Autor: Jorge Alfonso Mendoza Amuchástegui Fecha: inexistente

1. E'
El Desarrollo Tecnológico y la Investigación en Sismología de
Exploración Petrolera en México
Jorge Alfonso Mendoza Amuchástegui
RESUMEN
En este trabajo se presenta una reseña de la evolución del desarrollo tecnológico
y la investigación aplicada en Sismología de Exploración en nuestro país, con
enfoque en el procesamiento de datos sísmicos. Como antecedentes se
mencionan aportaciones en diferentes temas que han sido relevantes para mejorar
la interpretabilidad de los datos. Un análisis de la realidad actual revela que la
investigación en sismología de exploración se está formalizando. Sin embargo,
expone algunas limitaciones que debemos superar. A futuro se tiene la
perspectiva de un esfuerzo común PEMEX-IMP para lograr cierta independencia
tecnológica en áreas estratégicas, y para apoyar en la formación de especialistas
en sismología de exploración petrolera, que junto con los profesionales más
experimentados coadyuven a la definición de las mejores alternativas de
exploración y explotación de los yacimientos de hidrocarburos en México.
INTRODUCCIÓN
La sismología de exploración petrolera busca definir, con imágenes, aspectos de
la geometría del subsuelo y de sus propiedades materiales. Por esta razón se ha
convertido en herramienta fundamental en el proceso de exploración, así como
para la caracterización de yacimientos de hidrocarburos.
En nuestro país, el uso de la sismología como método de localización de
condiciones favorables para el entrampamiento de hidrocarburos se remonta a los
inicios de la exploración petrolera en México. A partir de entonces, y hasta que
Petróleos Mexicanos canceló su última brigada de adquisición de datos sísmicos

2. (a prin'cipios de la década de los ochentas), la mayor parte del desarrollo en
sismología de exploración petrolera en México se había hecho en el diseño de
levantamientos de campo. Este trabajo presenta, desde un punto de vista
personal, los avances que se han tenido en el ámbito del procesamiento de datos
sísmicos, la realidad actual del desarrollo y la investigación en el área y, con base
en ello, probables perspectivas a futuro, tomando como referencia la evolución de
los programas de investigación institucionales en el IMP.
ANTECEDENTES
En un principio, la necesidad de resolver problemas sobre la marcha fué el
principal motor para el desarrollo tecnológico en Sismología de Exploración
petrolera. Anterior a la creación de la carrera de Ingeniero Geofísico en la
Universidad Nacional Autónoma de México, y en el Instituto Politécnico Nacional,
las principales contribuciones se dieron en Petróleos Mexicanos (PEMEX), en el
ámbito del diseño de adquisición de datos en el campo, con algunas
contribuciones al procesamiento de datos sísmicos (Aguilera et al., 1970).
En 1970, se creó el Centro de Procesamiento Geofísico (CPG) del Instituto
Mexicano del Petróleo (IMP), con el propósito principal de procesar información
sísmica y de métodos potenciales para PEMEX, usando paquetería comercial de
la compañía Western Geophysical y desarrollando programas para complementar
la parte de gravimetría y magnetometría. Con el advenimiento y súbita popularidad
de los primeros métodos para tratar de identificar condiciones de acumulación de
hidrocarburos a partir de la amplitud sísmica, se iniciaron los primeros intentos de
desarrollo tecnológico en el CPG, motivados por la falta de paquetería comercial
para acondicionar o dar validez a los nuevos procesos. Tal fue el caso del
proyecto de desarrollo e implantación del procesamiento de ondícula, que fue
establecido por PEMEX como un requisito para aceptar los primeros procesos de
inversión (pseudo velocidades) y los atributos de traza compleja. El proyecto en
cuestión se desarrolló durante 1985 y parte de 1986, dando por resultado la
primera serie de programas de procesamiento sísmico especial, desarrollados

