MX2012008214A - Metodo para procesar datos sismicos marinos. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para procesar datos sísmicos marinos recolectados a través de por lo menos un cable sísmico arrastrado por un recipiente y que comprende una pluralidad de receptores sísmicos (R1 ..... RN) colocados a profundidades de agua respectivas (Z1 ..... Zn). El método se caracteriza porque comprende un paso de migración de espejo adaptado para dichos datos, en donde los registros de los diferentes receptores sísmicos (R1 ..... Rn) en sus posiciones efectivas son agregados a la migración, mientras que se agrega la parte opuesta de los mismos registros en sus posiciones de espejo.

Description

METODO PARA PROCESAR DATOS SISMICOS MARINOS CAMPO TECNICO La presente invención se refiere al procesamiento de datos sísmicos marinos recolectados a través de un cable sísmico arrastrado por un recipiente y que comprende una pluralidad de receptores. Más particularmente, la invención se refiere a un método de procesamiento adaptado para en caso en donde al menos parte de los datos son adquiridos a diferentes profundidades de agua, esto siendo posible al utilizar cables que tienen por lo menos una porción que está inclinada con relación a la superficie del agua, o cables horizontales ubicados a diferentes profundidades.

ESTADO DE LA TECNICA Una técnica bien diseminada utilizada para prospección de aceite o gas consiste de conducir una investigación sísmica del subsuelo. Para formar la imagen de la estructura del subsuelo, los geofísicos utilizan técnicas de "reflexión sísmica".

En sísmicos marinos, la técnica consiste de remolque por atrás de un recipiente: una o más fuentes de energía para la emisión de una onda acústica, y - receptores sísmicos dispuestos sobre cables denominados serpentinas o cables colocados horizontalmente a una profundidad constante (en el orden de ?? = 7.5 metros) para registrar la onda acústica reflejada por las superficies de contacto entre formaciones geológicas.

La fuente transmite una onda acústica al agua, al establecer un campo ondulatorio (ondas de compresión), la cual se propaga coherentemente y hacia abajo (propagación descendente). Cuando el campo ondulatorio golpea las superficies de contacto entre formaciones de tierra, denominado reflectores, se refleja a través de la tierra y el agua tan lejos como los receptores sísmicos (propagación ascendente), en donde se convierte a señales eléctricas y se registran.

Los receptores sísmicos están dispuestos de tal manera y en número suficiente para las señales registradas, denominadas huellas, para formar datos sísmicos, los cuales pueden ser utilizados para reconstruir la configuración de las capas geológicas.

Un problema que se encuentra es la reverberación, y se puede explicar como sigue. Una onda sísmica reflejada por un reflector pasa a través del agua en una dirección generalmente hacia arriba. Esta onda, la cual se denomina la "primaria", se propaga en el agua y pasa a través del receptor sísmico, el cual registra su presencia.

El campo ondulatorio continúa su progresión hacia la superficie del agua (cuyo coeficiente de reflexión es -1), en donde ser refleja hacia abajo. Esta onda reflejada o "fantasma" también se propaga en el agua y pasa a través de los receptores, en donde se registra una vez más con polaridad inversa y un r etraso ??, el cual, para ondas que se propagan verticalmente, es: At = 2Az/c en donde: - At: la diferencia de tiempo entre el registro de la onda primaria y el fantasma respectivamente por el receptor, ??: la distancia entre el cable y la superficie del agua, c: la velocidad de propagación de la onda en el agua (principalmente 1500 m/s).

Esta reverberación del campo ondulatorio sísmico en el agua afecta los datos sísmicos amplificando algunas frecuencias y atenuando otras, lo cual hace difícil el análisis de formaciones terrestres subyacentes.

En el domino espectral, el fantasma corresponde a una función de transferencia de filtro: G(f) = 1 - exp(2jnfAt) Esta función de transferencia G(f) es de cero para múltiples frecuencias f de fn, en donde: .»" * Estas frecuencias para las cuales una función de transferencia es cero se denominan "depresiones " . Las depresiones son un impedimento particular ya que no pueden ser desconvolutadas. Por lo tanto, la práctica seguida en la sísmica es colocar los cables a una profundidad de manera que la primera depresión yace fuera de la anchura de banda deseable. Ya que 100 Hz es el límite superior de la anchura de banda sísmica, esto conduce a colocar los cables a una profundidad de alrededor de 7.5 metros. Sin embargo, esta profundidad relativamente baja para los cables tiene el efecto de penalizar el registro de las bajas frecuencias (para bajas frecuencias, la función G(f) es proporcional a la profundidad ??).

