Migración Sísmica y su Impacto en la Toma de Decisiones en Exploración

Migración Sísmica en la Exploración de Hidrocarburos

Saludos, querido lector donde quiera que estés

Hoy nos sumergimos en el fascinante mundo de la Migración Sísmica, un proceso crucial en la exploración de hidrocarburos. Imagínate que estás viendo una película en la cual las imágenes están borrosas y distorsionadas. Si queremos disfrutar de la película, necesitamos corregir la imagen, enfocarla y hacerla lo más clara posible. 

Bueno, la migración sísmica es como ese proceso de enfocar la imagen en una película, pero en lugar de una pantalla, estamos hablando de lo que ocurre bajo la superficie de la Tierra.

¿Qué es la Migración Sísmica?

Para comenzar, la migración sísmica es un paso vital en el procesamiento de datos sísmicos que ayuda a mejorar la imagen del subsuelo. En términos simples, cuando se realiza una exploración sísmica, se envían ondas de sonido al subsuelo que rebotan en diferentes capas de roca, y esas reflexiones son captadas por sensores en la superficie. Sin embargo, estas ondas no siempre viajan en línea recta. 

Piensa en cómo un rayo de luz cambia de dirección al pasar de aire al agua. Algo similar sucede con las ondas sísmicas: al pasar por diferentes capas de roca, se desvían.

Esas reflexiones distorsionadas pueden hacernos creer que las estructuras geológicas están en lugares donde realmente no están. Aquí es donde entra la migración: ajusta la posición de las reflexiones sísmicas para colocarlas en el lugar correcto, dándonos una imagen más precisa de lo que hay bajo nuestros pies.

Fig. 1 Una sección sísmica muestra A) Sección sísmica apilada. B) Sección sísmica migrada para estructuras de sinclinal y anticlinal donde aparece la figura de pajarita en la sección apilada y la asunción en la sección migrada, así como el estrechamiento del anticlinal utilizando el método Kirchhoff para la Migración en Tiempo Post-apilado (CGG, 2011).

Historia y Desarrollo

La migración sísmica no siempre fue la técnica avanzada que conocemos hoy. Sus raíces se remontan a las primeras exploraciones sísmicas en el siglo XX, donde los geofísicos utilizaban métodos rudimentarios para interpretar datos. Con el tiempo, el avance en la computación y la teoría de ondas ha permitido el desarrollo de técnicas más sofisticadas.

Por ejemplo, la migración Kirchhoff, introducida en la década de 1970, representó un gran avance en la visualización del subsuelo, y desde entonces hemos visto la evolución hacia la migración de ondas completas (FWI), que utiliza algoritmos complejos para proporcionar imágenes mucho más precisas.

¿Por qué se llama "Migración"?

La palabra "migración" en este contexto no tiene que ver con animales que cambian de lugar durante el año, sino con "mover" o "recolocar" los datos a sus posiciones correctas. Es como cuando corriges una foto que tomó una cámara con un ángulo raro; debes ajustar las proporciones para que las cosas se vean en su lugar adecuado.

Los principios de la migración se muestran en la figura que aparece a continuación a la izquierda. Un difractor de un solo punto generará una trayectoria hiperbólica en una sección de tiempo de viaje. La migración hace que el evento hiperbólico vuelva a su vértice.

Fig. 2 Principios de la Migración y Comparación de Sección Sísmica antes y despues de ser Migrada.

El ejemplo que aparece arriba a la derecha muestra una sección sin migrar (arriba). La sección después de la migración se muestra en el panel inferior.

Tipos de Migración Sísmica

Existen diferentes tipos de migración sísmica, cada una con sus propias ventajas y desafíos. Aquí te explico los más comunes:

• Migración Post-Stack: Este tipo de migración se aplica después de que se ha realizado el apilamiento de los datos. Imagínalo como si estuvieras armando un rompecabezas, y después de haber colocado todas las piezas (los datos de apilamiento), decides hacer ajustes para ver la imagen final con claridad.

• Migración Pre-Stack: En este caso, la migración se realiza antes del apilamiento. Es más complejo y costoso en términos computacionales, pero también es más preciso. Si seguimos con la analogía del rompecabezas, sería como migrar (ajustar) cada pieza del rompecabezas individualmente antes de ensamblarlas todas.

• Migración en Tiempo (Time Migration): Se utiliza cuando las estructuras geológicas no son demasiado complicadas. Es como intentar arreglar una imagen que solo tiene un poco de distorsión. Es más rápido y menos costoso, pero puede no ser tan preciso en áreas más complejas.

• Migración en Profundidad (Depth Migration): Este tipo es el más preciso, ya que no solo corrige la distorsión en el tiempo, sino también en la profundidad real. Es como ajustar una imagen 3D, haciendo que todo esté en su lugar tanto en altura como en distancia. Es muy útil en áreas con estructuras complejas, como domos salinos o fallas.

Fig. Comparativa de una migración post-apilamiento en tiempo (izq.) y una migración pre-apilamiento en profundidad (der.), el modelo en el centro.

