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Modelado geológico

Software de mapeo geológico que muestra una captura de pantalla de un mapa de estructura generado para un yacimiento de gas y petróleo de 8500 pies de profundidad en el campo Earth, Vermilion Parish , Erath, Louisiana . El espacio de izquierda a derecha, cerca de la parte superior del mapa de contorno indica una línea de falla . Esta línea de falla se encuentra entre las líneas de contorno azul/verde y las líneas de contorno violeta/roja/amarilla. La delgada línea de contorno circular roja en el medio del mapa indica la parte superior del yacimiento de petróleo. Debido a que el gas flota sobre el petróleo, la delgada línea de contorno roja marca la zona de contacto gas/petróleo.

El modelado geológico, modelado geológico o geomodelado es la ciencia aplicada de crear representaciones computarizadas de porciones de la corteza terrestre basadas en observaciones geofísicas y geológicas realizadas sobre y debajo de la superficie de la Tierra. Un geomodelo es el equivalente numérico de un mapa geológico tridimensional complementado con una descripción de cantidades físicas en el dominio de interés. [1] El geomodelado está relacionado con el concepto de Modelo Compartido de la Tierra; [2] que es una base de conocimiento multidisciplinaria, interoperable y actualizable sobre el subsuelo.

El geomodelado se utiliza comúnmente para gestionar recursos naturales , identificar peligros naturales y cuantificar procesos geológicos , con aplicaciones principales en yacimientos de petróleo y gas, acuíferos subterráneos y depósitos minerales . Por ejemplo, en la industria del petróleo y el gas , se requieren modelos geológicos realistas como entrada para los programas de simulación de yacimientos , que predicen el comportamiento de las rocas en varios escenarios de recuperación de hidrocarburos . Un yacimiento solo se puede desarrollar y producir una vez; por lo tanto, cometer un error al seleccionar un sitio con malas condiciones para el desarrollo es trágico y derrochador. El uso de modelos geológicos y simulación de yacimientos permite a los ingenieros de yacimientos identificar qué opciones de recuperación ofrecen el plan de desarrollo más seguro y económico, eficiente y efectivo para un yacimiento en particular.

El modelado geológico es una subdisciplina relativamente reciente de la geología que integra la geología estructural , la sedimentología , la estratigrafía , la paleoclimatología y la diagénesis ;

En dos dimensiones (2D), una formación o unidad geológica se representa mediante un polígono, que puede estar delimitado por fallas, discordancias o por su extensión lateral o desnivel. En los modelos geológicos, una unidad geológica está delimitada por superficies trianguladas o cuadriculadas tridimensionales (3D). El equivalente al polígono mapeado es la unidad geológica completamente cerrada, utilizando una malla triangulada. Para el propósito del modelado de propiedades o fluidos, estos volúmenes se pueden separar aún más en una matriz de celdas, a menudo denominadas vóxeles (elementos volumétricos). Estas cuadrículas 3D son el equivalente a las cuadrículas 2D utilizadas para expresar propiedades de superficies individuales.

El geomodelado generalmente implica los siguientes pasos: [3]

  1. Análisis preliminar del contexto geológico del dominio de estudio.
  2. Interpretación de datos y observaciones disponibles como conjuntos de puntos o líneas poligonales (por ejemplo, "palos de falla" correspondientes a fallas en una sección sísmica vertical).
  3. Construcción de un modelo estructural que describe los principales límites de la roca (horizontes, discordancias, intrusiones, fallas) [4]
  4. Definición de una malla tridimensional respetando el modelo estructural para soportar la representación volumétrica de la heterogeneidad (ver Geoestadística ) y resolver las Ecuaciones Diferenciales Parciales que gobiernan los procesos físicos en el subsuelo (por ejemplo, propagación de ondas sísmicas , transporte de fluidos en medios porosos).

Componentes de modelado geológico

Marco estructural

Incorporando las posiciones espaciales de los principales límites de formación, incluyendo los efectos de fallas , plegamientos y erosión ( discordancias ). Las principales divisiones estratigráficas se subdividen a su vez en capas de celdas con diferentes geometrías en relación con las superficies delimitadoras (paralelas a la parte superior, paralelas a la base, proporcionales). Las dimensiones máximas de las celdas están dictadas por los tamaños mínimos de las características que se deben resolver (ejemplo cotidiano: en un mapa digital de una ciudad, la ubicación de un parque de la ciudad podría resolverse adecuadamente con un gran píxel verde, pero para definir las ubicaciones de la cancha de baloncesto, el campo de béisbol y la piscina, se deben utilizar píxeles mucho más pequeños (de mayor resolución).

