Fuente de Energia

Geofsica Fuente de Energa

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FUENTES DE ENERGA SSMICA


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FUENTES DE ENERGA SSMICA

El mtodo de prospeccin ssmica es una de las tcnicas ms avanzada y efectiva en la exploracin petrolera. Consiste en generar ondas elsticas que viajan por el subsuelo y son reflejadas y refractadas en las distintas formaciones geolgicas. Estas perturbaciones son recibidas en superficie mediante equipos especiales y pueden ser asociadas a cambios en las propiedades y la disposicin de las rocas que se encuentran debajo de la superficie.

Llamamos Fuente de Energa al dispositivo que genera las perturbaciones o frentes de ondas para una adquisicin de datos ssmicos.

Este tipo de estudio se realiza en una gran diversidad de medios: selva, montaa, desierto, zonas de cultivos, campos abiertos, pantanos, lagos, mar, etc. Los estudios se realizan a lo largo de un mallado de lneas ssmicas cubriendo la zona a prospectar. A lo largo de estas lneas se dispone la fuente de energa y todo el instrumental de medicin.

En operaciones ssmicas terrestres actualmente, se usan bsicamente dos tipos de fuente de energa:


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Explosivos ssmicos y Camiones vibradores.

En operaciones marina se utilizan generalmente caones de aire. La eleccin de la misma resulta de un minucioso anlisis de factibilidad considerando aspectos Tcnicos, Econmicos, Ambientales y Operativos. Para una correcta decisin, es necesario conocer las caractersticas de los tipos de fuentes disponibles para la campaa a realizar y las ventajas y desventajas de cada una de ellas. De acuerdo al tipo de perturbacin generada, existen dos tipos de fuente de energa ssmica:

- Fuentes Impulsivas - Fuentes Vibratorias

Fuentes de Energa Impulsiva. Existen en la industria varios tipos de fuentes de energa impulsiva, entre otros se puede citar las siguientes: - Thumper - Dinoseis - Explosivos Ssmicos - Caones de Aire (ssmica marina)

En este tipo, la transferencia de energa desde la fuente al terreno, ocupa un tiempo tan corto que puede ser considerado como un impulso y en el cual se escucha un sonido agudo de muy corta duracin Fig. 1. Un impulso terico ideal es un impulso instantneo de energa con duracin cero.

Fig. 1

El contenido de frecuencias de este impulso ideal va desde cero a infinito, es decir contiene todas las frecuencias. Nuestras fuentes prcticas de energa no pueden producir un impulso ideal de duracin cero. La duracin verdadera, sin embargo es tan corta, hasta donde el espectro normal ssmico interesa, que el espectro o rango de frecuencias contenido en el impulso real es efectivamente infinito.


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Energa y Potencia.

La Fig. 2 muestra un impulso real idealizado: real porque tiene una duracin (t) y una amplitud (A).

Puesto que la potencia es proporcional al cuadrado de la amplitud podemos escribir:

P A2 (1) y decir as que el eje vertical de la Fig. 2 es proporcional a la potencia. La potencia es la proporcin por la cual la energa (W) es utilizada (o transferida), en consecuencia la potencia multiplicada por el tiempo nos da la cantidad de energa, usada en el perodo de tiempo t:

W = P. t (2)

El impulso idealizado de la Fig. 2 es un rectngulo con un lado (t) proporcional al tiempo y el otro lado (P) proporcional a la potencia. El producto de P y t nos da el rea, del rectngulo de lados P y t y nos define la energa transferida en el tiempo t. En el caso de la Fig. 2 la cantidad de energa transferida es proporcional al rea del pulso representado grficamente.

La ondcula de Ricker

En la Fig. 2 hemos idealizado un impulso real como un rectngulo. Analizaremos ahora la forma real de un impulso considerando una fuente de energa impulsiva simple: el "thumper". Esta fuente genera un impulso por la cada de un peso de aproximadamente 3 toneladas sobre la superficie, desde una altura de aproximadamente 3 metros.

Con propsitos ilustrativos simplificaremos la realidad y supondremos que el impacto del peso no superar los lmites elsticos del suelo: es decir, la superficie terrestre retornar a su posicin original despus de haber sido empujada hacia abajo.


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Cuando el peso golpea el suelo, lo fuerza hacia abajo. Este desplazamiento hacia abajo toma un perodo definido de tiempo (a-b en la figura 3a, el que est determinado por las propiedades elsticas de los materiales superficiales y por la fuerza del peso.

