Brevet FR2558602A1 — publié le 19850726

"PROCEDE D'OBTENTION ET DE TRAITEMENT INFORMATIQUE DE DONNEES SISMIQUES RELEVEES AUPRES D'UN PUITS D'EXPLORATION". L'invention concerne l'acquisition et le traitement de données sismiques obtenues à partir d'émetteurs d'ondes sismiques et de récepteurs d'ondes sismiques descendantes ou montantes, disposés les uns en surface près d'un puits d'exploration, les autres dans le puits d'exploration en une succession de points d'acquisition. On peut aussi bien installer un appareil émetteur en surface et descendre un appareil récepteur dans le puits ou installer un appareil récepteur en surface et descendre un appareil émetteur dans le puits. Généralement, on descend un seul appareil dans le puits et on le bloque eontre la paroi du puits au moyen d'un bras mobile en une succession d'emplacements qui constituent les dits points 1 0 d'acquisition. Les méthodes actuellement utilisées prévoient toutes de disposer dans le puits d'exploration un ensemble de points d'acquisition écartés les uns des autres d'une distance inférieure à une distance limite déterminée pour éviter l'ambigiité dite "aliasing" sur le déphasage des ondes sismiques reçues par les appareils récepteurs. I1 en résulte un coût élévé ear les opérations de sismique, qui mobilisent du personnel et un matériel importants, sont ainsi très longues. En outre, on n'arrive pas toujours à la précision souhaitée car on est amené, dans la détermination de la dite distance limite, à ne pas tenir compte de toutes les ondes et notamment de l'onde dite de tube, afin de ne pas multiplier exagérément les points d'acquisition. Un objeetif de l'invention est de réduire le nombre de points d'acquisition nécessaires à une même qualité de mesure. Un objectif de l'invention est aussi de donner une grande-latitude dans la répartition - de ces points d'aequisition afin de pouvoir privilégier certaines zones et y atteindre une plus grande précision que celle atteinte jusqu'ici. On est parti, pour la réalisation de ces objectifs, d'une analyse des raisons qui rendent les méthodes connues si contraignantes et l'on a découvert que l'erreur de ces méthodes consiste à mettre l'accent sur le filtrage en cohérence et à lui subordonner la séparation des ondes descendantes et montantes, ces deux opérations étant effectuées à la fois, ce qui, en particulier, incite à multiplier le nombre de points d'acquisition, sans bénéfiee appréciable pour la qualité de la mesure. L'approche selon l'invention est entièrement différente: elle consiste à organiser la 2 25,8602 séparation des ondes de manière optimale indépendamment du filtrage en cohérence. Un objet de l'invention est ainsi un procédé d'obtention de données sismiques relevées auprès d'un puits d'exploration à partir d'une installation d'acquisition de données sismiques qui comprend des appareils d'acquisition de données sismiques (émetteurs d'ondes sismiques et récepteurs d'ondes sismiques descendantes ou montantes provenant de ces émetteurs, disposés les uns en surface près du puits d'exploration et les autres dans le puits d'exploration en une succession de points o10 d'acquisition) et à. partir d'une installation de traitement des données sismiques fournies par l'installation d'acquisition, qui sépare les ondes descendantes d'une part et les ondes montantes d'autre part et effectue un filtrage en cohérence de ces ondes, caractérisé en ce que les dits points d'acquisition sont répartis en au moins deux groupes comprenant chacun une pluralité de points d'acquisition se succédant à des intervalles égaux inférieurs à une distance limite déterminée pour éviter l'ambigilité ("aliasing"') sur le déphasage des ondes sismiques reçues par les appareils récepteurs tandis que les deux points d'acquisition adjacents apppartenant respectivement à l'un et