Visualiser les gisements pétroliers grâce à l'imagerie sismique 3D
Publié par Adrien le 15/04/2016 à 12:00
Source: CNRS-INSU
Des outils de modélisation et d'imagerie sismique ont été développés dans le cadre d'une collaboration interdisciplinaire regroupant des géophysiciens, des mathématiciens et des informaticiens de Géoazur à Sophia Antipolis, d'ISTerre et du LJK de Grenoble, dans le cadre du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration...) SEISCOPE et de l'Université de Toulouse (Cette page est consacrée au PRES Université de Toulouse. Pour les pages sur les universités voir Université Toulouse I, Université Toulouse II-Le Mirail, Université Toulouse III;...) (IRIT) et du LIP de Lyon dans le cadre du projet MUMPS pour effectuer un cas d'étude visant à imager en 3D un réservoir pétrolier (Un pétrolier est un navire citerne servant à transporter le pétrole ainsi que ses dérivés (essence). Pour le transport d'autres liquides, les navires...) norvégien localisé en mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) du Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.). Les moyens de calcul utilisés ont été mis à disposition par le mésocentre de calcul SIGAMM hébergé par l'Observatoire de la Côte d'Azur. Ces travaux ont été publiés dans la revue Geophysical Journal International.

L'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par...) sismique des propriétés physiques du sous-sol a des applications majeures dans de multiples domaines tel que le génie civil (Le Génie civil représente l'ensemble des techniques concernant les constructions civiles. Les ingénieurs civils s’occupent de la conception, de la réalisation, de l’exploitation et de la...), l'aléa sismique, l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.), la surveillance des zones de stockage et de manière générale pour l'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) géophysique de zones géodynamiques à différentes échelles d'exploration.

La zone étudiée, d'une superficie (L'aire ou la superficie est une mesure d'une surface. Par métonymie, on désigne souvent cette mesure par le terme « surface » lui-même (par exemple, on parle...) de 145km pour une profondeur maximale de 4.5km sous 70m de profondeur d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), est un réservoir difficile à caractériser car il présente des zones de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à occuper...) dans la couverture sédimentaire pouvant former localement un nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en suspension dans l’atmosphère. L’aspect d'un nuage...) de gaz entre 1km et 1.5km de profondeur. Le dispositif d'acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un bien.) sismique est formé par une série de câbles sous-marins instrumentés avec 2 300 hydrophones ayant enregistré les signaux sismiques générés par 50 000 sources explosives.

Une imagerie profonde haute résolution en présence de gaz


Images du réservoir paramétrées par la vitesse de propagation verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le fil à plomb.) des ondes sismiques. (a-b) Vues en perspective recoupant le nuage de gaz (a) et sa périphérie (Le mot périphérie vient du grec peripheria qui signifie circonférence. Plus généralement la périphérie désigne une limite éloignée d'un objet ou d'une...) (b). (c-e) Coupes horizontales à 175m, 500m et 1km de profondeur à travers un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit...) de chenaux fluvioglaciaires (c), les sillons laissés par des icebergs dérivants (structures linéiques) et le nuage de gaz(e). En (a), les flèches blanches indiquent le réflecteur marquant la base du crétacé. En (e), les deux lignes tiretées positionnent les deux coupes (Y-Z) en (a-b).

Les images 3D du réservoir pétrolier représentées sur la Figure 1 révèlent des structures de faibles dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de révolution.) telles que des chenaux fluvioglaciaires sableux à 175m de profondeur (Figure 1c) et les scarifications laissées sur le paleo-fond de mer par des icebergs dérivants à 500m de profondeur (Figure 1d). Une large zone de faible vitesse délimite la géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis...) du nuage de gaz (Figure 1a,e) en périphérie duquel un réseau de fractures est identifié (Figure 1b,e). L'image d'un réflecteur profond, délimitant la base du crétacé sous le réservoir crayeux (Figure 1a,b, flèches blanches), est particulièrement bien identifiable malgré l'écran (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent les informations saisies ou demandées par l'utilisateur et générées ou restituées par l'ordinateur, sous forme de texte...) formé par le nuage de gaz sus-jacent qui s'oppose à la pénétration des ondes sismiques.


Modélisation sismique. (a) Partie réelle des données sismiques monochromatiques (fréquence 7Hz) enregistrées par le capteur (Un capteur est un dispositif transformant l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable exemple : une tension...) dont la position est fournie sur la Figure 1. (b) Données synthétiques calculées numériquement dans le modèle obtenu par FWI (Figure 2). Ces données synthétiques reproduisent de manière satisfaisante l'amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) et la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) enregistré (a).
Cette imagerie sous écran est rendue possible car la FWI (Full Waveform Inversion) vise à corriger tous les effets de propagation des ondes (La propagation des ondes est un domaine de la physique s'intéressant aux déplacements des ondes électromagnétiques dans les milieux. On distingue généralement deux catégories de propagation :) (les temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) de trajet mais aussi les amplitudes) pour les traduire en propriétés géophysiques via la modélisation numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à une information...) complète des champs d'ondes sismiques. L'accord obtenu à l'issue de la FWI entre un champ d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière....) enregistré sur le fond de la mer lors de la campagne (La campagne, aussi appelée milieu rural désigne l'ensemble des espaces cultivés habités, elle s'oppose aux concepts de ville, d'agglomération ou de milieu urbain. La campagne est caractérisée par une faible...) d'acquisition et le champ d'onde calculé lors de ces modélisations est illustré sur la Figure 2 pour une fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot fréquence sans précision, on...) de 7Hz.

Vers une description plus réaliste des milieux géologiques

Le développement conjugué (En mathématiques, le conjugué d'un nombre complexe z est le nombre complexe formé de la même partie réelle que z mais de partie imaginaire opposée.) des moyens de calcul, des technologies d'acquisition sismique et des méthodes d'analyse numérique ont permis de révéler le potentiel de la méthode FWI pour construire des modèles du sous-sol haute résolution quantitatifs. Néanmoins, l'imagerie présentée ici ne reconstruit qu'une propriété physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la...) du sous-sol, en l'occurrence, la vitesse de propagation verticale.

L'enjeu actuel de cette méthode est de prendre en compte, dans la modélisation sismique, une physique des ondes aussi réaliste que possible. Un deuxième enjeu est de reconstruire plusieurs classes de paramètres (vitesses de propagation, densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure...), atténuation (Perte d'intensité et amplitude d'un signal...), anisotropie) intervenant dans la description du milieu géologique.

Pour illustrer ce propos, un examen détaillé de la Figure 2 révèlerait que les amplitudes calculées sont surestimées comparativement aux amplitudes observées lorsque le champ d'onde se propage à travers le nuage de gaz, suggérant ainsi l'empreinte significative des phénomènes d'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux d'énergie électronique. Le photon est...) dans des environnements géologiques chargés en gaz. Par conséquent, imager un paramètre (Un paramètre est au sens large un élément d'information à prendre en compte pour prendre une décision ou pour effectuer un calcul.) décrivant les effets d'absorption mais aussi de dispersion (La dispersion, en mécanique ondulatoire, est le phénomène affectant une onde dans un milieu dispersif, c'est-à-dire dans lequel les différentes fréquences constituant l'onde ne se...) générés par l'atténuation sismique figure parmi les travaux en cours des chercheurs.
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