Cuando el suelo ha alcanzado su mximo desplazamiento hacia abajo comienza a recuperar su posicin original, movindose hacia arriba la misma distancia a que fue forzado hacia abajo. El tiempo que requiere el desplazamiento hacia arriba (b-c en la Fig.3a est determinado solamente por las propiedades elsticas de los materiales del terreno y normalmente, toma un tiempo considerablemente mayor que el movimiento forzado hacia abajo.

En tierra, nuestros detectores ssmicos son casi invariablemente sensibles a la velocidad del movimiento del suelo y no al desplazamiento. Debemos en consecuencia considerar la velocidad de la ondcula asociada con el desplazamiento mostrado en la Fig.3a Esta ondcula de velocidad se observa en la Fig.3.b.


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Su derivacin es simple: en los instantes a, b y c el suelo no est en movimiento y en consecuencia la velocidad es cero. La mxima velocidad en la direccin hacia abajo se produce entre a y b y hacia arriba entre b y c. Como el desplazamiento hacia abajo se produce en un lapso ms corto que el de recobramiento hacia arriba, la velocidad hacia abajo es mayor que la velocidad hacia arriba y en consecuencia la ondcula de velocidad no es balanceada, como se ve en la Fig. 3.b. Esta ondcula es conocida como la ondcula de Ricker. Como la ondcula viaja a travs de la tierra, los efectos de filtrado de la misma cambian la forma de la ondcula de Ricker como se muestra en la Fig.4

Fase mnima.

La ondcula de Ricker se la supone de fase mnima. Simplemente establecemos: Las componentes de frecuencia de una ondcula de fase mnima llevan una fase nica en relacin a cualquier otra, lo que produce un mximo de energa concentrada tan cerca del comienzo de la ondcula como es posible. El verdadero instante cero o de iniciacin de una ondcula de fase mnima se indica en la Fig. 5. Este punto es normalmente imposible de identificar sobre una traza ssmica de modo que siempre tratamos de "picar" el

pico o valle, dependiendo de la polaridad, del primer medio ciclo de la "ondcula.


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Prdidas de energa. No toda la energa que libera la fuente se transfiere en energa ssmica. Algunas causas de "prdidas" de energa son:

- Deformacin plstica: los materiales terrestres cuando son forzados ms all del lmite elstico no recuperan su forma original. - Quebraduras - Roturas o reventones - Generacin de calor - Rebotes - Sonido audible y golpes de aire; estos representan energa viajando a travs del aire ms bien que en la tierra.

Toda la energa liberada por la fuente que no es perdida, puede suponerse que es transferida dentro de la tierra en la forma de ondas ssmicas.

La fuente de energa ssmica que se us hace algn tiempo en los inicio de la exploracin, fue el Thumper o cada de peso. Estaba constituido por un vehculo con un guinche apropiado que elevaba un peso de aproximadamente 3 Toneladas a una altura de 3 a 4 metros y lo dejaba caer. Este impacto o golpe, produca en la tierra un impulso que se propagaba hacia el subsuelo. Tiene la dificultad que es el rebote o segundo impulso que produce el peso sobre la tierra lo que ocasiona un efecto indeseado. Para mejorar la seal el peso puede golpear ms de una vez en el mismo lugar. Si bien el dispositivo es


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muy sencillo la manera rudimentaria de su accionamiento hace que la metodologa no sea eficiente.

Hace algunos aos tambin se utilizaba, como fuente de energa superficial, el Dinoseis; consta de una cmara de explosin que se apoya en el suelo y cuyo peso es aproximadamente 2 a 3 Toneladas, con dimetro de 40" en sistemas duales y de 60" en sistemas individuales. El dispositivo estaba dispuesto en un vehculo con traccin en las cuatro ruedas. Las cmaras se las llenan con una mezcla de propano y oxgeno que se detona por medio de una buja igual a la de los motores de combustin interna. Como en general se usaban 3 4 Dinoseis al mismo tiempo, stos deban detonar al unsono. La seal de detonacin se enviaba por radio desde el camin de registracin o sismgrafo. La cmara es bajada hasta el suelo por medio de un cable, y luego de detonar como la cmara salta, se la detiene en el aire con un sistema especial para impedir un segundo golpe. La intensidad del golpe es controlada regulando el tiempo de carga de los gases (propano y oxgeno) y puede ir desde 1 seg. a 5 seg. Lo engorroso del uso y teniendo en cuenta el peligro que significaba trabajar con la mezcla de gases tan peligrosos, se tuvieron accidentes muy serios en el manejo de los "dinos", hizo que estos tipos de fuentes se dejaran de usar.

Uso de Explosivos

Las fuentes explosivas consisten en un detonador y una carga explosiva. Inicialmente la carga explosiva utilizada era la dinamita, actualmente se usan otros tipos de cargas desarrolladas para hacerla mas eficiente y mas segura.