à l'autre des deux groupes sont écartés d'une distance supérieure à la dite distance limite et en ce que l'installation de traitement opère la séparation des ondes descendantes et des ondes montantes parmi les ondes relatives à un même groupe. Le filtrage en cohérence s'effectue alors de préférence après séparation des ondes, sur l'ensemble des ondes descendantes relatives à tous les groupes d'une part et sur l'ensemble des ondes montantes relatives à tous les groupes d'autre part. Un premier filtrage grossier peut aussi être installé simultanément à la séparation des ondes sur les ondes descendantes et montantes d'un même groupe. On remarquera également que l'opération de séparation des ondes entraîne en elle-même un certain filtrage en cohérence. La visualisation du relevé sismique obtenu selon le procédé défini cidessus peut être améliorée selon un autre objet de l'invention en effectuant une interpolation en fonction de la profondeur séparément sur les ondes descendantes et sur les ondes montantes après leur séparation et leur filtrage en cohérence. On va expliquer plus en détail le procédé objet de l'invention en se référant au dessin joint dans lequel: - la Fig. 1 représente schématiquement un puits d'exploration et une installation d'acquisition de données sismiques; - la Fig. 2 représente deux ondes de même origine arrivant en deux points d'acquisition respectivement; - la Fig. 3 est un schéma de l'organisation du traitement des enregistrements et la Fig. 4 est l'organigramme des opérations successives effectuées; - les Fig. 5 et 6 sont des matrices intervenant dans le traitement; - la Fig. 7 représente une matrice avec des opérateurs de séparation d'ondes; et - la Fig. 8 est un schéma de filtrage en cohérence dans le domaine de Fourier à 2 dimensions appelé f-k. Dans l'installation d'acquisition de données sismiques représentée sur la Fig. 1, on a supposé qu'un organe émetteur d'ondes sismiques i était disposé à la surface 2 tandis qu'un organe récepteur d'ondes sismiques 4 était descendu dans le puits 3 à l'aide d'un câble électroporteur 5 relié à un camion 6 par l'intermédiaire des moyens d'enregistrement des données sismiques transmises par l'organe récepteur 4 et éventuellement des moyens de traitement de ces données, ces moyens de traitement pouvant également être, en totalité ou en partie, disposés en un lieu éloigné tel qu'un laboratoire. Commelon l'a déjà dit, les positions de l'organe émetteur et de l'organe récepteur pourraient être interverties. On a figuré, outre l'emplacement actuel de l'organe récepteur 4, cinq autres emplacements o cet organe récepteur est successivement plaqué contre la paroi du puits 3 pour effectuer des mesures. Ces emplacements ont été repérés par les nombres de référence 8, 9, 10, 11, 12. On remarquera que ces emplacements sont répartis en trois groupes écartés, formés de deux emplacements rapprochés chacun. On a ainsi: un premier groupe de deux points d'aequisition 8, 9 distants d'un intervalle dz; un intervalle D entre le point d'acquisition 9 et le point d'acquisition adjacent 4 du deuxième groupe formé des deux points d'acquisition 4 et 10; un intervalle dz entre les points d'acquisition 4 et ; un intervalle D entre le point d'acquisition 10 et le point d'acquisition adjacent 11 du troisième groupe formé des deux points d'acquisition 11 et 12 distants d'un intervalle dz. -4 4 2558602 On n'a représenté que trois groupes de deux points d'acquisition chacun pour ne pas surcharger la figure, mais le nombre de groupes peut être différent et le nombre de points d'acquisition par groupe peut être plus élevé (il doit toujours être au moins égal au nombre d'ondes à séparer). On a figuré par un rai 13 une onde sismique arrivant directement à l'emplacement 4 et par un rai 14 une onde sismique venant se réfléchir sur