3. para un ambiente de producción (computadora IBM 370 con procesador de
arreglos IBM 3838). El primer conjunto de datos procesado por ondícula, en un
ambiente de producción, fue el del proyecto Ciudad de México encomendado a
PEMEX por el Departamento del Distrito Federal en 1986.
El desarrollo del proceso de ondícula desencadenó una serie de esfuerzos de
desarrollo e investigación en la parte fundamental de dicho proceso: la estimación
de la forma del pulso sísmico. De 1986 a 1988 hubo algunas contribuciones
surgidas del CPG relativas a la experimentación con sistemas homomórficos
(Mendoza Amuchástegui, 1985) y con esquemas no convencionales de
deconvolución. Durante este tiempo, la incipiente parte de investigación y
desarrollo del CPG estableció un vínculo de cooperación no oficial con el área de
Nuevas Técnicas de PEMEX, que se encargaba del monitoreo e incorporación de
tecnología reciente a la parte de Exploración y Producción de Petróleos
Mexicanos. Como resultado de esta cooperación se realizaron algunos avances
en la determinación de modelos de atenuación y la aplicación de filtrado inverso
de atenuación sísmica (Pérez Cruz y Zamora Gutiérrez, 1987; Mendoza
Amuchástegui, 1987).
El desarrollo logrado en el IMP en los métodos de deconvolución sísmica originó el
primer proyecto oficial de desarrollo e investigación patrocinado por PEMEX: se
encargó al CPG el proyecto, "Atenuación de Reflexiones Múltiples en Áreas
Marinas (Navarro Rodríguez y Mendoza Amuchástegui, 1989). A partir de este
proyecto, la atenuación de múltiples ha permanecido como un área de gran interés
para PEMEX, y ha habido contribuciones recientes explorando técnicas de
remuestreo espacial y transformada de Radon (Cruz Mercado y Mendoza
Amuchástegui, 1998).
En 1988 el IMP creó internamente el Sistema de Investigadores Numerarios (SIN),
con el que se hizo oficial por primera ocasión el apoyo institucional a la
investigación y desarrollo. El SIN evolucionó para convertirse en un programa
institucional de estímulos para investigadores y especialistas en 1997. El resultado
del apoyo institucional en el área de Sismología de Exploración fue inmediato: el

4. grupo de desarrollo del CPG creció y los temas de interés se diversificaron, pero
siempre dentro del ámbito del procesamiento de datos. Como ejemplo de esto,
tenemos contribuciones en las áreas de mejoramiento de la relación señal/ruido
(Gómez Ruiz et al., 1996, Mendoza Amuchástegui y Espinosa Ortega, 1996),
modelado numérico de propagación de ondas (Mendoza Amuchástegui, 1996),
tomografía sísmica entre pozos (Ramírez Cruz y Mendoza Amuchástegui, 1992;
Malagón Montalvo y Mendoza Amuchástegui, 1994; Mendoza Amuchástegui y
Ramírez Cruz, 1994), identificación de patrones de amplitud y frecuencia sísmicas
relacionados con la acumulación de hidrocarburos (Ramírez Cruz, 1990; Ramírez
Cruz et al., 1996; Lozada Zumaeta y Ronquillo Jarillo, 1996), y más recientemente,
en el tema de representación sísmica (Chávez Pérez et al., 1998; Mendoza
Amuchástegui et al., 1998) y estimación de velocidades de migración (Gómez
Gómez et al., 1998; Castillo Covarrubias et al., 1999). Las Figuras 1 a 4 muestran
algunos ejemplos de los resultados obtenidos.
De 1991 a 1993 PEMEX patrocinó al IMP 10 proyectos de desarrollo y a partir de
1995 hasta 1998, bajo el esquema de los llamados "proyectos FIDEPEMEX"
(Fondo de Investigación y Desarrollo), la Subdirección de Tecnología y Desarrollo
Profesional (STDP) de PEMEX Exploración y Producción financió al IMP un
promedio de 3 proyectos por año para la asimilación de nuevas tecnologías en
Sismología de Exploración. Durante estas etapas, se establecieron vínculos
formales de investigación con instituciones como los Laboratorios Aliados de
Geofísica de la Universidad de Houston (tomografía de pozo a pozo, modelado
físico y diseño de adquisición de datos 3D), el Instituto de Investigación en
Matemáticas Aplicadas y Sistemas de la UNAM (problemas inversos y
optimización), y el Centro de Investigación Avanzada de Houston (representación
sísmica 3D y análisis de amplitud contra distancia o AVO 3D). Los proyectos
desarrollados han contribuido a la formación de recursos humanos, tanto de
licenciatura (Ingeniería Geofísica), como de maestría en Ingeniería (Exploración
de Recursos del Subsuelo).

