TABLA I RELACION DE PERFILES Y POZOS EN EL ÁREA MARINA

Pozo Punto X Y H Líneas

4 466 251 367 957 1340 67 10 465 874 368 496 1640 69 VD 712 11 465 639 368 905 1750 49 14 468 058 367 865 1340 49 17 468 181 368 402 1460 51A 18 468 218 368 566 1470 67 20 468 283 368 848 2310 53 VD 715 21 468 196 369 345 2270 69 27 467 610 368 058 1480 49 28 367 675 368 370 1520 67 31 467 765 368 822 1550 51A 32 467 808 369 054 1600 74 VD 717 33 467 843 369 215 1690 69 36 464 651 367 280 1170 67 38 464 635 367 397 1220 43 VD718 41 464 549 368 012 1440 69 719 44 468 546 367 660 1425 49 SHE99- SHE99- SHE99- SHE99- SHE99- SHE99- SHE99- S H E 99 S H E 99 S H E 99 O F D 95 - O F D 95 - OFD95- OFD95- O F D 95 - •CAM •VAR •VS •CAN _•GUA5 •GUA •GUA5 •VARA-IS- •VAR POZOS DIRECCIONALES VD 712 VD715 VD 717 VD 718 V D 71 V D 71 V D 71

PRIMERA CONVENCIÓN CUBANA DE CIENCIAS DE LA TIERRA, GEOCIENCIAS´2005.

Memorias en CD-Rom, La Habana, 5-8 de Abril del 2005. 1

RETOS DE LA ADQUISICIÓN SÍSMICA EN CINTURONES

PLEGADOS Y CABALGADOS. EXPERIENCIAS CUBANAS

Romel J. Ojeda César, Pilar E. Aballí Fortén, América Sorá Monroy

UCTB Inv. Geofísicas (DIGICUPET), CEINPET. Calle 23 #105, Vedado, Ciudad de la Habana, Cuba

RESUMEN

El trabajo recoge las experiencias acumuladas en Cuba sobre la adquisición sísmica en cinturones plegados y cabalgados, tanto en tierra como en el mar.

Se basa tanto en la recopilación estadística como en nuestra propia experiencia a lo largo de varios años de trabajo de campo.

En la recopilación se presentan los parámetros de adquisición sísmica empleados por CUPET y por las compañías extranjeras en diferentes escenarios geológicos dentro del cinturón plegado y sobrecorrido cubano. Estos parámetros se han ido perfeccionando a lo largo del período objeto de análisis, que abarca varios años de trabajo, persiguiendo en cada caso acercarse a una adquisición óptima o al menos adecuada para los escenarios antes mencionados. Esto ha representado un desafío para la exploración petrolera en Cuba, pues además de los retos implícitos en la complejidad de la geología, han existido otros, no menos complejos, de diferente índole.

Se analizan las ventajas y desventajas del uso de la prospección sísmica, así como de diversos parámetros de adquisición y se hacen recomendaciones para su utilización más adecuada en el futuro, de manera que puedan tomarse como referencia para un mejor diseño de adquisiciones sísmicas en zonas de plegamiento y cabalgamiento, y particularmente en el cinturón plegado y cabalgado cubano.

ABSTRACT

This paper is referring to the Cuban’s experiences about seismic acquisition in fold and thrust belts, both, land and marine acquisition.

It is base on statistic compilation, as well as on our own experience during many years of field works.

In the compilation are given the parameters of seismic acquisition used by CUPET and the Foreign Companies in different geological environment of the Cuban Fold and Thrust Belt. These parameters have been improved during the period of analysis, which comprises many years of work, trying in any case to get close to an optimum or at least adequate acquisition for different areas of this belt. This has represented a challenge for oil exploration in Cuba, because to those problems related to the complex geology, it is necessary to add others, of different nature.

The advantages and disadvantages, in using seismic prospecting for this kind of geology, are analyzed. Some acquisition parameters are analyzed as well, recommending their better use for future seismic surveys in such adequate manner, that can be taking into consideration for a better design of seismic acquisition in zones of fold and thrust belt, particularly in the Cuban Fold and Thrust Belt.

