La importancia de la sísmica de alta resolución en la exploración geotérmica
La importancia de la sísmica de alta resolución en la exploración geotérmica (fuente: STRYDE)
Oscar Llamosa Ardila
16 Mar 2024
La adquisición de datos sísmicos utilizando tecnología de nodos ágil y liviana puede desempeñar un papel importante en la gestión de los riesgos iniciales del proyecto de desarrollo geotérmico.
Casi todos los estudios de superficie utilizados para la exploración geotérmica se beneficiarán de datos de alta densidad. Más datos con una distribución espacial más ajustada significa mejores modelos y una mejor comprensión de un recurso geotérmico potencial. Sin embargo, existen consideraciones logísticas y de costos que intervienen en el diseño y ejecución de estudios de mayor densidad, y es posible que esta opción no esté disponible para todos los proyectos.
En este artículo de Philippa Decker, analizamos las ventajas de la tecnología de nodos sísmicos y cómo puede cambiar las reglas del juego en la realización de estudios sísmicos, especialmente en áreas urbanas.
La energía geotérmica representa menos del 1% de la capacidad renovable mundial actual, a pesar de su enorme potencial como fuente continua de calor y electricidad libre de carbono (IRENA, 2023). Los recientes conflictos globales, caracterizados por precios altos y fluctuantes del petróleo y el gas, han expuesto las limitaciones del actual mercado de energía renovable, donde las fuentes de energía verde dependientes del clima deben coexistir con los combustibles fósiles para la calefacción y la estabilización de la red eléctrica.
Esta es una oportunidad renovada para que la energía geotérmica se convierta en una solución estratégica importante para diversificar y localizar la producción de calor y energía. La energía geotérmica puede proporcionar la pieza que falta en el rompecabezas de un suministro continuo de energía neutral en carbono y es única en el ecosistema de energía renovable porque puede proporcionar electricidad, calor y extracción de minerales con valor agregado, independientemente del clima y la geotermia global. conflictos políticos.
Los altos riesgos iniciales de la geotermia
Entonces, ¿qué está frenando el desarrollo de este recurso abundante y gratuito que se encuentra justo debajo de nuestros pies? En cuanto a la explotación, las instalaciones geotérmicas son eficientes, escalables y tienen bajos costes de funcionamiento. Sin embargo, a diferencia de otras fuentes de energía renovables, las primeras fases de exploración de energía geotérmica pueden enfrentar riesgos comparativamente altos, plazos de desarrollo de proyectos más largos y requerir un gasto de capital inicial considerable (IRENA, 2023).
Si bien vemos un creciente apoyo de los gobiernos para mitigar los costos y aliviar la carga de la sobrerregulación y los costos de seguros (Parlamento Europeo, 2023), la perforación sigue siendo el aspecto que requiere más capital de los proyectos geotérmicos y representa alrededor del 30-50% de los costos totales (Dumas et al., 2013). Esto subraya la importancia de una investigación exhaustiva de las áreas objetivo geotérmicas para guiar la toma de decisiones sobre la ubicación de los pozos y maximizar la producción de los pozos. La exploración y caracterización exitosa de los recursos geotérmicos requiere un conocimiento preciso de la geología local del subsuelo (Irlanda, 2023).
El informe del Parlamento Europeo de 2023 sobre energía geotérmica afirma que “uno de los desafíos más importantes para la geotermia es la falta de un mapeo suficiente de recursos geotérmicos” y pide un esfuerzo unificado para aumentar el acceso a los datos del subsuelo con miras a crear un “atlas” en toda la UE. del potencial geotérmico” (Parlamento Europeo, 2023).
Datos sísmicos para mapeo del subsuelo
Los estudios de reflexión sísmica utilizan ondas sonoras para crear una imagen de la estructura del subsuelo de un área. Estos métodos no invasivos son la columna vertebral de la exploración de yacimientos de gas e hidrocarburos y depósitos minerales (Mackowski et al, 2019). Los datos sísmicos se pueden utilizar para identificar posibles indicadores de permeabilidad y fluidos, mediante la detección de características como horizontes subterráneos, fallas, fracturas y capas de arcilla (Trainor-Guitton, 2020).
Las ondas sísmicas producidas por fuentes externas (como los camiones vibroseis) viajan a través de la tierra y se reflejan parcialmente en las características geológicas. Estos datos de reflexión son capturados por sensores especializados (receptores) y procesados para crear imágenes detalladas del subsuelo. La calidad de las imágenes sísmicas del subsuelo ha ido mejorando progresivamente a lo largo de la historia de la exploración sísmica. Si bien los avances en el procesamiento de datos, los diseños de encuestas y los métodos de adquisición han sido importantes, está claro que la calidad de los datos mejora enormemente cuando aumenta el número de mediciones (pares fuente/receptor) por área de superficie de adquisición o “densidad de trazas” (Ourabah et al, 2021).
