2. AQUISIÇÃO SÍSMICA DE DADO MARINHO 2.1 Histórico / Prospecção Sísmica Marinha No início de 1900 começou a aquisição sísmica, quando Reginald Fessenden, responsável pela física da companhia Submarine Signaling Co. de Boston, usava ondas sonoras para para medir a profundidade do do mar e o tamanho de icebergs. icebergs. Em 1913, os instrumentos sísmicos tornaram-se mais sofisticados e foi possível fazer a coleta de dados através do método de refração e reflexão de sinais (ondas sísmicas). Então, com o avanço da tecnologia, a sísmica passou por quatro grandes revoluções: -Uso de transistores, fitas tape t ape e common-depth-point (CDP). -O início da sísmica digital, no começo dos anos 60. -No início dos anos 70, começa o uso da sísmica 3D e de computadores mais robustos desenvolvidos para coletar dados e elaborar gráficos digitais. -E a partir dos nos anos 80, começa o uso da sísmica 4D. A aquisição de dados sísmicos tem como finalidade adquirir informação do meio em subsuperfície, reconhecer e mapear as estruturas geológicas de subsuperfície do fundo do mar, baseados nas propriedades físicas das rochas. De acordo com o lugar onde ela é realizada ela se divide em aquisição terrestre, marinha ou de zona de transição.
Figura 1 – – Experimentos sísmicos são geralmente divididos em levantamento terrestre, zona de transição e levantamento marinho
(Fonte: Ikelle, 2005)
Utilizada primordialmente pela indústria de petróleo e gás, a aquisição sísmica marinha vem crescendo substancialmente devido o incremento de inovações. Com o avanço da tecnologia, houve um aperfeiçoamento na aquisição de dados e, consequentemente, no imageamento da subsuperfície, o que tem permitido encontrar novas reservas. Os dados de sísmica marinha são fundamentais para a identificação, compreensão e localização de alvos exploratórios, como estruturas geológicas que possam conter acumulações de óleo e/ou gás em condições e quantidades que permitam o seu aproveitamento econômico e também maior precisão na perfuração de poços.
2.1 Equipamentos Na aquisição marinha são utilizados três tipos de instrumentos: o Navio Sísmico, as Fontes Sísmicas e os Hidrofones (Receptores). O Navio Sísmico deve possuir conveses e equipamentos a bordo apropriados para aquisição sísmica, uma praça enorme de compressores e muitas garrafas para ar comprimido, que são usados como fonte para coleta dos dados, através de “explosões” programadas por “canhões de ar comprimido” enquanto navega. Para coleta de dados, os navios sísmicos arrastam cabos com equipamentos e sensores acoplados a eles (streamers), da qual possuem nomes técnicos apropriados, cada navio possui uma configuração especifica, variando em razão da quantidade de cabos que são arrastados no mar, podem ser para 6, 8, 10, 12, 14, 16 e até com 22 cabos e o comprimento também destes cabos varia de configuração para configuração (Blog Mercante, 2012)1. Todo navio sísmico possui um ou dois barcos de serviço transportados por ele e são usados às vezes, diariamente, para reparo dos streamers na água ou inspeções, in loco, transferência de materiais entre navios, ou passageiros.
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Disponível em: < http://www.blogmercante.com/2010/12/quer-trabalhar-no-offshore-naviossismicos/>
Figura 2 - Navio Sísmico
(Fonte: PGS)
As fontes sísmicas são acopladas ao navio sísmico e geram ondas mecânicas em intervalos regulares. Atualmente, as fontes mais empregadas são as fontes sísmicas não explosivas, à exemplo o canhão (cilindro metálico) de ar comprimido. Responsável pela liberação do ar contido nos cilindros à alta pressão, gerando as ondas sísmicas.
Figura 3 - Canhão de ar
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Fonte: Oceanica - UFRJ
Figura 4 - Fonte de explosão do Air Gun
(Fonte: Material de Processamento Sísmico – Ellen Gomes) 2
Disponível em:
Os Hidrofones são sensores piezoelétricos que captam a onda acústica refletida e produzem um sinal elétrico, em suma, é um transdutor de som para eletricidade que permite a escuta de sons debaixo de água. (Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.) Figura 5 - Hidrofone
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Fontes: Horta - UAC / Material de Processamento Sísmico – Ellen Gomes
2.2 Levantamento Sísmico A sísmica marinha se inicia com a geração de ondas acústicas a partir de disparos de canhão de ar comprimido diretamente na água. Essas ondas se propagam
até
atingir
o
fundo
do
mar.