INTRODUCCIÓN

La adquisición sísmica en cinturones plegados y cabalgados, con fines de exploración petrolera, constituye una tarea difícil, pero si ésta es la realidad que debemos enfrentar, pues una buena parte de la reserva conocida del país proviene de ese entorno geológico, de manera que ésta forma parte de ese aproximadamente 20 % que en varios países,

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Memorias en CD-Rom, La Habana, 5-8 de Abril del 2005. 2 representa el total de las reservas de hidrocarburos, entonces está claro que debemos asumir los riesgos que nos impone adquirir sísmica en tales áreas geológicas, ya que lo que sí no podemos dejar de hacer es continuar con la exploración petrolera, tan vital para el país como una vía para resolver las necesidades energéticas.

En el presente trabajo pretendemos adentrarnos un poco en algunos resultados obtenidos en Cuba en un sector del cinturón plegado y cabalgado, mediante el empleo de la adquisición sísmica; así como en algunas de las limitantes de la sísmica para darle solución a la tarea de mapear una imagen adecuada del subsuelo

En fin, trataremos de llegar a algunas conclusiones que consideramos importantes y hacer algunas recomendaciones que pudieran tenerse en cuenta en adquisiciones futuras en tales áreas de nuestra geografía, sin que ello pueda tomarse como una verdad absoluta, pues somos conscientes de que, lo que es válido para un área y, en un determinado momento, no lo es para otra área; Se trata pues, de una búsqueda diferenciada que tome en cuenta las experiencias obtenidas con adquisiciones precedentes en otras áreas.

En otras palabras, trataremos de exponer de una forma lo más directamente posible, las experiencias que para Cuba ha representado el reto de adquirir sísmica en presencia de cinturones plegados y cabalgados.

En Cuba la adquisición sísmica con fines petroleros data de la década de los cincuenta, década en la que las compañías americanas hicieron algunos trabajos, pero no es hasta los primeros años de la década de los sesenta que, con la asesoría de especialistas de la antigua Unión Soviética, se realizan los primeros trabajos que podemos considerar como propios de una adquisición sísmica. Los mismos fueron realizados tanto en áreas de cuenca, como en áreas de cinturones plegados y cabalgados y si bien en esos inicios hubo resultados que podemos considerar como alentadores, los mismos no se debieron precisamente a la sísmica, pues fue mayor el peso de los campos potenciales.

En este trabajo, nos referiremos a las técnicas y tecnologías empleadas algo más tarde, es decir, a partir de los setenta del pasado siglo.

¿Por qué la adquisición sísmica en cinturones plegados y cabalgados constituye un

reto?

No es un secreto que la adquisición sísmica en cinturones plegados constituye un desafío; no obstante, y a modo de recordatorio, a continuación nos referiremos a algunos factores que hacen que la adquisición sísmica en cinturones plegados y cabalgados constituya un reto:

- Los objetivos de interés para la exploración y, sobre la base de los cuales se diseña la adquisición sísmica en tal medio geológico, no son lo suficientemente expresivos para que puedan ser mapeados.

- La presencia de reflectores cortos, que no permiten darle seguimiento a una frontera de interés, es característica para este tipo de entorno geológico.

- Horizontes de interés escondidos por debajo de la envolvente de los mismos, como es el caso de pliegues escamas por debajo de una superficie de discordancia, siendo posible obtener como imagen sólo una antiforma que sigue dicha envolvente.

- Insuficiencia del modelo geológico, en el que se basa el diseño de adquisición sísmica o complejidad de éste, de manera que conspira contra la mejor estrategia de diseño, sobre todo en el caso de áreas vírgenes.

- Obsolescencia de un determinado modelo geológico o adaptación de éste, como consecuencia de un mejor conocimiento de un área que hace que una nueva adquisición en la misma, basada en un diseño previamente concebido, también devenga obsoleto o,

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Memorias en CD-Rom, La Habana, 5-8 de Abril del 2005. 3 lo que es peor, si el modelo utilizado fue erróneo, es muy probable que el diseño de adquisición también lo sea.

- Contar con limitados recursos financieros que imposibiliten mejorar la resolución sísmica adquiriendo por ejemplo, una 3D multicomponente, que reduzca la anisotropía y la presencia de ondas laterales, así como que evite el problema de los amarres en la dirección del buzamiento, fenómenos tan comunes en estas áreas.