Los documentos US 4 353 121 y US 4 992 992 describen métodos de procesamiento con los cuales es posible eliminar fantasma de los datos sísmicos registrados al utilizar un dispositivo para recolectar datos que comprende un cable sísmico teniendo un ángulo (en el orden de 2 grados) con la superficie del agua.

Con esta configuración, es la operación de apilamiento de datos la que asegura la eliminación de fantasmas. Los datos adquiridos son suficientemente redundantes, y el método de procesamiento comprende un paso de apilamiento de datos para obtener la imagen final del subsuelo a partir de los datos redundantes. Es durante el paso de apilamiento en donde las señales fantasma son eliminadas ya que los registros que contribuyen a este apilamiento, los cuales fueron registrados por diferentes receptores, presentan depresiones a diferentes frecuencias, de manera que la información que falta debido a la presencia de una depresión en un receptor sísmico se obtiene de otro receptor.

El documento US 4,353,121 describe un método de procesamiento basado en los siguientes pasos: determinar el punto de profundidad común; - extrapolación 1D (una dimensión) sobre una superficie horizontal (denominada de referencia), corrección para extracción normal de la memoria (NMO), apilamiento de datos.

La referencia de datos es un método de procesamiento en donde, utilizando los datos de N receptores sísmicos Rn de posiciones (xn, zn), en donde n = 1 N, se hace una síntesis de los datos que podrían haber sido registrados por los receptores sísmicos si fueron colocados en las mismas posiciones horizontales xn pero a la misma profundidad constante zO para todos los receptores sísmicos.

La referencia de datos se dice que es de 1D si se asumió que las ondas sísmicas se propagan verticalmente. En este caso, el método se limita a aplicar un desplazamiento estático a cada registro de tiempo registrado por un receptor sísmico dado, este desplazamiento estático que corresponde al tiempo de propagación vertical entre la profundidad real zn del receptor R„ y la profundidad de referencia zO.

También, la patente de E.U.A. 4,353,121 describe el método que consiste de obtener una pila primaria al utilizar una corrección de NMO para alinear reflexiones, después una pila fantasma al alinear las reflexiones fantasma, después combinar las dos para obtener una imagen de pila posterior con una relación reforzada de individual a ruido.

Similar a la patente de E.U.A. 4,353,121, el documento US 4,992,992 propone reconstruir los datos sísmicos que pudieron haber sido registrados a través de un cable horizontal, utilizando los datos sísmicos registrados por el cable inclinado a un ángulo relativo a la superficie del agua.

Sin embargo, el documento de E.U.A. 4,992,992 establece tomar en cuenta propagaciones no verticales al reemplazar la referencia de datos 1D de US 4,353,121 con la referencia de datos 2D.

Esta referencia de datos 2D toma en consideración el hecho de que la propagación de onda no es necesariamente vertical, contrario a la suposición seguida para la referencia de datos 1D tal como se propone en US 4,353,121.

Más específicamente, US 4,992,992 describe un método de procesamiento, el cual, utilizando los datos registrados por los N receptores Rn del índice n + 1 N que yace a una distancia horizontal xn desde la fuente y a una profundidad zn=z0 + zntga (a corresponde al ángulo entre el cable y la superficie del agua, y tg es la función trigonométrica tangente), reconstruye los datos sísmicos que podrían haber sido registrados por receptores sísmicos localizados en las mismas posiciones horizontales xn, pero a la misma profundidad de referencia constante z0 para todos los receptores sísmicos.

Para hacer esto, dos grupos de datos sísmicos, reconstruidos como si hubieran sido registrados por un cable horizontal, son calculados y luego apilados después de la multiplicación por un factor.

El primer grupo de datos se sintetiza asumiendo que las ondas sísmicas se propagan hacia arriba como las ondas primarias, el segundo grupo asumiendo que las ondas sísmicas se propagan hacia abajo como los fantasmas.

La propagación ascendente (onda que viaja hacia arriba) se define por ángulos de propagación con relación a la horizontal de entre 0o y 180°, la propagación descendente (onda que viaja hacia abajo) por ángulos de propagación de 180° a 360°.

Los métodos descritos en US 4,353,121 y US 4,922,922 son métodos de procesamiento de datos sísmicos de una dimensión (1D) y de dos dimensiones (2D). Más aún, dichos métodos no son generalizados en tres dimensiones. El muestreo de los sensores en la tercera dimensión es efectivamente dado por la distancia lateral entre los cables, en el orden de 150 m, que e mucho más grande que el muestreo de sensores a lo largo de los cables, el cual está en el orden de 12.5 m.

