Avances en sísmica 3D en Suiza: un punto de inflexión para la exploración geotérmica

Un avance sísmico tridimensional en Suiza: un punto de inflexión para la exploración geotérmica (imágenes insertadas cortesía de STRYDE)

Oscar Llamosa Ardila 22 Oct 2024

El éxito de un reciente estudio sísmico 3D en Suiza occidental subraya la importancia de los datos sísmicos de alta calidad para la exploración geotérmica. Este proyecto piloto en torno a la ciudad de Eclépens, en el cantón de Vaud, podría mostrar un camino más seguro y eficiente para desarrollar la energía geotérmica y aumentar el impacto que tiene la energía geotérmica en el mercado de la energía verde.

Herramientas de exploración de precisión como facilitador del crecimiento geotérmico

El interés mundial en la energía geotérmica, tanto para el calor como para la electricidad, está aumentando rápidamente. Actualmente, 88 países producen calor a partir de fuentes geotérmicas y 29 países tienen plantas de electricidad geotérmica (Geothermie Swiss, 2024), sin embargo, el impacto que tiene la energía geotérmica en el mercado energético total es mínimo.

Identificar los recursos geotérmicos potenciales y señalar las ubicaciones óptimas de perforación exploratoria sigue siendo la dimensión desafiante para una explotación geotérmica exitosa. Los múltiples intentos abandonados de aprovechar la energía geotérmica pueden estar relacionados con la falta de conocimiento del subsuelo, lo que da como resultado una pérdida de tiempo y dinero y una disminución del apoyo público para proyectos futuros.

La planificación y la ejecución cuidadosas de estudios sísmicos detallados en las primeras etapas de los proyectos geotérmicos proporcionan la información crucial que necesitan las partes interesadas para avanzar con confianza con datos reales en la mano para respaldar la toma de decisiones. Esto es de suma importancia en Europa, donde la exploración y el desarrollo geotérmicos tienen limitaciones particulares vinculadas a la densa urbanización, los estrictos permisos gubernamentales y, a menudo, las fuertes objeciones de las comunidades locales.

Europa sigue dependiendo en gran medida del gas, el petróleo y la energía nuclear para satisfacer sus crecientes demandas energéticas invernales, que no pueden cubrirse por completo con la energía intermitente suministrada por la energía eólica o solar. Existen soluciones geotérmicas para llenar este vacío, vinculándose con los proveedores de energía locales existentes y los proyectos de calefacción urbana. Sin embargo, estos proyectos dependen de encontrar depósitos geotérmicos con condiciones y propiedades precisas adaptadas a la producción de energía. Con los recientes avances en tecnología sísmica, los estudios sísmicos densos y de alta resolución están ayudando a impulsar futuros proyectos geotérmicos en toda Europa, proporcionando un método de menor costo para adquirir una imagen de alta calidad del subsuelo.

Un estudio de caso en Eclépens, Suiza occidental

Gran parte de la meseta suiza ha sido señalada por su potencial geotérmico. Si bien la geología regional es bien conocida, hay muy pocas áreas que hayan sido objeto de investigaciones detalladas del subsuelo. Los posibles objetivos geotérmicos de profundidad media en las capas sedimentarias de la cuenca de Molasse están intersectados por zonas de fallas, fracturas y cizallamiento que se crearon a medida que las capas sedimentarias de la meseta suiza se elevaban contra las montañas del Jura.

Comprender la amplitud y la orientación de las fallas, las fracturas y las características geológicas, así como las propiedades específicas que afectan el flujo y la temperatura de la salmuera geotérmica, como la porosidad y la permeabilidad, es esencial para planificar la ubicación y la trayectoria de los pozos. El modelado geológico detallado mediante estudios sísmicos 3D de alta resolución combinados con datos de registros de pozos existentes y características geológicas de la superficie, es una herramienta esencial para interpretar el subsuelo y planificar proyectos geotérmicos.

En la búsqueda de posibles recursos geotérmicos, se seleccionó el área alrededor de Eclépens, en el cantón de Vaud, como área de estudio objetivo después de que se detectaran fuertes indicadores geotérmicos en el pozo Eclépens-1 de 1981 (M. Baykulov et al., 2024). Se detectó un gradiente geotérmico inusualmente alto en el pozo, con temperaturas superiores a 100 °C a profundidades de 2000 m, lo que indica un recurso geotérmico potencial que podría proporcionar no solo energía para sistemas de calefacción urbana, sino también producción de electricidad geotérmica. Los datos heredados de estudios sísmicos 2D ya existían en el área, pero no proporcionaban suficientes detalles para una planificación y ejecución precisas de la ubicación preliminar del pozo geotérmico.

