MX2014008500A - Fuente de onda de cizalla para vsp y exploracion sismica de superficie. - Google Patents

Abstract

Sistemas y métodos de inspección de onda de cizalla sísmicos que emplean pares de pozos inclinados con detonaciones direccionales; si los pozos tienen inclinaciones sustancialmente iguales en direcciones azimutales opuestas, los trazos de señal resultantes se pueden combinar para aislar las contribuciones de energía de onda de cizalla, ofreciendo así una interpretación de complejidad reducida y resolución potencialmente mejorada; los pozos pueden estar entubados para asegurar su capacidad de repetición, por ejemplo, para monitoreo de fractura de yacimiento, tratamientos y/o drenaje; las cargas direccionales se pueden sumergir para mejorar el acoplamiento de la energía sísmica en la formación.

Description

FUENTE DE ONDA DE CIZALLA PAPA VSP Y EXPLORACION SISMICA DE SUPERFICIE ANTECEDENTES DE LA INVENCION La sismología es utilizada para exploración, estudios arqueológicos y proyectos de ingeniería que requieren, información geológica. La sismología de exploración proporciona datos que, cuando son utilizados en conjunto con otros datos geofísicos, de pozo y geológicos disponibles, proporcionan información referente a la estructura y distribución de tipos de roca y su contenido. Dicha información ayuda en gran medida a las búsquedas de agua, yacimientos geotérmicos, y depósitos minerales tales como hidrocarburos y minerales. La mayoría de las compañías petroleras se basan en la sismología de exploración para seleccionar sitios en los cuales perforar pozos petroleros exploratorios.

La sismología tradicional emplea ondas sísmicas artificialmente generadas para trazar mapas de estructuras del subsuelo. Las ondas sísmicas se propagan desde una fuente de energía sísmica hacia abajo al interior de la tierra y se reflejan desde los límites entre las estructuras del subsuelo. Los receptores en superficie detectan y registran las ondas sísmicas reflejadas para posterior análisis.

Las ondas sísmicas por lo general son utilizadas energizando la tierra con una fuente conveniente de energía de ondas sísmicas. De manera más común, las fuentes de energía sísmica crean ondas elásticas que involucran el movimiento de partículas de la tierra en la dirección de la propagación de las ondas. Estas ondas, referidas como ondas de compresión o longitudinales, son fácilmente generadas mediante la entrega de un impacto vertical contra la superficie de la tierra con una explosión o un transductor mecánico. La literatura técnica ha expresado la utilidad para el empleo de prospección sísmica de una segunda forma de onda, denominada ondas de cizalla, en donde el movimiento de partículas de la tierra es ortogonal a la dirección de la propagación de las ondas. Las ondas de cizalla tienen velocidades más lentas de propagación a través de la tierra que las ondas longitudinales, de manera que pueden producir un mayor grado de resolución a una frecuencia determinada. Esto puede permitir la detección de anomalías subterráneas que de otra manera pudieran no ser detectables y el mapeo de cuerpos más grandes con un mayor grado de precisión. Ondas de cizalla horizontalmente polarizadas también tienen menos probabilidad de convertirse en diferentes tipos de onda al momento de interactuar con interfaces horizontales tal como es el caso con las ondas de compresión y, por consiguiente, los sismogramas hechos a partir de dichas ondas pueden ser más simples de interpretar.

A pesar de estas ventajas reconocidas, el uso de ondas de cizalla en la prospección sísmica se ha visto muy limitado debido a la falta de disponibilidad de fuentes de energía de ondas de cizalla convenientes. La dificultad encontrada en el diseño de dichas fuentes de energía involucra la manera de acoplar un impacto a la tierra de manera que éste impartirá el movimiento de cizalla deseado a la superficie de la tierra. Por lo mismo, hasta ahora, las fuentes de energía de ondas de cizalla han resultado ser no viables o carecer de suficiente capacidad de reproducción, ancho de banda de frecuencia, y energía para inspecciones repetidas de alta resolución, por ejemplo, para el monitoreo de yacimientos.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Por consiguiente, en los dibujos y en las siguientes modalidades específicas de la descripción, se divulga una fuente de ondas de cizalla que tiene una viabilidad y capacidad de reproducción mejoradas. En los dibujos: La figura 1 muestra un ambiente de inspección sísmica ilustrativo; Las figuras 2a-2b muestran geometrías de fuentes sísmicas ilustrativas; La figura 2c muestra una configuración de carga de palo de escoba ilustrativa; La figura 2d muestra un ambiente de inspección sísmica ilustrativo utilizado durante operaciones de fracturación hidráulica .

La figura 2e muestra gráficos de señales de datos sísmicos adquiridos y procesados por un sistema de registro de inspección sísmica ilustrativo durante operaciones de fracturación hidráulica.

