METODOS ELECTROMAGNETICOS PARA LA EXPLORACION DE HIDROCARBUROS
OBJETIVO
Incrementar el conocimiento acerca de los métodos electromagnéticos, y de esta forma poder determinar si los mismos mi smos son útiles y convenientes para la exploración de hidrocarburos.
INTRODUCCION Los métodos geoeléctricos para la prospección electromagnética, electromagnética, calculan la resistividad eléctrica de los materiales del subsuelo, basados en la teoría electromagnética normada por las ecuaciones de Maxwell y están fundamentados en el fenómeno conocido como inducción. Los métodos electromagnéticos se pueden caracterizar por el tipo de fuente que utilizan: natural o artificial. También se pueden dividir por el tipo de operación, pueden ser en el dominio el dominio del tiempo del tiempo o en el dominio de las frecuencias. Los métodos electromagnéticos constituyen el grupo de mayor diversidad tanto en metodologías como en instrumental, resultando ser herramientas eficaces a la hora de abordar una gran variedad de problemas: estudio de aguas subterráneas, cartografía de la intrusión marina, detección de vertidos de contaminantes, localización de cavidades, etc.. Versatilidad y gran celeridad en la toma de datos (aspecto que posibilita el reconocer extensas áreas de terreno en un corto espacio de tiempo), son las dos principales virtudes de los métodos electromagnéticos en general. Además la no necesidad de contacto físico con el terreno (no precisan electrodos), permiten permiten incluso el realizar realizar estudios tanto en barco como en avión. Los métodos electromagnéticos se pueden clasificar básicamente en base a dos aspectos:
La naturaleza del campo electromagnético primario, distinguiendo entre los de campo natural o artificial (el hombre es quien lo genera). La distancia a la que se encuentre el receptor con respecto al origen del campo primario.
En este sentido tenemos los de campo próximo o campo lejano. Si bien existen diversos métodos electromagnéticos aplicables al problema de detección de filtraciones de agua en el subsuelo, son los de campo próximo y artificial los realmente importantes, dado que en éstos es el operador quien controla el transmisor (dispositivo encargado de generar el campo electromagnético primario), y por tanto el hecho de poder definir las características de la onda primaria, nos permitirá controlar un parámetro tan importante como es la profundidad de investigación.
MARCO TEORICO Los métodos electromagnéticos o métodos eléctricos en corriente alterna se basan en el estudio del subsuelo a través de los cambios en las propiedades eléctricas y magnéticas de los materiales que lo componen. Los métodos EM pueden ser de campo natural o artificial, pueden estudiar con detalle los primeros metros o alcanzar varios kilómetros de profundidad con menor resolución, pueden proporcionar información 1D, 2D o 3D del medio,…, son, por lo tanto, muy diversos y capaces de definir objetivos
muy diferentes. Los denominados electromagnéticos ligeros emplean aparatos relativamente sencillos que permiten realizar calicatas electromagnéticas de zonas grandes en relativamente poco tiempo. Proporcionan información en planta de conductividad eléctrica que permite definir cambios laterales de materiales hasta unas pocas decenas de metros de profundidad. Se aplican principalmente en arqueología y geotecnia. Los electromagnéticos profundos, bien sean en el dominio del tiempo o en el de frecuencias, emplean bucles o dipolos de gran tamaño junto con antenas receptoras de campo magnético. Su principal aplicación está dentro de la hidrogeología y la minería metálica aunque por su gran penetración puede utilizarse en cualquier estudio geológico profundo. Dentro de este grupo podemos destacar:
APLICACIÓN DE METODOS ELECTROMAGNETICOS Detección de Fallas Contactos y Buzamientos Conducciones de Agua o Electricidad Acuíferos Profundidad y Espesor de relleno Cuerpos Conductivos Intrusiones salinas en acuíferos Localización de restos arqueológicos