Tipo de roca

A cada celda del modelo se le asigna un tipo de roca. En un entorno clástico costero , estos pueden ser arena de playa, arena marina de alta energía de agua en la parte superior de la costa , arena marina de energía de agua intermedia en la parte inferior de la costa y limo y pizarra marina de baja energía más profunda . La distribución de estos tipos de roca dentro del modelo se controla mediante varios métodos, incluidos polígonos de límites de mapas, mapas de probabilidad de tipos de roca o emplazamiento estadístico basado en datos de pozos espaciados lo suficientemente cerca.

Calidad del yacimiento

Los parámetros de calidad del yacimiento casi siempre incluyen la porosidad y la permeabilidad , pero pueden incluir medidas del contenido de arcilla, factores de cementación y otros factores que afectan el almacenamiento y la capacidad de transporte de los fluidos contenidos en los poros de esas rocas. Las técnicas geoestadísticas se utilizan con mayor frecuencia para completar las celdas con valores de porosidad y permeabilidad que sean apropiados para el tipo de roca de cada celda.

Saturación de fluidos

Una cuadrícula de diferencias finitas 3D utilizada en MODFLOW para simular el flujo de agua subterránea en un acuífero.

La mayoría de las rocas están completamente saturadas de agua subterránea . A veces, en las condiciones adecuadas, parte del espacio poroso de la roca está ocupado por otros líquidos o gases. En la industria energética, el petróleo y el gas natural son los fluidos que se modelan con mayor frecuencia. Los métodos preferidos para calcular las saturaciones de hidrocarburos en un modelo geológico incorporan una estimación del tamaño de la garganta de los poros, las densidades de los fluidos y la altura de la celda por encima del contacto con el agua , ya que estos factores ejercen la mayor influencia en la acción capilar , que en última instancia controla las saturaciones de los fluidos.

Geoestadística

Una parte importante del modelado geológico está relacionada con la geoestadística . Para representar los datos observados, a menudo no en cuadrículas regulares, tenemos que utilizar ciertas técnicas de interpolación. La técnica más utilizada es el kriging , que utiliza la correlación espacial entre los datos y pretende construir la interpolación mediante semivariogramas. Para reproducir una variabilidad espacial más realista y ayudar a evaluar la incertidumbre espacial entre los datos, a menudo se utiliza la simulación geoestadística basada en variogramas, imágenes de entrenamiento u objetos geológicos paramétricos, por ejemplo [5].

Depósitos minerales

Los geólogos que se dedican a la minería y la exploración de minerales utilizan modelos geológicos para determinar la geometría y la ubicación de los depósitos minerales en el subsuelo de la Tierra. Los modelos geológicos ayudan a definir el volumen y la concentración de minerales, a los que se aplican restricciones económicas para determinar el valor económico de la mineralización . Los depósitos minerales que se consideran económicos pueden convertirse en minas .

Tecnología

El modelado geográfico y el CAD comparten muchas tecnologías comunes. El software se implementa generalmente utilizando tecnologías de programación orientada a objetos en C++ , Java o C# en una o varias plataformas informáticas. La interfaz gráfica de usuario generalmente consta de una o varias ventanas gráficas 3D y 2D para visualizar datos espaciales, interpretaciones y resultados de modelado. Dicha visualización generalmente se logra explotando hardware gráfico . La interacción del usuario se realiza principalmente a través del mouse y el teclado, aunque se pueden utilizar dispositivos señaladores 3D y entornos inmersivos en algunos casos específicos. El SIG (sistema de información geográfica) también es una herramienta ampliamente utilizada para manipular datos geológicos.

