Verano de 2006

Oilfield Review

Tecnologías de campos petroleros en el espacio

Avances en el uso de ondas sonoras

Acústica de pozo

Visualización de núcleos de alta resolución

06_OR_002_S

deporte de ese sector, y, para mí, utilizó la sección de comidas consu maravilloso colorido. Cuando observé el archivo de datos—unarchivo de 1 GB parecía enorme en ese entonces—su precavidaelección me permitió disfrutar de una enorme fotografía de unmelón cantalupo antes de abordar los datos. Hoy en día, quedamosimpávidos ante archivos de formas de ondas de 6 GB.

Cuando nos recuperamos de la conmoción inicial que nos pro-dujo manipular formas de ondas en tres dimensiones—azimut delpozo, eje del pozo y tiempo—y una larga señal de barrido de fre-cuencia dipolar, iniciamos nuestro propio viaje de aprendizaje enrelación con esta herramienta. El viaje tuvo sus altos (como cuandodescubrimos un error de polaridad durante la adquisición, ofreci-mos una solución y Vivian de inmediato estuvo de acuerdo enimplementarla) y bajos (como cuando avanzamos con esfuerzo através de cientos de palabras nemotécnicas misteriosas). Vivianredactó una creciente lista de sugerencias, muchas de las cualesimplementó Schlumberger. A lo largo de todo este tiempo, el equipode desarrollo respondió con constancia y paciencia nuestras mul-titudinarias preguntas. Además de Vivian y David, recurrimos aTakeshi Endo con preguntas. John Walsh, Tom Plona y Jeff Alfordtambién nos ayudaron. En total, la herramienta fue sometida apor lo menos ocho pruebas de campo en los pozos de Chevron, delas cuales la más extensiva tuvo lugar en un pozo del Golfo deMéxico, con el fuerte soporte de Larry O’Mahoney de Chevron.

Ahora que la tecnología MSIP se ha convertido en la herramientaSonic Scanner, estamos ingresando en otro mundo nuevo de laacústica de pozo. Esta herramienta permite explorar la formaciónalrededor del pozo utilizando nuevas alternativas, lo que recon-duce a tomar mejores decisiones de perforación y terminación de pozos, así como también efectuar predicciones petrofísicas.Surgirán otras aplicaciones nuevas. Los historia demuestra quelas tecnologías de ondas sonoras avanzaron más rápido cuandotanto Schlumberger como los clientes, tuvieron acceso a las formas de ondas sin procesar. Debemos recordar esta lección histórica de colaboración e intercambio de datos crudos; de locontrario, nos expondremos al estancamiento.

Gopa S. DeChevron Energy Technology CompanySan Ramón, California

Gopa S. De se desempeña como consultora en investigación, en ChevronEnergy Technology Company en San Ramón, California, EUA. Ella comenzó sucarrera en Chevron Oil Field Research Company en 1982. Sus principales inte-reses relativos a la investigación incluyen la adquisición de registros sónicos y la física de rocas. Posee un doctorado en física de la materia condensada de la Universidad de California, San Diego. Gopa es miembro de la SociedadFísica Americana, la Sociedad de Geofísicos de Exploración (SEG), el Comitéde Investigación de la SEG y la Junta de Revisión de Evaluación e Ingenieríade Yacimientos de la SPE (SPEREE). Gopa grabó su firma al pie de este artículo en caracteres romanos y bengalíes.

Decir que Chevron participó con Schlumberger en el desarrollo dela herramienta de adquisición de registros sónicos sería subestimarla realidad. A través de los años, reconocí que el desarrollo de he-rramientas, como la mayoría de las ciencias, requiere un ambientede colaboración y que el éxito depende en forma crucial de lasrelaciones humanas, como las que forjamos con la gente del segmento de Investigación y Desarrollo (R&D) de Schlumberger.Hace un par de décadas, como empleada relativamente nueva deChevron, pude experimentar por primera vez el ambiente de cola-boración con un prototipo técnico de la herramienta Array-Sonic*.Ésta era la primera experiencia de Chevron con una herramientaque incluye un conjunto de sensores y parecía que estábamosingresando a un nuevo mundo de acústica de pozo.

Algunos años más tarde, organizamos una prueba de las herra-mientas sónicas dipolares en el Valle de Sacramento, California,EUA. Steve Chang, que en ese entonces se desempeñaba en el Centro de Investigaciones Doll de Schlumberger, trajo un proto-tipo experimental del generador de Imágenes Sónico Dipolar DSI*y Mobil aportó sus herramientas sónicas patentadas que abrieronnuevos horizontes. Esas pruebas nos permitieron desarrollarnuestros propios conocimientos técnicos en la empresa. Por ejem-plo, demostramos al equipo de desarrollo de la herramienta DSIoriginal que las formas de onda contenían gran dispersión, justifi-cando así la operación de filtrado con frecuencias de tan sólo 1.5kHz, aunque en esa época aún no pudiéramos explicar la causa dela dispersión.

Nuestra intervención en el proyecto MSIP (Plataforma de Generación de Imágenes Sónicas Modulares)—el nombre técnicode la plataforma de barrido acústico Sonic Scanner*—comenzó enel año 2001, cuando Schlumberger Kabushiki Kaisha (SKK) solicitóla ejecución de una prueba de campo de un prototipo experimentalen las formaciones de diatomita del Valle de San Joaquín, en California. La diatomita plantea desafíos para las ondas sonoras,como se ilustra en el artículo “Imágenes de la pared del pozo y susinmediaciones,” página 16. Hitoshi Tashiro, el gerente del pro-yecto MSIP en ese momento, nos visitó desde SKK y con valentíamostró resultados que eran peores que los de la herramienta DSImás antigua. Esto no es llamativo cuando se trata de una herra-mienta prototipo experimental y Hitoshi manifestó, “tenemos muchotrabajo por hacer.” Luego se realizaron tres pruebas más de proto-tipos experimentales con el soporte incesante de los sectores ope-rativos dirigidos por Dale Julander de Chevron. Durante la visitasiguiente, Vivian Pistre, la nueva gerente del proyecto, demostróresultados verdaderamente impresionantes con el prototipo. En Chevron, intuimos el potencial y la complejidad de la nuevaherramienta. Solicitamos una guía para clientes escrita, que DavidSheibner redactó y nos permitió revisar en diversas etapas. Espe-ramos la transición de esta herramienta al estado de prototipo téc-nico, de manera de poder contar con las formas de ondas acústicaspara comprender y utilizar esta tecnología en Chevron.

La primera vez que obtuvimos estas formas de ondas en el año2004 resultó interesante. David supervisó la operación de campo en California y utilizó el periódico The Sunday Los Angeles Timescomo material de relleno para proteger los DVD de datos durante el transporte. Para el embalaje con destino a SKK, envolvió un DVDen la sección deportiva, presumiblemente para los amantes del

Desde la investigación hasta la comercialización de una herramienta: La perspectiva de un cliente

1

* Marca de Schlumberger.

Schlumberger

Oilfield Review4 Una observación más detallada

de la geometría de los poros

Los geocientíficos están aplicando la misma tecnología deavanzada que utilizan los médicos para generar imágenes de lasestructuras internas de la roca y de las muestras de núcleos conun nivel de resolución alto. La tomografía computada que utilizarayos X provee una alternativa digital con respecto al análisis denúcleos convencional. Con la ayuda de la tecnología de visuali-zación innovadora, se pueden virtualmente cortar, manipular yvisualizar volúmenes de núcleos digitales desde cualquierángulo, revelando información sumamente detallada sobre laporosidad, la permeabilidad y la composición de las rocas.

16 Imágenes de la pared del pozo y sus inmediaciones

Los avances registrados en el diseño de las herramientas y la calidad de los datos están mejorando nuestra capacidadpara caracterizar las propiedades mecánicas y de los fluidosalrededor del pozo y dentro de la formación. Este artículo destaca las aplicaciones de la adquisición de registros sónicos,incluyendo las mediciones obtenidas en formaciones ultra lentas, la producción de perfiles radiales para identificar daño en la región vecina al pozo, el análisis de anisotropíapara el diseño de operaciones de terminación de pozos, la estimación mejorada de la permeabilidad y la generación de imágenes de alta resolución de la zona lejana al pozo.

Editor ejecutivo y editor de producciónMark A. Andersen

Editor consultorLisa Stewart

Editores seniorMark E. TeelMatt Garber

EditoresDon WilliamsonRoopa GirMatt Varhaug

ColaboradoresRana RottenbergJoan Mead

Diseño y producciónHerring DesignSteve Freeman

IlustracionesTom McNeffMike MessingerGeorge Stewart

ImpresiónWetmore Printing CompanyCurtis Weeks

Traducción y producciónLynx Consulting, Inc.

E-mail: mail@linced.com;http://www.linced.com

TraducciónAdriana RealEdiciónAntonio Jorge TorreSubediciónNora RosatoDiagramaciónDiego Sánchez

2

Dirigir la correspondencia editorial a:Oilfield Review1325 S. Dairy Ashford Houston, Texas 77077 EUA(1) 281-285-7847Facsímile: (1) 281-285-1537E-mail: editorOilfieldReview@slb.com

Dirigir las consultas de distribución a:Carlos CaladTeléfono: (55) 21 3824 7461 (Patricia)Directo: (55) 21 3824 7463Facsímile: (55) 21 2112 4601E-mail: calad1@slb.com

Sussumu NakamuraTeléfono: (55) 21 3824 7461 (Patricia)Directo: (55) 21 3824 7460Facsímile: (55) 21 2112 4601E-mail: snakamura@slb.com

Enlaces de interés:

Schlumbergerwww.slb.com

Archivo del Oilfield Reviewwww.slb.com/oilfieldreview

Glosario del Oilfield Reviewwww.glossary.oilfield.slb.com

Verano de 2006Volumen 18

Número 1

66 Colaboradores

68 Próximamente en Oilfield Review

3

36 Acústica de pozo

Este artículo describe las ondas acústicas simples y complejaspresentes en el pozo. Examinamos la propagación de las ondascompresionales, de corte, de Stoneley y flexurales en formacionesisotrópicas, anisotrópicas y heterogéneas, provenientes de fuentesmonopolares y dipolares.

46 Del interior de la Tierra al espacio

Los detectores sensibles para campos petroleros están ayudan-do a los científicos a investigar la naturaleza fundamental y elorigen de los objetos existentes en el espacio. En 1996, la misiónEncuentro con un Asteroide Cercano a la Tierra, o NEAR por sussiglas en inglés, provista de sensores para campos petroleros,partió de la Tierra con destino al asteroide 433 Eros, situado aunos 160 millones de millas de distancia. En este artículo, anali-zamos la misión NEAR, junto con otros ejemplos que muestrancómo las tecnologías de campos petroleros están siendo utili-zadas en la búsqueda del conocimiento y la comprensión delespacio.

Syed A. AliChevron Energy Technology Co.Houston, Texas, EUA

Abdulla I. Al-KubaisySaudi AramcoRas Tanura, Arabia Saudita

Roland HampWoodside Energy, Ltd.Perth, Australia

George KingBPHouston, Texas

Eteng A. SalamPERTAMINAYakarta, Indonesia

Y.B. SinhaConsultor independienteNueva Delhi, India

Richard WoodhouseConsultor independienteSurrey, Inglaterra

Consejo editorial

En la portada:

La nave espacial Cassini se aproximaa Saturno luego de una travesía de6.5 años a través del sistema solar.Algunos de los instrumentos queporta consigo se basan en tecnologíasde campos petroleros y están diseña-dos para ayudar a los científicos arealizar estudios de primer plano deSaturno, sus anillos, lunas y ambientemagnético.

Oilfield Review es una publicación tri-mestral de Schlumberger destinada a losprofesionales de la industria petrolera,cuyo objetivo consiste en brindar infor-mación acerca de los adelantos técnicosrelacionados con la búsqueda y produc-ción de hidrocarburos. Oilfield Review sedistribuye entre los empleados y clientesde Schlumberger y se imprime en losEstados Unidos de Norteamérica.

Cuando se menciona sólo el lugar deresidencia de un colaborador, significaque forma parte del personal deSchlumberger.

© 2006 Schlumberger. Todos los dere-chos reservados. Ninguna parte de estapublicación puede ser reproducida, archi-vada o transmitida en forma o medioalguno, ya sea electrónico o mecánico,fotocopiado o grabado, sin la debidaautorización escrita de Schlumberger.

4 Oilfield Review

Una observación más detallada de la geometría de los poros

Andreas KayserCambridge, Inglaterra

Mark KnackstedtUniversidad Nacional de AustraliaCanberra, Australia

Murtaza ZiauddinSugar Land, Texas, EUA

Por su colaboración en la preparación de este artículo, seagradece a Veronique Barlet-Gouédard, Gabriel Marquette,Olivier Porcherie y Gaetan Rimmelé, Clamart, Francia; BrunoGoffé, École Nórmale Supérieure, París; y Rachel Wood,Universidad de Edimburgo, Escocia.Inside Reality e iCenter son marcas de Schlumberger.

La tecnología de tomografía computada que utiliza rayos X ha constituido un avance

en el campo de la medicina durante más de 30 años. También fue una herramienta

valiosa para los geocientíficos durante un período similar. Las mejoras introducidas

en esta tecnología están ayudando a los geocientíficos a revelar los detalles de la

estructura interna de los poros de la roca yacimiento y a comprender mejor las

condiciones que afectan la producción.

La información obtenida a través del análisis denúcleos (testigos corona) resulta de incalculablevalor para la predicción de la productividad deuna zona prospectiva. Si bien existen otrosmétodos que permiten a los petrofísicos estimarla granulometría, el volumen aparente, la satura-ción, la porosidad y la permeabilidad de lasformaciones, las muestras de núcleos a menudosirven como referencia para calibrar otros méto-dos. No obstante, a pesar de los varios cientos demiles de pies de núcleos completos o en placasque residen en las bibliotecas de todo el mundo,de la mayor parte de los pozos no se han extraídonúcleos.

La abundancia de información que seobtiene a partir de los núcleos tiene su precio.La extracción de núcleos a menudo incrementael tiempo de equipo de perforación, reduce lasvelocidades de penetración y aumenta el riesgode atascamiento del conjunto de fondo de pozo.En ciertas situaciones, las condiciones de fondode pozo o superficie hostiles convierten laextracción de núcleos en una operación dema-siado riesgosa. En otros casos, las correlacionesno son suficientes para permitir que los geólogospiquen en forma precisa y segura los puntos deextracción de núcleos. En cambio, muchosoperadores se valen de los núcleos laterales

Verano de 2006 5

(testigos laterales, muestras de pared) obteni-dos a través de zonas prospectivas y puedencompensar la falta de datos de núcleos comple-tos complementando su programa de adquisiciónde registros habitual con una gama de medicio-nes más amplia.

A medida que las compañías de petróleo ygas intenten drenar los yacimientos maduros enforma más eficaz, los ingenieros y geocientíficosquizás se arrepientan de haber desistido deextraer núcleos. Una vez que un pozo ha sidoperforado a través de una zona productiva, esdemasiado tarde para volver atrás y extraernúcleos completos a menos que se desvíe la tra-yectoria del pozo. No obstante, la mineralogía,granulometría, saturación, permeabilidad, poro-sidad y otras medidas de la textura de la roca aveces pueden determinarse sin extraer núcleos.

Con las mejoras introducidas en la primitivatécnica médica de barrido por tomografía axialcomputada (TAC) desarrollada en el año 1972,los geocientíficos pueden realizar una serie debarridos por rayos X, finos y estrechamenteespaciados, a través de una muestra de rocapara obtener información importante sobre unyacimiento.1 Utilizando una técnica no destruc-tiva denominada tomografía microcomputada,un haz de rayos X enfocado crea “cortes virtua-les” que pueden ser resueltos en una escala demicrones, no sólo de milímetros.2 Estas refina-ciones también posibilitan la opción deexaminar muestras de roca más pequeñas; enlugar de depender de núcleos completos paraobtener mediciones de la porosidad y la permea-bilidad, los geocientíficos ahora pueden utilizarrecortes de formaciones para estimar estas pro-piedades.3 Si bien muchas compañías no extraennúcleos de sus pozos, normalmente contratanlos servicios de una compañía de perfilaje dellodo para recuperar los recortes de formacionesa medida que pasan a las temblorinas (zarandasvibratorias). Cuando no se dispone de núcleos,los geocientíficos están observando que hastauna astilla de roca puede resultar significativa-mente reveladora.

Este artículo examina el desarrollo de la tec-nología de tomografía computada (TC) queutiliza rayos X y la consecuente transferencia detecnología del ámbito de la medicina al campopetrolero. Describimos cómo pueden evaluarselos datos utilizando técnicas de visualizacióninmersiva y analizamos un abanico de aplicacio-nes de campos petroleros que pueden sacarprovecho de las mismas. Por último, veremoscómo esta tecnología sirvió a los investigadorespara evaluar las operaciones de cementación dela tubería de revestimiento y los tratamientos deestimulación de pozos.

1. En el campo de la medicina, la tomografía axialcomputarizada (TAC) a veces se denomina tambiéntomografía asistida por computadora y es sinónimo detomografía computada.

2. Un micrón, o micrómetro, equivale a una millonésima deun metro, o más comúnmente, la milésima parte de unmilímetro. Se abrevia como µ, µm o mc. En el sistema demedidas inglés, un micrón equivale a 3.937 x 10-5 pulgadas.

3. Siddiqui S, Grader AS, Touati M, Loermans AM y FunkJJ: “Techniques for Extracting Reliable Density andPorosity Data from Cuttings,” artículo de la SPE 96918,presentado en la Conferencia y Exhibición Técnica Anualde la SPE, Dallas, 9 al 12 de octubre de 2005.Bauget F, Arns CH, Saadatfar M, Sheppard AP, Sok RM,Turner ML, Pinczewski WV y Knackstedt MA: “What isthe Characteristic Length Scale for Permeability? DirectAnalysis from Microtomographic Data,” artículo de la SPE95950, presentado en la Conferencia y Exhibición TécnicaAnual de la SPE, Dallas, 9 al 12 de octubre de 2005.

4. Hounsfield GN: “A Method of and Apparatus forExamination of a Body by Radiation such as X- orGamma Radiation,” Patente Británica No. 1,283,915 (2 de agosto de 1972).

5. Para obtener más información sobre TC por rayos X,consulte: Publication Services Department of the ODPScience Operator. http://wwwodp.tamu.edu/publications/185_SR/005/005_5.htm (Se accedió el 27 de enero de 2006).

Tecnología de barrido por tomografía computadaOriginalmente desarrollada para uso médico porGodfrey Newbold Hounsfield en 1972, la tomogra-fía computada utiliza barridos por rayos X parainvestigar las estructuras internas de un cuerpo,tales como las estructuras internas del tejidoblando y los huesos.4 La tecnología TC supera elproblema de superposición que plantea la téc-nica de radiografía por rayos X convencionalcuando las particularidades tridimensionales delos órganos internos son oscurecidas por losórganos y los tejidos sobreyacentes cuya imagenaparece en la película de rayos X bidimensional.

En lugar de proyectar los rayos X a través deun paciente y sobre una placa de película, comosucede con los rayos X convencionales, el procesoTC adopta un enfoque diferente. El tomógrafoutiliza una carcasa rotativa en la que se instalaun tubo de rayos X frente a un conjunto de detec-tores. El paciente se ubica en el centro de lacarcasa, mientras la fuente de rayos X y los detec-tores opuestos rotan alrededor del mismo. Con elpaciente ubicado aproximadamente en el centrodel plano fuente-receptor, la carcasa rotativa per-mite obtener una serie de barridos radiográficosestrechamente espaciados desde múltiples ángu-los. Estos estudios, o proyecciones radiográficas,luego pueden procesarse para obtener una repre-sentación 3D del paciente (arriba).

Las proyecciones radiográficas TC dependende la atenuación diferencial de los rayos X cau-sada por los contrastes de densidad presentes enel cuerpo de un paciente. Esta atenuación repre-senta una reducción de la energía conforme los

rayos X atraviesan las diferentes partes delcuerpo. Algunos tejidos dispersan o absorbenmejor los rayos X que otros: el tejido gruesoabsorbe más rayos X que el delgado; los huesosabsorben más rayos X que el tejido blando, mien-tras que la grasa, los músculos o los órganospermiten que pasen más rayos X hacia los detec-tores. Eliminando el paciente de esta ecuación,la atenuación es una función de la energía de losrayos X y de la densidad y el número atómico delos elementos a través de los cuales pasa el rayoX. La correlación es bastante directa: los rayos queposeen menos energía, las mayores densidades ylos números atómicos más altos generalmente setraducen en mayor atenuación.5

> Tomografía axial computada (TAC) de tórax. La manipulación de los valoresde color y opacidad de los diferentes tejidos permite a los facultativos obser-var los pulmones y el esqueleto del paciente sin ningún tipo de obstrucciones.(Imagen cortesía de Ajay Limaye, VizLab, Universidad Nacional de Australia).

6 Oilfield Review

A mediados de la década de 1880, el artistaneoimpresionista Georges Seurat perfeccionóuna técnica pictórica revolucionaria que con-sistía en pintar con diminutos puntos de color.Al igual que Michel Chevrul, quien lo prece-dió, Seurat reconoció que con la distancia elojo mezcla naturalmente los diminutos puntosde colores primarios para generar sombras decolores secundarios. Utilizando minúsculaspinceladas, Seurat y sus contemporáneos cap-taron escenas de paisajes urbanos, puertos ypersonas trabajando y descansando. Esta téc-nica recibió el nombre de puntillismo.

Las computadoras utilizan una técnica simi-lar para mostrar textos e imágenes; perofuncionan en una escala mucho más fina. Cadaimagen exhibida en el monitor de una compu-tadora o en una pantalla de visualización secompone de numerosos puntitos casi impercep-tibles, espaciados a intervalos extremadamenteestrechos. En la pantalla de una imagen 2D,cada punto o pixel (palabra formada por lacontracción de los términos en inglés pictureelements) puede ser definido por las coordina-das horizontal (x) y vertical (y) de la pantalla.Además, es definido por su valor cromático. Enlas imágenes en color, a cada pixel se le asignapor otra parte su propio brillo.

La cantidad de sombras que puede tomarun pixel depende de la computadora y delnúmero de bits por pixel (bpp) que es capazde procesar. Los valores usuales oscilan entre8 bpp (28 bits, lo que se traduce en 256 colo-res) y 24 bpp (224 bits, o 16,777,216 colores).En una imagen de escala de grises de ochobits, por ejemplo, a cada pixel se le asignaríaun valor correspondiente a un matiz de gris,fluctuante entre 0 y 255, donde 0 representael color negro y 255, el blanco.

El número de pixels utilizados para crear unaimagen controla su resolución (arriba, a laderecha). Conforme se utilizan más pixels, laimagen puede ser representada en mayor deta-lle o con mayor nivel de resolución. De estemodo, en la resolución incide inicialmente elsistema de adquisición de imágenes y, posterior-mente, el sistema de despliegue de imágenes.

La resolución en los sistemas de adquisi-ción de imágenes digitales se determina engran medida por el número de células fotorre-ceptoras sensibles a la luz, conocidas comofotositos, que se utilizan para registrar unaimagen. Estos fotositos (más comúnmentealudidos como pixels) acumulan cargas quecorresponden a la cantidad de luz que atra-viesa la lente y pasa a cada célula.1 A medidaque cae más luz en un fotosito, la carga crece.Una vez que se cierra el obturador, se impidela entrada de luz en la lente. En ese momentola carga de cada célula queda registrada en un

chip de procesamiento y luego se convierte enun valor digital que determina el color y laintensidad de los pixels individuales utilizadospara desplegar la imagen en la pantalla. Laresolución de estos dispositivos a menudo seexpresa no en términos de fotositos sino comomegapixels. Un dispositivo de 1.2 megapixel,por ejemplo, podría tener un área de 1,280 x960 (1,228,800 pixels), mientras que con undispositivo de 3.1 megapixels que midiera2,048 x 1,536 (3,145,728 pixels) se lograría unmayor nivel de resolución.

Reemplazo de los puntos 2D por los volúmenes 3D

> Resolución en pixels. La nitidez y claridad de una imagen son afectados por el recuento de pixelsy por el tamaño de los pixels. Para aumentar el número de pixels dentro de un espacio fijo se debereducir su tamaño. A medida que el tamaño de los pixels (en blanco) disminuye progresivamente(de izquierda a derecha), se pueden utilizar más pixels para lograr mayor detalle en la imagen.

> Del pixel al voxel. Un pixel plano (izquierda) incorpora una nueva dimensión cuando el corte enel que reside se apila con otros cortes para formar un volumen (derecha). La incorporación de lacoordenada z del número de corte básicamente asigna un valor de profundidad al pixel, creandoasí un voxel en la pila de cortes.

0

0 Franja cromática 256

0

200

400

600

800

1,000

Coor

dena

das

verti

cale

s, y

200 400 600Coordenadas horizontales, x

800 1,000

Color

x

y

Pixel

0

200

400

600

800

1,000

Coor

dena

das

verti

cale

s, y

0 200 400 600Coordenadas horizontales, x

Número de corte, z

800 1,000

Voxelx

y

z

Verano de 2006 7

6. Feldkamp LA, Davis LC y Kress JW: “Practical Cone-Beam Algorithm,” Journal of the Optical Society of America A1, no. 6 (Junio de 1984): 612–619.

7. Kayser A, Kellner A, Holzapfel H-W, van der Bilt G,Warner S y Gras R: “3D Visualization of a Rock Sample,”en Doré AG y Vining BA (eds): Petroleum Geology: North-West Europe and Global Perspectiva—Memoriasde la 6a Conferencia sobre Geología del Petróleo.Londres: The Geological Society (2005): 1613–1620.Vinegar HJ: “X-ray CT and NMR Imaging of Rocks,”Journal of Petroleum Technology 38, no. 3 (Marzo de1986): 257–259.

La resolución de la imagen también puedequedar afectada por el medio en el que ésta sedespliega. Un monitor de computadora deresolución relativamente baja podría descri-birse como una visualización de 640 x 480.Esto significa que el monitor posee un anchode 640 pixels, desplegado a lo largo de unaaltura de 480 líneas, lo que totaliza 307,200pixels. Si esos pixels estuvieran distribuidos alo largo de un monitor de 15 pulgadas, a cual-quier imagen desplegada en ese monitor se leasignarían 50 puntos por pulgada. Para incre-mentar la resolución, se debe reducir eltamaño de la pantalla o bien condensar máspixels en la pantalla. En las aplicacionesmodernas generalmente se adoptan ambosenfoques, comprimiendo un enorme númerode pixels en un área más pequeña.

Para generar la imagen de un objeto 3D, elpixel se expande incorporando otra dimen-sión. Se agrega una tercera coordenada (z) alplano x-y para definir con precisión la posi-ción del pixel dentro del volumen de un objeto3D, creando de este modo un voxel; la abrevia-tura de pixel de volumen. En las imágenes TC,la coordenada z a menudo denota la profundi-dad y se determina sencillamente por laposición que posee un corte tomográfico den-tro de un volumen formado mediante elapilamiento de numerosos cortes estrecha-mente espaciados (página anterior, abajo).Además de las coordenadas x, y, z, un voxelpuede definir un punto por un valor de atri-buto dado. En el caso de los barridos por TC,ese valor es la densidad, que es una funciónde la transparencia de la muestra con res-pecto a los rayos X. Los valores de densidadpueden vincularse a un espectro cromático,mientras que una gama de intensidades puedecontrolar la opacidad de un voxel en la panta-lla de una computadora. Con esta informacióny el software que produce 3 dimensiones, sepuede generar una imagen bidimensional deun objeto 3D para su visualización, con diver-sos ángulos, en la pantalla de unacomputadora.

CuarzoCalcitaAnhidritaBaritaCelestita

Mineral Densidad, g/cm3 Mineral Densidad, g/cm3

2.642.712.984.093.79

YesoDolomíaIlitaCloritaHematita

2.352.852.522.765.18

1. Si bien los especialistas pueden afirmar con razón quelos fotositos no son en realidad pixels, en la jergapopular estos términos se están utilizando cada vezmás en forma indistinta, en gran medida gracias a laatracción que ha despertado la fotografía digital, en laque los fabricantes de cámaras digitales describen laresolución en términos de megapixels.

Los datos de proyecciones digitales se con-vierten en una imagen generada por computadorautilizando algoritmos de reconstrucción tomográ-fica para mapear la distribución de los coeficientesde atenuación.6 Esta distribución puede exhi-birse en cortes 2D compuestos de puntos que sesombrean de acuerdo con sus valores de atenua-ción. (Véase “Reemplazo de los puntos 2D por losvolúmenes 3D,” página 6). De este modo, en losestudios hospitalarios, a los huesos se les asignahabitualmente un color claro que se correspondacon su valor de atenuación comparativamentealto, mientras que al tejido pulmonar lleno deaire se le puede asignar un color más oscurocorrespondiente a valores de atenuación bajos.

Hacia la gran potencia industrialLos contrastes de densidad presentes en un volu-men de roca pueden reflejarse en imágenescomo sucede con el cuerpo humano (arriba).Para mediados de la década de 1980, la tecnolo-gía TC estaba haciendo incursiones importantesen aplicaciones para geociencia. Además de ladeterminación cuantitativa de la densidad volu-métrica de las muestras de rocas, el barrido por

TC fue adaptado para visualizar la desulfuraciónmicrobiana del carbón, el desplazamiento delpetróleo pesado y el flujo de petróleo a través denúcleos de carbonatos.7

En los primeros días de los estudios de rocaspor TC, no era inusual que los geocientíficosimplementaran contratos con la única institu-ción de la ciudad que podía proveer acceso a unatecnología tan sofisticada. A menudo, en la oscu-ridad de la noche, tratando de atraer la menoratención posible, se acarreaban muestras denúcleos desde el ámbito petrolero hasta elambiente prístino y estéril del sector de estudiostomográficos de un hospital para la generación yel análisis de imágenes (abajo).

> Un tipo diferente de paciente. Una sección de núcleo completo se coloca en una carcasa desliza-ble antes de la obtención de imágenes en el centro de tomografía axial computada de un hospital.

> Valores de densidad de los diversos minerales que se encuentran normal-mente en la roca sedimentaria. Los rayos X utilizados para visualizar las texturasde las rocas están afectados, en parte, por las diferencias de densidad ymineralogía que existen en una muestra.

A los profesionales ajenos al ámbito de lamedicina no les llevó mucho tiempo reconocerel potencial de la tecnología TC para la evalua-ción no destructiva de los materiales. Losgeocientíficos pronto se incorporaron a las filasde otros investigadores, particularmente aque-llos dedicados al campo de los ensayos demateriales, quienes procuraban obtener detallescada vez más finos en las imágenes de las estruc-turas internas. Esta capacidad ha sido logradaen gran medida a través del desarrollo de poten-tísimos sistemas de TC que pueden emplearrayos X más poderosos, un punto focal másestrecho y tiempos de exposición más prolonga-dos que los utilizados en el ámbito médico.8

Con el desarrollo de los sistemas microTC(µTC), los investigadores están obteniendo reso-luciones mucho más altas.9 Utilizando estossistemas, los investigadores a veces pueden gene-rar imágenes de sus muestras con tamaños devoxels de tan sólo 2.5 µm. Dependiendo deltamaño de una muestra y del número de pixelsutilizados para generar una imagen de la misma,se están logrando tamaños de voxels equivalentesa una milésima parte del tamaño de la muestra.Por ejemplo, es razonable suponer que unacámara de 1 megapixel que utiliza 1,000 x 1,000pixels puede resolver una muestra de 1 cen-tímetro cúbico con una resolución deaproximadamente 10 µm. De un modo similar,una cámara de 16 megapixels (4,000 x 4,000pixels) es capaz de resolver la misma muestracon una resolución de 2.5 µm.

Con estas resoluciones, los geocientíficospueden distinguir los contrastes de densidad ode porosidad presentes en una muestra de roca yestudiar el espacio y la conectividad de poros engran detalle. Esta tecnología µCT permite elreconocimiento de granos o cementos con dife-rentes composiciones mineralógicas (derecha).Incluso se ha utilizado para diferenciar granosdel mismo tipo, como los que se observan en loscarbonatos donde la microporosidad puedevariar entre los diferentes tipos de granos de lamisma roca.10

El proceso de barridoEl proceso de barrido para adquirir datos µCT esen cierto sentido análogo a la adquisición dedatos sísmicos 3D. Una brigada sísmica registrauna serie de líneas sísmicas regularmente espa-ciadas. Las coordenadas de los puntos inicial yfinal de cada línea son relevadas, haciendo posi-ble inferir la distancia existente entre cada líneade la serie. De este modo, se puede determinarla posición de cualquier punto a lo largo de cual-quier línea así como la distancia entre puntos,dentro de la serie de líneas. Con este conoci-

miento, es posible interpolar la posición entredos puntos o líneas cualesquiera cuando se pro-cesan los datos.

En lo que respecta a la tecnología µCT, seadquiere una serie regular de barridos estrecha-mente espaciados para obtener cortes virtualesde alta resolución de una muestra. Cada pixeldel corte representa un punto barrido y sus coor-denadas corresponden a un punto real de lamuestra. Dado que las coordenadas de cada unode los puntos son conocidas, se pueden determi-nar las distancias entre cada uno de los puntos ycada uno de los cortes. Y, como sucede con lalínea sísmica, los puntos o los cortes puedeninterpolarse entre los cortes existentes. Si seapilan los cortes en forma apretada para confor-mar un volumen de datos, cada pixel de un cortese convierte en parte de la pila e incorpora unatercera dimensión. De este modo, cada pixelpuede ser tratado como un voxel.

El proceso de barrido se lleva a cabo utili-zando sistemas de rayos X altamente espe-cializados. Si bien diversas compañías ofrecensistemas con calidad de investigación, numerososdispositivos microtomográficos que utilizan rayosX se construyen a la medida de las necesidades.Independientemente de que se trate de sistemasen existencia o diseñados especialmente, todosdependen de tres componentes principales: unafuente de rayos X, una plataforma rotativa dondese coloca la muestra y una cámara de rayos X pararegistrar el patrón de atenuación de rayos X den-tro de una muestra.

Para explorar una muestra, se la debe colo-car en la plataforma rotativa situada entre lafuente de rayos X y la cámara. Los rayos X emiti-dos desde la fuente se atenúan a través de ladispersión o la absorción antes de ser registra-dos por la cámara.11 Luego, la cámara registrauna vasta serie de radiografías mientras la

8 Oilfield Review

Granos de arenisca y cemento cuarzoso: 78%

Cemento barítico: 1%

Espacio poroso: 16%

Cemento de calcita: 5%

> Cuantificación tridimensional y distribución espacial de los componentesde la arenisca. Si bien la mayoría de las areniscas están compuestas princi-palmente por granos de cuarzo y cemento, las imágenes radiográficas ayudana poner en perspectiva otros componentes. Las diferencias producidas en laatenuación de los rayos X a través de la muestra indican cambios de densi-dad causados por la porosidad y los diversos componentes minerales de laroca. Una vez mapeadas, estas características pueden ser aisladas para suexamen ulterior.

Verano de 2006 9

muestra rota 360° en forma incremental sobresu plataforma. Un programa de computadoraapila los datos de proyecciones digitales a la vezque mantiene el verdadero espaciamiento entrepixels y cortes. A estos datos se aplican algorit-mos TC para reconstruir la estructura interna dela muestra y preservar su escala en tres dimen-siones.

Uno de esos dispositivos fue construido en elaño 2002 por la Universidad Nacional de Austra-lia en Canberra (arriba). Su fuente genera rayosX con un punto focal de 2 a 5 µm. El haz de rayosX se expande desde el punto focal, creando unageometría de tipo haz cónico.12 Dado que laampliación de la muestra aumenta con la proxi-midad con respecto a la fuente de rayos X, laplataforma rotativa y la cámara están diseñadaspara deslizarse en forma independiente sobre unriel, permitiendo que los investigadores ajustenlas distancias existentes entre la fuente, la mues-tra y la cámara. La plataforma de la muestra

puede hacer rotar la muestra con precisión de unmiligrado y puede acomodar hasta 120 kg [265 lbm]de muestra y el equipo de prueba asociado.13

En este centro, la “cámara” de rayos X constade un centellador que despide rayos de luz fluo-rescente verde en respuesta a los rayos X y undispositivo acoplado por carga (CCD, por sussiglas en inglés) que convierte esta luz verde enseñales eléctricas.14 La cámara posee un áreaactiva de 70 mm2 que contiene 4.1 megapixels(2,048 x 2,048 pixels). El amplio campo visualdel sistema permite a los investigadores generarla imagen de un espécimen de 60 mm con untamaño de pixel de 30 micrones. Además, pue-den aumentar la distancia focal para lograr unbarrido de alta resolución y de este modo obte-ner la imagen de un espécimen de 4 mm conpixels de 2 micrones.

Se necesitan aproximadamente 3,000 pro-yecciones para generar un tomograma de 2,0483

voxels. Entre cada proyección, la plataforma de

la muestra se hace rotar 0.12°. El proceso enterodemanda entre 12 y 24 horas, dependiendo deltipo de muestra y de los pasos de filtrado reque-ridos para reducir las transformacionesartificiales de las muestras. Los 24 gigabytes dedatos de proyección resultantes son procesadoscon supercomputadoras, y 128 unidades de pro-cesamiento central requieren aproximadamente2 horas para generar el tomograma.

Tecnología de visualizaciónUna vez que las proyecciones radiográficas indi-viduales han sido compiladas en un archivo de unvolumen de datos 3D, los datos pueden cargarseen un ambiente de visualización inmersiva paraun examen detallado. Con la tecnología de reali-dad virtual Inside Reality, se pueden generarimágenes y manipular los datos como cualquierotro volumen de datos 3D. Originalmente desa-rrollada para visualizar los volúmenes sísmicoscontenidos en millas o kilómetros de datos, latecnología Inside Reality también puede manipu-lar volúmenes de datos en base a escalassubmilimétricas mucho más finas.

Los geocientíficos utilizan esta tecnología devisualización de avanzada para visualizar unvolumen de datos desde cualquier dirección.Esta capacidad permite observar en forma orto-gonal los planos de estratificación y los planosde fracturas de las muestras de rocas, aúncuando la muestra física haya sido cortada ensentido oblicuo a estos planos. Los rasgos sedi-mentarios y estructurales de la muestra de rocase analizan habitualmente en forma de cortes otransparencias a través de un volumen.

Mientras el proceso de barrido se basa en lasdiferencias de densidad para distinguir los rasgospresentes dentro de una muestra, el proceso devisualización depende en gran medida de lasdiferencias de opacidad. Una forma de exponerlos rasgos que se encuentran a profundidad den-tro de un volumen que comprende millones devoxels es hacer que los voxels adyacentes seaninvisibles. La generación de la opacidad es laclave de la visualización. A cada voxel se leasigna un valor a lo largo de un espectro detransparencia-opacidad, lo que hace que ciertosvoxels se destaquen mientras otros se desvane-cen. Sin esta capacidad, la opacidad de los voxelsexternos ocultaría todos los rasgos que seencuentran en el volumen.

La tecnología basada en voxels puede utili-zarse para determinar el volumen y la geometríade los granos de rocas, el cemento, la matriz y elespacio de poros en una muestra. Utilizando lasherramientas generadoras de opacidad Inside

8. Para obtener más información sobre TC por rayos X, de alta resolución, consulte: Centro de Tomografía Computada por Rayos X, de Alta Resolución, de la Universidad de Texas. http://www.ctlab.geo.utexas.edu/overview/index.php# anchor1-1 (Se accedió el 30 deenero de 2006).

9. Las abreviaturas para la expresión tomografíamicrocomputarizada varían desde µCT (donde la letragriega mu es un símbolo estándar para el prefijo“micro”), uCT (donde “u” es un sustituto de mu), mCT(donde la “m” representa la palabra micro) y XMT paraMicrotomografia por rayos X.

10. Kayser A, Gras R, Curtis A y Wood R: “VisualizingInternal Rock Structures: New Approach Spans FiveScale-Orders,” Offshore 64, no. 8 (Agosto de 2004):129–131.

11. Ketcham RA y Carlson WD: “Acquisition, Optimizationand Interpretation of X-Ray Computed TomographicImagery: Applications to Geosciences,” Computers &Geosciences 27, no. 4 (Mayo de 2001): 381–400.

12. Sakellariou A, Sawkins TJ, Senden TJ y Limaye A: “X-Ray Tomography for Mesoscale Physics Applications,”Physica A 339, no. 1-2 (Agosto de 2004): 152–158.Sakellariou A, Sawkins TJ, Senden TJ, Knackstedt MA,Turner ML, Jones AC, Saadatfar M, Roberts RJ, LimayeA, Arns CA, Sheppard AP y Sok RM: “An X-Ray

> Un aparato para realizar tomografías por rayos X, de alta resolución, en la Universidad Nacional deAustralia. La plataforma rotativa donde se coloca la muestra y la cámara del dispositivo acoplado porcarga (CCD, por sus siglas en inglés) se desliza sobre un carril, posibilitando el ajuste de la distanciaque existe entre la cámara, la muestra y la fuente de rayos X. Con este dispositivo, se puede ampliaruna muestra entre 1.1 y más de 100 veces con respecto a su tamaño original. La plataforma rota conprecisión de un miligrado y puede ser provista de bombas de fluido para generar imágenes del flujoque circula a través de los medios porosos. (Figura cortesía de la Universidad Nacional de Australia).

Aproximadamente 1.5 m

Plataforma de rotación Fuente de rayos XCentellador + CCD

Tomography Facility for Quantitative Prediction ofMechanical and Transport Properties in Geological,Biological and Synthetic Systems,” en Bonse U (ed):Desarrollos en Tomografía por Rayos X IV, Actas de laSPIE—La Sociedad Internacional de Ingeniería Óptica,Vol. 5535. Bellingham, Washington, EUA: SPIE Press(2004): 473–474.

13. Este equipo de prueba incluye bombas u otrosdispositivos utilizados para estudiar el flujo de fluido o la compactación mecánica.

14. En lugar de exponer la película a la luz, la tecnologíaCCD capta las imágenes en una técnica similar a lafotografía digital común. Un dispositivo CCD utiliza unaplaqueta delgada de silicio para registrar los impulsosluminosos emitidos por un centellador. La plaqueta desilicio del CCD se divide en varios miles de celdasfotosensibles individuales. Cuando un impulso luminosoproveniente del centellador impacta sobre una de estasceldas, el efecto fotoeléctrico convierte la luz en unapequeñísima carga eléctrica. La carga que se encuentradentro de una celda se incrementa con cada impulsoluminoso que golpea la celda. Cada una de las celdas dela plaqueta de silicio del CCD corresponde, en tamaño yubicación, a un pixel de una imagen. La intensidad delpixel queda determinada por la magnitud de la cargadentro de una celda correspondiente.