La eleccin de este tipo de fuente depende de las condiciones de la superficie y de la accesibilidad del lugar.

Cuando se utiliza explosivo, estos se disponen en perforaciones cuyas profundidades pueden variar de 2 a 30 metros aproximadamente, dependiendo de las caractersticas del terreno; en el fondo de la misma se coloca la carga. Es conveniente que la carga se coloque en una roca compacta para que la energa generada por la explosin se propague en forma ms eficiente. Sin embargo, la perforacin de los pozos a mayores profundidades implica un aumento de costo. La carga puede estar alojada en la primera capa superficial de la tierra a la que se llama Weathering, es una capa poco consolidada, dispersiva y muy absorbente de energa; esta disposicin se le llama pozos someros. Si la carga se aloja por debajo del weathering donde la roca est consolidada, se denomina pozos profundos.


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La decisin de donde colocar la carga depende del espesor del weathering y de las dificultades del terreno para perforar. Se efectan previamente pruebas especiales para determinar los espesores y comprobar el tipo de terreno existente y con estos datos se realiza una evaluacin tcnico-econmica para tomar la decisin.

La perforacin se realiza con equipos cuyo tamao depende de la zona de trabajo; pueden estar montados sobre camin o porttiles.

Equipos de perforacin

A lo largo de una lnea ssmica los pozos pueden tener una separacin de 25, 30, 50, 60 100 metros y son hecho con mquinas porttiles, semi-porttil o montado sobre algn tipo de vehculo. El dimetro del pozo es del orden de los 10 cm y en cada uno de ellos se colocan cargas explosivas que pueden variar desde 1 kg a 5 6 kg por pozo. De esta manera por ejemplo, en un levantamiento de 500 km con estaciones cada 25 metros, es necesaria la perforacin de 20.000 pozos. Siempre que se utilice adecuadamente, el explosivo es muy bueno como fuente de energa, pero requiere un enorme esfuerzo operativo y por ende econmico, ya que las caractersticas del terreno son muy variables y puede presentar mayores o menores dificultades para la perforacin. La cantidad de personal que se requiere es considerable y los tiempos de ejecucin de las tareas son importantes. Otro factor que se tiene en cuenta es el riesgo en el uso de explosivo. Si bien el impacto ambiental es mnimo y controlable, es de tener en cuenta la cantidad de perforaciones realizadas en zonas con acuferos someros.


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Ante los inconvenientes mencionados se pens en implementar un tipo de fuente energa de resultados tcnicos equivalentes, pero ms gil y econmica, como es el caso de los equipos vibradores.

Anteriormente se utilizaba en sismologa prospectiva la dinamita de alta velocidad, 5000 m/s de velocidad de propagacin de la onda explosiva en la carga, que tiene la particularidad de inyectar, en teora, infinitas frecuencias en un espacio de tiempo instantneo denominado "spike".

Actualmente para la composicin de los explosivos ssmicos se utiliza una pasta o barro explosivo en base a nitrato de amonio. Se usa como envase cartuchos de plstico hermticos en secciones de kg y 1kg. Poseen puntas roscadas de tal manera de armar fcilmente la columna necesaria en cada caso. Existen accesorios, puntas y anclas, para facilitar el bajado de la carga en el pozo y a su vez un buen anclaje a las paredes del mismo, La dimensiones aproximadas de los cartuchos: cilindros de 2 a 2,5 pulgadas de dimetros por 30 cm de largo aproximadamente para las cargas de 1 kg.

Explosivos Ssmicos

Los detonadores son a base de fulminato de mercurio excitables por corriente elctrica, lo que se realiza mediante contactos por bateras. Todo el material explosivo es manejado por personal entrenado especialmente y existen procedimientos que establecen normas para un uso seguro. El transporte y almacenamiento se encuentra regulado por la autoridad de aplicacin de cada lugar.


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Detonador Elctrico

Tambin se utiliz como fuente de energa en prospeccin ssmica un cordn detonante; consiste en una cuerda con explosivo en el centro. El cordn se dispone en superficie y el inicio se realiza por detonador elctrico en un de los extremos o en el centro del tramo. Se utilizaban tramos de alrededor de 50 60 metros. En la actualidad no se utilizan debido a los riesgos que significa una detonacin en superficie y a que no es una fuente impulsiva adecuada. Con la detonacin se producen voladuras de rocas, incendios y una gran intensidad de ondas superficiales.

Fuente de Energa Vibratoria

Equipos Vibradores.

El Vibraseis es un sistema utilizado como fuente de energa para generar un tren de ondas controlado, inyectando al terreno una seal contnua que contiene un rango de frecuencias determinado. El primer vibroseis fue ensayado en el ao 1953 en Oklahoma (EE.UU) por la firma Continental Oil Company (Conoco).