Un propósito general de la presente invención es proporcionar un método de procesamiento sísmico 3D, el cual se pueda utilizar para forma imagen de la geología del subsuelo, a partir de datos sísmicos marinos registrados por los receptores sísmicos de los cuales por lo menos algunos yacen a diferentes profundidades de agua, sin involucrar un paso de referencia de datos y sin ninguna restricción con respecto a la dirección de la propagación de onda.

PRESENTACION DE LA INVENCION Para este propósito, la invención propone un método para procesar datos sísmicos marinos recolectados a través de al menos un cable sísmico arrastrado por un recipiente, y que comprende una pluralidad de receptores sísmicos (R|,..., „) ubicados a profundidades de agua respectivas (z, z„) que comprende un paso de migración de espejo adaptado de dichos datos en donde los registros de los diferentes receptores sísmicos (Ri,...Rn) en sus posiciones efectivas se agregan a la migración, mientras que se agrega lo opuesto de los mismos registros en sus posiciones de espejo.

DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS Otras características y ventajas de la invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción, la cual es solamente ilustrativa y no limitante y se debe leer con referencia a los dibujos anexos, en donde: La Figura 1 es una ilustración esquemática de un método de recolección de datos sísmicos marinos; La Figura 2 es una vista superior esquemática del método ilustrado en la Figura 1 ; La Figura 3 esquemáticamente ilustra un paso de migración de espejo del método de procesamiento.

DESCRIPCION DETALLADA DE UNA MODALIDAD Ahora se describirá el método de procesamiento de datos sísmicos marinos con referencia a los dibujos.

Recolección de datos sísmicos marinos En la actualidad, los datos sísmicos marinos son registrados a través de un dispositivo de adquisición en donde una misma posición de fuente surge en el registro de señales sísmicas utilizando una disposición de cables con el fin de cubrir un área geográfica.

En el modo de adquisición ilustrado en la Figura 1, cada cable tiene un ángulo con la superficie del agua, como se propone en los documentos US 4,353,121 y US 4,992,992.

Este ángulo es idéntico para todos los cables de la disposición de cables, de manera que se extienden globalmente sobre el mismo plano.

La Figura 1 muestra un cuerpo de agua extendiéndose sobre un fondo del mar con un recipiente de investigación sísmica 3 sobre la superficie del agua 2.

El recipiente 3 arrastra una o más fuentes sísmicas 6 destinadas a emitir una onda acústica en el agua. La fuente 6 puede ser una disposición de pistolas de aire comprimido, un vibrador marino u otros tipos de fuentes conocidos por aquellos expertos en la técnica.

El recipiente 3 también arrastra una disposición de cables 1 que yacen a un ángulo con la superficie del agua 2.

Cada cable 1 comprende una pluralidad de receptores sísmicos 4, 5, destinados a registrar las señales acústicas emitidas por la fuente 6 después de sus reflexiones sucesivas sobre las superficies de contacto entre capas geológicas, denominadas reflectores. Estos receptores sísmicos 4, 5 son hidrófonos, por ejemplo.

El dispositivo de adquisición opera como sigue. La vibración sísmica emitida por la fuente sísmica 6 viaja a lo largo de varias trayectorias 11 y se refleja en las superficies de contacto entre materiales de diferente impedancia acústica tal como la superficie de contacto 8, el fondo del mar es denominado como 8a.

Un campo de ondas reflejadas 12 viaja hacia arriba hacia la superficie del agua 2 y es registrado por los receptores sísmicos 4, 5.

Los hidrófonos 4, 5 a las primera y segunda profundidades Zi , z2 registran las ondas reflejadas del campo ondulatorio que viaja hacia arriba.

Sin embargo, y como se indica en la sección de "Estado de la Técnica", los registros son afectados por reflexiones parásitas: un campo ondulatorio que viaja hacia abajo debido a la reflexión de las ondas sobre la superficie del agua 2 se sobrepone en el campo ondulatorio 12 que viaja hacia arriba.

Los registros, por lo tanto, comprenden picos que corresponden a reflexiones de superficie, o reflexiones fantasma parásitas. El método de procesamiento sísmico descrito más adelante hace posible utilizar estas reflexiones fantasma parásitas para formar imagen del subsuelo.

Procesamiento de datos sísmicos marinos El método descrito a continuación utiliza migración 3D por punto de disparo con el cual es posible obtener una imagen precisa del subsuelo tomando en cuenta la propagación de onda en medios complejos.

Dicha migración consiste de sintetizar la onda incidente a partir de la información en la fuente sísmica, y la onda reflejada a partir de los datos registrados.