Reality, los geocientíficos pueden asignar diferen-tes valores del espectro de opacidad-transparen-cia a los diversos componentes de un volumen.Esta técnica permite a los geocientíficos distin-guir entre materiales de diferentes valores dedensidad. Por ejemplo, la distribución del cemen-to entre los granos de minerales aparece como uncolor distintivo, mientras que configurar el espa-cio de poros a cero opacidad lo hace transparen-te, mostrando así los espacios que existen entrelos granos. Esto permite que el visualizador sepa-re los granos de rocas del cemento, la matriz y elespacio de poros para descubrir los rasgos sedi-mentarios y estructurales internos (izquierda).

La capacidad de manipular los valores deopacidad desempeña un rol importante en lasherramientas de selección de puntos de picado ygeneración de volúmenes que se ofrecen comoparte de la caja de herramientas del programaInside Reality. Utilizando la herramienta deselección de puntos de picado, el visualizadorselecciona un punto dentro de un corte o vo-lumen. Este punto tiene un cierto valor deatenuación de rayos X. Una vez seleccionado unpunto, el programa pica automáticamente todoslos voxels vecinos de valor similar que se encuen-tran conectados a ese punto. Esta funcionalidadpuede ayudar a un geocientífico a picar un puntodentro de un volumen respecto del cual se sabeque representa la porosidad, por ejemplo, y laherramienta de generación de volúmenes mos-trará toda la porosidad interconectada presenteen el volumen (izquierda).

10 Oilfield Review

15. Saadatfar M, Turner ML, Arns CH, Averdunk H, SendenTJ, Sheppard AP, Sok RM, Pinczewski WV, Kelly J yKnackstedt MA: “Rock Fabric and Texture from DigitalCore Analysis,” Transcripciones del 46o Simposio Anualde Adquisición de Registros de la SPWLA, NuevaOrleáns, 26 al 29 de junio de 2005, artículo ZZ.

16. Tanto la escala de Udden-Wentworth como la escala deKrumbein se utilizan para clasificar las muestras derocas de acuerdo con el diámetro; la primera es unaclasificación verbal mientras que la segunda es numé-rica. De acuerdo con la escala de Udden-Wentworth,las partículas de sedimento de más de 64 mm de diáme-tro se clasifican como cantos rodados. Las partículasmás pequeñas corresponden a guijarros, gránulos,arena y limo. Las de menos de 0.0039 mm, reciben elnombre de arcilla. Si bien existen en uso muchas otrasescalas granulométricas, la de Udden-Wentworth(normalmente conocida como escala de Wentworth) esla más utilizada en geología. La escala de Krumbein esuna escala logarítmica, que asigna un valor conocidocomo phi para clasificar el tamaño del sedimento. Phise calcula mediante la ecuación: ø = –log2 (tamaño degrano en mm).

1.0 mm

1.0 mm

> Poros en areniscas. Se utiliza un filtro de opacidad para presentar diferentes rasgos en ventanas devolúmenes utilizando el programa Inside Reality. La ventana de la izquierda por encima y detrás de laflecha amarilla muestra sólo los granos de cuarzo (verde claro) presentes en esta arenisca eólica dela Formación Rotliegendes situada en Alemania. Un volumen que muestra sólo el espacio de poros(azul) se muestra como fondo, a la derecha. El volumen más pequeño que aparece en primer plano ala derecha muestra el cemento barítico de origen diagenético tardío (rojo). El corte que compone laimagen base indica el cuarzo (gris), el espacio poroso (azul), la barita (rojo) y el cemento carbonatado(naranja). La flecha amarilla que se muestra con el fin de indicar la escala posee 1 mm de longitud.

> Rastreo de la arenisca. Se ha utilizado un filtro de opacidad para resaltar los granos de cuarzo pre-sentes en la arenisca de un yacimiento de gas de la Formación Rotliegendes en Alemania. En el volumen(gris claro), se generan imágenes de la porosidad interconectada (azul) utilizando la herramienta degeneración de volúmenes del programa Inside Reality. La franja (rojo) a lo largo del borde de la poro-sidad indica las posibles conexiones con los poros vecinos detectados automáticamente por elprograma. El cemento carbonatado (naranja) también se muestra en el volumen. El corte horizontalexhibe los granos de cuarzo (gris oscuro), el espacio poroso (negro), el cemento carbonatado (grismedio) y el cemento barítico (blanco).

Verano de 2006 11

Dado que cada voxel se define en parte porsus coordenadas, se puede medir la distanciaque existe entre dos voxels cualesquiera. Parafacilitar este proceso, el sistema Inside Realityutiliza una herramienta de tipo regla para pro-veer una escala visual. Esta herramienta puedeutilizarse para medir el tamaño de granos o deporos en tres dimensiones, ayudando a losgeocientíficos a estimar las proporciones y laconectividad del volumen de poros.

El traslado de las muestras de rocas del labo-ratorio a un ambiente de visualización inmersivaposibilita que los equipos a cargo de los activos delas compañías intercambien información y con-ceptos importantes sobre las muestras deyacimientos para tomar mejores decisiones enbase a la mayor cantidad de información posible.La tecnología Inside Reality permite que los geo-científicos intercambien datos de núcleosvirtuales 3D con quienes se encuentran en lugaresremotos para ayudar a los equipos a cargo de losactivos de las compañías operadoras a colaborarcon los especialistas y socios de compañías detodo el mundo (derecha).

AplicacionesLos datos texturales y los datos de estructura delas rocas proveen a los geólogos informaciónclave que se utiliza en el análisis de facies y enla determinación de los ambientes sedimenta-rios. Los geólogos y petrofísicos ahora puedenobtener importante información sobre eltamaño, la forma y la matriz de granos a partirde barridos digitales de núcleos o fragmentos denúcleos. Una sola imagen de fragmentos denúcleos puede revelar miles de granos individua-les. Mediante la desagregación digital de losgranos de una muestra explorada, los analistaspueden obtener las coordenadas de todos losvoxels que componen cada grano, el número degranos vecinos e información sobre la superposi-ción de granos.15

A partir de ese conjunto de datos, los geólo-gos pueden derivar un análisis general de lostamaños y la distribución de granos para obteneruna serie completa de mediciones estadísticas(derecha). El volumen de granos se mide con-tando los voxels de cada grano diferenciado, apartir de lo cual se deriva el tamaño que luego seclasifica contra las escalas granulométricasestándar de Udden-Wentworth o de Krumbein.16

Frec

uenc

ia

0-1 0 1 2 3 4

10

20

30

40

50

= -log2 (diámetro)

Media

Tamaño de granos

GruesaArenamuy gruesa Fina Limo

> Visualización utilizando la tecnología Inside Reality. El traslado de los volú-menes de muestras al ambiente seguro de colaboración en red de un iCenterpermite que los equipos a cargo de los activos de las compañías se sumerjanen sus datos. La proyección estereoscópica crea una percepción de la pro-fundidad, proveyendo una perspectiva diferente sobre la naturaleza 3D de laroca y su microestructura. El programa de visualización Inside Reality proveeuna imagen detallada de un fósil de foraminífero que mide 1.5 x 1.0 mm (inserto).Esta visualización 3D permite el examen del fósil desde varios ángulos dife-rentes. El avatar animado refleja los movimientos y acciones de señalizaciónde otro visualizador que interactúa con estos datos desde un punto remoto.

> Estadísticas obtenidas a partir de un solo corte de una muestra. Sedesagregaron virtualmente más de 4,100 granos de un solo corte, lo quepermitió a los investigadores compilar datos estadísticos detallados paracaracterizar la estructura y la textura de la roca. Si se comparan con otrasmuestras, estas medidas estadísticas pueden ayudar a los geólogos aclasificar el ambiente sedimentario de la roca. (Adaptado de Saadatfaret al, referencia 15).

Los programas automatizados pueden rastrear yclasificar los granos individuales de acuerdo conlas características de esfericidad y redondez delgrano o clasificarlos de acuerdo con las catego-rías texturales, tales como selección, contactosde granos, matriz o grano soporte. Algunos pro-gramas también pueden medir la anisotropía enla orientación de los granos para ayudar a losgeocientíficos a determinar la dirección de trans-porte de los sedimentos.

Más importante que la medición detallada delos granos de rocas es el análisis del espacio queexiste entre los granos y los contenidos de losmismos. Las herramientas que generan opa-cidad funcionan particularmente bien paramostrar lo que no es roca; es decir, su porosidad.Los investigadores pueden obtener una buenaimagen de la porosidad mediante la reducciónde la opacidad de los voxels densos que repre-sentan los granos de rocas y los cementos,

incrementando simultáneamente la opacidad delos voxels de baja densidad (arriba). Esta mismatécnica de generación de opacidad destaca lamagnitud de la porosidad interconectada dentrode la roca. Una vez que la porosidad es puesta enpantalla, los geocientíficos pueden medir eltamaño de los espacios porosos y las gargantasde poros utilizando la herramienta de tipo regla.La interconectividad de los poros también puederepresentarse utilizando modelos de redes deporos basados en las imágenes tomográficas(izquierda). La distribución de las gargantas deporos y de los tamaños de poros, junto con lainterconectividad, ocupan un lugar destacado enla determinación de la permeabilidad relativa yla estimaciones de la recuperación en muestrasde yacimientos; parámetros que pueden ser difí-ciles de cuantificar cuando diferentes fluidoscompiten por la misma apertura.

Es posible obtener una diversidad de otrasmediciones a partir de las imágenes tomográfi-cas, de las que a su vez se deriva informaciónimportante. Los analistas pueden correlacionardirectamente los datos de imágenes de la tex-tura y la conectividad de poros con medidas delfactor de formación, la permeabilidad y las pre-siones de drenaje capilares. Las comparacionesde los resultados obtenidos a partir de las imáge-nes µCT con las mediciones de laboratorioconvencionales, realizadas en el mismo materialde núcleos, han mostrado en general buena con-cordancia.17

12 Oilfield Review

Granos y cemento cuarzoso

Cambio en la opacidad

Poros y gargantas de poros

> Una enorme cantidad de nada. A través del manipuleo de la opacidad de la imagen de una muestraexplorada, es fácil examinar visualmente los granos de arena (verde) o bien el espacio poroso (azul).En muchas evaluaciones, este análisis detallado del espacio poroso puede revelar importantesclaves del futuro desempeño de un yacimiento.

> Información a escala de poros obtenida de las imágenes tomográ-ficas. Las porciones centrales de los poros (esferas azules), conec-tadas por las gargantas de poros (cilindros azules), se utilizan paramodelar la porosidad en una muestra de roca carbonatada (amarillo).El tamaño y la ubicación de las porciones centrales de los poros y lasgargantas de poros en esta red reflejan las condiciones reales exis-tentes dentro de la microestructura de la roca. La complejidad yheterogeneidad de las redes de poros en los carbonatos aparecenen primer plano a medida que parte de la matriz de roca se vuelvesemitransparente mientras el espacio poroso se vuelve opaco.(Imagen cortesía de la Universidad Nacional de Australia).

Verano de 2006 13

reemplazo de aragonita y una zona de alteraciónmineral caracterizada por la existencia de poro-sidad secundaria alta.

La reacción entre el scCO2 y el cemento pro-dujo un frente de carbonatación irregular que seextiende 4 mm [0.16 pulgadas] desde el bordeexterno del núcleo hacia su centro. Este frente decarbonatación de color más claro se pudo verfácilmente en el volumen 3D en escala de grises yen un corte codificado en color (arriba). El análi-sis de difracción por rayos X subsiguiente

17. Arns CH, Averdunk H, Bauget F, Sakellariou A, SendenTJ, Sheppard AP, Sok RM, Pinczewski WV y KnackstedtMA: “Digital Core Laboratory: Analysis of Reservoir CoreFragments from 3D Images,” Transcripciones del 45oSimposio Anual de Adquisición de Registros de laSPWLA, Noordwijk, Países Bajos, 6 al 9 de junio de 2004,artículo EEE.

18. Bennaceur K, Gupta N, Monea M, Ramakrishnan TS,Tanden T, Sakurai S y Whittaker S: “Captación y almace-namiento de CO2: una solución al alcance de la mano,”Oilfield Review 16, no. 3 (Invierno de 2004/2005): 48–65.

19. Por encima de su punto crítico, es decir 31.1°C y 73.8bar, el CO2 se convierte en un fluido supercrítico. En esteestado comprimido, sus propiedades se encuentranentre las de un gas y las de un líquido. Con una tensiónsuperficial menor que en su forma líquida, el CO2supercrítico penetra fácilmente en las fisuras y grietas.No obstante, a diferencia del gas CO2, puede disolversustancias que son solubles en CO2 líquido.

20. Barlet-Gouédard V, Rimmelé G, Goffé B y Porcherie O:“Mitigation Strategies for the Risk of CO2 MigrationThrough Wellbores,” artículo de las IADC/SPE 98924,presentado en la Conferencia de Perforación de lasIADC/SPE, Miami, Florida, EUA, 21 al 23 de febrero de2006.

21. El cemento puro no posee aditivos que pueden alterarsu tiempo de fragüe o sus propiedades reológicas.

Estudio de los efectos del dióxido de carbono enla cementación de la tubería de revestimientoEn una importante aplicación que trasciende elcampo de la petrofísica convencional, se utilizó latécnica µCT para estudiar los efectos del dióxidode carbono [CO2] sobre la cementación de latubería de revestimiento. Los gases de efectoinvernadero, particularmente el CO2, han sidorelacionados con los aumentos de temperaturaproducidos en todo el mundo. La captación de lasemisiones de CO2 y su secuestro en el subsuelo sehan propuesto como medida para reducir las con-centraciones de gas de efecto invernadero en laatmósfera hasta que sean viables las fuentes deenergía con bajos niveles de emisiones.18 No obs-tante, el CO2 se vuelve supercrítico cuando lascondiciones de temperatura y presión excedenlos 31.1°C y 73.8 bar [87.9°F y 1,070 lpc]—condi-ciones que son excedidas fácilmente en lamayoría de los pozos intermedios a profundos.19

Por lo tanto, un aspecto importante de cualquierproyecto de secuestro de CO2 es saber cómoreaccionarán los materiales de fondo de pozoante la presencia de CO2 supercrítico (scCO2,por sus siglas en inglés).

Los científicos del Centro de Investigacionesde Schlumberger en Cambridge, Inglaterra, hancolaborado con sus colegas del Centro de Pro-ductos Riboud de Schlumberger en Clamart,Francia, para investigar los efectos del almace-namiento de CO2 sobre la integridad del pozo a

largo plazo. En uno de esos experimentos se pro-curó determinar cómo reaccionaría el scCO2 conla cementación de la tubería de revestimiento.20

Utilizados por mucho tiempo en pozos de petró-leo y gas para aislar hidráulicamente las zonasproductivas de la superficie y de otras zonas per-meables, los cementos Pórtland desempeñan unrol crítico en la integridad del pozo.

Este estudio se concentró en una muestra decemento puro.21 La muestra cilíndrica decemento fue curada durante tres días a una tem-peratura de 90°C y a una presión de 280 bar[194°F y 4,061 lpc]. Los científicos obtuvierontomografías computadas del cilindro de cementoantes de exponerlo al scCO2. Luego, el cementofue sometido a un ambiente de scCO2 húmedo yse mantuvo a una temperatura de 90°C y a unapresión de 280 bar durante 30 días. Posterior-mente, se cortaron y exploraron dos tapones denúcleos del cilindro original.

Utilizando el programa Inside Reality, losinvestigadores pudieron manipular el volumende datos para visualizar la porosidad y las micro-fracturas y realizar cortes arbitrarios a través delas zonas de interés. Mediante la comparaciónde los barridos realizados antes y después deltratamiento, los investigadores observaron cam-bios significativos en el tapón de cemento comoresultado del ataque del scCO2. De particularinterés resultaron la formación y la distribuciónde las microfracturas, además de una zona de

0 1cm

2

Frente de alteración

Imagen TCTapón de núcleo

Frente de carbonataciónZona de muy baja porosidad

Burbuja de aire(Diámetro 0.5 mm)

Frente de disolución

Microfractura rellena

Zona de muy alta porosidad

> Tapón de núcleo de cemento puro. De unos pocos centímetros de longitud, esta muestra reveló información importante acercadel comportamiento del CO2 supercrítico con respecto al cemento Pórtland. La imagen tomográfica en escala de grises de lamuestra de cemento (derecha), explorada con una resolución de 18.33 µm, muestra una alta concentración de aragonita a lo largodel borde de un frente de carbonatación, acompañado por un frente de alteración. Un frente de disolución adicional de alta poro-sidad se extiende a mayor distancia y penetra el núcleo. Los agujeros circulares con un diámetro de 500 µm pueden representarburbujas de aire. Las microfracturas están rellenas con cristales de aragonita. Los rasgos más claros representan valores de TCmás altos, lo que implica la existencia de una mineralogía diferente en el caso de la microfractura rellena, o diferentes grados demicroporosidad, en el caso del frente de alteración.

determinó que el frente de alteración poseía unacomposición diferente a la del cemento original,que había sido reemplazado por aragonita. Laporosidad se encontraba claramente mejorada enlas regiones situadas alrededor de las microfrac-turas y en el frente de aragonita (arriba).

Las pruebas indicaron que la exposición alscCO2 podía hacer que el cemento convencionalperdiera más del 65% de su resistencia al cabode tan sólo seis semanas. Estas importantesobservaciones proporcionaron un incentivo parala creación de nuevas mezclas de cemento. Losinvestigadores de Schlumberger desarrollaronnuevos materiales de cementación resistentes alscCO2 que exhiben un buen comportamientomecánico después de la exposición al gas scCO2.Las pruebas de laboratorio realizadas sobreestos nuevos materiales muestran sólo una levereducción de la resistencia a la compresióndurante los primeros dos días y básicamenteninguna pérdida durante los tres meses subsi-guientes.

Examen de los agujeros de gusanos causadospor los tratamientos de estimulaciónLos investigadores también han utilizado la gene-ración de imágenes por tomografía computadapara estudiar los efectos de la heterogeneidadsobre la estimulación de la matriz de carbonatos.En un experimento, esta técnica resultó esencialpara la visualización de los efectos de la distribu-ción de la porosidad sobre los patrones de disolu-ción del ácido.

Los tratamientos de estimulación se llevan acabo normalmente en pozos en los que las condi-ciones de porosidad pobres limitan la produccióndebido a la presencia de formaciones natural-mente compactas o daño de formación. Unatécnica de estimulación común consiste en lainyección de ácido en las formaciones carbonata-das. El ácido disuelve parte del material de lamatriz de la formación y crea canales de flujoque incrementan la permeabilidad de la matriz.

La eficiencia de este proceso depende deltipo de ácido utilizado, las velocidades de reac-

ción, las propiedades de la formación y las condi-ciones de inyección. Mientras la disoluciónaumenta la permeabilidad de la formación, elaumento relativo de la permeabilidad para unadeterminada cantidad de ácido es afectado signi-ficativamente por las condiciones de inyección.Con tasas de inyección extremadamente bajas, elácido se consume rápidamente después deponerse en contacto con la formación, lo que setraduce en una disolución relativamente someraa lo largo del frente de la zona de inyección. Lastasas de flujo altas producen un patrón de disolu-ción uniforme porque el ácido reacciona a lolargo de una vasta región. En cualquiera de loscasos, los aumentos de la permeabilidad resul-tantes requieren flujos de ácido relativamenteconsiderables.

No obstante, con tasas de flujo intermedias,se forman canales conductivos largos que seconocen como agujeros de gusanos. Estos cana-les penetran profundamente en la formaciónpara facilitar el flujo de petróleo. Mejor aún, los

14 Oilfield Review

Cemento puro

Frente de aragonita

S y s t e m M e n u – M a i n M e n uT o o l s

Restore S cene

Save S ceneSnapshot

System MenuColormap

FaultFence

Reser voirRuler

SketchSl ice

Sur face

ume Est imat ion

Volume Window

Wel l

Growing Stereo

I nside Real i t y

Vers ion 5 .1 [90]

AUTOSAVE

SCR_040917_1736_1

SCR_040917_1847_1

> Resaltando el alcance de la alteración producida por el CO2 supercrítico. La codificación en coloresmejora los rasgos que quizás no se visualicen fácilmente en las imágenes en escala de grises. Lasmicrofracturas formadas durante el ataque del CO2 supercrítico actuaron como conductos para la alte-ración ulterior de la aragonita. La concentración de aragonita a lo largo de las fracturas y del borde delfrente de alteración puede distinguirse visualmente utilizando la codificación en colores provista porel programa Inside Reality. Los materiales de los que se obtuvo una imagen son: cemento puro inalte-rado (verde), un frente de alteración (amarillo) y las microfracturas con relleno de minerales o el frentede carbonatación (rojo). El incremento de la porosidad (azul) marca el alcance de los diferentes patro-nes de disolución.

Verano de 2006 15

agujeros de gusanos requieren sólo un pequeñovolumen de ácido para producir aumentos signi-ficativos en la permeabilidad. Por lo tanto, losinvestigadores están investigando los factoresque inciden en la producción de agujeros degusanos.

La técnica de barrido por TC ha demostradoser esencial en lo que respecta a la determina-ción de los efectos que poseen la tasa de inyec-ción y la distribución espacial de la porosidadsobre los patrones de disolución formados duran-te los experimentos de estimulación (arriba).Dado que es no destructiva, esta técnica permitela caracterización del núcleo antes y después deltratamiento experimental de manera de poderevaluar el desarrollo y la forma del agujero degusano.

Mirando hacia el futuroLa técnica de tomografía no es nueva para laindustria petrolera. En el extremo del espectro dela tomografía correspondiente al sector upstreamse encuentra la técnica de tomografía sísmicaentre pozos y en el extremo correspondiente aldownstream, la tomografía de procesos indus-

triales para las refinerías. Como herramienta deinvestigación, la tecnología µCT se utiliza en unavasta serie de aplicaciones industriales paramonitorear el desempeño de las espumas mejo-radas con polímeros y las resinas de polietilenoo para visualizar la separación de fases y lacaracterización del espacio poroso en las mues-tras de formaciones. A lo largo de este abanicode aplicaciones tomográficas, es fácil imaginarla potencial expansión de nuevas aplicacionespara la tecnología µCT.

La tecnología sin lugar a dudas resultaráesencial para mejorar la interpretación y aplica-ción de los datos de laboratorio y de registros.Como herramienta de importancia creciente enla ejecución de pruebas no destructivas, su apli-cación se puede extender a las pruebas demuestras de formaciones no consolidadas o fria-bles realizadas en el laboratorio. La combinaciónde imágenes generadas por µCT con cálculosnuméricos puede conducir a pronósticos másprecisos de una amplia variedad de propiedadesde rocas que resultan críticas para la explora-ción, la caracterización de yacimientos y loscálculos de recuperación de hidrocarburos.

Otras aplicaciones adicionales incluyen eldesarrollo de correlaciones mejoradas entrepropiedades y la creación de bibliotecas de imá-genes 3D que posibilitarán una descripción másrigurosa y cuantitativa del tipo y textura de lasrocas. Estas descripciones cuantitativas puedenintegrarse con las descripciones sedimentológi-cas clásicas. La tecnología también puederealizar un aporte significativo al estudio delcomportamiento elástico, las tendencias deporosidad-permeabilidad y las propiedades delflujo multifásico tales como presión capilar, per-meabilidad relativa y saturaciones residuales.

Las futuras innovaciones tecnológicas inclui-rán probablemente un nivel de resolución másalto para superar los problemas que plantea lapredicción de la porosidad cuando los microporoscaen por debajo de la capacidad de detección dela técnica actual. Con la resolución de sus mues-tras en proceso de mejoramiento, la tecnologíaµCT está ayudando a nuestros geocientíficos a vermejor su mundo en un grano de arena. —MV

> Visualización de la formación de agujeros de gusanos. Una muestra de caliza Winterset fue explorada por TC antes (extremo inferior) y después (extremosuperior) de la inyección de ácido. Este volumen de datos se despliega utilizando la tecnología de visualización Inside Reality, en la que el espacio porosose hace opaco mientras que los voxels adyacentes se hacen transparentes. La distribución inicial de los poros (extremo inferior) muestra grupos discretosde poros (azul) siguiendo el eje longitudinal del núcleo. Después de la acidificación (extremo superior), el núcleo exhibe mayor porosidad, con un patrónde disolución que se extiende de derecha a izquierda y que además marca el flujo del ácido durante la inyección.

16 Oilfield Review

Imágenes de la pared del pozo y sus inmediaciones

J.L. Arroyo FrancoM.A. Mercado OrtizPemex Exploración y ProducciónReynosa, México

Gopa S. DeChevron Energy Technology CompanySan Ramón, California, EUA

Lasse RenlieStatoil ASAStjørdal, Noruega

Stephen WilliamsNorsk Hydro ASABergen, Noruega

Por su colaboración en la preparación de este artículo y enreconocimiento a los aportes que han realizado para eldesarrollo de la plataforma y las aplicaciones de barridoacústico Sonic Scanner, se agradece a Sandip Bose, JahirPabon y Ram Shenoy, Cambridge, Massachusetts, EUA;Tom Bratton y Adam Donald, Denver, Colorado, EUA; ChungChang, Tarek Habashy, Jakob Haldorsen, Chaur-Jian Hsu,Toru Ikegami, David Johnson, Tom Plona, Bikash Sinha yHenri-Pierre Valero, Ridgefield, Connecticut, EUA; SteveChang, Takeshi Endo, Hiroshi Hori, Hiroshi Inoue, MasaeiIto, Toshihiro Kinoshita, Koichi Naito, Motohiro Nakanouchi,Akira Otsuka, Vivian Pistre, Atsushi Saito, Anthony Smits,Hitoshi Sugiyama, Hitoshi Tashiro y Hiroaki Yamamoto,Sagamihara, Kanagawa, Japón; Rafael Guerra y Jean-Francois Mengual, Río de Janeiro, Brasil; DaleJulander, Chevron, Bakersfield, California, EUA; LarryO’Mahoney, Chevron, Nueva Orleáns, Luisiana, EUA;Marcelo Osvaldo Gennari, Reynosa, México; PabloSaldungaray, Veracruz, México; Keith Schilling, Bangkok,Tailandia; Kwasi Tagbor y John Walsh, Houston, Texas;Badarinadh Vissapragada, Stavanger, Noruega; CanyunWang, Pekín, China; Erik Wielemaker, La Haya, PaísesBajos; y Smaine Zeroug, París, Francia.Array-Sonic, CBT (herramienta de evaluación de laAdherencia del Cemento), DSI (generador de ImágenesSónico Dipolar), ECS (Espectroscopía de CapturaElemental), FMI (generador de Imágenes Microeléctricasde Cobertura Total), HRLA (Arreglo de Lateroperfil de AltaResolución), LSS (herramienta Sónica de EspaciamientoLargo), MDT (Probador Modular de la Dinámica de laFormación), OBMI (generador de Imágenes Microeléctricasen Lodos a Base de Aceite), Platform Express, SonicScanner, TLC (Adquisición de Registros en CondicionesDifíciles) y Variable Density son marcas de Schlumberger.

Las mediciones sónicas han recorrido un largo camino desde su introducción hace

50 años. El último avance en tecnología sónica proporciona los datos de mejor calidad

que se hayan conocido hasta la fecha, permitiendo la obtención de mediciones

acústicas para caracterizar las propiedades mecánicas y de los fluidos alrededor del

pozo y hasta decenas de pies dentro de la formación.

El descubrimiento y la producción de hidrocar-buros en forma eficaz y efectiva requierenconocer las rocas y fluidos de un yacimiento y delas formaciones adyacentes. Para lograr esteobjetivo, se concibieron tres mediciones de cam-pos petroleros básicas: electromagnéticas,nucleares y acústicas. Con los avances registra-dos en el diseño de las herramientas y en laadquisición, procesamiento e interpretación dedatos, cada tipo de medición evolucionó paragenerar información adicional y diferente. Peroquizás ninguna alcanzó el grado de desarrollologrado por la medición acústica o sónica.

En sus primeros días, las mediciones sónicaseran relativamente simples. Comenzaron comouna forma de ajustar las señales sísmicas a lascapas de las rocas.1 Hoy, las mediciones sónicasrevelan una multitud de propiedades de yaci-mientos y pozos. Pueden utilizase para inferir laporosidad primaria y secundaria, la permeabili-dad, la litología, la mineralogía, la presión deporo, la invasión, la anisotropía, el tipo de fluido,la magnitud y dirección de los esfuerzos, la pre-sencia y alineación de las fracturas y la calidadde la adherencia entre la cementación y la tube-ría de revestimiento.

Las mejoras introducidas en las medicionessónicas están mejorando nuestra capacidad paradeterminar algunas de estas propiedades. La pre-cisión se está incrementando en las medicionesbásicas, que implican la estimación de las lenti-tudes (inversas de la velocidad) de las ondascompresionales (P) y de corte (S).2 Las variacio-nes producidas en la lentitud también estánsiendo caracterizadas en forma más completa, loque conduce a comprender mejor el cambio delas propiedades de las formaciones con la distan-cia y la dirección.

Las propiedades de las formaciones a menu-do varían direccionalmente, de manera que paraser descriptas en forma completa, deben sermedidas en tres dimensiones. El pozo posee unsistema natural de coordenadas 3D cilíndricas:axial, o a lo largo del pozo; radial, o perpendicu-lar al eje del pozo; y azimutal, o alrededor delpozo. Las variaciones que se producen alrededory lejos del pozo dependen de muchos factores,incluyendo el ángulo que forma el pozo con laestratificación sedimentaria. Las variacionesaxiales son típicas de los pozos verticales encapas horizontales y pueden indicar cambios enla litología, el contenido de fluidos, la porosidady la permeabilidad. Las variaciones radiales pro-ducidas en las propiedades de las rocas y fluidossurgen debido a las distribuciones no uniformesde los esfuerzos y la alteración mecánica o quí-mica causada en la región vecina al pozo por elproceso de perforación. Las variaciones azimuta-les pueden indicar la existencia de anisotropía,que es causada por la estratificación de los gra-nos minerales, las fracturas alineadas o losesfuerzos diferenciales.

El mejoramiento de la caracterización de laslentitudes de las ondas compresionales y lasondas de corte en términos de sus variacionesradiales, azimutales y axiales ahora es posiblecon una nueva herramienta sónica: la plata-forma de barrido acústico Sonic Scanner. Lasformas de onda de alta calidad y las técnicas deprocesamiento de avanzada se traducen en esti-maciones de la lentitud más precisas, incluso ensedimentos no consolidados y en pozos grandes;además, conducen a mediciones de lentitud através de la tubería de revestimiento confiables.Estas mejoras resultan en una mejor caracteriza-ción de la roca del subsuelo y de las propiedades

1. Léonardon EG: “Logging, Sampling, and Testing,” enCarter DV (ed): History of Petroleum Engineering. Ciudadde Nueva York: Instituto Americano del Petróleo (1961):493–578.

2. La lentitud, también conocida como tiempo de tránsitode un estrato, es la inversa de la velocidad. La lentitud seexpresa comúnmente en microsegundos por pie (µs/pie).

Verano de 2006 17

de los fluidos, lo que implica pozos más estables,terminaciones más duraderas y mayor producción.

Este artículo describe los avances registradosen el diseño de las herramientas y la calidad delos datos resultantes de la sonda Sonic Scanner.

Algunos ejemplos de EUA, Noruega y Méxicodestacan ciertas aplicaciones entre las que seencuentran la determinación de las velocidadesde las ondas de corte en formaciones ultralen-tas, la generación de perfiles radiales para la

optimización de las operaciones de perforación,terminación y extracción de muestras, la adqui-sición de registros de movilidad de los fluidos, lacaracterización de las fracturas y la generaciónde imágenes lejos del pozo.

Un éxito de la ingenieríaCon más frecuencia que las herramientas deadquisición de registros electromagnéticos ynucleares, la sola presencia de una herramientasónica en un pozo puede introducir sesgos en lasmediciones que adquiere. La cubierta de acerode la herramienta es extremadamente eficienteen lo que respecta a la propagación de las ondassónicas. Los diseñadores de herramientas deadquisición de registros sónicos han minimizadoeste efecto indeseado mediante el aislamientode los transmisores con respecto a los recepto-res con materiales aislantes o mediante elfresado de ranuras y surcos en la cubierta deacero (véase “Historia de la adquisición de regis-tros sónicos con herramientas operadas concable,” página 34). Estos esfuerzos se centraronen retardar las señales no deseadas y hacer laherramienta lo más transparente posible conrespecto a la medición.

La herramienta Sonic Scanner es completa-mente diferente a otras herramientas. Su diseño,la composición de su material y sus componentesfueron concebidos de manera de poder modelarlos efectos de su presencia. Estos efectos puedenser incorporados luego en la predicción de la res-puesta herramienta-pozo-formación completa.Estas predicciones teóricas fueron verificadasmediante resultados experimentales en un pozode prueba que posee propiedades de formacio-nes conocidas. Como resultado, los efectos de laherramienta pueden ser previstos con precisiónen formaciones homogéneas isotrópicas y se pue-den realizar correcciones en tiempo real en lalocalización del pozo.

La geometría de los transmisores-receptores(TR) y la funcionalidad de la nueva herramientafueron diseñadas cuidadosamente para propor-cionar mediciones de la lentitud de las ondas P,S, de Stoneley y flexurales, en profundidades deinvestigación radiales variables (véase “Acústicade pozo,” página 36). Estos modos operan a unavelocidad de adquisición de registros de 549 m/h[1,800 pies/h]. Para el escenario típico en el quelas velocidades de las ondas compresionales y decorte presentes en las formaciones se incremen-tan con la distancia respecto del pozo, esto selogra aumentando el espaciamiento TR paraexplorar la formación más profundamente. Laherramienta Sonic Scanner combina este enfoquede espaciamiento largo con el espaciamiento TR

estrecho de un arreglo compensado por efecto depozo y además incorpora receptores distribuidosen forma azimutal. La herramienta ofrece 13estaciones axiales en un arreglo de receptores de1.8 m [6 pies]. Cada estación posee ocho recepto-res colocados cada 45° alrededor de laherramienta, lo que resulta en un total de 104sensores.3 En cada extremo del arreglo de recep-tores se instala un transmisor monopolar, y otrotransmisor monopolar y dos transmisores dipola-

res orientados en sentido ortogonal se colocan unpoco más lejos en la herramienta (arriba).

Cada uno de los tres transmisores monopo-lares Sonic Scanner produce un impulso depresión más intenso que los transmisores de lasherramientas sónicas previas. Con un “clic”agudo, generan ondas P y S claras, así como tam-bién el modo de Stoneley de baja frecuencia y laenergía de alta frecuencia necesarios para laevaluación de la cementación.

Cada uno de los dos transmisores dipolareses un dispositivo vibratorio compuesto por unmotor electromagnético instalado en un cilindrosuspendido en la herramienta. Este mecanismogenera una señal dipolar de alta presión sininducir vibraciones en la cubierta de la herra-mienta. La fuente vibratoria puede ser operadaen dos modos: la fuente dipolar tradicional enmodo de pulso produce un “clic” profundo; lanueva fuente también produce una “señal” conun barrido de frecuencias (abajo). El modo de

rápida típica del área marina de Noruega muestraformas de onda adquiridas de los transmisoresmonopolares y dipolares (próxima página,arriba). En las frecuencias altas, la fuente mono-polar genera ondas P, S y de Stoneley claras,mientras que en las frecuencias bajas generapredominantemente ondas de Stoneley. Lostransmisores dipolares X e Y generan ondas fle-xurales. Las curvas de dispersión muestran lalentitud en función de la frecuencia para los arri-bos de ondas de corte no dispersivas, de ondas deStoneley levemente dispersivas y de ondas flexu-rales altamente dispersivas. El límite de bajafrecuencia de la curva de dispersión de las ondasflexurales se encuentra en línea con la lentitudde la onda cónica de corte y con la lentitud ver-dadera de las ondas de corte de la formación. Lasdos curvas flexurales coinciden, lo que indicaausencia de anisotropía azimutal.

Las formas de onda provenientes de las mis-mas fuentes en una formación lenta de EUAexhiben diferencias evidentes, en comparacióncon los resultados de una formación rápida(próxima página, extremo inferior). La fuentemonopolar de alta frecuencia no genera ninguna

18 Oilfield Review

3. Pistre V, Kinoshita T, Endo T, Schilling K, Pabon J, SinhaB, Plona T, Ikegami T y Johnson D: “A Modular WirelineSonic Tool for Measurements of 3D (Azimuthal, Radial,and Axial) Formation Acoustic Properties,” Transcripcionesdel 46o Simposio Anual sobre Adquisición de Registrosde la SPWLA, Nueva Orleáns, 26 al 29 de junio de 2005,artículo P.Pistre V, Plona T, Sinha B, Kinoshita T, Tashiro H, IkegamiT, Pabon J, Zeroug S, Shenoy R, Habashy T, Sugiyama H,Saito A, Chang C, Johnson D, Valero H-P, Hsu CJ, Bose S,Hori H, Wang C, Endo T, Yamamoto H y Schilling K: “ANew Modular Sonic Tool Provides Complete AcousticFormation Characterization,” Resúmenes Expandidos,75a Reunión Anual de la SEG, Houston (6 al 11 denoviembre de 2005): 368–371.

> Herramienta Sonic Scanner con 13 estaciones axiales en un arreglo de receptores de 6 pies. Cada estación posee ocho receptores distribuidos azimutal-mente, lo que resulta en 104 sensores distribuidos por toda la herramienta. Los tres transmisores monopolares permiten la adquisición de datos con espa-ciamientos largos y cortos para la compensación por efectos de pozo, en profundidades de investigación variables. Dos transmisores dipolares ortogonalesgeneran ondas flexurales para la caracterización de la lentitud de las ondas de corte en formaciones lentas y anisotrópicas.

10 pies

AislanteSección

transmisora lejana

MonopolosuperiorComponentes

electrónicos Sección receptora

Dipolo X e Y

Monopoloinferior

Monopololejano

R13 R1

200

Pres

ión,

Pa

400

0

–200

–400

Tiempo, ms0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Mag

nitu

d, d

B

Frecuencia, Hz

0

20

40

60

80

100

103 104

> El barrido de frecuencias del transmisor dipolar Sonic Scanner. La potente señal en barrido de fre-cuencia crea una respuesta de banda ancha (inserto) que es plana entre aproximadamente 300 Hz y 8 kHz.

señal de barrido de frecuencias mantiene cadafrecuencia con una duración mayor que las fuen-tes dipolares de banda angosta, lo que proveemás energía dipolar a la formación.

Al igual que en las herramientas sónicas pre-vias, tales como el generador de Imágenes SónicoDipolar, las dos fuentes dipolares están orienta-das en sentido ortogonal. Una vibra en línea conel eje de referencia de la herramienta y la otra enun ángulo de 90° con respecto al eje. Estos dispo-

sitivos generan modos flexurales intensos; ondasque sacuden suavemente el pozo entero de lamisma manera que una persona puede sacudir unárbol desde su tronco. Los modos flexurales sepropagan por el pozo, hacia la superficie y haciael fondo, y además penetran en la formaciónhasta diferentes profundidades que dependen desus frecuencias. El contenido de frecuencias—entre 300 Hz y 8 kHz—de la nueva fuente dipolarque produce una señal con un barrido de frecuen-cias excita los modos flexurales en todas lascondiciones de pozos y formaciones, incluyendolas formaciones lentas y asegura una máximarelación señal-ruido.

La nueva herramienta sónica produce formasde ondas P, S, de Stoneley y flexurales de calidadinigualada. Un ejemplo tomado de una formación

Verano de 2006 19

Lent

itud,

µs/

pie

400

300

200

100

00 2 4 6 8

Frecuencia, kHz

Onda de Stoneley

Onda flexural

Onda de corte

0 5 10 15 20Tiempo, ms

1

3

5

7

9

11

13

Dipolo Y

0 5 10 15 20Tiempo, ms

1

3

5

7

9

11

13

Baja frecuencia

Núm

ero

de re

cept

orN

úmer

o de

rece

ptor

0 2Tiempo, ms

4

1

3

5

7

9

11

13

Alta frecuencia

1

3

5

7

9

11

13

0 5 10 15 20Tiempo, ms

Dipolo X

P

S

Stoneley

0 10Tiempo, ms

20

1

3

5

7

9

11

Flexural rápida

30 0 10 20 30Tiempo, ms

1

3

5

7

9

11

Flexural lenta

Núm

ero

de re

cept

orN

úmer

o de

rece

ptor

0 2 4 6Tiempo, ms

1

3

5

7

9

11

13

Alta frecuencia

1

3

5

7

9

11

13

Tiempo, ms

Baja frecuencia

0 10 20 30

Lent

itud,

µs/

pie

900

800

700

600

0 1 2 3Frecuencia, kHz

500

Onda de Stoneley

Onda de corte lenta

Onda flexural Onda de corte rápida

Lent

itud,

µs/

pie

210

190

170

0 42 8Frecuencia, kHz

1506

Onda compresional con fugas

Onda compresional

> Formas de onda (izquierda) provenientes de una formación rápida, en el área marina de Noruega. Los transmisores monopo-lares (extremo superior) en las frecuencias altas (izquierda) generan ondas P, S y de Stoneley claras, y las frecuencias bajas(derecha) generan principalmente ondas de Stoneley. Las formas de onda flexurales generadas por los transmisores dipolares(extremo inferior) se registran en los receptores X (izquierda) e Y (derecha). El análisis de dispersión (derecha) muestra datos deStoneley levemente dispersivos, datos flexurales altamente dispersivos y datos de corte no dispersivos. La onda compresionales excitada sólo en las frecuencias de más de 8 kHz presentes en esta formación y no se muestra en la curva de dispersión.[Modificado del trabajo de Pistre et al, referencia 3 (SEG).]