5. REALIDAD ACTUAL
Desde mediados de la década de los noventa, y después de un exhaustivo
análisis interno y de su entorno, PEMEX ha decidido asumir el papel de seguidor
fuerte de tecnología, asimilando e incorporando tecnologías criticas en todos los
ámbitos de su interés, siendo la Sismología de Exploración una de las áreas más
fortalecidas debido a su importancia estratégica. Por otra parte, a partir julio del
2000, el IMP se convirtió en el primer Centro Público de Investigación del país,
retomando oficialmente los objetivos originales de su creación en el año de 1965.
Anterior a esta designación, y desde enero de 1999 se han instaurado programas
institucionales de investigación en áreas específicas, y cada uno de ellos está
enfocado hacia el cumplimiento de metas y tareas que contribuyen en forma
conjunta a lograr objetivos bien definidos al nivel de programa. Estos objetivos son
de mediano y largo plazo, y están de acuerdo con necesidades particulares
identificadas conjuntamente con PEMEX.
El Programa de Investigación en Yacimientos Naturalmente Fracturados (YNF) es
uno de los programas institucionales del IMP, y sus objetivos incluyen
investigación aplicada y desarrollo en las áreas de caracterización estática,
caracterización dinámica, simulación numérica y explotación avanzada de ese tipo
de yacimientos. De acuerdo con lo anterior, la investigación en métodos sísmicos
podría incidir en tres de ellas, exceptuando la parte de simulación numérica.
Actualmente se están llevando a cabo tres proyectos de sismología de exploración
dentro del programa YNF:
- "Caracterización Estática de Yacimientos Carbonatados Usando Atributos
Sísmicos y Modelado Matemático", con duración de tres años, de septiembre
de 1999 a agosto de 2002. El objetivo de este proyecto es desarrollar y aplicar
modelos matemáticos, sísmicos y atributos sísmicos integrados con la física de
rocas en la caracterización estática de yacimientos carbonatados.

6. "Sismología de Alta Resolución Para la Exploración y Explotación de
Yacimientos Naturalmente Fracturados", con duración de tres años, de enero
de 2000 a diciembre de 2002. Los objetivos de este proyecto son, de acuerdo
con el Plan Estratégico de YNF: 1. Mejorar la habilidad para identificar
sistemas de fallas y fracturas; 2. Estimar propiedades petrofísicas a partir de
datos sísmicos de superficie y de pozo a pozo. Una de las expectativas fuertes
de este proyecto consiste en poder llenar el vacío tecnológico que tenemos en
México en cuanto al uso de la sismología de pozo como una herramienta que,
por su grado de resolución (Figura 5), es indispensable para entender mejor las
características físicas de los yacimientos de hidrocarburos.
"Uso de la Sismología Multicomponente Para la Caracterización de
Yacimientos Naturalmente Fracturados". Los objetivos de este proyecto son: 1.
Desarrollar un esquema de diseño experimental de adquisición de datos
sísmicos a partir del cual pueda obtenerse una resolución óptima para la
estimación de propiedades del yacimiento, dentro de los límites impuestos por
los datos medidos y las condiciones físicas del método; 2. Probar diferentes
metodologías para la estimación de litología a partir de una imagen compuesta
que considera diferentes modos de propagación sísmica, la densidad de
fracturas y su orientación; 3. Instrumentar un procedimiento general para la
caracterización de yacimientos que incorpore el diseño experimental,
procesamiento de datos, inversión enfocada a objetivos, y el uso de la
información geológica disponible primariamente del pozo; 4. Ser pioneros en el
uso de los datos sísmicos multicomponentes para caracterizar los yacimientos
fracturados en México.
En los proyectos arriba mencionados, están trabajando un total de 16
investigadores: 9 con doctorado, 6 con maestría y 1 con licenciatura. También se
cuenta con 3 estudiantes de posgrado realizando tesis de grado (2 de maestría y 1
de doctorado).
Investigadores del programa YNF participan activamente en los programas de
licenciatura y posgrado de la Facultad de Ingeniería de ¡a UNAM, como profesores

