Sísmica em furo

Os testes sísmicos “Cross-Hole” prevêem a medida das velocidades das ondas sísmicas entre pelo menos dois furos de sondagem: se energiza um dos dois a uma certa profundidade e se mede no outro, à mesma profundidade, com um geofone triaxial. Para aplicação da metodologia Cross Hole devem ser disponibilizados pelo menos dois furos de sondagem revestidos e bem cimentados, dos quais deve ser conhecida a recíproca distância a todas as cotas de medida. As ondas elásticas podem ser geradas dentro do furo de energização, às diversas profundidades, pela explosão de um cartucho o por um energizador mecânico.

Os impulsos são exaltados por um geofone triaxial posicionado à mesma cota no furo adjacente. A passos constantes geralmente de um metro efetuam-se as energizações e os registros dos sinais gerados para extrair as velocidades de propagação média das ondas de compressão e das ondas transversais em sentido horizontal.

O impulso do “trigger” (tempo zero) é gerado pela abertura de um circuito solidário com o cartucho (no caso da explosão) ou por um sensor específico no caso do energizador mecânico. A explosão, provocando a abertura do circuito, dá início à amostragem da onda sísmica. Esse sistema, mesmo que trabalhoso, garante um preciso momento “zero”.

O procedimento de elaboração dos dados prevê:

• Imissão dos arquivos de dados adquiridos às várias profundidades;
• Decomposição por meio de rotação do plano de oscilação da onda compressiva a partir dos sinais dos dois geofones horizontais. Ao término da operação dispõe-se de um sinal relativo principalmente à componente de compressão e um relativo à componente transversal;
• Composição por rotação da componente transversal apenas obtida com o sinal relativo ao geofone vertical, para procurar a componente transversal total do sinal;
• Definição dos tempos de chegada para as ondas longitudinais e transversais;
• Compilação das tabelas.

A medida da velocidade das ondas transversais é mais complicada das longitudinais e apresenta maiores ambiguidades. Isto deve-se à chegada sucessiva ao geofone deste trem de ondas respeito às ondas longitudinais e, portanto, à sobreposição com fenômenos de interferência.

OBSERVAÇÃO DE FUNDAMENTAL IMPORTÂNCIA
Nenhum teste “Down-Hole” ou “Cross-Hole” terá sucesso se os revestimentos não forem cimentados adequadamente. A cimentação deve ser executada de baixo para acima até o preenchimento total do espaço anular entre o terreno e a tubulação. É oportuna também uma avaliação dos metros cúbicos de cimento efetivamente utilizados e a comparação com o volume previsto.

Medições de inclinação são provas que se realizam em furos de sondagem previamente às medidas sísmicas de tipo “Cross Hole”.

O propósito deste ensaio é efetuar um controle de verticalidade dos furos e verificar a exata distância entre eles a todas às profundidades, para assim efetuar as necessárias correções dos tempos de chegada dos impulsos sísmicos (em milissegundos) em função da exata separação dos furos. O equipamento mede a inclinação, com respeito à vertical, de um sensor colocado dentro do revestimento dos furos a uma determinada profundidade.

O sensor é constituído por um inclinómetro biaxial servo-acelerométrico com campo de medida +/- 14,5° colocado dentro de um tubo de aço sigilado e impermeável: é sustentado por um cabo de aço revestido, o qual vai acoplado a um cabo elétrico perfeitamente isolado em grau de transmitir o sinal medido às diferentes profundidades ao sismógrafo (equipamento de medida) que fica em superfície perto da cabeça do furo, o qual visualiza e registra as inclinações com respeito à vertical na direção dos eixos X e Y.

Os valores medidos são proporcionais ao seno dos ângulos que o sensor mede respeito à vertical na direção dos eixos X e Y. Para reconstruir o andamento e quantificar as diferenças com respeito à vertical nas duas direções X e Y do revestimento do furo é preciso efetuar uma serie de medidas de inclinação a cada 50 cm, tanto durante a descida em furo como durante a ressubida: o resultado deste teste é uma tabela de valores com as distâncias entre os furos às diferentes profundidades.

Os testes sísmicos Down-Hole são realizados com o objetivo de obter uma detalhada estratigrafia vertical da velocidade das ondas sísmicas, tanto compressivas (Vp) como de corte (Vs), que se propagam a partir da superfície do terreno em profundidade.
O terreno é energizado na superfície, em proximidade da cabeça do furo, e o registro ocorre no furo graças a um geofone triaxial colocado a profundidades crescentes. O geofone registra os deslocamentos (traduzidos em forma de impulsos elétricos) ao longo de três direções ortogonais X, Y e Z).

As ondas sísmicas podem ser geradas energizando o terreno na direção vertical ou na direção transversal (paralelamente ao solo). No primeiro caso serão geradas, na maioria, ondas de compressão (ondas P), que se propagam em profundidade e são mais bem registradas pelo geofone vertical (eixo Z). No segundo caso, serão geradas, na maioria, ondas de corte (ondas S), visíveis principalmente pelos geofones com o eixo colocado horizontalmente (eixos X e Y).

As ondas de corte (S) têm velocidades inferiores em relação às ondas de compressão, portanto alcançarão o geofone triaxial quando a primeira frente de onda compressiva já tiver passado. Essa passagem, infelizmente, constitui uma interferência para a leitura das ondas transversais sendo que a componente horizontal do geofone triaxial ainda encontra-se em movimento no momento da chegada da onda S. Portanto, para melhorar a relação entre a energia da onda de compressão P e a energia da onda transversal S a favor dessa última, é realizada uma dupla energização horizontal, com verso oposto. A subtração das formas de onda relativas a essas duas aquisições reduz sensivelmente a componente de compressão presente no sinal.