Los objetos geométricos se representan con curvas y superficies paramétricas o modelos discretos como mallas poligonales . [4] [6]

Máximos de gravedad

Investigación en Geomodelado

Los problemas relacionados con el Geomodelado cubren: [7] [8]

Historia

En los años 70, el geomodelado consistía principalmente en técnicas cartográficas automáticas en 2D, como el trazado de curvas de nivel, implementadas como rutinas FORTRAN que se comunicaban directamente con el hardware de trazado . La llegada de estaciones de trabajo con capacidades gráficas en 3D durante los años 80 dio origen a una nueva generación de software de geomodelado con interfaz gráfica de usuario que alcanzó su madurez durante los años 90. [11] [12] [13]

Desde sus inicios, el geomodelado ha estado motivado y apoyado principalmente por la industria del petróleo y el gas.

Software de modelado geológico

Los desarrolladores de software han creado varios paquetes para fines de modelado geológico. Dicho software puede mostrar, editar, digitalizar y calcular automáticamente los parámetros requeridos por ingenieros, geólogos y topógrafos. El software actual es desarrollado y comercializado principalmente por proveedores de software de la industria del petróleo y el gas o la minería:

Modelado y visualización geológica
Modelado de aguas subterráneas

Además, los consorcios o empresas industriales están trabajando específicamente para mejorar la estandarización e interoperabilidad de las bases de datos de ciencias de la Tierra y el software de geomodelado:

Véase también

Referencias

Notas al pie

  1. ^ Mallet, JL (2008). Modelos numéricos de la Tierra. Asociación Europea de Geocientíficos e Ingenieros (EAGE Publications bv). ISBN 978-90-73781-63-4Archivado desde el original el 4 de marzo de 2016. Consultado el 20 de agosto de 2013 .
  2. ^ Fanchi, John R. (agosto de 2002). Modelado de la Tierra compartida: metodologías para simulaciones integradas de yacimientos. Gulf Professional Publishing (sello editorial Elsevier). pp. xi–306. ISBN 978-0-7506-7522-2.
  3. ^ Chen, Shang-Ying; Hsieh, Bieng-Zih; Hsu, Kuo-Chin; Chang, Yi-Fei; Liu, Jia-Wei; Fan, Kai-Chun; Chiang, Li-Wei; Han, Yin-Lung (enero de 2021). "Espaciamiento de pozos del doblete en el sitio geotérmico de Huangtsuishan, Taiwán". Geotermia . 89 : 101968. Código bibliográfico : 2021Geoth..8901968C. doi : 10.1016/j.geothermics.2020.101968. S2CID  224972986.
  4. ^ ab Caumon, G., Collon-Drouaillet, P., Le Carlier de Veslud, C., Sausse, J. y Viseur, S. (2009), Modelado 3D de estructuras geológicas basado en superficies, Geociencias matemáticas , 41 (9 :927–945
  5. ^ Cardenas, IC (2023). "Un enfoque bidimensional para cuantificar la incertidumbre estratigráfica a partir de datos de pozos utilizando campos aleatorios no homogéneos". Ingeniería Geológica . 314 : 107001. Bibcode :2023EngGe.31407001C. doi : 10.1016/j.enggeo.2023.107001 . S2CID  255634245.
  6. ^ Mallet, J.-L., Geomodelado, Serie de geoestadística aplicada. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-514460-4 
  7. ^ Caumon, G., Hacia un modelado geológico estocástico que varía en el tiempo (2010), Geociencias matemáticas , 42(5):(555-569)
  8. ^ Perrin, M., Zhu, B., Rainaud, JF y Schneider, S. (2005), Aplicaciones basadas en el conocimiento para el modelado geológico, "Journal of Petroleum Science and Engineering", 47(1–2):89–104
  9. ^ Tahmasebi, P., Hezarkhani, A., Sahimi, M., 2012, Modelado geoestadístico de puntos múltiples basado en funciones de correlación cruzada, Computational Geosciences, 16(3):779-79742
  10. ^ MR Alvers, HJ Götze, B. Lahmeyer, C. Plonka y S. Schmidt, 2013, Avances en el modelado de campos potenciales en 3D EarthDoc, 75.ª conferencia y exposición de la EAGE que incorpora SPE EUROPEC 2013
  11. ^ Historial de gráficos dinámicos Archivado el 25 de julio de 2011 en Wayback Machine.
  12. ^ Origen del software Gocad
  13. ^ JL Mallet, P. Jacquemin y N. Cheimanoff (1989). Proyecto GOCAD: Modelado geométrico de superficies geológicas complejas, SEG Expanded Abstracts 8, 126, doi :10.1190/1.1889515

Enlaces externos