ES2320093T3 - Dsipositivo de recepcion de ondas sismicas y metodo para acoplarlo a un medio solido. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de recepción de ondas sísmicas que emanan de un medio sólido (5) tal como el subsuelo, que comprende al menos un hidrófono (2) en una cavidad (6) del medio y acoplado a éste, caracterizado porque comprende una envuelta cerrada de pared flexible (7) que se acoplará estrechamente al medio prácticamente en toda su superficie, estando este envuelta llena de líquido (8) en el que se sumerge el hidrófono (2), y estando cerrada en un extremo por un botón estanco (9) provisto de un conducto estanco para un cable (10) de unión del hidrófono con un medio de adquisición de señales (E).

Description

Dispositivo de recepción de ondas sísmicas y método para acoplarlo a un medio sólido.

La presente invención se refiere a un dispositivo de recepción de ondas sísmicas que comprende un hidrófono y/o un geófono y a un método para acoplarlo(s) a un medio sólido tal como el subsuelo.

El dispositivo de acuerdo con la invención encuentra aplicaciones particularmente en operaciones de exploración o de vigilancia sísmica de una formación subterránea.

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Estado de la técnica

Se conoce la vigilancia de las variaciones de estado a largo plazo de un depósito durante la producción, ya se trate de un yacimiento de hidrocarburos o de un depósito para el almacenamiento de gases o de sustancias diversas, etc., por medio de un sistema sísmico que comprende una fuente sísmica impulsional o un vibrador sísmico para emitir ondas elásticas en el suelo y un dispositivo de recepción que comprende sensores sísmicos dispuestos en la superficie o en pozos y acoplados a las formaciones a vigilar, para captar las ondas reenviadas por las discontinuidades y registrarlas, con el objetivo de formar sismogramas representativos. A intervalos de tiempo definidos, se realizan investigaciones sísmicas para determinar por comparación modificaciones que tienen lugar en el depósito, como resultado de su explotación.

Como sensores sísmicos, se utilizan generalmente geófonos acoplados a la formación, en superficie o en pozos. Los geófonos pueden sumergirse en los pozos suspendidos en un cable o unidos a un tubo y sujetos firmemente contra la pared del pozo con patines articulados o muelles. También pueden sumergirse en un pozo fijados al exterior de una carcasa y sumergidos en el cemento inyectado en el espacio anular entre ésta y la pared del pozo. Los geófonos también pueden instalarse en un pozo perforado para ello y lleno de cemento.

También se conoce la utilización de hidrófonos que están acoplados a las formaciones por medio de fluidos que llenan los pozos.

Diferentes sistemas de vigilancia sísmica a largo plazo se describen por ejemplo en las patentes EP 591 037 (US 5 461 594), FR 2 593 292 (US 4 775 009), FR 2 728 973 (US 5 724 311), FR 2 775 349 o US 4 534 020.

La utilización combinada de un geófono 1 y de un hidrófono 2 en un mismo punto presenta ventajas importantes cuando se trata de separar ondas sísmicas 3, 4 que se propagan a lo largo de una misma dirección pero en sentido inverso unas respecto a otras. (Fig. 1). En efecto el geófono 1 mide la proyección en el eje del geófono, del vector velocidad de las partículas del medio explorado bajo el efecto de las ondas y el hidrófono 2 la presión. En un medio homogéneo 5 donde la velocidad de propagación es constante, estas dos magnitudes están vinculadas mediante la relación:

P = \varepsilon z V/cos \alpha

donde:

P es la presión,

z, la impedancia sísmica del medio,

\varepsilon, un coeficiente igual a +1 o -1, de acuerdo con el sentido de propagación de la onda,

V, la velocidad de la partícula en un eje paralelo a su dirección de propagación, y

\alpha el ángulo entre el eje del geófono y la dirección de propagación.

Éste es el caso en las operaciones convencionales de Prospección Sísmica Vertical (PSV), donde los sensores instalados a lo largo de un pozo detectan al mismo tiempo ondas descendentes y ondas ascendentes, y se sabe que utilizando pares de geófonos e hidrófonos situados a distancia unos de otros a lo largo de un pozo, pueden separarse de forma sencilla las ondas de los dos tipos mediante una combinación lineal de las mediciones de velocidad y presión y:

D_{esc} = P - zV/cos \alpha

A_{sc} = P + zV/cos \alpha

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Los sismogramas de las Fig. 2A, 2B corresponden a datos registrados en un pozo vertical respectivamente por un geófono (datos de velocidad V) y un hidrófono (datos de presión P). Los sismogramas de las Fig. 2C, 2D corresponden respectivamente a la resta (P - V) y a la suma (P + V).

