, ya que estos son atravesados
sólo una vez al contrario de la sísmica superficial. Cabe mencionar que la Industria Petrolera
Rusa fue la precursora de este método.
En general para realizar un estudio VSP se requiere de un receptor que descanse en el fondo
del pozo y vaya ascendiendo a ciertos intervalos constantes; una vez ubicados los receptores a
una determinada profundidad y acoplados perfectamente a la pared del pozo, una fuente se
activa por cada nivel de profundidad, que será no mayor de 30 metros. En cada nivel el
receptor registra una serie de trazas, las cuales se editan y apilan.
El pozo generalmente es un ambiente más tranquilo que la superficie, de modo que los
receptores pueden registrar datos con mejores relaciones señal-ruido que la sísmica superficial,
además también la señal directa registrada en el pozo ayuda a determinar las propiedades de
atenuación de los estratos de sobrecarga. Es por ello que el VSP nos permite corregir algunos
problemas que todavía se presentan en la sísmica convencional.
El equipo de registro utilizado en los estudios VSP, deben cumplir con rigurosas normas
estándar de la resolución, ganancia dinámica y formato de registro. Es decir, tanto los
geófonos de registro de los datos como del hidrófono o el geófono para monitorear la fuente
deben ser registradas con una resolución de hasta 12 bits (incluyendo la señal) para capturar
formas de alta calidad.
Los geófonos utilizados en el pozo, tienen características especificas del fabricante para atenuar
o amplificar las señales que se propagan hacia arriba del cable de registro con base en una
ganancia fija que va aumentando hasta un rango de 40 a 50 decibeles. Esta ganancia dinámica
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Capítulo 3. Fuentes de Información de Velocidades Sísmicas
se aplica para evitar el sobre escalamiento o el clípeo de la señal de salida de los geófonos,
especialmente cuando se encuentra cerca de la superficie.
El equipo utilizado en campo en el caso de las fuentes son las mismas que se utilizan en sísmica
de superficie. De hecho se recomienda que estas sean en proporción iguales. Pero en caso en
que esto no fuese posible la elección de una fuente adecuada depende de distintos factores; en
primer lugar se busca la consistencia de la señal, y en segundo el manejo de la herramienta,
cuando el área en superficie es muy compleja en su topografía.
En primer lugar tenemos las pistolas de aire que aunque en un principio fueron diseñadas para
adquisición marina, se implementaron en tierra por su fácil transporte a lugares de difícil
acceso y ha dado buenos resultados, su único “inconveniente” seria el efecto burbuja que
puede minimizarse fácilmente disparando un arreglo de pistolas. El vibrosismo es otra de las
herramientas más utilizadas y favoritas para la adquisición de un VSP debido a que la señal
generada es muy buena y la fuente puede ser controlada, lo cual permite tener varias fuentes a
la vez, debido a que el barrido inducido para diferentes vibrosismos pueden ser sincronizados
para estar en fase y frecuencia. De esta manera pueden hacerse varios barridos en distintos
puntos, obteniendo una buena consistencia en la señal. Además el proceso de correlación
aplicado a los datos sirve para discriminar el ruido aleatorio que se encuentra fuera del rango
del barrido.
En general el VSP es una herramienta óptima para lograr obtener una relación clara entre los
eventos sísmicos y geológicos, con una buena resolución y con la ventaja de que no existen
limitaciones como en la sísmica superficial debida a fenómenos tales como: absorción de
energía, generación de múltiples y divergencia esférica.
El registro sísmico de la fuente graba tanto eventos directos como reflexiones y se visualizan
mediante curvas que son totalmente opuestas y ello se debe a que la curva de la onda
reflejada necesita un tiempo mayor para ser registrada por los receptores someros de modo
que el tiempo necesario de la energía reflejada demora menos en arribar a los receptores
profundos. Ambas curvas se interpretan si el horizonte reflector se encuentra a la misma
profundidad que el receptor (figura 3.7).
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Capítulo 3. Fuentes de Información de Velocidades Sísmicas
Figura 3.7 Registro básico del Perfil Sísmico Vertical
En exploración generalmente se recurre a los levantamientos sísmicos de pozo para generar
imágenes que no pueden adquirirse mediante levantamientos sísmicos de superficie, ya sea
debido a formaciones de alta velocidad o zonas de baja velocidad tales como capas
superficiales o formaciones gasíferas. El estudio VSP nos ayuda en estos casos a determinar la
resolución horizontal de la roca bien conocida como zona de Fresnel, saber la estratigrafía de
capas delgadas y determinar propiedades físicas de las rocas, pero en general el VSP suele ser
muy útil ya que nos sirve para determinar coeficientes de reflexión, llevar a cabo la
comprobación de secciones sísmicas con registros de pozo, debido a que el ancho de banda de
la información obtenida por el VSP presenta valores más cercanos al rango de un estudio
sísmico de reflexión,
comparación del VSP con sismogramas sintéticos, permite obtener
algunos parámetros para el procesado de datos sísmicos.
Este estudio también tiene una aplicación muy importante en perforación e ingeniería de
yacimientos ya que sirve para predecir la profundidad de los reflectores sísmicos y predecir las
condiciones de la roca y zonas de alta presión un poco más allá de la barrena, así como para
definir límites del yacimiento, describir el mismo y monitorear los procesos secundarios de
recuperación, además también es útil en localización de fallas y detección de fracturas hechas
por el hombre.
A pesar de todas las aplicaciones que tiene el VSP, aún está lejos de utilizarse como una técnica
convencional debido a los altos costos y el tiempo que implica la toma de los datos.
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MÉTODOS INDIRECTOS
3.4 ANÁLISIS AUTOMÁTICO DE VELOCIDADES
Existe otra manera por la cual podemos determinar velocidades sin la necesidad de perforar un
pozo, esta se lleva a cabo por medio de un análisis de velocidades, paso que se efectúa
durante el procesado de datos sísmicos de superficie. Para poder hacer el análisis de velocidad
es necesario conocer los tipos de velocidades que se involucran en este proceso.
La primera y la más importante debido a que el resto de las velocidades se apoyan en ella, es
la velocidad de intervalo, que no es más que el espesor de una capa n dividida por el tiempo
total de la onda al pasar por dicha capa y su ecuación queda expresada así….
Donde t es el tiempo en un solo sentido y T es el tiempo de reflejo
La característica de esta velocidad es que nos muestra límites estratigráficos y las distintas
velocidades entre las dos capas contiguas.
El promedio de esta velocidad, es decir, la suma de las velocidades de intervalo, series de capas
de roca, entre el tiempo doble de arribo con cada capa da como resultado la velocidad
promedio y la ecuación queda expresada de la siguiente forma,
Ya que una velocidad es promedio de la otra, es lógico pensar que la gráfica de la velocidad
promediada resultara ser una línea más suavizada que la anterior como se mostró ya en tiros
de pozo (figura 3.2).
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Capítulo 3. Fuentes de Información de Velocidades Sísmicas
La velocidad raíz cuadrática media, es también una velocidad promediada a partir de la
velocidad de intervalo. Este promedio es requerido ya que la curva normal tendría varias
inclinaciones con las cuales, sería muy difícil trabajar y lo que hace el promedio es ayudar a
suavizar dicha curva (figura 3.8). La ecuación de ésta velocidad queda expresada después, de
la figura, como sigue:
Figura 3.8 Trayectoria de propagación de la onda en capas
La peculiaridad de
la velocidad RMS es que siempre será más rápida que la velocidad
promedio normal y una de las ventajas de conocer la velocidad cuadrática media, es que nos
permite obtener velocidades de intervalo a través de la formula de DIX que se muestra a
continuación;
Por último tenemos a la velocidad NMO o velocidad de apilamiento, que a diferencia de la
velocidad RMS, esta tiene una componente horizontal “X” que tiene que ver con la distancia
en superficie (offset) fuente-receptor y por lo tanto su ecuación está dada por la expresión que
sigue:
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Capítulo 3. Fuentes de Información de Velocidades Sísmicas
Donde:
: Tiempo doble de una onda sísmica reflejada lejos de una interface y registrada en un
receptor separado de la fuente
: Tiempo doble de una onda sísmica reflejada lejos de una interface y registrada en un
receptor con offset cero
3.4.1 ANÁLISIS DE VELOCIDAD
El análisis de velocidad se basa en encontrar una velocidad aparente con la cual se logre el
mejor apilamiento de las trazas que componen los puntos de reflejo común. En este análisis se
consideran ventanas de tiempo, lo suficientemente espaciada para lograr un traslape de ellas y
de esa manera incluir todos los eventos que puedan presentarse a lo largo de las trazas sísmicas
que componen la familia de CMP (Common Mid Point). La figura 3.9 muestra las distintas
trayectorias que componen un CMP, con una velocidad RMS y espesores conocidos. El tiempo
de viaje vertical se estima a partir de estos datos por medio de la ecuación siguiente,
De ese modo, si en la ecuación se calculan tiempos de arribo para todas las trazas del CMP en
una ventana de tiempo variando la velocidad RMS se obtendrán diferentes curvas hiperbólicas
a lo largo de las cuales quedarían los arribos de energía como se observa en la figura 3.10
donde los tiempos para un reflector n han sido tomados a partir de una ecuación en donde se
estiman condiciones ideales del subsuelo.
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Capítulo 3. Fuentes de Información de Velocidades Sísmicas
Figura 3.9 Líneas de reflejo común para un reflector
horizontal
Figura 3.10 Arribos de energía para una ventana de
tiempo dada
El problema ahora es establecer cuál de las velocidades es la óptima para cada ventana de
tiempo, es decir, que velocidad es la que mejor alinea los eventos dentro de ese grupo de
trazas.
Primero se considera una ventana de tiempo y luego se le aplica una corrección dinámica. En
este paso se corrigen los sobre tiempos por distancia normal o NMO (Normal Move Out), que
se da por el hecho de que las trazas se registran a distintos offsets, y en ocasiones también por
efectos de presión y compactación de la roca. De lo que se trata aquí es de eliminar el NMO
para que un horizonte plano se represente como tal y no como una hipérbola original (figura
3.11), lo cual se consigue mediante la ecuación arriba mencionada.
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Capítulo 3. Fuentes de Información de Velocidades Sísmicas
Figura 3.11 Corrección Normal Move Out. Donde el inciso “a” muestra una hipérbola dada por efectos de gravado
o de litología y el inciso “b” muestra la corrección NMO (horizonte en forma correcta)
Una vez que las trazas han sido movidas en tiempo (para una misma velocidad de
apilamiento), éstas son correlacionadas para medir la similitud (coherencia) entre ellas. Luego
se supone otra velocidad de apilamiento y se repiten los cálculos, y así hasta lograr un barrido
de velocidades en todas las ventanas de tiempo. La velocidad que resulte tener el más alto
valor es la que apilará mejor las trazas en cada ventana de tiempo.