La figura 3 muestra un sistema de registro de inspección sísmica ilustrativo; La figura 4 muestra trazos sísmicos ilustrativos; La figura 5 muestra un volumen de datos ilustrativo en tres dimensiones; La figura 6 muestra un gráfico de flujo de un método de generación de imagen sísmico ilustrativo; y La figura 7 muestra un sistema de generación de imágenes ilustrativo .

Sin embargo, se debiera entender que las modalidades específicas proporcionadas en los dibujos y la descripción detallada de las mismas no limitan la divulgación, sino que por el contrario, proporcionan la base para que un experto en la técnica discierna las formas alternativas, equivalentes y modificaciones que quedan abarcadas por el alcance de las reivindicaciones anexas.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Los sistemas y métodos divulgados se entenderán mejor cuando se describan en un contexto de uso ilustrativo. Por consiguiente, la figura 1 muestra un ambiente de inspección sísmica ilustrativo en el cual los inspectores colocan un arreglo de receptores sísmicos 102 en un arreglo separado sobre la superficie de la tierra 104 para detectar ondas sísmicas. El arreglo típicamente se extiende por un par de kilómetros en cada dirección, y se puede mover después de cada serie de disparos hasta que se ha cubierto toda la región de inspección. Tal como aquí se utiliza, el término "disparo" se refiere a un impulso de energía de onda sísmica generado por una fuente de energía sísmica en un tiempo y ubicación determinados. Cuando la fuente de energía sísmica emplea cargas explosivas, cada disparo puede ser el resultado de una sola detonación o el resultado de una secuencia temporizada de múltiples detonaciones diseñadas para crear un campo de ondas dimensionadas .

Los receptores 102 se comunican de forma inalámbrica o a través de cable con una unidad de adquisición de datos 106 que recibe, procesa y almacena los datos de señales sísmicas recolectados por los receptores. Los inspectores disparan las fuentes de energía sísmica 108, 110 en múltiples orientaciones y, opcionalmente, en múltiples posiciones ("ubicaciones de disparo") para generar ondas de compresión y cizalla 112 que se propagan a través de la tierra 114. Dichas ondas se reflejan desde las discontinuidades de impedancia acústica para llegar a los receptores 102. Discontinuidades ilustrativas incluyen fallas, límites entre lechos de la formación, y límites entre fluidos de la formación. (La figura 1 muestra tres capas de formación relativamente planas y dos capas de formación de inmersión de diversa composición y, por lo tanto, diversas velocidades de sonido, ocasionando cambios de impedancia acústica en los límites) . Las discontinuidades aparecen como puntos brillantes en la representación de la estructura del subsuelo que se deriva de los datos de señales sísmicas.

Las fuentes de energía sísmica 108, 110 mostradas en la figura 1 son únicas ya que están colocadas dentro de pozos revestidos, en ángulo. Los pozos para las fuentes pueden ser de cualquier profundidad, pero se tiene contemplado que por lo general no excedan 100 pies (30.48 metros) de profundidad. Aunque los pozos se muestran como rectos, éstos pueden ser curvos, por ejemplo, pueden ser verticales en la superficie y estar a un ángulo de inclinación deseado a profundidad. Debido a que no se espera que las ondas de cizalla generadas se propaguen significativamente a lo largo del eje del pozo, el pozo está inclinado para promover la propagación de las ondas de cizalla hacia abajo dentro de la tierra. Una carga explosiva que opera como una fuente de energía sísmica puede ser detonada cerca del fondo del pozo para generar ondas de compresión y cizalla. Para mejorar la generación de ondas de cizalla, la carga explosiva se puede configurar para generar una detonación progresiva o escalonada a lo largo del eje de pozo. En la figura 2c se muestra una configuración para proporcionar dicha detonación.

La figura 2c muestra una fuente de energía sísmica de "carga distribuida de palo de escoba" creada por la mecha detonadora de envoltura (o HMX) 122 alrededor de una barra de madera 120. Debido a que la mecha detonadora detona a una velocidad específica, envolver la mecha detonadora en forma helicoidal alrededor de una barra con muescas controlará la velocidad a la cual avanza la detonación a lo largo del eje del pozo, impartiendo así el aspecto direccional deseado a la detonación. La velocidad de la detonación será controlada por el "cabeceo" de los devanados de la mecha detonadora alrededor de la barra. Una velocidad de detonación más lenta probablemente impartirá una energía de onda de cizalla inducida de manera más directa. Pero en cualquier caso, debido a la inclinación en pendiente de la fuente de energía sísmica en el pozo, y la longitud física de la barra acoplada con su lenta velocidad de detonación, ésta fuente creará una fuerza inclinada que tendrá una energía de onda de cizalla incrementada irradiando hacia abajo desde ésta con un movimiento de partícula polarizado específico.