Quando
encontram
meios
com
heterogeneidades diferentes (ou maiores que o comprimento de onda?), parte dessa energia é refletida das rochas e volta à superfície, sendo esta captada pelos hidrofones, parte é refratada e parte é transmitida para as camadas rochosas subjacentes. A energia captada pelos hidrofones dispostos em intervalos regulares ao longo de cabos sismográficos é convertida em sinais elétricos, que são amplificados, filtrados, digitalizados e gravados. Os dados sísmicos gravados passam por processos computacionais digitais para produzir imagens de estruturas superficiais da Terra. Esses dados sísmicos são então processados e interpretados, permitindo determinar que tipo de rochas elas representam, verificar se tais rochas podem
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Disponível em:
conter recursos minerais importantes ou identificar se estruturas geológicas (armadilhas) têm condições de possuir acumulações de hidrocarbonetos.
Figura 6 - Aquisição de dados sísmicos com cabos flutuantes
Fonte: IBAMA, 2003
A prospecção marinha é realizada através dos navios sísmicos em áreas previamente selecionadas e demarcadas por linhas que definem o trajeto de uma ou mais embarcações durante a atividade sísmica. Comumente, esses navios se deslocam a uma velocidade média de 15km/h e são equipados com grupos de canhões de ar e rebocam cabos sismográficos com comprimentos que variam entre 4km e 16km. Durante o período de aquisição a área ocupada pelos cabos esticados pode chegar a 10 km². Geralmente, a aquisição marinha é realizada durante as 24 horas do dia, com disparos realizados de forma regular, dependendo das características do levantamento.
2.3 Modalidades de Operação Dependendo do posicionamento dos cabos sísmicos, duas modalidades de operação podem ser empregadas: utilizando cabos flutuadores (streamers) ou utilizando cabos de fundo (OBC – Ocean Botton Cabble) 2.3.1 Cabos flutuadores (streamers) Os cabos sismográficos (streamers) são preenchidos com fluidos de baixa densidade para facilitar a flutuação e são equipados com detectores de pressão (hidrofones), dispostos em espaços regulares. Geralmente, são utilizados em profundidades maiores que 20m. São os mais empregados devido à sua simplicidade de operação, porém devido ao movimento provocado pelas correntes marinhas (efeito pluma), ao utilizar estes cabos, deve-se compensar esse efeito através de cálculos de correções.
Figura 7 – Streamer
Fonte: University of Alabama Department of Geological Sciences 4
Disponível em:
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2.3.2 Cabos de fundo (OBC – Ocean Bottom Cable) Os cabos sismográficos são instalados no fundo do mar, normalmente amarrados a lastros de chumbo, sendo recolhidos após o registro da linha. A fonte sísmica cria uma onda sonora que penetra nas diferentes camadas da subsuperfície, refletindo sinais diferenciados que são identificados nos cabos e armazenados por boias sinalizadoras e de registro existentes na extremidade de cada cabo. Essa técnica é empregada em áreas de grande atividade produtora de petróleo, onde há obstruções como plataformas e estações de bombeio, que não permitem a operação de barcos sísmicos tradicionais rebocando quilômetros de cabos. No método de aquisição OBC, normalmente, são utilizados três navios: um para registro dos dados; um navio fonte, que arrasta os conjuntos de canhões de ar; e um navio que espalha e recolhe os cabos sismográficos, formando as linhas operacionais. Como os cabos devem permanecer no fundo, eles são preenchidos por um polímero.
Figura 8 - Aquisição OBC
Fonte: Peak Seismic Solutions 5
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Disponível em:
2.4 Técnicas de Aquisição de Dados Marinhos De acordo com o estágio do processo exploratório e das condições operacionais na área de prospecção de óleo e/ou gás, podem ser utilizadas as técnicas descritas abaixo: 2.4.1 Técnica de levantamento 2D Técnica utilizada na fase inicial de exploração. Geralmente, é usado um navio sísmico com um sistema de fonte e um cabo sismográfico, seja a reboque (streamer) ou colocado no fundo marinho (OBC). As linhas sísmicas são espaçadas, com o objetivo de se obter um reconhecimento regional da geologia de subsuperfície. 2.4.2 Técnica de levantamento 3D Essa técnica é utilizada quando já existe um conhecimento prévio da geologia de subsuperfície da área. A técnica 3D exige uma malha sísmica bem ordenada com linhas menos espaçadas do que na técnica 2D, o que ocasiona um número muito maior de trajetórias da embarcação sísmica. Pode ser utilizado mais de um navio fonte para a realização dos disparos e um número variável de cabos sismográficos, sendo as embarcações mais modernas capazes de rebocar até 20 cabos simultaneamente. 2.4.3 Técnica de levantamento 4D Essa técnica está relacionada ao monitoramento dos campos de petróleo. Consiste no levantamento de dados sísmicos 3D desses campos em fase de desenvolvimento, em épocas distintas, de forma que os mesmos possam ser monitorados, visando à otimização da produção existente.