> Formas de onda (izquierda) provenientes de una formación lenta en EUA. La fuente monopolar de alta frecuencia (extremosuperior izquierdo) no genera ninguna onda de corte y las ondas de Stoneley que genera son más pequeñas que en el caso dela formación rápida. En la baja frecuencia, la fuente monopolar (extremo superior derecho) genera predominantemente ondasde Stoneley. Los transmisores dipolares X e Y generan ondas flexurales de baja frecuencia, en comparación con la formaciónrápida. La anisotropía existente en esta formación produce la división de las ondas flexurales, creando una onda flexural rápiday otra lenta (extremo inferior izquierdo y derecho, respectivamente) . Los datos de dispersión de baja frecuencia (derecha)incluyen el modo de Stoneley y dos modos flexurales. El análisis de dispersión de frecuencia más alta de los datos de ondas Prevela la existencia de dispersión—rotulada como compresional con fugas—en las frecuencias más altas. [Modificado deltrabajo de Pistre et al, referencia 3 (SEG)].

Frecuencia

Lent

itud

Onda de corte rápida

Isotrópica homogénea

Frecuencia

Lent

itud

Onda de corte rápida

Isotrópica heterogénea

Formación dañada,próxima a la falla

Frecuencia

Lent

itud

Onda de corte rápidaOnda de corte lenta

Anisotrópica homogénea

Anisotropía intrínseca:lutitas, estratificación,fracturas

Frecuencia

Lent

itud

Onda de corte rápidaOnda de corte lenta

Anisotrópica heterogénea

Anisotropía inducidapor los esfuerzos

onda de corte directa pero sí genera ondas com-presionales con fugas. En las frecuencias bajas,la fuente monopolar nuevamente genera ondasde Stoneley, pero además se genera una fuerteonda compresional con fugas. Los transmisoresdipolares X e Y generan ondas flexurales con larespuesta de baja frecuencia característica deuna formación lenta. Los datos de dispersiónincluyen el modo de Stoneley levemente disper-sivo y la onda compresional con fugas peroninguna onda cónica de corte, como es dableesperar en una formación lenta. En ausencia deondas cónicas de corte, la lentitud de la onda decorte se estima del límite de baja frecuencia delmodo flexural.

El modo flexural no es tan dispersivo comoen una formación rápida; sin embargo, es másdispersivo que aquel que es dable esperar enuna formación isotrópica homogénea. En la bajafrecuencia, las dos curvas de dispersión de lasondas flexurales se nivelan en diferentes lentitu-des, lo que indica la existencia de anisotropía

azimutal. Las formas de ondas flexurales hansido rotadas matemáticamente en las direccio-nes de las ondas de corte rápidas y lentas.4

El análisis de las curvas de dispersión de lasondas flexurales provenientes de la herramientaSonic Scanner clasifica las formaciones deacuerdo con el tipo de anisotropía, mediante lacomparación de las curvas de dispersión ob-servadas con las modeladas, asumiendo lapresencia de una formación isotrópica homo-génea (abajo). En una formación isotrópicahomogénea, las ondas de corte no se dividen enuna componente rápida y una componente lenta,de manera que las dos curvas de dispersión de lasondas flexurales observadas poseen respuestassísmicas idénticas de lentitud versus frecuenciay se superponen con la curva modelada. Encasos de anisotropía intrínseca, tales como laslutitas o las formaciones fracturadas, las curvasde dispersión de las ondas de corte rápidas ylentas están separadas en todos lados y tiendena la lentitud verdadera en la frecuencia cero.5

En formaciones que han experimentado dañoinducido por la perforación y que están próximasa la falla, pero que de lo contrario son homogé-neas e isotrópicas, las dos curvas de dispersiónson idénticas aunque muestran una lentitudmucho mayor en las frecuencias altas que la dis-persión modelada para una formación isotrópicahomogénea. En formaciones con anisotropíainducida por los esfuerzos, las curvas de disper-sión de las ondas de corte rápidas y lentas secruzan. Este rasgo característico es causado porlas concentraciones de los esfuerzos en la regiónvecina al pozo.6 Estas relaciones simplificadasentre las curvas de dispersión resultan válidascuando sólo un mecanismo físico controla elcomportamiento de las ondas. Cuando los meca-nismos involucrados son múltiples, por ejemplosi existe tanto anisotropía inducida por losesfuerzos como anisotropía intrínseca presente,las curvas pueden ser diferentes.

Además de efectuar mediciones en agujerodescubierto, en formaciones isotrópicas, ani-sotrópicas, homogéneas y heterogéneas, laherramienta Sonic Scanner provee resultados dealta calidad detrás de la tubería de revestimiento.El diseño mejorado de la herramienta registraformas de onda a través del revestimiento conuna alta relación señal-ruido. Los poderosostransmisores y el gran ancho de banda disponiblepermiten la adquisición de datos de lentitud delas formaciones a través de la tubería de revesti-miento y del cemento de espesor variable.

La capacidad de medir las propiedades de lasformaciones a través del revestimiento permiteque las compañías monitoreen los efectos mecá-nicos de la producción sobre la formaciónproductora. Muchas formaciones experimentancompactación, debilitamiento u otros cambioscon el tiempo, como resultado del agotamientode la presión o como consecuencia de la inyec-ción de agua.

En un ejemplo de un pozo de Statoil situadoen el Mar del Norte, los datos Sonic Scanner fue-ron adquiridos tanto en agujero descubierto de8.5 pulgadas como detrás de la tubería de reves-timiento de 8 pulgadas de diámetro externo,antes de poner el pozo en producción (próximapágina). Los registros adquiridos en agujero des-cubierto en la zona de interés indican unaformación más lenta y más blanda entre X,296 yX,305 m. El registro del calibrador señala underrumbe en este intervalo. Si se comparan conlos registros adquiridos en agujero descubierto,las lentitudes de las ondas compresionales y decorte adquiridas en pozo entubado son marcada-mente similares incluso a través de la zonalavada. Las curvas de dispersión en ambos casostambién son similares.

20 Oilfield Review

> Curvas de dispersión de ondas flexurales para la clasificación de la ani-sotropía y la heterogeneidad de las formaciones. En un medio isotrópicohomogéneo (extremo superior izquierdo), las curvas de dispersión obser-vadas para las ondas flexurales registradas en los receptores dipolaresortogonales (curvas roja y azul) se ajustan a las curvas de dispersión deondas flexurales modeladas (círculos negros). En una formación isotrópicaheterogénea (extremo superior derecho), ambas curvas de dispersión ob-servadas muestran mayor lentitud con el incremento de la frecuencia, queel modelo isotrópico homogéneo. La mayor lentitud con el incremento de lafrecuencia indica que la región vecina al pozo se ha vuelto más lenta, unsigno de daño alrededor del pozo. En un medio anisotrópico homogéneo(extremo inferior izquierdo), como el que posee anisotropía intrínseca, lacurva de dispersión de ondas flexurales rápidas (rojo) se ajusta al modeloisotrópico homogéneo (en una primera aproximación), mientras que lacurva de dispersión de ondas flexurales lentas (azul) posee la misma formapero se traduce en lentitudes más altas. En un medio anisotrópico hetero-géneo (extremo inferior derecho), las dos curvas de dispersión de ondasflexurales observadas se cruzan. Este fenómeno es el resultado de la con-centración de esfuerzos en la región vecina al pozo e indica la existenciade anisotropía inducida por esfuerzos.

Verano de 2006 21

En Medio Oriente, la herramienta SonicScanner ha sido utilizada en múltiples ocasionespara efectuar mediciones de la lentitud a travésde la tubería de revestimiento de 133⁄8 pulgadas,en pozos de más de 20 pulgadas de diámetro. Encada uno de los casos, a pesar de la cementaciónpobre, se obtuvieron buenos datos de lentitud deondas de corte a lo largo de todo el intervalo y seregistró una lentitud compresional adecuada almenos a lo largo de medio intervalo.

La herramienta Sonic Scanner no sólo ob-tiene resultados de lentitud detrás de la tuberíade revestimiento sino que además puede evaluarsimultáneamente la calidad de la adherencia delcemento y el tope del cemento. Las señalesregistradas por los receptores que se encuentrana una distancia de entre 0.9 y 1.5 m [3 y 5 pies]con respecto a los dos transmisores monopolarescercanos, son procesadas para producir una

medición de la atenuación discriminada, librede los efectos de los fluidos de normalización dela herramienta y de las derivas de presión ytemperatura. Los resultados son comparablescon los de la herramienta de evaluación de laAdherencia del Cemento CBT, pero además secorrigen por las propiedades de la tubería de

revestimiento y de la cementación. La eva-luación de la integridad del pozo y de laspropiedades de las formaciones en la mismabajada de la herramienta evita las carreras sepa-radas de adquisición de registros y reduce eltiempo de equipo de perforación y los costos demovilización.

4. Las fuentes dipolares X e Y están separadas por una dis-tancia de 1 pie. Si bien esto evita la interferencia eléctrica,también significa que las formas de onda deben despla-zarse 1 pie, antes de la rotación de Alford. Esto reduce elnúmero de formas de onda colocadas de 13 a 11. Formasde onda colocadas es una expresión acuñada para desig-nar al conjunto de señales originadas de distintos disparosde los dipolos X e Y y en correspondencia entre sí, cuandolos sensores están ubicados a través de la misma forma-ción y a los mismos espaciamientos entre transmisor yreceptor. Este arreglo puede lograrse sólo para 11 formasde onda (de allí el término formas de onda colocadas).Alford RM: “Shear Data in the Presence of AzimuthalAnisotropy: Dilley, Texas,” Resúmenes Expandidos, 56aReunión Internacional Anual de la SEG, Houston (2 al 6de noviembre de 1986): 476–479.

5. Para identificar la anisotropía de este modo, el eje desimetría de la anisotropía debe ser perpendicular al ejedel pozo. Por ejemplo, las herramientas de adquisiciónde registros dipolares cruzados en los pozos verticalespueden detectar la anisotropía causada por las fracturasverticales alineadas y, en los pozos horizontales, puedendetectar la anisotropía causada por las laminacioneshorizontales.

6. Sinha BK y Kostek S: “Stress-Induced AzimuthalAnisotropy in Borehole Flexural Waves,” Geophysics 61,no. 6 (Noviembre-diciembre de 1996): 1899–1907.Winkler KW, Sinha BK y Plona TJ, “Effects of BoreholeStress Concentrations on Dipole AnisotropyMeasurements,” Geophysics 63, no. 1 (Enero-febrero de1998): 11–17.

X,290

X,320

X,310

X,300

0 150°API

Rayos gamma6 16Pulgadas

Tamaño dela barrena

Prof

undi

dad,

m

80 540µs/pie

Lentitud de ondas de corte

µs0 10,000

Tiempo de arriboµs0 10,000

Coherencia STCForma de onda

Registro de densidad variable

X,290

X,320

X,310

X,300

Prof

undi

dad,

m

0 150°API

Rayos gamma6 16Pulgadas

Calibrador6 16Pulgadas

Tamaño dela barrena

Derrumbe

80 540µs/pie

Lentitud de ondas de corte

Coherencia STC

µs0 10,000

Tiempo de arriboµs0 10,000

Forma de ondaRegistro de densidad variable

300

250

200

150

100

50

00 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000

Frecuencia, Hz

Lent

itud,

µs/

pie

300

250

200

150

100

50

0

Ampl

itud,

dB

300

250

200

150

100

50

00 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000

Frecuencia, Hz

Lent

itud,

µs/

pie

300

250

200

150

100

50

0

Ampl

itud,

dB

> Resultados en agujero descubierto (izquierda) y en pozo entubado (derecha) correspondientes a un pozo de Statoil situado en elMar del Norte. La herramienta Sonic Scanner mide las lentitudes de las ondas P, S y de Stoneley en agujero descubierto y detrás dela tubería de revestimiento, aun donde el calibrador (Carril 1) indica la presencia de una zona lavada (entre X,296 y X,305 m) en losregistros obtenidos en agujero descubierto. La lentitud de modo flexural exhibida en el Carril 2 de cada conjunto está definida enforma más neta, con una banda cromática más estrecha, en el ejemplo correspondiente al pozo entubado que en el correspondientea los registros de agujero descubierto. En las curvas de dispersión (extremo inferior), la lentitud de las ondas compresionales semuestra con guiones verdes y la lentitud de las ondas de corte, con guiones azules.

22 Oilfield Review

0 °API 150

Rayos gamma5 20

Diámetro del pozo0 Grados

Pulgadas

360

Azimut total0 Grados 360

Azimut del pozo-10 Grados 90

Desviaciónde la sonda

0 100

0 100

1,250

1,300

1,350

1,400

1,450

1,500

1,550

1,600

Dept

h, ft

-90 Grados 90

Azimut de la ondade corte rápida

Incertidumbreasociada

con el azimut

200 µs/pie 1,200

Onda de corte rápida

basada en ∆T

200 µs/pie 1,200

Onda de corte lentabasada en ∆T

0 %

Anisotropía basada en ∆T100

100 %

Anisotropía basadaen el tiempo

0

200 µs/pie 1,200

50 µs/pie 360

0 µs 30,000

Inicio de ventana0 µs 30,000

Fin de ventana0 µs 30,000

Forma de onda rápida0 µs 30,000

Forma de onda lenta

200 µs/pie 1,200

Onda de corte rápida

Coherencia

200 µs/pie 1,200

Onda de corte rápida

Energía

200 µs/pie 1,200

Onda de corte lenta

Coherencia

200 µs/pie 1,200

Onda de corte lenta

Energía

2 4 6 160

Indicación de anisotropía, %

∆T compresional

∆T de Stoneley

Energíamáxima

Energíamínima

Energíafuera de

líneaAnálisis de

lentitud-frecuenciaAnálisis de

lentitud-frecuencia

> Lentitudes de las ondas de corte computadas de registros de ondas flexurales en la Formación Antílope; formación extremadamente lenta correspondiente alcampo Cymric situado en California. En la zona diatomítica, hasta 1,500 pies de profundidad, las lentitudes de las ondas de corte del Carril 3 promedian 700 µs/piey se aproximan a 900 µs/pie en ciertos intervalos. Por debajo de esa profundidad, las lentitudes de las ondas de corte decrecen hasta aproximadamente400 µs/pie. La gran separación existente entre la energía fuera de línea mínima y máxima, en el carril correspondiente a la profundidad, indica la existencia deanisotropía. El Carril 1 muestra los rayos gamma (verde), el diámetro del pozo (amarillo), el azimut del pozo (azul claro) y el azimut de la herramienta que rotacontinuamente (azul oscuro). El azimut de la onda de corte rápida, que se indica en el Carril 2 (rojo), es relativamente constante en la zona anisotrópica por en-cima de 1,500 pies, a pesar de la rotación continua de la herramienta. Además de las lentitudes de las ondas de corte rápidas (rojo) y lentas (azul), derivadasdel análisis de dispersión, el Carril 3 muestra la lentitud de las ondas de Stoneley (negro), la lentitud de las ondas P (curva verde) y las anisotropías basadas enla lentitud (borde izquierdo del carril) y en el tiempo (borde derecho del carril). El Carril 4 muestra las formas de onda y las ventanas de tiempo utilizadas parael análisis de las ondas flexurales. Las proyecciones coherencia-tiempo-lentitud (STC, por sus siglas en inglés) para las ondas de corte rápidas y lentas seindican en el Carril 5 y en el Carril 7, respectivamente. Las proyecciones del análisis de lentitud-frecuencia (SFA, por sus siglas en inglés) para las ondas decorte rápidas y lentas se muestran en el Carril 6 y en el Carril 8, respectivamente. (Modificado del trabajo de Walsh et al, referencia 8).

13

11

9

7

54

1

12

10

23

6

8

0 2,500 5,000 7,500 10,000Tiempo, µs/pie

400

350

300

250

200

150

100

50

00 2,000 4,000 6,000 8,000

Frecuencia, Hz

Lent

itud,

µs/

pie

Núm

ero

de fo

rma

de o

nda

0

50

100

300

250

200

150

Ampl

itud,

dB

µs/pie100 400

Lentitud de ondas de corte

Energía SFA

15,000

15,050

15,100

Formas de onda desde 15,061 pies

Verano de 2006 23

Lentitud extremaAlgunas formaciones son tan lentas que no sólo lalentitud de las ondas S es mayor que la del lodosino que además la lentitud de las ondas P seaproxima a la del lodo. En estas circunstancias, laonda P pierde energía en la formación, en lo quese conoce como modo P con fugas, y es dispersiva.En el límite de baja frecuencia, la curva de dis-persión de las ondas P con fugas tiende hacia lalentitud de las ondas P y, en el límite de alta fre-cuencia, alcanza la lentitud del fluido del pozo.7

La Formación Antelope del campo petroleroCymric, que se encuentra en el Valle de SanJoaquín, California, es uno de esos casos quecombina la lentitud extrema con otras complica-ciones que convierten la adquisición de registrossónicos en un desafío.8 La litología de la forma-ción está compuesta por diatomita y cristobalita;formas de sílice opalizado. La permeabilidad esbaja, promediando 2 mD. Sobre la base de estu-dios previos, se sabe que la lentitud de las ondascompresionales se aproxima a 200 µs/pie, valorsimilar al de la lentitud de la onda de lodo y, enciertas secciones, la lentitud de las ondas decorte excede 800 µs/pie.9 Los perfiles sísmicosverticales de nueve componentes y los registrossónicos dipolares cruzados han detectado mag-nitudes y direcciones de la anisotropía quecambian con la profundidad y a través de distin-tas regiones del campo.10 El conocimiento de lasvelocidades acústicas y de la anisotropía puedeser importante para el diseño de las operacionesde estimulación por fracturamiento hidráulico yrecuperación mejorada de petróleo.

Las mediciones obtenidas con la herramientaSonic Scanner proveen nuevos conocimientosacerca del comportamiento acústico de estas

Junto con las curvas de lentitud de las ondasde corte rápidas y lentas típicas, y las proyeccio-nes de coherencia-tiempo-lentitud (STC, por sussiglas en inglés) observadas en muchas gráficasde registros sónicos, las visualizaciones de losdatos Sonic Scanner incluyen nuevos carriles decontrol de calidad donde se exhibe el análisis delentitud-frecuencia (SFA, por sus siglas eninglés). Para crear gráficas SFA, se genera unacurva de dispersión en cada profundidad utili-zando las formas de ondas flexurales dipolaresregistradas (abajo).13 La curva de dispersión seproyecta sobre el eje de lentitud y esta proyección

7. Valero H-P, Peng L, Yamamoto M, Plona T, Murray D yYamamoto H: “Processing of Monopole Compressional inSlow Formations,” Resúmenes Expandidos, 74a ReuniónInternacional de la SEG, Denver (10 al 15 de octubre de2004): 318–321.

8. Walsh J, Tagbor K, Plona T, Yamamoto H y De G: “Acoustic Characterization of an Extremely Slow Formation in California,” Transcripciones del 46o Simpo-sio Anual sobre Adquisición de Registros de la SPWLA,Nueva Orleáns, 26 al 29 de junio de 2005, artículo U.

9. Hatchell PJ, De GS, Winterstein DF y DeMartini DC:“Quantitative Comparison Between a Dipole Log and VSPin Anisotropic Rocks from Cymric Oil Field, California,”Resúmenes Expandidos, 65a Reunión Internacional Anualde la SEG, Houston (8 al 13 de octubre de 1995):13–16.

10. De GS, Winterstein DF, Johnson SJ, Higgs WG y Xiao H:“Predicting Natural or Induced Fracture Azimuths fromShear-Wave Anisotropy,” artículo de la SPE 50993-PA,SPE Reservoir Evaluation & Engineering 1, no. 4 (Agosto de 1998): 311–318.

11. De et al, referencia 10.12. Hatchell et al, referencia 9.13. Plona T, Kane M, Alford J, Endo T, Walsh J y Murray D:

“Slowness-Frequency Projection Logs: A New QCMethod for Accurate Sonic Slowness Evaluation,”Transcripciones del 46o Simposio Anual sobreAdquisición de Registros de la SPWLA, Nueva Orleáns,26 al 29 de junio de 2005, artículo T.

> Construcción de un registro de análisis de lentitud-frecuencia (SFA, por sus siglas en inglés) paracontrolar la calidad de la estimación de la lentitud de las ondas de corte derivada de las ondas flexu-rales. Las formas de onda flexurales dipolares en cada profundidad (extremo superior izquierdo) seanalizan para estimar su lentitud en frecuencias variables. Los datos resultantes se representangráficamente en una gráfica de lentitud-frecuencia (extremo inferior izquierdo), en la que el tamañodel círculo indica la cantidad de energía. Las energías se codifican en color y se proyectan sobre eleje de lentitud. La banda cromática se representa gráficamente en la profundidad adecuada paracrear un registro (derecha). La estimación de la lentitud derivada del procesamiento STC dispersivose representa gráficamente como una curva negra. La estimación de la lentitud es buena si coincidecon el límite de frecuencia cero de la proyección SFA.

rocas complejas. Se registraron formas de ondaen un intervalo situado entre 296 y 503 m [972 y1,650 pies] de profundidad, en un pozo cercanoa la cresta de la estructura Cymric. En la zonade diatomita, a 457 m [1,500 pies], la lentitud delas ondas de corte derivada del procesamientode las curvas de dispersión del modo flexural esal menos tan grande como la observada enprogramas de adquisición de registros previos,promediando 700 µs/pie y aproximándose a900 µs/pie en ciertos intervalos (página ante-rior). Por debajo de esa profundidad, la lentitudde las ondas de corte decrece hasta aproximada-mente 400 µs/pie, en la zona de cristobalita.

Gran parte del intervalo registrado exhibeanisotropía azimutal, como lo indica la gran sepa-ración existente entre la energía fuera de líneamínima y máxima, y también entre las lentitudesde las ondas de corte rápidas y lentas. La magni-tud de la anisotropía oscila entre 4 y 8%, lo quecoincide con los resultados de estudios previos.11

La anisotropía basada en la lentitud se calculadividiendo la diferencia entre las lentitudes delas ondas de corte rápidas y lentas por su prome-dio. El azimut de la dirección de la onda de corterápida se encuentra entre N35O y N15O, lo queconcuerda en general con los estudios previos.12

se grafica en una presentación de tipo registro enfunción de la profundidad, similar a la forma enque se construye una proyección STC. El registrode lentitud estimado, obtenido del procesamientoSTC dispersivo, se superpone sobre la proyecciónSFA y, si la lentitud estimada se ajusta al límite debaja frecuencia de la proyección SFA, la calidadde la estimación del valor de lentitud es alta. Enformaciones azimutalmente anisotrópicas, lasproyecciones SFA pueden graficarse tanto para ladirección de las ondas de corte rápidas como parala dirección de las ondas de corte lentas.

En esta formación extremadamente lenta, lafuente monopolar no excita una onda cónicacompresional, sino un potente modo de ondas Pcon fugas. La lentitud de las ondas compresiona-les debe estimarse entonces del procesamientoSTC dispersivo, en forma análoga a la técnica dedeterminación de la lentitud de las ondas decorte obtenida de los modos flexurales. La lenti-tud de las ondas compresionales se estima en192 µs/pie en la sección de diatomita somera yen 175 µs/pie en la sección de cristobalita(extremo superior).

A raíz del éxito inicial de la herramientaSonic Scanner, Chevron está planificando correrla herramienta en más pozos de este campo enel año 2006. Las velocidades sónicas soportaránlas técnicas microsísmicas de mapeo de las frac-turas.14

Perfiles radiales de la variación de la lentitudLas variaciones producidas en las propiedadesde las formaciones pueden ser naturales o indu-cidas por el proceso de perforación, y puedenresultar beneficiosas o perjudiciales para laactividad de exploración y producción (E&P)inmediata. Mediante la caracterización com-pleta de las lentitudes de las ondas P y de lasondas S, en un volumen significativo alrededordel pozo, se puede conocer la causa de la varia-ción y tomar decisiones acerca de cómo sacarventaja de la situación o mitigarla.

En un pozo de exploración reciente, situadoen el área de South Timbalier del Golfo de México,Chevron penetró con éxito una arenisca estable-cida como objetivo. En otros pozos, la mismaformación había presentado desafíos en cuanto alas operaciones de terminación de pozos, demodo que el programa de adquisición de registrosde este pozo incluyó mediciones para evaluar suspropiedades mecánicas.

24 Oilfield Review

220

210

200

190

180

170

160

150

Lent

itud,

µs/

pie

Ampl

itud,

dB

300

250

200

150

100

50

00 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000

Frecuencia, Hz

Profundidad = 1,470 pies

Lentitud de las ondas compresionalesderivadas del modo P monopolarcon fugas

220

210

200

190

180

170

160

150

Lent

itud,

µs/

pie

Ampl

itud,

dB

300

250

200

150

100

50

00 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000

Frecuencia, Hz

Profundidad = 1,510 pies

Lentitud de las ondas compresionalesderivadas del modo P monopolarcon fugas

225

200

175

150

Lent

itud,

µs/

pie

1,000 2,000 3,000 4,000Tiempo, µs

5,000 6,000

Procesamiento STC dispersivo3.5 kHz a 6.5 kHz

Profundidad = 1,470 pies

225

200

175

150

Lent

itud,

µs/

pie

1,000 2,000 3,000 4,000Tiempo, µs

5,000 6,000

Profundidad = 1,510 pies225

200

175

150

Lent

itud,

µs/

pie

1,000 2,000 3,000 4,000

Tiempo, µs5,000

Profundidad = 1,510 pies

225

200

175

150

1,000 2,000 3,000 4,000Tiempo, µs

Lent

itud,

µs/

pie

Procesamiento STC tradicional

Profundidad = 1,470 pies

1,470

1,480

1,490

1,500

1,510

4 14Pulg

Coherencia Coherencia EnergíaAmplitud de laforma de onda

140 240µs/pie140 240µs/pie 140 240µs/pie

Lentitud de las ondas

compresionalesProcesamiento

monopolar

Calibrador4 14Pulg

Tamaño dela barrena

0 150°API

Rayos gamma

Derrumbe

Prof

undi

dad

med

ida,

pie

s

Lentitud de las ondas

compresionalesProcesamiento

de ondas Pcon fugas

Análisis delentitud-frecuencia

2,000 µs 4,000

Tiempo

> Estimación de la lentitud de las ondas compresionales mediante el procesamiento de los datos de dispersión de ondas P con fugas en la formaciónlenta Antelope (izquierda). El procesamiento monopolar tradicional que se muestra en el Carril 2 no provee estimaciones de la lentitud tan confiablescomo el procesamiento STC dispersivo (Carril 3). Las gráficas STC (derecha) desde dos profundidades diferentes muestran la coherencia mejorada quegenera el procesamiento STC dispersivo (derecha), en comparación con el procesamiento STC tradicional (izquierda). El Carril 4 muestra el análisis delentitud-frecuencia (SFA, por sus siglas en inglés) utilizando datos de dispersión de ondas P con fugas, como los que se muestran en las curvas dedispersión (abajo). (Modificado del trabajo de Walsh et al, referencia 8).

> Curvas de dispersión para los arribos de ondas compresionales en la zona de diatomita superior(izquierda) y en la zona de cristobalita inferior (derecha). La lentitud de las ondas compresionales se estima a través de la lentitud del modo P con fugas en baja frecuencia. [Modificado del trabajo de Walsh et al, referencia 8].

Verano de 2006 25

Los perfiles radiales de las lentitudes de lasondas de corte y de las ondas compresionalespueden revelar información importante sobreel estado de la formación cerca del pozo. Lavariación radial de la lentitud de las ondas com-presionales se puede hallar examinando ladiferencia en la lentitud de las ondas P detec-tada por el arreglo de receptores, provenientesde los transmisores monopolares cercano ylejano. Los rayos provenientes del transmisorcercano muestrean la zona alterada cercana alpozo, mientras que los rayos del transmisorlejano muestrean la zona inalterada, tambiénconocida como campo lejano.

Cuando los datos de ondas P de los tres trans-misores y los 13 receptores son sometidos a unproceso de reconstrucción topográfica, se obtie-ne una imagen clara de la variación radial.15 Estatécnica de inversión emplea la técnica de tra-zado de rayos para calcular los tiempos de arribode las señales en todos los sensores y actualizaun modelo de formación inicialmente homogé-nea para crear un modelo final que satisface losdatos observados. Para visualizar el perfil radialde lentitud de las ondas compresionales resul-tante, el porcentaje diferencial entre la lentitudobservada y la lentitud en el campo lejano secodifica en color y se grafica en función de la dis-tancia radial que existe con respecto a la pareddel pozo (derecha).

Los datos de este pozo de Chevron indicaronque las areniscas de interés exhibían variacionesradiales en la lentitud de las ondas compresio-nales que se aproximaban al 15% en la pared delpozo y se extendían en forma ascendente 30 cm[1 pie] dentro de la formación. No obstante, lasola cuantificación de la variación de la lentitudde las ondas P no identifica su causa. Las varia-ciones de la lentitud de las ondas compresionalespueden ser causadas por los cambios de fluidos,tales como la invasión de fluido de perforación, opor cambios radiales producidos en los esfuerzoso en la resistencia de la formación. La infor-mación adicional, obtenida del perfil radial delentitud de las ondas de corte, podría ayudar adistinguir estos factores.

14. Bennett L, Le Calvez J, Sarver DR, Tanner K, Birk WS,Waters G, Drew J, Primiero P, Eisner L, Jones R, Leslie D,Williams MJ, Govenlock J, Klem RC y Tezuka K: “Lafuente para la caracterización de fracturas hidráulicas,”Oilfield Review 17, no. 4 (Primavera de 2006): 46–61.

15. Zeroug S, Valero H-P y Bose S: “Monopole RadialProfiling of Compressional Slowness,” preparado paraser presentado en la 76a Reunión Internacional Anual de la SEG, Nueva Orleáns, 1° al 3 de octubre de 2006.Hornby BE: “Tomographic Reconstruction of Near-Borehole Slowness Using Refracted Sonic Arrivals,”Geophysics 58, no. 12 (Diciembre de 1993): 1726–1738.

X,480

X,490

X,500

X,510

X,520

X,530

X,540

X,550

1.7 2.7g/cm3

Densidad9 19Pulgadas

Diámetro del pozo

300 100µs/pie

Onda de corte rápida

Onda de corte lenta

300 100

Onda compresional

180 80

µs/pie

µs/pie

Prof

undid

ad m

edida

, pies

2 0Pies

Distancia al centrodel pozo

0 2Pies

Distancia al centrodel pozo

0 2Pies

Distancia al centrodel pozo

10 110°API

Rayosgamma

Diferencial de ondade corte rápida

0 25%

Diferencial de ondade corte lenta

0 25%

Diferencial deonda compresional

0 25%

> Perfiles radiales de ondas compresionales y de corte en un pozo de Chevron, situado en el Golfo deMéxico. Los datos de ondas P de los tres transmisores y los 13 receptores constituyen los datos deentrada para la reconstrucción tomográfica basada en el trazado de rayos a través de una formaciónmodelada con propiedades que varían gradualmente lejos del pozo. El porcentaje de la diferencia entrela lentitud de las ondas compresionales observadas y la lentitud de la formación de campo lejano inal-terada se representa gráficamente en escalas de color y distancia para indicar el alcance de la dife-rencia lejos del pozo (Carril 6). En estas areniscas, la lentitud de las ondas compresionales cerca delpozo varía hasta en un 15% respecto de la lentitud del campo lejano y la variación se extiende hastauna distancia de 1 pie de la pared del pozo. Los perfiles radiales de ondas de corte aparecen en losCarriles 3 y 5 para las diferencias de las ondas de corte rápidas y lentas con respecto a la lentitud delcampo lejano, respectivamente. Las diferencias grandes, atribuidas a la deformación plástica producidaen la región vecina al pozo, se muestran en rojo, y se extienden hasta aproximadamente 10 pulgadasrespecto de la pared del pozo. Estas diferencias se producen solamente en los intervalos de areniscas,identificables a partir del registro de rayos gamma del Carril 4.

Los perfiles radiales de la lentitud de lasondas de corte se construyen en un procedi-miento de pasos múltiples.16 El procesamientopor semblanzas de las formas de ondas flexuralesen las frecuencias bajas provee una estimacióninicial de los parámetros elásticos de la forma-ción. Estos parámetros se utilizan para modelaruna formación isotrópica homogénea. Las dife-rencias entre la lentitud medida y la lentitudmodelada en una amplia selección de frecuen-cias constituyen los datos de entrada para unprocedimiento de inversión que da como resul-tado el perfil radial real de la lentitud de lasondas flexurales. Los resultados se grafican encolores que representan la magnitud de la dife-rencia entre la lentitud observada y la lentitudde la formación de campo lejano inalterada.

En el caso de South Timbalier, el perfil radialde la lentitud de las ondas de corte muestra unagran diferencia en la lentitud de la región vecinaal pozo, comparada con la lentitud del campolejano. Las curvas de dispersión de las ondasflexurales indican además un alto grado de alte-ración en la región vecina al pozo (arriba). Elanálisis se complica de alguna manera con laincorporación de la anisotropía; las ondas decorte rápidas y lentas exhiben diferencias clarasrespecto de la lentitud del campo lejano inalte-rado. En las areniscas, las lentitudes de las ondasde corte rápidas y lentas son hasta un 20% mayo-res que la lentitud del campo lejano, en una zonaque se encuentra a una distancia de aproximada-mente 25 cm [10 pulgadas] con respecto a lapared del pozo.

La heterogeneidad radial en la lentitud de lasondas de corte descarta la invasión u otras causasde alteración de la región vecina al pozo relacio-nadas con los fluidos, porque las ondas de corteson casi insensibles a los cambios producidos enel fluido intersticial. Los cambios relacionadoscon los fluidos sólo producirían variaciones radia-les en la lentitud de las ondas compresionales. Lavariación radial mensurable en la lentitud de lasondas de corte, indica que la formación ha sufridodaño mecánico en forma de deformación plásticade los contactos entre granos. El calibrador nomuestra ensanchamiento del pozo a través deesta zona, de manera que el material dañado aúnno cayó en el interior del pozo pero el aumento dela lentitud de las ondas de corte cerca de la pareddel pozo indica que está próximo a fallar. Losdatos Sonic Scanner indican una amplia zonadañada que requerirá precauciones adicionales ala hora de diseñar una operación de terminaciónde pozo.

Los perfiles radiales de ondas compresionalesy de corte aportan nueva información de la que nose disponía previamente con ninguna herramientade adquisición de registros. Las herramientas degeneración de imágenes de la pared del pozo y loscalibradores han permitido obtener imágenes oevidencias de irregularidades en el pozo inducidaspor la perforación, tales como ovalizaciones porruptura de la pared del pozo y fracturas; sinembargo, sólo resultan útiles después de habersemodificado la forma del pozo. La herramientaSonic Scanner explora la formación en profundi-dad para revelar el daño mecánico producido másallá de la pared del pozo.

La producción de perfiles radiales tambiénpuede ayudar a afinar los programas de obten-ción de muestras de fluidos. En un ejemplo delMar del Norte, se computaron los perfiles radia-les de ondas compresionales Sonic Scanner parados intervalos de los que subsiguientemente seadquirieron muestras utilizando el ProbadorModular de la Dinámica de la Formación MDT.La Zona A mostró poca diferencia entre la lenti-tud en la región vecina al pozo y la lentitud en elcampo lejano (próxima página). Dos muestrasde fluido fueron tomadas de este intervalo luegode transcurridos 75 y 80 minutos de bombeo ysin que se produjera ningún problema de mues-treo. En la Zona B, el perfil radial indicó daño deformación a una distancia de 12 pulgadas de lapared del pozo. Durante el intento de obteneruna muestra de fluido, la probeta de la herra-mienta de muestreo se taponó y no se obtuvoninguna muestra.

El daño de formación no significa necesaria-mente que no puedan adquirirse muestras; sinembargo, la extracción de las mismas en estas

26 Oilfield Review

Relación entre la distancia de alteración de la onda de corte y el radio del pozo

400

500

600

700

800

-20% de alteración de la onda de corte

Lent

itud,

µs/

pie

Lent

itud,

µs/

pie

Frecuencia, Hz

1,000 2,0000

1 2 3 4 5 6 7

3,000 4,000 5,000

400

500

600

700

800

> Comparación de la dispersión de las ondas flexurales observada en un pozode South Timbalier con los resultados modelados (extremo superior). Las len-titudes de las ondas flexurales observadas (círculos rojos y azules) muestranuna dispersión mucho más grande que el modelo para una formación isotró-pica homogénea (curva azul). La gran diferencia producida en las frecuenciasmás altas indica daño en la región vecina al pozo. Las lentitudes de las ondasde Stoneley aparecen como círculos verdes. En la figura inferior, la diferenciaentre las lentitudes de las ondas flexurales observadas y modeladas se repre-senta gráficamente en función de la distancia como la relación que existeentre la distancia de alteración de la onda de corte y el radio del pozo. La di-ferencia entre las lentitudes de las ondas flexurales observadas y modeladases del 20% hasta una distancia equivalente a aproximadamente dos radiosdel pozo.

Verano de 2006 27

zonas puede plantear mayores riesgos de tapona-miento o atascamiento de la herramienta. Paraminimizar estos riesgos, la operación de extrac-ción de muestras debe demorarse e intentarsemás adelante dentro del programa de muestreo,de manera de poder recolectar primero muestrasde otros intervalos menos riesgosos.

Caracterización de zonas y fracturas permeablesLos petrofísicos y los ingenieros de yacimientosdurante mucho tiempo procuraron obtener unamedición continua de la permeabilidad para opti-mizar las operaciones de terminación de pozos ylos escenarios de producción, pero la permeabili-dad continua es una de las propiedades másdifíciles de medir en un pozo de petróleo. Utili-zando relaciones empíricas calibradas conmediciones de núcleos, es posible inferir la per-meabilidad o la movilidad—la relación entrepermeabilidad y viscosidad—derivada de otrasmediciones, tales como los registros de porosidado de resonancia magnética nuclear. Es posibleobtener mediciones directas con probadores deformación operados con cable en puntos aisladosa lo largo del pozo o en núcleos, pero las mismasrequieren carreras de adquisición de registros ycostos de extracción de núcleos adicionales. Elanálisis de las ondas de Stoneley es una técnicapoderosa que provee una medición continua ydirecta de la movilidad a lo largo del pozo.17

La idea de medir la movilidad derivada de laonda de Stoneley fue expresada por primera vezen la década de 1970, pero resultó dificultosa enla práctica. Si bien se realizaron muchos inten-tos para desarrollar correlaciones empíricasentre la permeabilidad y la atenuación de Stone-ley, estos métodos requerían calibraciones conotra información e ignoraban diversos factoresimportantes, tales como la permeabilidad delrevoque de filtración y la presencia de la herra-mienta en sí. Los enfoques que simplificaban elcomplejo comportamiento de las ondas de Sto-neley raramente resultaron exitosos; sinembargo, un método de inversión que emplea unmodelo derivado de la teoría poroelástica com-pleta de Biot, determina en forma confiable la

16. Sinha BK: “Near-Wellbore Characterization Using RadialProfiles of Shear Slowness,” Resúmenes Expandidos,74a Reunión Internacional Anual de la SEG, Denver (10al 13 de octubre de 2004): 326–331.

17. Brie A, Endo T, Johnson DL y Pampuri F: “QuantitativeFormation Permeability Evaluation from StoneleyWaves,” artículo de la SPE 49131, presentado en laConferencia y Exhibición Técnica Anual de la SPE,Nueva Orleáns, 27 al 30 de septiembre de 1998.

Rayos gamma0 100°API

Calibrador6 16Pulgadas

Posición de laherramienta MDT

A

B

Gradiente de lentitudde las ondas

compresionales

0 Pies 10

Diferencial de lentitud

0 Pies 10

Distancia al centrodel pozo

0 Pies 3

Distancia al centrodel pozo

0 Pies 3

> Un perfil radial de ondas compresionales que indica los intervalos demuestreo de fluido exitoso y arriesgado. En el intervalo A, el perfil radial deondas compresionales (Carril 3) muestra un diferencial pequeño entre la len-titud en la zona vecina al pozo y la lentitud en el campo lejano. Existe pocaalteración de la región vecina al pozo en la zona en la que el ProbadorModular de la Dinámica de la Formación MDT recolectó con éxito dos mues-tras de fluido de formación. En el Carril 3, la magnitud de la diferencia delentitud existente entre el campo cercano y el campo lejano es indicada porla intensidad del color dorado y marrón, mientras que la profundidad de laalteración es indicada por la longitud horizontal del área coloreada. En el in-tervalo B, el perfil radial de las ondas compresionales muestra colores másoscuros, lo que indica un grado más alto de alteración de la zona vecina alpozo que se extiende a mayor distancia del pozo. En esta zona, la probetaMDT se taponó y no pudo recolectar ninguna muestra de fluido de forma-ción. El Carril 2 ilustra el gradiente de lentitud obtenido de la reconstruccióntomográfica. El gradiente indica la diferencia de lentitud existente entre unacelda del modelo de lentitud y la celda siguiente, alejándose del pozo enincrementos pequeños.

movilidad del fluido intersticial de las formas deondas de Stoneley.18 Para su aplicación con losdatos Sonic Scanner, la técnica de inversióncompleta de Biot fue extendida con el fin deincorporar la respuesta de la herramienta.

El esquema de inversión completa de Biotrequiere varios parámetros de pozos, de revoquesde filtración y de formaciones para evaluar lamovilidad del fluido utilizando datos de ondas deStoneley. La lista incluye: diámetro del pozo; len-titud, atenuación y densidad de las ondas de lodo;lentitud, densidad y porosidad de las ondas P y Sen las formaciones; módulo de granos; módulo defluido intersticial y densidad; densidad del revo-que de filtración; módulo de compresibilidad,módulo de corte, espesor y rigidez de las membra-nas. El cómputo da como resultado la movilidaddel fluido y los rangos de errores asociados.

Esta técnica de inversión ha estado disponibledurante varios años, pero su aplicación no siem-pre resultó exitosa porque la inversión requiereondas de Stoneley de frecuencia extremadamentebaja; de hasta 300 Hz. En el pasado, no se dispo-nía de datos con este contenido de frecuenciasporque las herramientas sónicas previas interac-tuaban negativamente con las señales de bajafrecuencia y requerían procesos de filtrado pararemover las frecuencias de menos de 1,500 Hz.Ahora, las fuentes de banda ancha de la herra-mienta Sonic Scanner generan ondas de Stoneleypotentes con contenidos de bajas frecuenciasconfiables para los cálculos de la movilidad.