El proyecto pionero de adquisición sísmica 3D de Swiss Geo Energy para energía geotérmica es uno de los estudios 3D más densos del mundo adquiridos para fines geotérmicos, con una densidad de trazas de 2 millones de trazas/km2. El estudio cubrió un área de 104 km2 y tenía como objetivo producir conjuntos de datos rentables y de alta calidad, con una penetración geológica profunda y una alta resolución vertical y horizontal. Al completar los escasos datos sísmicos 2D existentes del área de Eclépens con conjuntos de datos 3D de alta calidad, el modelado resultante de la geología del subsuelo se utilizará para ayudar a identificar objetivos de yacimientos y proporcionar una estimación de los recursos geotérmicos (M. Baykulov et al., 2024).

El estudio propiamente dicho

El estudio incluye 3 etapas principales:

1. Planificación y permisos

Se llevó a cabo una etapa exhaustiva de planificación y permisos para garantizar un proceso de adquisición consecuente, fluido y rápido. Esto da como resultado un menor impacto para la comunidad y el medio ambiente, una mayor eficiencia y, por lo tanto, menores costos. Además de recibir todas las licencias y permisos necesarios de las autoridades locales y regionales, los contratistas trabajaron con propietarios de tierras privadas, agrícolas e industriales para facilitar el acceso a la tierra durante el proceso de adquisición.

Se llevó a cabo una planificación diligente de la disposición de la fuente y el receptor sísmicos para lograr una cobertura óptima del área y preservar la densidad de los rastros adquiridos. Se diseñó una disposición preliminar teórica de la cuadrícula teniendo en cuenta las líneas de falla tectónicas descritas en modelos regionales anteriores y orientadas de modo que las líneas de falla pudieran visualizarse de manera óptima (M. Baykulov et al., 2024). Esta cuadrícula teórica se ajustó luego significativamente a las condiciones de la vida real utilizando un software SIG para tener en cuenta los obstáculos en el paisaje y las zonas sin permiso.

El contratista de adquisición sísmica, Geo2X, eligió los nodos autónomos STRYDE para el estudio sísmico. Estos nodos son los nodos receptores sísmicos más pequeños y livianos del mercado, una revolución que no solo ofrece beneficios en términos de costos, sino que también cambia en gran medida la forma en que se realizan los estudios sísmicos.

STRYDE ha desarrollado un nodo optimizado, lo suficientemente pequeño como para caber en la palma de la mano y sin componentes redundantes. Estos receptores pequeños y livianos permitieron que el estudio se llevara a cabo con un impacto mínimo en el medio ambiente y la comunidad local debido a la menor carga de equipo y la facilidad de implementación a pie o con vehículos más pequeños. El uso de nodos livianos y sin cables también aumenta la densidad de trazas, ya que la cantidad de nodos implementados se aumenta fácilmente alrededor de obstáculos o áreas objetivo con pocos cambios en el tiempo de adquisición o el tamaño del equipo.

2. Adquisición de datos sísmicos

Geo2X instaló un total de 21.475 nodos autónomos STRYDE individuales en el sitio de Eclépens durante 11 días siguiendo el diseño de la cuadrícula ortogonal de fuente y receptor planificado previamente. El área se dividió en cuatro cuadrantes de equipo con un camión vibroseis trabajando en cada cuadrante. Se prestó especial atención a la distancia entre las fuentes (para evitar interferencias) y a los niveles de vibración en las proximidades de los edificios (según las regulaciones suizas).

La simplicidad de los nodos STRYDE y su consiguiente fiabilidad y robustez de registro dan como resultado controles de calidad de campo mínimos. Estos nodos tienen una sincronización horaria precisa y posicionamiento GNSS y han eliminado las capacidades redundantes e innecesarias que transmiten información en vivo al equipo de campo durante el estudio, un vestigio de los días de sistemas frágiles y cableados y un espaciamiento escaso entre estudios, donde cualquier brecha de datos era un impedimento para los resultados del estudio.

La fiabilidad de los nodos STRYDE significa que, una vez implementados y sincronizados, no es necesario realizar un seguimiento de ellos en el campo. Por el contrario, los receptores sísmicos que transmiten datos al equipo de campo en tiempo real son más caros, más voluminosos, necesitan más batería y tienen más componentes susceptibles a fallas. En el estudio de Eclépens, se recuperó el 99 % de los datos de los nodos STRYDE (M. Baykulov et al., 2024) y la pérdida o daño de material fue mínima.

Se puede realizar una evaluación preliminar de los datos cuando se recolectan o reubican los nodos. Se pueden realizar controles de calidad de datos en conjuntos de datos preliminares utilizando componentes de software especializados en el sitio. Los sistemas optimizados de recolección de nodos de STRYDE y las herramientas únicas de procesamiento de software en el campo permiten una rápida rotación de la adquisición y el despliegue de nodos y una primera mirada confiable a los datos mientras continúan las operaciones. Este proceso ha reemplazado el proceso redundante de control de calidad en el campo de los voluminosos geófonos en tiempo real que brindaban información de posicionamiento limitada y datos de reflexión sin ninguna capacidad de procesamiento.