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Desde el prototipo del vibroseis electromecnico hasta el actual, muchas modificaciones fueron realizadas y muchos adelantos tcnicos fueron incorporados para lograr hoy da un sofisticado instrumento electro-hidrulico.

Vibrador Actual

Fueron varias las empresas de ssmicas pioneras en el uso y desarrollo del vibroseis. El sistema va montado sobre un vehculo especial y consiste en un conjunto plancha-pistn- masa oscilante, con accionamiento hidrulico y control electrnico.


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Las dimensiones de la plancha es de 1 metro por dos metros aproximadamente y su peso de alrededor de 2 toneladas. La masa es un bloque de acero de aproximadamente tres toneladas que oscila sobre un pistn unido a la plancha. La plancha se mantiene apoyada a la superficie del terreno mediante un sistema de cilindros hidrulicos, a travs de los cuales se aplica el 90 % del peso del vehculo. La masa oscila sobre el pistn accionada por un sistema electro-hidrulico. Esta oscilacin se transmite al terreno a travs del sistema pistn-plancha.

Plancha de Equipo Vibrador

De esta manera se inyecta al terreno una perturbacin vibratoria, onda senoidal, de caractersticas conocidas y previamente determinadas. Esta perturbacin es el frente de onda que viaja por el subsuelo. Para una buena transmisin de energa, es importante lograr un buen acoplamiento plancha-terreno. A la fecha se ha logrado un desarrollo tecnolgico muy importante de todos los componentes del sistema, que lo hace una fuente de energa verstil, dinmica, econmica y muy confiable. Las limitaciones para su uso estn dadas exclusivamente por las dificultades de trnsito que pueda presentar el lugar de estudio. Adaptndose a lugares de topografa plana o poco accidentada. Tambin el vehculo sobre el cual est montado el sistema fue evolucionando y actualmente existen vibradores pesados de tres ejes con traccin en las seis ruedas (6x6) o los ms comunes articulados 4x4 (tipo buggy), pudiendo acceder a una gran diversidad de terrenos. En Argentina se emplean vibradores desde principio de la dcada del 70 y en los ltimos 20 aos es la principal fuente de energa utilizada, facilitada por la suave topografa y escasa vegetacin de las reas de prospeccin petrolera. Antiguamente para mejorar el rendimiento y lograr el acoplamiento deseado con el terreno, a lo largo de las lneas se realizaba la apertura de una picada ssmica. Consista en el emparejado del terreno, mediante el uso de mquinas viales. Con esto se lograba un buen acople y facilidad en el trnsito.


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Es claro que esto significa un importante impacto al medio ambiente, fundamentalmente en lugares donde la revegetecin es dificultosa (zonas semi-deserticas) o de topografa accidentada. ltimamente en la industria petrolera se est experimentando un cambio muy significativo hacia el cuidado del Medio Ambiente. Aprovechando el avance tecnolgico experimentado en los ltimos aos en los vibradores, fundamentalmente en dos aspectos principales: Control del acoplamiento plancha-terreno (sistema electro-hidrulico con tecnologa de punta) y capacidad de trnsito en lugares cada vez ms exigente (Vibros pesados 6x6 o articulados 4x4), se ha logrado utilizar este sistema sin apertura de las picadas ssmicas.

Equipos Vibradores a campo traviesa

Esto implica que los vibradores simplemente transitan a campo traviesa a lo largo de las lneas ssmicas pisando la vegetacin existente sin remocin de la cubierta vegetal. Si bien se produce un aplastamiento de la flora, las races quedan intactas y en poco tiempo se recupera naturalmente. En lugares de topografa poco accidentada, puntualmente en algunas ocasiones es necesario efectuar pequeos movimientos de tierra, para salvar algn obstculo de trnsito; restituyendo a su condicin original al finalizar el trabajo. Con el diseo del mallado ssmico, adaptando el mismo a lugares de menores obstculos y contemplando apartamientos de algunos puntos del trazado original, se logra reducir el impacto. Esto es de fundamental importancia en trabajos dentro de yacimientos donde se utilizan los caminos existentes. A su vez se realiza una limpieza total del rea de trabajo levantando todo tipo de sealizaciones topogrficas, estacas, indicadores de lneas, etc. De esta manera en muy poco tiempo no se aprecia el paso de un grupo de trabajo por el lugar. Tambin es ventajoso el uso de vibradores en zonas pobladas, incluso dentro de ciudades, donde adaptando los parmetros se logran buenos resultados ya que el uso de