Un ejemplo de un pozo de Statoil situado enel área de Haltenbanken, en el Mar de Noruega,muestra una buena correlación entre las movili-dades derivadas de las ondas de Stoneley y lasmedidas por los pre-ensayos (pretests) MDT. Losvalores de entrada de las propiedades de forma-ciones y fluidos de una zona cercana al contactoagua/petróleo fueron determinados con los regis-tros obtenidos por la sonda integrada PlatformExpress, operada con cable. Los resultados de laherramienta MDT provenientes de ocho pre-ensayos convencionales (drawdown pretests) yde un pre-ensayo en una zona de muy baja per-meabilidad (tight pretest) se correlacionan muybien con las movilidades derivadas del análisisde ondas de Stoneley (derecha).

El registro de movilidad continua exhibe altamovilidad dentro de las areniscas y baja movili-dad cerca de las lutitas, a la profundidad de lazona de muy baja permeabilidad indicada por elpre-ensayo MDT. Dado que los resultados delregistro de movilidad Sonic Scanner son un tantosensibles a algunos parámetros que no están bienrestringidos por las mediciones obtenidas con losregistros, tales como la lentitud de las ondas delodo, la atenuación de las ondas de lodo y la rigi-

28 Oilfield Review

Carbón

Petróleo

Agua ligada

Arenisca

1.96 2.96

Densidad

X,X00

X,X50

g/cm3

0 1

Volumen de lutita6 16

CalibradorPulgadas

0 150

Rayos gamma°API

1 0

Porosidadm3/m3

240 40

300 200

300 200

300 100

300 0

Lentitud de lasondas de lodo

µs/pie

Ondas de Stoneleyreconstruidas

Longitud de lasondas de Stoneley

Lentitud de lasondas de corte

∆T compresional

µs/pie

µs/pie

µs/pie

µs/pie

1 10,000

1 10,000

1 10,000

Agua

Lutita

m3/m3

Barra de errorde movilidad

Movilidadde Stoneley

Error de movilidad

Movilidad MDT

mD/cP

mD/cP

mD/cP

Prof

undi

dad,

m

> Comparación de los valores de movilidad del fluido derivada de los pre-en-sayos MDT con los del procesamiento de las ondas de Stoneley, en un pozode Statoil situado en el área de Haltenbanken, en el Mar de Noruega. En elCarril 3, los valores de movilidad del fluido continuos (curva azul) y las incer-tidumbres (sombras grises) derivadas del análisis de las ondas de Stoneleyse correlacionan bien con los valores de movilidad discretos, obtenidos delos pre-ensayos MDT convencionales (drawdown pretests) (puntos rojos).Las dos medidas de movilidad muestran concordancia incluso en el pre-en-sayo MDT efectuado en la zona de muy baja permeabilidad (tight pretest), aX,X42.15 m, donde la movilidad de las ondas de Stoneley también exhibe unvalor extremadamente bajo. Los valores de porosidad, rayos gamma, densi-dad, calibrador y volumen de lutitas se ilustran en el Carril 1. El Carril 2muestra las lentitudes acústicas. El Carril 4 exhibe los volúmenes relativosde litología y fluidos.

Verano de 2006 29

dez del revoque de filtración, se realizaron prue-bas para estudiar el efecto de la incertidumbreasociada con estos parámetros sobre las barrasde errores de movilidad. El registro de movilidadcontinua mostrado es el que posee menos incer-tidumbre.

Cuando el pozo se encuentra en buenas condi-ciones, los registros de movilidad continua de lasondas de Stoneley pueden utilizarse para efectuaruna estimación rápida de la permeabilidad parala selección de los puntos de muestreo y los inter-valos de disparos, además de poder funcionarcomo complemento de los puntos de permeabili-dad derivados de núcleos o de probadores deformaciones a lo largo de un intervalo extendido.

Las ondas de Stoneley también pueden uti-lizarse para caracterizar la permeabilidadasociada con las fracturas abiertas. En las Mon-

tañas Rocallosas de EUA, por ejemplo, los yaci-mientos de roca dura dependen de las fracturasinducidas hidráulicamente para una producciónrentable. No obstante, los esfuerzos locales alta-mente desiguales presentes en la región tambiéndan origen a fracturas naturales. Si en un pozose encuentran fracturas naturales, se debenajustar los diseños de las operaciones de cemen-tación y estimulación para evitar que el cementoingrese en el sistema de fracturas naturales. Porejemplo, los tratamientos sobre la base de fibrastanto para operaciones de cementación comopara tratamientos de estimulación, pueden utili-zarse para reducir las pérdidas de fluidos.19 Esnecesario que los programas de estimulacióntengan en cuenta la magnitud y la dirección delos esfuerzos principales. La optimización deldiseño de las operaciones de terminación de

pozos requiere el conocimiento de las carac-terísticas de las fracturas y de los esfuerzosalrededor del pozo y en la formación.

Una fractura abierta que intersecta un pozohace que las ondas de Stoneley se reflejen y ate-núen.20 El análisis de las formas de ondas deStoneley cuantifica estos cambios, que sirvencomo datos de entrada de un proceso de inversiónpara determinar la apertura de la fractura.21 Noobstante, los derrumbes, la rugosidad del pozo ylos cambios abruptos producidos en la litologíatambién pueden producir reflexiones de las ondasde Stoneley y deben considerarse en el análisis.22

Un ejemplo de la aplicación exitosa de estemétodo proviene de Colorado, EUA.23 En este yaci-miento de gas, la porosidad oscila entre el 3 y el7% y la permeabilidad se encuentra en el orden delos microdarcies. El análisis de las ondas deStoneley permitió cuantificar la apertura y la per-meabilidad de las fracturas también observadasen los datos provistos por el generador de Imá-genes Microeléctricas de Cobertura Total FMI(izquierda). Con el amplio rango de frecuenciasdel modo de Stoneley adquiridas con la herra-mienta Sonic Scanner, es posible caracterizar enforma confiable estas fracturas naturales abiertas.

18. Kimball CV y Endo T: “Quantitative Stoneley MobilityInversion,” Resúmenes Expandidos, 68a Reunión yExhibición Internacional Anual de la SEG, Nueva Orleáns (13 al 15 de septiembre de 1998): 252–255.Liu H-L y Johnson DL: “Effects of an Elastic Membraneon Tube Waves in Permeable Formations,” Journal ofthe Acoustic Society of America 101, no. 6 (Junio de1997): 3322–3329.

19. Bivins CH, Boney C, Fredd C, Lassek J, Sullivan P, EngelsJ, Fielder EO, Gorham T, Judd T, Sanchez Mogollon AE,Tabor L, Valenzuela Muñoz A y Willberg D: “Nuevasfibras para tratamientos de fracturamiento hidráulico,”Oilfield Review 17, no. 2 (Otoño de 2005): 36–45.Abbas R, Jaroug H, Dole S, Effendhy, Junaidi H, El-Hassan H, Francis L, Hornsby L, McCraith S,Shuttleworth N, van der Plas K, Messier E, Munk T,Nødland N, Svendsen RK, Therond E y Taoutaou S: “Una red de seguridad para controlar las pérdidas decirculación,” Oilfield Review 15, no. 4 (Primavera de2004): 20–29.

20. Hornby BE, Johnson DL, Winkler KH y Plumb RA:“Fracture Evaluation Using Reflected Stoneley WaveArrivals,” Geophysics 54, no. 10 (Octubre de 1989):1274–1288.Brie A, Hsu K y Eckersley C: “Using the StoneleyNormalized Differential Energies for Fractured ReservoirEvaluation,” Transcripciones del 29o Simposio Anualsobre Adquisición de Registros de la SPWLA, SanAntonio, Texas, 5 al 8 de junio de 1988, artículo XX.

21. Endo T, Tezuka K, Fukushima T, Brie A, Mikada H yMiyairi M: “Fracture Evaluation from Inversion ofStoneley Transmission and Reflections,” Memorias del4o Simposio Internacional de la SEGJ, Tokio (10 al 12 dediciembre de 1998): 389–394.

22. Tezuka K, Cheng CH y Tang XM: “Modeling of Low-Frequency Stoneley-Wave Propagation in an IrregularBorehole,” Geophysics 62, no. 4 (Julio-agosto de 1997):1047–1058.

23. Donald A y Bratton T: “Advancements in AcousticTechniques for Evaluating Open Natural Fractures,”preparado para ser presentado en el 47o SimposioAnual sobre Adquisición de Registros de la SPWLA,Veracruz, México, 4 al 7 de junio de 2006.

X,100

X,200

X,300

X,400

0 100

0 100

Energíamáxima

Energíamínima

Prof

undi

dad,

pie

s

250 150

S-Se

4 14

4 14

Ondas de Stoneleymodeladas

µs/pie

Derrumbe

CalibradorPulgadas

Tamaño dela barrenaPulgadas

∆T de Stoneley

µs/pie250 150

Ancho dela fracturaPulgadas0 0.5

Permeabilidad de lasondas de Stoneley

Longitud de la trazade la fractura

µs/pie10 0

Porosidad de la fracturapie3/pie30.1 0

Permeabilidadde la fractura

mD100,000 1010

µs0 20,440 µs0 20,440

Registro dedensidad variable

de Stoneley Modelo Tezuka

0 120 240 360

Resistiva ConductivaImagen FMI

Energíafuera de

línea

Orientación NorteApertura deStoneley

> Identificación de fracturas permeables en Colorado, utilizando ondas de Stoneley. La apertura, ogrado de apertura, de la fractura computada de la reflexión y la transmisión de las ondas de Stoneleyse muestra en el Carril 2. El Carril 3 muestra la permeabilidad de la fractura derivada de las aperturasdel Carril 2. Las zonas que contienen fracturas permeables se correlacionan con zonas en las que losregistros FMI (Carril 6) indican la presencia de fracturas. Las mismas zonas aparecen como anisotró-picas con grandes diferencias de energía fuera de línea (Carril correspondiente a la profundidad) yademás muestran grandes diferencias entre la lentitud de las ondas de Stoneley medidas y la lentitudmodelada, para una formación elástica e impermeable (sombras de naranja, Carril 1). El Carril 4 muestralas formas de onda de Stoneley medidas, con reducción de la amplitud en las zonas fracturadas. ElCarril 5 exhibe las formas de ondas generadas con el modelo de Tezuka indicado en la referencia 22.(Modificado del trabajo de Donald y Bratton, referencia 23).

Direcciones de las ondas de corte en MéxicoLas variaciones direccionales pequeñas produ-cidas en las propiedades de las formacionespueden tener un impacto significativo sobre lasestrategias de perforación y terminación depozos; sin embargo, éstas son difíciles de medir.Por ejemplo, las velocidades sónicas pueden serdiferentes en una dirección horizontal, compa-rada con la dirección horizontal ortogonal. Estefenómeno, conocido como anisotropía elástica,se produce en la mayoría de las rocas sedimen-tarias y es causado por la estratificación, lasfracturas alineadas o el desequilibrio dinámico

producido por los esfuerzos.24 Hasta ahora, lasherramientas sónicas operadas con cable logra-ron cuantificar la magnitud y orientación de laanisotropía elástica sólo en los casos en los quela diferencia en las velocidades era al menos deun 5%. La alta calidad de los datos provistos porla herramienta Sonic Scanner permite obtenermediciones de anisotropía confiables de tan sólo1%, y además ayuda a los intérpretes a determi-nar la causa de la anisotropía.

Pemex Exploración y Producción deseaba eva-luar la magnitud y la dirección de la anisotropía enformaciones de arenisca compactas productoras

de gas de la Cuenca de Burgos, situada en el nortede México. Estas formaciones poseen permeabili-dades bajas y deben estimularse para producir gasen cantidades comerciales. El desarrollo óptimodepende de la orientación correcta de las fractu-ras hidráulicas en el campo de esfuerzos locales,de manera que cada pozo vertical drene su volu-men asignado. El conocimiento de la orientacióny la magnitud de la anisotropía elástica asistiríanen el diseño y la aplicación de las técnicas de dis-paros orientados, previos a los tratamientos defracturamiento, y además mejoraría el éxito de lascampañas de perforación de pozos de relleno.25

30 Oilfield Review

Lent

itud,

µs/

pie

4,0002,0000 6,000 8,000

150

200

250

300

350

50

100

150

200

250

300

Ampl

itud,

dB

Frecuencia, Hz

Profundidad = 1,593.04 m

Profundidad = 1,658.87 m

Profundidad = 1,665.27 m

Lent

itud,

µs/

pie

4,0002,0000 6,000 8,000

150

200

250

300

350

50

100

150

200

250

300

Ampl

itud,

dB

Frecuencia, Hz

Lent

itud,

µs/

pie

4,0002,0000 6,000 8,000

150

200

250

300

350

50

100

150

200

250

300

Ampl

itud,

dB

Frecuencia, Hz

1,600

Prof.,m

1,650

0 150

0 360

5 20

0 360

-10 90

ºAPI

Rayos gamma

Diámetro del pozo

grados

Pulgadas

Azimut total

grados

Azimut del pozo

grados

Desviaciónde la sonda

0 100

0 100-90 grados 90

Azimut de ondasde corte rápidas

Incertidumbre asociadacon el azimut 350 1,200

350

0

0 20%

2 4 6 16

1,200

20 % 0

µs/pie

µs/pie

∆T de ondas de corte rápidas

∆T de ondas de corte lentas

Anisotropía basada en ∆T

Anisotropía basada en el tiempo

Indicación de anisotropía, %

Energíamáxima

Energíamínima

Energíafuera de

línea

A

B

C

> Registro dipolar cruzado (izquierda) del pozo Cuitlahuac-832 de Pemex, que muestra zonas con isotropía y con diferentesgrados de anisotropía. La Zona A, una zona isotrópica, posee baja energía fuera de línea (carril correspondiente a la pro-fundidad) y lentitudes de ondas de corte rápidas y lentas equivalentes (Carril 3). Las Zonas anisotrópicas B y C poseenenergías fuera de línea distintas de cero y lentitudes de ondas de corte rápidas y lentas diferentes. La magnitud de laanisotropía, ya sea basada en la lentitud o en el tiempo (bordes del Carril 3), es aproximadamente 8% en la Zona B yaproximadamente 2% en la Zona C. El azimut de la onda de corte rápida (Carril 2) permanece constante a través de losintervalos anisotrópicos, aunque la herramienta gira (Carril 1), lo que confiere confianza en los valores de la anisotropía.Las curvas de dispersión de los tres intervalos (derecha) muestran relaciones características. En la Zona A (extremosuperior), como en otras formaciones isotrópicas, las curvas de dispersión para las ondas flexurales registradas en lasdos direcciones dipolares (círculos rojos y azules) se superponen entre sí. En la porción inferior de la Zona B (extremoinferior), las curvas de dispersión se entrecruzan. La onda flexural que es rápida cerca del pozo, en las frecuencias bajas(puntos rojos), se convierte en la onda más lenta con la distancia al pozo (puntos azules). Esto indica que la anisotropíainducida por los esfuerzos es el mecanismo de anisotropía dominante en esta sección. Más someras en la Zona B (centro),las curvas de dispersión podrían cruzarse aparentemente pero las componentes de alta frecuencia de la onda de corterápida se pierden. En esta profundidad, las fracturas inducidas abiertas resultaron visibles en los registros del generadorde Imágenes Microeléctricas en Lodos a Base de Aceite OBMI. (Modificado del trabajo de Wielemaker et al, referencia 25).

Verano de 2006 31

Cuando el esfuerzo vertical es el esfuerzomáximo, las fracturas hidráulicas se propaganen la dirección del esfuerzo horizontal máximo yse abren en la dirección del esfuerzo horizontalmínimo. Las ondas de corte viajan más rápidocuando se polarizan en la dirección del esfuerzohorizontal máximo (SH) y más lentamentecuando se polarizan en la dirección del esfuerzohorizontal mínimo (Sh). Esto se debe a que elesfuerzo adicional endurece la formación, incre-mentando la velocidad, y, contrariamente, lareducción del esfuerzo disminuye la velocidad.La medición de la dirección de las ondas de corterápidas da como resultado la dirección preferidade propagación de las fracturas inducidas.

Las direcciones, o azimuts, de las ondas decorte rápidas y lentas pueden verse en un regis-tro dipolar cruzado. Un registro dipolar cruzadodel pozo Cuitlahuac-832 muestra tanto las zonasisotrópicas como las zonas anisotrópicas (páginaprevia). La Zona A, una zona isotrópica, seidentifica por las energías fuera de línea casinulas y lentitudes de ondas de corte y de ondascompresionales equivalentes.26 Las Zonas B y Canisotrópicas se identifican por las energíasfuera de línea distintas de cero y lentitudes deondas de corte rápidas y lentas divergentes.

Las dos zonas anisotrópicas poseen diferen-tes grados de anisotropía. En la Zona B, lamagnitud de anisotropía es aproximadamente8%. En la Zona C, la magnitud de la anisotropíaes aproximadamente 2%. Si bien 2% es menorque el valor detectado en forma confiable conotras herramientas, los intérpretes confían enese valor porque las formas de ondas son muyclaras y porque el azimut de las ondas de corterápidas permanece constante, entre 30° y 40° alo largo del intervalo, aunque la herramientagira continuamente.

El hecho de conocer la magnitud y el azimutde la anisotropía es vital, pero no identifica lacausa. La anisotropía puede ser intrínseca de laroca o puede ser inducida por los esfuerzos; laidentificación de la causa es importante paracomprender cuán estable será el proceso de perfo-ración y cómo responderá un pozo ante loscambios de los esfuerzos locales. Usualmente, senecesita información adicional, tal como imágenesde la pared del pozo o análisis de núcleos, paraprecisar exactamente la causa de la anisotropía.

El análisis de las curvas de dispersión de lasondas flexurales provisto por la herramientaSonic Scanner ayuda a identificar los mecanis-mos de anisotropía en tres profundidadesdiferentes del pozo Cuitlahuac-832, utilizandosólo mediciones sónicas. Las curvas de disper-sión a la profundidad de 1,593.04 m, dentro de laZona A, se superponen estrechamente entre sí yse ajustan al modelo correspondiente a una for-mación isotrópica homogénea. Las curvascorrespondientes a la profundidad de 1,665.27 m,uno de los intervalos más anisotrópicos cercanosa la base de la Zona B, muestran la característicade cruzamiento de la anisotropía inducida por losesfuerzos. Levemente más someras, a la profun-didad de 1,658.87 m, las curvas de dispersión delas ondas de corte rápidas y lentas se separan enlas frecuencias bajas, pero los datos de alta fre-cuencia se pierden, de modo que es imposibledeterminar la tendencia de las curvas o el tipo deanisotropía. Las imágenes provistas por el gene-rador de Imágenes Microeléctricas en Lodos aBase de Aceite OBMI, correspondientes a esta

profundidad, indican la presencia de fracturasinducidas abiertas, que son la causa probable dela pérdida de los datos de alta frecuencia y queademás sugieren intensamente la existencia deanisotropía inducida por los esfuerzos. El azimutde 45° de las fracturas que se ven en las imáge-nes OBMI se correlaciona bien con el azimut de40° del esfuerzo horizontal máximo, derivado dela dirección de las ondas de corte rápidas.

En la Cuenca de Burgos, el esfuerzo horizontalmáximo tradicionalmente se consideró paralelo alrumbo de las fallas más cercanas. Los resultadosde los registros obtenidos con la herramientaSonic Scanner en cinco pozos de esta cuenca,indican que la dirección de los esfuerzos localespuede variar significativamente—hasta 20° conrespecto al rumbo de las fallas cercanas—acen-tuando la importancia de obtener medicionessónicas localizadas antes de diseñar las ope-raciones de disparos (punzados, cañoneos),estimulación y perforación de pozos de relleno.

Generación de imágenes más allá de la pared del pozoLa calidad superior de las formas de ondasadquiridas con la herramienta Sonic Scannerposibilita el mejoramiento de las imágenes dezonas alejadas del pozo. En las imágenes sónicasse utilizan las ondas P reflejadas para detectarlos reflectores que son subparalelos o forman unángulo bajo con respecto al pozo.

Norsk Hydro utilizó la capacidad de las imáge-nes de la herramienta Sonic Scanner en un pozoaltamente desviado del Mar de Noruega (arriba).

24. La anisotropía elástica a veces se conoce comoanisotropía acústica o anisotropía por velocidad. Puede expresarse como una diferencia de velocidades,lentitudes, esfuerzos o parámetros elásticos.Armstrong P, Ireson D, Chmela B, Dodds K, Esmersoy C,Miller D, Hornby B, Sayers C, Schoenberg M, Leaney S yLynn H: “The Promise of Elastic Anisotropy,” OilfieldReview 6, no. 4 (Octubre de 1994): 36–56

25. Arroyo Franco JL, González de la Torre H, Mercado OrtizMA, Weilemaker E, Plona TJ, Saldungaray P y MikhaltzevaI: “Using Shear-Wave Anisotropy to Optimize ReservoirDrainage and Improve Production in Low-PermeabilityFormations in the North of Mexico,” artículo de la SPE96808, presentado en la Conferencia y Exhibición TécnicaAnual de la SPE, Dallas, 9 al 12 de octubre de 2005.Wielemaker E, Saldungaray P, Sanguinetti M, Plona T,Yamamoto H, Arroyo JL y Mercado Ortiz MA: “Shear-Wave Anisotropy Evaluation in Mexico’s Cuitlahuac FieldUsing a New Modular Sonic Tool,” Transcripciones del46o Simposio Anual sobre Adquisición de Registros dela SPWLA, Nueva Orleáns, 26 al 29 de junio de 2005,artículo V.

26. La diferencia entre las lentitudes se denomina anisotro-pía basada en la lentitud y la diferencia entre los tiemposde arribo se denomina anisotropía basada en el tiempo.

Pozo

Intervalo registrado con la

herramienta Sonic Scanner

> Sección geológica con la trayectoria de un pozo desviado en el que Norsk Hydro ob-tuvo imágenes Sonic Scanner. Este alto ángulo de desviación requirió que se adquirieranregistros con herramientas operadas con cable utilizando la herramienta de Adquisiciónde Registros en Condiciones Difíciles TLC.

Luego de la adquisición de las formas de ondassónicas estándar en una carrera de la herra-mienta de Adquisición de Registros enCondiciones Difíciles TLC operada con cable,una carrera de obtención de imágenes TLC inde-pendiente registró las formas de ondas cada 15cm [0.5 pie], desde las tres fuentes monopolaresdisparadas en forma secuencial hasta los 104receptores, a lo largo de una distancia de 330 m[1,100 pies]. Las formas de ondas provenientesde cada fuente fueron procesadas en unasecuencia que se inició con la separación de lasondas P reflejadas de las ondas de Stoneley y lasondas P refractadas.

La distribución azimutal de los sensores encada estación receptora permite la identifica-ción de la dirección con respecto al reflector.Luego, se migraron en profundidad las trazasprovenientes de cada estación receptora,utilizando las velocidades de formación medidaspor los registros Sonic Scanner de la carrera deadquisición de registros previa.27 Para dar cuentade la rotación de la herramienta y de la distribu-ción azimutal de los sensores, se reconstruyó laimagen en cada estación receptora mediante lamigración de los valores de profundidad y elapilamiento de las imágenes de cada canal azi-mutal. Finalmente, se apilaron las imágenesmigradas en profundidad. Las imágenes se obtu-vieron en 48 horas.

Los resultados muestran un evento con unainclinación de 5 grados, que se extiende al menos13 m [43 pies] dentro de la formación (derecha,arriba). El echado del evento coincide con la geo-logía esperada en la localización del pozo. Elevento de alta resolución puede correlacionarsecon una capa de carbón de 1 m [3.3 pies], en lamisma profundidad indicada por los registrospetrofísicos (próxima página). La identificaciónde una capa de carbón de 1 m indica el potencialpara obtener imágenes de alta resolución de unlevantamiento de obtención de imágenes sónicas.La resolución es mucho mejor de la que puedeobtenerse de cualquier levantamiento sísmico desuperficie o de pozo (derecha, abajo).

Otra aplicación potencial de las imágenessónicas es la detección de fracturas verticalesque se encuentran cerca de los pozos verticalespero no los intersectan. Las técnicas actuales,tales como las que utilizan imágenes de la pareddel pozo y la identificación de fracturas utili-zando las reflexiones de las ondas de Stoneley,sólo funcionan si una fractura intersecta el pozo.

32 Oilfield Review

27. La migración es un paso del procesamiento de datosdestinado a hacer más nítidos los reflectores, así comoefectuar su desplazamiento y reubicación a susverdaderas posiciones.

X,240

X,260

X,280

X,300

X,320

X,340

X,360

X,380

X,460 X,480 X,500 X,520 X,540 X,560 X,580

Prof

undi

dad

verti

cal,

pies

Punto medio entre la fuente y el receptor, pies

Resultados de las imágenes sónicas en escala sísmica

> Un reflector con echado (buzamiento) suave del que se generó una imagenlejos del pozo. La trayectoria del pozo se muestra en rojo. El evento de altaresolución detectado mediante las imágenes sónicas puede verse por enci-ma y a la derecha del pozo, cerca del centro de la imagen. El reflector secorrelaciona con una capa de carbón ubicada en la misma profundidadindicada por los registros petrofísicos.

> Comparación de los datos de imágenes sónicas de alta resolución con un levantamiento sísmico desuperficie. La capa de carbón de 1 m, resuelta a través de imágenes obtenidas con la herramientaSonic Scanner (inserto), no puede verse en el levantamiento sísmico de superficie.

Verano de 2006 33

En muchos casos, los pozos verticales noencuentran las fracturas verticales. Las imáge-nes profundas obtenidas con la herramientaSonic Scanner extienden el volumen de investiga-ción para posibilitar la identificación de losrasgos que pueden delinear el alcance del yaci-miento o el estado de los esfuerzos lejos del pozo.

Barrido del horizonteLa herramienta Sonic Scanner constituye unnuevo desarrollo, y los ingenieros, geólogos ypetrofísicos aún están descubriendo nuevas for-mas de utilizar sus datos. Mediante el agregadode la dimensión radial y de profundidades deinvestigación múltiples a las conocidas medicio-nes sónicas axiales y azimutales, la herramientaSonic Scanner realiza caracterizaciones mejora-das de las propiedades acústicas en formacionesheterogéneas y anisotrópicas. Con esta informa-ción, los clientes pueden prever cómo secomportarán las formaciones y los fluidos durantelas operaciones de perforación, estimulación yproducción.

El innovador diseño de la herramienta, concomponentes acústicos fáciles de predecir, proveeformas de ondas de excelente calidad y en unamplio rango de frecuencias. Estas capacidadespermiten la estimación de la lentitud de las ondasen formaciones extremadamente lentas, midiendoanisotropías azimutales de tan sólo 1 a 2%, y posi-bilitan la aplicación confiable de los modos deStoneley de baja frecuencia para la estimación dela movilidad del fluido y la evaluación de las frac-turas naturales. El control de calidad de avanzadacon el análisis de lentitud-frecuencia suma con-fianza a las estimaciones de los valores delentitud obtenidos con el análisis de dispersión.

La registración completa de todos los datosdesde las fuentes monopolares y dipolares hastalos 104 receptores distribuidos azimutalmentealrededor de la herramienta, elimina las incerti-dumbres existentes en torno a la geometría y laestructura de las formaciones y mejora la evalua-ción a través de la tubería de revestimiento y laevaluación de la cementación. Las capacidadesactuales permiten obtener solamente datos deondas compresionales y de corte monopolares enpozos entubados. Un área de desarrollo futuroserá la extensión de las capacidades actuales enagujero descubierto a los pozos entubados.

A medida que más compañías adquieran expe-riencia con la herramienta Sonic Scanner y conlos datos de alta calidad que produce, surgiránaplicaciones adicionales. Si bien es difícil prede-cir cómo evolucionará el resto de la industria delpetróleo y el gas, los defensores de los registrossónicos anticipan otros 50 años de investigacio-nes en el pozo y sus inmediaciones. —LS

X,900

X,925

60 0

6 16Pr

ofun

dida

d, m

ohm-m0.2 200 m3/m30.45 -0.15

g/cm31.95 2.95

Porosidad

Densidad

g/cm32.5 3.0

ms0.3 3,000

ms0.3 3,000

ms0.3 3,000

Distribución de T2

Media logarítmica de T2

Valor de corte de T2

Capa decarbón de 1 m

Resistividad HRLA1

Resistividad HRLA2

Resistividad HRLA3

Resistividad HRLA4

Resistividad HRLA5 Densidad

Carbón

Siderita

Cuarzo

Arcilla

Carbonato

Pirita

Derrumbe

Parámetro sigma ECS

cu

Calibrador

Pulgadas

Rayos gamma

°API0 200

> Registros petrofísicos del pozo de Norsk Hydro, situado en el área de Haltenbanken del Mar de Noruega,que muestra la capa de carbón de 1 m delineada mediante las imágenes sónicas. Se ingresan losregistros de resistividad obtenidos con la sonda Platform Express (Carril 2) y los registros de densidady porosidad (Carril 3), junto con los datos de Espectroscopía de Captura Elemental ECS, para obtenerla mineralogía (Carril 4). Los datos de resonancia magnética nuclear se muestran en el Carril 5.

34 Oilfield Review

En una patente otorgada en el año 1935, Conrad Schlumberger especificó cómo podríautilizarse un transmisor y dos receptores paramedir la velocidad del sonido en un intervalode roca corto penetrado por un pozo (derecha).1 Sostenía que la velocidad y la ate-nuación del sonido permitirían caracterizar lalitología. Su invento falló porque ni los inge-nieros especialistas en adquisición deregistros ni la tecnología de la época podíandetectar la breve diferencia de tiempo—dece-nas de microsegundos (µs)—existente entrelas señales que viajan a la velocidad delsonido y los receptores separados por unaspocas pulgadas.

Durante la Segunda Guerra Mundial, surgie-ron los componentes electrónicos necesarios,lo que hizo posible la adquisición de registrossónicos.2 Según una fuente, la primera aplica-ción de los registros sónicos en campospetroleros correspondió a la localización de lasconexiones de la tubería de revestimiento ytuvo lugar en 1946.3 La mayor parte del restode las fuentes históricas indican que las prime-ras aplicaciones sónicas aparecieron despuésde los experimentos de 1948 a cargo de HumbleOil Research, seguida por Magnolia PetroleumCompany y Shell.4 Estas compañías diseñarondispositivos con el fin de recolectar informa-ción de velocidad sónica para la conversión detiempo a profundidad de las secciones sísmicasde superficie y para la correlación de las sec-ciones sísmicas de superficie con las interfaceslitológicas. Las herramientas constaban de untransmisor y uno o dos receptores separadosdel transmisor por material aislante. Paramediados de la década de 1950, las compañíasde servicios y las compañías petroleras obte-nían datos con herramientas de adquisición deregistros sónicos con el fin de generar sismo-gramas sintéticos para su comparación con lassecciones sísmicas de superficie.5 En 1957,habiendo concedido la licencia de la patentede Humble, Schlumberger introdujo la primeraherramienta sónica, es decir la herramienta deadquisición de registros de velocidad (VLT, porsus siglas en inglés), para el mejoramiento dela interpretación sísmica.

El primer artículo de la compañía MagnoliaPetroleum había insinuado la posibilidad adi-cional de utilizar las velocidades sónicas para

Historia de la adquisición de registros sónicos con herramientas operadas con cable

> Ilustración tomada de la patente de 1935sobre adquisición de registros acústicos porConrad Schlumberger. Supuestamente, elingeniero de campo (13) deslizaba una camisa(17) hasta que el sonido proveniente de losreceptores (3 y 4) parecía llegar simultánea-mente a cada oído.

Para principios de la década de 1960, las pri-meras herramientas sónicas habían adquiridodecenas de miles de registros y los ingenierosemprendieron el diseño de una herramienta desegunda generación para abordar tres proble-mas: la durabilidad de la herramienta y ladebilidad de la señal en presencia de irregula-ridades en el pozo, y la alteración en la regiónvecina al pozo. El problema de la durabilidadde la herramienta surgió porque las primerasherramientas empleaban caucho para aislar losreceptores de los transmisores, impidiendo asíque las ondas sonoras no deseadas se propaga-ran en el interior de la herramienta y que lasseñales deseadas quedaran sumergidas. Noobstante, el caucho tendía a absorber el gas delas formaciones gasíferas, provocando la expan-sión y la separación de la herramienta al llegara la superficie. La herramienta se reforzómediante el reemplazo del caucho por acero,pero luego debió moldearse la cubierta paraque la trayectoria de las ondas sónicas que via-jaban a través del acero fuera más larga que lastrayectorias que atravesaban la formación yvolvían a los receptores (próxima página).Muchas herramientas sónicas modernas siguenpresentando ranuras y surcos para retardar losarribos de las señales—conocidos como arribosde la herramienta—que viajan estrictamente através de la herramienta.

La salida para el segundo problema, es decirregistros pobres en pozos irregulares, fue suge-rida por el ingeniero de Shell responsable de laprimera herramienta sónica de esa compañía.7

determinar la porosidad y la litología, perofueron los científicos de la división de investi-gación de Gulf Oil Corporation quienespublicaron por primera vez las observacionesexperimentales que confirmaron el enlace.6

En poco tiempo, la demanda de aplicacionesde adquisición de registros de porosidadsuperó a la de las aplicaciones sísmicas.

En 1960, las brigadas de campo que proba-ban la respuesta de la herramienta VLT enpozos entubados de Venezuela observaron queciertas zonas producían señales de baja ampli-tud ilegibles. Correctamente, llegaron a laconclusión de que las señales anómalas podíanatribuirse solamente a la condición de lacementación. La medición y la registración dela amplitud de la señal, además del tiempo dearribo, dio origen a una aplicación inesperada,y los registros de la herramienta de evaluaciónde la Adherencia del Cemento CBT prontoreemplazaron a los levantamientos de tempe-ratura para la detección del tope del cemento.

Verano de 2006 35

Su arreglo compensador por efectos de pozo dereceptores y transmisores no sólo eliminó elproblema de la señal pobre en zonas lavadassino que removió los efectos de la inclinación yla excentricidad de la herramienta sobre la res-puesta del registro. Con la resolución de dos delos tres problemas que importunaban a lasherramientas previas, Schlumberger incorporóesta idea en el diseño, totalmente en acero, dela herramienta sónica compensada por efectosdel pozo (BHC, por sus siglas en inglés), intro-ducida en 1964. La herramienta BHC conteníados transmisores y cuatro receptores.

Junto con la tecnología BHC, surgió la capa-cidad de visualizar las formas de ondasregistradas en un osciloscopio instalado en elcamión de adquisición de registros. En la pan-talla aparecían no sólo los arribos primarios(P), u ondas compresionales, sino también losarribos secundarios (S), u ondas de corte, y losarribos posteriores. El hecho de reconocer laimportancia de las ondas de corte convirtió al

período correspondiente a mediados de ladécada de 1960 en un momento de intensaactividad relacionada con la expansión de lasaplicaciones sónicas. Los especialistas de Shellpropusieron el empleo de la relación entre lavelocidad de ondas P y la velocidad de ondas Scomo indicador de la litología y además utiliza-ron los registros sónicos para predecir zonassobrepresionadas.8 Los ingenieros e investiga-dores de Schlumberger evaluaron el uso de lasamplitudes de las ondas P y S para localizar lasfracturas. Si bien se habían propuesto éstas yotras aplicaciones para las ondas de corte, lossistemas de adquisición de registros de laépoca registraban solamente el tiempo dearribo de la onda P. La forma de onda en sí,incluyendo los arribos de las ondas P, S y pos-teriores, no se registraba.

Otra desventaja de la herramienta BHC erasu incapacidad para medir con precisión eltiempo de tránsito de un estrato de la forma-ción en zonas invadidas, alteración de lutitas ydaño inducido por la perforación. El espacia-miento de 0.9 a 1.5 m [3 a 5 pies] entretransmisores y receptores (TR) capturabasolamente las ondas que se propagaban en lazona alterada, dejando sin explorar la zonainalterada lejos del pozo. Incrementando elespaciamiento a 2.4 y 3.7 m [8 y 12 pies], laherramienta Sónica de Espaciamiento LargoLSS mejoró la respuesta del registro en laslutitas alteradas. Las velocidades sónicas de laformación inalterada son más representativasdel yacimiento en su estado natural y proveensismogramas sintéticos que se ajustan mejor alas trazas sísmicas de superficie.

El espaciamiento TR largo además estirabael tren de ondas recibido, separando las ondasP, S y de otro tipo, en paquetes de energíareconocibles. Los esfuerzos por capturar laforma de onda completa se intensificaron, loque condujo al desarrollo de herramientasque registraban formas de ondas digitales deun arreglo de receptores. La primera versióncomercial de esta tecnología de Schlumber-ger, introducida en la década de 1980, sedenominó herramienta de velocidad sónica deforma de onda completa Array-Sonic. Laadquisición de registros de forma de ondacompleta dio origen a una diversidad de nue-vas técnicas de procesamiento.

El fin de la década de 1980 fue testigo de laejecución de experimentos con fines de investi-gación con una herramienta sónica digital de

segunda generación. El generador de ImágenesSónico Dipolar DSI poseía ocho conjuntos decuatro receptores monopolares que podían fun-cionar como receptores dipolares ortogonales yestaban provistos de una fuente monopolar ydos fuentes dipolares orientadas en sentidoortogonal. Las fuentes dipolares generabanondas flexurales, lo que permitía la caracteriza-ción de la anisotropía de la formación y lalentitud de las ondas de corte, tanto en forma-ciones lentas como en formaciones rápidas.

También a fines de la década de 1980, losinvestigadores de Schlumberger probaron unavariedad de herramientas acústicas con recep-tores múltiples para comprobar su capacidad degeneración de imágenes sónicas; imágenes detipo sísmico, lejos del pozo.9 El primer serviciocomercial de generación de imágenes sónicasse corrió en 1996 pero el procesamiento impli-caba un uso intensivo de tiempo y personal.

En el año 2005, la plataforma de barridoacústico Sonic Scanner combinó numerosasinnovaciones del pasado e incorporó las medi-ciones radiales para explorar simultáneamentela formación con el fin de estimar las lentitu-des en la región vecina al pozo y en el campolejano.10 La herramienta en sí está completa-mente caracterizada con componentesacústicos predecibles. El amplio rango de fre-cuencias de los transmisores monopolares ydipolares ofrece excelente calidad de formasde ondas en formaciones de todo tipo.

1. Schlumberger C: “Procédé et Appareillage pour laReconnaissance de Terrains Traversés par unSondage.” République Française Brevet d’Inventionnuméro 786,863 (17 de junio de 1935). Además, consulteDoll L: “Method of and Apparatus for Surveying theFormations Traversed by a Borehole,” Patente de EUANo. 2,191,119 (20 de febrero de 1940) (presentada porlos herederos de Conrad Schlumberger).

2. Los términos “sónico” y “acústico” se utilizanindistintamente.

3. Pike B y Duey R: “Logging History Rich withInnovation,” Hart’s E&P (Septiembre de 2002): 52–55,http://www.spwla.org/about/Logging-history.pdf (Seaccedió el 28 de abril de 2006).

4. De Humble Oil: Mounce WD: “Measurement ofAcoustical Properties of Materials,” Patente de EUA No. 2,200,476 (14 de mayo de 1940).De Magnolia Petroleum Company: Summers GC y Broding RA: “Continuous Velocity Logging,”Geophysics 17, no. 3 (Julio de 1952): 598–614.De Shell: Vogel CB: “A Seismic Velocity LoggingMethod,” Geophysics 17, no. 3 (Julio de 1952): 586–597.Léonardon, referencia 1, texto principal.

5. Breck HR, Schoellhorn SW y Baum RB: “Velocity Loggingand Its Geological and Geophysical Applications,”Boletín de la Asociación Americana de Geólogos dePetróleo 41, no. 8 (Agosto de 1957): 1667–1682.

6. Wyllie MRJ, Gregory AR y Gardner LW: “Elastic WaveVelocities in Heterogeneous and Porous Media,”Geophysics 21, no. 1 (Enero de 1956): 41–70.Tixier MP, Alger RP y Doh CA: “Sonic Logging,”Journal of Petroleum Technology 11, no. 5 (Mayo de 1959): 106–114.

7. Vogel CB: “Well Logging,” Patente de EUA No.2,708,485 (17 de mayo de 1955).

8. Hottman CE y Johnson RK: “Estimation of FormationPressures from Log-Derived Shale Properties,”Journal of Petroleum Technology 17, no. 6 (Junio de1965): 717–722.

9. Hornby BE: “Imaging of Near-Borehole StructureUsing Full-Waveform Sonic Data,” Geophysics 54, no. 6 (Junio de 1989): 747–757.

10. Pistre et al, referencia 3, texto principal.

> Una sonda de adquisición de registrossónicos con ranuras para retardar los arribospropios de la herramienta.

36 Oilfield Review

Acústica de pozo

Jakob B.U. HaldorsenDavid Linton JohnsonTom PlonaBikash SinhaHenri-Pierre ValeroKenneth WinklerRidgefield, Connecticut, EUA

Por su colaboración en la preparación de este artículo, seagradece a Jeff Alford, Houston, Texas; y a Andy Hawthorny Don Williamson, Sugar Land, Texas.

Las ondas acústicas de los pozos pueden ser tan simples o tan complejas como las

formaciones en las que se propagan. Comprender los principios de la propagación de

ondas es esencial para poder apreciar la moderna tecnología de los registros sónicos.

Día a día estamos rodeados de sonidos que pro-vienen de distintas fuentes. Los teclados hacenclic, los grillos cantan, los teléfonos suenan y laspersonas ríen. Todos comprendemos la informa-ción contenida en estos sonidos de maneraautomática. Para la mayoría de nosotros, desci-frar los sonidos que escuchamos a diario esmucho más importante que saber qué son lasondas acústicas y cómo se propagan.

No obstante, para los geocientíficos y otrosprofesionales que deben comprender la informa-ción contenida en las ondas sonoras que viajanpor la Tierra, sí es esencial conocer qué son lasondas acústicas y cómo se propagan. Este artí-culo examina los tipos básicos de fuentesacústicas y las ondas sonoras que viajan en lasrocas presentes en las proximidades de un pozo.Además se analizan los efectos que poseen lasvariaciones de las propiedades de las rocassobre la propagación de las ondas acústicas.

Las ondas acústicas registradas por lasherramientas de adquisición de registros sónicosdependen de la fuente de energía, la trayectoriaque adoptan y las propiedades de la formación ydel pozo. En la adquisición de registros conherramientas operadas con cable, existen dostipos de fuentes principales: monopolares y dipo-lares. Un transmisor monopolar emite energíadesde de su centro hacia todas las direccionespor igual, mientras que un transmisor dipolaremite energía en una dirección preferida.

