Brevet FR2226673A1 — publié le 19741115

La présente invention concerne la prospection des gisements de pétrole et de gaz naturel. L pétrole, le gaz naturel et leur combinaison. comprennent des composés hydrocarbonés dont la tension de vapour est importante. En conséquence, il se forme une phase gazeuse très mobile qui diffuse à travers la structure terrestre et se dégage dans l1atmosphè:re, formant ainsi un indicateur de la présence d:u pétrole et du gaz naturel. Les techniques classiques de prospection comprennent le déplacement à la surface de la terre d'un magnétomètre qui mesure les variations du champ magnétique local ou des relevés sismiques, destinés à créer des interférences avec des structures souterraines favorables. Les inconvénients de ces techniques sont que leur portée est courte, que l'interprétation de la structure souterraine est délicate et quril existe pas de relation sans ambiguité entre la structure et l'existence d'hydrocarbures.Un autre inconvénidnt de ces techniques est que la présence est nécessaire à la surface de la terre ou dans l'atmosphère, au-dessus de la partie ae la surface qui se trouve au-dessus des gisements. On n'a pas considéré jusqu'ici utilisation de la poursuite de la phase vapeur très mobile ou la combinaison d'une telle poursuite, avec des considérations météorologiques. Par exemple, on n'a pas encore proposé la détermination en direction horizontale de la densité des émanations de la phase vapeur sous le vent dgun gisement d'hydrocarbures, et la locali- sation là OL' o Incident les indications de densité et de diffusion verticale de la phase vapeur à travers la structure terrestre. Aucun brevet ne suggère l'étude d'une phase gazeuse très mobilo par tracé en azimut d'un secteur de variations de densité d'une phase gazeuse, puis tracé horizontal des variations de la densité vers le gisement d'hydrocarbures, et le repérage du gisement à l'emplacement où colncident les variations de densité et de diffusion verticale à partir du gisement. La mesure des hydrocarbures dans les gaz de l'atmosphère et du sol, pour l'indication de renseignements concernant l'exploration des gisements d pétrole et de gaz naturel, est une technique bien connue. On la connaît depuis un certain temps et elle est originale en ce qu'elle permet une mesure directe d'un constituant du gisement recherchés après sa migration vers le haut, vers la surface de la terre, contrairement aux procédés géophysiques habituels (mesure de gravité, magnétométrie, sondages sismiques, etc.) qui concernent essentiellement la structure des formations et ne déterminent la présence du pétrole que par déduction. On a mis au point diverses applications pour l;ex- ploitation de la phase vapeur d'hydrocarbures très mobiles, indiquant la présence de gisements de pétrole et de gaz na- turel. Par exemple, le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 180 983 décrit la détermination de la présence de gi- sements de pétrole par échantillonnage du gaz du sol au voi- sinage de la surface terrestre et analyse de la teneur en méthane qui est l'un des constituants importants et les plus volatils du pétrole et du gaz naturel.Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2 786 144 décrit un appareillage d'analyse de très faibles quantités d'hydrocarbures dans les gaz du sol, cet appareil étant particulièrement destiné à l'exploration pétrolière, et permettant la mesure de l'éthane et des hydrocarbures de poids moléculaire plus élevé, à l'exclusion du méthane qui provient souvent de sources non pétrolières. Bien que les applications décrites concernent les hydrocarbures présents dans le gaz du sol, d'autres concernent la détection des hydrocarbures dans l'atmosphère au voisinage des émanations gazeuses. Par exemple, le brevet des Etats-Unss d'Amérique n 2 165 214 propose la mesure d'hydrocarbures sur de grandes longueurs (plusieurs kilomètres) dans ltat- mosphère, par utilisation de ltabsorption des ondes courtes radio électriques et des ondes lumineuses.Le brevet des Etats- Unis d'Amérique n 3 143 648 décrit l'exploration d'hydrocarbures par détection des émanations gazeuses dans l'atmos- phère, au cours d'un vol suivant des trajets parallèles audessus de la surface explorée Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n' 2 918 57Q décrit l'exploration des gisement. d'hydrocarbures sous l'eau par déplacementsparallèles multipies, perpendiculaires au courant, et par échantillonnage des hydrocarbures dissous provenant d'infiltrations gazeuses. Cependant, aucune de ces études ne suggère la détermination de la phase vapeur pour l'extension importante de la plage d'applications du principe de détection. Selon 11 invention, la prospection des gisements de pétrole et de gaz naturel ayant une phase gazeuse hydro- carbonée qui diffuse à travers la structure terrestre dans ltatmosphère, est réalisée par détection initiale de la phase