- Inadecuado uso de los métodos geofísicos complejos que tiene en cuenta el empleo de los campos potenciales y estudios geológicos de superficie, incluyendo la geoquímica, sobre todo, en presencia de afloramientos relacionados con las unidades tectónico- estratigráficas (UTE, presumiblemente colectoras.

- Elección inadecuada de la dirección de disparo en relación con los ángulos de buzamientos, teniendo como consecuencia una respuesta sísmica también inadecuada del medio, máxime si a ello se suma el empleo de un offset lejano insuficiente, lo que se traduce en una pobre imagen del subsuelo.

Con la presencia de esos retos y riesgos, nuestro país ha venido acumulando una experiencia de adquisición sísmicas en ese medio hostil, que data ya de varias décadas, con resultados positivos y menos positivos, pero ante todo, sin que la experiencia acumulada pueda hacer desaparecer los riesgos que este tipo de adquisición implica, en el presente y también en el futuro.

En la Tabla No. I se presenta una recopilación estadística muy abreviada, por razones obvias, de las principales adquisiciones realizadas en Cuba en una de las principales áreas del cinturón plegado y cabalgado cubano, es decir, en el área de Varadero y del litoral Habana-Matanzas.

En estas áreas complejas (Ver el modelo geológico para un sector del área de estudio de la Fig.1), en Cuba se han venido realizando trabajos sísmicos desde finales de la década del 40, del siglo pasado, pero de esa época se conserva muy poca información; un trabajo sísmico más sistemático se vino realizando desde la década del sesenta, fundamentalmente con campañas exploratorias realizadas con asesoría soviética, empleándose técnicas como: Método de las Ondas Reflejadas (simple), también conocido como MOR, Recepción Dirigida (RDR) y otros métodos hasta el empleo del método del Punto Común de Profundidad (PCP o CMP, por sus siglas en Inglés)

Fig. 1. Modelo geológico sobre la base de la perforación dirigida en un sector del área de estudio. RondaCifuen tes Cifuente s M ore n a F m V í a B la n c a A ma ro E s c a la 1 : 5 0 0 0 N N VA 2 2 C A R Cifuen tes A rA rA r A r A r C A R C A R C A R R on da Moren a A m a r o B A ´ A ? VA D A m aKr o2 P2 N N 2 P t 3 J1 -2 C if u e n t e P r o f u n d o V A V A V A Moren a Ronda 0 2 5 0 5 0 0 7 5 0 1 0 0 0 1 2 5 0 1 5 0 0 1 7 5 0 2 0 0 0 2 2 5 0 2 5 0 0 0 2 5 0 5 0 0 7 5 0 1 0 0 0 1 2 5 0 1 5 0 0 1 7 5 0 2 0 0 0 2 2 5 0 2 5 0 0 2 7 5 0 3 0 0 0 s h e 9 9 0 6 5 -0 4 1 s h e 9 9 0 6 7s h e 9 9 0 4 3s h e 9 9 0 7 0 s h e 9 9 0 6 9 s h e 9 9 0 4 5 V D - 7 1 8 P A n e x o 5 K2 m

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Memorias en CD-Rom, La Habana, 5-8 de Abril del 2005. 4 En el área que nos ocupa se han realizado varias campañas sísmicas, teniendo como denominador común, el carácter de reconocimiento o búsqueda de la mayoría de ellas. Estas campañas sísmicas comenzaron en el año 1979, extendiéndose hasta 1997, en el sector terrestre, y hasta el 2003 en el caso del sector marino, y en su mayoría fueron campañas de sísmica 2D, con la excepción de dos 3D adquiridas en la Bahía de Cárdenas, una de ellas con cable de arrastre y otra con cable de fondo (1995) que, por sus características, se asemeja más a una adquisición terrestre que marina.

