A gestão eficaz dos recursos subterrâneos, como reservatórios de hidrocarbonetos ou locais de armazenamento geológico de CO₂ ou hidrogênio, depende de uma compreensão profunda dos processos dinâmicos que ocorrem no subsolo. Para isso, as técnicas de monitoramento sísmico evoluíram significativamente, fornecendo informações cruciais.
Uma tecnologia fundamental nesse campo foi e continua sendo a sísmica 4D, também conhecida como sísmica de monitoramento temporal (time-lapse). Essa técnica consiste na aquisição repetida de dados sísmicos 3D sobre a mesma área ao longo do tempo. A comparação desses levantamentos sequenciais permite detectar mudanças no subsolo, como o movimento de fluidos, variações de pressão e efeitos geomecânicos induzidos pela produção ou injeção.
Campos como o de Sleipner, onde o CO₂ é armazenado na formação Utsira do Zócalo Continental Norueguês, utilizaram imagens sísmicas 4D para acompanhar a evolução da pluma de CO₂. Outros campos, como Ekofisk, um grande reservatório de creta no setor norueguês do Mar do Norte, empregaram a sísmica 4D para analisar mudanças nas propriedades elásticas e deslocamentos temporais relacionados à compactação, pressão e saturação. A informação 4D é utilizada ativamente para otimizar a produção, atualizar modelos de reservatórios e tomar decisões operacionais.
Embora a sísmica 4D tradicional tenha demonstrado seu valor, realizar campanhas de aquisição intermitentes pode ser dispendioso e limitar a frequência de monitoramento. Para superar essas limitações, foi desenvolvido o conceito de Monitoramento Permanente de Reservatórios (PRM).
Um sistema PRM envolve a instalação permanente de sensores sísmicos (geofones) no leito marinho. Esses sensores, frequentemente enterrados, permanecem fixos, o que melhora significativamente a repetibilidade da aquisição sísmica ativa em comparação com sistemas não permanentes. A permanência permite realizar aquisições sísmicas ativas com maior frequência.
Nem todas as mudanças registradas entre levantamentos sísmicos sucessivos se devem exclusivamente à dinâmica do reservatório (mudanças de pressão, saturação, temperatura ou efeitos geomecânicos como a compactação). Existem diversos fatores não relacionados ao reservatório que podem alterar o sinal sísmico e gerar “ruído 4D”, mascarando os efeitos que desejamos monitorar.
Um planejamento adequado da aquisição, juntamente com fluxos de processamento robustos, é essencial para minimizar esses efeitos externos ao reservatório e maximizar a repetibilidade dos levantamentos. Isso permite que as diferenças observadas entre os dados de linha de base e os de monitoramento se devam, na maior medida possível, às mudanças de interesse no subsolo.
Alguns dos fatores-chave que podem alterar os dados sísmicos ao longo do tempo e que devem ser considerados no planejamento e processamento incluem:
• Variações na posição da fonte (Source Layback) e dos receptores: Diferenças na localização exata das fontes sísmicas (embarcações ou dispositivos que emitem o sinal) entre levantamentos podem gerar inconsistências. Da mesma forma, se os receptores não estiverem na mesma posição, a repetibilidade é afetada.
◦ Os sistemas PRM, ao ter os sensores (geofones) instalados de forma permanente no leito marinho (frequentemente enterrados), melhoram drasticamente a repetibilidade posicional dos receptores em comparação com as aquisições com cabos ou nós não permanentes.
◦ Mesmo com PRM, é necessário aplicar correções para o “layback” da fonte, que é a diferença entre a posição nominal e a posição efetiva da fonte rebocada, afetada por fatores ambientais.
• Variações na velocidade da água: Mudanças na temperatura e salinidade da coluna d’água podem alterar a velocidade sísmica, afetando os tempos de chegada. Isso é especialmente relevante em águas profundas. São necessárias medições e correções para mitigar esse efeito.
• Variações na assinatura da fonte (Source Signature): Diferenças no sinal emitido pela fonte sísmica entre levantamentos também afetam a comparabilidade dos dados. Idealmente, utiliza-se a mesma configuração de fonte, mas às vezes isso não é possível.