Para poder determinar la función de velocidad necesaria para un apilamiento óptimo, una
gráfica de matriz de velocidad contra tiempo en función de los valores de correlación
(espectro de velocidad) como la que se muestra en la figura 3.12 resulta ser muy útil. Si la
función de velocidad escogida toma en cuenta estas reflexiones primarias, estas serán apiladas
adecuadamente y aparecerán en la sección.
En el espectro de velocidad o semblanza, como se conoce hoy en día se muestran los picos
sobre las trazas de amplitud pico (izquierda) correspondientes a los eventos en una sección
sísmica y del lado derecho se muestran las posiciones de las culminaciones que dan las
velocidades (o sobre tiempos normales) que se suponen que optimizan el apilamiento (de ahí
la velocidad de apilamiento).
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Capítulo 3. Fuentes de Información de Velocidades Sísmicas
Figura 3.12 Espectro de velocidad (semblanza), donde de lado izquierdo se observan las trazas de amplitud pico que
corresponden a los eventos ocurridos en una sección sísmica y al lado contrario se ven los máximos que dan las
velocidades que sirven para ayudar al apilamiento
Cabe mencionar que todo lo descrito anteriormente es cierto siempre y cuando el echado de
las capas no exceda de 7 grados, pues dichas velocidades tienden a aumentar con el
incremento de éste. Además debido a que el análisis de velocidad comprende de un número
apreciable de cálculos solo se efectúan análisis de 1 a 5 km a lo largo de cada línea, como se
muestra en la figura 3.13.
El empleo de estas velocidades usando la fórmula de DIX para obtener parejas de datos
tiempo - profundidad, es una herramienta útil que debe usarse con precaución y sólo como
apoyo o mejor dicho en el último de los casos, donde no se cuente con ningún otro tipo de
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Capítulo 3. Fuentes de Información de Velocidades Sísmicas
información disponible, debido a que los datos que estas velocidades emplean son datos
demasiado suaves que manejan un gran rango de error como se muestra en la figura 3.14 y
que para nuestros fines no serian de gran utilidad, ya que el trabajo que se realiza en
caracterización de yacimientos es más detallado, donde el rango de error aceptable es menor
a 30 metros.
Figura 3.13 Hace algunos años se mostraban en una sección sísmica los VELAN (análisis automáticos de velocidad)
en los puntos de tiro en donde fueron realizados los análisis.
Estas velocidades suelen ser útiles para determinar con cierta certidumbre bloques bajos en
donde no se tiene control alguno de velocidad, así como delimitación de zonas de baja
velocidad como domos arcillosos y zonas sobrepresionadas, como apoyo para la perforación
de pozos, figura 3.14.
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Capítulo 3. Fuentes de Información de Velocidades Sísmicas
Velocidad (m/s)
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0
Vint_Calculada
500
Vrms
Vint_Real
1000
Tiempo Doble (ms)
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
Figura 3.14 Gráfica de velocidades de intervalo reales comparadas con las obtenidas a partir de las VRMS. Puede
observarse el gran contraste que existe entre éstas y como consecuencia reiterar la baja confiabilidad que tienen para
la conversión de tiempo a profundidad.
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Capítulo 4. Aproximación de Funciones de velocidad a datos de Pozo
Capítulo 4.
Aproximación de Funciones de Velocidad a
datos de Pozo
Una vez que se ha registrado un pozo profundo para obtener velocidades sísmicas se puede
observar que el tiempo vertical gráficamente aparece como una línea quebrada, lo cual, sin
lugar a duda manifiesta la presencia de cambios de velocidad tanto positivos como negativos.
La gráfica es correcta pero rigurosamente sólo se refiere a un punto del área que se esté
explorando y por lo tanto se debe pensar en la forma de regularizar tales datos para que se
tenga una aplicación razonable en toda el área que se está trabajando.
El problema matemático consiste en el ajuste de esta línea quebrada con una curva más o
menos regular y continua que se pueda expresar con una fórmula y que sea aplicable a toda el
área de estudio. Esto quiere decir que se debe encontrar una ley teórica de velocidad que
mejor se ajuste a los datos observados y para ello se escogió por experiencia tres diferentes
maneras de aproximar dichos datos siendo la más simple la llamada ley lineal de la velocidad
con la profundidad, esta ley puede dar buenos resultados cuando la columna geológica está
formada por sedimentos del Terciario compuesta por lutitas y arenas alternadas, tiene el
inconveniente de que siempre aumenta en forma rápida y constante con la profundidad lo
cual puede no ser tan factible a la hora de hacer extrapolaciones, pues podemos aplicar
valores absurdos de velocidad que conducen a errores graves en el cálculo de las
profundidades de los horizontes reflejantes.
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Capítulo 4. Aproximación de Funciones de velocidad a datos de Pozo
El segundo caso, es hacer un mejor ajuste de los datos observados de velocidad que varie
parabólicamente con la profundidad. Si se hace el cálculo del tiempo de propagación se llega a
la conclusión de que tal ley es equivalente a una ley lineal de la velocidad con relación al
tiempo vertical, sólo que la ley parabólica nos dará un mejor ajuste, además de una desviación
estándar menor.
En el tercer caso, si se quieren tomar en cuenta algunas inflexiones que pueda tener una ley
teórica de acuerdo con los datos de observación es preciso hacer el ajuste con un polinomio
que relacione los tiempos verticales con la profundidad y el grado puede llevarse al número
que se quiera pero puede decirse que lo más conveniente es una ley cúbica de la velocidad con
la profundidad que puede calcularse con relativa facilidad.
4.1 FUNCIÓN LINEAL Y EXPONENCIAL
Esta función está basada en la suposición de un incremento lineal de la velocidad con la
profundidad, es decir
, la velocidad como función de la profundidad, para una columna
geológica constituida por una alternancia de areniscas y lutitas. La ecuación queda
representada así:
Donde:
: Velocidad intrínseca a la profundidad z
: Profundidad desde el nivel de referencia
: Velocidad inicial
: Razón del Incremento de velocidad-profundidad
Por lo regular los datos con los que se cuenta son de pozo que consisten en parejas de datos
de tiempo-profundidad. Por lo que es necesario tener una función en términos de estas
variables, además de los parámetros
y
(incógnitas a determinar), para lo cual necesitamos
transformar la ecuación lineal.
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Capítulo 4. Aproximación de Funciones de velocidad a datos de Pozo
Así entonces, podemos escribir la ecuación de la siguiente manera:
Despejando
tenemos que
Integrando esta función…
Tendremos…
De condiciones iníciales tenemos que
Así que sustituyendo
por lo tanto,
en la ecuación, tenemos la expresión:
Obtenemos Z al despejar:
Donde es el tiempo de viaje de la onda.
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Capítulo 4. Aproximación de Funciones de velocidad a datos de Pozo
Se supone el carácter de aproximación de la ley lineal da lugar a que la aproximación sea
adecuada sólo en la región en donde existan los datos de T-Z que sirve para calcularla. Sin
embargo este postulado estrictamente no es cierto en el sentido de que los datos extrapolados
usando esta expresión no necesariamente son erróneos, ya que pueden servir para estimar
valores más profundos en zonas donde la litología es similar aprovechando el sentido
exponencial de la función, como veremos más adelante en el cálculo de los parámetros
Para calcular los valores de
y
y .
, existen varios métodos entre los que se encuentran el de
sigmas y el de mínimos cuadrados, el problema con dichos métodos es que resultan ser más
complicados de lo que se necesita, nosotros en el presente trabajo planteamos un método
mucho más sencillo que se lleva a cabo a partir de velocidades de intervalo.
De acuerdo con la expresión mencionada anteriormente para el cálculo de la profundidad
y derivando con respecto del tiempo, así…
Tenemos que…
De donde si aplicamos el logaritmo natural en ambos miembros de la ecuación queda:
Esta es la ecuación de una recta con pendiente k y ordenada al origen
. Y donde la
velocidad empleada ( ) es la velocidad de intervalo ya que los incrementos que estamos
manejando son incrementos pequeños de profundidad contra incrementos pequeños de
tiempo.
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Capítulo 4. Aproximación de Funciones de velocidad a datos de Pozo
Si aplicamos mínimos cuadrados y haciendo un cambio de variables tendremos:
Por mínimos cuadrados tenemos que minimizar el residual “r” o error de aproximación dado
como sigue
Expresado en forma matricial queda:
Resolviendo el sistema tenemos que:
Y volviendo a las variables reales tendremos:
Nota: Obtendremos
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aplicando la exponencial al
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(ya conocido).
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Capítulo 4. Aproximación de Funciones de velocidad a datos de Pozo
Por lo que si graficamos el logaritmo natural de la velocidad contra el tiempo y aplicamos las
ecuaciones obtenidas anteriormente sencillamente obtendríamos los parámetros buscados. Los
mismos resultados tendríamos si graficamos la velocidad contra el tiempo y aproximamos la
tendencia a una función exponencial.
Un ejemplo aplicado a datos reales de campo agudizará el entendimiento del método. Sean
los datos de profundidad y tiempo (z,t) mostrados en la Tabla 4.1 y calculando la velocidad de
intervalo, tenemos.
Tabla 4.1. Pareja de datos tiempo profundidad (Z-T) y Velocidad de intervalo calculada (Vint )
z real
T
Vint
z real
T
Vint
1500
0.67575
2219.75583
4375
1.666615
2997.60192
1625
0.727285
2425.53604
4500
1.705255
3234.98965
1750
0.777095
2509.53624
4625
1.743235
3291.20590
1878
0.82189
2857.46177
4750
1.779935
3405.99455
2000
0.86576
2780.94370
4875
1.815855
3479.95546
2125
0.914755
2551.28074
5000
1.8489
3782.72053
2250
0.957365
2933.58367
5125
1.8819
3787.87879
2375
0.9997
2952.63966
5250
1.91377
3922.18387
2500
1.041485
2991.50413
5375
1.95149
3313.89183
2625
1.08427
2921.58467
5500
1.986575
3562.77612
2.01902
3852.67376
2750
1.12769
2878.85767
5625
2875
1.166355
3232.89797
5750
2.04766
4364.52514
3000
1.20313
3399.04827
5875
2.07617
4384.42652
3125
1.24101
3299.89440
6000
2.110795
3610.10830
3250
1.27916
3276.53997
6125
2.14738
3416.70083
3375
1.320175
3047.66549
6250
2.18291
3518.15367
3500
1.36114
3051.38533
6375
2.21655
3715.81451
3625
1.402485
3023.34019
6500
2.24424
4514.26508
3750
1.446385
2847.38041
6625
2.270175
4819.74166
3875
1.492245
2725.68687
6750
2.295775
4882.81250
4000
1.53684
2803.00482
6875
2.32472
4318.53515
4125
1.580755
2846.40783
4250
1.624915
2830.61594
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Capítulo 4. Aproximación de Funciones de velocidad a datos de Pozo
Se crea una grafica de velocidades de intervalo contra tiempo y se aproxima a una tendencia
exponencial de la forma
para obtener la siguiente grafica.