gazeuse dans ''atmosphère, discrimination entre les variations de densité de la phase gazeuse provenant des gisements de pétrole ou de gaz naturel et provenant de l'atmosphère ambiante, détermination des variatIons horizontales de la densité vers les gisements de pétrole ou de gaz, et repérage des gisements aux emplacements où coïncident le diagramme de densité et la diffusion de la phase gazeuse à travers le structure terrestre à partir du gisement. Les perfectionnements à ce procédés comprennent la réalisation initiale d'un relevé linéaire en aval de la zone à prospecter, la détermination de l'écoulement cata- batique en fonction de la topographie, l'estimation de la dérive atmosphérique globale dans les zones très boisées en fonction de la direction du vent au-dessus de la voute de verdure, l'échantillonnage de la vapeur et de la poussière au cours des relevés, et le tracé de la carte de la structure terrestre adjacente concernant la diffusion de la phase gazeuse à travers la structure terrestre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente sohématiquoment la diffusion dtune phase gazeuse provenant dtun giserent de pétrole ou de gaz naturel, représentée sous forme d'une tache haclu- rée, à travers la structure terrestre e-t dans l'atmosphère, la vapeur étant entraînée par le vent oui forme un panache - la figure 2 est un diagramme illustrant la formation d'inversions de températures à basse altitude, dans les conditions dtécoulement catabatique voulues ou de variations de densité, les abscisses représentant la température et les ordonnées la hauteur - la figure 9 représente schématiquement lt.é- coulement du vent catabatique dans un secteur topographique donné, les traits continus repésentant les lignes de courant, les traits interrompus les lignes de crête, les grandes flèches les vents dans les vallées et les petites flèches les vents latéraux - la figure 4 est un schéma montrant la formation des vents latéraux dans une vallée du secteur de la figure 3 - la figure 5 représente schématiquement le relevé amont suivant l'écoulement du vent catabatique, comme représenté sur les figures 3 et 4, le gisement étant représenté en haut à droite sur le dessin, le panache de vapeur siéta lant vers le bas à gauche - la figure 6 représente schématiquement un axe de relevé sous le vent de la zone à prospecter, le gisement figurant en haut sur le dessin, les grosses flèches blanches représentant le vent - la figure 7 illustre schématiquement la disposition relative du vent supérieur à la volte de verdure et du vent inférieur dans une zone très boisée - la figure 8 illustre schématiquement un relevé linéaire sous le vent du panache vapeur qui se déplace au-dessous de la sotte de verture, en se déplaçant dans son ensemble à partir du gisement représenté en bas à gauche, le panache étant entratné par le vent supérieur à la volte de verdure, le e vent faible et variable qui existe au-dessous de la vcute de verdure étant représenté schématiquement par les petites flèches partant d'un point commun - les figures 9 (a), 9 (b) et 9 (c) représente.snt divers. dispositifs d'échantillòrage de la structure terrestre autour d'un gisement prévu de pétrole ou de gaz naturel, et de mesure des émanations gazeuses en fonction de la diffusion vertical à travers la structure terrestre, la figure 9 (a) représentant un récipient d'échantillonnage dont l'embouchure est introduite dans le sol, la figure 9 (b) représentant un récipient collecteur placé à la surface du sol et la figure 9 (c) représentant un dispositif d'échantillonnage relié à un dispesitif d'aspiration, les grosses flèches blanches représentant le vent et les petites flèches noires les émanations gazeuses :: la figure 10 représente une carte de diffusion gazeuse réalisée suivant les enseignements de la figure 8, les lignes continues représentant les débits égaux d'émana- tions gazeuses les points correspondant à la mesure du débit d'émanations, le trait interrompu délimitant le gisement de pétrole ou de gaz naturel ; et - la figure Il illustre la détection d'anomalies au coeurs d1un échantillonnage à l'aide d'un appareil portatif dans une zone boisée, chaque coté du carré représen- tant 400 m. Le procédé de l'invention concerne la détection et la détermination des nuages d'hydrocarbures gazeux entraînés par l'air dens l'atmosphère, ces nuages provenant de composés de tension de vapeur élevée associes aux gisements de pétrole ou de gaz naturel présents dans le sol et créant une phase do vapeur très mobile qui diffuse à travers la structure d sol dans l'atmosphère, Le gaz entraîné par l'air peut être détecté à l'aide d'observations au-dessus de la surface du sol er des points éloignés du gisement, et ces observations peuvent être reliées à l'emplacement du gisement par des considérations météorologiques.Etant donné la grande diffusibilité de la phase gazeuse à travers le sol, la