Aunque los datos V y P comprenden las dos ondas ascendentes (A) y ondas descendentes (D), su resta solamente comprende ondas descendentes (Fig. 2C) y su suma, ondas ascendentes (Fig. 2D).

La puesta en práctica de esta discriminación de las ondas mediante utilización combinada de hidrófonos y de geófonos se enfrenta a la dificultad de acoplamiento de los hidrófonos al medio.

En el caso de mediciones en pozos, el acoplamiento de los hidrófonos con las formaciones se obtiene por medio del lodo que llena el pozo, lo que demuestra ser muy molesto, ya que está expuesto directamente a las ondas llamadas de lodo cuya amplitud es generalmente considerablemente superior a la de las ondas que se propagan en el medio y que se busca observar.

Dispositivo y método de acuerdo con la invención

El dispositivo y el método de acoplamiento de acuerdo con la invención permite acoplar muy eficazmente hidrófonos y/o geófonos a un medio tal como una formación subterránea por ejemplo, evitando particularmente los efectos parásitos vinculados en las aplicaciones a la sísmica de pozos, a su inmersión directa en el lodo.

El dispositivo de recepción de ondas sísmicas comprende al menos un hidrófono, una envuelta cercana a la pared flexible llena de líquido para acoplarla estrechamente al medio prácticamente por toda su superficie, en la que se sumerge el hidrófono, estando la envuelta cerrada en un extremo por un tapón estanco provisto de un conducto estanco para un cable de unión del hidrófono con un medio de adquisición de señales.

El dispositivo de recepción también puede comprender al menos un geófono que se acopla al medio en las proximidades de la envuelta cerrada que contiene el hidrófono, y que se conecta al medio de adquisición de señales.

El geófono y/o el hidrófono en su envuelta cerrada pueden acoplarse por ejemplo estrechamente al medio mediante un material endurecible tal como cemento interpuesto entre ellos y una cavidad practicada en el medio.

El método de acuerdo con la invención permite acoplar un dispositivo de recepción de ondas sísmicas que comprende al menos un hidrófono a un medio sólido tal como el subsuelo, en el que se ha formado una cavidad que permite su enterramiento en el medio. Se sumerge el hidrófono en una envuelta cerrada de pared flexible rellena de un líquido, que está cerrada en un extremo por un botón estanco provisto de un conducto estanco para un cable de unión del hidrófono con un aparato de adquisición de señales, y se acopla prácticamente toda la pared flexible de la envuelta al medio por inyección en la cavidad alrededor de la envuelta de un material endurecible tal como cemento.

También puede acoplarse al medio, con el mismo material endurecible, al menos un geófono dispuesto en las proximidades de la envuelta que contiene el hidrófono.

Se dispone por ejemplo el dispositivo de recepción en un espacio intermedio entre un pozo y un tubo sumergido en el pozo y se le acopla al medio por inyección del material en al menos una parte de este espacio.

Presentación de las figuras

Otras características y ventajas del método y del dispositivo de acuerdo con la invención, surgirán con la lectura de la descripción a continuación de un ejemplo no limitante de realización, remitiéndose a los dibujos adjuntos, en los que:

- la Fig. 1 ilustra esquemáticamente los trayectos seguidos por ondas elásticas que se propagan en una formación subterránea y recibidas por sensores acoplados a esta formación

- las Fig. 2A-2D muestran ejemplos de sismogramas formados a partir de señales recibidas respectivamente por sensores de velocidad o geófonos (Fig. 2A), por sensores de presión o hidrófonos (Fig. 2B), restando señales de velocidad y de presión (Fig. 2C) y sumando estas mismas señales (Fig. 2D); y

- la Fig. 3 muestra un ejemplo de acoplamiento de un hidrófono al medio. Descripción detallada

El método de acoplamiento utilizado en este documento para acoplar uno o más hidrófonos 2 de un dispositivo de recepción sísmico a un medio sólido 5 tal como el subsuelo, consiste esencialmente en sumergir el hidrófono 2 en una envuelta cerrada de pared flexible 7 llena completamente de líquido 8 que se acopla estrechamente al medio. Esta envuelta o vaina 7 comprende una abertura por la cual se introduce el hidrófono 2 y el líquido de llenado 8. Un botón estanco 9 tal como un prensaestopas por ejemplo, aísla el interior de la envuelta 7. El botón 9 está provisto de un conducto 6 estanco al líquido para un cable eléctrico 10 de unión del o de los hidrófonos a un aparato E de adquisición de señales externo, dispuesto en la superficie, por ejemplo.