7. de asignatura y en el diseño de cursos (Chávez Pérez y Mendoza Amuchástegui,
1999).
Esta situación, aparentemente ideal para el desarrollo de la investigación aplicada
en Sismología de Exploración tiene, sin embargo, una realidad que enfrentar: la
escasez de recursos humanos con entrenamiento y experiencia en investigación
formal. Afortunadamente, algunos profesionales que han estado estudiando
Maestrías y Doctorados han comenzado a regresar a la institución, incrementando
así el potencial de investigación en el área. Adicionalmente, la asimilación de
especialistas en sismología (aunque no necesariamente de exploración)
provenientes de instituciones académicas, tanto de México como del extranjero, es
un recurso socorrido para tratar de subsanar las deficiencias. Actualmente,
instituciones académicas como la UNAM, a través del Instituto de Geofísica y de la
División de Estudios de Posgrado de la Facultad de Ingeniería, y el Centro de
Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE) están
haciendo sus primeras incursiones en temas de sismología de exploración, sin
embargo, la realidad es que estas instituciones se encuentran rezagadas en
infraestructura y no cuentan con personal especialista suficiente para hacerse
cargo completamente de la parte de investigación básica.
Ar PERSPECTIVAS A FUTURO
El énfasis de la investigación en Sismología de Exploración petrolera en México
está en el el desarrollo de aplicaciones industriales que puedan convertirse en
productos tangibles que beneficien principalmente a la industria petrolera nacional.
Desde este punto de vista, debe de considerarse a futuro un involucramiento de
PEMEX cada vez mayor en los proyectos de investigación para asegurar la
convergencia de los resultados hacia tecnologías propias de alto nivel. Asimismo,
el IMP debe fomentar la formación de "desarrolladores" para convertir los
resultados de investigación en aplicaciones, además de contar con procesos
formales de transferencia tecnológ ¡ca.

8. Una visión a futuro, tomando como referencia la evolución de los programas de
investigación institucionales en el IMP, consiste en que cada vez es mayor la
tendencia de crear grupos interdisciplinarios de investigación, dedicados a cumplir
con objetivos de mediano y gran alcance. Esto no debe dejar de lado, sin
embargo, el fomentar la creación de grupos internos dependientes de áreas
específicas, que tengan una visión más puntual de la tendencia de la investigación
aplicada. Un ejemplo de esta visión consiste en la propuesta de creación del
Grupo de Sismología de Exploración y Producción (GSEP, Figura 6) del IMP, cuyo
objetivo sería encargarse de disponer, asimilar, integrar y desarrollar tecnologías
para apoyar al IMP y a PEMEX Exploración y Producción (PEP) en estudios
especializados y en trabajos de investigación. Los alcances del GSEP serían
desarrollar tecnologías de sismología que permitan definir las mejores alternativas
de exploración y producción de los yacimientos de PEP, investigar temas
específicos de sismología de exploración y producción, y transferir eficientemente
al IMP y a PEP las tecnologías asimiladas, adaptadas y desarrolladas, así como
los resultados de proyectos de investigación.
Por otra parte, debemos de buscar esquemas eficientes para reforzar la capacidad
de las instituciones de educación del país para realizar investigación en
Sismología de Exploración, y que este apoyo redunde a mediano plazo en una
situación ideal en la que la industria financie (a través de consorcios o esquemas
similares) la investigación básica de alto nivel, y ésta se convierta en tecnología
útil dertro de los grupos de desarrolló de la industria. Este es uno de los mayores
retos que debemos enfrentar en un futuro cercano.
CONCLUSIONES
Los primeros desarrollos de la sismología de exploración petrolera se dieron en
PEMEX diseñando la adquisición de datos sísmicos en el campo, con algunas
contribuciones al procesamiento de datos sísmicos. Los primeros métodos
indicadores directos de hidrocarburos a partir de la amplitud sísmica fueron el
detonante para que se efectuaran los primeros desarrollos y adaptación de