dé- tection des gisements en profondeur, snas forage, est possible et, étant donné le déplacement d'un nuage gazeux avec le vent après diffusion dans l'atmosphère, 7a détection des gisements peut être réalisée à des distances qu'on considère comme grandes par rapport aux distances couramment utilisées au cours des procédés normaux de prospection De plus, la mise en oeuvre des principes de micrométéorologie permet la mise en oeuvre avantageuse des conditions telles que le rassemblement du vent provenant de grandes régions, si bien que l'analyse glebale d'une région entière est possible par mesure en un seul point. Un élément essentiel de la mise en oeuvre du procédé de l'invention est l'application des connaissances météorologiques concernant la dilution et le déplacement des nuages, pour le certrôle du régime des vents et 1 interprétation des mesures. Les mesures doivent être habituellement réalisées dans les conditions relativement courantes qui provoquent une concentration des produits dans les couches basses de l'atmosphère. On tire par exemple avantage des inversions de températures aux faibles altitudes, dues notamment aux ra diations de la surface du sol comme représenté sur la figure 2. Ainsi, la figure 2 illustre le formation de couches dlair dense et froid près de la surface de la terre, cette formatien commençant au coucher du soleil. De plus, dans ces conditions, un courant d'air catabatique ou de densité apparat et, dans des conditions synoptiques d'anticyclone ayant de faibles gradients de pression géostrophiques, le courant d'air est déterminé par le relief. Le résultat est que le rassemblement du courant catabatique a lieu comme dans le cas du drainage aux lignes de partage des eaux, et des systèmes entiers formés par des vallées peuvent être analysés par mesure à l'embouchure.Des mesures successives en amont dans la vallée élimient progressivement les systèmes auxiliaires ou permettent leur iaentifisation comme participants essentiels. Une étude suivie vers amont dans la vallée permet lziden- tification de la région de la source du nuage donc du gise-- ment responsable. Un relief important n1 est pas nécessaire pour l'appli- cation satisfaisante et on pèut avantageusement utiliser des modifications de la technique de relevé, même dans une région très plate. Par exemple, le contrôle continu en un point fixe pendant un temps suffisamment long pour la caractérisation de toutes les directions des vents permet létude de la région environnante sur des distances de l'ordre de plusieurs kilo- mètres De manière analogur, des mesures continues suivant une ligne de relevé (par exemple suivant une route) permettent l'analyse de la région au vent de la ligne Dans tous les cas cependant, il est nécessaire que les facteurs météorologiques soient considérés avec compétence, car ils règlent l'effi- cavité de la concentration des émanations initiales ainsi que les procédés ultérieurs de déplacement et de dilution par turbulence. Dans certains cas, le développement d'un courant catabatique est inhibé et on doit utiliser d'autres techniques pour la détermination de la direction d'arrivée de la vapeur échantillonnée. En particulier, ce problème se pose en terrain nodérémment ou très boisé. Dans ces conditions, les inversions importantes d'irradiation réduisent fortement la formation de courants de densité. La vitesse du vent sous la volte de verdure est très faible et variable, et elle est en général inférieure à 1,5 km/h. Lorsque le relief ntest pas accentué, la détermination du courant sous la voûte de verdure par ltappareillage ordinaire de détection du vent est pratiquement impossible.Néanmoins, malgré les directions locales apparentes très vaniables du vent sous la voûte de verdure, il existe une dérive moyenne globale de l'air, parallèlement au courant au-dessus de la volte de verdure. Ce comportement est dû au couplage tur bullent entre l'air placé au-dessus de la volte et l'air placé au-dessous, si bien qu'il existe une dérive qui com- mande la direction d'écoulement. Les mrsures de concentration des vapeurs d'hydrocarbures dans les zones très boisées ayant un relief très faible peuvent donc être réalisées vers la source, en fonction de la direction détectée du vent audessus de la volte de verdure. La concentration des hydrocarbures gazeux dans l'atmosphère peut entre mesurée par divers procédés, appropriés aux cas particuliers, Les mesures de la concentration du méthane, de L'éthane, de lXéthylène et d'autres constituants volatils naturels des gisements de pétrole et de gaz, conviennent On peut utiliser divers appareillages, notamment l'absorption infrarouge, avec un chemin optique grand ou court, lors de la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Après détection et localisation générale d'une zone intéressante, le procédé peut entre adapté à la détermination précise de la form du gisement lui-meme. Le tracé