El dispositivo de recepción puede acoplarse al medio 5 llenando el espacio 6 donde se ha colocado la envuelta 7. Preferiblemente, se acopla la envuelta 7 al medio 5 vertiendo a su alrededor un material sólido 11 que puede ser de relleno o un material añadido endurecible tal como cemento por ejemplo. La vaina 7 deber ser lo suficientemente pequeña para poder introducirla en el espacio previsto para ella y lo suficientemente grande para que la parte activa del hidrófono esté enteramente en contacto con el líquido.

Preferiblemente, se asocia al hidrófono 2 en su envuelta 7, un geófono 1 que se conecta también al aparato de adquisición E y se acoplan al medio por medio del mismo material de acoplamiento 11.

Los sismogramas de las Fig. 2A a 2D se obtienen con ayuda de dicho dispositivo que comprende dicha asociación de un geófono y de un hidrófono.

El espacio 6 en el que se coloca el dispositivo, puede ser un orificio o pozo únicamente para la instalación de sensores o bien opcionalmente un espacio anular alrededor de un tubo sumergido en el pozo (un tubo de entibado por ejemplo) y que sirve para la explotación de un yacimiento o depósito subterráneo (operaciones de transferencia de fluidos entre la superficie y el fondo).

El enterramiento de la envuelta en el suelo con el material de relleno y particularmente por medio de cemento, permite obtener un acoplamiento estrecho del hidrófono y/o del geófono a la formación sin exponer directamente el hidrófono a las potentes ondas de tubo que recorren los fluidos en los pozos. El dispositivo permite enterrar los receptores a distancia de la superficie y de este modo hacerles prácticamente insensibles a los ruidos de la superficie.

Claims (7)

1. Dispositivo de recepción de ondas sísmicas que emanan de un medio sólido (5) tal como el subsuelo, que comprende al menos un hidrófono (2) en una cavidad (6) del medio y acoplado a éste, caracterizado porque comprende una envuelta cerrada de pared flexible (7) que se acoplará estrechamente al medio prácticamente en toda su superficie, estando este envuelta llena de líquido (8) en el que se sumerge el hidrófono (2), y estando cerrada en un extremo por un botón estanco (9) provisto de un conducto estanco para un cable (10) de unión del hidrófono con un medio de adquisición de señales (E).

2. Dispositivo de recepción de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un material endurecible (11) tal como cemento, por inyección del cual la envuelta cerrada (7) que contiene el hidrófono (2) se acopla estrechamente al medio.

3. Dispositivo de recepción de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende al menos un geófono (1) que se acoplará al medio en las proximidades de la envuelta cerrada (7) que contiene el hidrófono (2), y que se conectará al medio de adquisición de señales (E).

4. Dispositivo de recepción de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque comprende un material endurecible (11) tal como cemento, por inyección del cual el geófono (1) y la envuelta cerrada (7) que contiene el hidrófono (2) se acoplan estrechamente al medio.

5. Método para acoplar un dispositivo de recepción de ondas sísmicas, que comprende al menos un hidrófono, a un medio sólido (5) tal como el subsuelo, en el que se ha formado una cavidad que permite su enterramiento en el medio, caracterizado porque se sumerge el hidrófono (1) en una envuelta cerrada de pared flexible (7) llena de un líquido (8), cerrada en un extremo por un botón estanco (9) provisto de un conducto estanco para un cable (10) de unión del hidrófono con un aparato de adquisición de señales (E), y se acopla prácticamente toda la pared flexible de la envuelta (7) al medio mediante inyección en la cavidad alrededor de la envuelta de un material endurecible tal como cemento.

6. Método de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque se acopla al medio mediante el mismo material endurecible, al menos un geófono (1) dispuesto en las proximidades de la envuelta (7) que contiene el hidrófono (2).

7. Método de acuerdo con la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque se coloca el dispositivo de recepción en un espacio intermedio entre un pozo y un tubo sumergido en el pozo y se acopla al medio mediante inyección del material en al menos una parte de este espacio.