Para una migración convencional de tipo de "una dirección", el principio es como sigue.

Se asume que la onda incidente D (es decir, la onda emitida por la fuente) será de trayectoria descendente. Esta onda incidente se sintetiza recursivamente a una profundidad z, la onda de trayectoria descendente siendo inicializada a la profundidad de la fuente sísmica zs. La onda incidente D a cada profundidad ??? después se calcula recursivamente al calcular la onda incidente a una profundidad ? + ?? desde la onda incidente a una profundidad z.

Similarmente, se asumen que la onda reflejada U(x,y,z,t) sea de trayectoria ascendente y se inicializa a z = zr con los datos registrados por los receptores sísmicos (si todos los receptores tienen la misma profundidad). La onda reflejada U en todo el volumen después de calcula recursivamente al calcular la onda de trayectoria ascendente U a la profundidad ?+?? a partir de la onda de trayectoria ascendente a una profundidad z.

La imagen del subsuelo se calcula a través de la correlación de cruce de tiempo de los dos volúmenes D (x,y,z,t) y U (x,y,z,t).

La altimetría, es decir, el hecho de que la fuente y los receptores pueden tener profundidades de no cero (y todas diferentes) puede ser tomado en cuenta al agregar las fuentes y receptores en z a través de los cálculos recursivos: por ejemplo, un receptor a una profundidad zr que yace entre ??? y (? + 1)?? se agrega durante el cálculo recursivo de U( (? + 1)??) a partir de U(nAz).

También, el paso de migración es apropiadamente una migración de espejo adaptada, así llamada por analogía con migración de espejo y el filtro adaptado usado para procesamiento de señal (que consiste de la circunvolución de una medida s(t), perturbada por la circunvolución con un filtro h(t), por h(-t) con el fin de optimizar la relación de señal a ruido.

Para la migración de espejo, se utiliza la superficie del mar como espejo: en lugar de "avistamiento" del fondo del mar, es la superficie del agua la que es "avistada" para ver los reflectores colocados por abajo de los receptores sísmicos.

En la práctica, se considera que los datos sísmicos no han sido registrados en los receptores sísmicos del cable, pero a una altitud por arriba de la superficie del agua igual a la profundidad de cada receptor, como se ilustra en la Figura 3.

Una técnica de formación de imagen de espejo utilizando migración de espejo se describe, por ejemplo, en la publicación " Facilitating technologies for permanently instrumented oil fields" Dan Ebrom, Xiuyuan Li, y Dwight, Sukup, The Leading Edge, Vol. 19, N° 3, pág. 283-285, marzo 2000.

En esta publicación, esta técnica se utilizó para la recolección de datos utilizando receptores sísmicos ubicados sobre el fondo del mar 8a. El principio utilizado es el principio de reciprocidad, y, por lo tanto, se da consideración ficticia a fuentes en el fondo del mar (en las posiciones del receptor) y de receptores sobre la superficie (en las posiciones de fuente).

La formación de imagen consiste de utilizar la fuente fantasma ficticia para obtener la imagen, la cual puede lograrse al colocar las fuentes ficticias en su posición de espejo relativa a la superficie del agua, la posiciones de fuente (xs,ys,zs) siendo cambiadas a (xs,ys,-zs).

La formación de imagen permite una mejor iluminación de reflectores poco profundos.

Con respecto a la migración de espejo adaptada, aplicada a los datos que son adquiridos por cables parcialmente inclinados, (xr,yr,zr) estando en las posiciones de los receptores sobre los cables, la onda reflejada U (se asume que es de trayectoria ascendente) es inicializada con migración de altimetría a una altitud de -zmax, zmax siendo la profundidad máxima de los receptores sísmicos (el máximo para todos zr) y altitud 0 que corresponde a la superficie del agua.

Durante el movimiento descendente recursivo en z de la onda U entre los valores -zmax y 0, se agrega el registro del receptor bajo consideración con un cambio de signo en las posiciones de espejo de los receptores con relación al fondo del mar, es decir, a (xr,yr,-zr).

Continuando hacia abajo para z = 0 a zmax, los registros del receptor bajo consideración son agregados a sus posiciones reales (xr,yr,zr). El resto del cálculo recursivo de U, la generación de la onda incidente D (se asume que es de trayectoria ascendente) y el paso de correlación de cruce entre la onda incidente y la reflejada para obtener la imagen, se conducen en una forma similar a una migración de una dirección convencional.

De esta forma, la imagen del subsuelo se obtiene directamente de adquisiciones 3D por cables inclinados, tomando en cuenta las posiciones exactas de los receptores y la exacta propagación 3D de las ondas.