• Cobertura de disparo (Shot Coverage): Garantir uma cobertura de disparo consistente entre levantamentos é importante para a repetibilidade. Para PRM com áreas de monitoramento reduzidas, pode-se harmonizar a cobertura de disparo preenchendo os dados de monitoramento com dados da linha de base.
• Condições ambientais: O estado do mar (ondas, correntes), o ruído ambiental e as marés podem afetar a qualidade dos dados.
Um planejamento adequado da aquisição de dados sísmicos repetidos deve considerar esses fatores e projetar os levantamentos para minimizar seu impacto desde o início. Os sistemas PRM facilitam enormemente essa tarefa ao fornecer uma plataforma de aquisição muito mais controlada e repetível.
A maior qualidade dos dados e a repetibilidade obtidas por meio de um planejamento cuidadoso da aquisição e do uso de sistemas PRM permitem:
• Detectar mudanças sutis no subsolo que poderiam passar despercebidas com dados de menor qualidade;
• Reduzir a incerteza na interpretação dos efeitos 4D;
• Calibrar melhor as respostas sísmicas (mudanças de amplitude, deslocamentos temporais, etc.) com alterações reais de pressão e saturação no reservatório;
• Integrar os dados sísmicos de maneira mais eficaz com outros conjuntos de dados (registros de poços, dados de produção, modelos de simulação de reservatórios);
• Tomar decisões de gerenciamento do reservatório mais informadas e oportunas, como otimização da localização de poços, taxas de produção/injeção e estratégias de recuperação.
Um planejamento cuidadoso que antecipe e mitigue os fatores externos às mudanças do reservatório é crucial. Os sistemas PRM representam um avanço significativo ao oferecer uma plataforma de aquisição de alta repetibilidade, facilitando a separação dos efeitos de produção/injeção do ruído, e permitindo uma monitorização mais precisa e valiosa do subsolo.
A principal vantagem do PRM é a maior qualidade dos dados e a capacidade de detectar mudanças sutis.
Além das aquisições ativas, os sistemas PRM permitem monitoramento passivo contínuo. Isso inclui a detecção e localização de eventos microsísmicos, pequenos tremores gerados por mudanças de pressão ou esforço no reservatório ou na rocha teto. Esses microsismos são diagnósticos importantes da deformação do subsolo. Os sistemas PRM também podem ser usados para detecção de microsismos, como demonstrado pelos dados de geófonos offshore no campo Grane, no Mar do Norte norueguês, que permitiram detectar sismos naturais e eventos menores possivelmente associados a atividades operacionais em campos vizinhos como Svalin e Balder. No campo Snorre (Mar do Norte norueguês), os dados do PRM foram utilizados para medir a anisotropia sísmica de ondas S (shear-wave splitting), uma técnica promissora para monitorar o campo de esforço, mesmo a partir de microsismos. Esse monitoramento passivo pode ser semi-contínuo, desde que haja microsismicidade suficiente.
A integração de dados de sistemas PRM offshore com redes sísmicas terrestres, como as da Noruega (NNSN e HNAR), pode reduzir significativamente a incerteza na localização de eventos sísmicos, especialmente para sismos distantes onde a cobertura azimutal da rede offshore é limitada.
Variáveis na microsismicidade e na magnitude de completude (Mc) têm sido estudadas em regiões como a Plataforma Horda (Plataforma Continental da Noruega), que abriga futuros locais de armazenamento de CO₂, como Aurora/Northern Lights e Smeaheia.
Além do monitoramento ativo e passivo, os dados sísmicos 4D e de PRM permitem análises avançadas, como a inversão para gerar mapas de mudança de pressão e saturação no reservatório.
A integração dos resultados sísmicos com outros dados—como os de poços ou modelos de simulação—é crucial para uma compreensão completa do comportamento dinâmico do reservatório.
Em resumo: O PRM representa a evolução lógica da sísmica 4D. Ao fornecer dados sísmicos de maior qualidade e frequência—tanto ativos quanto passivos, muitas vezes em tempo real—o PRM oferece capacidade de monitoramento sem precedentes. Essa tecnologia é vital para otimizar a recuperação de hidrocarbonetos e, cada vez mais, para garantir a segurança em operações como o armazenamento de CO₂, por meio do monitoramento da integridade do subsolo e da detecção precoce de possíveis riscos.