Estas mismas técnicas de reflexión sísmica pueden adaptarse para investigar áreas geotérmicas incluso en geología compleja y campos dominados por vapor (Crosby y Calman, 1996). Parámetros como la profundidad hasta la superficie superior del yacimiento, su espesor y volumétrica se pueden interpretar a partir de datos sísmicos. La geometría de los reservorios geotérmicos y la ubicación de las fallas ayudan a estimar la temperatura del agua y predecir las rutas de migración del agua geotérmica (Mackowski et al, 2019).
Mejora de la resolución con datos sísmicos de alta densidad
Tomar prestada y adaptar esta tecnología de la industria del petróleo y el gas permite a los desarrolladores de energía geotérmica reducir los riesgos y cuantificar el rendimiento energético (Ourabah et al, 2021). Hasta hace muy poco, los costos prohibitivos de los estudios sísmicos 3D de alta resolución pusieron límites a su aplicación a la exploración geotérmica, y a menudo se utilizaban datos heredados en lugar de nuevos estudios diseñados específicamente para el área objetivo geotérmica (Ireland et al, 2023). Depender de datos heredados o estudios geológicos regionales en lugar de nuevos estudios sísmicos de alta densidad tiene beneficios limitados para reducir el riesgo en la exploración geotérmica. Se ha demostrado que las adquisiciones sísmicas de alta densidad de trazas mejoran la resolución y proporcionan mejores relaciones señal-ruido, creando imágenes finales más claras (Ourabah et al., 2014).
El impulso en la industria del petróleo y el gas hacia una densidad cada vez mayor de estudios ha llevado a la introducción de tecnología de fuente simultánea y receptores de un solo punto. Esta tecnología ha revolucionado la adaptabilidad de los estudios sísmicos en otras industrias, como la geotérmica, no sólo por el aumento en la densidad de los estudios sino también por el beneficio colateral de equipos más pequeños y ágiles que mantienen los proyectos más viables financieramente y mejor preparados para la exploración en entornos urbanos (Ourabah et al, 2021).
La ventaja de la tecnología de nodos sísmicos
Tradicionalmente, los estudios sísmicos terrestres se llevaban a cabo utilizando conjuntos de geófonos engorrosos y costosos que estaban conectados mediante complicados sistemas de cables y unidades auxiliares a voluminosos sistemas centrales de registro. Requieren mano de obra pesada y costosa para su implementación, lo que reduce la posibilidad de implementar una gran cantidad de conjuntos y, por lo tanto, limita la densidad de los estudios.
Incluso desde el principio, los investigadores reconocieron la necesidad de poder adquirir datos sísmicos sin el impedimento de los sistemas cableados, que a menudo generan problemas como tiempo no productivo relacionado con cortes de energía y daños en los cables, etc. (Dean y Sweeney, 2019). La tecnología de “nodos” sísmicos se desarrolló en respuesta a la demanda de estudios de mayor densidad y equipos más ágiles. Los receptores independientes de un solo punto, distribuidos en una red mucho más densa, son los sucesores naturales de las matrices de geófonos, lo que permite mejoras reales en la densidad de los estudios y la racionalización del proceso de estudio. Están demostrando revolucionar la adquisición sísmica al introducir sistemas autónomos, livianos y sin cables que permiten estudios sísmicos terrestres más rápidos, más densos y más rentables.
Campañas sísmicas en zonas urbanas
El desarrollo de nodos autónomos livianos tiene una importancia particular para la exploración geotérmica, donde la ubicación de posibles sitios de perforación casi siempre está muy cerca de los usuarios finales y, por lo tanto, a menudo está situada en áreas urbanas, industriales o agrícolas. Los sistemas cableados son muy poco prácticos en este contexto y presentan limitaciones para la planificación y los permisos de los estudios, además de ser voluminosos y frágiles (Ourabah et al, 2021). Los receptores sísmicos pequeños y autónomos permiten realizar estudios fácilmente en todo tipo de terreno con un impacto mínimo para las poblaciones locales o el medio ambiente.
Para que la tecnología nodal mejore significativamente la velocidad y la simplicidad (y por lo tanto el costo y la densidad) de un estudio sísmico, es crucial que el nodo sea completamente autónomo, liviano y ágil. Los primeros sistemas nodales requerían transmisores de radio, baterías externas y sensores enchufables que aumentan el volumen y el peso de las unidades y, por lo tanto, aumentan el tiempo de implementación, el impacto en el medio ambiente y los problemas de salud y seguridad. Los nodos voluminosos y caros con poca duración de batería y precios elevados, que todavía están en el mercado, no ofrecen grandes mejoras en comparación con los conjuntos de geófonos.
El nodo ágil STRYDE para estudios sísmicos
El nodo más pequeño del mercado actual es el nodo “ágil” de STRYDE. Con unas medidas de sólo 13 x 4 cm y un peso de sólo 150 g, es el nodo autónomo más ligero del mercado con una diferencia de al menos un 75 %.