El paso, durante el cual se agregan los registros en las posiciones de imagen de los receptores, cuyo costo extra es insignificante, proporciona refuerzo de la relación de señal a ruido a través de una imagen basada en el receptor fantasma, sin duplicar el tiempo de cálculo de migración, el cual podría se el caso si se calcularan dos imágenes y después se apilan según propuesto en " Facilitating technologies for permanently instrumented oil fields". Sin embargo, dicha solución podría ser aplicada en una variante de modalidad del método.

La invención descrita anteriormente permite que una imagen del subsuelo sea obtenida directamente de los datos derivados de la adquisición 3D, recolectados utilizando varios cables inclinados.

Contrario a los métodos descritos en US 4,353,121 y US 4,991,992, el método de procesamiento descrito anteriormente no comprende ningún paso de referencia de datos, que consiste de reconstruir datos sísmicos, los cuales han sido registrados por un cable horizontal, utilizando datos sísmicos registrados por el cable inclinado, antes de su migración.

El método de procesamiento descrito anteriormente toma en cuenta los ángulos de propagación tanto en x como en y.

Este método también hace posible mejorar la relación de señal a ruido utilizando datos fantasma para reforzar datos de reflexión primarios.

Si la diversidad de profundidades de los sensores no permite que ondas fantasma sean totalmente eliminadas, la perturbación resultante en datos finales es circunvolucionada por un filtro que es simétrico (fase cero) y puede ser desconvolutada (sin depresión). Este paso de des-circunvolución se simplifica por el hecho de que es una des-circunvolución de fase cero.

La d escripción de migración de espejo adaptada dada anteriormente es concerniente al caso de migración 3D para punto de disparo de "una dirección". Existen otros tipos de migraciones, los cuales pueden ser adaptados como migración de espejo adaptada al agregar al cálculo de la onda reflejada, además de los registros de los receptores en sus posiciones exactas, los registro opuestos en sus posiciones de espejo.

También hay una migración 3D por punto de disparo denominado "Migración de Tiempo Inverso", la cual no asume que la onda incidente es una onda de trayectoria descendente y la onda reflejada una onda de trayectoria ascendente. En este caso, la migración de espejo adaptada puede ser realizada al agregar los receptores en su posición efectiva (xr,yr,zr) pero al utilizar, en la superficie del agua, las así llamadas condiciones de límite de superficie libre en lugar de las condiciones de limite de absorción usualmente utilizadas.

Los métodos descritos anteriormente no están limitados al procesamiento de datos adquiridos utilizando cables lineales de inclinación constante como se muestra en la Figura 1. Pueden ser solo aplicados a los datos recolectados a través de cables, cada uno comprendiendo varias secciones de diferentes inclinaciones, o a través de cables teniendo una o más sección inclinadas y una o más secciones horizontales, o a través de cables ubicados a diferentes profundidades.

Claims (4)

REIVINDICACIONES

1. Un método para procesar datos sísmicos marinos recolectados a través de por lo menos un cable sísmico arrastrado por un recipiente y que comprende una pluralidad de receptores sísmicos (R, R„) ubicados a profundidades respectivas de agua (Z| ,z„), el cual comprende un paso de migración de espejo adaptada para dichos datos, en donde los registros de los diferentes receptores sísmicos (Ri,....,Rn) a sus posiciones efectivas son agregados a la migración mientras se agrega lo opuesto de los mismos registros en sus posiciones de espejo.

2. EL método de acuerdo con la reivindicación precedente, en donde: el cálculo de una onda de trayectoria ascendente se indica a una altitud -z siendo la profundidad máxima de los receptores sísmicos se hace una propagación inversa de la onda de trayectoria ascendente a partir de la altitud inicial mediante un cálculo recursivo de profundidad en donde la onda de trayectoria ascendente se calcula a una profundidad actual ? + ?? a partir de la onda de trayectoria ascendente para la profundidad precedente z; receptores, cuya profundidad zr o profundidad espejo -zr yace entre z y ? + ??, se agregan durante el cálculo.

3. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, que además comprende un paso de propagación de las ondas de trayectoria descendente emitidas por la fuente, en donde la migración es iniciada a una profundidad de migración igual a la profundidad de la fuente sísmica zs, y se realiza una propagación de las ondas de trayectoria descendente para obtener ondas de trayectoria descendente para todas las profundidades mayores que la profundidad de la fuente zs.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 3, que además comprende un paso de correlación entre la onda de trayectoria descendente propagada y la onda de trayectoria ascendente retro-propagada, para cada profundidad mayor que la profundidad de la fuente zs.