une interface 15 de séparation entre des milieux à impédances contrastées du terrain, pour produire une onde montante figurée par un rai 16 aboutissant à l'emplacement 4. On a représenté sur la Fig. 2 une onde 17 arrivant en un point d'acquisition tel que 4 et une onde 18 qui est l'onde de même origine arrivant en l'autre point d'acquisition tel que 10 du même groupe de points d'acquisition. Entre ces ondes, le décalage R dans le temps t est égal à dz/Vz, dz étant l'espacement entre les points d'acquisition tels que 4 et 10 et Vz la vitesse de propagation de l'onde à la profondeur z, si l'on admet en première approximation que la vitesse Vz de propagation des ondes sismiques ne varie pratiquement pas entre les points d'acquisition 4 et 10 et que l'organe émetteur 1 est si près du puits 3 que l'on peut considérer le chemin parcouru par l'onde arrivant en 4 comme différant par une longueur dz du chemin parcouru par l'onde arrivant en 10. Pour que le décalage R puisse être apprécié sans ambigiiité, il faut que dz/Vz soit inférieur à 1/2fmax, fmax étant la fréquence maximale des ondes reçues. L'intervalle dz entre points d'acquisition d'un même groupe doit donc être inférieur à une distance limite dzmax égale à Vz/2fmax. L'intervalle D entre groupes peut au contraire être plusieurs fois supérieur à dzmax La Fig. 1 montre une réalisation qui constitue une amélioration du carottage sismique. On sait que le carottage sismique est une méthode visant à obtenir les temps d'arrivée en quelques points du puits d'une onde venant de la surface du puits. En installant en ces points non pas un seul emplacement de point d'acquisition mais deux emplacements de points d'acquisition rapprochés, on obtient une information beaucoup plus importante qui, en pratique, est équivalente à celle actuellement obtenue par les méthodes de profil sismique vertical dites PSV, longues et coûteuses. On peut aussi utiliser la méthode à groupes de points d'acquisition séparés, d'une manière non uniforme le long du puits. Dans une zone o l'on désire une information particulièrement précise, on rapprochera les groupes de points d'acquisition les uns des autres et on pourra rapprocher les points d'acquisition d'un même groupe pour qu'ils se trouvent à un intervalle inférieur à une distance limite dzmax calculée pour la vitesse de l'onde de tube. Une meilleure répartition des points d'acquisition permettra ainsi, sans nécessairement augmenter le nombre total de points d'acquisition, d'obtenir des données plus riches en information, les dites données permettant de séparer sans ambiguité les différentes ondes (ondes montantes, ondes descendantes, ondes de tube montantes et ondes de tube descendantes). La Fig. 3 représente l'organisation du traitement des données. Les traces, c'est-à- dire les ensembles de valeurs en fonction du temps enregistrées par l'organe récepteur en un emplacement donné de celui-ci dit point d'acquisition arrivent en 19 dans un appareil de prétraitement o les mauvais enregistrements sont éliminés, o les enregistrements correspondant à un même point de mesure sont additionnés et o un premier filtrage peut éventuellement être effectué. Les enregistrements 21 ainsi calculés entrent ensuite dans un appareil de séparation des ondes 22 d'o sortent d'une part en 23 les enregistrements relatifs aux ondes descendantes qui sont filtrés en cohérence dans un filtre 24 et d'autre part en 25 les enregistrements relatifs aux ondes montantes qui sont filtrés en cohérence dans un filtre 26, les sorties 27 et 28 de ees filtres étant reliées à un appareil 29 de déeonvolution des ondes montantes parles ondes descendantes et d'interpolation de eelles-ei. La Fig. 4 montre schématiquement les opérations successives effectuées à partir des points d'acquisition 8, 9, 4, 10, 11, 12 dans les appareils 