A medida dos tempos de primeira recepção das ondas sísmicas deve ser realizada com precisão e com um detalhe não inferior ao décimo de milésimo de segundo. Cada atraso entre o momento da energização do terreno e o início do registro no sismógrafo se traduz em um erro significativo nos valores das velocidades medidas.
Para anular todo efeito de atraso, é posicionado um segundo geofone em proximidade do ponto de batida à cabeça do furo. A forma de onda restituída por esse geofone é capturada por um canal do sismógrafo e é analisada separadamente em relação àquele que avança em profundidade, para poder assim avaliar cada possível antecipação ou atraso do trem de onda. O valor do tempo de primeira frente de chegada a este geofone é sempre o mesmo para todas as batidas, e o sinal é rico de altas frequências graças à proximidade com a origem: portanto, o tempo medido é muito preciso. O fechamento de um circuito elétrico é um sistema alternativo que não gera atrasos.
A análise dos dados prevê que as batidas executadas em diversos momentos, avançando em profundidade, sejam usadas para reconstruir um único sismograma, idêntico àquele que teria sido recebido por uma série de geofones, tantos quantas forem as posições de medida no furo.
Em um sismograma são apresentadas as formas de onda relativas ao geofone vertical (eixo Z) e, em outro sismograma, as formas de onda relativas aos geofones horizontais (eixos X e Y). Sendo que se dispõe de dois geofones horizontais (posicionados entre eles a 90º) e apenas de um sismograma, será necessário que as formas de onda venham entre elas compostas seguindo um certo ângulo (diferente de 90º), oportunamente modificado pelo programa de interpretação para procurar o plano de oscilação principal da onda de corte (S).
A progressiva modificação do ângulo de composição entre X e Y, acompanhada pela gráfica em tempo real da forma de onda composta, permite individualizar o valor do ângulo para o qual é mínima a energia da onda de compressão e máxima aquela da onda transversal. Esse valor do ângulo de composição, diferente para cada profundidade, é utilizado para gerar o sismograma que refere-se às ondas de corte (S).

OBSERVAÇÃO DE FUNDAMENTAL IMPORTÂNCIA
Nenhum teste “Down-Hole” ou “Cross-Hole” terá sucesso se os revestimentos dos furos não forem cimentados adequadamente. A cimentação deve ser executada de baixo para acima até o preenchimento total do espaço anular entre o terreno e a tubulação. É oportuna também uma avaliação dos metros cúbicos de cimento efetivamente utilizados e a comparação com o volume previsto.

As pesquisas sísmicas tomográficas permitem reconstruir uma seção bidimensional de velocidade sísmica dos terrenos mediante análise de uma multiplicidade de percursos de ondas sísmicas entre estações transmissoras (correspondentes aos pontos de energização do terreno) e estações receptoras (correspondentes às posições de um alinhamento de geofones equidistantes).

A energização pode-se obter por meio de um cartucho explosivo: o disparo provoca uma frente de ondas esféricas que se propagam no terreno com diversas velocidades em diversas direções dependendo do material atravessado e das suas características físicas. As ondas sísmicas são recebidas e transformadas em impulsos elétricos pelos geofones.
O modelo apresentado na figura acima descreve esquematicamente o traçado e a densidade dos percursos entre estações transmissoras e receptoras utilizados durante a fase de aquisição. Quanto maior é a densidade dos percursos melhor será a precisão na reconstrução bidimensional das velocidades.

Exemplo de tomografia sísmica

(perfil vertical do terreno entre dois furos de sondagem)

A fase sucessiva de elaboração prevê o tratamento de uma grande quantidade de dados representados pelos tempos de primeira chegada aos geofones, tempos que são utilizados para produzir um diagrama de velocidades médias das diferentes porções de terreno em profundidade. Para cada um dos percursos sísmicos é medido o tempo de primeira recepção das ondas de compressão P. No programa de elaboração colocam-se também as posições do disparo e do geofone relativo, medidas em relação a um sistema de referência comum. O número total dos percursos sísmicos analisados corresponde ao número de estações receptoras multiplicadas pelos disparos efetuados.
Os tempos de chegada são elaborados por um modelo matemático associado com um procedimento de inversão SIRT (Simultaneous Iterative Reconstruction Technique-U.S. Bureau of Mines-Minneapolis, 1986).
O programa permite a utilização de fatores de correção e de ajuste das iterações sucessivas. Entre eles:

1. O número de iterações a executar;
2. O intervalo das velocidades sísmicas a analisar;
3. A posição e a dimensão das células;
4. Etc.

Sob indicação do usuário, o programa elabora inicialmente uma grelha (grid) bidimensional de células à qual é possível atribuir uma velocidade sísmica inicial.
A partir dessas velocidades, o modelo matemático, modificando os valores de velocidade inicial de cada uma das células, procura reduzir a diferença existente entre os percursos calculados das ondas sísmicas e aqueles realmente medidos no terreno.
O programa executa o número de iterações necessárias para reduzir o erro quadrático médio abaixo do valor pré-estabelecido pelo usuário. A cada iteração são recalculados os segmentos dos percursos sísmicos, são variadas as velocidades de cada células e é aplicado um ajuste oportuno.
Ao término das iterações é obtido um modelo de velocidade sísmica do terreno compatível com as medições experimentais.