Se conocen y también se pueden emplear otras fuentes direccionales . Una configuración alternativa emplea una serie de pequeñas cargas explosivas detonadas por un dispositivo de temporización u otro mecanismo de manera que la carga explosiva en un extremo de la fuente se incendia primero, seguido por una serie de pequeños retrasos antes del encendido de cada carga explosiva sucesiva.

Para mejorar el acoplamiento de la energía explosiva del pozo dentro de la formación, el pozo será llenado con un fluido, por ejemplo, agua.

Debido a que el pozo está entubado, se espera que éste sea reutilizable . Cuando se repite la inspección, se coloca una carga similar en la misma ubicación en los pozos y se detona. La presencia del entubado protege la formación circundante contra daño y/o colapso del pozo, lo cual podría ser el resultado en caso que el pozo fuese expuesto directamente a las explosiones. Debido a que la pared del pozo permanece relativamente sin daños y, por lo tanto, sin cambios entre disparos, la propagación de la energía sísmica a través de la formación del pozo cercano para cada disparo debiera permanecer relativamente uniforme, permitiendo que inspecciones posteriores sean comparadas con inspecciones previas .

Se observa que en la figura 1 se muestran dos pozos de sondeo inclinados. Para permitir la separación de la información de onda de cizalla de la información de onda de compresión, se proporcionan dos pozos de sondeo a ángulos de inclinación similares, pero a una separación de 180° uno de otro conforme a lo indicado en la figura 2a. Si los fondos del pozo están lo suficientemente cerca, las señales adquiridas en respuesta a cada encendido se pueden combinar (por ejemplo, sustraer) para cancelar la información de onda de compresión (no direccional) y reforzar la información de onda de cizalla (direccional) . Por el contrario, las señales se pueden combinar (por ejemplo, agregar) para remover la información de onda de cizalla y reforzar la información de onda de compresión. Aunque la figura 1 muestra una inspección con un arreglo de superficie, uno o más arreglos de receptor pueden ser desplegados en pozos cercanos (que no se muestran) para ejecutar inspecciones de Perfil Sísmico Vertical.

Para ubicar los fondos del pozo en proximidad estrecha, las cabezas de pozo pueden ser ubicadas a cierta distancia una de otra. Las ubicaciones reales pueden involucrar ciertas compensaciones con respecto a la proximidad de la fuente y restricciones sobre las ubicaciones de perforación de la superficie .

La figura 2b muestra pozos 108 y 110 intercalados con un segundo par de pozos 109, 111. Debido a que el segundo par de pozos está orientado ortogonal al primer par, éste ofrece una polarización de onda de cizalla ortogonal a aquélla del primer par. Al igual que antes, los fondos del pozo de preferencia están ubicados en una proximidad bastante estrecha.

Las configuraciones de fuente de onda de cizalla divulgadas permiten la generación de ondas de cizalla de ancho de banda amplio, repetibles de manera que los inspectores, por ejemplo, pueden ejecutar 9 inspecciones VSP de componente, asi como específicamente monitorear operaciones de fractura hidráulica. Las ondas de cizalla son sensibles al fluido y gas en las fracturas. Estudios publicados por Chevron en 1992 y 1994 específicamente muestran que ondas de cizalla son difractadas o reflejadas de las fracturas hidráulicas inducidas por un corto periodo de tiempo después que las bombas de fractura hidráulica son cerradas. De manera más específica, los estudios mostraron que estas ondas de cizalla desaparecen dentro de un periodo de aproximadamente dos horas después que las bombas son cerradas. De esta manera, con estos pozos en el lugar y las fuentes listas para llevarse, los ingenieros pueden realmente monitorear la fractura llena de fluido al mismo tiempo que se abre y caracterizar el éxito del tratamiento de fractura en una manera que es complementaria al monitoreo micros!smico . Ver, por ejemplo, Meadows y Winterstein, Seismic detection of a hydraulic fracture from shear-wave VSP data at Lost Hills Fields, California, Geophysics, Vol. 59, No. 1, Enero 1994 en 11-26.

Para resumir, dos o cuatro pozos superficiales pueden ser perforados muy cerca uno de otro en direcciones inclinadas, de preferencia aproximadamente 45 grados de la vertical (ángulos tan pequeños como 15 grados pueden ser suficientes) . Cada par de pozos es perforado a 180 grados uno de otro en la vista del mapa. Por ejemplo, uno es perforado en la dirección Este a 45 grados de inclinación de la vertical, mientras que el otro es perforado en la dirección Oeste a 45 grados de la vertical. Cada uno de los pozos superficiales opcionalmente es revestido con PVC o entubado de metal. (Esto puede no ser necesario en un país rocoso). Una fuente explosiva direccional (por ejemplo, la carga de palo de escoba de la figura 2c) es colocada en cada pozo, y cada una es detonada por separado, obteniéndose y registrándose la respuesta del arreglo de receptores a cada detonación. La combinación de los registros de las señales de respuesta del arreglo para las fuentes direccionalmente detonadas en orientaciones de 180 grados una de otra en la vista de mapa al sumar las señales mejorará la energía de la onda P (de compresión) y reducirá la energía de la onda de cizalla. La combinación de los registros adquiridos de la señal de respuesta del arreglo, realizada a partir de estas mismas detonaciones de dirección mediante la diferenciación de las mismas mejorará la energía de la onda de cizalla y reducirá la energía de la onda P. La fuente de onda de cizalla opcionalmente es detonada una vez más posteriormente en las mismas perforaciones entubadas para permitir un registro de tiempo transcurrido de cambios en el subsuelo. Los resultados de las combinaciones antes descritas y los registros de tiempo transcurrido se pueden desplegar como una imagen tridimensional, tal como se describe a continuación.