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explosivos sera imposible. Existen antecedentes de trabajos en las ciudades de Gral Roca, Ro Negro (Argentina) y rea Ro Neuqun (Argentina). Teniendo en cuenta el mnimo impacto ocasionado, la agilidad, el menor costo y el buen resultado tcnico obtenido en una adquisicin con vibroseis, se logran ventajas significativas respecto del uso de explosivos. Para completar la perturbacin en una estacin (barridos) se emplean alrededor de dos minutos frente al tiempo que puede insumir la perforacin del pozo, colocacin de explosivo y detonacin. Adems ante algn problema es fcil repetir el tramo necesario. Es importante destacar que gran porcentaje de trabajos fueron realizados en la Patagonia Argentina, donde la rigurosidad del clima hace que la vegetacin existente sea muy frgil, por lo tanto requiere un cuidado especial; en estos lugares la operacin fue exitosa desde el punto de vista ambiental.

El Vibroseis es una excelente fuente de energa, no agresiva al Medio Ambiente, siempre y cuando se evalen y planifiquen cuidadosamente los trabajos y se tomen las prevenciones y precauciones necesarias.

En oposicin a las fuentes impulsivas que transfieren tpicamente su energa en un impulso cuya duracin es de unos pocos milisegundos, las fuentes vibratorias transfieren energa continuamente por perodos que pueden variar dentro de un rango de 4 a 16 segundos o an 32 segundos. La Fig. 6 muestra un grfico Potencia - Tiempo de una fuente de energa impulsiva conjuntamente con la de una fuente vibratoria. La energa de la fuente impulsiva es transferida a una proporcin (potencia) Pi durante el perodo ti. La energa de la fuente vibratoria es transferida a una proporcin Pv durante el perodo tv.

Sabemos que la potencia multiplicada por el tiempo es igual a la energa, o sea que Pi.ti (rea del rectngulo de impulso) es proporcional a la energa transferida desde la fuente impulsiva, mientras que Pv.tv (rea del rectngulo vibrador) es proporcional a la energa transferida desde el vibrador.


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Inmediatamente vemos que la energa total transferida desde el vibrador puede compararse a la energa de una fuente impulsiva mediante el ajuste de tv que es la duracin de la energa liberada. Sin embarco la potencia o proporcin a la cul el vibrador transfiri la energa sera siempre mucho ms pequea que la potencia de la fuente impulsiva.

Esto significa que el vibrador puede entregar una adecuada energa a pesar de que ejerce una fuerza relativamente pequea sobre la superficie terrestre.- Esta pequea fuerza hace que el Vibroseis sea apropiado para usar donde los daos superficiales sean particularmente indeseables. Para ilustrar lo afirmado supondremos que un cierto vibrador, transfiere la misma cantidad de energa en 12 segundos que la que podra ser transferida por una fuente impulsiva en 25 milisegundos. Sabemos que:

W = P x t, en consecuencia

Pv x tv = Pi x ti

1.200 x Pv = 25 x Pi

Pv = 0,002 Pi

La potencia del vibrador es 500 veces menor que la de la fuente impulsiva. Se puede obtener una energa equivalente al explosivo aplicando al terreno n secuencia de vibraciones o barridos en la misma locacin.

El vibrador inyecta al terreno una seal senoidal (Fig. 7) dentro de un rango de frecuencias predeterminado y en un perodo de tiempo establecido. Esto es lo que se llama barrido del Vibroseis. La duracin o longitud del barrido puede ser de 4, 6, 8, 12 y hasta 32 segundos.


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Fig. 7

El cambio de frecuencias con el tiempo, puede ser lineal a lo largo del barrido, tal como se muestra en la Fig. 8. con variaciones logartmicas, en funcin de la necesidad de acentuar las altas las bajas frecuencias. Un barrido de 12 segundos que se inicia con 10 hz. y finaliza con 80 hz. es un barrido hacia arriba o ascendente; si comienza con 80 hz. y finaliza en 10 hz. es un barrido hacia abajo o descendente. En la actualidad se utilizan solo barridos ascendentes. El espectro del barrido se indica normalmente mediante las frecuencias de inicio (Fi) y finalizacin (Ff); un barrido 10 - 80 significa que 10 hz. es la frecuencia inicial y 80 hz. la final.


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Por lo expresado la transferencia de energa ya no es mediante un pulso, en este caso estamos inyectando energa durante el tiempo que dura el barrido. Esta es la seal que viaja por el subsuelo y se refleja en las distintas interfases del mismo. La seal que vuelve a la superficie y es captada por los receptores (gefonos) tendr una forma parecida a la inyectada, con la diferencia debido al efecto de filtrado producido naturalmente por la tierra. El geofono generar una seal anloga, en forma y duracin, a la perturbacin recibida. Es obvio que varios eventos ssmicos van a superponerse durante la longitud del barrido. El registrador o sismgrafo estar grabando seal desde el momento de iniciar el barrido y posterior al mismo, un tiempo (tiempo de escucha) que permita que las ltimas componentes del barrido viajen hasta el horizonte de inters, se reflejen y vuelvan a superficie. Por lo tanto:

Tiempo de registro = Tiempo de Barrido + Tiempo de Escucha.

