La gestión eficaz de los recursos del subsuelo, ya sean yacimientos de hidrocarburos o sitios de almacenamiento geológico de CO2 o de hidrógeno, depende de una comprensión profunda de los procesos dinámicos que ocurren bajo tierra. Para ello, las técnicas de monitorización sísmica han evolucionado de manera significativa, proporcionando información crucial.
Una tecnología fundamental en este campo fue y sigue siendo la sísmica 4D, también conocida como sísmica de lapso de tiempo (time-lapse). Esta técnica consiste en la adquisición repetida de datos sísmicos 3D sobre la misma área a lo largo del tiempo. La comparación de estos levantamientos secuenciales permite detectar cambios en el subsuelo, como el movimiento de fluidos, las variaciones de presión y los efectos geomecánicos inducidos por la producción o la inyección. Campos como el de Sleipner, donde se almacena CO2 en la formación Utsira del Zócalo Continental Noruego, han utilizado imágenes sísmicas 4D para seguir la evolución de la pluma de CO2. Otros campos como Ekofisk, un gran yacimiento de creta en el sector noruego del Mar del Norte, han empleado la sísmica 4D para analizar cambios en propiedades elásticas y time-shifts relacionados con la compactación, presión y saturación. La información 4D se utiliza activamente para la optimización de la producción, la actualización de modelos de yacimientos y la toma de decisiones operativas.
Aunque la sísmica 4D tradicional ha demostrado su valor, realizar campañas de adquisición intermitentes puede ser costoso y limitar la frecuencia de monitorización. Para superar estas limitaciones, se desarrolló el concepto de Monitorización Permanente de Yacimientos (PRM).
Un sistema PRM implica la instalación de sensores sísmicos (geófonos) de manera permanente en el lecho marino. Estos sensores, a menudo enterrados, permanecen fijos, lo que mejora significativamente la repetibilidad de la adquisición sísmica activa en comparación con sistemas no permanentes. La permanencia permite realizar adquisiciones sísmicas activas mucho más frecuentes.
No todos los cambios registrados entre levantamientos sísmicos sucesivos se deben únicamente a la dinámica del yacimiento (cambios de presión, saturación, temperatura o efectos geomecánicos como la compactación). Existen numerosos factores no relacionados con el yacimiento que pueden alterar la señal sísmica y generar «ruido 4D», enmascarando los efectos que deseamos monitorear.
Una buena planificación y ejecución de la adquisición, junto con flujos de procesamiento robustos, son esenciales para minimizar estos efectos ajenos al yacimiento y maximizar la repetibilidad de los levantamientos. Esto permite que las diferencias observadas entre los datos de línea base y los monitores se deban, en la mayor medida posible, a los cambios de interés en el subsuelo.
Algunos de los factores clave que pueden alterar los datos sísmicos a lo largo del tiempo y que deben considerarse en la planificación y el procesamiento incluyen:
• Variaciones en la posición de la fuente (Source Layback) y de los receptores: Las diferencias en la ubicación exacta de las fuentes sísmicas (los barcos o dispositivos que emiten la señal) entre levantamientos pueden generar inconsistencias. De manera similar, si los receptores no están en la misma posición, la repetibilidad se ve afectada.
◦Los sistemas PRM, al tener los sensores (geófonos) instalados de forma permanente en el lecho marino (a menudo enterrados), mejoran drásticamente la repetibilidad posicional de los receptores en comparación con las adquisiciones con cables o nodos no permanentes.
◦ Aun con PRM, es necesario aplicar correcciones para el «layback» de la fuente, que es la diferencia entre la posición nominal y la posición efectiva de la fuente remolcada, afectada por factores ambientales.
• Variaciones en la velocidad del agua: Cambios en la temperatura y salinidad de la columna de agua pueden alterar la velocidad sísmica, afectando los tiempos de llegada. Esto es especialmente relevante en aguas profundas. Se necesitan mediciones y correcciones para mitigar este efecto.
• Variaciones en la firma de la fuente (Source Signature): Las diferencias en la señal emitida por la fuente sísmica entre levantamientos también afectan la comparabilidad de los datos. Idealmente, se utiliza la misma configuración de fuente, pero a veces no es posible.