20 (sommation), 22 (séparation des enregistrements des ondes montantes 01m, 02m, 03m et des ondes descendantes Old, 02d, 03d), 24 et 26 (filtrage en cohérence séparément de l'ensemble des ondes montantes et de l'ensemble des ondes descendantes), 29 (obtention de trois traces montantes eohérentes et traitées Clm, C2m, C3m et de trois traces descendantes cohérentes et traitées CldrC2d, C3d. Les appareils d'acquisition émetteurs et récepteurs d'ondes peuvent être les appareils classiques actuellement utilisés. Seul leur emplacement diffère. Le traitement des enregistrements est organisé eomme on l'a indiqué ci-dessus mais il est réalisé au moyen d'appareils elassiques tels que ceux déjà utilisés dans les systë,mes connus de filtrage dans le domaine f-z ou de filtrage dans le domaine t-z. Le filtrage d'augmentation de la cohérence appliqué après la séparation des ondes n'intéresse qu'une seule onde à la fois et, de ce fait, comme on eonnaît le déphasage de l'onde eonsidérée, il n'est pas sensible à l'aliasing spatial. Ce filtrage peut être 6 25,58602 monodirectionnel ou presque et orienté selon le pendage de l'onde considérée. Le filtrage en cohérence est très facilement appliqué s'il est précédé d'une horizontalisation des ondes, c'est-à-dire d'une suppression des déphasages relatifs des ondes trace à trace, cela pour chaque onde. Il est possible de tenir compte dans le filtrage en cohérence de la profondeur estimée des traees correspondant aux ondes montantes et descendantes. Dans le cas de deux traces ou points d'acquisition dans ehaque groupe, on prendra la valeur moyenne. Dans le cas o les groupes comprennent davantage de traces ou points d'acquisition, on utilisera la profondeur du barycentre des points d'acquisition. On va préciser pour exemple une méthode de séparation des ondes que l'on peut utiliser. On aura tout d'abord mesuré les déphasages des premières arrivées d'ondes trace à trace en les pointant sur les films. On supposera que la distance de l'appareil émetteur au puits en surface est faible et que les interfaces géologiques traversées par le puits sont très voisines de l'horizontale de sorte que les trajets des ondes montantes et descendantes peuvent être considérés comme verticaux. Ainsi, si le déphasage des ondes descendantes d'une trace à une autre est p, le déphasage des ondes montantes correspondantes sera -p, quelle que soit la loi des vitesses dans le puits. Pour simplifier la présentation, on se limitera au cas de deux catégories d'ondes: les ondes montantes et les ondes descendantes et au cas de deux traces, le déphasage de l'onde descendante pour ces deux traces étant p. On appellera S1 l'une de ces traces (trace 1) et S2 l'autre de ces traces (trace 2). Celles-ci sont connues sur un ensemble discret de valeurs E: E = [0, At, 2At..., nAt} At représentant le pas d'échantillonnage lors de l'enregistrement et nAt le temps total d'enregistrement. On supposer/ en outre que les traces S1 et S2 sont situées à des profondeurs zl et z2 respectivement. >58602 On va rechercher une estimation des ondes descendantes (notée d) et des ondes montantes (notée fi) au point (zl + z2)/2. On supposera pour cela que ces ondes ont respectivement un déphasage constant de p et -p sur le segment (zl, z2) et que de plus, leurs amplitudes ne varient pas le long de leurs pendages respectifs. Le modèle découlant des hypothèses précitées sera alors: S1 (t) = a (t + p/2) + h (t - p/2) S2 (t) = d (t - p/2) + r (t + p/2) En introduisant la distribution de Dirac, on pourra écrire ces -équations sous la forme: 81(t)=8(t + p/2) *(t) + 8 (t - p/2)* mi (t) s2 (t) = 8 (t - p/2)* a (t) + 8 (t + p/2) * i (t) On voit que, dans ce cas, on sépare les ondes proprement dites, d et m, de leurs phases, p/2 ou -p/2. Il est possible de restreindre ces équations à une fenêtre en