Fig. Migración de tiempo post-apilamiento (PSTM) del lado izquierdo y migración de profundidad post-apilamiento (PSDM) del lado derecho

¿Por qué es tan importante en la exploración de hidrocarburos? 

La migración sísmica es crucial para determinar con precisión dónde están los reservorios de petróleo y gas. Sin ella, los datos sísmicos nos darían una imagen "borrosa" del subsuelo, lo que podría llevar a decisiones equivocadas al perforar pozos. Es como si tratáramos de adivinar dónde está enterrado un tesoro con un mapa mal dibujado. Con la migración, podemos corregir ese mapa, obteniendo una imagen clara y precisa de las trampas geológicas donde podrían acumularse los hidrocarburos.

Ejemplos de Casos Reales

Para entender mejor la importancia de la migración sísmica, consideremos algunos casos reales. En el mar del Norte, la compañía BP utilizó técnicas de migración para identificar reservorios de petróleo que de otro modo podrían haber pasado desapercibidos. Gracias a la migración 3D, lograron visualizar estructuras complejas y optimizar la ubicación de sus perforaciones, lo que resultó en un incremento significativo en la producción. 

En otro ejemplo, en la cuenca de Permian en EE. UU., la migración pre-stack ha permitido a las empresas ajustar sus estrategias de perforación, evitando inversiones en áreas no productivas y maximizando la rentabilidad.

¿Cómo funciona la Migración Sísmica?

Para entender cómo funciona este proceso, vamos a simplificarlo con un ejemplo cotidiano.

Imagina que lanzas una pelota contra una pared. El sonido del impacto tarda un poco en llegar a tus oídos, y depende de cuán lejos esté la pared. Ahora, supón que lanzas la pelota contra varias paredes a diferentes distancias, y el sonido rebota de vuelta. Si pudieras capturar todas esas reflexiones de sonido, podrías deducir la distancia a la que están las paredes.

La migración sísmica es algo similar. La fuente de energía (vibrosismos o explosiones controladas) actúa como la "pelota" y los diferentes estratos en el subsuelo son las "paredes". Las ondas sísmicas rebotan en las distintas capas geológicas y son capturadas por sensores llamados geófonos o hidrófonos en la superficie.

Sin embargo, las cosas se complican porque no todas las ondas viajan en línea recta, y algunas rebotan en varios puntos antes de regresar a la superficie. La migración utiliza modelos matemáticos y algoritmos para calcular y corregir esas trayectorias complejas, ubicando correctamente las estructuras bajo el suelo.

Fig. Las difracciones para geometrías de sinclinales estrechos están asociadas con geometrías típicas en forma de "sonrisa" en secciones sísmicas no migradas (Autor: Wakeel Ur Rehman).

Migración Kirchhoff vs. Migración de Ondas Completa

Dos técnicas avanzadas de migración que vale la pena mencionar son:

• Migración Kirchhoff: Es una técnica más rápida y menos costosa, pero tiene sus limitaciones en áreas con geometrías complejas. Piensa en esto como usar un filtro simple para mejorar la calidad de una imagen.

• Migración de Ondas Completa (Full Waveform Inversion, FWI): Es un método mucho más avanzado que analiza todas las características de las ondas sísmicas, incluyendo las que se desvían o difractan. Este enfoque es extremadamente preciso, pero también requiere mucha más potencia computacional. Sería como usar inteligencia artificial para ajustar cada pixel de una imagen.

Fig. Ejemplo de la aplicación de la Migración de Kirchhoff y la de Ondas Completa FWI.

Desafíos Actuales 

A pesar de los avances en la migración sísmica, todavía existen desafíos significativos. Uno de los mayores obstáculos es la complejidad de crear modelos de velocidad precisos. Las variaciones en la composición del subsuelo y la heterogeneidad de las capas pueden complicar las estimaciones de velocidad, lo que a su vez afecta la precisión de la migración.

Además, el manejo de grandes volúmenes de datos en exploraciones 3D puede ser abrumador, requiriendo herramientas informáticas avanzadas y habilidades analíticas para interpretar correctamente la información obtenida.

Colaboración Interdisciplinaria

La migración sísmica no se realiza en un vacío. Es un esfuerzo colaborativo que involucra a geólogos e ingenieros geofísicos trabajando juntos. Los geólogos aportan su comprensión sobre la historia geológica de la región, lo que ayuda a interpretar mejor los datos sísmicos. 

Por otro lado, los ingenieros geofísicos pueden proporcionar información sobre las limitaciones técnicas de perforación. Esta colaboración interdisciplinaria es esencial para optimizar los resultados y garantizar que las decisiones tomadas sean las más informadas posibles.

Fig. Colaboración entre Ingenieros en un equipo de trabajo multidisciplinarios.

Migración Sísmica y su Relación con las Velocidades en el Subsuelo 

Una parte fundamental de la migración sísmica es el modelo de velocidad. Las ondas sísmicas viajan a diferentes velocidades dependiendo de las propiedades del material por el que pasan. Si las velocidades de las ondas no se estiman correctamente, la migración no será precisa. Aquí es donde entran las velocidades RMS (Root Mean Square) y las velocidades intervalos.