9. tecnología, tanto en el CPG del IMP, como en el área de Nuevas Técnicas de
PEMEX. Los temas han comprendido desde el incremento de resolución de la
señal sísmica, hasta métodos aproximados de migración tridimensional en
profundidad antes de apilar.
En la realidad actual, se tiene a PEMEX que ha decidido ser seguidor fuerte de
tecnologías críticas y al IMP convertido en Centro Público de Investigación del
país. En el IMP, los programas institucionales de investigación incluyen al
programa YN1-, donde se encuentra concentrado el esfuerzo presente de
investigación y desarrollo en Sismología de Exploración. En este esfuerzo, y a
pesar de las limitaciones inherentes a la falta de recursos humanos y de
infraestructura, están cifradas las esperanzas de lograr tecnología propia, que
pueda satisfacer necesidades de la industria petrolera nacional.
En una etapa siguiente se tiene la visión de que PEMEX tenga un alto grado de
participación en los proyectos de investigación, y que en el IMP existan
mecanismos eficientes de transferencia tecnológica para convertir los resultados
de investigación en tecnología de alto nivel. Se tiene la perspectiva de la
investigación y desarrollo con objetivos de gran alcance generados a partir de
grupos multidisciplinarios, pero sin descuidar la investigación puntual en temas
particulares.
Finalmente, el desarrollo y la investigación en Sismología de Exploración
petrolera, deben tener como objetivo coadyuvar a la definición de las mejores
alternativas de exploración y explotación de los yacimientos de hidrocarburos en
México.
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200 300
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304m
304m
Configuración de Adquisición.
H
a) Adquisición pozo a pozo. b) Tomograma de velocidad de ondas P
FIG, 3. Tomografía sísmica de pozo a pozo (Mendoza Amuchástegui y Ramírez
Cruz, 1994)
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FIG. 4. Migración 3D en dos pasos, en profundidad, antes de apilar. Subconjunto
de datos del prospecto Coatzacoalcos 3D (Mendoza Amuchástegui et al.,
1998).

15. lmm
1
o-tD
Q) -5
km~
EE
1104
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hOlOu
(u)
(u) -1
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Resolución Vertical
1cm 10cm im lOm lOOm 1km
FIG.5. Nivel de resolución de los métodos geofísicos contra el tamaño del
yacimiento (cortesía de Jerry Harris, Universidad de Stanford, 1999).
Proyectos GSEP
Propagaciónde Análisis de amplitud Migi CiÓfl, Sismo/o qía
ondas en medios contm distancia tomogratía e multkomponente,
heterogéneos y atributos sísmicos inveisión 3Dy4D
FIG. 6. Temas estratégicos de investigación y desarrollo en sismología de
exploración y producción.

16. El Desarrollo Tecnológico y la Investigación en Sismología de
Exploración Petrolera en México
Jorge Alfonso Mendoza Amuchásteguj
RESUMEN
En este trabajo se presenta una reseña de la evolución del desarrollo tecnológico
y la investigación aplicada en Sismología de Exploración en nuestro país, con
enfoque en el procesamiento de datos sísmicos. Como antecedentes se
mencionan aportaciones en diferentes temas que han sido relevantes para mejorar
la interpretabjjjdad de los datos. Un análisis de la realidad actual revela que la
investigación en sismología de exploración se está formalizando. Sin embargo,
expone algunas limitaciones que debemos superar. A futuro se tiene la
perspectiva de un esfuerzo común PEMEX-lMp para lograr cierta independencia
tecnológica en áreas estratégicas, y para apoyar en la formación de especialistas
en sismología de exploración petrolera, que junto con los profesionales más
experimentados coadyuven a la definición de las mejores alternativas de
exploración y explotación de los yacimientos de hidrocarburos en México.