temps. On centrera cette fenêtre sur un temps kAt et la demi-longueur sera lat. On recherchera alors sur cette fenêtre, les ondes d et m en minimisant la distance, au sens de la norme L2, des traces estimées 1 et 2 aux traces réelles S1 et S2 Cela revient à minimiser l'expression Kk,l (d, ) telle que: i - k+I 2 i - k+l 2 Kk (2of) = | Sl (iAt)-S1 (iat)+ | S2(iat) - S2 (iat i=k-l i=k-l En introduisant des vecteurs ô, S et S tels que: es S pu SIo (ô est mis pour onde) 8 2S58602 et les différents sous-vecteurs représentant la valeur des fonctions leur correspondant dans la fenêtre considérée, on peut alors écrire: K1 (ô) = IlS - i2 A cet opérateur fonctionnel, on ajoutera deux contraintes pour stabiliser les calculs. Cela sera fait d'une part par l'addition de la contrainte: C1 (ô) = 2 II ô 2 qui vise à supprimer les instabilités et d'autre part l'addition de la contrainte: C2(ô)=À 2 tTô avec T défini par la matrice représentée sur la Fig. 5. Cela revient à limiter les variations des deux ondes a et fih. En effet, la formulation de C2 (6) est équivalente à: i=k+l-1 2' i=k+l-l 2 C2(= () (it-d a(u+l't) + 1 J àhiAt -l((1mlAt)- i=k-l i=-k-1 La fonctionnelle considérée finalement sera donc: Gki (ô) = Kk, (ô) + C1 (ô) + C2 (È) et on recherchera les ô tels que: o |o vecteurnul Cette équation conduit au systèie suivant: (t +2,I+ 12 T)È= t o A est la matrice représentée sur la Fig. 6 et I la matrice identité. Int(x), opérateur linéaire d'interpolation est tel que: Int(t+x). d = d(t+ x) Int(t+y). in = ffi(t+y) 9 2558602 Il faut noter que Int(x) est un vecteur de longueur égale à celle de l'opérateur d'interpolation. Cet opérateur linéaire d'interpolation joue le rôle de la distribution de Dirae, dans le sens o il permet de séparer le terme phase du signal considéré proprement dit. Pour caleuler a, il reste à inverser la matrice: (At A+2 + 2T) Ce qui donne: ô = (At A+ 2+1 2T)-1A S ou encore: ô = V. S en posant: V = (AI A + 21 + 12T)-1 AI On a donc, dans la fenêtre considérée: inS On ne retiendra que les opérateurs centraux correspondants. Par exemple pour la fenêtre considérée centrée au temps kAt on aura: (kAt) = Vd. S + Vd S d i d 2 r(kAt)= V. S1 + V2 S2 - tt m la fenêtre et les opérateurs étant représentés sur la Fig. 7. On voit donc, que le caleul des ondes considérées se présentera sous la forme de deux produits scalaires entre des opérateurs de séparation et des fenêtres de traces. Il suffit de ealculer une fois pour toutes les opérateurs de séparation pour différentes valeurs de p, le déphasage de l'onde descendante de la trace 1 à la trace 2. 2558602 Une fois ces opérateurs calculés, on les stocke sur disque. Pour les utiliser reste alors à lesrelire et à appliquer ceux-ci sous forme d'une double convolution sur les deux traces considérées, et caleuler ainsi les ondes descendantes et montantes. On va expliquer comment on peut effectuer le filtrage de cohérence après l'utilisation de cette méthode de séparation. On supposera que les traces considérées sont effectivement formulées par: S = A o. +p;o étant le vecteur correspondant aux ondes descendantes et montantes et f étant du bruit. On obtient alors ô à partir de la connaissance de S: ô =V.S ou encore: 6 = V.Ao + V.p On voit que: ô = o + V. 13, V étant l'inverse généralisée de A. Il ne reste donc que le bruit additif V.. Celui-ci peut être queleonque et en particulier ne sera pas cohérent vis à vis des pentes p et -p. On appliquera alors un filtre de cohérence qui ne modifiera pas o, puisque celui-ci vérifiera les hypothèses du filtre de cohérence vis à vis des pentes p et -p. Par contre, ce filtre de cohérence sera actif sur le bruit résiduel V. p. Pour augmenter l'efficacité de celui-ei, on l'appliquera sur un nombre assez important de traces; la cohérence sera d'autant plus augmentée que le nombre de traces