La mayoría de estas campañas sísmicas fueron adquiridas en tierra, empleando como fuente de excitación, el explosivo y con una característica común: un grado de recubrimiento bajo, y empleo de offsets cortos, por lo general, en los primeros años de la década de los ochenta: 1200%, 2400%, La situación cambió después de mediados de esa década, en la que se hicieron proyectos de adquisición con cobertura 4800% y hasta 9600% (1990), aunque la longitud del offset continuó siendo relativamente pequeña, pues a veces se emplearon tendidos (spreads) de encuentro y no centrales (split spreads), en aras de suplir la insuficiencia de materiales, especialmente de grupos de geófonos, lo que implicaba una desventaja adicional,

A partir de la década de los 90, después de extenderse la exploración petrolera a las compañías extranjeras, en proyectos de exploración compartida entre Cupet y dichas firmas, nuevas adquisiciones sísmicas se realizaron en el área, empleándose fuentes vibratorias, con pequeños sectores de líneas sísmicas con explosivo, ahí donde no fue posible vibrar y, por lo general, sólo pop shots. En cuanto a la cobertura, ésta fue de un mínimo de 8000%.

Las primeras adquisiciones se hicieron empleando fuente explosiva en pozos unitarios, en su mayoría, con profundidades variables, que respondían a un patrón único: implantar las cargas de trotyl sísmico (una especie de TNT), por debajo de la zona de bajas velocidades, la cual se determinaba sobre la base de datos de micro refracción o MSC, según fuera el caso. Esos resultados de los trabajos con explosivos y con emplazamiento de la carga a la profundidad correcta, fueron aceptables como bien puede observarse en la Fig.2.

Fig.2. Sección Sísmica correspondiente a la Línea 7 del Proyecto 1029 A de Cupet, adquirida con explosivo.

De igual manera, se emplearon sistemas de registro analógico, lo que lógicamente traía aparejado las limitaciones propias de estas técnicas, en primer lugar relacionadas con el

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Memorias en CD-Rom, La Habana, 5-8 de Abril del 2005. 5 rango dinámico, que como se sabe oscila entre 40 y 45 dB, dificultando el almacenamiento de los datos en las bandas magnéticas empleadas, siendo necesario comprimir la señal mediante el uso de amplificadores analógicos con circuitos especiales que, expandían o suprimían el nivel de ganancia durante su grabación en forma de control automático de ganancia. De igual forma, analógicos fueron los filtros empleados para la grabación y la reproducción de la información, así como los equipos de grabación magnética, que empleaban bien amplitud modulada o frecuencia moduladas. Si a ello se suma el hecho de que los cables sísmicos empleados fueron fabricados en situ por los propios técnicos de campo, sin que respondieran a estándares de la industria petrolera, con problemas de aislamientos y fuentes de ruidos aleatorios, que elevaban el reto de adquirir una buena sísmica en ese medio geológico desafiante que son los cinturones plegados y cabalgados.

Como reto principal de estas primeras adquisiciones, por un lado tenemos, el empleo de una baja cobertura que conlleva a una baja relación Señal / Ruido, pues como se sabe, la atenuación de los ruidos aleatorios, es del orden de N ½, donde N es el orden del recubrimiento o cobertura empleada y el empleo de offsets cortos que en nada beneficia el cumplimiento de mapear objetivos profundos con grandes buzamientos.

A los ruidos aleatorios hay que agregar la presencia de diversos ruidos coherentes, entre los cuales los más importantes están relacionados con la presencia de ruidos pseudo Rayleigh, como es el caso del ground roll, de ondas refractadas y reflejado-refractadas, ondas múltiples o múltiplemente reflejadas y la onda sonido, fácilmente identificable en el registro, dada su velocidad de propagación. Estos ruidos en parte son cancelados mediante las técnicas de adquisición que discriminan en el número de onda (k), usando arreglos de geófonos y patrones de disparo o vibración adecuados, pero aun así, a veces el ruido es lo suficientemente fuerte como para prevalecer y en ocasiones enmascarar las señales primarias o útiles, pero ello no constituye un serio problema, pues desde hace tiempo las técnicas de procesamiento salvan ese escollo, mediante el empleo de filtros en el dominio F-K. En cuanto a las ondas refractadas, pueden ser suprimidas mediante el empleo de las técnicas de mute en el procesamiento, al igual que algunos ruidos incoherentes superficiales. Las cosas se presentan más difícilmente con las ondas múltiples, pues a diferencia de los ruidos coherentes mencionados, su hodógrafo no es lineal, por el contrario, muchas veces pueden ser confundidas con las primarias aunque su cinemática es algo mayor que la de las primarias, de modo que con un buen diseño de recubrimiento y dependiente del offset, pueden discriminarse, precisando de offsets grandes, lo cual no fue posible en las primeras adquisiciones, trayendo diversas polémicas de los interpretadores relacionadas con su naturaleza. Todavía queda como recurso el hecho de que el tiempo de arribo de una múltiple en relación con la primaria, procedente de un mismo horizonte es el doble y una discriminación en frecuencia dependiendo del material que ambas atraviesan y de la trayectoria en sí. Realmente la presencia de ondas múltiple es menos seria en las adquisiciones terrestres que en las marinas.