• Velocidades RMS: Es una velocidad promedio ponderada que se utiliza en migraciones en tiempo. Imagina que es como el promedio de la velocidad de tu automóvil en un viaje donde subiste y bajaste montañas: no es la velocidad exacta en cada momento, pero nos da una buena idea general.

• Velocidades Intervalo: Estas son las velocidades más precisas y se utilizan principalmente en migraciones en profundidad. Nos dicen exactamente cuán rápido viajan las ondas a través de una capa específica del subsuelo.

Fig. El modelo de velocidad utilizado en la migración sísmica de los datos con la interpretación detallada de la parte superior de la sal.

Cuando los geofísicos tienen un buen modelo de velocidad, pueden realizar la conversión de tiempo a profundidad con mayor precisión. Esto es esencial para estimar las profundidades reales de los objetivos y planificar perforaciones.

Migración 3D: Visualizando el Subsuelo en Tres Dimensiones

Hoy en día, la mayoría de las exploraciones sísmicas se hacen en 3D. ¿Qué significa esto? Imagina que, en lugar de ver una fotografía plana, estás viendo una película en tres dimensiones donde puedes caminar alrededor de los objetos. En migración 3D, los datos sísmicos se procesan de manera que podemos observar las estructuras desde cualquier ángulo, lo que proporciona una imagen volumétrica completa del subsuelo. Esto es especialmente útil para identificar trampas estructurales como domos salinos, anticlinales, o fallas donde el petróleo y el gas tienden a acumularse.

Hasta los años 90, la migración de datos 3D se hacía principalmente en dos pasos. Primero, los datos se migraban en una dirección (inline), lo que convertía una forma compleja en una más simple (hipérbola). 

Después, se migraban en la otra dirección (crossline) para hacer que la forma se colapsara en un solo punto. Aunque este método funcionaba bien con velocidades constantes, podía causar errores si la velocidad del suelo cambiaba en diferentes profundidades.

En la década de 1990, se desarrolló un nuevo método llamado migración de un solo paso, que es más eficiente y flexible. Este método tiene en cuenta cambios en la velocidad tanto vertical como lateralmente. 

Utiliza un enfoque llamado "splitting", donde se procesa la información a diferentes profundidades en ambas direcciones al mismo tiempo. Esto ayuda a reducir los errores de migración que se veían en el método de dos pasos. Además, es más económico y rápido gracias a la mejora de la tecnología.

Fig. Esquema de Migración 3D: Comparativa entre Dos Pasos y Un Solo Paso.

Avances Tecnológicos: Computación y Big Data

Otro aspecto interesante es el impacto de la tecnología. Los métodos de migración moderna, especialmente la migración pre-stack y la FWI, requieren una enorme cantidad de poder computacional. Con la llegada del Big Data, computación en la nube y inteligencia artificial, los procesos de migración se han vuelto más eficientes. Grandes empresas de energía ahora pueden procesar y analizar conjuntos de datos sísmicos masivos en cuestión de horas o días, cuando antes tardaban semanas o meses.

Un aspecto importante es la llegada de la migración inversa en el tiempo (RTM, por sus siglas en inglés), una técnica que permite rastrear el viaje de las ondas sísmicas hacia atrás en el tiempo para obtener una imagen mucho más precisa de los estratos complejos del subsuelo.

Fig. Tendencias y Avances Tecnológicos en la Ciencia de Datos y Computación.

Futuro de la Migración Sísmica

Mirando hacia el futuro, la migración sísmica se encuentra en una encrucijada emocionante. Las tendencias tecnológicas, como la inteligencia artificial y el aprendizaje automático, están comenzando a transformar la forma en que interpretamos los datos sísmicos. Con la capacidad de procesar grandes conjuntos de datos en tiempo real, es probable que veamos avances aún más significativos en la precisión de las imágenes subsuperficiales. 

Estas innovaciones no solo mejorarán la eficiencia en la exploración, sino que también podrían abrir nuevas fronteras en la detección de recursos, ayudando a los geofísicos a descubrir tesoros ocultos en la Tierra.

Impacto Ambiental

Es fundamental considerar el impacto ambiental de la exploración de hidrocarburos. La migración sísmica, al mejorar la precisión en la localización de reservorios, puede ayudar a reducir la intervención en áreas sensibles y minimizar el daño al medio ambiente. Al evitar perforaciones en lugares no productivos, se reducen los riesgos de contaminación y se promueve una exploración más sostenible. Este enfoque no solo beneficia a las empresas, sino también a las comunidades y al entorno natural.

Fig. Impacto Ambiental de los Hidrocarburos.

Conclusión

La migración sísmica es uno de los pilares más importantes en el proceso de exploración de hidrocarburos. Sin ella, las imágenes del subsuelo serían erróneas, lo que podría llevar a perforaciones equivocadas y grandes pérdidas económicas. Pero gracias a esta herramienta poderosa, podemos "ver" bajo la superficie con una precisión impresionante, ayudándonos a descubrir los tesoros de la Tierra de manera más eficiente.

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Publicación realizada por Hugo Olea y Kevin García

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