utilisées sera grand. Il est possible, pour ce point du traitement, d'utiliser un filtrage dit en f-k (k étant le nombre d'onde) dans le domaine de Fourier sur les ondes considérées après horizontalisation. Dans ce cas, il suffira de conserver un cône de signal plus ou moins ouvert ceei en fonction inverse de l'importance de la cohérence désirée, comme on l'a représenté sur la Fig. 8. Il est facile de généraliser la méthode de séparation présentée pour deux directions d'une part en augmentant la cohérence et d'autre part en séparant un nombre d'ondes plus important. En effet, en reprenant la formulation suivante: s = A. a, on peut supposer que s est de la forme: S3 - s _S J N étant le nombre de traces considérées, et la cohérence finale étant d'autant plus grande que N est grand. D'autre part, on peut prendre ô tel que È = È3 M étant alors le nombre d'ondes que l'on désire séparer. On pourra intégrer ainsi les ondes montantes et descendantes ainsi que les ondes de tube montantes et descendantes le nombre M étant alors égal à 4. D'un point de vue informationnel, il est nécessaire que N soit supérieur ou égal à M. On notera que dans le cas o l'on désire filtrer les ondes de tube, pour que celles-ci ne soient pas aliasées, l'espacement entre les points d'enregistrement doit être très faible en général. En utilisant la méthode d'échantillonnage en groupe, le filtrage de ces ondes est économiquement possible. Il suffit d'enregistrer des groupes de quatre traces et d'appliquer les opérateurs de séparation sur ces quatre traces pour obtenir les ondes montantes et descendantes. On pourrait de même obtenir les ondes de tube montantes et descendantes mais celles-ci n'ont pas actuellement d'intérêt. On désire surtout les éliminer. 12 258602 Après ce processus de séparation, on peut appliquer le filtrage de cohérence à chacune des ondes considérées. Chacune d'entre elles étant pure vis à vis des déphasages considérés autrement dit des pentes des différentes ondes. Pour estimer la pente des ondes de tube, il suffit d'avoir une estimation de celles-ci par pointé sur un film de profil sismique de vertical sommé. Il n'est pas nécessaire d'avoir le temps d'arrivée première des ondes, la pente des ondes de tube pouvant être prise seule en compte. REVENDICATIONS 1. Procédé d'obtention de données sismiques relevées auprès d'un puits d'exploration à partir d'une installation d'acquisition de données sismiques qui comprend des appareils d'acquisition de données sismiques (émetteurs d'ondes sismiques et récepteurs d'ondes sismiques descendantes ou montantes provenant de ees émetteurs) disposés les uns en surface près du puits d'exploration et les autres dans le puits d'acquisition et à partir d'une installation de traitement des données sismiques fournies par l'installation d'acquisition, qui sépare les ondes descendantes d'une part et les ondes montantes d'autre part et effectue un filtrage en cohérence de ces ondes, caractérisé en ce que les dits points d'acquisition sont répartis en au moins deux groupes comprenant chacun une pluralité de points d'acquisition se succédant à des intervalles égaux inférieurs à une distance limite déterminée pour éviter l'ambigiiité ("aliasing") sur le déphasage des ondes sismiques reçues par les appareils récepteurs tandis que ces groupes ont leurs points respectifs d'acquisition adjacents écartés d'une distance supérieure à la dite distance limite et en ee que l'installation de traitement opère la séparation des ondes descendantes et montantes relatives à un même groupe. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour améliorer la visualisation du relevé sismique, on effectue une interpolation en fonction de la profondeur séparément sur les ondes descendantes et sur les ondes montantes après leur séparation et leur filtrage en cohérence.