CLASIFICACION DE METODOS ELECTROMAGNETICOS MÉTODOS EN EL DOMINIO DE FRECUENCIAS (FDEM) Dentro del conjunto de técnicas electromagnéticas de campo próximo y artificial, está el FDEM , método electromagnético en el dominio de frecuencias en donde la profundidad de investigación es función de la frecuencia. El FDEM, al igual que el resto de los métodos electromagnéticos, tiene como objetivo medir la conductividad eléctrica del terreno. Dado que la conductividad se define como la inversa de la resistividad, la detección de posibles focos de filtración de agua se reducirá simplemente a la localización de zonas, en donde se observen incrementos anómalos en su valor. El método del sondeo transitorio (SEMT o TDEM por sus siglas en inglés) es una técnica de exploración geofísica usada para estimar la resistividad eléctrica del subsuelo, con aplicaciones en diversas áreas (geohidrología, minería, geotermia, etc.). En general, los SEMT son realizados con una unidad transmisora unida a un alambre (espira grande, bobina o bipolo eléctrico) y un sensor (bobina o dipolo eléctrico) que recibe y manda la señal a una unidad receptora. Al inyectar una corriente constante en el alambre transmisor se produce un campo magnético primario. Un corte rápido de esta corriente ocasiona la interrupción del campo magnético primario, lo que produce, para satisfacer la ley de Faraday, la inducción electromagnética de corrientes eléctricas en el subsuelo. Estas corrientes, que fluyen en trayectorias cerradas en el subsuelo, migran en profundidad y lateralmente, mientras que su intensidad disminuye conforme pasa el tiempo, lo que genera a su vez un campo magnético secundario transitorio. Este campo secundario induce un voltaje variable en tiempo en el receptor. La forma del decaimiento de este voltaje contiene información sobre la resistividad del subsuelo, puesto que la magnitud y distribución de las corrientes inducidas depende de la resistividad. El carácter migratorio en profundidad de las corrientes es usado como un control de la profundidad, es decir, los voltajes de tiempos cortos proveen información de la resistividad somera, mientras que los de tiempos largos la dan de la resistividad a mayor profundidad. El transmisor emite una corriente de forma senoidal, a una frecuencia determinada, que puede seleccionarse en función de la profundidad del estudio. Registra algún parámetro del campo secundario:
– Amplitud y fase del campo – Componentes en fase y cuadratura – Inclinación del campo magnético (“tilt”) Las ventajas que presenta el FDEM son:
Es un método que no requiere de contacto con el terreno. Esto le convierte en una técnica eficaz en terrenos muy resistivios, en los que ni el uso del método del potencial espontáneo ni el de resistividad eléctrica son factibles. Es un método de gran resolución horizontal, aspecto que le convierte en una técnica ideal para estudios a gran escala. Es un método no destructivo.
En cuanto a las limitaciones del método tenemos:
Baja resolución vertical. El FDEM es muy sensible a los ruidos generados por la presencia de campos electromagnéticos externos
Las ondas EM interactúan con las formaciones conductivas e inducen una onda de respuesta que se retro propaga hacia la superficie. Si bienla geometría de la señal y de la respuesta se presenta a veces como análoga a la de una reflexión sísmica, el efecto EM posee un origen físico diferente y un comportamiento diferente al de una sísmica reflejada. La señal EM variable en el tiempo induce un bucle de corriente parasita inducida dependen de la resistividad de la formación conductora y de la magnitud y la velocidad de cambio con el tiempo o la frecuencia de la señal de la fuente. A su vez, la corriente parasitaria induce un campo magnético que se propaga desde la formación. Los sensores colocados en la superficie miden este campo de respuesta.
MÉTODOS EN EL DOMINIO DE TIEMPOS (TDEM) El método del sondeo electromagnético transitorio (TDEM) es una técnica de exploración geofísica usada para estimar la resistividad o conductividad eléctrica del subsuelo. Los TDEM son realizados con una unidad trasmisora unida a un alambre (espira grande ó bobina) que recibe y manda la señal a una unidad receptora. Entonces al inyectar una corriente constante en el alambre transmisor se produce un campo magnético primario estable en el subsuelo.
Cuando se corta de forma instantánea la corriente que circula por la bobina transmisora (por tanto se corta a su vez el campo magnético existente) se produce por ley de Faraday, una inducción electromagnética de corrientes eléctricas (parásitas EMF) en el subsuelo
Estas corrientes, fluyen en trayectorias cerradas en el subsuelo y migran en profundidad y lateralmente, mientras que su intensidad disminuye conforme pasa el tiempo, lo que genera a su vez un campo magnético secundario transitorio decreciente en la superficie. Este campo secundario induce un voltaje variable en tiempo en el receptor. La forma en que decae el voltaje contiene la información sobre la resistividad del subsuelo, puesto que la magnitud y distribución de las corrientes inducidas dependen de la resistividad. Los voltajes de tiempos cortos proveen información de la resistividad somera, mientras que los tiempos largos pertenecen a resistividades de mayor profundidad.