Velocidad de intervalo
6000
y = 2016.e0.310x
5000
4000
3000
2000
1000
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
tiempo
Figura 4.1 Grafica de “velocidad de intervalo – tiempo” de datos reales
Así entonces los valores de
y
se obtienen directamente de la gráfica o de las ecuaciones y
sin tanta complicación, sabiendo claro, que el método de mínimos cuadrados hace la
aproximación de la tendencia exponencial que pasa por la media de todas las observaciones.
De las gráfica y de las ecuaciones los valores para k y Vo son:
y
Una vez con estos valores se pueden estimar nuevas parejas de datos tiempo y profundidad y
la grafica comparada con los datos reales de profundidad quedaría como se muestra en la
figura 4.2.
Es importante mencionar que este método fue creado para una litología compuesta por una
alternancia de lutitas y areniscas. Por lo que el grado de exactitud de este será mayor
obviamente en este tipo de litologías.
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Capítulo 4. Aproximación de Funciones de velocidad a datos de Pozo
2.5
(seg)
1.5
Tiempo
2
1
z real
Z expo
0.5
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
Profundidad
(mts)
6000
7000
8000
Figura 4.2 Gráfica tiempo profundidad. Donde los datos reales se muestran en línea continua color azul y los
calculados con línea segmentada rosa.
Sin embargo cuando tenemos una columna geológica compuesta primero por terrígenos
sobreyaciendo a una columna de carbonatos. Se recomienda que para tener una mejor
aproximación con el cálculo de los parámetros
y
sería necesario separar primero las
tendencias por el tipo de litología predominante y aplicar el método a la litología de mayor
interés, de este modo se tendrá un mejor ajuste a la curva como se muestra en la figura 4.3, de
otro modo, es decir, considerando todos los datos T-Z para aproximarlos a una función
exponencial obtendríamos otros valores de
y
que harían que nuestra aproximación sea
menos confiable sobre todo en nuestra primera litología (figura 4.4), ya que estaríamos
mezclando dos gradientes distintos de velocidad.
Por otro lado el seguir la tendencia exponencial de la curva (de la primer litología), resulta ser
de gran utilidad para estimar valores más profundos en tiempo y de una manera más exacta ya
que lo que anteriormente se acostumbraba era extrapolar los datos con la tendencia de
compactación de la primera litología, es decir, se continuaba la tendencia de la grafica T-Z con
una línea recta donde cambiaba de dirección la curva.
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Capítulo 4. Aproximación de Funciones de velocidad a datos de Pozo
Figura 4.3 Función exponencial para una sola litología
Figura 4.4 Función exponencial usando todos los datos
Como ya hemos visto el método resulta ser un método útil, sencillo y práctico, pero lo que
necesitamos saber ahora es el grado de certidumbre que éste nos proporciona y para eso nos es
útil la expresión del porcentaje del error relativo el cual está definido como la diferencia
absoluta entre el valor real y el estimado entre el valor real multiplicado por 100.
La ecuación del error relativo nos representa claramente el valor de discrepancia que se
encuentra entre los datos de pozo y la curva de función calculada y la expresión está dada por:
Donde
y
denotan los valores de profundidad i-ésimos de los datos observados y de la
función exponencial respectivamente y
es el número de datos considerados.
Con esto tenemos que para el ejemplo que hemos venido manejando el valor del error relativo
promedio es del 0.49% es decir para un valor de 3000 metros el error que se cometería seria
de [3000 x 0.0049] = 14.7 metros. Valor aceptado en la industria petrolera ya que el rango
de error que se maneja es menor a
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metros.
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Capítulo 4. Aproximación de Funciones de velocidad a datos de Pozo
El método explicado anteriormente no sólo sirve para la obtención de los parámetros k y Vo
sino también para extrapolar y crear pseudo TZ por medio de valores en la frontera en donde
queremos propagar la tendencia y que nuestra función pase por dichos datos (t,z). Lo anterior
es de mucha utilidad para crear modelos de velocidad cuando solo tenemos una TZ en el área
de estudio y puntos de control.
Para crear pseudo TZ se procede de la siguiente manera. De la expresión
En donde aprovechando la k obtenida que
nos representa el gradiente de velocidad o
constante de proporcionalidad de la zona, la tomamos como dato, así como a la pareja de
valores (t,z) por donde queremos que pase nuestra función, lo que nos restaría hacer
es
despejar la Vo de la ecuación lo que finalmente nos dará los parámetros buscados (k, Vo) para
obtener una nueva función.
Ejemplo:
Sean los datos: K= 0.2517 y Vo= 2160 si queremos obtener una pseudo TZ que pase por el
punto (1385,0.973), profundidad y tiempo respectivamente, despejando de la ecuación
anterior a Vo tenemos:
Sustituyendo valores:
= 1178. Con este nuevo valor de Vo y k=0.2517 nuestra función exponencial pasaría por el
punto dado obteniendo una nueva pseudo TZ con la misma tendencia de compactación k.
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Capítulo 4. Aproximación de Funciones de velocidad a datos de Pozo
4.2 FUNCION LEY CÚBICA
La función de la ley cúbica de Z(t) es expresada como:
Si se calcula la velocidad a cualquier profundidad la ecuación quedaría como:
Con esta ley cúbica el parámetro
es igual a la velocidad en la superficie (
).
Después los parámetros que necesitamos para el cálculo de esta ley son:
Por mínimos cuadrados tenemos:
Sea mínimo
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Capítulo 4. Aproximación de Funciones de velocidad a datos de Pozo
Resolviendo el sistema mediante el Método de Cramer tenemos que:
;
;
Donde:
;
;
Y su error relativo sería:
Para ejemplificar el método utilizaremos la misma pareja de datos tiempo profundidad (tabla
4.11) que empleamos para el método exponencial.
Y una vez realizadas todas las operaciones mostradas en el desarrollo del método los valores
resultantes de alfa, beta y gama fueron:
La gráfica de comparación (figura 4.5) entre el método de ley cubica y datos reales mostro una
mejor aproximación, puesto que el error relativo resulto ser de 0.45%, es decir para un valor
de 3000 metros el error que se cometería seria de 3000*.0045 = 13.5 metros de error.
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Capítulo 4. Aproximación de Funciones de velocidad a datos de Pozo
2.5
2
Tiempo
1.5
z real
1
zcub
0.5
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Profundidad
Figura 4.5 Gráfica tiempo profundidad. Donde los datos reales se muestran con línea continua color azul y los
calculados con línea segmentada en rosa.
Es importante mencionar que si se requiere ajustar la curva a todos los datos existentes, no
haciendo distinción de litologías esta ley resulta ser la mejor. Sin embargo para poder realizar
una propagación lateral del comportamiento de la función resultaría más complicado que
emplear los parámetros de la función lineal Vo y K para conformar una malla contando con
sólo parejas de datos de profundidad y tiempo y sus coordenadas.
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Capítulo 5. Modelos de Velocidad para la conversión Tiempo-Profundidad
Capítulo 5.
Modelos de Velocidad para la conversión
Tiempo-Profundidad
La sísmica es una especialidad interdisciplinaria que no sólo consiste en hacer un buen trabajo
con respecto al manejo de velocidades, sino también de hacer que lo que es obvio para
nosotros sea entendible para personas ajenas a la sísmica y para ello es necesario realizar la
conversión tiempo-profundidad, que no es más que una cuestión de calibración y un proceso
exclusivamente vertical (Etris, et. al., 2001).
Por definición sólo existe un camino para relacionar el tiempo con la profundidad y es conocer
la velocidad de propagación de las ondas a través del medio. Entonces para llevar a cabo una
conversión a profundidad es necesario contar con velocidades obtenidas ya sea directa o
indirectamente (Capítulo 3), teniendo en cuenta que las velocidades reales (directas) son más
precisas, sin embargo no siempre se puede contar con pozos, por ello es muy común que se
recurra a las mediciones indirectas, una ventaja de estas es que se cuenta con un mayor número
y una mejor distribución de ellas.
Para llevar a cabo la conversión tiempo-profundidad existen distintos métodos que dependerán
de la información con la que se cuente, así por ejemplo si se cuenta con amplia información
tomada de pozos se podría recurrir a modelados de velocidad para conversión a profundidad
(figura 5.1c) y en un caso contrario se podría llevar a cabo dicha conversión por medio de
velocidades promedio o de intervalo como se muestra en la figura 5.1 a y b.
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Capítulo 5. Modelos de Velocidad para la conversión Tiempo-Profundidad
En la figura 5.1 se muestra que hay tres niveles de detalle en un modelo de velocidad,
dependiendo de cómo se comporte la velocidad con la profundidad. El nivel más simple es el
de velocidad media (figura 5.1a) donde se dejan de lado las capas y vamos directamente al
horizonte de interés, este método es simple y fácil de implementar pero no da una descripción
a detalle del subsuelo, en cambio el método de velocidades de intervalo (figura 5.1b) permite
la variación espacial entre velocidad y ubicación de pozos que garantiza un modelo de mejor
detalle pero indudablemente si todavía necesitamos mayor detalle, es decir, que nuestro
modelo de capa incluya la variación de la velocidad con la profundidad, para el caso de que las
velocidades aumenten con mayores grados de compactación debido a una sobrecarga mayor,
está el modelo de velocidad instantánea (figura 5.1c) que es una variación de la velocidad en
muy pequeños incrementos de profundidad y puede ser descrita por una función de velocidad.
Figura 5.1 Métodos de conversión a profundidad
Así entonces el método a elegir tendrá que ver con la calidad de los datos que se quiera, los
objetivos a profundidad especificados, el tiempo y las limitaciones económicas con las que se
cuente. Algunos modelados de velocidad pueden ser como algunos métodos directos rápidos
y precisos, pero otros requieren mucha información, destreza y tiempo, pero ofrecen mayor
confiabilidad en los resultados, particularmente entre pozos.
Resta decir que el método de conversión más fiable es aquel que resulta ser geológicamente
coherente, utiliza velocidades debidamente detalladas e incorpora correctamente todos los
diferentes tipos de velocidad tanto sísmica como de pozo.
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Capítulo 5. Modelos de Velocidad para la conversión Tiempo-Profundidad
5.1 MODELO DE VELOCIDAD MEDIA
Se usa este método de conversión cuando se pueden convertir mapas de contorno de tiempo
que reflejan una edad constante o unidad estratigráfica. Se parte de una profundidad o pick
(cima) de pozo conocido (geográficamente), que según la sección sísmica podrá ubicarse en
tiempo. Es decir, que una vez teniendo las coordenadas de los pozos, sus cimas geológicas y
con los datos de tiempo de cada uno de ellos se forma el modelo de velocidad media para una
cima dada a partir de la expresión:
Donde
es la velocidad media,
la cima de la unidad geológica y
el tiempo sencillo de la
cima, todas en el pozo -ésimo.