Para lograr el alto número de canales requerido para estudios urbanos densos y tridimensionales, se deben implementar grandes cantidades de nodos receptores en áreas urbanas a menudo complicadas. El riesgo de que los receptores se pierdan, se dañen o se manipulen es mayor en las áreas urbanas y puede resultar en conjuntos de datos incompletos o demoras adicionales y aumentos de costos para el proyecto, esto es independientemente del control de calidad en tiempo real o el seguimiento que se observa en sistemas de geófonos más grandes y más costosos.

STRYDE es conocido por su bajo historial de pérdida de nodos, con muy pocos nodos implementados que faltan debido a manipulación, robo o daño. El tamaño compacto del nodo STRYDE permite enterrarlo u ocultarlo fácilmente y, por lo tanto, no es obvio para los transeúntes. El recuento de pérdida de nodos para el estudio de Eclépens fue inferior al 2 % y no afectó la continuidad de los datos. El pequeño tamaño de los nodos también significa que son muy móviles, se pueden transportar fácilmente a pie con un despliegue y recuperación optimizados utilizando tamaños de tripulación más pequeños. Esta flexibilidad fue beneficiosa en un área de estudio como Eclépens con áreas urbanas y agrícolas complicadas de uso mixto y acceso limitado para vehículos pesados.

3. Procesamiento de datos, interpretación y ubicación de pozos

El procesamiento rápido de los conjuntos de datos adquiridos proporcionó una visión general temprana de la calidad de los datos y permitió realizar comparaciones con las macroestructuras regionales y los conjuntos de datos 2D heredados. Los datos pasaron por técnicas de acondicionamiento preliminar que incluyen reducción de ruido, mejora de la señal y corrección de cualquier inconsistencia en los datos. Esto garantiza que los conjuntos de datos sean de la más alta calidad antes de un procesamiento posterior más sofisticado.

Un análisis comparativo de primera vista de las imágenes de datos anteriores a STM ya mostró el detalle mejorado del conjunto de datos 3D de 2023, en comparación con las imágenes sísmicas 2D antiguas con ruido sísmico reducido, firmas menos caóticas y más continuidad en los reflectores. La comparación de la línea 2D lineal NO-SE con una línea espacial idéntica de los nuevos datos mostró la falta de continuidad en los reflectores sísmicos de los datos 2D y una firma caótica general (M. Baykulov et al., 2024).

Los obstáculos urbanos habituales, como las carreteras y los edificios, limitan la adquisición de datos sísmicos 2D en línea recta. Sin embargo, los estudios 3D pueden combinar información de todas las direcciones con muchas combinaciones diferentes de fuente-receptor que pueden sortear obstáculos o vacíos en el área de estudio. Dado el alto volumen y la densidad de los datos, las lagunas en los datos también se pueden compensar mediante técnicas avanzadas de interpolación durante el procesamiento de datos.

Gracias a la alta resolución de la señal sísmica obtenida en el estudio Eclépens, se aplicó una serie de técnicas sofisticadas de procesamiento de datos al conjunto de datos para producir un modelo sísmico más completo y preciso del área. Estas técnicas incluyen, por ejemplo, la inversión de forma de onda completa (FWI), la migración del ángulo de reflexión común (CRAM), la inversión de las propiedades de la roca y la migración en tiempo inverso (RTM), que ayudan a refinar aún más la imagen sísmica y mejorar la caracterización del subsuelo.

Al integrar los datos procesados ??del estudio sísmico con los datos de registros de pozos existentes, se pueden producir modelos geológicos 3D detallados y precisos. Los modelos finales son herramientas clave para la gestión de proyectos que son esenciales para la toma de decisiones sobre la ubicación, trayectoria y profundidad de los pozos. Estos modelos proporcionan la mejor estimación posible del recurso objetivo y son clave para respaldar todos los aspectos de los proyectos geotérmicos, desde la planificación hasta la ingeniería, la mitigación de riesgos y la reducción de costos del proyecto.

Conclusiones

Los beneficios de los estudios sísmicos tridimensionales de alta densidad ya se han explotado ampliamente en otras industrias, como la del petróleo, el almacenamiento de residuos nucleares, la exploración minera, etc. El estudio de caso de Eclépens muestra cómo se pueden realizar estudios de reflexión sísmica según los altos estándares de la industria, con conjuntos de datos de alta calidad y un rendimiento operativo optimizado, manteniendo al mismo tiempo los costos de adquisición lo suficientemente bajos como para beneficiar a la industria de las energías renovables.

Estos estudios agregan un valor real a los proyectos de exploración geotérmica al brindar más claridad al subsuelo y ayudar a la toma de decisiones. Los modelos geológicos de alta resolución a partir de estudios geofísicos tridimensionales densos son las herramientas más sólidas disponibles para evaluar el recurso objetivo y planificar las ubicaciones y trayectorias de los pozos.

Mediante una combinación de etapas de planificación y obtención de permisos minuciosas y diligentes junto con tecnología avanzada de adquisición sísmica, como el nodo receptor STRYDE, ahora es posible llevar estudios 3D de alta densidad al mercado geotérmico.

Fuente de referencia vía nuestra plataforma global ThinkGeoEnergy.