Las aplicaciones incluyen el monitoreo de los efectos de la fracturación hidráulica en las propiedades del yacimiento, el monitoreo de los efectos del calentamiento térmico en el yacimiento, el monitoreo del drenaje de fluido en el yacimiento, y el monitoreo de los esfuerzos de recuperación secundarios por inyección de fluido y gas.

Aunque debiera ser posible volver a cargar y disparar cada pozo de manera rápida y eficiente (por ejemplo, en un periodo de 15 minutos), algunas aplicaciones pueden tener la velocidad como un factor critico. Para dichas aplicaciones, se puede perforar una serie de pozos inclinados en proximidad estrecha para permitir los encendidos repetidos sin los tiempos de espera para recargas. En el caso donde no existen dichos requerimientos de velocidad, se espera que la oportunidad de disparos repetibles con un solo par de pozos sea bastante valiosa ya que los datos del tiempo transcurrido de alta calidad pueden ser capturados de manera muy eficiente.

La figura 2d muestra un sistema de registro de inspección sísmica ilustrativo utilizado para proporcionar monitoreo de tiempo transcurrido de operaciones de fracturación hidráulica de un pozo 132. Pares de detonaciones son disparadas repetidamente dentro de los pozos 108 y 110 a intervalos de 15 minutos, y las ondas de cizalla producidas por cada par de detonaciones son detectadas por los receptores 102 dentro del pozo de referencia 134 y el pozo de medición 130. La flecha sólida muestra la trayectoria de la onda de cizalla desde la fuente y a través de la zona de fractura 136 del pozo 132 al pozo de medición 130. La flecha con guiones muestra la trayectoria de la onda de cizalla desde la fuente al pozo de referencia 134. Tal como ya se observó, las ondas sísmicas generadas por una fuente de cizalla son refractadas cuando pasan a través de una fractura llenada con fluido, un efecto que es particularmente notable durante las primeras 1-2 horas después que las bombas de fracturación hidráulica han sido cerradas o apagadas. Debido a que esta refracción afecta principalmente las ondas de cizalla lentas, la información de onda de cizalla adquirida por la unidad de adquisición de datos 106 es procesada adicionalmente para extraer la información de onda de cizalla lenta (por ejemplo, utilizando una rotación Alford para separar la información de ondas de cizalla rápidas y lentas) .

La figura 2e muestra ejemplos ilustrativos de información sísmica adquirida por el receptor 102 dentro del pozo de referencia 134 de la figura 2d (gráfico 202) y por el receptor 102 dentro del pozo de medición 130 (gráfico 204) . La información de onda de cizalla lenta mostrada es adquirida para cada par de detonaciones disparadas y muestreadas a intervalos de 15 minutos durante un periodo de 2 horas después que las bombas de fracturación hidráulica son cerradas. El comportamiento ilustrativo que se muestra es aplicable a una fracturación de una sola etapa, así como a una o más etapas de una fracturación de múltiples etapas. Los gráficos aislan los tiempos de llegada de las ondas pequeñas con relación a los tiempos de detonación entre 900 y 1500 milisegundos, aunque estos tiempos son presentados como ejemplos para propósitos de explicación solamente. Las ondas pequeñas de la onda de cizalla lenta del gráfico de pozo de referencia 202 no muestran una variación notable entre detonaciones durante el intervalo de tiempo mostrado después que las bombas de fracturación hidráulica han sido cerradas. En contraste, el gráfico de pozo de medición 204 muestra una variación significativa en la amplitud, velocidad de onda y forma de onda de las ondas pequeñas recibidas dentro de la primera hora, en comparación con las ondas pequeñas recibidas posteriormente. En al menos algunas modalidades ilustrativas, estas variaciones son aisladas y desplegadas adicionalmente sustrayendo la información de la onda de cizalla lenta correspondiente a la última detonación de la información de onda de cizalla lenta correspondiente a cada una de las detonaciones previas. Los resultados de esta operación se muestran en el gráfico 206 de la figura 2e. En otras modalidades ilustrativas, los diferentes resultados se pueden mostrar como un solo gráfico de ondas pequeñas que es presentado como una secuencia animada de tiempo transcurrido. Se debiera observar que aunque las modalidades antes descritas se enfocan en el periodo inmediatamente posterior a que las bombas de fracturación hidráulica son cerradas, en otras modalidades ilustrativas la información de onda de cizalla puede ser generada, recibida y procesada tal como se describió mientras que las bombas siguen funcionando, rastreando asi cualquiera y todas las partes del proceso de fracturación tanto antes como después que las bombas son cerradas .