En el registro obtenido de esta manera no se podrn observar claramente las reflexiones, ya que como se dijo los eventos estn superpuestos porque el barrido origen, tiene una duracin determinada, no fue un impulso, y as como est, en cada instante posee la respuesta de diferentes horizontes profundos a diferentes componentes del barrido. Es necesario aplicar un proceso que permita identificar el tiempo en que el barrido emitido es reflejado en cada horizonte profundo; el mismo se llama proceso de Correlacin. El mismo permite finalmente contar con un registro ssmico equivalente al de fuente impulsiva.

La Fig. 9 nuestra parte de un tpico registro de campo de Vibroseis, el que es inutilizable en el estado en que se muestra. Para que llegue a tener sentido, cada traza debe ser sometida a un mtodo de reduccin o compresin de la seal que acortar cada evento ssmico largo en una ondcula comparable con la de Ricker de la fuente de energa impulsiva.

Fig. 9


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El Registro correlacionado

Longitud de registro

Cada traza de un registro de Vibroseis se la somete a un proceso llamado Correlacin, y tiene por finalidad reducir cada evento ssmico, transformndolo en una ondcula nica. Despus de la correlacin el registro resultante es de aspecto muy similar al obtenido con una fuente impulsiva. La Fig. 10 muestra el registro de campo de la Fig. 9 despus de la Correlacin. La longitud del registro correlacionado es igual a la del original menos la duracin del barrido.

Longitud Registro Correlacionado = Longitud Registro de campo - Longitud de barrido

Un registro de campo de 14 segundos obtenido usando un barrido de 8 segundos, producir en consecuencia un registro correlacionado de 6 segundos.

Fig. 10

Filtros del registro. El contenido de frecuencias de un registro ssmico, obtenido con una fuente impulsiva puede ser controlado solamente mediante filtrado en el equipo registrador o en el procesamiento. Sin embargo, un registro de Vibroseis correlacionado contiene solamente aquellas frecuencias que estn contenidas en el barrido. En consecuencia la correcta eleccin de las frecuencias de barrido debera eliminar la necesidad de filtrado ya sea en el equipo de registracin (ms bien en el filtro anti-alias) o en el procesamiento.


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El proceso de correlacin.

La fig. 11 nos nuestra que cada reflexin, en una traza del registro de Vibroseis, tiene la misma duracin que el barrido y tiene idntico contenido de frecuencias que ste. Cada reflexin y realmente cada evento ssmico producido por el barrido, tiene exactamente igual forma que el barrido mismo.

La correlacin en Vibroseis es simplemente un medio de medicin del grado de similaridad entre el barrido que fue inyectado en la tierra y la traza ssmica registrada. Si deslizamos el barrido a travs de la traza, la correlacin mxima ocurrir cuando el barrido se enfrenta a una reflexin u otro evento.

Esto se ilustra en la Fig.13 donde observamos el barrido desplazndose a travs de la traza de campo y la traza correlacionada que se va obteniendo. Debemos hacer notar que la salida correlacionada por cada posicin del barrido est en el mismo tiempo que el arranque de dicho barrido.


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Fig. 11


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Fig. 12


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Mecanismo de la correlacin. Para comprender como se lleva a cabo la correlacin, debemos recordar que la traza ssmica en una cinta digital es simplemente una secuencia de muestras digitales, un arreglo de nmeros. El barrido digitalizado es tambin un arreglo de nmeros.

En la Fig. 13 vemos dibujadas muestras de una traza de Vibroseis de campo (dato). A lo largo de las mismas estn las muestras del barrido utilizado, con la muestra 1 del mismo en oposicin a la muestra 1 de la traza de campo. Cada muestra de datos es luego multiplicada por la correspondiente nuestra del barrido, y el producto formado es (D1 x B1 = P1, D2 x B2 = P2, etc.) Cuando todos los productos han sido obtenidos se suman todos en conjunto con su signo. La suma resultante (usualmente normalizada dividiendo por el nmero de productos sumados) es la primer muestra correlacionada y su salida tiene el mismo tiempo que la muestra de campo 1. El barrido se lo corre luego haca abajo en una nuestra de tal manera que B1 se corresponda con D2, B2 con D3 y as sucesivamente. Todo el proceso se lo repite, los productos D2 x B1 , D3 x B2, etc. se suman para obtener la segunda nuestra correlacionada, la que en la salida tiene el mismo tiempo que la muestra 2 de campo.