Desde un transmisor monopolar colocado enel centro del pozo, un frente de onda esféricorecorre una distancia corta a través del fluidodel pozo hasta que se encuentra con la pared delmismo. Parte de esa energía se vuelve a reflejaren el pozo y otra parte hace que las ondas sepropaguen en la formación (próxima página,

extremo superior). La dirección de propagaciónde las ondas es siempre perpendicular al frentede onda. Este caso simple asume además que laformación es homogénea e isotrópica y que laherramienta sónica en sí no produce otro efectosobre la propagación de las ondas.1

El ambiente cilíndrico 3D del pozo complicaesta explicación, que puede simplificarse exami-nando un plano vertical a través del eje de unpozo vertical. En el sistema 2D resultante, losfrentes de onda se convierten en círculos y sepropagan en un plano. En un mundo 3D, los fren-tes de onda se propagan por todas partes desdela fuente y rodean el pozo en forma simétrica.

En la simplificación 2D, cuando el frente deonda generado en el lodo de perforación seencuentra con la pared del pozo, produce tresnuevos frentes de onda. Un frente de onda refle-jado regresa hacia el centro del pozo a unavelocidad Vm. Las ondas compresionales, ondasP, y las ondas de corte, ondas S, son transmiti-das o refractadas a través de la interfazexistente entre el lodo y la pared del pozo y via-jan en la formación a las velocidades Vp y Vs,respectivamente. Éste es el caso más simplecorrespondiente a una formación dura o rápida,donde Vp > Vs > Vm.

Una vez que la onda P refractada se vuelveparalela a la pared del pozo, se propaga a lolargo de la interfaz existente entre el pozo y laformación a una velocidad Vp, más rápida que laonda reflejada presente en el fluido del pozo. Deacuerdo con el principio de Huygens, cada puntode una interfaz excitada por una onda P actúacomo una fuente secundaria de ondas P en elpozo, y de ondas P y S en la formación. La com-binación de estas ondas secundarias en el pozocrea un nuevo frente de onda lineal denominado

Verano de 2006 37

onda cónica (head wave).2 Esta primera ondacónica generada en el lodo se conoce como ondacónica compresional y su arribo a los receptoresse registra como el arribo de las ondas P. Laonda P requiere más tiempo para llegar a losreceptores que se encuentran más alejados de lafuente. La diferencia de tiempo que existe entrelos arribos de las ondas P, dividida por la distan-cia recorrida, se conoce como ∆ t (tiempo detránsito o lentitud), y es la inversa de la velo-cidad. Se trata de la medición más básicaobtenida de los registros sónicos.3

La onda P que penetra en la formación seconoce como onda volumétrica (body wave) y supenetración en la formación continúa a menosque un reflector la envíe nuevamente hacia elpozo, momento en el cual se denomina onda Preflejada. Los métodos de levantamientos sísmi-cos estándar ignoran las ondas P reflejadas, perolas aplicaciones especiales, como las que se des-criben al final de este artículo, se valen de lainformación extra contenida en las ondas Preflejadas.

El comportamiento de las ondas S refracta-das es similar al de las ondas P refractadas.Cuando la onda S refractada se vuelve paralela ala pared del pozo, se propaga a lo largo de lainterfaz existente entre el pozo y la formacióncomo una perturbación de corte, a una velocidadVs, y genera otra onda cónica en el fluido delpozo. Su arribo a los receptores se registra comola onda S. De esta manera, la lentitud de lasondas de corte de una formación rápida puedemedirse con una herramienta rodeada por elfluido del pozo, aunque las ondas S no se puedenpropagar a través del fluido.

En los casos en los que la velocidad de lasondas de corte es menor que la velocidad de lasondas de lodo—situación conocida como forma-ción lenta—el frente de onda de corte en laformación nunca forma un ángulo recto con elpozo. No se genera ninguna onda cónica de corteen el fluido. Tanto en las formaciones rápidascomo en las formaciones lentas, una onda volu-métrica S penetra en la formación.

Otra forma de visualizar cómo viajan lasondas cónicas y las ondas volumétricas P y Scerca del pozo es a través de la técnica de tra-zado de rayos. Estrictamente hablando, latécnica de trazado de rayos es válida solamentecuando la longitud de onda es mucho menor queel diámetro del pozo, o cuando los frentes deonda pueden representarse como planos enlugar de esferas o conos. La mayoría de losmodos acústicos de pozos, especialmente losexistentes en bajas frecuencias, no satisfacenestas condiciones; sin embargo, la técnica detrazado de rayos puede seguir siendo útil a losfines de la visualización. Un rayo es simplementeuna línea perpendicular a un frente de onda,que muestra la dirección de viaje. Una trayecto-ria de rayos entre dos puntos indica latrayectoria de viaje más rápida. Los cambios dela trayectoria de rayos se producen en las inter-faces y siguen la ley de Snell; una ecuación querelaciona los ángulos con los que los rayos viajana ambos lados de una interfaz con sus propiasvelocidades de propagación (derecha). Entreotras cosas, la ley de Snell explica las condicio-nes bajo las cuales se forman las ondas cónicas yla razón por la cual no se forma ninguna de estasondas en las formaciones lentas.

40 70 80 110 17090

Onda cónicacompresional

Onda cónicade corte

1. Una formación homogénea es aquella que posee una velocidad uniforme. En otras palabras, la velocidad esindependiente de la ubicación. Una formación isotrópicaes aquella en la que la velocidad es independiente de ladirección de propagación.

2. La onda cónica (head wave) posee un frente de ondacónica en 3D.

3. El valor de la lentitud (inversa de la velocidad) seexpresa típicamente en unidades de µs/pie.

> Los primeros momentos de la propagación simplificada de los frentes de onda desde un transmisor monopolar colocado en un pozo lleno de fluido (azul) yen una formación rápida (pardo). Ambos medios se suponen homogéneos e isotrópicos. Los efectos de la herramienta se ignoran. La progresión de tiempotiene lugar hacia la derecha. Los números que aparecen en el extremo superior izquierdo corresponden al tiempo en µs después de haber sido disparadala fuente. Los frentes de ondas generados en el lodo se muestran en negro, los frentes de ondas compresionales generados en la formación en azul, y losfrentes de ondas de corte generados en la formación en rojo. La onda cónica compresional puede verse a los 90 µs y la onda cónica de corte a los 170 µs.

P reflejada

P refractada

S refractada

Onda P incidente

Fuente

Velocidad del lodo, Vm Velocidad P, Vp > Vm

Pozo Formación

Velocidad S, Vs

=Vm

Sen θ1

Vp

Sen θ2 =Vs

Sen θs

θs

θ1

θ1

θ2

> Reflexión y refracción de los frentes de onda enlas interfaces y ley de Snell. El parámetro θ1 es elángulo de las ondas P incidentes y reflejadas. Elparámetro θ2 es el ángulo de las ondas P refracta-das. El parámetro θs es el ángulo de las ondas Srefractadas. La variable Vm es la velocidad de lasondas de lodo. La variable Vp es la velocidad delas ondas P generadas en la formación y la varia-ble Vs es la velocidad de las ondas S generadasen la formación. Cuando el ángulo de refracciónes de 90°, se crea una onda cónica.

Fractura

Receptor

Formaciónpermeable

Onda deStoneley

Transmisor

Estado Efecto

Atenuada

Atenuaday frenada

Reflejada

La técnica de trazado de rayos es útil paraentender por dónde viajan las ondas y paramodelar los fundamentos del diseño de lasherramientas sónicas, tales como la determina-ción del espaciamiento entre transmisores yreceptores (TR) que se requiere para asegurarque la trayectoria en la formación sea másrápida que la trayectoria directa en el lodo, paralos tamaños de pozos y las velocidades de ondasP y S de formaciones habituales. Esto aseguraque la herramienta mida las propiedades de laformación en vez de medir las propiedades dellodo del pozo. La técnica de trazado de rayostambién ayuda a describir la relación entre elespaciamiento TR y el espesor de la zona alte-rada en la región vecina al pozo y el contraste develocidad (arriba). Además, se utiliza en técni-cas de inversión, tales como la reconstrucción

tomográfica que resuelve los modelos de lenti-tud si se dispone de información sobre el tiempode arribo.

Después de las ondas cónicas P y S, lassiguientes ondas que arriban a los receptoresdesde una fuente monopolar son las ondas delodo directas y reflejadas. A éstas a su vez lesiguen los modos de propagación guiados y lasondas de interfaz que deben su existencia a lanaturaleza cilíndrica del pozo. Los modos depropagación guiados surgen de las reflexionesinternas múltiples presentes dentro del pozo.Los frentes de onda de longitudes de ondas par-ticulares que rebotan entre las paredes del pozointerfieren constructivamente entre sí y produ-cen una serie de resonancias o modos normales.Los modos de propagación guiados no siemprese ven en los registros y pueden ser afectados

por el estado del pozo. En formaciones lentas, losmodos guiados pierden parte de su energía en laformación, en forma de ondas que irradian haciael interior de la formación. Éstos se denominanmodos con fugas y se propagan a velocidades queoscilan entre las velocidades P y S. Los modoscon fugas son dispersivos, lo que significa que susdiferentes componentes de frecuencia viajan adiferentes velocidades.

Ondas de StoneleyLos últimos arribos provenientes de una fuentemonopolar son las ondas de interfaz o de superfi-cie. Las ondas de superficie fueron propuestaspor primera vez por Lord Rayleigh en 1885.4 LordRayleigh investigó la respuesta de un materialelástico en contacto con un vacío en la superficielaminar y observó que una onda se propagaba alo largo de la superficie con un movimiento departículas, cuya amplitud se reducía con la dis-tancia a la superficie; propiedad conocida comoevanescencia. Los resultados de Rayleigh predi-jeron la existencia de ondas que se propagan a lo

38 Oilfield Review

> Técnica de trazado de rayos que utiliza la ley de Snellpara modelar las trayectorias de rayos. Aquí, los rayos setrazan a través de una formación que posee una velocidadradialmente variable en una zona de alteración. La velo-cidad se reduce cerca del pozo y se incrementa con ladistancia, situación que tiene lugar cuando las operacio-nes de perforación inducen daño en la región vecina alpozo. Los rayos que viajan hacia los receptores más cer-canos al transmisor se propagan sólo a través de la zonaalterada (marrón oscuro) y los rayos que viajan hacia losreceptores distantes miden la velocidad de la formacióninalterada (marrón claro).

Transmisor

Conjunto dereceptores

Zona dealteración

Formacióninalterada

> La onda de Stoneley viaja en la interfaz exis-tente entre el pozo y la formación. La onda deStoneley es dispersiva y el movimiento de suspartículas es simétrico en torno al eje del pozo.En las bajas frecuencias, la onda de Stoneley es sensible a la permeabilidad de la formación.Las ondas que viajan más allá de las fracturas y formaciones permeables pierden fluido y ladisipación viscosa produce la atenuación de laamplitud de las ondas y un incremento de sulentitud. En las fracturas abiertas, las ondas deStoneley son tanto reflejadas como atenuadas.Las flechas rojas en el centro del pozo simboli-zan la amplitud de las ondas de Stoneley.

Verano de 2006 39

largo de la superficie terrestre y dan origen a lostemblores devastadores causados por los terre-motos. El mismo efecto, en una escala muchomenor, genera el ruido “de superficie” en loslevantamientos sísmicos de superficie.

En 1924, Stoneley observó las ondas que sepropagaban en la interfaz existente entre dossólidos y notó un tipo similar de onda de superfi-cie.5 El caso particular correspondiente a unpozo lleno de fluido, es decir la interfaz entre unsólido y un líquido fue descrito no por Stoneleysino por Scholte.6 Sin embargo, las ondas queviajan en la interfaz fluido-pozo, se conocencomo ondas de Stoneley. En otras áreas de lageofísica, las ondas que viajan en una interfazfluido-sólido se denominan ondas de Scholte ode Scholte-Stoneley.7

La onda de Stoneley aparece en casi todoslos registros sónicos monopolares. Su velocidades menor que las velocidades de las ondas decorte y las ondas de lodo y es levemente disper-siva, de manera que diferentes frecuencias sepropagan a diferentes velocidades.

El decaimiento de la amplitud de las ondasde Stoneley con la distancia que existe hasta lainterfaz fluido-pozo también depende de la fre-cuencia; en las frecuencias altas, la amplituddecae rápidamente con la distancia existente

hasta la pared del pozo. No obstante, en las fre-cuencias bajas—o en longitudes de ondascomparables con el diámetro del pozo—la ampli-tud de las ondas de Stoneley decae muy poco conla distancia que media hasta la pared del pozo.En frecuencias suficientemente bajas, la ampli-tud es casi constante entre un lado del pozo y elotro, creando lo que se conoce como onda tubu-lar. Un ejemplo de onda tubular es el efecto degolpe de ariete que se presenta en las operacio-nes de instalación de cañerías cuando el flujoirrumpe repentinamente.

La onda de Stoneley de baja frecuencia essensible a la permeabilidad de la formación.Cuando la onda encuentra fracturas o formacio-nes permeables, el fluido vibra respecto delsólido, causando disipación viscosa en estaszonas, lo que atenúa la onda y reduce su ve-locidad (página anterior, a la derecha). Lasreducciones del nivel de energía y de la veloci-dad de las ondas de Stoneley varían con lafrecuencia de las ondas. Los datos de la disper-sión de las ondas de Stoneley, a lo largo de unancho de banda de frecuencias grande, puedeninvertirse para estimar la permeabilidad de laformación.8 Las fracturas abiertas también pue-den hacer que las ondas de Stoneley vuelvan areflejarse hacia el transmisor. La relación entre

la energía reflejada y la energía incidente secorrelaciona con la apertura de la fractura. Estatécnica de detección de fracturas permeablesfunciona bien en formaciones duras.9

Todas las ondas descritas precedentementese propagan simétricamente por el pozo, hacia lasuperficie y hacia el fondo, y pueden ser detecta-das por receptores monopolares; habitualmentehidrófonos. Los hidrófonos son sensibles a loscambios de presión en el fluido del pozo y poseenuna respuesta omnidireccional; esto significaque responden del mismo modo a los cambios depresión desde cualquier dirección.

Las formas de ondas registradas a una profun-didad dada se despliegan en forma inicial comouna serie de tiempo proveniente del conjunto dereceptores (izquierda). En ciertos registros, lostiempos de arribo de las ondas P, las ondas S y lasondas de Stoneley, pueden verse claramente,pero a menudo se utilizan técnicas de procesa-miento de datos para picar los tiempos conprecisión. La diferencia en los tiempos de arribo,dividida por la distancia entre los receptores, dacomo resultado la inversa de la velocidad o lenti-tud para cada modo. No obstante, en muchosregistros, los altos niveles de ruido, las malas con-diciones del pozo u otros factores pueden hacerque estos arribos sean indistintos o se mezclenentre sí. En esos casos, el picado visual o automa-tizado de los tiempos de arribo no provee el valorde la lentitud verdadera.

Las lentitudes de las ondas pueden estimarseadecuadamente con mínima intervenciónhumana, utilizando una técnica de procesa-

4. Strutt JW, Tercer Barón de Rayleigh: “On WavesPropagated Along the Plane Surface of an Elastic Solid,”Memorias de la Sociedad Matemática de Londres 17(1885): 4.Las ondas de Rayleigh presentes en la superficieterrestre poseen componentes de movimiento verticalesy horizontales. Otras ondas de superficie descubiertaspor A.E.H. Love poseen dos componentes de movimientohorizontales.

5. Stoneley R: “Elastic Waves at the Surface of Separationof Two Solids,” Memorias de la Royal Society, Serie A106 (1924): 416–428.

6. Scholte JG: “On the Large Displacements CommonlyRegarded as Caused by Love Waves and SimilarDispersive Surface Waves,” Memorias de la KoninklijkeNederlanse Akademie van Wetenschappen 51 (1948):533–543.

7. Bohlen T, Kugler S, Klein G y Theilen F: “Case History1.5D Inversion of Lateral Variation of Scholte-WaveDispersion,” Geophysics 69, no. 2 (marzo-abril de 2004):330–344.

8. Winkler KW, Liu HL y Johnson DJ: “Permeability andBorehole Stoneley Waves: Comparison BetweenExperiment and Theory,” Geophysics 54, no. 1 (Enero de 1989): 66–75.

9. Hornby BE, Johnson DL, Winkler KW y Plumb RA:“Fracture Evaluation Using Reflected Stoneley WaveArrivals,” Geophysics 54, no. 10 (Octubre de 1989):1274–1288.

Núm

ero

de re

cept

or

13

11

9

7

5

3

1

Tiempo, µs

1,0000 3,000 5,000

Ondacompresional

Ondade corte

Ondade Stoneley

2

4

6

8

10

12

> Formas de ondas típicas provenientes de un transmisor monopolar en una formación rápida, donde semuestran las ondas compresionales, de corte y de Stoneley. Las líneas de guiones rosas corresponden alos tiempos de arribo. A la izquierda se muestra un conjunto de receptores de la herramienta de adquisi-ción de registros sónicos.

miento de señales que busca semejanzas—lo queen matemática se conoce como semblanza ocoherencia—en las formas de ondas, a lo largodel conjunto de receptores.10 El método comienzacon un tiempo de arribo y un valor de lentitudasumidos para cada tipo de onda, para luego bus-car el conjunto de formas de onda para el tiempoy la lentitud que maximizan la coherencia. La grá-fica de coherencia para los diferentes valores delentitud y tiempo se conoce como gráfica de cohe-rencia-tiempo-lentitud (STC, por sus siglas eninglés) y a partir de esa gráfica se pueden identi-ficar los valores máximos locales de las curvas denivel de coherencia (derecha). Los valores máxi-mos correspondientes a la lentitud de las ondascompresionales, de corte y de Stoneley, represen-tados gráficamente para cada profundidad, creanun registro de lentitud. Las dos dimensiones deuna gráfica STC se comprimen para generar unasola dimensión mediante la proyección de lospicos de coherencia sobre el eje de lentitud. Estabanda vertical de coherencias codificadas encolor, si se grafica horizontalmente en la profun-didad correcta, forma un elemento de un registrode proyección STC; un resultado estándar de losregistros sónicos. La lentitud de cada modo serepresenta gráficamente por encima de la proyec-ción STC.

Fuentes dipolaresHasta este momento, el análisis se centró en lasondas generadas por fuentes monopolares; sinembargo, para ciertas aplicaciones, se requiereotro tipo de fuente. Por ejemplo, en formacioneslentas, donde las fuentes monopolares no pue-den excitar las ondas de corte, una fuentedipolar puede resultar efectiva. La fuente dipo-

lar excita principalmente las ondas flexurales,además de las ondas cónicas compresionales yde corte. El movimiento de una onda flexural alo largo del pozo puede concebirse en formasimilar a la perturbación que viaja hacia la copade un árbol cuando alguien parado en el pisosacude su tronco. Esta analogía opera mejor si eltronco del árbol está fijo en el extremo superiory posee un diámetro constante.

Habitualmente, una herramienta diseñadapara generar ondas flexurales contiene dos fuen-tes dipolares orientadas en forma perpendicularentre sí a lo largo de los ejes X e Y de la herra-mienta. Los transmisores dipolares se disparanpor separado. Primero se dispara el dipolo X y seregistra una forma de onda flexural. Luego sedispara el dipolo Y, obteniéndose una medición

independiente. La onda flexural viaja a lo largodel pozo en el plano de la fuente dipolar que lageneró. El movimiento de las partículas de laonda flexural es perpendicular a la dirección depropagación de la onda, en forma similar a lasondas S, y la lentitud de las ondas flexurales serelaciona con la lentitud de las ondas S. Laextracción de la lentitud de las ondas S a partirde los datos de ondas flexurales es un proceso depasos múltiples.

Las ondas flexurales son dispersivas, lo quesignifica que su lentitud varía con la frecuencia(izquierda). En muchos conjuntos de formas deondas flexurales es posible ver el cambio de laforma de onda a lo largo del conjunto de recep-tores, ya que las diferentes componentes defrecuencia se propagan a diferentes velocidades.

40 Oilfield Review

> Formas de onda de modo flexural que muestrancambios en la forma de la onda a lo largo delconjunto de receptores. En este caso, la formade la onda se estira en el tiempo entre el recep-tor cercano (extremo inferior) y el receptor leja-no (extremo superior). El cambio en la forma dela onda es causado por la dispersión.

Núm

ero

de fo

rma

de o

nda

1

13

11

9

7

5

3

Tiempo, µs1,000 3,500 6,000

> Procesamiento STC (coherencia-tiempo-lentitud) para arribos desde fuentesmonopolares. Las formas de onda en una profundidad dada (extremo superiorizquierdo), se exploran dentro de ventanas de tiempo y a lo largo de un rango deángulos; conocidos como curvaturas, que se relacionan con la lentitud. Cuandolas señales sobre las formas de ondas que se encuentran dentro de la ventanaexhiben la mejor correlación, el valor de coherencia es el más alto. Una gráficaSTC correspondiente a esa profundidad (extremo inferior izquierdo) muestra lacoherencia codificada en color en el plano tiempo-lentitud, destacándose el valorde coherencia máximo en rojo. Los valores de coherencia se proyectan sobreuna faja vertical, a lo largo del eje de lentitud, y luego se muestran como unafaja horizontal delgada, a la profundidad correcta, en el registro de proyecciónSTC (derecha). Uniendo los valores de coherencia más altos en todas lasprofundidades se genera un registro de lentitud para cada onda.

Ondacompresional

Ondade corte

Onda deStoneley

13

11

9

7

54

1

12

10

23

6

8

Núm

ero

de fo

rma

de o

nda

1,000 2,000 3,000 5,000Tiempo, µs

300

200

100

2,000 3,000 4,000 5,000

Lent

itud,

µs/

pie

Formas de onda desde 3,764.89 pies

4,000

1,000

Tiempo, µs

µs/pie40 340

Lentitud

Coherencia STC

3,760

3,770

Lent

itud,

µs/

pie

400

300

200

100

00 2 4 6 8

Frecuencia, kHz

Onda de Stoneley

Flexuraldipolar

Onda de corte

Verano de 2006 41

Dado que la forma de la onda cambia a lo largodel conjunto de receptores, los métodos están-dar de estimación de la lentitud, tales como elprocesamiento STC que se basa en la semejanzade las formas de las ondas, deben adaptarsepara tratar las ondas dispersivas. El procesa-miento STC dispersivo identifica la lentitud delas componentes de frecuencia individuales.11

La representación gráfica de la lentitud de lasondas flexurales en función de la frecuencia seconoce como curva de dispersión (abajo). El aná-lisis de curvas de dispersión compara las curvasde dispersión acústica modeladas para formacio-nes isotrópicas homogéneas con las curvasmedidas con las herramientas sónicas de pozos.12

La profundidad de investigación radial de lasondas flexurales equivale aproximadamente auna longitud de onda. Las ondas flexurales debaja frecuencia exploran la formación en profun-didad y las ondas flexurales de alta frecuenciaposeen profundidades de investigación mássomeras. Por lo tanto, el análisis de la lentituddel modo flexural en función de la frecuencia,puede proveer información detallada sobre laformación cerca y lejos del pozo.

En la frecuencia cero, la lentitud de lasondas flexurales es la lentitud verdadera de lasondas de corte de la formación. La representa-ción gráfica de la lentitud de las ondas flexuralesen función de la frecuencia y la identificación dellímite de frecuencia cero de la curva permiten laestimación de la lentitud de las ondas de cortegeneradas en las formaciones. De esta manera, elanálisis de la dispersión de las ondas flexurales

permite la estimación de la lentitud de las ondasde corte en formaciones rápidas o lentas.13

Hasta ahora, este artículo se concentró en elcaso más simple de una formación isotrópicahomogénea y de fuentes monopolares y dipola-res. Dicho tipo de formación posee una lentitudde ondas P, una lentitud de ondas de Stoneley yuna lentitud de ondas S. La mayoría de las apli-caciones para la utilización de los resultados delos registros sónicos con el fin de inferir la poro-sidad, la permeabilidad, el tipo de fluido, losmódulos elásticos, la litología o la mineralogíade la formación, han sido desarrolladas para for-maciones isotrópicas homogéneas. En lasformaciones heterogéneas o anisotrópicas sur-gen complejidades adicionales. El resto de esteartículo aborda la anisotropía primero y luego seocupa de las formaciones heterogéneas.

AnisotropíaLa alineación espacial de los granos minerales,las capas, las fracturas o el esfuerzo hace que lavelocidad de las ondas varíe con la dirección;propiedad que se conoce como anisotropía.14 Enlos levantamientos sísmicos, se sabe que laanisotropía de las lutitas de los estratos desobrecarga dificulta la generación de imágenes,las cuales necesitan corregirse para colocar losobjetivos del yacimiento en la posición correcta.La información sobre la anisotropía también esnecesaria toda vez que se requiere conocer lamecánica de las rocas. Las operaciones de perfo-ración direccional, perforación en áreastectónicamente activas, diseño de disparos(punzados, cañoneos) orientados, planeación deoperaciones de fracturamiento hidráulico ydesarrollo de planes de recuperación por mante-nimiento de presión, requieren un conocimientoadecuado de la anisotropía elástica.

Los procesos naturales que producen la aniso-tropía, también hacen que ésta posea una de dosorientaciones principales: horizontal o vertical.Como primera aproximación, las capas horizonta-les crean un medio anisotrópico que puedeconsiderarse isotrópico en todas las direccioneshorizontales, pero que es anisotrópico vertical-mente. Este tipo de medio se conoce como

10. Kimball CV y Marzetta TL: “Semblance Processing ofBorehole Acoustic Array Data,” Geophysics 49, no. 3(Marzo de 1984): 274–281.

11. Kimball CV: “Shear Slowness Measurement byDispersive Processing of the Borehole Flexural Mode,”Geophysics 63, no. 2 (marzo-abril de 1998): 337–344.

12. Murray D, Plona T y Valero H-P: “Case Study of BoreholeSonic Dispersion Curve Analysis,” Transcripciones del45o Simposio Anual sobre Adquisición de Registros dela SPWLA, 6 al 9 de junio de 2004, Noordwijk, PaísesBajos, artículo BB.Los parámetros clave requeridos para el modelado delas curvas de dispersión son la lentitud de la formación,

> Curvas de dispersión que caracterizan los valo-res de lentitud de propagación en diferentes fre-cuencias en una formación isotrópica. Las ondasde corte no son dispersivas; todas sus componen-tes de frecuencia viajan con la misma lentitud.Las ondas de Stoneley son sólo levemente disper-sivas. Los modos flexurales excitados por unafuente dipolar exhiben gran dispersión en estaformación. En el límite de frecuencia cero, la len-titud de las ondas flexurales tiende a la lentitudde las ondas de corte (línea de puntos).

Eje de simetríavertical

TIV

x

z

y

Eje de simetríahorizontal

x

z

y

TIH

la densidad de la formación, la velocidad y densidad delfluido del pozo, y el diámetro del pozo.

13. Sinha BK y Zeroug S: “Geophysical Prospecting UsingSonics and Ultrasonics,” en Webster JG (ed):Enciclopedia de Ingenieros Eléctricos y ElectrónicosWiley Vol. 8. Ciudad de Nueva York: John Wiley andSons, Inc. (1999):340–365.

14. Esto vale para alineaciones en escalas más pequeñasque la longitud de onda de las ondas en cuestión.Armstrong P, Ireson D, Chmela B, Dodds K, Esmersoy C,Miller D, Hornby B, Sayers C, Schoenberg M, Leaney S yLynn H: “The Promise of Elastic Anisotropy,” OilfieldReview 6, no. 4 (Octubre de 1994): 36–47.

transversalmente isotrópico con un eje de sime-tría vertical (TIV) (arriba). De un modo similar,las fracturas verticales crean un medio anisotró-pico simplificado que puede ser consideradoisotrópico en cualquier dirección alineada conlos planos de fracturas, y anisotrópico en la direc-ción ortogonal a los planos de fracturas. Estemedio se conoce como transversalmente isotró-pico con un eje de simetría horizontal (TIH).

> Geometrías simplificadas en la anisotropía elás-tica. En las capas horizontales (extremo superior),las propiedades elásticas pueden ser uniformesen la dirección horizontal pero varían vertical-mente. Este tipo de medio puede representarsecomo transversalmente isotrópico con un eje desimetría vertical (TIV). Esto significa que la for-mación puede rotarse alrededor de su eje paragenerar un medio con las mismas propiedades.En formaciones con fracturas verticales (extremoinferior), las propiedades elásticas pueden seruniformes en los planos verticales paralelos a lasfracturas, pero pueden variar en la direcciónperpendicular a los mismos. Este medio puederepresentarse como transversalmente isotrópicocon un eje de simetría horizontal (TIH).

Las ondas sónicas son sensibles a estasdiferencias direccionales existentes en las propie-dades de los materiales. Las ondas viajan másrápido cuando la dirección del movimiento de laspartículas—polarización—es paralela a la direc-ción de mayor rigidez. Las ondas compresionalesposeen un movimiento de partículas en la direc-ción de propagación, de modo que las ondas Pviajan más rápido en las direcciones paralelas a laestratificación y a las fracturas, y se propaganmás lentamente cuando la dirección es perpendi-cular a la estratificación y a las fracturas.

Las ondas de corte poseen un movimiento departículas perpendicular a la dirección de pro-pagación (arriba). En medios isotrópicos, elmovimiento de las partículas de las ondas S estácontenido en el plano que contiene las trayecto-rias de rayos P y S. En los medios anisotrópicos,una onda S se separará en dos ondas de cortecon diferentes polarizaciones y diferentes veloci-dades. La onda S polarizada en sentido paraleloa la estratificación o a las fracturas es másrápida que la onda S polarizada en sentido orto-gonal con respeto a la estratificación o a las

fracturas. Las ondas flexurales se comportancomo las ondas S y por lo tanto se separan de lamisma forma. En el análisis que se presenta acontinuación, las ondas S y las ondas flexuralesson utilizadas en forma indistinta.

Los registros sónicos pueden utilizarse paradetectar y cuantificar la dirección y la magnitudde la anisotropía si la geometría de la herra-mienta y el eje de anisotropía están correcta-mente alineados. En un medio TIH, tal como unaformación con fracturas verticales alineadas, lasondas S que se propagan a lo largo de un pozovertical se dividen en dos ondas, y la onda rápidase polariza en el plano de las fracturas (arriba).De un modo similar, en un medio TIV, tal comouna lutita o un intervalo finamente estratificado,las ondas S que se propagan en un pozo horizon-tal se dividen y la onda rápida se polariza en elplano de estratificación.

La polarización de las ondas S divididas porla anisotropía no puede ser detectada por unreceptor monopolar unitario. Se requierenreceptores direccionales. Se puede crear unreceptor direccional adecuado mediante la sus-titución de un receptor monopolar unitario pordos o más pares de receptores monopolares.Cada par de receptores monopolares actúa como

42 Oilfield Review

Movimiento delas partículas

Movimiento delas partículas

Movimiento delas partículas

A

B

C

Eje de simetríahorizontal

Tiempo

Tiempo

Tiempo

Amplitudde las ondas

compresionales

Amplitudde las ondas

de corte lentas

Amplitudde las ondas

de corte rápidas

Dirección de propagación de las ondas

Receptoresdipolares

Fuentedipolar

Onda S rápida

Onda S lenta

Impulsode lafuente

> Movimiento de las partículas y dirección de propagación en las ondas compresionales y enlas ondas de corte. Las ondas compresionales (A) poseen un movimiento de partículas quesigue la dirección de propagación de las ondas. Las ondas de corte poseen un movimientode partículas ortogonal a la dirección de propagación de las ondas. En un material anisotró-pico TIH (extremo inferior), una onda de corte que se propaga en sentido paralelo a lasfracturas se divide. La onda S, con un movimiento de partículas verticalmente polarizado ensentido paralelo a las fracturas (C), es más rápida que la onda S con un movimiento de partí-culas polarizado en sentido ortogonal a las fracturas (B).

> División de las ondas de corte en un pozo ver-tical en un medio TIH con fracturas verticales.Independientemente de cómo esté orientada lafuente dipolar respecto de las direcciones rápiday lenta del medio, la onda de corte se dividirá enuna componente rápida y una componente lenta.La componente rápida se alinea en forma para-lela al plano de las fracturas, mientras que lacomponente lenta se alinea en sentido perpen-dicular al plano de las fracturas.

Verano de 2006 43

un receptor dipolar. Para la registracióncorrecta de las ondas flexurales, al menos unreceptor dipolar se alinea con cada transmisordipolar. Con cada disparo de la fuente dipolar,las señales son registradas por el receptor dipo-lar orientado en línea (inline) con esa fuente yademás por el receptor dipolar orientado fuerade línea (offline) (derecha).15 Este ejemplomuestra la registración de las ondas flexuralesen 13 estaciones receptoras distribuidas en ani-llos en cada estación.16

En las formaciones isotrópicas, las ondas fle-xurales generadas por una fuente dipolarpermanecen polarizadas en el plano de la fuentey se detectan solamente en el receptor dipolaralineado en ese plano. No obstante, en las forma-ciones anisotrópicas, la onda flexural se divideen una componente rápida y una componentelenta, alineadas con la anisotropía de la forma-ción. A menos que los ejes de la herramientaestén alineados accidentalmente con las direc-ciones rápida y lenta de la formación, la energíade las ondas flexurales será registrada tanto porlos receptores que están fuera de línea como porlos receptores que están en línea con esa fuente.

Las direcciones, o azimuts, de las ondas decorte o de las ondas flexurales rápidas y lentaspueden verse en un registro dipolar cruzado. Lacreación de un registro dipolar cruzado consti-tuye un proceso de pasos múltiples. El primerpaso implica la descomposición y recombinaciónde las formas de ondas adquiridas en todos lossensores, en cada estación receptora, para darcomo resultado, en cada profundidad, cuatro for-mas de ondas correspondientes a las respuestasen línea y fuera de línea con los dos transmisoresdipolares ortogonales. A continuación, estas for-mas de onda se rotan matemáticamente paracolocarlas en un sistema de coordenadas consis-tente con las direcciones de la energía de formade onda fuera de línea máxima y mínima.17 Luego,las formas de ondas correspondientes a las orien-taciones de las ondas de corte rápida y lenta sesometen a un procesamiento por semblanzaspara obtener las lentitudes de dichas ondas.18 Laszonas con lentitudes de ondas de corte rápidas ylentas equivalentes son isotrópicas, mientras quelas zonas con diferencias considerables entre laslentitudes de ondas de corte rápidas y lentas sonaltamente anisotrópicas.

Las lentitudes de las ondas S rápidas y lentas,y de las ondas P y las ondas de Stoneley—las cua-tro lentitudes que pueden medirse mediante losregistros sónicos en un medio anisotrópico—setransforman en cuatro módulos anisotrópicos.Con estos cuatro módulos es posible caracterizarel más simple de los medios anisotrópicos. Losmedios TIV y TIH requieren cinco módulos para

ser caracterizados en su totalidad. En lo que res-pecta a los tipos de anisotropía más complejos,se requieren más mediciones, tales como lasondas P que se propagan siguiendo diferentes

azimuts o inclinaciones, o las ondas S que viajanen sentido vertical y horizontal. Los levanta-mientos sísmicos de superficie y de pozo amenudo pueden proveer esta información.

> Respuesta en línea y fuera de línea en receptores distribuidos en formaazimutal de una onda flexural de pozo en una formación anisotrópica. Laonda flexural fue excitada disparando el transmisor dipolar en la direcciónX, (Tx) que se muestra en el extremo inferior. En este medio TIH, la ondaflexural se divide en una onda rápida y una onda lenta con componentesde movimiento de partículas en todos los receptores, no sólo en los alinea-dos con el eje X de la herramienta.

Eje de la herramienta

x

x’y

θ y’Orientación de la herramientacon respecto a la formación

Eje de las ondas decorte rápidas generadasen la formación

Ty

Tx

Par detransmisores

dipolares

Pozoinalterado

Onda flexural de bajafrecuencia generadaen el pozo (ampliada)

R5x

R6x

R7x

R8x

R9x

R10x

R11x

R12x

R13x

R4x

R3x

R2x

R1x

R13y

R12y

R11y

R7y

R6y

R5y

R4y

R3y

R2y

R1y

R10y

R9y

R8y Anillo de receptor 8

Anillo de receptor 9

Anillo de receptor 10

Anillo de receptor 11

Anillo de receptor 12

Anillo de receptor 13

Anillo de receptor 7

Anillo de receptor 6

Anillo de receptor 5

Anillo de receptor 4

Anillo de receptor 3

Anillo de receptor 2

Anillo de receptor 1

Conjunto dereceptores

15. El término offline (fuera de línea) también se conocecomo crossline (línea transversal).

16. Pistre V, Kinoshita T, Endo T, Schilling K, Pabon J, SinhaB, Plona T, Ikegami T y Johnson D: “A Modular WirelineSonic Tool for Measurements of 3D (Azimuthal, Radial,and Axial) Formation Acoustic Properties,”Transcripciones del 46o Simposio Anual sobreAdquisición de Registros de la SPWLA, Nueva Orleáns,26 al 29 de junio de 2005, artículo P.

17. Alford RM: “Shear Data in the Presence of AzimuthalAnisotropy: Dilley, Texas,” Resúmenes Expandidos, 56a

Reunión Internacional Anual de la SEG, Houston (2 al 6de noviembre de 1986): 476–479.Brie A, Endo T, Hoyle D, Codazzi D, Esmersoy C, Hsu K,Denoo S, Mueller MC, Plona T, Shenoy R y Sinha B:“New Directions in Sonic Logging,” Oilfield Review 10,no. 1 (Primavera de 1998): 40–55.

18. Esmersoy C, Koster K, Williams M, Boyd A y Kane M:“Dipole Shear Anisotropy Logging,” ResúmenesExpandidos, 64a Reunión Internacional Anual de la SEG,Los Ángeles (23 al 28 de octubre de 1994): 1139–1142.Kimball y Marzetta, referencia 10.

X,480

X,490

Prof

undi

dad

med

ida,

pie

s

pies

Distancia alcentro del pozo

pies

Distancia alcentro del pozo

pies0 20 2

0 250 25

Distancia alcentro del pozo

10 110°API

Rayosgamma

Diferencial de ondasde corte rápidas

%0 25

2 0

Diferencial de ondasde corte lentas

%

Diferencial de ondacompresional

%

HeterogeneidadLas propiedades de las formaciones puedenvariar no sólo con la dirección de las mediciones,como en las formaciones anisotrópicas, sino entreun lugar y otro, en lo que se conoce como forma-ciones no homogéneas o, en forma equivalente,formaciones heterogéneas. Como sucede con laanisotropía, la detección y la cuantificación de laheterogeneidad utilizando ondas acústicas depen-derá del tipo de variación de la formación y de sugeometría respecto del eje del pozo.

Los registros sónicos estándar permitencaracterizar las propiedades de las formacionesque varían a lo largo del pozo. Las primeras herra-mientas de adquisición de registros sónicoscorridas en pozos verticales identificaban las hete-rogeneidades en forma de límites entre las capas

horizontales (véase “Historia de la adquisiciónde registros sónicos con herramientas operadascon cable,” página 34). Otras heterogeneidades,tales como las zonas de alta permeabilidad o lasfracturas abiertas que intersectan al pozo, pue-den detectarse utilizando las ondas de Stoneley,como se describió anteriormente.

Las propiedades de las formaciones quevarían lejos del pozo, o a lo largo del eje radial,constituyen evidencias del proceso de perfora-ción y son más difíciles de evaluar. El proceso deperforación remueve la roca y hace que losesfuerzos locales se redistribuyan, o se concen-tren alrededor del pozo en una forma elásticabien conocida.19 Además, la perforación no sólotritura la roca que se remueve para formar elpozo sino que además puede dañar mecánica-

mente un volumen de roca que rodea al pozo.20

Este tipo de daño se denomina deformación plás-tica, en contraste con la deformación elástica oreversible. Además de la deformación plástica, elfluido de perforación puede reaccionar con lasarcillas, causando dilatación y alterando las velo-cidades en la región vecina al pozo. El lodo queinvade el espacio poroso desplaza los fluidos deformación que probablemente poseen diferentespropiedades, alterando además las velocidadessónicas. Las variaciones inducidas por la per-foración pueden ser más graduales que lasvariaciones producidas a lo largo de las interfa-ces entre capas.

La alteración de las propiedades en la zonavecina al pozo puede hacer que las velocidadesaumenten o disminuyan con respecto a la forma-ción inalterada o de campo lejano. Normalmente,el daño inducido por la perforación reduce larigidez de la formación, haciendo que las veloci-dades se reduzcan cerca del pozo. No obstante,cuando el fluido de perforación reemplaza al gascomo fluido que rellena los poros, la formaciónresultante es más rígida, de manera que la velo-cidad compresional aumenta cerca del pozo.

La alteración radial de las rocas y de los flui-dos afecta las velocidades compresionales y decorte de diferentes maneras. La alteración quereduce la rigidez de la estructura de la roca, talcomo el fisuramiento o el debilitamiento inducidopor la perforación, hace que tanto la velocidad P

44 Oilfield Review

19. Winkler KW, Sinha BK y Plona TJ: “Effects of Borehole Stress Concentrations on Dipole AnisotropyMeasurements,” Geophysics 63, no. 1 (Enero–febrero de 1998): 11–17.

20. Winkler KW: “Acoustic Evidence of Mechanical DamageSurrounding Stressed Borehole,” Geophysics 62, no. 1(Enero–febrero de 1997): 16-22.

21. Zeroug S, Valero H-P y Bose S: “Monopole RadialProfiling of Compressional Slowness,” preparado para la 76a Reunión Internacional Anual de la SEG, NuevaOrleáns, 1° al 3 de octubre de 2006.

22. Sinha B, Vissapragada B, Kisra S, Sunaga S, YamamotoH, Endo T, Valero HP, Renlie L y Bang J: “Optimal WellCompletions Using Radial Profiling of Formation ShearSlownesses,” artículo de la SPE 95837, presentado en laConferencia y Exhibición Técnica Anual de la SPE,Dallas, 9 al 12 de octubre de 2005.Sinha BK: “Near-Wellbore Characterization Using RadialProfiles of Shear Slownesses,” Resúmenes Expandidos,74a Reunión Internacional Anual de la SEG, Denver (10al 15 de octubre de 2004): 326–329.

23. Chang C, Hoyle D, Watanabe S, Coates R, Kane R, DoddsK, Esmersoy C y Foreman J: “Localized Maps of theSubsurface,” Oilfield Review 10, no. 1 (Primavera de1998): 56–66.