Dado que se tienen coordenadas de todos y cada uno de los pozos junto con los datos
necesarios, se pueden generar mapas para definir la distribución de velocidades medias de un
horizonte dado y usando estos mapas se pueden convertir tiempos sísmicos a profundidad. Es
decir, que una vez teniendo el modelo de velocidad calibrado y con el horizonte de interés
interpretado en tiempo simplemente multiplicando el primero con el segundo se obtiene la
conversión a metros como se muestra en la figura 5.2.
Los datos de entrada pueden obtenerse ya sea directamente de los datos medidos de registros
Check-Shot o VSP, como de la combinación de sísmica (tiempo) y datos de pozo (profundidad)
mediante el uso de sismogramas sintéticos, o bien de pura sísmica donde los datos procesados
son tomados como básicos para la conversión tiempo-profundidad.
Este método requiere más de un punto de tiempo-profundidad para cada horizonte sísmico de
interés, pero la creación del modelo es simple y rápida de implementar, y con la ventaja de
que todos los puntos seleccionados incluyendo puntos de control, para crear el modelo de
velocidad al momento de la conversión de tiempo a metros, son respetados teniendo un error
del cero por ciento.
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Capítulo 5. Modelos de Velocidad para la conversión Tiempo-Profundidad
Figura 5.2 Diagrama del Modelo de Velocidades Medias. Una vez que se tienen las cimas de los pozos ubicadas
geográficamente pueden también ubicarse en tiempo por medio de una sección sísmica y aplicando una fórmula
puede crearse un mapa de velocidades, Así entonces una vez con el modelo de velocidad calibrado y el horizonte
interpretado en tiempo, simplemente multiplicando el primero por el segundo se obtiene el horizonte en
profundidad.
Este tipo de modelo sirve sólo para la cima y horizonte para el que fue creado. Además, no
podemos tener plena confianza en las profundidades predichas ya que el modelo no describe el
subsuelo a detalle. Un ejemplo claro es que cuando existen echados fuertes en la estructura
interpretada o fallas geológicas con desplazamiento vertical grande y no habiendo datos de
control, la extrapolación tiende a mantener echados suaves dando valores de profundidad más
someros que los reales. Este método es también inexacto donde la compactación tiene una
mayor influencia en los valores de velocidad. Sin embargo puede haber buenas razones para
ignorar los detalles, por ejemplo, la falta de coherencia en el patrón de comportamiento de la
velocidad con la profundidad, o la falta de horizontes fácilmente definibles.
Este método es recomendado para hacer la conversión tiempo-profundidad sobre áreas
delimitadas, de preferencia con un gran número de puntos tiempo-profundidad y para
horizontes sísmicos poco profundos.
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Capítulo 5. Modelos de Velocidad para la conversión Tiempo-Profundidad
5.2 MODELO DE VELOCIDAD POR CAPAS
Este método es aplicable cuando se cuenta con por lo menos la información de un pozo (si son
varios mejor), que nos pueda proporcionar valores de tiempo de reflexión con sus respectivas
profundidades, de donde posteriormente se seleccionarán los horizontes a interpretar, de
acuerdo
con
la
velocidad
de
intervalo
(ecuación
bien
conocida,
, donde “n” es el numero de horizonte), la cual nos representa
el espesor formado entre un horizonte y otro, como se muestra en el ejemplo de la tabla 5.1.
Tabla 5.1 Valores de tiempos de reflexión con sus respectivas profundidades
Pick
MM
ES
KS
KM
KI
JST
JSK
Tiempo (s)
1.354
1.569
1.771
1.821
1.861
1.907
1.97
Profundidad(m)
3482
3977
4594
4840
5067
5325
5607
V intervalo (m/s)
2572
2304
3052
4914
5692
5611
4466
Nota: Los picks solo se refieren a las cimas de las formaciones a interpretar y en este caso son las siguientes, MM
(Mioceno Medio), ES (Eoceno Superior), KS (Cretácico Superior), KM(Cretácico Medio), KI (Cretácico Inferior), JST
(Jurasico Superior Tutoniano) y JSK (Jurasico Superior).
La diferencia entre velocidad de intervalo y la profundidad de cada horizonte es que la primera
puede ser representativa de la capa tanto cerca como lejos del pozo dependiendo, claro de la
buena interpretación estructural realizada y la segunda sólo representa la profundidad en las
cercanías del pozo como se aprecia en la figura 5.3. Se pueden determinar profundidades
alejadas de un pozo por medio de las velocidades de intervalo. La idea es crear pseudo-pozos,
los cuales pueden ubicarse arbitrariamente, aunque es conveniente ubicarlos alrededor del pozo
real y el número de estos dependerá del área que se desee realizar.
La manera de calcular velocidades a partir de pseudo-pozos, es mediante la proyección vertical
de dicho pseudo-pozo para extraer tiempos de reflexión, en la interpretación sísmica
estructural, para cada uno de los horizontes correlacionados y así con cada uno. Y la ecuación
que nos sirve para calcular el espesor de capa de un pseudo-pozo es:
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Capítulo 5. Modelos de Velocidad para la conversión Tiempo-Profundidad
Donde:
Recordemos que esta ecuación no es más que un despeje del espesor de la ecuación de
velocidad de intervalo (antes vista). Por otro lado el cálculo de la profundidad total (Z) se
obtiene simplemente sumando los espesores y una vez calculadas estas, se puede realizar la
conversión a profundidad de cada horizonte.
Figura 5.3 Modelo de distribución de horizontes y velocidades de intervalo. Se observa que las velocidades de
intervalo son representativas de la capa en cualquier punto o a cualquier profundidad siempre y cuando pertenezca
al mismo horizonte (http://geologia.ujaen.es/)
Este método suele ser bueno, pero la superposición del comportamiento constante lateralmente
de la velocidad de intervalo no es del todo correcta, ya que se pueden encontrar variaciones
debidos a cambios litológicos y estructurales, como fallas de crecimiento o de gran
desplazamiento que ponen en contacto litologías totalmente diferentes, así como la presencia
de domos salinos o arcillosos, (Flores Magaña, 2005).
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Capítulo 5. Modelos de Velocidad para la conversión Tiempo-Profundidad
5.3 MODELO A BASE DE FUNCIONES EXPONENCIALES
Este método puede ser aplicable también cuando se cuenta con información de un solo pozo (si
son varios mejor), que pueda proporcionar valores de tiempo de reflexión con sus respectivas
profundidades, con la información de la cima de una capa en los pozos que no cuentan con
estudios de velocidad y con la interpretación sísmica en tiempo de esa capa, se puede formar
un modelo de velocidad que sirva para la conversión a metros.
Debe recordarse que el método de aproximación de la función exponencial se basa en
considerar el gradiente de compactación uniforme dentro de una litología compuesta por
arenas y lutitas.
Apoyándonos en estos datos y con la información de velocidad real de pozo (por lo menos
uno) se puede crear un modelo de velocidad a partir de funciones exponenciales del tipo
.
Primero se calculan los parámetros de la función exponencial (Vo y k), entonces con apoyo de
la interpretación en tiempo de la capa u horizonte de interés se extrae el valor correspondiente
en tiempo para cada uno de los pozos que cuentan con la información de la cima geológica de
la capa de interés. Formando parejas de tiempo y profundidad (z,t). Con estos datos y los
parámetros calculados de la función exponencial se generan pseudo-TZ o funciones
exponenciales teóricas (gráficas tiempo-profundidad) ya descritas anteriormente (Rodríguez M.
2010). Así, una vez con las T-Z’s calculadas, usando las cimas de todos los pozos y con el
horizonte objetivo ya definido en tiempo de la cima de la formación determinada se genera el
modelo de velocidad final para la conversión a metros.
Las profundidades calculadas a través de éste método sólo pueden ser válidas mientras sigamos
estando dentro de una columna geológica compuesta de arenas y lutitas, si queremos calcular
valores más profundos en donde cambie la litología y el gradiente de velocidad se tendría que
anexar otra ecuación , figura 5.1c.
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Capítulo 5. Modelos de Velocidad para la conversión Tiempo-Profundidad
5.4 MODELO CUANDO EXISTE INFORMACIÓN DE POZOS (PICKS),
HORIZONTES DE VELOCIDAD Y T-Z
Puede decirse que este es el mejor de los casos, pues se cuenta con los diferentes tipos de datos
de la información requerida, pero hay que tener en cuenta que los distintos tipos de datos
también tienen
diferentes grados de certeza, particularmente los datos de pozo en
comparación con los de sísmica. Como ya hemos visto los datos de pozo pueden provenir de
VSP’s, Check Shot`s, registros sónicos o alguna combinación de estos en uno o varios pozos. El
VSP y el Check Shot pueden ser usados directamente, pero el registro sónico requiere de una
corrección por deriva para ser comparable con un VSP o Check Shot.
Se sabe que los datos de pozo son mediciones duras de profundidad, aunque no del todo sin
error, pueden proporcionar una baja incertidumbre, sin embargo los pozos nos presentan
información de velocidad a lo largo de la vertical a menudo limitados por la profundidad total
del pozo. Al contrario de los datos sísmicos que ofrecen un espacialmente denso, regular y
objetivo muestreo que cubre el rango de profundidad total uniforme a lo largo del área de
prospección. Estas características ofrecen la oportunidad de superar muchas de las limitaciones
usando solo datos de pozo. Sin embargo los datos sísmicos son una medida del tiempo en vez
de profundidad o velocidad directamente.
Cualquier esfuerzo que se compromete a combinar datos duros (de pozo, de baja certidumbre
y baja densidad de muestreo) y datos suaves (de sísmica, de alta certidumbre y alta densidad de
muestreo) tiene que cumplir con la más alta certidumbre de los datos de pozo.
Algunas recomendaciones como las que se muestran a continuación podrían ayudarnos en la
construcción de un modelo óptimo.
5.4.1 Límites litológicos o superficies de igual velocidad, donde los límites de las
capas incluyen idealmente los límites de velocidad, (horizontes de velocidad)
Los mayores contrastes de velocidad entre capas geológicas son probablemente límites para las
capas en el modelo de velocidad, pero no en todos los casos resulta de igual forma, habrá
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Capítulo 5. Modelos de Velocidad para la conversión Tiempo-Profundidad
casos en los que la velocidad sea controlada mas por la profundidad del sepultamiento y en
dicho caso las líneas de contorno de igual velocidad se deberán seguir muy de cerca. En un
escenario de roca dura, o cuando se tienen intrusiones monolíticas, las interfaces litológicas son
también límites principales de velocidad y deberán definirse en el modelo de velocidad.
5.4.2 La consolidación de paquetes estratigráficos y estructurales en unidades
más grandes representando una sola capa del modelo de velocidad
Complicar estratos geológicos funciona mejor cuando el comportamiento de velocidad de
todas las capas es similar, es decir, cuando los contornos de iso-velocidades son casi paralelos al
límite inferior o superior de la capa del modelo de velocidad. Ya que el modelo de velocidad
esta parametrizando todas estas capas como una unidad, estas serán forzadas a tener la misma
variación de velocidad lateral. Si todos los estratos geológicos coinciden en un comportamiento
de velocidad semejante, entonces la aproximación hecha al agruparlos es buena y el error será
pequeño.