La figura 3 muestra un sistema de registro de inspección sísmica ilustrativo que tiene los receptores 102 acoplados a un bus 102 para comunicar señales digitales a la circuitería de registro de datos 306. Sensores de información de posición 304 (y opcionalmente sensores para otros parámetros) también están acoplados a la circuitería de registro de datos 306 para permitir que la circuitería de registro de datos almacene información adicional útil para interpretar los datos registrados. De manera ilustrativa, dicha información adicional puede incluir las ubicaciones precisas de los receptores y los encendidos de la fuente, características de forma de onda de la fuente, configuraciones de digitalización, fallas detectadas en el sistema, etc.

Los sensores sísmicos dentro de los receptores 102 pueden incluir, cada uno, acelerómetros y/o geófonos de múltiples ejes y, en algunos ambientes, hidrófonos, cada uno de los cuales puede tomar muestras de alta resolución (por ejemplo, 16 a 32 bits) a una velocidad de muestreo programable (por ejemplo, 400 HZ a 1 kHz) . Circuitería de registro 306 adquiere las corrientes de datos proporcionadas por los receptores 102 en un medio de almacenamiento no volátil tal como un arreglo de almacenamiento de discos ópticos o magnéticos. Los datos proporcionados son almacenados en la forma de conjuntos (posiblemente comprimidos) de trazos sísmicos, cada trazo siendo la señal detectada y muestreada por un receptor determinado en respuesta a un disparo determinado (también se almacena el disparo asociado y las posiciones del receptor) . Las señales sísmicas ilustrativas se muestran en la figura 4. Las señales indican cierta medición de energía de onda sísmica como una función de tiempo (por ejemplo, desplazamiento, velocidad, aceleración, presión) .

Los datos de señal pueden ser divididos en diferentes maneras para hacer que el procesamiento y análisis sea más viable. Cuando se dividen con base en un parámetro determinado, cada división de datos es denominada un "conjunto". Por ejemplo, un "conjunto de disparos" es el grupo de trazos registrados para un solo encendido de la fuente sísmica. Un "conjunto de punto medio común" es el grupo de trazos que tiene un punto medios dentro de una región definida. "Conjuntos de imágenes" son divisiones de los datos migrados ("imagen") basados en el parámetro determinado. Por lo tanto, "conjuntos de imágenes de compensación común" constituyen divisiones de los datos de imagen de acuerdo con la distancia entre la fuente y el receptor, mientras que "conjuntos de imágenes de ángulo común" son divididos de acuerdo con el ángulo de incidencia (o reflexión) de la energía sísmica en el punto de imagen. En uno o más puntos en el proceso de formación de imagen, los conjuntos se pueden agregar ("apilar") para obtener un conjunto de datos combinado, por ejemplo, una imagen final de la estructura del subsuelo.

Un sistema de procesamiento de datos de propósito general 308 recibe los datos de inspección sísmica adquiridos a partir de la circuitería de registro de datos 306. En algunos casos, el sistema de procesamiento de datos de propósito general 308 está físicamente acoplado a la circuitería de registro de datos y proporciona una manera para configurar la circuitería de registro y ejecutar procesamiento preliminar en el campo. De manera más típica, no obstante, el sistema de procesamiento de datos de propósito general está ubicado en una instalación de computación central con recursos de computación adecuados para procesamiento intensivo. Los datos de inspección pueden ser transportados a la instalación central en el medio físico o comunicados a través de una red de computadora. El sistema de procesamiento 308 incluye una interfaz de usuarios que tiene una pantalla gráfica y un teclado u otro método para aceptar entrada del usuario, permitiendo a los usuarios ver y analizar las imágenes de la estructura del subsuelo derivadas de los datos de la inspección sísmica.

Los datos de inspección sísmica registrados son procesados/combinados para crear un volumen de datos, es decir, un arreglo tridimensional de valores de datos tal como aquellos mostrados en la figura 5. El volumen de datos representa cierto atributo físico a través de la región de inspección. El arreglo tridimensional comprende celdas de tamaño uniforme, cada celda tiene un valor de datos que representa el atributo sísmico para esa celda. Se pueden representar diversos atributos sísmicos, y en algunas modalidades, cada celda tiene múltiples valores de datos para representar múltiples atributos sísmicos. Ejemplos de atributos sísmicos convenientes incluyen la reflectividad, impedancia acústica, velocidad acústica y densidad. El formato de datos volumétricos fácilmente conduce a análisis computacional y entrega visual, y por este motivo, el volumen de datos se puede denominar una "imagen del subsuelo tridimensional" o "registro de subsuelo tridimensional" de la región inspeccionada. Dicha imagen o registro permite que estructuras más finas sean presentadas al usuario con menos distorsión que, por ejemplo, un trazo lado-por-lado de las formas de onda registradas.