• Cobertura de disparo (Shot Coverage): Asegurar una cobertura de disparo consistente entre levantamientos es importante para la repetibilidad. Para PRM con áreas de monitorización reducidas, se puede armonizar la cobertura de disparo rellenando los datos monitor con datos de la línea base.
• Condiciones ambientales: El estado del mar (olas, corrientes), el ruido ambiental y las mareas pueden afectar la calidad de los datos.
Una planificación adecuada de la adquisición de datos sísmicos repetidos debe considerar estos factores y diseñar los levantamientos para minimizar su impacto desde el principio. Los sistemas PRM facilitan enormemente esta tarea al proporcionar una plataforma de adquisición mucho más controlada y repetible.
La mayor calidad de los datos y la repetibilidad obtenidas a través de una buena planificación de la adquisición y el uso de sistemas PRM permiten:
• Detectar cambios sutiles en el subsuelo que podrían pasar desapercibidos con datos de menor calidad.
• Reducir la incertidumbre en la interpretación de los efectos 4D.
• Calibrar mejor las respuestas sísmicas (cambios de amplitud, time-shifts, etc.) con los cambios reales de presión y saturación en el yacimiento.
• Integrar los datos sísmicos de manera más efectiva con otros datos (registros de pozos, datos de producción, modelos de simulación de yacimientos).
• Tomar decisiones de gestión del yacimiento más informadas y oportunas, como la optimización de la ubicación de pozos, las tasas de producción/inyección y las estrategias de recuperación.
En resumen, una planificación cuidadosa que anticipe y mitigue los factores ajenos a los cambios del yacimiento es crucial. Los sistemas PRM representan un avance significativo en este sentido al ofrecer una plataforma de adquisición de alta repetibilidad que facilita la separación de los efectos de la producción/inyección del ruido, permitiendo así una monitorización más precisa y valiosa del subsuelo
La ventaja principal del PRM es la mayor calidad de los datos y la capacidad de detectar cambios sutiles. Además de las adquisiciones activas, los sistemas PRM permiten la monitorización pasiva continua. Esto incluye la detección y localización de eventos microsísmicos, pequeñas sacudidas generadas por cambios de presión o esfuerzo en el yacimiento o la roca sello. Estos microsismos son diagnósticos clave de la deformación del subsuelo. Los sistemas PRM también pueden utilizarse para la detección de microsismos, como se demostró con los datos de geófonos offshore en el campo Grane en el Mar del Norte noruego, que permitieron detectar sismos naturales y eventos pequeños posiblemente asociados con actividades operacionales en campos cercanos como Svalin y Balder. En el campo Snorre (Mar del Norte noruego), los datos PRM se utilizaron para medir la anisotropía sísmica de onda S (shear-wave splitting), una técnica prometedora para monitorizar el campo de esfuerzo, incluso a partir de microsismos. Esta monitorización pasiva puede ser semi-continua si hay suficiente microsismicidad.
La integración de datos de sistemas PRM offshore con redes sísmicas terrestres, como las de Noruega (NNSN y HNAR), puede reducir significativamente la incertidumbre en la localización de eventos sísmicos, especialmente para sismos lejanos donde la cobertura azimutal de la red offshore es limitada. Se han estudiado variaciones en la microsismicidad y la magnitud de completitud (Mc) en regiones como la Plataforma Horda (Zócalo Continental Noruego), que alberga futuros sitios de almacenamiento de CO2 como Aurora/Northern Lights y Smeaheia.
Además de la monitorización activa y pasiva, los datos sísmicos 4D y PRM permiten análisis avanzados, como la inversión para obtener mapas de cambios de presión y saturación en el yacimiento. La integración de los resultados sísmicos con otros datos, como los de pozos o modelos de simulación, es crucial para una comprensión completa del modelo dinámico del yacimiento.
En resumen, el PRM representa la evolución lógica de la sísmica 4D. Al proporcionar datos sísmicos de mayor calidad y frecuencia, tanto activos como pasivos, y en muchos casos, en tiempo real, el PRM ofrece una capacidad de monitorización sin precedentes. Esta tecnología es vital para optimizar la recuperación de hidrocarburos y, cada vez más, para garantizar la seguridad en operaciones como el almacenamiento de CO2, mediante la monitorización de la integridad del subsuelo y la detección temprana de posibles riesgos.