5.4.3 Marcadores geológicos clave a partir de los registros
Se vuelve necesario calibrar el modelo de velocidad para conversión a profundidad para
especificar las profundidades de marcadores geológicos clave de los datos de los registros. Este
paso, por supuesto, presupone que los registros han sido interpretados y los límites clave entre
las formaciones han sido identificados y marcados a profundidad.
5.4.4 Identificación de marcadores clave en secciones sísmicas
Unir los datos de pozo a los horizontes sísmicos es una labor estándar de interpretación y una
que es normalmente necesaria en el modelado de velocidad también. Para calibrar los datos de
pozo a la sísmica, se identifican los límites clave de las formaciones en los registros de pozo y se
ligan estos marcadores de profundidad a horizontes sísmicos permitiendo la calibración del
modelo de velocidad para conversión a profundidad.
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Capítulo 5. Modelos de Velocidad para la conversión Tiempo-Profundidad
5.4.5 Cualquier comportamiento anómalo
Conocer cualquier anomalía de velocidad (que bien podría ser una fuga de gas, sal, arcilla, etc),
así como su localización y comportamiento esperado, hace que la construcción del modelo de
velocidad proceda con mucha mayor velocidad que si no se tuviera dicha información.
Afortunadamente ya existe en la industria paquetería especializada para generar modelos de
velocidad que toman en cuenta los puntos antes mencionados, dichos paquetes como Depth
Team de Landmark o Indepth de Charisma se manejan de manera interactiva facilitando la
labor del especialista, pero no dejan de ser meras cajas negras que realizan el modelado de
manera transparente para el usuario. De ahí la necesidad de saber elaborar por “fuera” un buen
modelo de velocidades cuando se presentan escenarios optimistas y pesimistas de información
de velocidad. En la figura 5.4 se presenta un modelo en profundidad de un campo usando
toda la información disponible.
Figura 5.4 Modelo en profundidad de un campo cuando se tiene toda la información disponible.
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Capitulo 6. Aplicación
Capitulo 6
Aplicación
El procedimiento descrito en capítulos anteriores fue aplicado (mediante la paquetería
Landmarck) a un campo carbonatado llamado Santa Úrsula localizado en el área de la planicie
Costera del Golfo, en Veracruz. Ubicado en la porción poniente de la parte terrestre de la faja
de Oro o lo que se conoce como Nueva Faja de Oro (descubierta en 1952). El yacimiento se
ubica en la formación el Abra de edad Cretácico Medio. Figura 6.1.
Figura 6.1 Figura 6.1 Localización del Campo Santa Ursula.
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Capitulo 6. Aplicación
El área de trabajo está cubierta por un estudio de sísmica 3D, con información preapilada,
migrada con filtros y ganancia a 16 bits con bin de 20 x 20 m. El cubo cubre un área
aproximada de 103.36 km2, (7.6 x 13.6 km), Las líneas tienen una orientación NE-SW y las
trazas se encuentran en forma perpendicular, es decir NW-SE. Adquirido en los años 1996 y
1997.
La producción en 1990 fue de alrededor de 42000 b/d de 65 pozos. La producción es
principalmente de las 4 zonas superiores del yacimiento constituido litológicamente por caliza y
dolomita, cada una separada por una capa de lutita delgada. El horizonte sísmico que
caracteriza la cima del yacimiento puede ser reconocido como un reflejo fuerte de polaridad
positiva.
La problemática del campo resultó ser que para la conversión a metros del horizonte de interés
sólo se contó con un registro sónico de porosidad y con la información en metros de la cima
del yacimiento en todos los pozos. El desafío fue la creación de un modelo de velocidad
confiable que sirviera para la conversión a metros de la cima del yacimiento, para la
determinación de nuevas áreas de oportunidad y para la cuantificación del volumen original de
hidrocarburos.
6.1 GEOLOGÍA DEL ÁREA DE ESTUDIO
El campo Santa Úrsula pertenece al archipiélago del Jurásico de la plataforma de Tamaulipas. El
yacimiento se encuentra en rocas carbonatadas dentro de la formación el Abra de edad
Cretácico Medio y fue en este periodo cuando los mares abarcaron una porción más amplia de
nuestro país y su estudio es de particular interés, ya que aquí se encuentran las rocas
productoras de hidrocarburos más prolíficas, especialmente a lo largo de la planicie Costera del
Golfo.
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Capitulo 6. Aplicación
6.1.1 Estratigrafía general del área
Gracias a la estratigrafía se descubre el nivel sedimentario y carbonatado muestreado en
núcleos, datos de afloramiento o interpretación de registros geofísicos, los cuales unificados nos
aproximan a la profundidad del depósito y las características litológicas, que tenemos que
tomar en cuenta, para una interpretación óptima del modelo como se vio en el capítulo 4. Es
por ello que a continuación se hace una breve descripción de las formaciones que se encuentran
envolviendo al horizonte de interés “El Abra”, además se tiene una tabla estratigráfica (figura
6.2) que muestra las edades a las que éstas pertenecen. La selección de formaciones a describir,
está basada en la columna atravesada por el pozo 1 que se encuentra dentro del área de
estudio.
Formacion Tamaulipas Inferior: comprende de calizas a calizas arcillosas, con lentes y banda de
pedernal e intercalaciones de lutitas laminares, tambien contiene calizas arenosas.
Formación El Abra: son calizas arrecifales. El espesor de la formación, de acuerdo con pozos
profundos perforados cerca del área oscila entre los 1300 a los 1700 m. El arrecife se carácteriza
por una gran diversidad de fauna y el post-arrecife se encuentra constituido por miliólidos y
estructuras estromatolíticas que nos hablan de la amplia porosidad de la formación. Debido al
carácter arrecifal o de plataforma con el que cuenta la formación es relativamente fácil su
diferenciación respecto de otras rocas. En cuanto al ambiente de depósito podemos decir que
gran parte de la Faja de Oro estuvo expuesta a la erosión marina posterior a su depósito.
Palma Real Inferior:
son areniscas, conglomerados y margas arenosas, muestra variaciones
laterales muy marcadas en los estratos. Esta formación es transgresiva y cubre en discordancia
angular a sedimentos mas antiguos. Su espesor es de aproximadamente 260m y 330m (PRS)
para el campo Santa Úrsula.
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Capitulo 6. Aplicación
Figura 6.2 Tabla estratigráfica de la cuenca de Tampico-Tuxpan (López Ramos, 1997)
6.1.2 Estructura
A nivel de la formación El Abra en el campo Santa Úrsula, tiene una presentación en forma de
anticlinal alargado con su eje axial orientado NW-SE, limitado en su porción oriental por las
fallas normales. Hacia el Norte por erosión que afectó a la cima de la formación. En su flanco
Occidental y Sur quedó limitado por fallas normales. Internamente la estructura fue afectada
por fallas normales todas paralelas al eje de la estructura, provocados por esfuerzos tensionales.
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Capitulo 6. Aplicación
6.1.3 Geología Petrolera
Como ya sabemos la geología petrolera se compone de rocas almacén, generadoras, sello y
trampas estratigráficas que sirven para detener el hidrocarburo, así entonces podemos decir que
en el área de estudio en la cual nos encontramos la roca almacén está compuesta por calizas
arrecifales que pertenecen a nuestra formación El Abra; la roca generadora de aceite, de
acuerdo con estudios geoquímicos realizados, que indican alto contenido de materia orgánica
son los cuerpos arcillosos y calcáreo-arcillosos de la formación Pimienta, depositada durante el
Jurásico Superior. Por último tenemos que las rocas sello consideradas como excelente son de
La formación Chapopote por su baja porosidad y permeabilidad. Las trampas petroleras para
los yacimientos del Cretácico, son consideradas del tipo estructural-estratigráficos.
6.2 INFORMACIÓN DEL CAMPO
La ubicación del cubo sísmico muestra la porcion en la que se encuentra el campo Santa Úrsula
y los pozos con los que contó, 72 en total figura 6.3, sólo con información litologica y
estratigráfica. El campo no cuenta con estudios de velocidad, sin embargo por fortuna existe un
registro sónico de porosidad tomado muy cercano a la superficie que sirvió para obtener un
sismograma sintético y una TZ, figuras 6.4 y 6.5. Por otro lado también se conto con
información de profundidad de todos los pozos, que atravesaron a la cima de la formación El
Abra.
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Capitulo 6. Aplicación
65D
77D
78D
76H
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65
54
63
51
53
61
50
49
47
52
POZO 2
48
44
74
45
46
72
33
34
POZO 1
31
35
26
30
24
27
36
17
12
69
13
70
28
9
73
57
53
38
42
71
10
14-D
37
18
16
22
58
39
59
3
14
4
68
60
19
5
21
11
40
67
68
29
6
7
20
8
1
23
Figura 6.3 Cubo sísmico y distribución de pozos en el campo Sta. Úrsula
Figura 6.4 Sismograma sintético del pozo X en Sta Úrsula.
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Capitulo 6. Aplicación
El horizonte característico de la cima de El Abra fue un reflejo continuo de alta amplitud y de
polaridad positiva, provocado por el alto contraste de impedancia acústica existente entre los
sedimentos terrígenos del Terciario y los sedimentos calcáreos del Mesozoico.
T-Z
2500
2000
Tiempo
1500
1000
500
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
Profundidad
Figura 6.5 Curva T-Z del Pozo X
Las formaciones geológicas que atravesó el pozo X fueron: Tuxpan, Escolín aflorando a 110m,
Coatzintla a 360m, Palma Real Superior a 857m e Inferior de a 1149m, E. Tantoyuca a 1398m,
Chicontepec Inferior a 1403m, y el horizonte de interés El ABRA a 1446m. Estas formaciones no
precisamente envuelven al Abra algunas son equivalentes como se aprecia en la tabla
estratigráfica.6.2.
6.3. INTERPRETACIÓN SÍSMICA
Una vez identificado y calibrado el reflejo caracteristico de la cima del Abra, y con una malla
de interpretación para la correlación del horizonte hecha cada 5 lineas y 5 trazas, se llevó a
cabo la interpretación de dicha cima apoyándose en la información geológica de todos los
pozos del campo, figura 6.6.
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Hernández López Gloria
Capitulo 6. Aplicación
65D
77D
78D
76H
64
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54
63
51
53
61
50
49
47
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POZO 2
48
44
74
45
46
72
33
34
POZO 1
31
35
26
30
24
27
36
17
12
69
13
70
28
9
73
57
53
38
42
71
10
14-D
37
18
16
22
58
39
59
3
14
4
68
60
19
5
21
11
40
67
68
29
6
7
20
8
1
23
Figura 6.6 Malla de interpretación del horizonte ABRA para el campo Sta. Úrsula
Como se mencionó, el objetivo del trabajo es la interpretación sísmica estructural de la Cima
del Cretácico Medio (El Abra) y probar para ello distintos métodos de conversión a
profundidad. Para el empleo de algunos métodos se tuvieron que interpretar también la cima
de una subunidad geológica dentro del Abra y una cima previa a la entrada de carbonatos, las
cuales se harán evidentes en el método correspondiente.