24. Hornby BE: “Imaging of Near-Borehole Structure UsingFull-Waveform Sonic Data,” Geophysics 54, no. 6 (Juniode 1989): 747–757.

> Perfiles radiales de ondas compresionales y ondas de corte en una formación he-terogénea anisotrópica. El perfil de la variación en la lentitud de las ondas compre-sionales (Carril 4) se crea por reconstrucción tomográfica en base a la técnica detrazado de rayos, a través de una formación modelada con propiedades que varíangradualmente con la distancia al pozo. La diferencia porcentual entre la lentitudobservada y la lentitud de la formación inalterada se representa gráficamente enescalas de color y distancia para indicar la magnitud de la diferencia lejos del pozo.En estas areniscas, identificables a partir del registro de rayos gamma del Carril 2,la lentitud de las ondas compresionales cerca del pozo varía hasta en un 15% conrespecto a la lentitud del campo lejano y la variación se extiende hasta más de 30 cm[12 pulgadas] con respecto al centro del pozo. El pozo se muestra como una zona gris.Los perfiles radiales de ondas de corte indican la diferencia entre la lentitud de lasondas de corte rápidas y la lentitud del campo lejano (Carril 1), y la diferencia entrela lentitud de las ondas de corte lentas y la lentitud del campo lejano (Carril 3). Lasdiferencias significativas en la lentitud de las ondas de corte se extienden hastacasi 25 cm [10 pulgadas] del centro del pozo. La variación radial de las velocidadesde ondas compresionales y de corte es inducida por la perforación.

Verano de 2006 45

como la velocidad S disminuyan. No obstante,los cambios producidos en el fluido que ocupalos poros poseen poco efecto sobre la velocidadS, mientras que la velocidad P puede variar sus-tancialmente. Por ejemplo, cuando el fluido deperforación reemplaza el gas, la velocidad de lasondas P aumenta, pero la velocidad de las ondasS permanece relativamente inalterada. Lacaracterización completa de la heterogeneidadradial requiere el análisis de la variación radialde las lentitudes de las ondas compresionales yde corte.

Un perfil radial de la lentitud de las ondascompresionales se genera a través de la recolec-ción de datos de ondas P para profundidades deinvestigación múltiples; desde la región vecina alpozo hasta la formación de campo lejano inalte-rada. Esto demanda la obtención de registros conuna gran diversidad de espaciamientos entretransmisores y receptores. Las técnicas de tra-zado de rayos invierten los arribos de las ondascompresionales refractadas para proveer el valorde lentitud de las ondas compresionales en fun-ción de la distancia al pozo.21 La diferencia entrela lentitud de las ondas compresionales en laregión vecina al pozo y la lentitud de las ondascompresionales en el campo lejano se puederepresentar gráficamente junto con la profundi-

dad de la alteración radial (página anterior). Eneste ejemplo, también se representan gráfica-mente las variaciones radiales de las lentitudesde las ondas de corte.

Las variaciones radiales de la lentitud de lasondas de corte son cuantificadas a través de lainversión de las dispersiones de banda ancha delos modos flexural y de Stoneley.22 En las altasfrecuencias, estos modos dispersivos investiganla región vecina al pozo y, en las bajas frecuen-cias, exploran la formación inalterada lejos delpozo. Los datos de dispersión de una ampliagama de frecuencias ayudan a producir los perfi-les radiales más confiables de las variaciones enla lentitud de las ondas de corte.

Algunas de las heterogeneidades cuya carac-terización plantea más desafíos son aquellas queno intersectan al pozo. Puede tratarse de fractu-ras o fallas verticales situadas cerca de un pozovertical o de interfaces sedimentarias que tienenlugar cerca de un pozo horizontal. La detecciónde tales heterogeneidades requiere un métodoque explore profundamente la formación y quepermita detectar los cambios abruptos produci-dos en las propiedades de la misma.

La generación de imágenes sónicas, a vecesconocida como prospección de reflexión acús-tica de pozo, provee una imagen direccional de

alta resolución de los reflectores a una distanciade hasta varias decenas de pies del pozo(izquierda).23 En consecuencia, esta técnicaposee un potencial de aplicación significativo enpozos horizontales. Para crear una imagen, laherramienta registra las formas de onda deduración relativamente larga provenientes delos transmisores monopolares. Los receptoresdeben estar distribuidos alrededor de la herra-mienta para permitir la distinción de los azimutsde las reflexiones.

El procesamiento de datos complejos, similaral diseñado para los levantamientos sísmicos desuperficie, se aplica en un proceso que consta demúltiples pasos. En primer lugar, se crea unmodelo de velocidad compresional de la regiónvecina al pozo, utilizando las ondas cónicas P.Luego, para extraer la energía reflejada, sedeben filtrar los arribos sónicos tradicionales,incluyendo las ondas cónicas P y S y las ondas deStoneley, a partir de las formas de onda paracada disparo. Las trazas filtradas constituyen losdatos de entrada del proceso de migración enprofundidad, que posiciona las reflexiones en sulocalización espacial correcta utilizando unmodelo de velocidad.

El proceso de migración convierte formal-mente una serie de mediciones de amplitud ytiempo de tránsito en una imagen espacial de laformación. Éste puede concebirse como un pro-ceso de triangulación en el que la distancia y elechado (buzamiento) de un reflector con res-pecto al pozo son determinados por las señalesregistradas en los receptores con diferentesespaciamientos TR. Los receptores, con diferen-tes azimuts alrededor del pozo, miden diferentesdistancias con respecto a un reflector, depen-diendo del azimut y del echado del reflectorrespecto del pozo.

La técnica de generación de imágenes sóni-cas fue desarrollada en la década de 1980; sinembargo, los resultados han mejorado con losavances acaecidos en las herramientas sónicas yen los métodos de procesamiento.24 Esta técnicaha sido utilizada para generar imágenes de lascapas de echado pronunciado en pozos casi ver-ticales e imágenes de los límites sedimentariosen pozos horizontales. Para ver ejemplos degeneración de imágenes sónicas y otras aplica-ciones de las mediciones sónicas, remítase alartículo “Imágenes de la pared del pozo y susinmediaciones,” página 16. –LS

> Geometría de la adquisición de datos para la generación de imágenessónicas. Diseñada para detectar límites entre capas y otras heterogenei-dades aproximadamente paralelas al pozo, la técnica de generación deimágenes sónicas registra las señales reflejadas (rayos rojos), provenientesde interfaces que se encuentran a decenas de pies de distancia. Las seña-les del pozo (rayos negros) deben filtrarse.

Capa de carbón

Señales reflejadas

Señales del pozo

46 Oilfield Review

Del interior de la Tierra al espacio

Joel Lee GrovesJohn SimonettiStefan VajdaWolfgang ZieglerPrinceton Junction, Nueva Jersey, EUA

Jacob I. TrombkaCentro de Vuelo Espacial GoddardGreenbelt, Maryland, EUA

Por su colaboración en la preparación de este artículo, seagradece a Edward Durner, Steve Meddaugh, Jim Rodericky Joel Wiedemann, Princeton Junction, Nueva Jersey.EcoScope es una marca de Schlumberger.Teflón es una marca de E.I. du Pont de Nemours and Company.A menos que se indique lo contrario, todas las siglas que aparecen en este documento corresponden al idioma inglés.

En la década de 1930, Conrad y Marcel Schlumberger comenzaron a desarrollar

herramientas y sensores para explorar el interior de la Tierra. Unos 75 años más tarde,

detectores similares están ayudando a los científicos a investigar la naturaleza

fundamental y el origen de los objetos existentes en el espacio.

Los ingenieros y científicos involucrados en elPrograma de Perforación Oceánica, sustentadocon fondos internacionales, iniciaron operacio-nes de perforación submarina en el año 1961para explorar la capa exterior dura de la cortezaterrestre o litosfera. Los científicos utilizaronherramientas y técnicas desarrolladas para laexploración de petróleo y gas con el fin de do-cumentar la deriva continental y generar unvolumen sustancial de datos relacionados con latectónica de placas.1

En el año 2004, unos ingenieros que se encon-traban realizando perforaciones en el OcéanoÁrtico, en la cresta de la dorsal de Lomonosov,

1. Andersen RN, Jarrard R, Pezard P, Williams C y Dove R:“Logging for Science,” The Technical Review 36, no. 4(Octubre de 1988): 4–11.

2. Kerr RA: “Signs of a Warm, Ice-Free Arctic,” Science 305,no. 5691 (17 de septiembre de 2004): 1693.

3. Para obtener más información sobre perforación depozos profundos en los océanos, consulte: Brewer T,Endo T, Kamata M, Fox PJ, Goldberg D, Myers G,Kawamura Y, Kuramoto S, Kittredge S, Mrozewski S yRack FR: “Perforación de pozos profundos en losocéanos con fines científicos: Revelación de lossecretos de la Tierra,” Oilfield Review 16, no. 4(Primavera de 2005): 26–41.

4. La aceleración se expresa a menudo en unidades deaceleración de la gravedad normal (gn), lo que se definecomo 9.80665 m/s2 y equivale aproximadamente a laaceleración debida a la gravedad sobre la superficieterrestre, a nivel del mar.

Un frío día de febrero de 2001, una nave espa-cial aterrizó en 433 Eros, un asteroide entre lasórbitas de Marte y Júpiter. La nave espacialhabía completado su viaje de cinco años parainvestigar por primera vez cuestiones funda-mentales relacionadas con la naturaleza y elorigen de los objetos existentes en las proximi-dades de la Tierra.

Las demandas técnicas de la misión En-cuentro con un Asteroide Cercano a la Tierra(NEAR)-Shoemaker eran inmensas. Un equipomultidisciplinario de científicos e ingenieros dela Administración Nacional de la Aeronáutica ydel Espacio de EUA (NASA) fue seleccionado de

entre diversos recursos científicos e industriales,incluyendo la industria del petróleo y el gasorientada predominantemente hacia el estudiodel interior de la Tierra.

La aplicación de tecnologías desarrolladaspara la exploración de petróleo y gas en pro-gramas científicos no es práctica nueva. Lastecnologías de campos petroleros a menudo hansido empleadas para beneficio de la ciencia. Porejemplo, los proyectos de perforación de pozosprofundos llevados a cabo en tierra firme y en lamayoría de los grandes océanos del mundo hancontribuido a nuestro conocimiento tanto delpasado como del futuro del planeta Tierra.

> Galaxia espiral distante. El Telescopio Espacial Hubble captó esta imagen de luz dejada por la galaxiaespiral NGC1300 hace más de 69 millones de años. Las espirales barradas difieren de las galaxiasespirales normales en que los brazos del objeto no surgen desde su centro sino que están conecta-dos a los dos extremos de una barra recta de estrellas que en su centro contiene el núcleo. Con laresolución del telescopio Hubble, se revelan detalles finos, nunca antes vistos, el disco, abultamiento ynúcleo a lo largo de los brazos de la galaxia. El núcleo muestra su propia estructura en espiral quemide aproximadamente 3,300 años luz. La imagen fue construida a partir de muestras tomadas enseptiembre de 2004 con la Cámara Avanzada para Levantamientos. (Imagen, cortesía de la NASA).

Verano de 2006 47

proporcionaron las primeras evidencias de queel Ártico no tenía hielo y era cálido hace alre-dedor de 56 millones de años.2 Los científicosanalizaron núcleos recuperados en el proyectode perforación para determinar cuándo, por quéy cómo había cambiado la temperatura delÁrtico. Además aprendieron sobre la actual ten-dencia al calentamiento global.3

La comprensión de los procesos fundamenta-les que tienen lugar en la profundidad de lacorteza terrestre ha contribuido a nuestro cono-cimiento de muchos de los hechos ocurridos enel interior de la Tierra, incluyendo la actividadvolcánica, las placas tectónicas, las fluctua-ciones climáticas y los procesos químicos ytermodinámicos que conducen al depósito deminerales.

En la mayoría de los casos, los hidrocarburosse encuentran en ambientes casi inaccesibles.Las herramientas y los sensores son exigidos almáximo conforme se realizan perforaciones cadavez más profundas en la corteza terrestre, dondeson comunes las altas temperaturas y altas pre-siones y las vibraciones excesivas, y donde losesfuerzos y los impactos alcanzan a miles deveces la aceleración de la gravedad (gn).4 Lasherramientas y los instrumentos asimismo, debensobrevivir a amplitudes térmicas extremas, desdela superficie fría del Ártico hasta temperaturas demás de 204ºC [400ºF] en el ambiente de fondo depozo. Los instrumentos de perforación, adquisi-ción de registros y mediciones han evolucionadopara hacer frente a estos desafíos. En la actuali-dad, las herramientas e instrumentos deexploración y producción de petróleo y gas estándiseñados para operar durante períodos prolonga-dos de exposición a esos entornos inclementes yson sometidos a exhaustivas pruebas para sopor-tar esas condiciones.

De un modo similar, las fuerzas que se expe-rimentan cuando se lanza y acelera un vehículoen el espacio pueden ser traumáticas para loscomponentes de los equipos. Por ejemplo, elchoque de la separación en la etapa pirotécnicapuede alcanzar más de 4,000 gn, sometiendo a ungran esfuerzo tanto al vehículo como a su cargaútil. Una vez en el espacio, según la orientacióncon relación al Sol, las temperaturas extremasoscilan entre más de 100ºC [212ºF] y menos de-200ºC [-328ºF]. Debido a la necesidad de operaren entornos rigurosos, los paquetes de herra-mientas e instrumentos diseñados para laperforación de pozos profundos son intrínseca-mente aplicables a otros ambientes desafiantes,tales como el espacio exterior.

Ya sea en la exploración del espacio interiorcon fines científicos, en la búsqueda de petróleo

y gas o en el sondeo de las inmensidades del espa-cio exterior, el deseo de explorar ha impulsado lahistoria de las civilizaciones modernas. Esteimpulso ha desembocado, al menos en parte, enla conquista de la Luna en la década de 1960, loque marcó el comienzo de una nueva generaciónen materia de exploración y viajes espaciales.

Más recientemente, naves espaciales tales comoel Telescopio Espacial Hubble (HST), ayudadopor tecnologías desarrolladas para la explora-ción de petróleo y gas, han escudriñado desde laórbita de la Tierra cada vez con más agudeza yprofundidad el universo que reside más allá denuestro sistema solar (página anterior).

A medida que avanzamos de la exploracióndel espacio interior a la del espacio exterior, lasherramientas y técnicas desarrolladas paraexplorar bien por debajo de la superficie terres-tre están contribuyendo a develar los misteriosde nuestro sistema solar y los confines del espa-cio. En este artículo comentamos algunos de losaportes recientes que han hecho a la explora-ción espacial los científicos e ingenieros de laindustria del petróleo y el gas. Si bien la misiónde la nave espacial NEAR ya ha concluido, latecnología de campos petroleros existente abordo del telescopio HST y de la nave Cassini-Huygens en Saturno continúan ampliandonuestros conocimientos y trazando el rumbo ennuestra búsqueda de más conocimientos.

El objetivo del telescopio HubbleA lo largo de la historia, lo que entendíamos deluniverso se limitaba al alcance de nuestra vista.La invención del telescopio expandió nuestravisión y permitió a Copérnico, Kepler y Galileoen los siglos XVI y XVII, hacer observaciones quedemostraban que la Tierra no era el centro deluniverso.5 Durante el siglo XVIII, el desarrollodel telescopio ayudó a los científicos a investigarel cosmos. Con telescopios cada vez más grandesy mejores, gradualmente se han ido descu-briendo y documentando planetas, estrellas ynebulosas invisibles a simple vista.

Aún a principios del siglo XX la mayor partede los astrónomos creía que el universo estabacompuesto por una sola galaxia, la Vía Láctea;una colección de estrellas, polvo y gas en la vaste-dad del espacio. Sin embargo, el universo talcomo lo conocíamos cambió en 1924, cuando elastrónomo estadounidense Edwin Hubble utilizóel Telescopio Hooker de 2.54 m [100 pulgadas] enel Monte Wilson, cerca de Los Ángeles, paraobservar miles de millones de otras galaxias másallá de la Vía Láctea.6

Para astrónomos como Edwin Hubble, siem-pre ha existido un gran obstáculo para lograruna clara visión del universo: la atmósfera de laTierra. Los gases y las partículas flotantes en laatmósfera obnubilan la luz visible, hacen que lasestrellas centelleen o brillen, y obstaculizan oabsorben totalmente los rayos infrarrojos, ultra-violetas, gamma y las longitudes de onda de losrayos X.

Para minimizar la distorsión atmosférica, loscientíficos construyeron observatorios en lascimas de las montañas, lejos de las zonas congran radiación de luz o brillo en el cielo, como seobserva cerca de las grandes ciudades. Con esteesfuerzo se obtuvieron éxitos de diversos grados.En la actualidad, la óptica adaptativa y otras téc-

nicas de procesamiento de imágenes han mini-mizado pero no han eliminado totalmente losefectos de la atmósfera.7

En 1946, el astrofísico de la Universidad dePrinceton Lyman Spitzer documentó los benefi-cios potenciales de contar con un telescopio enel espacio, bien por encima de la atmósferaterrestre. Luego del lanzamiento del satélitesoviético Sputnik en 1957, la NASA colocó en laórbita de la Tierra dos observatorios astronómi-cos orbitales (OAO). Los OAO realizaron un grannúmero de observaciones ultravioletas y estable-cieron los principios básicos para el diseño,fabricación y lanzamiento de futuros observato-rios espaciales.8

Grupos científicos, estatales e industrialessiguieron explorando el espacio y planeando elpróximo paso más allá del programa OAO. Spit-zer logró el apoyo de otros astrónomos paraconstruir un gran telescopio orbital, que mástarde recibió el nombre de Telescopio EspacialHubble, y en 1969 la Academia Nacional de Cien-cias aprobó el proyecto.9

El Centro de Vuelo Espacial Goddard de laNASA en Greenbelt, Maryland, EUA, fue el res-ponsable de diseñar el instrumento y de realizarel control terrestre del observatorio espacial. En1983, se creó el Instituto de Ciencia TelescópicaEspacial (STScl) en la Universidad Johns Hopkinsde Baltimore, Maryland. El personal del STSclmanejó el tiempo y los datos de observación deltelescopio. La NASA eligió el Centro de VueloEspacial Marshall en Huntsville, Alabama, EUA,como centro conductor de la NASA a cargo deldiseño, desarrollo y construcción del telescopioespacial. La empresa Perkin-Elmer Corporation,actualmente denominada Hughes Danbury Opti-cal Systems, desarrolló el arreglo telescópicoóptico y el sistema de sensores de guía fina (FGS).

El 24 de abril de 1990, luego de numerosasdemoras del proyecto, el trasbordador espacialDiscovery se elevó de la Tierra llevando al telesco-pio HST en su bodega de carga. Al día siguiente, eltelescopio espacial del tamaño de un autobús detransporte escolar fue puesto en órbita terrestrebaja (abajo). Libre de la distorsión atmosférica, el

48 Oilfield Review

> Servicio de mantenimiento del Telescopio Espacial Hubble (HST). El Trasbor-dador Espacial Discovery, en su misión STS 82, eleva el HST de su bodega decarga después de la segunda misión de servicio del Hubble. Con un peso delanzamiento de 11,304 kg [25,000 lbm], la estructura principal del Hubble mide13 m [42.6 pies] de largo por 4.27 m (14 pies) de ancho. Sus paneles solaresgemelos abarcan 13.7 m [45 pies] cuando están desplegados. El telescopio ensí es una configuración de reflexión denominada Cassegrain, que comprendeun espejo primario de 2.4m [94.5 pulgadas], y un espejo secundario de 30 cm[12.2 pulgadas]. (Imagen, cortesía de la NASA).

Verano de 2006 49

gigantesco espejo del telescopio comenzó sumisión de reunir fotones desde lugares tan lejanoscomo el borde del universo conocido.

Para el buen rendimiento del telescopio HSTes de importancia crítica que se mantenga en elobjetivo durante largos períodos. Las ondas elec-tromagnéticas emitidas desde objetos distantes amenudo son leves o débiles, de modo que el teles-copio debe permanecer perfectamente posicionadomientras se reúnen fotones en cantidades suficien-tes para formar una imagen. Con este fin, losingenieros han utilizado la tecnología de tubosfoto-multiplicadores para campos petroleros deSchlumberger para diseñar el Sistema FGS.10

Un FGS es básicamente una cámara orienta-ble hacia el objetivo capaz de obtener medicionescelestiales, fijándose sobre estrellas guía y pro-porcionando datos para maniobrar el telescopio.11

Se utilizan dos FGS para apuntar el telescopiohacia un objetivo astronómico y para mantenerese objetivo dentro del campo visual del telesco-pio; el tercer FGS se puede utilizar paramediciones astrométricas.12

El sistema FGS puede mantener una preci-sión de apuntamiento de 0.007 arcosegundos, loque permite que el sistema de control de apun-tamiento (PCS) mantenga el telescopio Hubble

Schlumberger (abajo).14 Estos PMT están basa-dos en la misma construcción sólida que seutiliza para los instrumentos de adquisición deregistros de pozos. El fotocátodo se fabricó uti-lizando la misma tecnología que los tubosempleados en aplicaciones de servicios de cam-pos petroleros. Para el caso del telescopio HST,los PMT fueron diseñados con sensibilidad porencima de un rango espectral de 400 a 700nanómetros (nm), con una eficiencia de aproxi-madamente 18% en el extremo azul del espectroelectromagnético y disminuyendo en forma linealhasta aproximadamente 2% en el extremo rojo.

5. NASA—La concepción del telescopio Hubble:http://hubble.nasa.gov/ overview/conception-part1.php(Se accedió el 18 de abril de 2006).

6. NASA, referencia 5.7. La óptica adaptativa es una tecnología utilizada para

mejorar el desempeño de los sistemas ópticos mediantela reducción de los efectos de la distorsión óptica quecambia rápidamente y que se origina típicamente encambios producidos en las condiciones atmosféricas. Laóptica adaptativa funciona midiendo la distorsión y com-pensándola rápidamente mediante el uso de espejos omaterial deformable con propiedades de refracciónvariables.

8. Smith RW: The Space Telescope—A Study of NASA,Science, Technology and Politics. New York City:Cambridge University Press, 1989.

9. Smith, referencia 8.10. Para obtener más información sobre tubos

fotomultiplicadores, consulte: Adolph B, Stoller C,BradyJ, Flaum C, Melcher C, Roscoe B, Vittachi A y Schnorr D:“Saturation Monitoring With the RST Reservoir SaturationTool,” Oilfield Review 6, no. 1 (Enero de 1994): 29–39.

11. Space Telescope Science Institute–FGS History:http://www.stsci.edu/hst/fgs/design/history (Se accedióel 14 de marzo de 2006).Una estrella guía es una de las muchas estrellasbrillantes utilizadas para el posicionamiento y latriangulación de los telescopios.

12. La astrometría es una rama de la astronomía que seocupa de las posiciones de las estrellas y otros cuerposcelestiales, sus distancias y movimientos.

13. Un segundo de arco, o arcosegundo, es una unidad demedición angular que comprende una sexta parte de unarcominuto, o 1⁄3,600 de un grado de arco o 1⁄1,296,000 ≈ 7.7x10-7

de un círculo. Se trata del diámetro angular de unobjeto de 1 diámetro unitario, a una distancia de360x60x60/(2π) ≈ 206,265 unidades, tal como(aproximadamente) 1 cm a 2.1 km.

14. Los interferómetros fueron utilizados por primera vez porMichaelson, quien recibió el Premio Nobel en 1907 porun trabajo en el que utilizó un interferómetro óptico paramedir con precisión la velocidad de la luz.

Espejos selectoresde estrellas

Grupo de corrección

Prisma de desviación

Espejo guíaFiltros (5 en rueda)

Prisma separadorde haces

Prisma Koesters

Lente de doblete (4)

Tubo fotomultiplicadorcon arreglo de lentespuntiformes (4)

Espejo colimador deforma esférica imperfecta

PMT B

Diafragmade campo

Diafragmade campoLente de

campoLente decampo

Doblete positivo

PrismaKoestersSeparador

de haces dieléctrico

Frente de ondaincidenteÁngulo Alfa

A C

D

B

Doblete positivo

PMT A

Banco óptico

apuntando a su objetivo durante tiempos deexposición de la cámara de 10 o más horas.13 ElPCS combina una serie de subsistemas de senso-res diferentes para lograr esta precisión deapuntamiento de milisegundos. Este nivel deexactitud y precisión es comparable con dirigirun rayo láser a un objetivo del tamaño de unauña desde una distancia de 442 km [275 millas].

Dentro del receptáculo de cada instrumentoFGS se encuentran dos interferómetros de ciza-lladura ortogonales, de luz blanca, suselementos ópticos y mecánicos relacionados ycuatro tubos fotomultiplicadores S-20 (PMT) de

> Orientación del telescopio Hubble. La luz del Arreglo Telescópico Óptico (OTA) HST es interceptada porun espejo guía colocado frente al plano focal HST y es dirigida hacia el sistema de sensores de guía fina(FGS) (izquierda). Los rayos de luz son colimados, o puestos paralelos, y luego son comprimidos por unespejo colimador de forma esférica imperfecta y guiados hacia los elementos ópticos del arregloselector de estrellas. Las pequeñas rotaciones de los arreglos A y B del selector de estrellas alteran la dirección del haz colimado del objetivo, y, por ende, la inclinación del frente de onda incidente conrespecto al prisma Koesters (derecha). A medida que el frente de onda rota alrededor del Punto B, lafase relativa de los rayos transmitidos y reflejados cambia en función del ángulo alfa. Cuando el vectorde propagación del frente de onda está paralelo al plano de la superficie dieléctrica, las intensidadesrelativas de los dos rayos emergentes detectados por los tubos fotomultiplicadores son iguales. Cuando el ángulo alfa es distinto de cero, las intensidades de los rayos de salida izquierdo y derecho son desiguales y los PMT registrarán diferentes recuentos de fotones, lo que proporcionará al sistemade control de guía del telescopio datos que permitan corregir la dirección en que se apunta. [(Imágenes,cortesía de la NASA y del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins (JHUAPL)].

Cada uno de los interferómetros FGS constade un separador de haces polarizador seguido dedos prismas Koesters. Para medir la dirección dela luz emitida por una estrella guía, se orientan lospares de prismas Koesters perpendiculares entresí. El ángulo del frente de onda en los planos X e Yprovee la orientación angular precisa de la estre-lla guía con relación a la trayectoria óptica deltelescopio HST. Estos datos, una vez cargados enel PCS, se utilizan para controlar la orientacióndel telescopio respecto de la estrella guía.

Además de guiar el telescopio HST, los senso-res FGS, por su exactitud, son útiles paramediciones astrométricas de alta precisión.Estas mediciones permiten a los científicosdeterminar las posiciones precisas y los movi-mientos de las estrellas. Los sensores FGS

pueden proporcionar las posiciones de las estre-llas con una precisión 10 veces mayor que lasmediciones obtenidas con los telescopios instala-dos en tierra. Los científicos emplean lasmediciones astrométricas para definir el tembloren el movimiento de las estrellas que podría suge-rir la presencia de un compañero planetario(izquierda). Los movimientos de las estrellastambién pueden determinar si un par de estrellasrepresenta un sistema estelar binario verdadero osi es simplemente un binario óptico.15

Con la ayuda de elementos de la tecnologíade campos petroleros, el Telescopio EspacialHubble continúa su tarea hasta la fecha. Loscientíficos están utilizando instrumentos como

el telescopio HST con el fin de explorar las zonasmás lejanas del universo y descubrir secretos delpasado para avanzar hacia el futuro.

Asteroides de nuestro sistema solarUn poco más cerca de casa, las tecnologías desa-rrolladas para uso en campos petroleros estánayudando a los científicos a explorar los asteroi-des en nuestro sistema solar. Estas enormesmasas de roca son objetos primordiales que hanquedado después de la formación del sistemasolar. Algunos científicos han sugerido que losasteroides son los restos de un protoplaneta des-truido en una colisión masiva. No obstante, laopinión que prevalece es que los asteroides son

50 Oilfield Review

+

+

+

+

A

B

C

D

> Cinturón principal de asteroides. El cinturón de asteroides es una región del sistema solar situadaaproximadamente entre los planetas Marte y Júpiter, donde se puede encontrar la mayor concentra-ción de órbitas de asteroides. La región principal del cinturón contiene alrededor del 93.4% del totalde planetas menores numerados. Los asteroides de tipo Troya ocupan dos regiones centradas 60ºadelante y detrás de Júpiter. Se conocen varios cientos de Troyanos de la población total, que se esti-ma en unos 2,300 objetos de más de 15 km [9 millas] de ancho y muchos más de menor tamaño; lamayoría de esos objetos no se mueve en el plano de la órbita del planeta sino en órbitas inclinadasde hasta 40º.

Marte

Mercurio

VenusTierra

Júpiter

Asteroidesde tipo Troya

Asteroidesde tipo Troya

Unidades astronómicas

0 2.7 5.21.5

Cinturónprincipal deasteroides> Estrellas binarias verdaderas. Cada una de las

dos estrellas de un sistema binario verdaderoorbita en torno al centro de la masa del sistema.Las leyes del movimiento planetario de Kepler ri-gen la forma en que cada estrella orbita en tornoal centro de la masa. En afelio (A), cada una delas dos estrellas se encuentran en los puntos másalejados de sus respectivas órbitas. En perihelio(C), las estrellas están en los puntos más cercanos.

Verano de 2006 51

residuos de materia rocosa que nunca lograronconsolidarse para formar planetas.

La teoría de los científicos es que los planetasdel sistema solar se formaron a partir de unanebulosa de gas y polvo que se fusionó para for-mar un disco de granos de polvo alrededor delSol, que se encontraba en desarrollo. Dentro deldisco, los granos diminutos de polvo se consolida-ron para constituir cuerpos cada vez más grandesdenominados planetesimales, muchos de los cua-les finalmente se concretaron en planetasdurante un período de 100 millones de años. Noobstante, más allá de la órbita de Marte, la inter-ferencia gravitacional de Júpiter impidió elcrecimiento de cuerpos protoplanetarios dediámetros de más de 1,000 km [620 millas] apro-ximadamente.16

La mayoría de los asteroides está concen-trada en un cinturón orbital entre Marte yJúpiter (página anterior, a la derecha). Estasrocas espaciales orbitan alrededor del Sol talcomo lo hacen los planetas, pero no tienenatmósfera y poseen muy poca gravedad. Losasteroides de este cinturón están compuestospor una importante cantidad de material; si jun-táramos todos los asteroides se formaría uncuerpo de alrededor de 1,500 km [930 millas] dediámetro, aproximadamente la mitad deltamaño de la luna de la Tierra.17

No todos los asteroides están tan alejados enel cinturón de asteroides. Algunos, denominadosasteroides cercanos a la Tierra (NEA), poseenórbitas que los aproximan a la Tierra. Los astró-nomos creen que los NEA son fragmentos

despedidos del cinturón principal de asteroidesa causa de una colisión entre asteroides o porperturbaciones gravitacionales de Júpiter. Algu-nos NEA también podrían ser los núcleos decometas de corta vida, ya extinguidos.

Dado que históricamente muchos asteroideshan colisionado con la Tierra y su luna, la com-prensión de su composición y origen puede serde importancia clave para nuestro pasado asícomo para nuestro futuro. Los científicos creenque los componentes químicos básicos de la viday gran parte del agua de la Tierra pueden haberllegado en asteroides o cometas que bombar-dearon el planeta en las primeras etapas de sudesarrollo (arriba). Una teoría ampliamenteaceptada sugiere que un asteroide que medía porlo menos 10 km [6 millas] de ancho chocó contrala Tierra hace unos 65 millones de años, cau-sando extinciones masivas entre muchas formasde vida, incluidos los dinosaurios.

Los astrónomos sospechan que los aproxima-damente 800 NEA descubiertos hasta la fecharepresentan tan sólo un pequeño porcentaje de supoblación total. El más grande que se conoce hastael momento es el 1036 Ganímedes, con un diáme-tro de aproximadamente 41 km [25.5 millas]. LosNEA con diámetros de más de 1 km [0.6 millas]se conocen como asteroides potencialmentepeligrosos, lo que sugiere que si chocaran con laTierra, podrían amenazar la vida tal como laconocemos.

De los más de 700 asteroides potencialmentepeligrosos conocidos, uno de los más grandes esTutatis, un asteroide de casi 1.6 km [1 milla] de

largo que orbita alrededor del Sol a una distan-cia de medio grado del plano orbital de la Tierra.En diciembre de 1992, Tutatis pasó dentro de las0.024 unidades astronómicas (UA), o 9.4 dis-tancias lunares de la Tierra.18 Luego, el 29 deseptiembre de 2004, la trayectoria orbital deTutatis lo colocó dentro de 0.01 UA de la Tierra;el mayor acercamiento de cualquier asteroidegrande producido en el siglo XX.

Aunque los astrónomos han conocido la exis-tencia de los asteroides por casi 200 años, hastahace poco sus propiedades básicas, su relacióncon los meteoritos encontrados en la Tierra y susorígenes seguían siendo un misterio. La NASA yla comunidad científica, impulsados tanto por eldeseo de comprender los asteroides como por laamenaza que los NEA de más de 1 km de diáme-tro representan para la Tierra, pusieron enmarcha los planes para el proyecto NEAR.

15. El término estrella binaria se refiere a un sistema deestrellas dobles, o a una unión de dos estrellas en unsistema, en base a las leyes de la atracción. Cualquierpar de estrellas estrechamente espaciadas entre sípodría aparecer desde la Tierra como un par deestrellas dobles cuando, en realidad, es un parconstituido por una estrella cercana y una lejana, conuna gran separación en el espacio. Estos sistemas seconocen habitualmente como binarios ópticos.

16. NASA–Eros o Bust: http://science.nasa.gov/headlines/y2000/ast08feb_1.htm (Se accedió el 14 de abril de 2006).

17. NASA, referencia 16.18. NASA / Laboratorio de Propulsión a Chorro–Asteroide

Tutatis 4179: http://echo.jpl.nasa.gov/asteroids/4179_Toutatis/toutatis. html (Se accedió el 14 de abril de 2006. Una unidad astronómica (UA) equivale a la distancia queexiste entre la Tierra y el Sol, o aproximadamente149,000,000 km [92,500,000 millas].

> Impacto sobre la Tierra. Un asteroide que chocó contra la Tierra hace unos 49,000 años laceró lasuperficie dejando un cráter de 1.2 km [0.7 millas]. Esta vista aérea muestra la expresión dramáticadel cráter en el paisaje árido de Arizona, EUA. (Imagen cortesía de D. Roddy, del Servicio Geológicode EUA, y del Instituto Lunar y Planetario).

Una misión vanguardistaEn 1990, la NASA introdujo un nuevo programade misiones planetarias denominado programaDiscovery. En 1991, se seleccionó la primeramisión; un encuentro con un asteroide cercano ala Tierra, el 433 Eros. El Laboratorio de FísicaAplicada de la Universidad Johns Hopkins(JHUAPL) fue elegido para dirigir el proyecto, yen 1995 se despachó la nave espacial NEAR haciael Centro Espacial Kennedy en Florida.19

Descubierto en 1898, el asteroide Eros es unode los más grandes y mejor observados.20 Condimensiones de 33 por 13 por 13 km [21 por 8 por 8millas], el asteroide Eros posee aproximadamenteel tamaño de Manhattan, Nueva York, EUA (abajo)

y cuenta con casi la mitad del volumen de todos losasteroides cercanos a la Tierra juntos.

Este gran asteroide en forma de papa tipo Ses uno de los más alargados. Orbita alrededordel Sol rotando sobre su eje una vez cada 5.27horas, con un perihelio de 1.13 UA y un afelio de1.78 UA (abajo).21

La nave NEAR partió de la Tierra rumbo alasteroide Eros el 17 de febrero de 1996, montadosobre el vehículo de lanzamiento Delta II. Unaño más tarde, el 18 de febrero de 1997, la naveNEAR alcanzó su punto más distante del Sol,2.18 UA, estableciendo un nuevo récord de dis-tancia para una nave espacial con instrumentalalimentado por células solares.

Al final de su misión quinquenal, la naveNEAR se hallaba a la vanguardia como naveespacial por varias razones: la primera naveespacial con instrumental alimentada exclusiva-mente por células solares que operó más allá dela órbita de Marte, la primera en encontrarse conun asteroide tipo C, la primera en encontrarsecon un asteroide cercano a la Tierra, la primeraen orbitar alrededor de un cuerpo pequeño, y laprimera nave espacial en aterrizar en un cuerpopequeño.

La misión científica NEARAntes de la misión NEAR, nuestro conocimientode los asteroides provenía principalmente de

52 Oilfield Review

Matilde Gaspra Ida

Manhattan

Silueta delasteroide Eros

> Silueta del gran asteroide Eros (rojo) se super-pone sobre la isla de Manhattan, Ciudad de NuevaYork, ilustrando el tamaño relativo del asteroide.

> Acercamiento al asteroide Eros. Esta imagen del hemisferio sur del asteroide Eros ofrece una vista alarga distancia del terreno cubierto de cráteres del asteroide. (Imagen, cortesía de la NASA/JHUAPL).

> Primer plano de los asteroides. Se muestran vistas de los tres asteroides de los que se obtuvieronimágenes cercanas con naves espaciales, antes de la llegada de la nave NEAR al asteroide Eros. Laimagen del asteroide Matilde (izquierda) fue tomada por la nave espacial NEAR el 27 de junio de 1997.Las imágenes de los asteroides Gaspra (centro) e Ida (derecha) fueron tomadas por la nave espacialGalileo en 1991 y 1993, respectivamente. Estos tres objetos se presentan en la misma escala. La partevisible del asteroide Matilde tiene 59 km de ancho por 47 km de largo [37 por 29 millas]. (Imágenes,cortesía de la NASA/JHUAPL).

Verano de 2006 53

tres fuentes: los sensores remotos con base enTierra, los datos obtenidos de los sobrevuelos dela misión Galileo de los dos asteroides tipo S per-tenecientes al cinturón principal, el 951 Gaspra yel 243 Ida, y los análisis de laboratorio de losmeteoritos recuperados después de su impactocon la Tierra.

Aunque los astrónomos tienen la teoría deque la mayoría de los meteoros son el resultadode la colisión de asteroides, éstos pueden no sertotalmente representativos de todos los materia-les comprendidos en los NEA.22 Resulta muydifícil establecer lazos claros entre tipos demeteoritos y tipos de asteroides.23

Algunos asteroides tipo S parecen ser frag-mentos de cuerpos que estuvieron sometidos aun proceso de derretimiento y diferenciaciónsustancial, en tanto que otros consisten de loque parecen ser materiales primitivos no derre-tidos, como las condritas.24 Los científicos creenque los asteroides tipo S no derretidos puedenhaber preservado las características del ma-terial sólido a partir del cual se formaron losplanetas interiores.

Los sobrevuelos de la misión Galileo propor-cionaron las primeras imágenes de asteroides dealta resolución a principios de la década de1990. Las imágenes revelaron superficies com-plejas cubiertas de cráteres, fracturas, surcos yvariaciones de colores sutiles (página anterior,derecha extremo inferior).25 Sin embargo, el ins-trumental de la nave Galileo no fue capaz de

medir la composición elemental, de modo queantes de la misión NEAR, los científicos seguíansin conocer a ciencia cierta la relación entre lascondritas ordinarias y los asteroides del tipo S.

Los ingenieros de la misión creían que losdatos suministrados por la nave NEAR, combina-dos con los obtenidos en los sobrevuelos de lamisión Galileo, ayudarían a los científicos aentender la relación entre los asteroides tipo S yotros cuerpos pequeños del sistema solar. Losobjetivos primarios de la misión NEAR eranencontrarse con un asteroide cercano a la Tierra,orbitar alrededor de él y llevar a cabo la primeraexploración científica de uno de estos asteroides.

La nave espacial NEARLos ingenieros diseñaron los sistemas de la naveNEAR para que funcionaran con energía solar yfueran simples y altamente redundantes.26

A bordo de la nave NEAR habían cinco instru-mentos diseñados para realizar observacionescientíficas detalladas de las propiedades físicasbrutas, la composición de la superficie y la morfo-logía del asteroide Eros. Estos cinco instrumentoseran el generador de imágenes multiespectral(MSI), un espectrómetro de infrarrojo cercano(NIS), un magnetómetro (MAG), un telémetroláser NEAR (NLR) y el espectrómetro combinadode rayos X y rayos gamma (XGRS) (arriba).

19. La nave espacial NEAR recibió el nuevo nombre deNEAR–Shoemaker en honor al geólogo planetarioEugene Shoemaker (1928–1997).

20. Farquhar RW: “NEAR Shoemaker at Eros: MissionDirector’s Introduction,” Johns Hopkins APL TechnicalDigest 23, no. 1 (2002): 3–5.

21. Los asteroides se clasifican en base al espectro dereflectancia y las características de reflexión de la luz, oalbedo, que son indicadores de la composición de lasuperficie. Los asteroides del tipo S (silíceos) predominanen la parte interna del cinturón principal de asteroides,mientras que los asteroides del tipo C (carbonáceos) seencuentran en las porciones central y externa delcinturón. Juntos, estos dos tipos dan cuenta deaproximadamente un 90% de la población de asteroides.Perihelio y afelio son los puntos orbitales más cercano ymás alejado del centro de atracción; en este caso, el Sol.

22. Un meteorito es una porción sólida de un meteoroideque sobrevive a su caída en la Tierra. Los meteoritos sedividen en meteoritos pétreos, férricos y férrico-pétreosy se clasifican adicionalmente de acuerdo con sucontenido mineralógico. Su tamaño oscila entremicroscópico y con varios metros de ancho. De las

muchas decenas de toneladas de material cósmico queingresa en la atmósfera de la Tierra todos los días, sólouna tonelada aproximadamente llega a la superficie.

23. Cheng AF, Farquhar RW y Santo AG: “NEAR Overview,”Johns Hopkins APL Technical Digest 19, no. 2 (1998):95–106.

24. Las condritas son un tipo de meteorito pétreo compuestoprincipalmente por minerales silíceos que contienenhierro y magnesio. Las condritas son el tipo más comúnde meteorito, representando aproximadamente el 86%que cae a la Tierra. Se originan a partir de los asteroidesque nunca se fusionaron o experimentaron procesos dediferenciación. Como tales, poseen la misma composi-ción elemental que las nebulosas solares originales. Elnombre condritas proviene del hecho de que lascondritas contienen cóndrulos; pequeñas gotitasredondas de olivina y piroxeno que aparentemente secondensaron y cristalizaron en la nebulosa solar y luegose acumularon con otros materiales para formar unamatriz dentro del asteroide.