2.4.4 Técnica de levantamento 4C Utiliza cabos sismográficos posicionados no fundo oceânico, contendo sensores que registram dados das ondas primárias (ondas P) e das ondas de cisalhamento (ondas S), com o intuito de se adquirir um detalhamento da geologia de subsuperfície. Os cabos de fundo são sólidos, não sendo preenchidos por fluidos de flutuação. A configuração padrão abrange dois ou mais cabos sismográficos de
6km cada, e pelo menos dois navios: um para registros e manuseio, e outro para disparos. Figura 9 - Técnica de levantamento 4C
Fonte: Peak Seismic Solutions
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2.5 DIFICULDADES NO LEVANTAMENTO MARINHO As amplitudes do sinal sísmico possuem grande quantidade de ruído com valores próximos às amplitudes naturais e, portanto, torna-se difícil a eliminação desses eventos pelos métodos de supressão existentes na etapa de tratamento destes dados. Yilmaz (1987) descreve o sinal refletido sendo captado com dois tipos de ruídos, os ruídos coerentes e os ruídos incoerentes. Como tipos de ruídos coerentes temos as ondas diretas, groun-roll, refratadas, guiadas, ruído difuso e ruído de cabo, eles têm sua fonte na aparelhagem que é utilizada. Por exemplo: variação da fonte de energia e ruído do cabo de transmissão após a captação. E o segundo é o ruído ambiental ou incoerente, que é captado junto com o sinal sísmico. Este tipo tem fonte externa tais como ventos e deslocamentos de microfones pelo movimento da água .
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Disponível em:
Figura 9 - Ruído de cabo (cabel noise) – Nos levantamentos marinhos, esse ruído está relacionado à vibração do cabo flutuador.
Figura 10 - Ruído difuso (side-scattered noise) - Sinal retropropagado devido às heterogeneidades na sub-superfície.
Fonte: Material de Processamento Sísmico – Ellen Gomes
Para cada tipo de aquisição, esses ruídos são característicos ao ambiente onde foi feito o levantamento. Por exemplo, para os ambientes marinhos, a presença de múltiplas de superfície livre, estruturas fantasmas e pulso de bolha predominam sobre o sinal sísmico. No caso das estruturas fantasmas, algumas ondas incidentes, na etapa de aquisição, têm duplicidade na emissão o que resulta na geração de estruturas duplicadas em tempos diferentes e em superfícies diferentes. Durante a fase de tratamento, detectar esses efeitos fantasmas no sinal sísmico é um desafio. Em aquisições marinhas com tower streamers os ruídos ocasionados pelos efeitos ambientais sobre os cabos são muito comuns, o que causa problemas para o
processamento do dado. A eliminação deste tipo de ruído incoerente é um processo simples que se dá pela filtragem dos dados com um filtro de banda passante na faixa de frequência que varia geralmente entre 10 Hz e 80 Hz. Além dos ruídos, um problema encontrado na aquisição é em relação à passagem do navio sísmico sobre o alvo que se deseja explorar. O alvo é demarcado em passagens múltiplas ao longo de linhas retas (chamadas linhas do navio) que estão espaçadas igualmente e paralelas entre si. As correntes marinhas e outros fatores fazem com que as linhas do navio não sejam perfeitamente retas e com que os cabos sismográficos rebocados pelo barco não sigam uma trajetória reta atrás do barco. Esse deslocamento lateral dos cabos é chamado de deriva do cabo. Outra dificuldade encontrada é em relação às plataformas ou outros obstáculos que podem estar no trajeto da embarcação. Uma técnica chamada under-shooting é empregada para evitar aberturas na área do levantamento bem
abaixo dos obstáculos, que estão acima do alvo de interesse. Essa técnica utiliza dois barcos, um que carrega as fontes e o outro que reboca os cabos com os hidrofones. Os dados gravados do under-shooting têm uma escala muito mais larga do azimute ou um máximo muito mais deslocado, sendo que o azimute largo em particular pode causar problemas durante o processamento. Mais um problema é na interpretação do dado sísmico, por exemplo, múltiplas de superfície livre podem ser confundidas com reflexões primárias. Isto se deve ao fato de que o acentuado contraste de impedância acústica entre o ar e a água faz com que as múltiplas de superfície livre geradas por essa interface possuam grande energia, assim como a energia das reflexões primárias.