de la carte de la surface du sol au niveau de laquelle se produisent les émanations peut entre réalisé par piégeage de la phase vapeur en divers points et mesure de la teneur, l'analyse des ré sultats favorisant la détermination du gisement. Divers appareils conviennent pour la détection, les divers relévés et déterminations et de repérage selon le procédé de l'invention, sans sortir du cadre de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Procédé de prospection de gisements de pétrole et de gaz naturel é partir desquels diffuse une phase vapeur volatioe contenant des hydrocarbures, en direction verticale à travers la structure terrestre, la vapeur pénétrant dans l'atmosphère, ledit procédé comprenant la détection de la phase d'hydrocarbures dans l'atmosphère à proximité de la surface terrestre et dans des conditions catabatiques déterminées par le relief topographique et les inversions de températures, le tracé d1un secteur azimutal d'un courant de densité de vapeurs d'hydrocarbures au-dessus de la sur- face du. sol, le tracé horizontal du courant de densité le long de la surface du sol vers le gisement à partir duquel a diffusé la vapeur, et le repérage du gisement dans la terre, à l'emplacement où coïncident le courant de densité et la diffusion verticale à partir du gisement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend la détection suivant un axe placé sous le vent de la zone prospectée. 3. Procédé selon la revendication 1, caractéris en ce que la prospection est réalisée à partir d'un point fixe par rapport au gisement prévu, la détermination horizontale du courant de densité étant reliée aux conditions ambiantes, et comprenant le repérage d'un gisement prévu à partir d'un point fixe, le courant de densité de la phase gazeuse et la diffusion verticale étant projetés en fonction du vent am- bian-t dans le courant déterminé. 4. Procédé de prospection selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détection est réaliaêe dans une zone très boisée à partir d'un point Fixe par rapport au g::isement, la détermination du courant do densité étant reliée aux conditions ambiantes de vent au-dessus de la voûte de verdure, pour l'estimation de la dérive globale de la masse d'air au-dessous de la voûte de verdure, et comprenant le repérage d'un gisement prévu à partir d'un point fixe, le courant de densité de la phase gazeuse et la diffusion verticale étant projetés en fonction du vent audessus de la voûte de verdure dont dépend le courant au-dessous de la volte de verdure qui doit entre déterminé, 5 Procédé de prospection selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détection est faite dans des zones très boiséen, le long d'une ligne placée en aval de a zone à prospecter, la détermination du courant de densité étant reliée aux conditions de vent ambiant au-dessus de la volte de verdure et permettant l'estimation de la dérive globale de la masse d'air au-dessous de la voûte de verdure, ledit procédé comprenant le repérage d'un gisement prévu à partir d'une ligne de relevé, le courant efficace de la phase gazeuse et la diffusion verticale étant projetés en fonction du vent au-déssus de la voûte de verdure qui est reliée au courant au-dessous de la voûte de verdure lors de la détermination. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'échantillonnage de poussières contenant des vapeurs absorbées, la détermination du courant de densité et l'analyse de la phase gazeuse absorbée par la poussière. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qutil comprend le tracé de la carte de la surface de la struc- turne terrestre autour du gisement prévu et la mesure de la concentration de la phase vapeur en fonction de la diffusion verticale à travers la structure terrestre. 8. Procédé de prospection selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend l'échantillonnage par asplration de l'atmosphère au cours de la détermination du courant de densité et ltanalyse des concentrations de la phase gazeuse. 9. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend la détermination du courant de densité en direction verticale, et l'ar.alyse des concentrations de la phase gazeuse en fonction de l'amplitude du courant de den- sité. 10. Procédé selon la revendication ls, caractérise an ce que la détection est réalisée à partir d'au moins deux points fixes et comprend le repérage d'un gisement prévu par triangule.tion. 11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détection comprend la discrimination entre le courant de densité de la phase vapeur hydrocarbonée provenant des gisements de pétrole et de gaz et le courant ambiant d'hydrocarbures gazeux. 12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé an ce que a détection concerne les constituants volatils de la phase drhydrocarbures. 13. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détection comprend une absorption infrarouge.