V.L.F (VERY LOW FRECUENCY) La prospección en VLF es un caso particular de la prospección electromagnética. El método se basa en la medición de las distintas componentes del campo magnético a determinadas frecuencias (entre 15 y 30 Khz). Este campo magnético es generado por transmisores que generan ondas de muy baja frecuencia para comunicarse con submarinos militares. Las discontinuidades existentes en el subsuelo generan anomalías locales del campo magnético, las cuales son detectadas e interpretadas. Ello obedece a que estas estructuras geológicas, modifican la dirección e intensidad del campo magnético. Estas características brindan al método la capacidad de detectar discontinuidades, inclusive si estas se encuentran bajo otros cuerpos (Ej. algunos metros de sedimentos), lo que resulta de gran utilidad en áreas donde la fotointerpretación geológica no muestra aceptable resolución. Por ello, el método puede ser aplicado para la localización de discontinuidades en el subsuelo, agua subterránea, zonas mineralizadas, conductores eléctricos y cavidades. En la siguiente figura se muestra un ejemplo de fracturas y discontinuidades detectadas en Uruguay por medio de prospección VLF en la búsqueda de agua subterránea.
GEO RADAR El método geofísico del georadar GPR (“Ground Penetrating Radar”) estudia las reflexiones de las
señales electromagnéticas producidas por una antena emisora y recogidas por otra antena, en este caso receptora de la señal, ubicadas en un sistema móvil y ligero de uso muy sencillo.
Este método electromagnético emplea frecuencias altas (desde 20 MHz hasta 1GHz) lo que permite obtener muy alta resolución en el estudio siendo baja su profundidad de penetración (unos pocos metros). En los estudios GPR la antena se desliza por el suelo observándose a tiempo real la señal registrada (radargrama) en una pantalla donde las máximas amplitudes se corresponden con la señal reflejada en discontinuidades del terreno (cambios litológicos del terreno, presencia de huecos, servicios o galerías, restos arqueológicos, etc.). Esta técnica se emplea de manera muy habitual en la localización de servicios, oquedades o restos arqueológicos, auscultación de túneles,…
El principal problema del georadar es la profundidad de estudio ya que la alta frecuencia de la señal se atenúa muy rápidamente en el medio, en mayor medida cuanto más conductor sea éste (presencia de agua, materiales conductores,…). Debido a ello las antenas presentan amplios
rangos de penetración ya que ésta no solo depende de la frecuencia (cuanto mayor es la frecuencia más resolución obtendremos y menor penetración) sino también de las características del medio.
Las propiedades dieléctricas de mezclas de arena con agua y con contaminantes orgánicos se mantienen constantes en toda la frecuencia de trabajo del GPR. Adicionalmente, la permisividad real incrementa con el contenido volumétrico del fluido intersticial. Este incremento es mucho más importante en mezclas de arena con agua que en mezclas con aceite de parafina. La baja permisividad dieléctrica de los fluidos orgánicos respecto del agua explica este comportamiento. Mediante mediciones de k’ en función del contenido volumétrico de agua y aceite de parafina se pudo obtener curvas de calibración que permiten determinar la presencia de fluidos orgánicos en arena mediante mediciones dieléctricas. Para su utilización es necesario conocer con anterioridad el contenido volumétrico del fluido intersticial. Para un determinado contenido volumétrico, valores de k’ inferiores a los obtenidos en mezclas de arena y agua indican la presencia de contaminantes orgánicos. El GPR puede ser utilizado para detectar in situ la presencia de contaminantes orgánicos en el suelo cuando el contenido volumétrico del fluido orgánico resulte superior al 30 % aproximadamente del volumen de los poros. Debido a ello, la presencia de contaminantes orgánicos puede ser más
fácilmente identificado cuando el suelo se encuentra inicialmente seco, mientras que en zonas parcialmente saturadas su localización resulta más compleja. El trabajo muestra que las aplicaciones del geo-radar en medios contaminados resultan más apropiadas para monitorear el desplazamiento de contaminantes en el suelo (ej. Para monitorear el derrame de contaminantes y procesos de remediación o limpieza de suelos) que a la detección en si misma.
