Dispositivo de emisión de ondas en una formación subterránea, que comprende al menos un vibrador que comprende dos pabellones (2, 3) y posicionado en un pozo o cavidad (w), al menos un elemento motor (1) adaptado para generar vibraciones y para comunicarlas a dichos pabellones y un generador (6) para aplicar señales de control periódicas al elemento motor, y al menos un material sólido (7, 10) caracterizado por que el vibrador está sumergido en dicho material sólido (7, 10) que asegura su acoplamiento con la formación subterránea, estando este material en contacto con los dos pabellones (2, 3) en una parte al menos de cada una de sus respectivas caras.

Dispositivo de emisión sísmica en una formación subterránea y método para su implementación La presente invención se refiere a un dispositivo de emisión sísmica en una formación subterránea y a un método para su implementación.

Dicho dispositivo de emisión puede aplicarse particularmente en el marco de operaciones sísmicas en las que se forman imágenes sísmicas de una formación subterránea a explorar a partir de ondas elásticas captadas por receptores sísmicos apropiados, siendo estas ondas reenviadas por las discontinuidades del subsuelo en respuesta a ondas emitidas por una fuente tal como un vibrador electromecánico.

El sistema de acuerdo con la invención es, más particularmente, útil en el marco de operaciones de vigilancia a largo plazo de un yacimiento subterráneo en curso de explotación, (un depósito de almacenamiento de fluidos por ejemplo o un yacimiento petrolífero) llamados de sísmica repetitiva, en las que se comparan imágenes sísmicas del subsuelo obtenidas a intervalos regulares para detectar las modificaciones que hayan podido producirse en él debidas a la explotación. Se trata de operaciones de larga duración, ya que las variaciones a observar son relativamente lentas.

Estado de la técnica El reconocimiento sísmico de un yacimiento subterráneo se realiza de forma general acoplando con el subsuelo fuentes sísmicas y receptores, según diferentes combinaciones en las que las fuentes y/o los receptores se disponen en la superficie o en sus proximidades o en uno o más pozos a través de la formación explorada. Se realizan series de ciclos de emisión-recepción sísmica cambiando cada vez el emplazamiento de la fuente sísmica con respecto al eje del pozo en el que se instalan el conjunto de receptores, según una técnica llamada "walk-away" (de desplazamiento lineal) , y registrando las llegadas a los receptores R1 a Rn en función del tiempo de propagación t.

Las fuentes sísmicas utilizadas son generalmente vibradores electromecánicos: electrohidráulicos, piezoeléctricos, etc. Vibradores de tipo piezoeléctrico se describen, por ejemplo, en la patente US 5 360 951.

La vigilancia de la evolución de los yacimientos requiere generalmente operaciones sísmicas de vigilancia espaciadas en el tiempo. En la práctica, es preciso reinstalar el equipo sísmico de superficie con cada nueva sesión de registro sísmico y, preferiblemente, reproducir las condiciones de emisión de las operaciones sísmicas anteriores.

Un método conocido de vigilancia de un yacimiento de hidrocarburos o de un depósito subterráneo de fluido comprende la utilización de un sistema de vigilancia que comprende antenas de recepción formadas mediante interconexión de receptores sísmicos, instalados de forma fija respectivamente en agujeros de poca profundidad, con medios de conexión a los que pueden conectarse cables de conexión a un laboratorio sísmico, y un camión vibrador que se desplaza sobre el terreno.

La utilización de una fuente móvil tal como un vibrador presenta inconvenientes, sobre todo en el marco de una vigilancia periódica de un depósito de almacenamiento subterráneo. Con una fuente desplazable, no se puede asegurar una reproductibilidad suficiente en el tiempo y en el espacio de las ondas sísmicas emitidas. Es muy difícil posicionar la fuente exactamente en los mismos lugares que los que ocupaba durante los ciclos anteriores de emisión-recepción anteriores y, en la hipótesis en la que este lugar fuera exactamente el mismo, conseguir que su coeficiente de acoplamiento con el suelo sea allí completamente el mismo.

A través de la patente EPO 748 457, se conoce también un método y un dispositivo de vigilancia sísmica permanente de una formación subterránea. En el marco de operaciones de vigilancia regular a largo plazo de una zona subterránea, se instala un dispositivo de emisión-recepción sísmica con puesto fijo en el sitio de explotación, para encontrar, de una vez a otra, condiciones operatorias estables: emplazamientos idénticos de emisiónrecepción, calidad de acoplamiento idéntica con el terreno etc. El dispositivo comprende una pluralidad de fuentes sísmicas (por ejemplo, vibradores electromecánicos) con emplazamientos fijos en superficie o bien enterrados a poca profundidad, que se alimentan y se activan mediante una estación central de control y de registro. Las fuentes sísmicas y la red de conexión pueden estar enterradas o bien también instaladas de forma permanente en superficie, y asociada a al menos un conjunto de receptores que está acoplado de forma permanente al suelo en superficie o bien con la pared de al menos un pozo que atraviesa la zona subterránea. Gracias a este conjunto de fuentes con puesto fijo cuyo acoplamiento con el terreno circundante sigue siendo estable, y a esta red de alimentación al menos en parte enterrada cuya zona de influencia en superficie es reducida, pueden realizarse toda una serie de operaciones sísmicas de vigilancia en condiciones operatorias estables, sin riesgo de incompatibilidad con las actividades de los trabajos de explotación.