25. Cheng et al, referencia 23.26. Cheng et al, referencia 23.

Espectrómetro de rayos gamma

Espectrómetro de rayos X

Monitores solaresde rayos X

Telémetro láser NEAREspectrómetro deinfrarrojo cercano

Generador deimágenes multiespectral

Plataformade popa

Plataforma de proaPaneles laterales

Sistema de propulsión

Panel solar

> Sistemas de la nave espacial NEAR. Se muestran el diseño básico y los sistemas primarios de lanave NEAR. (Imagen, cortesía de la NASA/JHUAPL).

Espaciadores de teflón

Soporte Plataforma de popa

Espaciadorestermales

Detector derayos gamma

Conector

Grampa

Resorte

ResorteCuña de teflón

PMTpequeño

Acoplamientoóptico

Cristalde NaI (TI)

EscudoBGO PMT

grande

Acoplamientoóptico

> Sistemas de generación de imágenes XGRS. La gráfica muestra el sistema espectrómetro de rayos Xy rayos gamma combinados (XGRS), instalado en la nave espacial NEAR (extremo superior izquierdo).A la derecha del instrumento XRGS se encuentra el espectrómetro de rayos gamma. El arreglo semonta en la plataforma de popa de la nave espacial NEAR (extremo superior derecho). El arreglo desensores (extremo inferior izquierdo) contiene el detector de NaI(Tl) posicionado en el escudo degermanato de bismuto en forma de copa (BGO) para reducir las señales de fondo indeseadas en casitres órdenes de magnitud. Los tubos fotomultiplicadores de Schlumberger (PMT), situados en cada unode los extremos, convierten la salida de la luz de los detectores de centelleos en señales eléctricas.(Imagen y diagrama, cortesía de la NASA/JHUAPL).

La herramienta MSI generó imágenes de lamorfología de la superficie del asteroide Eros conresoluciones espaciales de hasta 5 m [16.4 pies],en tanto que los científicos utilizaron el espec-trómetro NIS para medir la abundancia deminerales con una resolución espacial del ordende los 300 m [984 pies]. El magnetómetro MAGse utilizó para definir y mapear los campos mag-néticos intrínsecos del asteroide Eros.

Los científicos utilizaron el telémetro NLRpara mejorar los perfiles de la morfología de lasuperficie derivados de la cámara de generaciónde imágenes de la nave NEAR. El NLR es un altí-metro láser que mide la distancia entre la naveespacial y la superficie del asteroide, emitiendoun corto disparo de luz láser y registrando luegoel tiempo que requiere la señal para volver desdeel asteroide. Se emplearon clasificadores de datospara construir un modelo y un mapa topográficoglobal del asteroide Eros con una resolución espa-cial de aproximadamente 5 m.

La sonda XGRS fue la principal herramientautilizada para el análisis elemental de superficiey de la región cercana a la superficie del aste-roide Eros. Los científicos combinaron los datosde los instrumentos XGRS, MSI y NIS para pro-ducir mapas globales de la composición de lasuperficie del asteroide Eros.

El desarrollo del complejo sistema XGRScomenzó unos tres años antes del lanzamiento.El instrumento se diseñó para detectar y anali-zar las emisiones de rayos X y rayos gamma de lasuperficie del asteroide, desde alturas orbitalesde 35 a 100 km [22 a 62 millas]. Si bien es posi-ble realizar la espectroscopía de superficiesremotas durante las operaciones de sobrevuelode la nave, las mediciones obtenidas mientrasésta estaba en órbita posibilitan tiempos deobservación más prolongados y producen datosespectrales de mejor calidad.

Los rayos X emitidos por el Sol que brillasobre el asteroide Eros producen fluorescenciade rayos X a partir de los elementos contenidosen el milímetro [0.04 pulgada] superior de lasuperficie del asteroide. No habiendo una atmós-fera significativa que pudiera absorber de otromodo las emisiones de rayos X, los elementosemiten fluorescencias con niveles de energíaque son característicos de los elementos especí-ficos. Los científicos utilizaron la energía de lafluorescencia de rayos X detectada en el nivel de1 a 10 keV para inferir la composición elementalde la superficie.

La subunidad XRS consta de tres contadoresproporcionales idénticos, llenos de gas, que brin-dan una amplia superficie activa y, por lo tanto,

la sensibilidad necesaria para los sensores remo-tos. Se han empleado detectores similares en lasmisiones orbitales a la luna y, más reciente-mente, en las misiones Apolo.

Los tubos de gas de rayos X no son especial-mente sensibles a los cambios de temperatura, yaque el efecto de multiplicación depende más delnúmero de moléculas de gas que de la presión delgas. Sin embargo, la ganancia en los tubos de gases sensible a las variaciones de voltaje.

La espectrometría de rayos gamma propor-ciona una medición adicional de la composiciónelemental cerca de la superficie. El espectróme-tro de rayos gamma (GRS) detecta las emisionesde rayos gamma de línea discreta dentro de unrango de energía de 0.1 a 10 MeV. En estos nive-les de energía, el oxígeno [O], el silicio [Si], elhierro [Fe] y el hidrógeno [H] se excitan o seactivan radioactivamente debido a la afluenciacontinua de rayos cósmicos. El GRS tambiéndetecta los elementos naturalmente radioactivostales como el potasio [K], el torio [Th] y el ura-nio [U]. Estas mediciones han sido utilizadasdesde hace años en la adquisición de registros depozos de petróleo y gas para determinar la com-posición física y elemental de la roca yacimiento.

A diferencia de los rayos X de baja energía, losrayos gamma no son absorbidos tan fácilmente y,por lo tanto, pueden escapar de regiones situadasdebajo de la superficie, permitiendo que el espec-trómetro GRS revele la composición elemental, aprofundidades de hasta 10 cm [4 pulgadas] pordebajo de la superficie. Comparando el análisiselemental del XRS y del GRS, los científicos dedu-jeron la profundidad y el alcance de la capa depolvo, o regolito, que cubre la superficie del aste-roide Eros.27

El arreglo del detector central GRS estábasado en una unidad de centelleo reforzada deyoduro de sodio [Nal] activada con talio [TI],utilizada en las operaciones de adquisición deregistros de pozos de petróleo, diseñada yconstruida por Schlumberger (izquierda). Loscentelladores a base de NaI son muy utilizados enaplicaciones de herramientas de adquisición deregistros de fondo de pozo para obtener medi-ciones de densidad, radioactividad natural yespectros elementales. Por ejemplo, la herra-mienta de funciones múltiples de adquisición deregistros durante la perforación EcoScope utilizaun detector de Nal para obtener medicionesespectroscópicas durante la perforación.28 Otrasherramientas de adquisición de registros utilizandiferentes materiales.

Las interacciones de los rayos gamma conmateriales sólidos dependen de la energía de losrayos gamma y de la densidad y el númeroatómico de los materiales que se estén investi-

54 Oilfield Review

Verano de 2006 55

gando. Estas interacciones se pueden clasificarpor el nivel de energía absorbida por el materialdel sustrato.

En los niveles de energía más bajos, prevaleceel efecto fotoeléctrico, o dispersión Compton. Eneste caso, se deposita sólo una fracción de laenergía de rayos gamma y el resto deja el mate-rial en forma de fotones de baja energía. En losniveles de energía de rayos gamma más altos, porencima de 3 MeV, predomina la producción depares.29

La identificación de las composiciones ele-mentales se realiza principalmente midiendo laenergía fotoeléctrica característica de las va-riedades nucleares individuales cuando sonexcitadas por una fuente de radiación externa, talcomo el viento solar u otros rayos cósmicos. Enlos niveles de energía más altos, el mecanismo deproducción de pares genera espectros bien defini-dos. De este modo, las mediciones GRS másprecisas se obtuvieron durante períodos de granactividad de erupción solar, cuando los niveles deenergía de rayos gamma se encontraban en supunto más alto.

Para mejorar la capacidad de identificaciónelemental del GRS, se diseñó un escudo detectoractivo en forma de copa especialmente para lanave NEAR. Fue fabricado con un solo cristal degermanato de bismuto [BGO]. La densa copa deBGO actuaba como centellador activo a la vez quebrindaba protección directa y pasiva frente alentorno local de rayos gamma, reduciendo asi-mismo las señales de fondo indeseadas.

El nuevo diseño reemplazó a los botalones lar-gos más caros y menos confiables utilizados enotras misiones para reducir las señales indeseadasprovenientes de la activación del propio cuerpo dela nave por la radiación cósmica. El GRS ademásbrindaba sensibilidad con respecto a la direcciónde la cual provenían los rayos gamma.

Desvío hacia un asteroide tipo CA principios de diciembre de 1993, los directoresde la misión NEAR en el Laboratorio de FísicaAplicada de la Universidad Johns Hopkinsrevisaron la lista de asteroides que podrían estarcerca de la ruta de vuelo de la nave NEAR(arriba). Se encontró que el asteroide 253 Matildeestaba dentro de las 0.015 UA, o aproximada-mente 2.25 millones de km [1.4 millón de millas],de la ruta orbital planeada para la nave NEAR.Los ingenieros calcularon que mediante unospequeños cambios en la trayectoria planeadapara la nave NEAR, la nave podría encontrase conel asteroide 253 Matilde con un cambio de veloci-

dad de tan solo 57 m/s [187 pies/s], valor que sehallaba bien dentro del margen de velocidad dela nave espacial.30

Si bien el asteroide oscuro había sido descu-bierto en 1985, poco era lo que se sabía sobre elasteroide Matilde. En nuevas observaciones astro-nómicas con telescopios instalados en tierra sevio que se trataba de un asteroide del tipo C conun período de rotación inusual de 15 días, casi unorden de magnitud más lento que la mayoría de losotros períodos de rotación de asteroides conocidos.

La nave NEAR se encontró con el asteroideMatilde en el camino al asteroide Eros despuésde efectuarse cinco maniobras de corrección dela trayectoria de aproximadamente 2 UA desdeel Sol.31 A esta distancia, la energía disponibledel sistema alimentado a energía solar de lanave había descendido casi un 75%. Con estaenergía limitada, los astrónomos sólo podían uti-lizar el MSI para explorar la superficie delasteroide y los datos de radiolocalización, antesy después del acercamiento, para poder determi-nar la masa del asteroide.

Durante el sobrevuelo, el asteroide Matildeejerció leve atracción gravitatoria sobre la naveespacial NEAR. Debido a la masa del asteroideMatilde, fue posible detectar en los datos deradiolocalización de la nave los efectos gravita-cionales ejercidos sobre la ruta de la nave NEAR.

Los datos de las estimaciones de la magnitudde las masas por radiolocalización, junto con lasaproximaciones volumétricas, ayudaron a loscientíficos a calcular la densidad aproximada delasteroide de 1.3 ± 0.3 g/cm3 [81.16 ± 18.73 lbm/pie3].Debido a sus espectros, el asteroide Matilde seconsideró similar, en lo que respecta a compo-sición, a los meteoritos de tipo condritascarbonáceas. No obstante, la densidad del aste-roide Matilde resultó ser la mitad del valoresperado, lo que implicó la existencia de una altaporosidad interna o bien un significativo espaciointersticial en el asteroide.

Los científicos obtuvieron imágenes del aste-roide Matilde a lo largo de un período de 25minutos, durante el acercamiento de la naveespacial a una distancia de 1,200 km [746 millas]y a una velocidad de 9.93 km/s [22,213 mi/h].

27. El regolito es una capa de material suelto, incluyendo elsuelo, el subsuelo y la roca disgregada, que cubre laroca firme de fondo. En la luna de la Tierra y en muchosotros cuerpos del sistema solar, está compuestoprincipalmente por los detritos producidos por losimpactos de los meteoritos y cubre la mayor parte de lasuperficie.

28. Para obtener más información sobre medicionesespectroscópicas durante la perforación, consulte:Adolph B, Stoller C, Archer M, Codazzi D, el-Halawani T, Perciot P, Weller G, Evans M, Grant J, Griffiths R,Hartman D, Sirkin G, Ichikawa M, Scott G, Tribe I yWhite D: “Evaluación de formaciones durante laperforación,” Oilfield Review 17, no. 3 (Invierno de2005/2006): 4–25.

Sol

Órbita dela Tierra

Navegación con asistenciagravitacionalde la Tierra (Swingby)01/22/981,186 km de altura

Llegada al asteroide Eros01/09–02/06/99

Maniobra enel espacioprofundo03/07/97∆V = 215 m/s

Órbita delasteroide Eros

Lanzamiento 02/17/96C3 = 25.9 km2/s2

> Destino: Asteroide Eros. La nave espacial NEAR fue lanzada con éxito enfebrero de 1996, aprovechando la alineación única de la Tierra y el asteroideEros que tiene lugar sólo una vez cada siete años. Un cohete Delta II colocó lanave NEAR en una trayectoria de asistencia gravitacional de la Tierra durantedos años. La maniobra de asistencia gravitacional redujo la distancia del afelio,incrementando al mismo tiempo la inclinación de 0 a aproximadamente 10°.

29. La producción de pares es el método principal por elcual se observa la energía de los rayos gamma en lamateria condensada. Siempre que exista suficienteenergía disponible para crear el par, un fotón de altaenergía interactúa con un núcleo atómico y se creanuna partícula elemental y su antipartícula.

30. Dunham DW, McAdams JV y Farquhar RW: “NEARMission Design,” Johns Hopkins APL Technical Digest23, no. 1 (2002): 18–33.

31. Cheng et al, referencia 23.

Durante este intervalo, se generaron 534 imáge-nes con resoluciones fluctuantes entre 200 y 500 m [656 y 1,640 pies] (arriba).

Las imágenes obtenidas durante el sobre-vuelo al asteroide Matilde muestran un cuerpocon una superficie cubierta de cráteres. Almenos cuatro cráteres gigantes poseen diáme-tros comparables con el radio medio delasteroide de 26.5 km [16.5 millas]. La magnitudde los impactos requeridos para crear cráteres deestas dimensiones es significativa. Los científicossospechan que el asteroide Matilde no se separódurante estos impactos, debido a su alta porosi-dad. Los datos de laboratorio indican que laformación de cráteres en objetivos altamenteporosos es regida más por la compactación delmaterial del objetivo que por la fragmentación yla excavación.32 Los procesos de formación decráteres, controlados por las propiedades estruc-turales tales como la porosidad, producencráteres con paredes empinadas, bordes acen-tuados y pocas deyecciones, similares a losdetectados en las imágenes del asteroide Matilde.

Las imágenes muestran además que el aste-roide Matilde es llamativamente uniforme. Lasobservaciones de la nave NEAR no revelaron evi-dencia alguna de albedo regional, o variacionesespectrales, lo que implica una composiciónhomogénea. Además, el albedo medido fue con-sistente con las observaciones telescópicasterrestres.

Si bien se obtuvieron datos significativos conel sobrevuelo al asteroide Matilde, aún quedansin responder numerosos interrogantes acercade los asteroides del tipo C. La densidad delasteroide Matilde resultó inconsistente con losmeteoritos de tipo condritas carbonáceas en-contrados en la Tierra, y su superficie parece

homogénea. De modo que ahora la pregunta porresponder es qué conexión existe, si la hubiere,entre los asteroides oscuros y los meteorosencontrados en el sistema solar.

Detección de estallidos de rayos gammaLos estallidos de rayos gamma (GRB) siguensiendo uno de los grandes misterios de los astrofí-sicos desde su descubrimiento hace más de 30años. El Telescopio Espacial Hubble de la NASArealizó la primera observación de un objeto aso-ciado con un GRB, que fue detectado por elsatélite italiano BeppoSAX en febrero de 1997.33

Los científicos creen que las GRB son elresultado de explosiones masivas producidas enel universo distante, que emiten ondas de fotonesde alta energía. Las GRB parecen producirse dia-riamente y emanar desde porciones aleatoriasdel cielo. Constituyen los episodios más podero-sos que se conocen en el universo, emitiendo enun segundo tanta energía como la que emitirá elSol a lo largo de toda su vida. Los análisis espec-troscópicos de las débiles pero duraderas incan-descencias residuales ópticas de los GRB hanindicado, en varios casos, corrimientos Doppleren el espectro rojo que sugieren un origen cos-mológico para las GRB.34 El tiempo es crucialcuando se trata de llevar a cabo observaciones deseguimiento, ya que las incandescencias residua-les de las GRB se desvanecen rápidamente, tantoen el espectro radial como en el espectro óptico,lo que dificulta la localización de la fuente deemisión para los astrónomos.

Desde el año 1993, los astrónomos han utili-zado naves espaciales especialmente instrumen-tadas para ayudar a identificar la fuente de lasGRB. Entre las mismas se encuentran la naveUlises y otras varias naves espaciales cercanas a

la Tierra: el satélite BeppoSAX, el ObservatorioEólico, el Observatorio de Rayos Gamma Compton(CGRO) y el Explorador Sincrónico Rossi deRayos X. Desafortunadamente, estas naves espa-ciales cercanas a la Tierra se encuentran muypróximas entre sí para permitir una triangulacióndefinitiva de las localizaciones de los estallidos.

La pérdida del orbitador Pioneer Venus y dela nave Mars Observer a comienzos de la décadade 1990 implicó que los astrónomos carecierande una tercera fuente de detección para la trian-gulación precisa de los GRB en el espacioprofundo. La incorporación de la nave espacialNEAR a la red interplanetaria aumentó conside-rablemente la probabilidad de asociar un GRBcon una fuente en particular utilizando telesco-pios ópticos y radiales.

El GRS instalado a bordo de la nave NEAR nofue programado originalmente para iniciar sutrabajo hasta que la nave espacial llegara al aste-roide Eros. No obstante, durante el viaje alasteroide Eros, se hicieron modificaciones sim-ples en el software del sistema XGRS quepermitieron a los científicos utilizar el espectró-metro para la detección de GRB. Mediante laincorporación de la nave NEAR a la red interpla-netaria (IPN) GRB, y gracias al aprovechamientode las mejoras significativas introducidas en lavelocidad de los sistemas de telemetría y en lacapacidad computacional, la nave NEAR ayudó areducir los tiempos de detección y triangulaciónde los GRB, de meses a segundos.

A modo de ejemplo, los detectores de rayosgamma de las naves NEAR y Ulises registraronpor primera vez el estallido de rayos gammaGRB000301C el 1° de marzo de 2000.35 En uncomienzo, las coordenadas celestiales del esta-llido no estaban bien definidas pero, con losdatos de las naves espaciales NEAR y Ulises, seidentificó como fuente potencial un área delcielo de unos 4.2 arcominutos de ancho y 180grados de longitud. Una segunda posición delExplorador Sincrónico Rossi de Rayos X redujoel error a 4.2 grados de longitud y 8.7 arcominu-tos de ancho. La triangulación de los tres puntosde medición redujo aún más la zona de emisiónde rayos gamma a un cuadrado de 50 arcominu-tos, permitiendo así una exploración mucho másrápida del cielo con el telescopio HST y otrostelescopios instalados en tierra.

A lo largo de un período de 15 meses, que seextendió desde diciembre de 1999 hasta febrerode 2001, la IPN, incluyendo la nave espacialNEAR, detectó más de 100 GRB.36 De los 100GBR, 34 fueron localizados en forma suficiente-mente rápida y precisa como para posibilitarobservaciones de seguimiento con telescopiosópticos y radiales. Las supuestas localizaciones

56 Oilfield Review

20 km

> Una vista rápida del asteroide Matilde. Esta vista del asteroide 253 Matilde,tomada desde una distancia de aproximadamente 1,200 km, fue adquirida inme-diatamente después del máximo acercamiento de la nave espacial NEAR alasteroide. En el asteroide Matilde aparecen numerosos cráteres de impacto,que oscilan entre más de 30 km [18 millas] y menos de 0.5 km [0.3 millas] dediámetro. Los bordes elevados de los cráteres sugieren que parte del materialeyectado desde estos cráteres recorrió sólo distancias cortas antes de volvera caer en la superficie; las secciones rectas de algunos bordes de cráteresindican la influencia de las fallas o fracturas grandes sobre la formación decráteres. El asteroide Matilde tiene al menos cinco cráteres de más de 20 km[12 millas] de diámetro, en aproximadamente el 60% de la masa visualizadadurante el sobrevuelo de la nave NEAR. (Imagen, cortesía de la NASA/JHUAPL).

Verano de 2006 57

de las emisiones GRB fueron determinadas conprecisiones del orden de varios arcominutos.Uno de los resultados más interesantes fue ladetección de un GRB originado en la constela-ción austral Carina. Las observaciones ópticasde un corrimiento al rojo extremo indicaron quela fuente del GRB se encontraba a aproximada-mente 12,500 millones de años luz de la Tierra,lo que lo convertía en el GRB más distante quese hubiera detectado.

Develando los secretos del asteroide ErosLa nave espacial NEAR ingresó en la órbita delasteroide Eros el 14 de febrero de 2000, comen-zando su misión de un año destinada a explorarel asteroide Eros. Las características orbitalesvariaban entre elípticas y circulares y acercarona la nave NEAR a 35 km [22 millas] de la super-ficie del asteroide Eros. Luego, a casi seis añosde su lanzamiento, los ingenieros de JHUAPLllevaron la misión NEAR a su culminación conun exitoso descenso controlado en la superficiedel asteroide Eros.

Si bien la misión principal de la nave espa-cial NEAR era la investigación de la mineralogía,composición, campos magnéticos, geología y ori-gen del asteroide Eros, la nave NEAR obtuvoinformación mucho más detallada durante suencuentro orbital con Eros.

Las imágenes, la altimetría láser y las me-diciones de la ciencia de ondas de radioproporcionaron fuertes evidencias de que el aste-roide Eros es un asteroide consolidado, y sinembargo fracturado, con una cubierta de regolitoque varía considerablemente en profundidadentre aproximadamente cero y 100 m [328 pies],en ciertas áreas.37 Los científicos creen que lapresencia de cráteres unidos y bien definidos esindicativa de la resistencia de cohesión existenteen el asteroide. Las imágenes de superficie mues-tran la relación geométrica de los surcos y loscortes presentes en la superficie, lo que sugiere

que la roca es competente y no una aglomera-ción de rocas más pequeñas ligadas entre sí sincohesión.

El campo de gravedad en el asteroide Erosparecía consistente con el esperado a partir deun objeto de densidad uniforme de la mismaforma. La densidad medida del asteroide Erosindica que su porosidad volumétrica oscila entre21 y 33%, lo que implica que aunque la masa delasteroide está distribuida en forma uniforme, essignificativamente porosa y se encuentra poten-cialmente fracturada, pero en menor grado queel asteroide Matilde.

La generación de imágenes con resolucionesde algunos centímetros por pixel reveló la pre-sencia de un regolito complejo y activo que hasido significativamente modificado y redistri-buido por procesos de pendiente controlados porla gravedad. Las características de albedo altoobservadas en las imágenes tomadas alrededor delas paredes de los cráteres que poseen una pen-diente de más de 25° fueron a menudo 1.5 vecesmás brillantes que sus adyacencias, lo queindica que se han producido cambios recientesen las características de la superficie comoresultado de la dilatación del regolito (derecha).38

El análisis mineralógico de los silicatos reali-zado con el espectrómetro NIS resultó consistentecon los meteoritos de tipo condritas ordinarias.Las mediciones de la superficie del asteroideresueltas espacialmente no proporcionaron evi-dencia alguna de la variación composicional de losminerales. Los científicos creen que la uniformi-dad espectral del asteroide Eros puede haber sidoel resultado de un grado uniformemente alto demeteorización espacial causado por el bombardeode micrometeoritos.

Los espectrógrafos XRS, GRS y NIS de lamisión NEAR midieron la composición elementaly mineral del asteroide Eros. Los datos adquiri-dos con el instrumento XRS durante la orbitaciónmostraron abundancias de calcio, aluminio, mag-nesio, hierro y silicio, consistentes con lascondritas ordinarias y ciertos meteoritos acondrí-ticos primitivos. No obstante, en el asteroideEros, el nivel de azufre típico de los meteoritoscondríticos estaba ausente o bien agotado.

Aunque la superficie del asteroide Erosparece ser elementalmente homogénea, el ins-trumento XRS puede medir solamente lacomposición de la superficie, de manera que sedesconoce si el agotamiento del azufre es unefecto superficial o consistente a través delnúcleo del asteroide. El hecho de que el agota-miento del azufre fuera consistente en la mayorparte del asteroide, implicaría una asociacióncon los meteoritos acondríticos primitivos.

Las mediciones GRS orbitales exhibieronniveles de señales más bajos que los pronostica-dos, de manera que las relaciones elementalescon la precisión más alta fueron medidas des-pués del aterrizaje. Los datos GRS indicaron quelas relaciones Mg/Si y Si/O y la abundancia de Keran consistentes con los valores de los meteori-tos condríticos, pero arrojaron niveles de Fe/Si yFe/O inferiores a los valores que son dables deesperar en esos meteoritos. Dado que estasmediciones fueron obtenidas después del aterri-zaje y el instrumento GRS puede explorardecenas de centímetros por debajo de la superfi-cie, las mismas reflejan un volumen deaproximadamente 1 m3 [35.3 pie3] alrededor deldetector. A partir de los datos GRS solos, loscientíficos no pudieron determinar si el agota-miento de Fe es una propiedad composicionalglobal del asteroide Eros o una propiedad locali-zada de la zona donde se posó la nave.

Si bien el sistema XGRS observó al asteroideEros durante un período orbital de un año, elperíodo útil para la recolección de datos fue con-siderablemente más corto. Los ingenieros sevieron limitados por los requerimientos angula-res de los paneles solares respecto del sol, eltiempo de telemetría y los períodos en los que lasuperficie del asteroide Eros se encontraba bieniluminada por el sol. Finalmente, los científicos

32. Domingue DL y Cheng AF: “Near Earth Asteroid Rendezvous:The Science of Discovery,” Johns Hopkins APLTechnical Digest 23, no. 1 (Enero a marzo de 2002): 6–17.

33. Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad JohnsHopkins–Near Spacecraft Gets Unexpected View ofMysterious Gamma-Ray Burst: http://www.jhuapl.edu/newscenter/pressreleases/1998/gamma.htm (Se accedióel 5 de abril de 2006).

34. NASA–Sistema automático de procesamiento de datosNEAR-XGRS para localizaciones de GRB rápidas y precisascon la Red Interplanetaria: http://gcn.gsfc.nasa.gov/gcn/near.html (Se accedió el 5 de abril de 2006).

35. NASA–Amateurs Catch a Gamma-Ray Burst:http://science.nasa.gov/headlines/y2000/ast14mar_2m.htm (Se accedió el 5 de abril de 2006).

36. Trombka JI et al: NASA Goddard Space Flight Center:http://www.dtm.ciw.edu/lrn/preprints/4631trombka.pdf(Se accedió el 5 de abril de 2006).

37. Domingue y Cheng, referencia 32.38. Domingue y Cheng, referencia 32.

> Vista cercana de la pared de un cráter del as-teroide Eros. El material de la pared interna delcráter, en el centro de la imagen, es más brillanteque el regolito adyacente y se considera materialdel subsuelo que quedó expuesto al deslizarse elregolito más oscuro sobreyacente. El campo devisión tiene 1.2 km [0.7 millas] de ancho, tomadodesde 38 km [24 mi] por encima del asteroide Eros.(Imágenes, cortesía de la NASA/JHUAPL).

descubrieron que los datos composicionales demejor calidad se adquirían durante las órbitasde baja altitud y después de aterrizar en el aste-roide Eros (derecha). Una vez que la nave NEARse posó en la superficie, el espectrómetro derayos gamma obtuvo mediciones locales delregolito durante aproximadamente 14 días.39

La composición de la superficie del asteroideEros sugiere que el asteroide es similar, en lo querespecta a composición volumétrica, a una gamade meteoritos que han experimentado una altera-ción termal mínima desde su formación, en elmomento del nacimiento del sistema solar. Loscientíficos consideran que el asteroide Eros esprimitivo en su composición química y no ha expe-rimentado diferenciación en núcleo, manto ycorteza. Las diferencias entre los datos XRS y GRSen la relación Fe/Si y una aparente deficiencia deazufre en la superficie del asteroide Eros podríanreflejar la existencia de procesos de alteración enel regolito durante los últimos millones a miles demillones de años, o bien el derretimiento parcialacaecido en los primeros 10 millones de años de lahistoria del sistema solar.

Estas mediciones espectrales plantearon a loscientíficos una nueva serie de interrogantes. Sibien las observaciones espectrales son consisten-tes con la composición de un meteorito condríticoordinario, las mediciones no establecieron una vin-culación irrefutable entre el asteroide Eros y untipo de meteorito específico. Aún queda por deve-lar si el asteroide Eros no está relacionado conningún tipo de meteorito conocido o si es en reali-dad un tipo de condrita en profundidad, debajo delas capas superficiales que pueden haber sido alte-radas por procesos de meteorización.

Los científicos se sorprendieron ante elhecho de que el asteroide Eros parece tener uncampo magnético pequeño o nulo. La mayoría delos meteoritos, inclusive las condritas, tienden aestar más magnetizadas que el asteroide Eros.Es probable que sus bajos niveles de hierro y elhecho de que sus temperaturas jamás alcanza-ron el punto de fusión intervengan en estadiferenciación. La homogeneidad espectral delasteroide Eros, combinada con las medicionesdel campo de gravedad, las característicasestructurales y las indicaciones de coherenciaestructural sugieren que el asteroide Eros es unfragmento de un cuerpo principal más granderesultante de una colisión.

La misión NEAR, una misión vanguardistadel Programa Discovery de la NASA, amplió sus-tancialmente nuestro conocimiento de los

58 Oilfield Review

39. Trombka et al, referencia 36.40. NASA / Laboratorio de Propulsión a Chorro–Cassini

Mission to Saturn: http://www.jpl.nasa.gov/news/fact_sheets/cassini.pdf (Se accedió el 13 de abril de 2006).

1

2

3

4

Imágenes finales del asteroide Eros:rango 1,150 m (3,773 pies)

Imágenes finales del asteroide:rango 700 m (2,300 pies)

Imágenes finales del asteroide:rango 250 m (820 pies)

Imagen más cercanafinal del asteroide

106

105

104

0 2,000 4,000Energía, keV

HierroPotasio

Silicio

Oxígeno

Espectros GRS de la superficieprovenientes de la nave NEAR

Hierro

Inte

nsid

ad re

lativ

a

6,000 8,000 10,000

103

Silicio Oxígeno

Hierro

Detector externo

Detector interno

> Aterrizaje en el asteroide Eros. La localización del área de aterrizaje planeada de la nave NEARShoemaker (extremo superior derecho) se muestra en este mosaico de imágenes (círculo amarillo)tomadas el 3 de diciembre de 2000, desde una altura orbital de 200 km [124 millas]. Los sistemas degeneración de imágenes de la nave NEAR realizaban registraciones (4 imágenes inferiores), a medidaque la nave espacial llevaba a cabo un aterrizaje controlado sobre la superficie del asteroide Eros. Conun rango de 1,150 m, la nave NEAR captó una imagen que abarca 54 m [177 pies] de la superficie delasteroide (1). La roca grande que aparece en el extremo inferior izquierdo de la imagen mide 7.4 m[24 pies] de ancho. La nave NEAR registró luego otras imágenes con rangos de 700 m (2) y 250 metros(3), seguidos de la última imagen, antes de aterrizar (4), con un rango de 120 m [394 pies]. El campode visión en esta última imagen mide 6 m [20 pies] de ancho. La roca grande que aparece en el extre-mo superior de la imagen mide 4 m [12 pies] de ancho. El área rayada de la parte inferior indica quese produjo pérdida de señal cuando la nave espacial se posó en el asteroide durante la transmisiónde la imagen. Una vez en la superficie, el sistema GRS generó datos del espectro de rayos gammadurante un período de siete días (gráfica, extremo superior izquierdo). Estos datos científicos fueronlos primeros recolectados en la superficie de un asteroide. El instrumento de rayos gamma posee dossensores (líneas roja y azul) que detectaron los rasgos sísmicos claros de los elementos clave de lacomposición del asteroide Eros. Estos datos, que sobrepasan en calidad todos los datos acumuladospor este instrumento desde la órbita, ayudaron al equipo científico de la misión NEAR a relacionar lacomposición del asteroide Eros con la de los meteoritos que cayeron en la Tierra. (Imágenes, cortesíade la NASA/JHUAPL).

Antena de alta ganancia de 4 mAntena de baja ganancia (1 de 2)

Brazo del magnetómetrode 11 m

Antena del subsistemade ondas de radio/plasma(1 de 3)

Instrumentos deteledetección

Motor 445N (1 de 2)

Recinto del radar

Sonda Huygensde la misión a Titán

Generadortermoeléctricoradioisotópico (1 de 3)

Verano de 2006 59

cuerpos primitivos del sistema solar. Si bien losdatos devueltos por la nave espacial NEAR hanrevelado muchos secretos de los asteroides, aúnquedan varios interrogantes sin responder y máscosas por aprender de misiones futuras.

Exploración de los gigantes de gasLa misión Cassini tiene por meta explorar Saturno,sus numerosas lunas ya conocidas y las que aúnquedan por descubrir. Dirigido por el Laboratoriode Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA, con sedeen Pasadena, California, EUA, la misión Cassini esun esfuerzo conjunto emprendido por la NASA, laAgencia Espacial Europea (ESA) y la agencia espa-cial italiana (ASI, por sus siglas en italiano).Constituye uno de los esfuerzos más ambiciosos enmateria de exploración espacial planetaria.40

Debido al bajo nivel de luz solar que llega aSaturno, no es factible utilizar equipos solarescomo fuente de energía. Los ingenieros utiliza-ron un conjunto de generadores termoeléctricosradioisotópicos, similares a los empleados en lasmisiones Galileo y Ulises, previas a ésta. Conestos sistemas, el calor proveniente de la decli-nación natural del plutonio 238 se aprovechapara generar la electricidad destinada a operarlos sistemas de la nave espacial Cassini.

La nave espacial Cassini está provista de 18instrumentos, 12 en la órbita y otros seis en lasonda Huygens, que está diseñada para separarsede la nave espacial principal y del paracaídas através de la atmósfera de Titán; la luna más gran-de de Saturno. En estos momentos, los 12 instru-mentos que están en la órbita realizan estudiosdetallados de Saturno: sus lunas, sus anillos y suentorno magnético (extremo inferior).

El Espectrógrafo Óptico Ultravioleta (UVIS),un instrumento basado en los sensores y en lospaquetes de programas de Schlumberger, desti-nado a operar en ambientes rigurosos talescomo los que se encuentran en las operacionesde adquisición de registros de pozos de petróleoy gas (abajo), representa la clave de la misióncientífica de la nave Cassini. Actualmente elespectrógrafo UVIS ayuda a los científicos a

> Preparando la nave Cassini para su vuelo. Los técnicos reubican y nivelan el orbitador Cassini en las Instalaciones de Tratamiento de Cargas Útilesdel Centro Espacial Kennedy en julio de 1997, después de apilar la sección del equipo superior de la nave sobre el módulo de propulsión (izquierda).Se muestran los sistemas primarios del orbitador (derecha). (Imágenes, cortesía de la NASA/JPL).

HDAC

FUV spectrograph

HSP

> Obtención de imágenes de los anillos de Saturno. El Espectrógrafo ÓpticoUltravioleta (UVIS) es un conjunto de telescopios utilizados para medir la luzultravioleta proveniente de las atmósferas, los anillos y las superficies del sis-tema Saturno. El espectrógrafo UVIS posee dos canales o instrumentos espec-trográficos: el canal ultravioleta extremo y el canal ultravioleta lejano (FUV).Cada instrumento se encuentra alojado en un soporte de aluminio y cada unocontiene un telescopio reflector, un espectrómetro de rejilla cóncava y un de-tector contador de pulsos ópticos. El espectrógrafo UVIS incluye además uncanal fotométrico de alta velocidad (HSP), un canal de una célula de absor-ción de hidrógeno-deuterio (HDAC) y un equipo de electrónica y control.(Imagen, cortesía de la NASA/Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial).

Órbita deJúpiter

Llegada a Saturno07/01/04

Swingby de Júpiter12/30/00

Órbita deSaturnoÓrbita de Venus

Lanzamiento 10/15/97

Órbita de la Tierra

Maniobra en el espacio profundo12/03/98

Swingby de la Tierra 08/18/99

Swingby de Venus 06/24/99

Swingby de Venus 04/26/98

determinar la química atmosférica, la natura-leza de las nubes y de los sistemas de anillos, yel equilibrio de energía atmosférica existente enSaturno y su luna Titán.

El espectrógrafo UVIS comprende un grupo detelescopios que miden la luz ultravioleta prove-niente de las atmósferas, anillos y superficies delsistema de Saturno. El instrumento posee dos es-pectrógrafos: el canal ultravioleta distante (FUV),ubicado a una distancia de entre 110 y 190 nm, yel canal ultravioleta extremo (EUV), que se hallaa una distancia de entre 56 y 118 nm.

Los canales FUV y EUV del espectrómetro UVISrequieren diferentes detectores para optimizar lasensibilidad con respecto al rango de longitud deonda requerido por el proyecto Cassini. En colabo-ración con el Laboratorio de Física Atmosférica yEspacial (LASP) de la Universidad de Colorado,Schlumberger diseñó la respuesta del detectorpara que cumpliera con esos requisitos.

El detector FUV fue montado mediante la uti-lización de un fotocátodo de yoduro de cesio conuna ventana de fluoruro de magnesio. Este detec-tor fue sellado al vacío e incluyó una bomba quemantuvo un vacío ultra-elevado durante el mon-taje y el lanzamiento de la nave espacial. Una vezen el espacio, el detector fue ecualizado con res-pecto al vacío del espacio para el viaje a Saturno.

El detector EUV utiliza un fotocátodo de bro-muro de potasio y no posee ventanas, ya que latransmisión de todas las sustancias conocidas esmuy pobre en este rango de longitud de ondacorta. Afortunadamente, el bromuro de potasioes un fotocátodo muy robusto y puede verseexpuesto al aire seco durante el breve lapso quese necesita para las pruebas y el montaje. Unavez que estuvo en el vacío del espacio, se abrió lacubierta del detector y esto permitió que la luzingresara al instrumento.

Ambos detectores utilizan placas de microca-nales seleccionadas especialmente (MCP). Hacemucho tiempo que se aplica la tecnología MCP enlos instrumentos de generación de imágenes paravuelos espaciales. Los procedimientos de controlde la calidad implementados durante la fabrica-ción permitieron que sólo se utilizaran MCP condensidades de defecto muy bajo para el montajefinal. No bien se dispuso de una MCP, los científi-cos de LASP y Schlumberger trabajaron en formaconjunta durante el proceso de montaje final.Luego, las unidades fueron transportadas a loslaboratorios de la NASA para las pruebas finales.

En el Centro de Tecnología de Schlumbergeren Princeton (PTC), Nueva Jersey, se montarondos detectores FUV y dos detectores EUV quecumplían con los estrictos requisitos vigentes enmateria de calidad para viajes espaciales a

Saturno. Dos detectores fueron designados comounidades de vuelo, mientras que el segundo con-junto se mantuvo en reserva como refuerzo.

El espectrógrafo UVIS incluye además uncanal fotométrico de alta velocidad (HSP), unacélula de absorción de hidrógeno-deuterio(HDAC) y un equipo de electrónica y control.Los científicos están utilizando el HSP para rea-lizar mediciones del ocultamiento estelar de laestructura y densidad del material de los anillosde Saturno.

La nave Cassini fue lanzada el 15 de octubrede 1997, desde Cabo Kennedy, Florida, a bordodel cohete Titán IVB/Centauro, el vehículo delanzamiento espacial más poderoso de la flotaestadounidense (abajo). Después de colocarse ala nave Cassini en órbita alrededor de la Tierra,se disparó la etapa superior para enviar la naveen una trayectoria interplanetaria que final-mente la llevaría a Saturno.

60 Oilfield Review

> Lanzamiento de la nave Cassini. Un vehículo de lanzamiento Titán IVB/Centauro lanzó la nave espacialCassini y la sonda Huygens adosada a uno de sus lados, al espacio, desde el Complejo de Lanzamiento40 de la Estación Aérea de Cabo Kennedy, en Florida. En esta vista se observan la carga útil de 20 m[66 pies] de largo y 5 m [17 pies] de ancho, sobre el vehículo que sostiene la nave espacial Cassini. Latrayectoria de vuelo interplanetario planificada de la nave Cassini (inserto) comenzó con el lanzamien-to desde la Tierra el 15 de octubre de 1997, seguido de los sobrevuelos con maniobras de asistenciagravitacional de Venus, la Tierra y Júpiter. Los sobrevuelos con maniobras de asistencia gravitacionalde los diferentes planetas están destinados a incrementar la velocidad de la nave espacial en relacióncon el Sol para que pueda llegar a Saturno. Con la trayectoria con asistencia gravitacional, la naveCassini tardó más de 6 años y medio en llegar a Saturno. (Imágenes, cortesía de la NASA).

La nave Cassini voló dos veces más allá deVenus, y luego una pasando la Tierra y Júpiter. Lavelocidad de la nave espacial con respecto al Solaumentaba a medida que se aproximaba y sobre-volaba alrededor de cada planeta, lo que lebrindó a la nave Cassini el refuerzo acumulativoque necesitaba para llegar a Saturno con unconsumo mínimo de combustible. Después dealcanzar Saturno, la nave Cassini encendió sumotor principal durante unos 96 minutos, lo queredujo la velocidad de la nave espacial y permitióque fuera capturada en una órbita alrededor deSaturno. El 5 de enero de 2005, la nave Cassiniliberó su sonda Huygens, de fabricación europea,hacia Titán.

Trayecto a una luna distanteDe un diámetro superior al del planeta Mercu-rio, Titán es una de las lunas más interesantesdel sistema solar. La superficie de esta luna semantiene oculta por debajo de una atmósferaopaca que es 50% más densa que la de la Tierra(próxima página, arriba a la derecha).