El barrido es otra vez corrido y se repite el proceso hasta que la traza correlacionada haya sido obtenida en forma digital.

Fig. 13


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Autocorrelacin y correlacin cruzada.

Una traza ssmica o un barrido pueden ser correlacionados consigo mismo. Esto es la autocorrelacin. La autocorrelacin de un barrido produce una ondcula que es conocida como la ondcula de Klauder, (Fig. 14).

Fig. 14

El proceso de correlacin del barrido inyectado con una traza de campo, se llama correlacin cruzada, segn que un evento ssmico en la traza de campo sea similar al barrido, se lo reduce (o comprime) en una ondcula de Klauder como si fuera el caso de una autocorrelacin. Esto se ilustra en la Fig. 15.


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Fig. 15


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Fase Cero. A diferencia de la ondcula de Ricker que es de fase mnima, la ondcula de Klauder es de fase cero. Una ondcula de fase cero es aquella en que los componentes de frecuencia estn todos en fase en un instante particular. Una ondcula de fase cero es siempre simtrica alrededor de su centro y el tiempo cero de la misma es el centro de su lbulo central.

La ondcula de Klauder. Como se ha dicho ms arriba, la ondcula de Klauder es de fase cero y es simtrica alrededor del centro. El centro del lbulo central es el tiempo cero, o el tiempo de inicio que nosotros "picamos". La parte de la ondcula que cae antes del centro se genera en "tiempo negativo", antes del instante de mxima correlacin.

Espectro

Las frecuencias contenidas en una ondcula de Ricker, producida por un origen impulsivo, estn limitadas solamente por los efectos filtrantes de la tierra y cualquier otra frecuencia comprimida es impuesta mediante filtros de registracin y de procesamiento.

En el caso del Vibroseis sin embargo, el rango de las frecuencias de barrido es tal que se puede esperar todas las frecuencias generadas por la emisin que pasen por la tierra.

El contenido de frecuencia de la ondcula de Klauder est entonces limitado a aquellas frecuencias que son comunes a la traza ssmica y al barrido usado para correlacionar. Esto significa que el proceso de correlacin es un poderoso filtro.

Las frecuencias contenidas en la traza de campo estn determinadas por el rango de frecuencias del barrido transferido al terreno. Pero interferencias de otras fuentes ms bien que desde los barridos pueden caer fuera de dicho rango.

No es considerada buena prctica filtrar usando un barrido que difiere de aquel transferido al terreno. El filtrado puede ser logrado mediante el uso del mismo barrido, conteniendo solamente el rango de frecuencias deseado para ambos: energa emitida y proceso de correlacin.

Si es necesario usar un instrumento de filtro para prevenir ruidos no generados por la fuente introducidos por el registrador, la frecuencia de corte de ese filtro debe ser ms baja que la ms baja frecuencia del barrido. Tambin el corrimiento de fase apropiado para ese filtro debe ser aplicado al barrido usado para correlacionar.

Anlisis. La ondcula de Klader consiste en un lbulo primario o lbulo central y lbulos laterales. Esto se ilustra en la Fig. 16, donde la regin del lbulo primario se muestra como un pico con sus dos asociados valles.


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Fig. 16

Si cada evento sobre una traza ssmica consiste en un pico, nosotros tendremos lo esencial en el anlisis de eventos.

La resolucin o anlisis, en trminos de la aproximacin por un pico, por lo tanto depende de:

- Ancho de la regin del lbulo primario - De la relacin del lbulo principal con el lateral - De la relacin del pico principal con el valle principal

El ancho de la regin del lbulo principal se relaciona con la frecuencia media del barrido y las amplitudes del lbulo lateral y valle principal se relacionan con el ancho de banda. Esto se ilustra en la Fig. 17.

Estas Fig. muestran que nuestro prctico (ssmico) ancho de banda produce una ondcula que cae entre los extremos de una onda seno y una unidad de impulso (spike). Segn que la relacin de amplitud del pico del lbulo principal al pico del lbulo lateral concierna, podremos aproximar a la unidad de impulso cuando A = 2 octavas.

Para Vibroseis el ancho (tk) aproximado de la regin del lbulo principal puede ser fcilmente calculado por anchos de bandas de 2 ms octavas:

Tk = 2.000 / A milisegundos donde A = f 1 ~ f 2


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Fig. 17

El control de parmetros de barrido e inicio de barrido es controlado desde el sismgrafo mediante seales de radiofrecuencia.


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Sismologa Marina.

