Determinación del campo de esfuerzos mediante el análisis de ruido ambiental en un campo productor de crudo

Abstract

En la presente investigación se infieren las propiedades elásticas del suelo y el esfuerzo principal local en la zona adyacente a un pozo petrolero que se encontraba en producción al momento del monitoreo. La tarea principal del estudio consistió en procesar e interpretar datos de ruido ambiental sísmico, en el dominio de la frecuencia, por medio de las herramientas empíricas llamadas razón espectral de Nakamura y razón horizontal. Estos datos fueron adquiridos usando acelerómetros tri-axiales en un arreglo 2D localizado en la cuenca Colombiana de los Llanos Orientales, cerca al piedemonte de la cordillera de los Andes, área reconocida por su potencial petrolero. La adquisición de los datos fue realizada durante una campaña de fracturamiento, con una duración de tres horas de registros: antes, durante y después del procedimiento de fracturamiento. Acorde con esto, el análisis de los datos fue segmentado en estos tres momentos del procedimiento, buscando diferencias o cambios en la dinámica del suelo. Calculando la razón espectral de Nakamura fue posible obtener la función de transferencia empírica para de esta manera establecer los efectos de sitio asociados a la influencia de ondas superficiales sobre las ondas de cuerpo en el área donde cada estación fue emplazada. De la misma manera, la razón horizontal fue calculada y se pudo establecer como estas dos razones se relacionan entre sí, expresado esto en términos del amortiguamiento y del campo de esfuerzos que subyace bajo la superficie. El resultado de la razón espectral de Nakamura fue utilizado para realizar la inversión del problema sísmico en cuestión, por medio de la implementación de un algoritmo genético que busca encontrar la función de transferencia teórica que mejor describa la respuesta del suelo. Este algoritmo genético fue la herramienta utilizada para inferir los parámetros elásticos del perfil del subsuelo, utilizando un modelo de velocidades y densidades preliminar, permaneciendo los valores de amortiguamiento y espesor de las capas como parámetros variables. Gracias a las técnicas descritas anteriormente fue propuesto un esfuerzo principal general con orientación NW-SE y se construyó un modelo de tres capas del subsuelo, donde la tercera capa se extiende hasta el infinito, mostrando la distribución en los valores del amortiguamiento a lo largo de la línea de estudio. De acuerdo con los resultados y tomando en cuenta la información geológica existente, la confirmación de una zona de falla fue propuesta.

Abstract. Elastic properties of the soil and its principal local stress were inferred in the adjacent zone of a wellbore, which had oil production at the data collection time. The main task of this study was to process and to interpret seismic ambient noise, in the frequency domain, by means the empirical tools called Nakamura’s spectral ratio and a the horizontal ratio. These data were acquired using tri-axial accelerators in a 2D arrange in the Colombian Eastern Llanos Basin, recognized as an important source of oil and gas and located in the foothills at the east of the Colombian Andes. The acquisition of the data had been done during a fracking campaign, it contains three hours of records: before, during and after the injection procedure. According to this, the analysis of the data had been split in those three moments of the procedure, looking for differences or changes in the dynamic of the soil. Calculating the Nakamura spectral ratio was possible to get the empirical transfer function in order to determine the site effects associated with the influence of superficial waves over the body waves in the area where each station was deployed. In the same way the horizontal ratio was calculated and it was established a relationship between these two ratios, expressed in terms of dumping and the stress field beneath the surface. The output of the Nakamura spectral ratio had been brought into play in order to make an inversion of the involved seismic problem by the implementation of a Genetic Algorithm, looking forward to finding a theoretical transfer function which describes the soil response. The Genetic Algorithm is the tool used to infer the elastic parameters of the ground profile, using a preliminary velocity and density models, and remaining as variable parameters the values of damping and thickness of the layers. Thanks to the techniques called above it was proposed a NW-SE oriented general principal stress and also it was constructed a three-layer model of the soil, where the third one is extended to the infinite, showing the distribution in the damp values along the surveying line. According to the results and taking into account the geological information, a confirmation of a faulting zone was proposed.