DETECCION DE HIDROCARBUROS A TRAVES DEL METODO CSEM (METODO ELECTROMAGNETICO CON FUENTE CONTROLADA) El Consejo Nacional del Petróleo, un organismo industrial que brinda asesoramiento al gobierno de EUA, estudio diversos avances relacionados con el método CSEM, clasificándolos como altamente significativos para las actividades de exploración. Con miras a asegurar los recursos energéticos del futuro, este grupo de especialistas identifico dos mejoras en las tecnologías CSEM que es preciso implementar en el corto plazo. El desarrollo de procesos rápidos de inversión y modelado 3D CSEM, podría reducir el número de falsos positivos o anomalías resistivas que actualmente pueden ser interpretadas erróneamente como una respuesta de petróleo comercial. Estas anomalías incluyen hidratos, cuerpos salinos y litologías volcánicas. El segundo objetivo a corto plazo es la integración de las mediciones CSEM con la información estructural obtenida de los levantamientos sísmicos para mejorar la resolución de los datos electromagnéticos. En un plazo más largo, los especialistas del consejo nacional del petrolero también consideraron altamente significativo el hecho de extender el alcance de los estudios CSEM al ámbito de aguas someras, tierra firme y formaciones más profundas. Las señales en aguas someras y tierra firme son mucho más ruidosas que en aguas profundas debido a la onda aérea. La intensidad de la señal ahora limita la profundidad de los levantamientos CSEM, pero el consejo nacional del petróleo observo que los desarrollos conducentes a la evaluación de formaciones más profundas permitirán
llevar la aplicación a nuevas cuencas. Las geometrías de adquisición alternativas podrían desempeñar un rol importante en los yacimientos ultra profundos.
INTRODUCCION NUEVO MÉTODO PARA REDUCIR UN RIESGO EN LA EXPLORACION 24/01/2013 13:32 ENERGY PRESS Bolivia - UPSTREAM Se llama Astrogon y es del tamaño de una caja de zapatos. Colocado en la cola de un avión pequeño de vuelo bajo y lento, se convierte en una poderosa herramienta para la búsqueda de hidrocarburos a través del análisis del dinamismo de la irradiación litosférica, gracias a que utiliza un sensor de bandas de frecuencia. Para entenderlo mejor, estamos hablando de un sensor que capta las ondas electromagnéticas emitidas por la frotación de los cristales de cuarzo, sometidos a grandes presiones debajo de la tierra, lo que significa la presencia de arenisca o arenas esponjosas, donde puede haber hidrocarburos. Esta tecnología, 10 veces más barata que la sísmica, ya se usa en distintas partes del mundo, como complemento a los proyectos exploratorios que utilizan métodos sísmicos. En Bolivia ya es posible aplicar esta tecnología gracias a la presencia de la compañía ucraniana Neftegaz Geología, a través de su representante Geological Electromagnetics Explorations (GEM), empresa con sede en Santa Cruz.