En prospeccin marina se utiliza un barco sismogrfico que navega a velocidad constante de acuerdo a la direccin de lneas pre-establecidas para un determinado relevamiento. La embarcacin remolca tanto la fuente de energa como el sistema de recepcin de seales o streamers.

Esquema de Registracin marina

La fuente de energa mas utilizada es el can de aire comprimido o Airgun. El dispositivo consta de dos cmaras de distintos dimetro conectadas por un pistn dual que permite el llenado de la inferior a travs de su eje, previa obturacin de las lumbreras por desplazamiento del mismo. Al igualar las presiones de las caras del pistn superior o de accionamiento queda actuando sobre el pistn la presin de la cmara inferior que provoca su desplazamiento sbito y la descompresin del aire comprimido (a 1500-2000 lib/pulg. ) que a travs de las lumbreras escapa al medio lquido con efectos similares a los de una explosin; inicindose a continuacin un nuevo ciclo de llenado.

Caones de Aire


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El sistema presenta el inconveniente de la produccin de burbujas, que al oscilar elsticamente en el medio, generan energa despus de la explosin que debe clasificarse como ruido. Este problema se ataca utilizando en paralelo varios caones de distintas capacidad cbica (desde 20 a 300 o ms pulg3), formando un arreglo. De esta manera se aumenta la energa inyectada al terreno y se reduce el efecto burbuja. Existen caones que poseen mecanismo para reducir el efecto de las burbujas, con los cuales, si bien no se llega a suprimir completamente se logran atenuaciones importantes.

Arreglo de caones

El aire comprimido se provee de tanques de almacenamiento servidos por tres o cuatro compresores a pistn comandados por motores de combustin interna dispuestos en el barco sismogrfico. Sus ventajas residen en su seguridad y facilidad de aprovisionamiento. El dispositivo de caones va sumergido en el agua a una profundidad de alrededor de 7 metros y es remolcado por el barco sismogrfico. Normalmente se dispone de ms de un arreglo de caones, de modo tal de disparar en forma alternativa, mientras un grupo dispara el otro se est llenando de aire comprimido. Tambin es comn desplegar ms caones de lo necesario para reemplazo en caso de avera de algunos de ellos.

Operacin del can. Predisparo: El aire comprimido llena la cmara de retorno en el transportador hueco para cerrar y sellar la cmara principal. Al mismo tiempo se presuriza la cmara principal localizada entre la carcaza y el transportador.


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Disparo: Cuando la vlvula solenoide se energiza, la cmara de disparo se presuriza, permitiendo que el transportador se desacople y se presurice el rea ms grande del transportador. El transportador de poco peso adquiere rpidamente una alta velocidad antes de destapar los puertos. El aire a alta presin se libera entonces de manera explosiva hacia el agua circundante para generar el pulso acstico principal.

Cuando disminuye la presin en el interior de la cmara principal, la cmara de retorno todava completamente presurizada hace volver al transportador a la posicin anterior al disparo.

Ondcula generada por un Can de aire


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Existen otros tipos de fuentes de energa para prospeccin marina que en la actualidad prcticamente no se utilizan; entre estos estn: Acquapulse, Flexotir, Vaporchoc, Flexichoc, etc.

La fuente denominada Acquapulse genera un impulso por explosin con una buja, de una mezcla de propano y oxgeno en una cmara cilndrica perforada cubierta por un manguito flexible de caucho o plstico especial; los gases de la explosin se retornan a la atmsfera por medio de mangueras eliminndose as el problema de la burbuja. El dispositivo Flexotir consiste en explotar una pequea carga explosiva (50 grs.) dentro de una esfera metlica perforada y de dimensin tal que la burbuja que se produzca sea de un volumen sensiblemente mayor al de la esfera para que se descomponga en un gran nmero de burbujas pequeas cuyas oscilaciones al azar se cancelarn apreciablemente. La ubicacin de la carga en el centro de la esfera es conseguida colocndola en un manguito de plstico el cual es empujado a travs de una manguera por medio de agua salada. La fuente de energa denominada Vaporchoc utiliza como impulso el colapso de presin que se produce en el medio lquido al inyectarle un volumen de vapor recalentado que condense rpidamente en contacto con el mismo. Aqu no hay problema de burbujas pues se tiene una implosin. La ubicacin de las fuentes en general se realiza a una profundidad del orden de la flotacin neutra del cable marino (Streamer) y directamente por debajo de la popa o a los costados de la parte trasera de la embarcacin.

Fuente de Informacin: Apuntes de la Ctedra Apuntes varios

Cuestionario Bsico: - Tipos de Fuente de Energa. - Tipos de ondcula. - Parmetros para adecuar la energa en equipos vibradores. - En que consiste el proceso de Correlacin.

Fuente de Energia

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