En el caso que nos ocupa, para objetivos situados a 3000 m, consideramos que puede esperarse una resolución vertical de unos 25 m, mientras que la resolución horizontal (Rh) esperada sería del orden de los 274 m, pudiendo ser reducida a unos 46 m con la migración. Ello explica que a pesar de los problemas y otros desafíos enfrentados por la adquisición en el medio geológico que nos ocupa, los datos hayan sido interpretables y los resultados estén en los descubrimientos conocidos en el área, que por demás están entre los mayores del país.

A esas dificultades, hay que sumar que muchos de los problemas que antes mencionamos relacionados con el reto que significa la adquisición sísmica en cinturones plegados y cabalgados, estuvieron presentes en la ejecución de estas adquisiciones del

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Memorias en CD-Rom, La Habana, 5-8 de Abril del 2005. 6 sector terrestre de nuestro propio cinturón plegado, siendo uno de gran importancia, el relacionado con el modelo geológico que se empleaba, el cual difería mucho del actual. Una vez introducidos los sistemas digitales, con ellos aparecieron los problemas propios del muestreo digital, es decir, el aliasing, tanto de tipo temporal, como espacial, pues por razones obvias no siempre se hizo un muestreo a razón de al menos dos muestras por período, en el primer caso o dos muestras por longitud de onda (λ), en el segundo.

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Memorias en CD-Rom, La Habana, 5-8 de Abril del 2005. 7 Sabido es que:

∆T = 1/2 f max ; fn = 1/2 ∆T; fn = frecuencia de Nyquist para el caso del muestreo temporal ; ∆x = 1/2k max ; k = 1/λ; kn = 1/2∆x; kmax = frecuencia espacial máxima kn = frecuencia de Nyquist

Muchas otras dificultades y problemas se presentaron en esta primera etapa, que soslayamos en el marco del presente trabajo, pero como resultado de los mismos y con un apoyo sustancial de los campos potenciales, fueron descubiertos algunos de los yacimientos petrolíferos más importantes de los hasta ahora conocidos en el país.

Una vez que comenzaron a explorar en Cuba las compañías extranjeras, mediante contratos de exploración compartida, nuevas campañas sísmicas se realizaron en el área, empleándose como fuente de excitación la de tipo vibratoria, con distintos patrones de vibración y longitud de barridos, así como distintas bandas de frecuencia. En todos los casos el tipo de barrido fue lineal, ascendente y con los vibradores alineados a lo largo del perfil (línea sísmica), vibrándose en el centro de las estacas.

Por otra parte, se usaron tendidos centrales y largos, con arreglos de geófonos adecuados, tanto para evitar problemas de aliasing espacial, como para cancelar lo máximo posible, ruidos de tipo coherente, como el ground roll. En fin, se emplearon sistemas de adquisición sísmica de 16 y 24 bits, lo que implica un considerable aumento del rango dinámico de la señal adquirida y, ahí donde no fue posible vibrar por la presencia de obstáculos naturales se utilizó fuente explosiva, mediante el uso de pop shots.

Fig. 3. Patrón utilizado para la realización de los pop shots (Cortesía de CGG) En honor a la verdad, las mejoras obtenidas como consecuencia del empleo de nuevas técnicas, no fueron sumamente notables, lo que por una parte, según nuestro modesto criterio estuvo dado entre otras razones por el tipo de patrón de vibración, a pesar de utilizarse dispositivos electrónicos Pelton, que contribuyen a preservar los componentes de alta frecuencia, por un lado y a dirigir los rayos (beam steering) por otro, que tiene en cuenta los ángulos de buzamientos de las capas, todo lo cual implica la obtención de una