Tal como se ilustra, en la figura 6 se muestra el método de procesamiento de datos sísmicos. Este comienza en el bloque 702 con la obtención de los datos de inspección sísmica. Los datos de inspección típicamente están en un formato de trazos, por ejemplo, datos del campo de ondas como una función de ubicación de disparo, ubicación de receptor y tiempo, P(rs,rR, t), derivado de la combinación de las señales de respuesta del arreglo a partir de las detonaciones direccionales . Tradicionalmente se ejecuta un cambio de variable para colocar estos datos en el dominio de punto medio-compensación-tiempo, es decir, P(m,h,t), donde el punto medio m=(rs+rR)/2 y compensación h=|rs-rR|/2. Observar que estos datos representan el campo de ondas observado en la superficie (z=0), la ecuación del campo de ondas es empleada para extrapolar el campo de ondas del subsuelo, un proceso conocido como migración de los datos. Los puntos fundamentales para este proceso se describen en el capítulo 1 de Jon F. Claerbout, Imaging the Earth' s Interior, Blackwell Scientific Publications, Oxford, 1985.

Entre otras cosas, la migración requiere un modelo de velocidad v(r), el cual especifica una velocidad de propagación de ondas para cada punto r en el volumen de subsuelo V. Por consiguiente, un modelo de velocidad inicial es postulado en el bloque 704. Se puede postular un modelo de velocidad inicial con base en cualquiera de un número de enfoques incluyendo: una velocidad constante, una velocidad que aumenta linealmente con la profundidad, una velocidad derivada de los modelos teóricos de la compactación de las rocas, y valores medidos a partir de registros sónicos de un pozo exploratorio.

En el bloque 706, se utiliza el modelo de velocidad para migrar los datos de inspección. Se puede emplear cualquiera de las técnicas de migración basadas en la ecuación de ondas existentes para obtener el volumen de datos del subsuelo. Se pueden emplear varias técnicas de migración. Dichas técnicas alternativas pueden tener como resultado diferentes conjuntos de imágenes, por ejemplo, conjuntos de Índice de disparo tal como se describe en Xie, X., y H. Yang, 2008, The finite-frequency sensitivity kernel for migration residual moveout : Geop ysics, 73, S241-249.

En el bloque 708, los conjuntos son apilados para obtener una imagen combinada de la estructura en el volumen del subsuelo. Aún cuando el modelo de velocidad puede estar en error, por lo regular se puede percibir una estructura significativa en los datos de imagen apilados. Los conjuntos individuales y los datos de imagen apilados pueden ser procesados para derivar residuales de profundidad u otras mediciones del error del modelo de velocidad. Con base en dichos errores, el modelo de velocidad es actualizado en el bloque 722. En el bloque 724, el sistema determina si el modelo de velocidad es satisfactorio. Una prueba posible es saber si se ha logrado la convergencia, es decir, si las actualizaciones de velocidad están por debajo de cierto umbral predeterminado. Otra prueba posible es si la salida residual ha sido bastante eliminada de los conjuntos de imagen o si los datos de imagen apilados parecen ser razonablemente claros y libres de borrosidad o emborronado. Si el modelo de velocidad no es satisfactorio, se repiten los bloques 706-724 hasta que se considera satisfactorio el modelo de velocidad. El sistema despliega el registro de subsuelo final o imagen a un usuario en el bloque 726.

Se tiene contemplado que las operaciones mostradas en la figura 6 puedan ser implementadas en la forma de software, el cual puede ser almacenado en memoria de computadora, en medios de almacenamiento a largo plazo, y en medios de almacenamiento de información portátil. Se debiera observar que el método ilustrativo de la figura 6 es proporcionado como una ayuda explicativa. En la práctica, las diversas operaciones mostradas en la figura 6 pueden ser ejecutadas en diferentes órdenes y no necesitan incluso estar en secuencia. El procesamiento de datos sísmicos puede beneficiarse sustancialmente del paralelismo. En algunas modalidades del método de procesamiento, los datos de diferentes regiones de inspección pueden ser procesados independientemente. En otras modalidades, las operaciones pueden ser "canalizadas" o de otra manera ejecutadas en forma concurrente. Operaciones adicionales se pueden agregar al método ilustrativo y/o se pueden omitir varias de las operaciones mostradas.