A través de la patente EP 07 48 457, se conoce otro dispositivo de vigilancia sísmica permanente de una formación subterránea por medio de uno o más conjuntos de emisión-recepción sísmica que comprenden, cada uno, una fuente tal como un vibrador y una antena receptora formada por una pluralidad de receptores de ondas elásticas tales como geófonos y/o hidrófonos introducidos en un pozo y acoplados con la formación. La fuente sísmica puede disponerse en la superficie sobre un bloque de hormigón unido al suelo. Preferiblemente, se la fija a una losa en una cavidad vecina a los pozos o formada mediante ensanchamiento de la sección del pozo en su parte superior para reducir las perturbaciones debidas a las variaciones hidrométricas del suelo. Los receptores y la fuente están unidos a una estación externa de control y de adquisición de señales. Las operaciones de colocación de estos conjuntos son relativamente sencillas y la zona de influencia en el suelo de los diferentes pozos es reducida, lo que facilita su integración en los trabajos de explotación de los yacimientos.

Gracias a este conjunto de fuentes con puesto fijo fácilmente integrables en los trabajos de explotación de yacimientos o de almacenamiento de fluidos y cuya calidad de acoplamiento con el terreno circundante es conocida y estable, pueden realizarse toda una serie de operaciones sísmicas de vigilancia en condiciones operatorias similares. Los juegos de líneas sísmicas pueden compararse de forma útil y sus diferencias son muy significativas de los cambios producidos en las formaciones. La patente WO 02/50572 desvela un dispositivo de emisión de ondas de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Los vibradores mencionados anteriormente están acoplados con el terreno mediante una superficie limitada, lo que presenta notables inconvenientes. El diagrama de radiación favorece, en efecto, la formación de ondas de superficie y de tipo S que se propagan en horizontal, que perturban los registros y complican su tratamiento. Además, su rendimiento en ondas de compresión es relativamente reducido y, como su profundidad de enterramiento es relativamente reducida, con éstas no es posible librarse completamente de las variaciones de las características petroelásticas de la zona alterada debidas a las condiciones meteorológicas.

Dispositivo y método de acuerdo con la invención

El dispositivo de acuerdo con la invención, de acuerdo con la reivindicación 1, está adaptado para emitir ondas en una formación subterránea.

Cada vibrador puede comprender barras de anclaje asociadas a al menos uno de los pabellones para incrementar el acoplamiento del vibrador con la masa de material de acoplamiento.

De acuerdo con una realización, cada pabellón comprende al menos dos placas dispuestas una a distancia de la otra y unidas por las barras de anclaje.

Preferiblemente, la superficie externa de cada placa y la de las barras de anclaje están provistas de desigualdades de relieve (superficie acanalada) para incrementar la superficie de acoplamiento del dispositivo con el material de acoplamiento.

Los pabellones pueden estar perforados para facilitar la penetración del material de acoplamiento en el espacio comprendido entre los pabellones.

Puede utilizarse, por ejemplo, un solo material de revestimiento que está distribuido para asegurar el acoplamiento con la formación, al menos a nivel de los extremos opuestos del vibrador.... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de emisión de ondas en una formación subterránea, que comprende al menos un vibrador que comprende dos pabellones (2, 3) y posicionado en un pozo o cavidad (w) , al menos un elemento motor (1) adaptado para generar vibraciones y para comunicarlas a dichos pabellones y un generador (6) para aplicar señales de control periódicas al elemento motor, y al menos un material sólido (7, 10) caracterizado por que el vibrador está sumergido en dicho material sólido (7, 10) que asegura su acoplamiento con la formación subterránea, estando este material en contacto con los dos pabellones (2, 3) en una parte al menos de cada una de sus respectivas caras.

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que comprende barras de anclaje (9) asociadas a al menos un pabellón (2, 3) , para incrementar el acoplamiento del vibrador con la masa (7, 10) de material de acoplamiento.

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que cada pabellón comprende al menos dos placas (2a, 2b) dispuestas a distancia entre sí y conectadas por barras de anclaje (9) .

4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 2 ó 3, caracterizado por que la superficie externa de cada pabellón está provista de desigualdades de relieve tales como acanaladuras para incrementar la superficie de acoplamiento del dispositivo con el material de acoplamiento (7, 10) .

5. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado por que las barras de anclaje están provistas de desigualdades de relieve para incrementar la superficie de acoplamiento del dispositivo con el material de acoplamiento (7, 10) .

6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que los pabellones (2, 3) están perforados para facilitar la penetración del material de acoplamiento en el espacio comprendido entre las dos placas terminales (2, 3) .

7. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende un solo material sólido de acoplamiento que se distribuye para asegurar el acoplamiento del vibrador con la formación, al menos a nivel de sus extremos opuestos.

8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por que comprende al menos dos materiales de acoplamiento, un premier material (7a, 7b) distribuido según dos masas distintas para asegurar el acoplamiento del vibrador con la formación, a nivel de sus extremos opuestos, estando un segundo material (10) intercalado entre las dos masas.

9. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende varios vibradores (V1, ... Vn) conectados a un generador de señales (6) , estando estos vibradores dispuestos a intervalos unos de otros a lo largo de un pozo (W) y todos sumergidos en al menos un material de acoplamiento (7, 10) .

10. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado por que comprende una caja de control (14) intercalada entre los vibradores (V1, ... Vn) y el generador de señales (6) que permite activarlos sucesivamente.

11. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 9 ó 10, caracterizado por que comprende un receptor sísmico (R) acoplado con las formaciones que rodean al pozo a una profundidad determinada y conectado con un conjunto de adquisición y de tratamiento (15) , adaptado para controlar de forma secuencial los vibradores para obtener una emisión orientada principalmente de acuerdo con un diagrama definido.

12. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 9 ó 10, caracterizado por que comprende receptores sísmicos (G1) asociados a los diferentes vibradores (V1) y conectados a un conjunto de adquisición y de tratamiento (15) adaptado para determinar los tiempos de desplazamiento de las ondas entre los emplazamientos de los diferentes vibradores y para controlarlos de forma secuencial para obtener una emisión orientada principalmente de acuerdo con un diagrama definido.

13. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 2 y 12, caracterizado por que los receptores (G1) están fijados a soportes (16) unidos a barras de anclaje (9) .

14. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que cada vibrador comprende un pilar (1) de elementos sensibles envuelto en una funda de protección (4) estando dicho material de acoplamiento en contacto con la funda de protección (4) y con los dos pabellones (2, 3) en una parte al menos de cada una de sus caras respectivas.

15. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado por que el espacio entre la funda y el pilar de elementos sensibles se llena con un líquido tal como aceite.

16. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado por que el pilar (1) está constituido por elementos sensibles piezoeléctricos o magnetorrestrictivos.

17. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que cada elemento motor es de tipo electromecánico, electromagnético o hidráulico.

18. Método para generar, en una formación subterránea, señales vibratorias de acuerdo con un diagrama de emisión orientado, caracterizado por que comprende:

- la instalación en un mismo pozo (W) de varios vibradores (V1, ..., Vn) que comprenden cada uno dos pabellones (2, 3) , al menos un elemento motor (1) adaptado para generar vibraciones y para comunicarlas a dichos pabellones y un generador (6) para aplicar señales de control periódicas al elemento motor, estando cada vibrador posicionado en un pozo o cavidad (W) y sumergido en al menos un material sólido (7, 10) que asegura su acoplamiento con la formación subterránea, estando este material en contacto con los dos pabellones (2, 3) en una parte al menos de cada una de sus caras respectivas; y

- el control secuencial de los diferentes vibradores (V1, ..., Vn) , por medio de un caja de control (10) con desfases entre los momentos respectivos de activación que dependen de los intervalos entre los emplazamientos de los vibradores y de la velocidad de propagación de las ondas en las formaciones que rodean al pozo, para obtener una emisión directiva.

19. Método de acuerdo con la reivindicación 18, caracterizado por que el control secuencial de los vibradores comprende la aplicación a los vibradores de señales de control de frecuencia fija f cuya fase <i se relaciona con dicha frecuencia f y con dicho desfase temporal mediante la relación <i = 21.f.ti.

20. Método de acuerdo con la reivindicación 18, caracterizado por que el control secuencial de los vibradores comprende la aplicación a los diferentes vibradores de señales de control de frecuencias fijas distintas entre sí, para permitir su separación.

21. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 18 a 20, caracterizado por que comprende el acoplamiento con la formación que rodea al pozo de un receptor sísmico (R) y la determinación de antemano de los tiempos de desplazamiento de las ondas respectivamente entre cada vibrador y dicho receptor (R) .

22. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 18 a 20, caracterizado por que comprende la adición a los vibradores, de receptores (R, G1) conectados a un conjunto (15) de adquisición y de tratamiento de señales y la activación secuencial de los diferentes vibradores con desfases entre los momentos respectivos de activación calculados por dicho conjunto (15) , calculando el desfase entre las señales producidas por los diferentes receptores.