La atmósfera de Titán está cargada de unabruma de color naranja con tonalidades marro-nes compuesta de moléculas orgánicascomplejas que caen como lluvia desde el cielohasta la superficie. La mayoría de los científicosestá de acuerdo en que las condiciones climáti-cas que prevalecen en Titán son demasiado fríaspara que se haya desarrollado vida; aunque exis-ten teorías sobre la posibilidad de que existanformas de vida en lagos cubiertos de hidrocarbu-ros líquidos que son calentados por el calorinterno del planeta.

Verano de 2006 61

La sonda Huygens ingresó en la atmósfera deTitán el 14 de enero de 2005, desplegó sus paraca-ídas y comenzó sus observaciones científicasdurante un descenso a través de la atmósferadensa de la luna, que insumió cerca de 21⁄2 horas(arriba).41 Los instrumentos instalados a bordo dela sonda detectaron una temperatura de superfi-cie de 94K en el lugar de aterrizaje. Las imágenestomadas por la sonda durante el descenso mos-traron canales superficiales que parecían indicarla presencia de lluvia o flujo de fluidos, posible-mente en forma de metano líquido. Se observóque había dorsales de hasta 100 m de altura cercadel área de aterrizaje (derecha). Se detectarongrandes cantidades de metano en la atmósferainferior, con predominio de nitrógeno en laatmósfera superior. No se observó presencia deoxígeno, tal vez porque está ligado en el agua con-gelada. Esto también impediría la formación dedióxido de carbono.

Las pruebas de laboratorio recrearon lasmediciones de impactos obtenidas del penetró-metro transportado a bordo. Estas pruebasindican que la superficie del área de aterrizajepuede estar compuesta de partículas finas conuna costra de poco espesor. Las mediciones delacelerómetro sugieren que la sonda se introdujoentre 10 y 15 cm [4 y 6 pulgadas] dentro de lasuperficie. El calor proveniente de los instru-

41. Agencia Espacial Europea–Cassini-Huygens:http://huygens.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=36396 (Se accedió el 13 de abril de 2006).

1,000

500

300

192

Altu

ra, k

m

0 2.5

Tiempo, horas después del ingreso

Velocidad de ingreso: 6.2 km/s

Desaceleración máxima: 10gn a 25 gn

Despliegue del paracaídas principal

Despliegue del paracaídasutilizado para el frenado

La sondarealiza unreconocimientode superficie

Lanzamientosdel reductorde velocidad

Se abre lalumbrera deadmisión delinstrumento

170

0

> Bajo la atmósfera de Titán. La vista en perspectiva de la superficie de Titán cerca del área de aterri-zaje de la sonda Huygens (extremo superior) está codificada en color, indicando el azul la altura másbaja y el rojo, la más alta. La superficie total cubierta por la imagen es de aproximadamente 1 por 3 km[0.6 por 2 millas]. Se obtuvo un par de imágenes (inserto) del generador de imágenes de descenso/ra-diómetro espectral Huygens. La imagen de la izquierda se generó desde 14.8 km [9 millas] por encimade la superficie con el generador de imágenes de alta resolución y la de la derecha, desde una alturade 6.7 km [4 millas], con el generador de imágenes de resolución intermedia. (Imágenes, cortesía deESA/NASA/JPL/Universidad de Arizona/USGS).

> Descenso en Titán. La sonda Huygens analizó la atmósfera de Titán y regis-tró un volumen significativo de datos e imágenes en su viaje a la superficiede Titán. (Imagen, cortesía de la NASA/JPL).

> Imagen de Titán. En esta vista infrarroja de Titán, se muestran los rasgosdel hemisferio delantero, incluyendo el arco brillante de Hotei en forma demedia luna (a la derecha del centro), a menudo aludido como “la sonrisa” porlos investigadores. La vista está centrada en la región brillante conocidacomo Xanadu. La imagen fue tomada con la cámara de angular estrecho dela nave Cassini, utilizando un filtro espectral sensible a las longitudes deondas de luz infrarroja, centradas en 938 nm, y se adquirió a una distancia deaproximadamente 1.3 millón de km [800,000 millas] de Titán. (Imagen, cortesíade NASA/JPL/Instituto de Ciencia del Espacio).

mentos luego evaporó el metano líquido delsuelo y lo descargó alrededor de la nave espacialcomo gas metano. La sonda Huygens siguió obte-niendo mediciones y transmitiendo datos a lanave Cassini durante 72 minutos, después delaterrizaje, hasta que las limitaciones existentesen materia de energía y el deterioro de la naveespacial ocasionado por las condiciones desuperficie extremas presentes en Titán produje-ron una pérdida de señal.

Exploración del planeta anilladoAparte de Titán, más lunas de mayor variedad quelas de cualquier otro planeta orbitan a Saturno.Hasta ahora, las observaciones realizadas desdela Tierra y las efectuadas por naves espacialeshan encontrado satélites saturninos que oscilandesde pequeños cuerpos del tamaño de un aste-roide hasta cuerpos tan grandes como Titán.

Por su tamaño, Saturno es el segundo planetadel sistema solar. Como los otros planetas exterio-res gaseosos—Júpiter, Urano y Neptuno—poseeuna atmósfera integrada en su mayor parte porhidrógeno y helio, y al igual que aquellos, estárodeado de anillos. Los característicos anillos bri-llantes de Saturno están compuestos porpartículas de hielo y roca y pueden ser tan peque-ños como un grano de arena o incluso llegar a sergrandes como casitas.

Aunque la cara de Saturno parece calma, elplaneta presenta una atmósfera barrida por elviento en la que una corriente de chorro ecuato-rial sopla a 1,800 km/h [1,118 mi/h], y tormentasarremolinadas se agitan por debajo de la partesuperior de las nubes. Las primeras exploracio-nes realizadas por la nave espacial Pioneer 11 dela NASA en 1979, y la Voyager 1 y 2 en 1980 y1981, constataron que Saturno posee unambiente magnético inmenso y complejo dondelos protones y electrones atrapados interactúanentre sí, y con el planeta, los anillos y las superfi-cies de muchas de las lunas de Saturno.

Desde la Tierra, los anillos de Saturno seme-jan ser sólo bandas monolíticas, mientras que enrealidad constan de miles de anillos y pequeñosaros, con partículas que a veces están dispuestasen órbitas complicadas por la interacción gravi-tacional de pequeñas lunas que no habían sidoobservadas previamente desde la Tierra (arriba,a al derecha). Los científicos están utilizandodatos del espectrógrafo UVIS en modelos decomputación detallados para simular el complejomovimiento de estos anillos.

Como mayor planeta después de Júpiter,Saturno posee un volumen que es más de 750veces el de la Tierra. En combinación con la baja

densidad del planeta, menos de la mitad de la delagua, su rápida rotación promueve una acumula-ción de material cerca del ecuador. Saturno tienela forma de una pelota achatada; su diámetro depolo a polo es de sólo 108,728 km [67,560 millas],en tanto que el diámetro ecuatorial es de unos120,536 km [aproximadamente 74,898 millas].

A diferencia de los planetas internos rocososcomo la Tierra, Saturno no tiene superficie sobrela cual se pueda aterrizar. Simplemente, unanave espacial que descendiera a su atmósferanotaría que los gases circundantes se tornanmás densos y la temperatura cada vez más alta;finalmente la nave colisionaría y se fundiría. Elanálisis detallado del campo gravitacional deSaturno lleva a los astrónomos a considerar quees probable que el interior más profundo deSaturno conste de un núcleo rocoso fundido deaproximadamente el mismo tamaño que el pla-neta Tierra, pero mucho más denso.

Los estudios espectroscópicos realizados porla nave espacial Voyager verificaron que Saturnoestá integrado por aproximadamente 94% dehidrógeno y 6% de helio. El hidrógeno y el helioson los componentes fundamentales de todos los

planetas de gas gigantes, y del Sol y las estrellas.La gravedad por encima de las nubes de Saturnoes similar a la que se presenta cerca de la super-ficie de la Tierra. La temperatura que prevalececerca de la parte superior de las nubes es deunos -139°C [-218°F], y se incrementa hacia elnúcleo del planeta debido a la mayor presiónatmosférica. Se prevé que en el núcleo la tempe-ratura de Saturno es de alrededor de 10,000°C[18,000°F].

El 21 de junio de 2005, el espectrógrafo UVISdetectó emisiones aurorales provenientes de lospolos norte y sur de Saturno (próxima página,arriba).42 Se considera que estas emisiones sonsimilares a las Luces Septentrionales de la Tie-rra; sin embargo, son invisibles a simple vista.Las imágenes ultravioletas captaron todo elóvalo de las emisiones aurorales a partir del gasde hidrógeno excitado por el bombardeo de elec-trones. Las imágenes adquiridas con la técnicade repetición (técnica de lapsos de tiempo) indi-can que las luces de la aurora son dinámicas, yaque responden rápidamente a los cambios pro-ducidos en el viento solar.

62 Oilfield Review

> Exploración de los anillos de Saturno. Las imágenes obtenidas durante la orbitación de la nave espa-cial Cassini alrededor de Saturno muestran la variación composicional de sus anillos (extremo superior).El color rojo de la imagen indica los anilletes más esparcidos que comprenden probablemente partí-culas “más sucias” y posiblemente más pequeñas que las de los anilletes turquesa más helados. Labanda roja, a aproximadamente tres cuartas partes del camino hacia el exterior, es conocida como elVacío o la Discontinuidad de Encke. Esta imagen fue tomada con el Espectrógrafo Óptico Ultravioleta(UVIS), que es capaz de resolver los anillos para mostrar rasgos de hasta 97 km [60 mi] de ancho; esdecir, con una resolución unas 100 veces superior a la resolución de los datos ultravioletas obtenidospor la nave espacial Voyager 2. La vista en falsos colores del anillo A de Saturno (extremo inferiorizquierdo) también fue tomada con el espectrógrafo UVIS. El anillo es el más azul del centro, dondelos bloques gravitacionales son mayores. La banda negra más espesa del anillo es el Vacío o Discon-tinuidad de Encke y la banda negra delgada más a la derecha es el Vacío o Discontinuidad de Keeler.El inserto (extremo inferior derecho) corresponde a una simulación por computadora de unos 150 m[490 pies] de ancho, que ilustra la región de partículas heladas del anillo A. (Imágenes, cortesía de laNASA/JPL/Universidad de Colorado).

Verano de 2006 63

Los científicos sospechaban que se podíanencontrar más lunas saturninas diminutas den-tro de las discontinuidades de los anillos deSaturno. El 1º de mayo de 2005, mediante la uti-lización de una secuencia de imágenesadquiridas con la técnica de repetición con lascámaras de la nave Cassini, los astrónomos con-firmaron la presencia de una luna muy pequeñaoculta en una discontinuidad del anillo A deSaturno.43 Las imágenes muestran el objeto dimi-nuto en el centro del Vacío o Discontinuidad de

Keeler y los patrones ondulados de los bordes dela discontinuidad, que son generados por lainfluencia gravitacional de la luna (izquierda,extremo inferior).

El nuevo objeto, Dafne, posee unos 7 km[4 millas] de diámetro y refleja aproximadamentela mitad de la luz que cae sobre él; brillo típico delas partículas de los anillos cercanos. A medidaque la nave Cassini siga explorando Saturno y suslunas, los científicos esperan descubrir mássecretos de este vasto sistema planetario.

Signos de una atmósferaAunque la luna Encelado está cubierta de hielocompuesto de agua, como otras lunas deSaturno, exhibe una superficie inusualmentepareja con muy pocos cráteres de impacto. Deun diámetro de sólo 500 km [310 millas], la lunaEncelado encajaría en el Estado de Arizona.Incluso pese a su pequeño tamaño, esta lunamuestra una de las superficies más interesantesde todos los satélites helados. Esta luna reflejaaproximadamente el 90% de la luz solar inci-dente como si estuviera cubierta de nieve reciéncaída, lo que la ubica entre los objetos másreflectores del sistema solar. Aunque antes sepensaba que la luna Encelado era una masarocosa fría y muerta, los datos obtenidos por lanave espacial Cassini indican evidencias de vol-canismo de hielo, lo que podría explicar suscaracterísticas de superficie pareja.

En julio de 2005, los instrumentos de la naveCassini detectaron una nube de vapor de aguasobre el polo sur de la luna y fracturas calientesdonde el hielo que se evapora probablementeprovee la nube de vapor.44 Hasta ahora, la lunaEncelado es el más pequeño de los cuerposencontrados que presenta pruebas de volca-nismo activo. Los científicos teorizan que lospuntos calientes de la superficie helada y agrie-tada de la luna probablemente hayan sidoproducidos por el calor proveniente de la ener-gía de las mareas como los volcanes en la luna Íode Júpiter. Su superficie geológicamente joven,de hielo a base de agua, suavizada por el calorde abajo, se asemeja a las superficies de laslunas Europa y Ganímedes de Júpiter.

42. Laboratory for Atmospheric and Space Physics–Cassini-UVIS Mission to Saturn andTitan:http://lasp.colorado.edu/cassini/whats_new/ (Seaccedió el 13 de abril de 2006).

43. NASA/Laboratorio de Propulsión a Chorro–Cassini Findsan Active, Watery World at Saturn’s Enceladus:http://www.nasa.gov/mission_pages/cassini/media/cassini-072905.html (Se accedió el 13 de abril de 2006).

44. NASA/ Laboratorio de Propulsión a Chorro, referencia 43.

Luna

Perturbacionescausadas por la luna

Nuevas lunasHabía sólo 18 lunas conocidas que orbitaban aSaturno cuando la nave espacial Cassini comenzósu misión a Saturno en 1997. Durante la travesíade siete años de la nave Cassini, los telescopiosinstalados en la Tierra revelaron otras 13 lunas.Poco después de que la nave espacial llegara aSaturno, el equipo de la nave Cassini descubrióotras dos lunas diminutas: Metona y Palena. Estasdos nuevas lunas poseen un diámetro que oscilaentre aproximadamente 3 km [1.8 millas] y 4 km[2.5 millas].

> Luces australes de Saturno. Las imágenes de Saturno obtenidas con el es-pectrógrafo UVIS de la nave Cassini muestran emisiones aurorales en suspolos, similares a las Luces Septentrionales de la Tierra. Las dos imágenesUV son las primeras imágenes de la misión Cassini-Huygens que captaron el“óvalo” entero de las emisiones aurorales en el polo sur de Saturno. Además,muestran emisiones similares en el polo norte de Saturno. En estas imágenesen falsos colores, el azul representa las emisiones aurorales de gas hidrógenoexcitadas por el bombardeo de electrones, mientras que el color rojo-naranjarepresenta la luz solar reflejada. Estas imágenes fueron tomadas con unahora de diferencia; durante este tiempo, el punto más brillante en la imagende la aurora izquierda se desvanece y aparece un punto brillante en el centrode la aurora, en la imagen de la derecha. (Imágenes, cortesía de la NASA/JPL/Universidad de Colorado).

> Perturbaciones causadas por una luna pequeñísima. Esta imagen confirmó las sospechas previasacerca de que una luna pequeña orbitaba en el estrecho Vacío o Discontinuidad de Keeler, en el anilloA de Saturno. El Vacío o Discontinuidad de Keeler está situado a unos 250 km [155 millas] dentro delborde exterior del anillo A de Saturno, que es además el borde exterior de los anillos principales brillan-tes. La nueva luna, Dafne, posee unos 7 km de diámetro y refleja aproximadamente un 50% de la luzsolar incidente. Los científicos pronosticaron la presencia de la luna y su distancia orbital con respectoa Saturno después de julio de 2004, cuando observaron la existencia de perturbaciones en la estruc-tura del anillo del borde externo del Vacío o Discontinuidad de Keeler. Estas imágenes se obtuvieroncon la cámara de angular estrecho de la nave Cassini el 1° de mayo de 2005, a una distancia deaproximadamente 1.1 millón de km [680,000 millas]. (Imagen, cortesía de la NASA/JPL/Instituto deCiencia del Espacio).

La nave Cassini voló a 175 km [109 millas]de distancia de la luna Encelado el 14 de julio de2005. Los datos recabados durante ese sobre-vuelo confirman una atmósfera extendida ydinámica. Esta atmósfera fue detectada por pri-mera vez por el magnetómetro de la naveCassini, durante un sobrevuelo distante reali-zado previamente ese año (izquierda).

El magnetómetro de la nave Cassini detectóperturbaciones en el campo magnético causadaspor pequeñas corrientes de gas ionizado prove-niente de la atmósfera existente alrededor de estaluna. Dichas perturbaciones pudieron ser detecta-das por ese magnetómetro mucho antes de que selograran utilizar los instrumentos de generaciónde imágenes para confirmar este hallazgo.

A medida que la nave Cassini se acercaba aeste pequeño cuerpo, los instrumentos de gene-ración de imágenes lograron obtener medicionesque demostraron la composición del gas, y ade-más confirmaron la presencia de una atmósfera.Los espectrómetros de iones y de masa natural yel espectrómetro UVIS mostraron que la atmós-fera meridional contiene vapor de agua(izquierda, extremo inferior). El espectrómetrode masa constató que el vapor de agua com-prende aproximadamente un 65% de laatmósfera, estimándose el hidrógeno molecularen un 20% aproximadamente. El resto es, en sumayor parte, dióxido de carbono y cierta combi-nación de nitrógeno molecular y monóxido decarbono. La variación de la densidad del vapor deagua con la altitud sugiere que el vapor de aguaproviene de una fuente localizada, comparablecon un punto caliente geotérmico. Los resultadosultravioletas proveen sólidos indicios de la pre-sencia de una nube de vapor local. El hecho deque la atmósfera persista en este mundo de bajagravedad, en lugar de escaparse al espacio,indica que la luna es lo suficientemente activadesde el punto de vista geológico para reponer elvapor de agua a un ritmo lento y continuo.

Las imágenes de alta resolución muestranque el polo sur posee un aspecto aún más joven ymás fracturado que el resto de la luna Encelado,completo con bloques helados que poseen eltamaño de grandes casas, y grietas o fallas largasy azuladas (próxima página, arriba).

Otro instrumento de la nave Cassini, el espec-trómetro infrarrojo compuesto (CIRS), demuestraque el polo sur es más caliente que lo previsto(próxima página, abajo). Se constató que cercadel ecuador las temperaturas alcanzaban un valorhelado de 80K. Los científicos consideran que lospolos deben de ser incluso más fríos debido al bajo

64 Oilfield Review

45. Sagan C: Cosmos. New York City: Carl SaganProductions and Random House (1980): 4.

Flujo deplasma caliente

Saturno

Encelado

Nube de vapor

A

Luz de la estrella

Bellatrix

Estrella Lambdade Escorpión

Luz de la estrella

Julio Febrero

B

> Campos magnéticos oscilantes. La concepción de este artista muestra ladetección de una atmósfera dinámica en Encelado, la luna helada de Saturno.El magnetómetro de la nave Cassini está diseñado para medir la magnitud y ladirección de los campos magnéticos de Saturno y sus lunas. Durante los tressobrevuelos cercanos de la nave Cassini a la luna Encelado, que tuvieron lugarel 17 de febrero, el 9 de marzo y el 14 de julio de 2005, el instrumento detectóuna torsión del campo magnético alrededor de dicha luna, causada supuesta-mente por las corrientes eléctricas generadas por la interacción de las par-tículas atmosféricas y la magnetósfera de Saturno. La gráfica muestra elcampo magnético observado por la nave Cassini, además de la nube de vaporprevista, emitida desde el polo sur de la luna Encelado. El magnetómetro de lanave Cassini observó la torsión del campo magnético consistente con sudrapeado en torno a un objeto conductor. (Imagen, cortesía de la NASA/JPL).

> Indicaciones de una atmósfera. El 11 de julio de 2005, el espectrógrafo óptico ultravioleta de la naveCassini observó la estrella Bellatrix mientras pasaba detrás de la luna Encelado, tal como sevisualiza desde la nave espacial. Se observó que la luz de la estrella se desvanecía cuando seacercaba a dicha luna, lo que indicaba la presencia de una atmósfera aislada en el polo sur (A). El espectrógrafo óptico ultravioleta indicó que la atmósfera correspondía a vapor de agua en base a las características de absorción presentes en el espectro de la estrella. Los colores muestran laseñal de la estrella no desvanecida (azul), en comparación con la señal de la estrella desvanecida(rojo). Cuando Bellatrix resurgió desde detrás de la luna Encelado, no se observó desvanecimientode la luz de la estrella. En otro ocultamiento (B) de la estrella Lambda perteneciente a la constela-ción de Escorpión, no se detectó ningún signo de existencia de atmósfera, lo que implica que laatmósfera está localizada en dirección hacia el polo sur. (Imagen, cortesía de la NASA/JPL/Institutode Ciencia del Espacio).

Verano de 2006 65

nivel de energía recibida del Sol. No obstante, lastemperaturas promedio del polo sur llegaban a85K, valor mucho más alto que lo esperado. Lasáreas pequeñas del polo, concentradas cerca delas fracturas, son aún más cálidas; con temperatu-ras superiores a 140K en algunos lugares.

Los científicos consideran que las tempera-turas son difíciles de explicar si la luz del sol esla única fuente de calor. Es más probable queuna porción de la región polar, incluso las fractu-ras observables, sea calentada por el calor queescapa desde el interior. La evaporación de estehielo “caliente” en varias localizaciones dentrode la región podría explicar la densidad de lanube de vapor de agua detectada por los instru-mentos de la nave Cassini. Cómo una luna de500 km [310 millas] de diámetro puede generartanto calor interno y porqué ese calor está con-centrado en el polo sur sigue siendo un misterio.

De un modo similar a los instrumentos deadquisición de registros de pozos múltiples queoperan conjuntamente a gran profundidad pordebajo de la superficie de la Tierra, el descubri-miento de una atmósfera en la luna Encelado selogró gracias a un arreglo de sensores diferentesque trabajaron en forma sinérgica para adquirirdatos y obtener su máximo valor científico.

El desafío del espacioLos adelantos alcanzados en tecnología, sobretodo durante los últimos 100 años, han ayudado amodificar la forma en que visualizamos la Tierra,nuestro sistema solar y el universo que seextiende más allá de ellos. Desde los primeroscomienzos de la industria de exploración y pro-ducción (E&P), los ingenieros, los geocientíficos ymuchos otros hombres y mujeres dedicados altema han sido pioneros en la exploración de nues-tro medio ambiente espacial interno. Hoy en día,el mismo espíritu innovador y, en muchos casos,tecnologías similares, nos están haciendo tras-cender los límites del ambiente de la Tierra haciala vastedad desconocida del espacio exterior.

Los ejemplos presentados en este artículoconstituyen sólo algunos de los aportes efectuadospor la industria de servicios de campos petrolerosa la exploración espacial. En el futuro podemosesperar que se aplique más tecnología terrestreen la búsqueda del conocimiento de lo extrate-rrestre. El astrofísico Carl Sagan, ya fallecido,escribió: “A menudo la imaginación nos llevará amundos que jamás existieron. Pero sin ella novamos a ninguna parte.”45 Esta imaginación y estacreatividad son las que han impulsado a la indus-tria de E&P a explorar en profundidad por debajode la superficie de la Tierra y las que inevitable-mente lanzarán las primeras expediciones de per-foración a Marte y aún más lejos. —DW

Mapa de la temperatura de la Luna Encelado

Temperaturas pronosticadas Temperaturas observadas

85

75

80

70

Tem

pera

tura

, kel

vin

65

> Obtención de imágenes de la luna Encelado. Esta vista (extremo superior izquierdo) es un mosaicode cuatro imágenes de alta resolución obtenidas con la cámara de angular estrecho de la naveespacial Cassini durante su sobrevuelo cercano a Encelado, la luna helada de Saturno. La vista tiene aproximadamente 300 km [186 millas] de ancho y muestra una diversidad de fallas, fracturas,pliegues, cubetas y cráteres. Las imágenes se obtuvieron con luz visible, a distancias oscilantesentre 26,140 y 17,434 km [16,246 y 10,833 millas]. El terreno polar sur de la luna Encelado (extremoinferior izquierdo) aparece salpicado con grandes bloques de hielo en la imagen de la cámara degran angular; se muestran más detalles en la imagen tomada con la cámara de angular estrecho de alta resolución (inserto). Las dos imágenes fueron adquiridas a una altura de aproximadamente208 km [129 millas]. La vista en color mejorada de la luna Encelado (derecha) correspondeprincipalmente al hemisferio sur. El terreno polar sur está marcado por un conjunto sobresaliente defracturas “azules” y se encuentra circundado por una llamativa cadena de pliegues y cordonescontinuos. Este mosaico es una vista en falso color que contiene imágenes tomadas con longitudesde onda que van desde la porción ultravioleta hasta la porción infrarroja del espectro óptico.(Imágenes, cortesía de la NASA/JPL/ Instituto de la Ciencia del Espacio).

> Un polo sur caliente. Este mapa representa la temperatura superficial de laluna Encelado, como la ve el espectrómetro infrarrojo compuesto. Las tempe-raturas observadas incluyeron un punto caliente inesperado en el polo sur. Enpromedio, la región es 15K más caliente que lo esperado; en ciertos lugares,se observaron puntos calientes de más de 140K. Los puntos más calientes sealinean con las fajas de fracturas azules visibles en la imagen previa (arriba).(Imágenes, cortesía de la NASA/JPL/Centro de Vuelo Espacial Goddard).

Colaboradores

66 Oilfield Review

J.L. Arroyo Franco se desempeña como líder deequipo para el grupo del área Herreras de PemexExploración y Producción (Norte de México) y resideen Reynosa, México. Antes de ser transferido a estaposición a principios del año 2006, desarrolló tareascomo geofísico de grupo y luego como líder del grupoCuitlahuac. Desde 1980, J.L. ha trabajado en estudiosgravimétricos y sísmicos 2D y 3D para Pemex. Obtuvoun diploma en ingeniería geofísica de la UniversidadNacional Autónoma de México, en Ciudad de México, y una maestría en administración en la UniversidadAutónoma de Chihuahua, en México.

Gopa S. De se desempeña como consultora en investi-gación en Chevron Energy Technology Company, consede en San Ramón, California, EUA. Ella comenzó sucarrera en Chevron Oil Field Research Company en1982. Sus principales intereses relacionados con lainvestigación incluyen la adquisición de registros sónicos y la física de rocas. Posee un doctorado enfísica de la materia condensada de la Universidad deCalifornia, en San Diego. Gopa es miembro de laSociedad Física Americana, la Sociedad de Geofísicosde Exploración (SEG), el Comité de Investigación de laSEG y la Junta de Revisión de Evaluación e Ingenieríade Yacimientos de la SPE (SPEREE).

Joel Lee Groves se desempeña como investigadorcientífico principal en el Centro de Tecnología deSchlumberger en Princeton (PTC), Nueva Jersey, EUA.Entre sus proyectos más significativos se encuentranlos sistemas generadores de neutrones pulsados, gene-radores de rayos X, y medidores de flujo multifásico.Posee una licenciatura en física y una maestría enfísica experimental, ambas de la Universidad deVirginia Oeste, en Morgantown, EUA. Además, poseeun doctorado en física nuclear de la Universidad deIllinois, en Urbana-Champaign, EUA. Ingresó en elCentro de Investigaciones Doll de Schlumberger(SDR) como investigador científico en Ridgefield,Connecticut, EUA, en 1984, después de pasar 10 añosen la Universidad de Illinois y en la Universidad deColumbia, en la Ciudad de Nueva York. Fue directordel departamento de Ciencia Nuclear en el centro SDR hasta que se incorporó en el centro PTC, en 1995. Durante su permanencia en el centro PTC, se ha desempeñado como oficial de seguridad sobre lasradiaciones, ingeniero fabricante de minitrones ydirector de investigación e ingeniería.

Jakob B.U. Haldorsen obtuvo su licenciatura y maes-tría en física de la Universidad de Oslo en Noruega.Luego pasó seis años dedicado a la investigación y laenseñanza en la Universidad de Oslo y en laOrganización Europea para la Investigación Nuclear(CERN), en Ginebra, Suiza. Después de ingresar enGeco en 1981, ocupó muchas posiciones diferentes,incluyendo la de gerente de proyecto de R&E en Oslo yluego en Houston. Después que Geco pasara a formarparte de Schlumberger en 1987, fue transferido al centro SDR en Ridgefield, Connecticut, como miembrodel departamento de Geoacústica. Posteriormente, fue

transferido al Centro de Investigaciones de Schlumbergeren Cambridge (SCR), Inglaterra, como miembro deldepartamento de sísmica y luego a Geco-Prakla enHannover, Alemania, para trabajar en algoritmos matemáticos y problemas físicos, relacionados condatos adquiridos en ambientes con altos niveles deruido. Jakob retornó al centro SDR en 1995, como líder para el programa Radar de Superficie y ahora es asesor científico responsable de la generación deimágenes de formaciones de alta resolución utilizandoherramientas sísmicas sónicas y de pozo.

David Linton Johnson se incorporó en el programa de física de rocas en el centro SDR, de Ridgefield,Connecticut, en 1979, y actualmente se desempeñacomo asesor científico y gerente de programas deldepartamento de física de sensores. Es responsable dediversos proyectos de acústica de pozo, lineales y nonlineales, y sigue participando activamente en la inves-tigación de las propiedades de los medios granulares oporosos. David obtuvo una licenciatura en física de laUniversidad de Notre Dame, en Indiana, EUA, y ade-más una maestría y un doctorado en física teórica dela Universidad de Chicago. Antes de ingresar enSchlumberger, integró el cuerpo académico de laUniversidad del Nordeste, en Boston, Massachusetts,EUA. David es autor de numerosas publicaciones yposee varias patentes. Es miembro de la SociedadAmericana de Física.

Andreas Kayser trabajó para Schlumberger desde elaño 2003, hasta asumir recientemente un cargo en BP,en Sunbury, Inglaterra. Como ingeniero de desarrollodel centro SCR, en Inglaterra, Andreas estuvo a cargodel análisis tomográfico por rayos X y supervisó laadquisición, conversión, visualización e interpretaciónde datos. Además, participó en una amplia gama deproyectos que utilizan la tecnología de realidad virtualInside Reality* y el programa Petrel* que provee flujosde trabajo desde la sísmica hasta la simulación para lainterpretación, visualización y planeación de pozoscomplejos. Luego, Andreas fue trasladado al segmentode Servicios de Datos y Consultoría de Schlumberger,en Doha, Qatar, para trabajar en interpretación con elgenerador de Imágenes Microeléctricas de CoberturaTotal FMI*. Posee una maestría en geología de laUniversidad de Philipps, en Marburg, Alemania.

Mark Knackstedt obtuvo una licenciatura de laUniversidad de Columbia, en la Ciudad de Nueva York,y un doctorado de la Universidad de Rice, en Houston;ambos en ingeniería química. Es profesor y jefe deldepartamento de matemática aplicada de la UniversidadNacional de Australia, en Canberra, y profesor visitantede la Facultad de Ingeniería de Petróleo de laUniversidad de Nueva Gales del Sur, en Sydney. Su trabajo se ha centrado en la caracterización y el modelado realista de los materiales desordenados. Losprincipales intereses de Mark radican en el modeladode las propiedades del transporte, flujo elástico y flujomultifásico y en el desarrollo del análisis de imágenestomográficas 3D para materiales complejos.

M.A. Mercado Ortiz es gerente del área oriental delActivo Integral Burgos para Pemex Exploración yProducción. Previamente, fue gerente del grupoCuitlahuac.

Tom Plona se desempeña como asesor científico en elcentro SDR de Ridgefield, Connecticut, y actualmentetrabaja en nuevos métodos de adquisición de registrossónicos para mejorar la comprensión de los problemasgeomecánicos. Desde su ingreso en Schlumberger en1976, ha llevado a cabo estudios acústicos básicossobre física de rocas y ha participado en numerososproyectos de desarrollo de herramientas acústicas.Tom se desempeña como Conferenciante Ilustre de la SPWLA para el año 2006 y es un autor prolífico queposee numerosas patentes. Posee una licenciatura enfísica del Providence College, en Rhode Island, EUA, yuna maestría y un doctorado en física de la Universidadde Georgetown, en Washington, DC.

Lasse Renlie se desempeña como petrofísico principalen el área de Halten/Nordland, del Mar de Noruega,para Statoil ASA y reside en Stjørdal, Noruega. Antesde ingresar en la compañía en 1998, trabajó para SintefPetroleum Research en Trondheim. Lasse obtuvo unamaestría en física y un doctorado en acústica de pozode la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología deTrondheim.

John Simonetti se desempeña como consultor técnicopara Schlumberger PTC en Nueva Jersey, donde trabajaen la aplicación de nuevos materiales para el mejora-miento de las herramientas nucleares. Ingresó en lacompañía en 1982, en el grupo de Desarrollo deProductos Cerámicos y luego se desempeñó en la sección de tecnología de materiales y en detectoresgeneradores de imágenes, generadores nucleares, evaluación de nuevos destelladores y desarrollo demonitores de neutrón. John obtuvo una licenciatura en Rutgers, la Universidad Estatal de Nueva Jersey, en New Brunswick, y una maestría y un doctorado dela Universidad de Princeton, todos en química.

Bikash Sinha se desempeña como asesor científicodel programa de Matemática y Modelado, en el centroSDR de Ridgefield, Connecticut. Desde su ingreso enSchlumberger en 1979, ha contribuido a numerosasinnovaciones en términos de adquisición de registrossónicos para aplicaciones geofísicas y geomecánicas yal desarrollo de sensores de presión de cuarzo de altaprecisión. Actualmente está involucrado en la caracte-rización del daño mecánico existente en la regiónvecina al pozo y en la estimación de los parámetros deesfuerzos presentes en la formación, utilizando datossónicos de pozos. Bikash obtuvo un diploma B Tech(con mención honorífica) del Instituto Indio deTecnología, en Kharagpur, y una maestría de laUniversidad de Toronto, en Canadá, ambos en ingenie-ría mecánica. Posee un doctorado en mecánica apli-cada del Instituto Politécnico de Rensselaer, en Troy,Nueva York, EUA. Es autor o co-autor de más de 135artículos técnicos y recibió 22 patentes de EUA.

Verano de 2006 67

Becario del IEEE, Bikash fue galardonado con el premioal artículo destacado de 1993, por el diseño innovadory el desarrollo de sensores de presión de cuarzo, pu-blicado en las Transcripciones sobre ComponentesUltrasónicos, Ferroeléctricos y Control de Frecuenciasdel IEEE .

Jacob I. Trombka se desempeña como becario senioren el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA,en Greenbelt, Maryland, EUA. Es líder de equipo paralos espectrómetros de teledetección de rayos X/gammade la nave espacial Encuentro con un AsteroideCercano a la Tierra (NEAR). En Goddard, trabajó en eldesarrollo de los espectrómetros de teledetección y seha desempeñado como investigador principal, miembrode equipo o investigador invitado en los programas USApollo, Viking, WIND, SMM y Mars Observer y en losprogramas Russian Luna, Mars, Phobos y Mars de1996. Jacob comenzó su carrera en el Laboratorio dePropulsión a Chorro de la NASA, trabajando en elespectrómetro de rayos gamma Ranger y estudiandolas aplicaciones de la espectroscopía de rayos X, rayosgamma y neutrón/rayos gamma a los sistemas remotosplanetarios y a los sistemas de análisis geoquímicos ensitio. El asteroide 1981 ET26 ha recibido el nuevo nom-bre de (4990) Trombka por su trabajo en ese campo.Es un autor prolífico y ha sido galardonado con nume-rosos premios. Obtuvo una licenciatura y una maestríaen física de la Universidad Estatal de Wayne, enDetroit, Michigan, EUA, y un doctorado en ciencianuclear de la Universidad de Michigan, Ann Arbor.

Stefan Vajda es investigador científico principal yahora trabaja en detectores nucleares, en el centroPTC de Schlumberger en Nueva Jersey. Posee unamaestría de la Universidad de Bucarest, en Rumania, y un doctorado del Instituto de Física Nuclear eIngeniería de Bucarest/Magurele, Rumania; ambos en física. Stefan ingresó en la compañía en 1984, tra-bajando como físico de investigación en generadoresde neutrones y de rayos X. Posteriormente, se dedicó a la investigación de destelladores inorgánicos, detec-tores nucleares y espectroscopía de rayos gamma.Construyó un espectrómetro de rayos gamma para lamisión de la NASA al asteroide 433 Eros, que fue completada con éxito en el año 2001. Stefan ha escritomás de 40 artículos y posee dos patentes.

Henri-Pierre Valero es gerente de programas e inves-tigador científico senior del centro SDR, en Ridgefield,Connecticut, y está involucrado en el desarrollo dealgoritmos para herramientas de acústica de pozos.Ingresó en la compañía en 1998 como ingeniero de pro-yectos en Schlumberger KK, Fuchinobe, Sagamihara,Kanagawa, Japón, y trabajó en el desarrollo e imple-mentación de productos de respuestas sonoras hastasu transferencia al centro SDR en 2004. Henri-Pierreposee una licenciatura en ciencia de la Universidad deRennes, en Francia, una maestría (con mención hono-rífica) en geociencia de la l'École Nationale Supérieuredes Pétroles et Moteurs, en Rueil-Malmaison, Francia,y un doctorado (con mención honorífica) en geofísica,del Institut de Physique du Globe de París, en Francia.

Stephen Williams es asesor de evaluación de forma-ciones para Norsk Hydro ASA en Bergen, Noruega.Está a cargo de la planeación, ejecución y seguimientode los programas de evaluación de formaciones en lospozos que posee la compañía en todo el mundo. Haocupado numerosas posiciones desde su ingreso enNorsk Hydro en 1998. Previamente, pasó 14 años enSchlumberger ejecutando diversas tareas relacionadascon operaciones, manejo técnico, entrenamiento ydirección en América del Norte y América del Sur,Europa, Escandinavia y Medio Oriente. Stephen obtuvouna licenciatura y un diploma MA en ciencias natura-les de la Universidad de Cambridge, en Inglaterra.

Kenneth Winkler se desempeña como investigadorcientífico principal en el centro SDR, en Ridgefield,Connecticut, donde trabaja en principios microsóni-cos, herramientas y técnicas de interpretación, paraproducir un mapa de velocidad acústica de alta resolu-ción de la pared del pozo. Sus otros proyectos incluyenestudios de acústica no lineal, aseguramiento del flujoy presión de poro. Ingresó en Schlumberger en 1979,instalando el laboratorio de propiedades de las rocasde alta presión en el centro SDR. Desde entonces, hatrabajado en diversos programas, incluyendo el pro-grama de geoacústica, acústica en la región vecina alpozo y generación de imágenes microsónicas de altaresolución. Ken posee una licenciatura en física delInstituto Politécnico Rensselaer, en Troy, Nueva York, y una maestría y un doctorado en geofísica de laUniversidad de Stanford, en California. Se desempeñócomo Conferenciante Ilustre de la SPWLA y fue editortécnico del sector de Evaluación de Formaciones dela SPE, entre 1993 y 1996. Autor de muchos artículos,posee además varias patentes.

Murtaza Ziauddin se desempeña como ingeniero prin-cipal de Schlumberger en el Centro de Tecnología deSugar Land, donde trabaja en operaciones de estimula-ción de la matriz de areniscas y carbonatos, secuestrode CO2, fracturamiento hidráulico, y acumulación deincrustaciones orgánicas e inorgánicas. Dirigió el desa-rrollo del programa de simulación geoquímica VirtualLab* para operaciones de acidificación de la matriz,predicción de la acumulación de incrustaciones inor-gánicas y pruebas de compatibilidad del agua. Estáinvolucrado en el desarrollo de un modelo reológicopredictivo para fluidos de fracturamiento a base depolímeros y con modelos de acidificación en el pro-grama de estimulación de pozos StimCADE* y en laaplicación del programa WellBook* para el diseño, eje-cución y evaluación de tratamientos. Murtaza ingresóen Schlumberger en 1997 después de obtener unalicenciatura de la Universidad de Houston y un docto-rado de la Universidad de Minnesota en Minneapolis,EUA, ambos en ingeniería química. Es autor demuchos artículos y posee varias patentes.

Wolfgang Ziegler se desempeña como ingeniero prin-cipal para el centro PTC de Schlumberger, en NuevaJersey, y actualmente trabaja en el desarrollo de undetector nuclear, concentrándose en aplicaciones dealta temperatura y en nuevos materiales. Ingresó en lacompañía en el centro SDR de Ridgefield, Connecticut,en el año 1992, para trabajar sobre conceptos de medi-ción posteriormente implementados en las herramien-tas de funciones múltiples y adquisición de registrosdurante la perforación EcoScope* y en la investigaciónde nuevos detectores para aplicaciones de campos pe-troleros. Fue transferido al centro PTC en el año 2000 ymantuvo su participación en esos proyectos. Wolfgangobtuvo un diploma en física de la Universidad de Mainzy un doctorado en física nuclear experimental de laUniversidad de Darmstadt, ambas en Alemania.

Se utiliza un asterisco (*) para denotar las marcas de Schlumberger.

68 Oilfield Review

Próximamente en Oilfield Review

Yacimientos naturalmente fracturados. Las fracturasnaturales en los yacimientos pueden hacer productivaslas rocas que de lo contrario serían compactas; sinembargo, también pueden incidir negativamente enlos yacimientos porosos y permeables. Este artículoexamina los yacimientos naturalmente fracturados ycómo los geocientíficos e ingenieros los detectan,caracterizan y modelan en diversas escalas y a lolargo de todas las fases del desarrollo de yacimientos.

Subsidencia y compactación. La subsidencia quese produce por encima de los yacimientos puede tenerconsecuencias económicas enormes, que quizás no selimiten sólo a los daños producidos en la infraestruc-tura de los campos petroleros. Una gran cubeta desubsidencia puede ocasionar daños importantes en lasestructuras de superficie, particularmente en las áreasbajas. La compactación se produce por el agotamientode formaciones que son mecánicamente débiles y esla causa de la subsidencia relacionada con la industria.Este artículo describe los principios básicos de la com-pactación y la subsidencia e incluye algunos ejemplosde diversos campos activos.

Petróleo pesado. La contracción de la producción depetróleos convencionales, los precios elevados y lanecesidad de incrementar las reservas están revitali-zando el interés por el petróleo pesado. Este artículoanaliza las propiedades de los petróleos pesados y losescenarios de potenciales de producción, desde laexplotación minera hasta la combustión en sitio.Algunos ejemplos de campo demuestran las técnicaspara la caracterización de los yacimientos de petróleopesado, la determinación del mejor método de recupe-ración, la construcción y terminación de pozos y elmonitoreo de la producción.

SCHLUMBERGER OILFIELD REVIEW

VERANO

DE 2006VOLUM

EN 18 N

UMERO 1