El presidente de GEM, Ricardo Morales Lavadenz, expuso de manera primicial a Energy Press el método que se ha denominado Análisis de Emisiones Electromagnéticas Espontáneas (AEEET). Por su similitud en el tratamiento de la información (la señal), se vislumbra como una herramienta fundamental para complementar y mejorar los resultados de visualización del núcleo de las estructuras geológicas en zonas de topografía y geología complicadas. Morales, ingeniero geólogo, junto al especialista geofísico Álex Arias, anunciaron que el primer desafío será realizar el análisis en un pozo ubicado en el Chaco boliviano, que anteriormente no arrojó buenos resultados con los métodos sísmicos tradicionales. ¿Qué es el AEEET? El método AEEET se basa en captar, desde el aire, señales emitidas por impulsos electromagnéticos originados por la habilidad de ciertos cristales como el cuarzo, de producir un potencial eléctrico bajo la aplicación de esfuerzos y deformaciones mecánicas a consecuencia del efecto piezoeléctrico. Ricardo Morales explicó que la emisión de estos impulsos electromagnéticos es constante y está basada en el principio fundamental de la geodinámica, la cual considera que el medio cristalino está constituido por una serie de partículas y/o granos de cuarzo, que forman gruesas capas de areniscas, como la Formación Huamampampa, para el mapeo y seguimiento e interpretación de los horizontes geológicos. Estas capas, al estar bajo permanente tensión, se encuentran en busca de un equilibrio isostático dando lugar a la constante emisión de impulsos electromagnéticos. Al registrar y procesar las señales de los impulsos, propias de estos eventos geológicos del subsuelo, pueden ser visualizados y deducidos. Adquisición de datos El proceso de la adquisición es relativamente sencillo y comparable con el método magneto telúrico, ya que ambos utilizan estaciones fijas, o de calibración, y estaciones móviles. Miden tanto las variaciones temporales como las variaciones espaciales. “El área de estudio se realiza considerando una malla de perfiles, o líneas de vuelo, con parámetros
nominales que pueden variar entre los 100 y los 1.000 metros, con una distancia media de 500 metros, dependiendo de las tareas de prospección y el grado de detalle necesaria para cumplir con los objetivos geológicos exigidos”, indica Ricardo Morales, al detallar que el equipo se usa con un
módulo de GPS para asegurar la ubicación exacta en superficie. La ventaja del sistema aéreo es que no depende de las condiciones topográficas y además permite adquirir los datos en menor tiempo con un promedio de 1.000 kilómetros lineales por día. Al ser un método pasivo no necesita fuentes de energía, lo cual elimina el uso de explosivos reduciendo enormemente, no sólo los costos en la adquisición de los datos, sino también no daña el medioambiente local. Tampoco es necesario el corte de sendas, manteniendo inalterable la flora y fauna del medioambiente local.
DATOS Interpretación Las señales registradas son típicamente pequeñas comparadas con el ruido electromagnético del ambiente y son difíciles de identificar en registros sin procesar. El procesamiento de los datos se realiza de manera similar al procesamiento sísmico, mediante un flujo de pasos que incluyen descomposición y transformadas de Fourier, análisis espaciales, análisis correlativos y espectrales de las amplitudes de la señal. El resultado del procesamiento de los datos nos brinda la posibilidad de obtener secciones electromagnéticas similares a cortes sísmicos/geológicos donde se visualiza las posibles estructuras con un mejoramiento significativo del método AEEET. Si bien este método no ha sido utilizado en Bolivia, los resultados obtenidos en otras partes del mundo (Medio Oriente, Rusia, Sudáfrica, Perú y Mar Negro) fueron eficazmente aplicados. Pensamos que a futuro AEEET será una piedra fundamental de complementación más eficaz en los trabajos de exploración, por razones elementales citadas a continuación: Procesamiento de resultados de la señal permite imágenes en 3D. Eliminación de trámites burocráticos ambientales. Toma de datos con una ventaja en costos y tiempos no comparables con otros trabajos de exploración. Sistema aéreo de toma de datos por el método pasivo AEEET resaltando su limpieza ecológica. Fuente: Geological Electromagnetics Explorations (GEM) CONCLUSIONES
En muchos países del mundo ya se han aplicado métodos electromagnéticos para la exploración de hidrocarburos con excelentes resultados. Generalmente estos métodos se combinan con otros métodos aplicados a ciertos terrenos, debido a su bajo costo y no daño ambiental. En nuestro país, ya se tiene la posibilidad de aplicar este tipo de métodos, esto nos ayudara a tener un mejor estudio de áreas del Chaco boliviano y así poder determinar la existencia o no de hidrocarburos.
BIBLIOGRAFÍA
“Introducen nuevo método para reducir riesgos en la exploración” artículo publicado el
24 de enero del 2013 en HidrocarburosBolivia.com Primera Edición del Pozo Ilustrado en CD-ROM , Caracas 1998. Cáp. 2 Métodos de Exploración. Autor: Efraín E. Baberii. McNeill, J.D.: 1980, Applications of transient Electromagnetic Techniques., nota tecnica TN-7 Flores Luna, C.: La exactitud del problema directo de sondeos electromagnéticos transitorios, Departamento de Geofísica aplicada, CICESE, Tijuana México