En las figuras 6.7, 6.8 y 6.9 se presentan algunas secciones sísmicas mostrando el aspecto
estructural del campo Santa Úrsula y el horizonte de alta amplitud característico de la cima del
Abra.
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Capitulo 6. Aplicación
Figura 6.7 Línea sísmica 400 con dirección SW-NE. Esta muestra el aspecto estructural del campo Santa Úrsula, aquí
se aprecia la cima del Abra en color verde, la cima de la subunidad en color amarillo y la cima de la unidad previa a
los carbonatos en rojo.
Figura 6.8 Línea sísmica 550 con dirección SW-NE mostrando el aspecto estructural del campo Santa Úrsula.
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Capitulo 6. Aplicación
En las dos primeras líneas sísmicas es evidente el comportamiento del arrecife de la cima del
Abra, dado que las líneas cruzan el eje de la estructura del campo santa Úrsula en la dirección
SW-NE. Debido a la alta amplitud y continuidad de la cima del yacimiento la interpretción de
la cima de El Abra fue relativamente sencilla, sin embargo en los terrigenos fue más complicada
la interpretación del horizonte dado que el reflector no era tan evidente, debido a las zonas de
erosión.
Figura 6.9 Traza sísmica 285 en la dirección NW-SE Mostrando el aspecto estructural del campo Santa Úrsula.
Finalmente después de la correlación de la cima del yacimiento en todas las líneas se tuvo en
tiempo la interpretación estructural del campo, definiendo sus límites, fallas y estructura
correspondiente como puede apreciarse en la figura 6.10.
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Capitulo 6. Aplicación
Figura 6.10 Sección en tiempo de la interpretación del horizonte El Abra
6.4. CREACIÓN DE MODELOS DE VELOCIDAD Y CONVERSIÓN A
PROFUNDIDAD
Una vez interpretado el horizonte de interés en tiempo el paso siguiente fue la conversion a
metros. Como ya se mencionó lineas arriba en campo no contó con ningun estudio de
velocidad por lo que se crearon cuatro modelos de velocidad para convertir a metros el
horizonte correspondiente a la cima de El Abra. El propósito fue aplicarlos en la conversión
para analizar las bondades y defectos de cada uno de ellos para decidir cuál sería el menos
malo. En dos de ellos se emplearon todos los datos de la cima de los pozos con los que se
contó, y dos se llevaron a cabo solo con ayuda de la información de velocidad extraída del
registro sónico del único pozo dentro del área. Para la creación de los modelos en general se
empleó una herramienta de la paquetería Landmark llamada TDQ (figura 6.11), la cual trabaja
de un modo muy independiente respecto de Seis Works, es práctica y sencilla de emplear.
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Capitulo 6. Aplicación
Figura 6.11 Pantalla de la aplicación TDQ
6.4.1. Modelado a profundidad usando velocidades medias
El primer modelo a crear fue el de velocidades medias. Este modelo se formó con todos los
datos duros de tiempo y profundidad de los pozos presentes. El valor de tiempo de los pozos
fue tomado de la interpretación estructural previa del horizonte de interés y la profundidad,
fue tomada del valor correspondiente en metros bajo el nivel del mar de la cima de la
formación como se muestra en la Tabla 6.1. El modelo que se obtuvo muestra una buena
aproximación a los valores reales en metros, debido a la gran cantidad de datos con los que se
contó. Hay que mencionar que en un caso contrario hubiera sido imposible realizar una
conversión a profundidad mediante este método.
En la figura 6.12 se presenta la distribución de las velocidades medias para la conversión a
metros de la cima de El Abra.
En la figura 6.13 se muestra el horizonte en metros de la cima de El Abra convertido a metros
usando velocidades medias.
El método de velocidades medias es útil y rápido dando una idea inmediata del aspecto en
metros del horizonte en cuestión, siempre y cuando se tengan muchos datos y sirve sólo para el
horizonte que se convertirá a metros. Por otro lado adolece en ser efectivo al momento de
estimar los saltos de falla sobre todo de gran salto y en pendientes pronunciadas ya que tiende
a suavizar el horizonte dando como resultado un salto menor al real, como se aprecia en la
figura 6.14.
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Capitulo 6. Aplicación
Tabla 6.1 Tabla de datos duros para
el Campo Sta. Úrsula.
Pozo
SUA65D
SAG78D
SUA77D
SUA77H
SUA65
SUA63
SUA61
SUA64
SUA53
SUA54
SUA52
SUA49
SUA48
SUA51
SUA74
SUA47
SUA46
SUA50
SUA45
SUA33
SUA44
SUA72
SUA34
SUA30
SUA31
Pozo X
SUA25
SUA24
SUA26
SUA16
SUA17
SUA35
SUA13
SUA27
SUA69
SUA12
SUA18
SUA14
SUA36
SUA10
SUA70
SUA9
SUA71
SUA28
SUA37
SUA4
SUA73
SUA3
SUA38
SUA22
SUA57
SUA21
SUA68
SUA42
SUA39
SUA19
SUA56
SUA11
SUA29
SUA67
SUA5
SUA60
SUA59
SUA58
SUA7
SUA40
SUA66
SUA6
SUA1
SUA8
SUA23
SUA14D
Z
1372
1374
1357
1364
1388
1366
1420
1391
1355
1380
1347
1344
1347
1399
1341
1337
1335
1398
1334
1341
1359
1335
1320
1363
1314
1385
1320
1330
1342
1328
1311
1411
1429
1328
1323
1336
1307
1408
1360
1313
1321
1321
1341
1298
1350
1305
1317
1338
1321
1326
1344
1411
1303
1312
1341
1340
1377
1318
1337
1343
1359
1361
1387
1390
1350
1363
1348
1359
1359
1442
1427
1546
Tesis Profesional
t
0.4695
0.481
0.4795
0.476
0.485
0.484
0.5045
0.4815
0.4735
0.4835
0.4825
0.472
0.4805
0.4875
0.475
0.4715
0.477
0.4835
0.472
0.4805
0.477
0.472
0.468
0.48
0.471
0.4865
0.478
0.479
0.4765
0.4805
0.4725
0.494
0.5085
0.4645
0.476
0.4775
0.4655
0.5055
0.477
0.471
0.469
0.4725
0.4785
0.454
0.467
0.4675
0.465
0.472
0.4575
0.468
0.461
0.506
0.465
0.4435
0.463
0.47
0.47
0.467
0.485
0.475
0.4785
0.4755
0.474
0.4795
0.478
0.48
0.4705
0.4745
0.4825
0.5005
0.5115
0.5405
Vm
2922.257721
2856.548857
2830.031283
2865.546218
2861.85567
2822.31405
2814.667988
2888.888889
2861.668427
2854.188211
2791.709845
2847.457627
2803.329865
2869.74359
2823.157895
2835.630965
2798.742138
2891.416753
2826.271186
2790.842872
2849.056604
2828.389831
2820.512821
2839.583333
2789.808917
2846.865365
2761.506276
2776.617954
2816.36936
2763.787721
2774.603175
2856.275304
2810.226155
2858.988159
2779.411765
2797.905759
2807.73362
2785.361029
2851.15304
2787.685775
2816.63113
2795.767196
2802.507837
2859.030837
2890.792291
2791.44385
2832.258065
2834.745763
2887.431694
2833.333333
2915.401302
2788.537549
2802.150538
2958.286359
2896.328294
2851.06383
2929.787234
2822.269807
2756.701031
2827.368421
2840.125392
2862.250263
2926.160338
2898.852972
2824.267782
2839.583333
2865.037194
2864.067439
2816.580311
2881.118881
2789.833822
2860.314524
Figura 6.12 Distribución de las Velocidades Medias para la conversión a
Profundidad
Figura 6.13 Modelo a profundidad de la cima del Abra
a partir de Velocidades Medias
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Capitulo 6. Aplicación
Figura 6.14 Salto de falla erróneo debido a la conversión a profundidad por el Método de Velocidades Medias. Este
salto de falla se aprecia en color rosa y es evidente que es menor al real. La línea amarilla muestra el horizonte y el
salto de falla más aproximado.
6.4.2. Modelo a Profundidad usando Funciones Exponenciales
El siguiente modelo a crear fue el modelo a base de funciones exponenciales expuesto en el
Capitulo 5.3. Como no existía ningún estudio de velocidad, se partió del único pozo que
contaba con datos de registro sónico (Pozo X), al cual se le ajustó una función exponencial del
tipo
, véase figura 6.15. Dicha función se propagó a las cimas de todos y
cada uno de los pozos de tal manera que en cada uno de ellos tuviera una pseudo-TZ o
funciones exponenciales teóricas. Con estas TZ's, las cimas de todos los pozos y con el
horizonte en tiempo de la cima de la formación de interés "El Abra" se generó el modelo de
velocidad final para la conversión a metros de dicha cima.
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Capitulo 6. Aplicación
1600
1400
1200
1000
Tiempo
800
600
400
200
0
0
1000
2000
Profundidad
Figura 6.15 T-Z ajustada (curva rosa) ajustada datos del Pozo X
0.6
0.5
0.4
Prof(mts)
pseudo-Vo1
0.3
pseudo-Vo2
Cambio de
litología
0.2
Z expo
pseudo_Vo55
0.1
0
0
500
1000
1500
2000
2500
Figura 6.16 Pseudo-pozos creados a partir del pozo X. Donde es clara la tendencia similar entre el pozo y los
pseudo-pozos, lo que resulta favorable para la correcta conversión a profundidad del campo sin información.
En la figura 6.16 se muestran las curvas tiempo-profundidad de algunas pseudo-TZ's creadas a
partir de datos del Pozo X. Se puede apreciar claramente que las curvas de tiempo-profundidad
no son tan distintas, por el contrario conservan la misma tendencia que la del pozo tipo (Pozo
X) y pareciera como que forma un abanico concentrado (respecto a la curva original), también
se observa el cambio de inflexión de la curva original que indica la entrada a una litología más
compacta con velocidades más altas (carbonatos) que se ubican aproximadamente a 0.5
segundos (tiempo sencillo).
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Capitulo 6. Aplicación
El modelo de velocidad creado con funciones exponenciales para la conversión a profundidad
fue introducido al sistema con ayuda del TDQ usando la función exponencial como se muestra
en la figura 6.17
Figura 6.17 Ventana TDQ para la creación del modelo de Profundidad
Para poder introducir el modelo al TDQ se crea un archivo de la forma como se muestra en la
figura 6.18 donde la primera columna muestra el numero de dato, la segunda y la tercera
muestran las coordenadas 'x, y' respectivamente, la cuarta el tiempo y la quinta la profundidad
calculada.