Al utilizar descarga óptica y carga inductiva, STRYDE Nodes™ evita la necesidad de conectores externos y sistemas de baterías. Node™ de STRYDE se ha utilizado con éxito en una variedad de proyectos, desde petróleo y gas hasta captura de carbono e investigaciones geotérmicas e incluso arqueológicas (Ourabah et al., 2021). La diversidad de proyectos apunta al éxito de STRYDE Node™ como una tecnología de vanguardia y de bajo costo que proporciona estudios sísmicos de alta densidad y calidad, ya sea en una vasta ubicación árida que abarca cientos de kilómetros cuadrados o en una zona urbana densa. entorno con consideraciones medioambientales y sociales sensibles.
STRYDE Nodes™ ha sido diseñado específicamente para desplegarse eficientemente a pie. Una sola persona puede transportar hasta 90 nodos, lo que resulta en tiempos de implementación y recuperación significativamente más cortos, un acceso más fácil a ubicaciones complicadas y un impacto mínimo en el entorno local. Los nodos se transportan en mochilas de diseño ergonómico y se pueden reconfigurar en el campo, evitando la necesidad de vehículos pesados o personal de despliegue especializado. Esto tiene un efecto directo en la reducción del costo de los proyectos a través de la simplificación del despliegue, así como en la reducción del impacto ambiental de los estudios, evitando así permisos ambientales adicionales u objeciones de la comunidad.
Estudios sísmicos en Suiza
La tecnología nodal de STRYDE se mostró recientemente en un proyecto con Swiss Geo Energy en Eclépens, Suiza, para llevar a cabo el estudio nodal 3D más denso del mundo para energía geotérmica. Para recopilar los datos necesarios para un mapa detallado del área del subsuelo, se desplegaron 21.000 STRYDE Nodes™ en 100 km2 de terreno urbano y agrícola. El estudio de la fuente activa tardó sólo 11 noches en completarse y dio como resultado casi 100 terabytes de datos registrados que describen un volumen de aproximadamente 400 km3 (www.swissgeoenergy.com).
Un estudio equivalente utilizando sistemas cableados habría llevado mucho más tiempo de principio a fin y habría sido extremadamente complicado de realizar en zonas urbanas tan densas. Claudio Strobbia, director general de Realtimeseismic, afirma que veremos un “aumento de este tipo de actividad, ya que la sísmica 3D es la única tecnología geofísica que puede proporcionar suficiente precisión para desarrollar adecuadamente los recursos geotérmicos”.
Sólo eliminando los obstáculos de las primeras etapas de planificación y desarrollo de los proyectos geotérmicos podremos imaginar que la energía geotérmica alcance su verdadero potencial. Los avances tecnológicos desarrollados para la industria del petróleo y el gas, como el nodo ágil STRYDE, podrían ser la clave para fomentar la inversión necesaria para impulsar la expansión geotérmica.
Trabajos citados
Crosby D, and Calman I, (1996) Seismic Techniques in Geothermal Areas. 18th NZ Geothermal Workshop. Proceedings
Dean T. and Sweeney D. (2019) Recent advances in nodal land seismic acquisition systems. AEGC 2019: From Data to Discovery – Perth Australia
Dumas P., Antics M., and Ungemach P. (2013) http://www.geoelec.eu/wp-content/uploads/2011/09/D-3.3-GEOELEC-report-on-drilling.pdf
European parliament (2023), Report on Geothermal Energy 2023/2111(INI) https://www.europarl.europa.eu/doceo/document/A-9-2023-0432_EN.html#_section2
Ireland M., Dunham C., Gluyas J. (2023) Seismic for Geothermal. Geoscientist. https://geoscientist.online/sections/unearthed/seismic-for-geothermal/
IRENA and IGA (2023), Global geothermal market and technology assessment, International Renewable Energy Agency, Abu Dhabi; International Geothermal Association, The Hague
Mackowski T., Sowizdzal A., and Wachowcz-Pyzik A. (2019) Seismic Methods in Geothermal Water Resource Exploration: Case study from the Lodz Trough, Central Part of Poland, Geofluids https://doi.org/10.1155/2019/3052806
Ourabah A., Popham M., Einchcomb C. (2021), Game-changing nodes enable high-density seismic for any industry, First Break, Volume 39, 81-88
Ourabah A., Grimshaw M., Keggin J., Kowalczyk-Kedzierska M., Stone J., Murray E., Cooper S., & Shaw L. (2014) Acquiring and Imaging Ultra High Density Land Seismic Data – Practical challenges and the impact of spatial sampling. 76th Conference & Exhibition, EAGE
Trainor-Guitton W., The value of geophysical data for geothermal exploration: Examples from empirical, field, and synthetic data, The Leading Edge, Vol. 39, Iss 12, 2020.
Fuente de referencia vía nuestra plataforma global ThinkGeoEnergy