La figura 7 muestra un sistema de computadora ilustrativo 900 para ejecutar procesamiento de datos sísmicos incluyendo la generación de imágenes sísmicas utilizando la información de inspección de ondas de cizalla. Una estación de trabajo personal 902 está acoplada a través de una red de área local (LAN) 904 a una o más computadoras multi-procesador 906, las cuales a su vez están acopladas a través de la LAN a una o más unidades de almacenamiento compartido 908. La LAN 904 proporciona comunicación de alta velocidad entre computadoras multi-procesador 906 y con la estación de trabajo personal 902. La LAN 904 puede asumir la forma de una red Ethernet.

La estación de trabajo personal 902 sirve como una interfaz de usuario al sistema de procesamiento, permitiendo a un usuario cargar los datos de inspección en el sistema, para recuperar y ver datos de imagen del sistema, y para configurar y monitorear la operación del sistema de procesamiento. La estación 'de trabajo personal 902 puede asumir la forma de una computadora de escritorio con una pantalla gráfica que de manera gráfica muestra los datos de inspección e imágenes 3D de la región de inspección, y con un teclado que permite al usuario mover archivos y ejecutar software de procesamiento.

Computadoras multiprocesador 906 proporcionan capacidad de procesamiento paralelo para permitir una conversión adecuadamente pronta de las señales de trazos sísmico en una imagen de región de inspección. Cada computadora 906 incluye múltiples procesadores 912, memoria distribuida 914, un bus interno 916, y una interfaz LAN 920. Cada procesador 912 opera en una porción asignada de los datos de entrada para producir una imagen parcial de la región de inspección sísmica. Asociado con cada procesador 912 esta un módulo de memoria distribuido 914 que almacena software de conversión y un conjunto de datos de trabajo para el uso del procesador. El bus interno 916 proporciona comunicación inter-procesador y comunicación con las redes LAN a través de la interfaz 920. La comunicación entre procesadores en diferentes computadoras 906 puede ser proporcionada a través de la LAN 904.

Unidades de almacenamiento compartido 908 pueden ser unidades de almacenamiento de información autónomas, grandes que emplean medios de disco magnético para almacenamiento de datos no volátil. Para mejorar la velocidad del acceso de datos y la conflabilidad, las unidades de almacenamiento compartido 908 se pueden configurar como un arreglo de disco redundante. Las unidades de almacenamiento compartido 908 inicialmente almacenan un volumen de datos de velocidad inicial y conjuntos de disparo de una inspección sísmica. Los conjuntos de imagen de ángulo común (iterativamente actualizados) pueden ser almacenados temporalmente en unidades de almacenamiento compartido 908 para posterior procesamiento. En respuesta a una solicitud de la estación de trabajo 902, los datos del volumen de imagen pueden ser recuperados por las computadoras 906 y suministrados a la estación de trabajo para conversión a una imagen gráfica que va a ser desplegada a un usuario.

Numerosas variaciones y modificaciones serán aparentes para aquellos expertos en la técnica una vez que se haya apreciado completamente la divulgación anterior. Por ejemplo, los pozos inclinados pueden ser perforados como laterales dirigidos en forma opuesta de un eje vertical común. También, aunque la secuencia del tiempo transcurrido del ejemplo presentado fue producida a partir de la información de ondas de cizalla adquirida de las disparos activados y muestreados a intervalos de 15 minutos durante un periodo de 2 horas después de apagar la bomba, modalidades que utilizan diferentes intervalos y periodos están dentro del alcance de la presente divulgación. En muchos casos, los registros de imágenes tridimensionales se pueden reemplazar con registros de imagen de dos dimensiones. Se pretende que las siguientes reivindicaciones sean interpretadas para abarcar todas esas variaciones y modificaciones.

Claims (25)

NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito la presente invención, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. - Un método para inspeccionar con ondas de cizalla sísmica, el método comprende: obtener un par de pozos inclinados que tienen inclinaciones sustancialmente iguales en direcciones azimutales opuestas; proporcionar en cada pozo inclinado una de un par de detonaciones direccionales; adquirir señales representativas de la respuesta de un arreglo de receptor para cada una del par de detonaciones direccionales ; combinar las señales de respuesta para suprimir la información de onda de compresión y mejorar la información de onda de cizalla; y desplegar un registro de subsuelo o imagen derivada de las respuestas combinadas.

2. - El método de conformidad con la reivindicación 1, que además comprende: obtener un segundo par de pozos inclinados en azimut ortogonal al primer par; proporcionar en cada uno del segundo par de pozo inclinados una de un segundo par de detonaciones direccionales ; adquirir señales adicionales representativas de las respuestas del arreglo de receptor para cada una del segundo par de detonaciones direccionales; y combinar las señales de respuesta adicionales para suprimir la información de ondas de compresión adicional y mejorar la información de ondas de compresión adicional.

3. - El método de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el arreglo de receptor es un arreglo de superficie.