Figura 6.18 Ventana del archivo de tiempo-profundidad
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Capitulo 6. Aplicación
En la figura 6.19 se presenta el horizonte de la cima del Abra en metros usando funciones
exponenciales.
Figura 6.19 Cima del horizonte El Abra en metros usando funciones exponenciales
Comparando los valores de profundidad de los pozos, se observaron errores como en
cualquier método, pero en mucho menor porcentaje, es decir, lo que se observó fue que en la
mayoría de los pozos probados no existe error alguno y los errores que llegan haber son
apenas de 3 metros, lo que para el estándar manejado en Ingeniería de Yacimientos es
aceptable.
En la figura 6.20 se muestra una sección a profundidad del horizonte Abra realizada tanto por
el método de funciones exponenciales (verde) como por el de velocidades medias (amarillo), la
comparación muestra que el ajuste entre los dos métodos es muy similar en la parte plana del
arrecife, pero conforme ambos modelos se acercan a los flancos y zonas de falla, es evidente
que el modelo por medio de funciones exponenciales no solo brinda el mejor ajuste, si no que
respeta más los salto de falla, mostrando el tamaño real de este.
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Capitulo 6. Aplicación
Figura 6.20 Sección a profundidad del modelo de Velocidades Medias (amarillo) comparado con el creado con
funciones exponenciales (verde).
Para conocer la efectividad del modelo en la conversión a profundidad de otros horizontes
dentro de la zona de carbonatos, se interpretó un segundo horizonte, este está apenas 100
metros por debajo del Abra y su configuración en tiempo se aprecia en la figura 6.21.
Teniendo ya la configuración en tiempo del horizonte a convertir, se tomo el modelo creado
para el Abra y fue correlacionado ahora con datos de tiempo del horizonte Abra-Bis. La
conversión a profundidad mostró que el modelo ajusta todavía bien, pues tiene errores tan
sólo de 20 metros que todavía para el enfoque que se viene manejando, es bueno, incluso llega
haber pozos en los que el error es de menos del metro, lo cual quiere decir que el modelo de
velocidad calculado sigue funcionando por lo menos hasta 100 metros por debajo de la cima
de carbonatos.
El modelo así creado recrea el comportamiento de las velocidades desde la superficie hasta la
profundidad por debajo de la cima de carbonatos. Este puede ser usado para convertir a
metros todas las trazas del cubo sísmico. En la figura 6.22, se presenta el modelo de velocidad
creado en 3D.
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Capitulo 6. Aplicación
Figura 6.21 Segundo horizonte interpretado (Abra-Bis) dentro de la zona de carbonatos en tiempo
Figura 6.22 Modelo de velocidad en 3D usando funciones exponenciales
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Capitulo 6. Aplicación
Ya que se tuvo toda la información en metros de todos los pozos del campo resultaba
atractivo, evaluar los diferentes métodos de conversión a metros mencionados en el presente
trabajo comparando las profundidades estimadas con ellos y las reales, planteando el escenario
como si no se tuvieran los pozos perforados, sólo el pozo que contiene al registro sónico.
6.4.3 Modelo a Profundidad sin datos usando el Método por Capas
Para este modelo creado por capas, se empleó el registro sónico del Pozo X y ningún otro dato
duro de pozos ya conocidos. Lo primero que se tuvo que hacer fue interpretar un tercer
horizonte (figura 6.23) que diera el soporte para obtener un mejor acercamiento a
profundidad del horizonte de interés, cabe mencionar que sólo se interpretó un horizonte más
por encima de los carbonatos porque no se nota otra cambio de velocidad representativo más
que el Palma Real Inferior, además de que la información sísmica es muy caótica por encima de
este horizonte.
Figura 6.23 Palma Real Inferior. Puede apreciarse el comportamiento de los terrígenos
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Capitulo 6. Aplicación
Posteriormente a la interpretación se calcularon las velocidades de intervalo de las capas
contempladas (Palma Real Inferior y El Abra) a partir del sismograma sintético del Pozo X.
Después se obtuvieron tiempos de capa de interpretación en sección sísmica para cada uno de
los pseudo-pozos creados, pseudo-pozos que están ubicados en las mismas coordenadas de
pozos reales, esto con el objeto de tener un control de los resultados y hacer una comparación
más cercana como se muestra en la tabla 6.2.
Lo que se obtuvo de la conversión a profundidad (figura 6.24) es una buena aproximación en
superficies planas, pero conforme el modelo se acerca a una pendiente es vulnerable, es decir,
va siendo menos exacto en los flancos y esto va aumentando según el grado de inclinación de
la pendiente, lo cual indica que mientras mayor sea la pendiente mayor va siendo el error,
llegando en algunos casos a ser hasta de 70 metros y en los casos en los que se encuentra con
fallas el error llega a ser de 40 metros.
Figura 6.24 Mapa de profundidad por el método de capas
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Capitulo 6. Aplicación
Tabla 6.2 Datos para el cálculo de la profundidad por el método de capas. Aquí se observan tanto los espesores de
capa como el error que representa comparado con datos reales
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Capitulo 6. Aplicación
6.4.4 Modelo a Profundidad usando TDQ.
En este caso sólo se hace una correlación del registro con la T-Z del Pozo X, de un modo casi
directo. Una vez cargada la T-Z, ésta se correlaciona con los datos en tiempo del horizonte a
interpretar (El Abra) para poder convertir a profundidad. En la figura 6.25 podemos ver el
resultado en mapa de la conversión a profundidad.
Figura 6.25 Mapa a profundidad con el método TDQ directo.
Este modelo viene como por default en la aplicación TDQ, por esa razón decidió que se
tomara en cuenta, además del hecho de querer saber la efectividad del mismo. El resultado no
fue muy alentador, pues el modelo resulto ser bueno en las proximidades del pozo teniendo un
error de cero por ciento en algunos casos, pero muy inexacto conforme se va alejando de este,
llegando a tener errores de más de 20 metros.
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Capitulo 6. Aplicación
6.4.5 Modelo a Profundidad sin datos y usando Funciones Exponenciales
Se creó un tercer modelo sin datos por medio de funciones exponenciales con la intención de
evaluar el método cuando solo se cuenta con la T-Z de un solo pozo, como lo hemos venido
viendo. Para este caso se utilizaron los mismos parámetros (V0 y k) calculados a partir del Pozo
X para cada punto de control, éstos ubicados en las coordenadas de los pozos conocidos a fin
de tener control de los datos. La figura 6.26, muestra el resultado obtenido.
Figura 6.26 Mapa de profundidades con el método de exponenciales pero sin datos
Este método demostró ser el más exacto debido a que nos da una muy buen aproximación
tanto en las cercanías del pozo que contiene la T-Z, como en las lejanías de éste, teniendo
claro, errores como en todos los métodos, pero esto es más evidente en la gráfica de
comparación de los métodos empleados para conversión a profundidad sin datos. Véase figura
6.27.
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Capitulo 6. Aplicación
En la gráfica abajo puede apreciarse el error que existe entre los tres métodos empleados para
el caso de no contar con más datos que una T-Z, esta muestra que el modelo calculado de
forma directa con TDQ es el menos viable pues tiene un error del 25%, le sigue el modelo por
capas con un error del 17% que ya es bueno, pero el modelo más favorable resulta ser el de
funciones exponenciales pues además de que cuenta con un error del 15% es mas practico y
fácil de implementar que el modelo a base de capas.
150
Error
100
50
Exp
Capas
0
-50
0
-100
10
20
30
40
50
60
70
80
TDQ
Numero de puntos
Figura 6.27 Gráfica de comparación de errores para los tres métodos
En la siguiente figura 6.28 se muestran los horizontes a profundidad para los modelos TDQ
(Verde), funciones exponenciales (Amarillo) y por capas (Azul). Aquí se observa que el
horizonte a profundidad convertido a base de funciones exponenciales tiene un muy buen
ajuste, tan bueno o mejor que el de por capas que se asemeja un poco más a la realidad en esta
sección. Aun así se puede decir que el primer modelo es bueno y un tanto ventajoso. No así el
horizonte creado por medio de la T-Z de TDQ que dista mucho de una buena aproximación.
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Capitulo 6. Aplicación
Figura 6.28 Sección a profundidad mostrando el comportamiento de los tres modelos estimados cuando solo se usa
el pozo que cuenta con TZ.
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Conclusiones
CONCLUSIONES
Los objetivos planteados al principio del presente trabajo se alcanzaron con gran satisfacción.
Esto es:
No es conveniente utilizar Velocidades RMS pues el error que se obtiene al hacer la conversión
a profundidad es muy alto y para fines de Caracterización de Yacimientos no son muy buenas,
aunque para fines exploratorios suelen ser muy útiles ya que pueden dar una idea general en
metros de la delimitación de zonas de baja velocidad, bloques (altos y bajos).
El modelo basado en funciones exponenciales y el elaborado por capas, son casi equivalentes,
con la ventaja de que para emplear el método de exponenciales no es necesario interpretar
más capas que la que se va a convertir a profundidad, además de que el modelo creado a base
de funciones exponenciales se realiza de un modo externo lo que da oportunidad de modificar
datos a placer según convenga.
Todos los métodos empleados muestran un mayor error conforme se acercan a zonas de falla
o pendientes inclinadas, pero el modelo creado con base en funciones exponenciales tiene un
mejor desempeño en dicho caso.
Los modelos y métodos aquí planteados pueden parecer sencillos a simple vista, lo cual era
uno de los objetivos a cumplir en este trabajo pero debe recordarse que el grado de
complejidad recae en la estructura que se esté interpretando y en la efectividad y rapidez con la
que se quiera trabajar.
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Conclusiones
De las conclusiones nombradas también se desprenden los siguientes comentarios:
a) Es evidente que las velocidades son gobernadas por el tipo de litología que atraviesen,
pero existen factores importantes dentro de ella que no deben dejarse de lado a la hora
de realizar la conversión a profundidad si se quiere obtener la mejor conversión a
profundidad.
b) Un buen modelo de velocidad no necesariamente implica complejidad en su
elaboración o en el uso de mucha información, muchas veces es preferible utilizar
información limitada pero confiable, en vez de gastar tiempo en procedimientos
dispendiosos si el resultado no es acorde con un incremento en el beneficio esperado.
Tesis Profesional
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Hernández López Gloria
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Índice de figuras
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1 Efectos de varios factores litológicos que afectan a la velocidad (Sukmono, 2003)...................... 1
Figura 1.2 Relación coeficiente Poisson-velocidad de onda P para identificación de litología (Sukmono,
2003) ........................................................................................................................................................................ 3
Figura 1.3 Relación Velocidad-Densidad de algunas rocas (Sukmono, 2003) ................................................. 4
Figura 1.4 Efecto de diversos procesos sobre la porosidad de una roca clástica (Sheriff & Geldart, 1991) ... 6
Figura 1.5 Relación velocidad-profundidad para arenas (x) y lutitas (o) de la costa del golfo (Sheriff R.E.