4. - El método de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el arreglo de receptor es desplegado en un pozo adicional.

5. - El método de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque los pozos inclinados están entubados.

6. - El método de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dicho aprovisionamiento de una detonación direccional incluye sumergir una carga de palo de escoba en liquido en el fondo de al menos uno de los pozos.

7. - El método de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque los fondos de los pozos en cada par están a una distancia de 10 metros uno de otro.

8. - El método de conformidad con la reivindicación 1, que además comprende: procesar las respuestas adicionalmente para obtener información de onda de compresión con información de onda de cizalla suprimida; y desplegar una imagen de subsuelo derivada de la información de onda de compresión.

9. - El método de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, que además comprende: repetir detonaciones direccionales en cada pozo inclinado; adquirir las respuestas del arreglo de receptor para detonaciones direccionales repetidas; separar la información de ondas de cizalla en componentes de onda de cizalla rápidos y lentos; y desplegar la información de onda de cizalla lenta al menos como parte del registro de subsuelo derivado o imagen.

10. - El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque las detonaciones direccionales en cada pozo inclinado se repiten en un intervalo de tiempo determinado .

11. - El método de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, que además comprende: repetir el aprovisionamiento de las detonaciones direccionales y la adquisición de las respuestas antes o después que se cierra una bomba utilizada para fracturar hidráulicamente una formación que está siendo inspeccionada; separar la información de onda de cizalla en componentes de onda de cizalla rápidos y lentos; y desplegar la información de onda de cizalla lenta al menos como parte del registro de subsuelo derivado o imagen.

12. - El método de conformidad con la reivindicación 11, que además comprende desplegar la información de onda de cizalla lenta como una secuencia de tiempo transcurrido.

13. - El método de conformidad con la reivindicación 11, que además comprende: sustraer la información de onda de cizalla lenta adquirida durante una repetición final al final del periodo de tiempo a partir de la información de onda de cizalla lenta adquirida durante cada repetición previa; y desplegar cada resultado de sustracción al menos como parte del despliegue de la información de onda de cizalla lenta.

14. - Un sistema de inspección de onda de cizalla que comprende : un par de pozos inclinados que tienen inclinaciones sustancialmente iguales en direcciones azimutales opuestas; un arreglo de receptor que proporciona datos en la forma de uno o más conjuntos de trazos sísmicos en respuesta a detonaciones direccionales en cada uno de dichos pozos; un sistema de registro que registra cada conjunto de trazos sísmicos; y un sistema de procesamiento que combina los conjuntos para extraer información de onda de cizalla y proporcionar un registro o imagen de las estructuras de la formación de subsuelo .

15. - El sistema de conformidad con la reivindicación 14, que además comprende: un segundo par de pozos inclinados en azimut ortogonal al primer par.

16. - El sistema de conformidad con la reivindicación 14 ó 15, caracterizado porque el arreglo de receptor es un arreglo de superficie.

17. - El sistema de conformidad con la reivindicación 14 ó 15, caracterizado porque el arreglo de receptor es un arreglo de perfil sísmico vertical.

18. - El sistema de conformidad con la reivindicación 14 ó 15, caracterizado porque dichos pozos están entubados.

19. - El sistema de conformidad con la reivindicación 14 ó 15, caracterizado porque dichos pozos son llenados con agua .

20. - El sistema de conformidad con la reivindicación 14 ó 15, caracterizado porque dichas detonaciones direccionales son el resultado de las cargas de palo de escoba.

21. - El sistema de conformidad con la reivindicación 14 ó 15, caracterizado porque dichas detonaciones direccionales son el resultado de una serie de cargas de secuencia en tiempo .

22. - El sistema de conformidad con la reivindicación 14 ó 15, caracterizado porque los fondos del pozo están a una distancia de 10 metros unos de otros.

23. - El sistema de conformidad con la reivindicación 14 ó 15, caracterizado porque el sistema de procesamiento proporciona comparaciones de imagen o registro de tiempo transcurrido derivadas de las detonaciones repetidas en los pozos inclinados.

24. - El sistema de conformidad con la reivindicación 14 ó 15, caracterizado porque el sistema de procesamiento calcula una diferencia entre la información de onda de cizalla lenta asociada con una detonación final de una pluralidad de detonaciones disparadas durante un periodo de tiempo determinado e información de onda de cizalla lenta asociada con cada detonación previa de la pluralidad de detonaciones, y en donde al menos parte del registro o imágenes proporcionadas es representativo de las diferencias calculadas .

25.- El sistema de conformidad con la reivindicación 14 ó 15, caracterizado porque al menos parte de la información de onda de cizalla extraída está asociada con una pluralidad de detonaciones repetidas disparadas durante un periodo de tiempo determinado antes o después que se cierra una bomba utilizada para fracturar hidráulicamente un pozo que está siendo inspeccionado.