& Geldart, 1991)....................................................................................................................................................... 8
Figura 2.1 Mecánica de los domos. La flecha indica la dirección de depositación y sepultamiento (Trejo
García, 1975) .......................................................................................................................................................... 11
Figura 2.2 Sección sísmica de una estructura dómica de arcilla. Donde es evidente la formación de dos
domos suprayaciendo a una formación plástica que bien podrían ser Arenas (Trejo García, 1975) .......... 12
Figura 2.3 Sección sísmica de la plataforma continental externa del basamento en la costa del Golfo de
Luisiana (Hardin, & other, 1978) ......................................................................................................................... 13
Figura 2.4 Aspecto geológico y sísmico de una capa gruesa de arcilla (creando un abultamiento negativo
debido a la reflexión retardada) (Tocker and Yordton, 1973) ........................................................................ 13
Figura 2.5 Terminación de reflexión de unidades estratigráficas en base y cima. Se muestra un diagrama
de las terminaciones junto con algunos ejemplos vistos sísmicamente. Donde el término Baselap (D) es
empleado normalmente cuando la deformación de subsecuencias (Onlap y Downlap) no es obvia (Beicip
Franlab, 2010) ........................................................................................................................................................ 14
Figura 2.6 Sección sísmica de la organización estratigráfica de un campo de Poza Rica que muestra la
identificación de secuencias de facies sísmicas, done las líneas amarillas son pequeñas fallas (Janson Xavier
& others, 2011) ....................................................................................................................................................... 16
Figura 2.7 Ejemplos de terminaciones de reflexión en sección sísmica. Donde las líneas naranjas (máximos
1) y las flechas indican las terminaciones y las verdes (mínimos 2) indican las relaciones geométricas.
(Janson Xavier & others, 2011) ............................................................................................................................ 16
Figura 2.9 Sección de depósitos carbonatados (Rocha de la Vega, 2007). .................................................... 18
Figura 2.10 Sección sísmica muestra un arrecife marcado en un recuadro amarillo. La sección muestra
reflexiones planas, fuertes y continuas, antes de tocar con el arrecife (Rocha de la Vega, 2007). ............. 18
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Índice de figuras
Figura 2.11 Esquemas de formaciones de sal. Se observa como avanza la sal tanto en sedimentos poco
consolidados “A” y como en sedimentos compactados “B” (Rocha de la Vega, 2007). ............................. 20
Figura 2.12 Sección sísmica de una intrusión salina (verde) ............................................................................. 21
Figura 2.13 Sección sísmica Marina donde se aprecia un domo salino claramente ....................................... 21
Figura 2.14 Diferencia entre el modelo geológico (real) y la sección sísmica que muestra un jalón de
información debido al grosor de la sal (Tocker y Yorston, 1973) ................................................................... 22
Figura 3.1 Esquema de la determinación velocidad en un pozo. Se observa una fuente que se encuentra
casi en superficie y un detector que capta el disparo dentro del pozo ((Rodríguez Maya, 1978)) ............. 25
Figura 3.2 Gráfica de velocidades medias de propagación donde se observa la diferencia contra
Velocidades de Intervalo (Rodríguez Maya, 1978) ........................................................................................... 26
Figura 3.3 Sonda de registro sónico .................................................................................................................... 28
Figura 3.4 Respuestas típicas del registro sónico. Donde el solecito amarillo indica presencia de gas
(Coconi Morales, 2001) ........................................................................................................................................ 29
Figura 3.5 Adquisición sísmica de superficie “marina” ...................................................................................... 30
Figura 3.6 Perfil Sísmico Vertical ......................................................................................................................... 30
Figura 3.7 Registro básico del Perfil Sísmico Vertical ........................................................................................ 33
Figura 3.8 Trayectoria de propagación de la onda en capas ........................................................................... 35
Figura 3.9 Líneas de reflejo común para un reflector
ventana de horizontal
Figura 3.10 Arribos de energía para una
tiempo dada ............................... 37
Figura 3.11 Corrección Normal Move Out. Donde el inciso “a” muestra una hipérbola dada por efectos
de gravado o de litología y el inciso “b” muestra la corrección NMO (horizonte en forma correcta) ...... 38
Figura 3.12 Espectro de velocidad (semblanza), donde de lado izquierdo se observan las trazas de
amplitud pico que corresponden a los eventos ocurridos en una sección sísmica y al lado contrario se ven
los máximos que dan las velocidades que sirven para ayudar al apilamiento ............................................... 39
Figura 3.13 Hace algunos años se mostraban en una sección sísmica los VELAN (análisis automáticos de
velocidad) en los puntos de tiro en donde fueron realizados los análisis. ..................................................... 40
Figura 3.14 Gráfica de velocidades de intervalo reales comparadas con las obtenidas a partir de las
VRMS. Puede observarse el gran contraste que existe entre éstas y como consecuencia reiterar la baja
confiabilidad que tienen para la conversión de tiempo a profundidad. ........................................................ 41
Figura 4.1 Grafica de “velocidad de intervalo – tiempo” de datos reales ...................................................... 48
Figura 4.2 Gráfica tiempo profundidad. Donde los datos reales se muestran en línea continua color azul
y los calculados con línea segmentada rosa. ...................................................................................................... 49
Figura 4.3 Función exponencial para una sola litología ................................................................................... 50
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Índice de figuras
Figura 4.4 Función exponencial usando todos los datos .................................................................................. 50
Figura 4.5 Gráfica tiempo profundidad. Donde los datos reales se muestran con línea continua color azul
y los calculados con línea segmentada en rosa. ................................................................................................. 54
Figura 5.1 Métodos de conversión a profundidad ............................................................................................ 56
Figura 5.2 Diagrama del Modelo de Velocidades Medias. Una vez que se tienen las cimas de los pozos
ubicadas geográficamente pueden también ubicarse en tiempo por medio de una sección sísmica y
aplicando una fórmula puede crearse un mapa de velocidades, Así entonces una vez con el modelo de
velocidad calibrado y el horizonte interpretado en tiempo, simplemente multiplicando el primero por el
segundo se obtiene el horizonte en profundidad. ............................................................................................ 58
Figura 5.3 Modelo de distribución de horizontes y velocidades de intervalo. Se observa que las
velocidades de intervalo son representativas de la capa en cualquier punto o a cualquier profundidad
siempre y cuando pertenezca al mismo horizonte (http://geologia.ujaen.es/) .............................................. 60
Figura 5.4 Modelo en profundidad de un campo cuando se tiene toda la información disponible. ......... 64
Figura 6.1 Figura 6.1 Localización del Campo Santa Ursula. ............................................................................ 65
Figura 6.2 Tabla estratigráfica de la cuenca de Tampico-Tuxpan (López Ramos, 1997) .............................. 68
Figura 6.3 Cubo sísmico y distribución de pozos en el campo Sta. Úrsula .................................................... 70
Figura 6.4 Sismograma sintético del pozo X en Sta Úrsula. ............................................................................. 70
Figura 6.5 Curva T-Z del Pozo X ......................................................................................................................... 71
Figura 6.6 Malla de interpretación del horizonte ABRA para el campo Sta. Úrsula ..................................... 72
Figura 6.7 Línea sísmica 400 con dirección SW-NE. Esta muestra el aspecto estructural del campo Santa
Úrsula, aquí se aprecia la cima del Abra en color verde, la cima de la subunidad en color amarillo y la
cima de la unidad previa a los carbonatos en rojo. .......................................................................................... 73
Figura 6.8 Línea sísmica 550 con dirección SW-NE mostrando el aspecto estructural del campo Santa
Úrsula. ..................................................................................................................................................................... 73
Figura 6.9 Traza sísmica 285 en la dirección NW-SE Mostrando el aspecto estructural del campo Santa
Úrsula. ..................................................................................................................................................................... 74
Figura 6.10 Sección en tiempo de la interpretación del horizonte El Abra .................................................... 75
Figura 6.11 Pantalla de la aplicación TDQ .......................................................................................................... 76
Figura 6.12 Distribución de las Velocidades Medias para la conversión a Profundidad ............................... 77
Figura 6.13 Modelo a profundidad de la cima del Abra a partir de Velocidades Medias........................... 77
Figura 6.14 Salto de falla erróneo debido a la conversión a profundidad por el Método de Velocidades
Medias. Este salto de falla se aprecia en color rosa y es evidente que es menor al real. La línea amarilla
muestra el horizonte y el salto de falla más aproximado. ............................................................................... 78
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Índice de figuras
Figura 6.15 T-Z ajustada (curva rosa) ajustada datos del Pozo X .................................................................... 79
Figura 6.16 Pseudo-pozos creados a partir del pozo X. Donde es clara la tendencia similar entre el pozo
y los pseudo-pozos, lo que resulta favorable para la correcta conversión a profundidad del campo sin
información. ........................................................................................................................................................... 79
Figura 6.17 Ventana TDQ para la creación del modelo de Profundidad ....................................................... 80
Figura 6.18 Ventana del archivo de tiempo-profundidad ................................................................................ 80
Figura 6.19 Cima del horizonte El Abra en metros usando funciones exponenciales ................................... 81
Figura 6.20 Sección a profundidad del modelo de Velocidades Medias (amarillo) comparado con el
creado con funciones exponenciales (verde). .................................................................................................... 82
Figura 6.21 Segundo horizonte interpretado (Abra-Bis) dentro de la zona de carbonatos en tiempo ....... 83
Figura 6.22 Modelo de velocidad en 3D usando funciones exponenciales ................................................... 83
Figura 6.23 Palma Real Inferior. Puede apreciarse el comportamiento de los terrígenos ............................ 84
Figura 6.24 Mapa de profundidad por el método de capas............................................................................ 85
Figura 6.25 Mapa a profundidad con el método TDQ directo. ..................................................................... 87
Figura 6.26 Mapa de profundidades con el método de exponenciales pero sin datos ................................ 88
Figura 6.27 Gráfica de comparación de errores para los tres métodos .......................................................... 89
Figura 6.28 Sección a profundidad mostrando el comportamiento de los tres modelos estimados cuando
solo se usa el pozo que cuenta con TZ. .............................................................................................................. 90
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Abstract
ABSTRACT
This paper shows and exemplifies the different conversion time-depth methods which are
employed in the oil industry currently when you do not have enough information cases,
such as velocity surveys and you have just well information picks in the wide area and
when there are rarely found, all the required information, i.e., borehole information,
velocity horizons and time-deep curved (T-Z's).
In order to make a velocity model, we analyze several functions of velocity and discuss the
advantages and disadvantages that each velocity function with the purpose of making a
correct use of these in each case as required, emphasizing those differences is necessary if
you want to locate a correct top-base reservoir.
This work shows the advantages and disadvantages of each method used, the level of
accuracy and errors associated with each conversion and of course the performance
associated with each model in depth with an example applied to real seismic data.
One of the results showing this work is that conversion tool depends in most cases of input,
as well as the structural complexity and velocity.
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