Brevet FR2693001A1 — publié le 19931231

La présente invention concerne un procédé d'acquisition de données sismiques autour d'un puits d'axe sensiblement vertical. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de la géophysique appliquée où l'on cherche à recueillir des informations sur la nature et l'état du sous-sol par des méthodes de sismique réflexion. Actuellement, on connaît déjà une méthode d'acquisition de données sismiques classique consistant à émettre à partir d'une source fixe, placée en surface à distance d'un puits d'axe vertical Y-Y', des ondes sismiques dans le sol suivant des directions de propagation obliques par rapport à l'axe Y-Y' du puits. Ces ondes sismiques émises se réfléchissant aux interfaces entre des couches du sous-sol différentes, sont captées par un capteur qui se déplace dans ledit puits parallèlement à l'axe Y-Y' du puits. Plus particulièrement, la figure 1 représente, à titre d'exemple de réalisation de la technique antérieure, un schéma des différentes trajectoires des ondes sismiques émises par la source, et reçues par le capteur, en fonction de la position dudit capteur dans le puits. Dans Itexemple montré sur la figure I, on considère que le puits présente une profondeur égale à 1600 mètres, que la source est placée sur l'axe X-X' à 800 mètres du puits, et que trois interfaces réfléchissantes sont situées successivement à 1200, 1600 et 2000 mètres de profondeur. Le capteur remonte parallèlement à l'axe Y-Y' à partir du fond du puits jusqu'à la surface, et on s'intéresse ici à cinq positions particulières du capteur dans le puits, à savoir 1600, 1200, 800, 400 et 0 mètres. Si l'on considère l'interface située à 1200 mètres, lorsque le capteur se trouve au niveau de ladite interface, il reçoit des ondes directes émises par la source et arrivant en un premier point d'impact situé au puits, vu sous un angle cc égal environ à 33,5 degrés. Lorsque le capteur se trouve successivement à 800, 400 et 0 mètres de profondeur, il reçoit les ondes réfléchies respectivement en un deuxième point d'impact ou de réflexion situé à 200 mètres du puits et vu sous un angle de 26,5 degrés, en un troisième point d'impact situé à 320 mètres du puits et vu sous un angle de 22 degrés et en un quatrième point d'impact situé à 400 mètres du puits, vu sous un angle de 18 degrés. L'écart entre les points d'impact ou points de réfléxion varie de 200 mètres à 80 mètres et les angles de 33,5 à 18 degrés. Pour l'interface située à 1600 mètres de profondeur, les cinq positions précitées du capteur sont efficaces. Lorsque ledit capteur se trouve à 1600 mètres de profondeur, il reçoit des ondes directes qui arrivent en un point d'impact situé au puits, puis lorsqu'il se trouve successivement aux position supérieures il reçoit les ondes se réfléchissant en quatre points d'impact sur ladite interface. L'écart entre les points d'impacts varie de 160 à 55 mètres et les angles d'incidence des ondes de 26 à 14 degrés. Enfin, l'interface située à 2000 mètres n'est éclairée qu'entre les abcisses situées à 130 et 400 mètres du puits, l'écart entre les points d'impact variant de 100 à 45 mètres et les angles d'incidences varient de 18,5 à 11,5 degrés. Ainsi, comme le montre l'exemple de la figure 1, un inconvénient de cette méthode d'acquisition classique est que les angles d'incidence des ondes émises sur chaque interface et reçues par le capteur, varient du simple au double pour les différentes positions du capteur dans le puits. De ce fait, le signal reçu par le capteur est variable en phase et en amplitude, ce qui est très gênant pour évaluer la réflectivité du sous-sol sachant que celle-ci varie avec l'angle d'incidence des ondes émises et ce qui ne facilite pas le traitement sismique du signal reçu pour obtenir des informations sur l'état du sous-sol. En outre, un autre inconvénient est que pour chaque réflecteur les points de réflexion ou point d'impact sont irrégulièrement répartis, ce qui rend très difficile une mise en bin ou une migration. En effet, dans le cas d'une mise en bin, tous les bins ayant une taille identique, le nombre de points d'impact tombant dans un bin varie en fonction de la distance du bin au puits. De même, la migration nécessite une répartition régulière des points d'impact donc une interpolation. Afin de pallier les différents inconvénients de la technique antérieure l'invention propose un procédé d'acquisition de données sismiques autour d'un puits d'axe sensiblement vertical, au moyen de deux transducteurs - une source émettant des ondes sismiques dans le sol suivant des directions de propagation sensiblement obliques par rapport à l'axe du puits, - un capteur destiné à recevoir les ondes sismiques réfléchies sur des surfaces réfléchissantes sensiblement horizontales situées à différentes profondeurs dans le sous-sol, un des deux transducteurs étant placé en surface et l'autre dans le puits, procédé caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à - déplacer le transducteur en surface, dans un plan sensiblement horizontal entre deux positions dont les abcisses sont éloignées du puits, - déplacer simultanément le transducteur dans le puits, parallèlement à l'axe du puits. Ainsi, selon l'invention on ajuste les déplacements des transducteurs émetteur et récepteur de telle sorte que pour une surface ou interface réfléchissante donnée, située à une profondeur f donnée, les ondes émises par l'émetteur et successivement reçues par le récepteur arrivent sur ladite interface suivant des directions de propagation parallèles, présentant des angles d'incidence sensiblement identiques. De plus, les points de réflexion sont alors répartis régulièrement sur ladite interface. Suivant un mode de réalisation du procédé selon l'invention, les deux transducteurs présentent des vitesses de déplacement respectives constantes dans le temps. Il convient de préciser que ce mode de réalisation s'applique, lorsque les ondes sismiques émises dans le sous-sol se propagent à vitesse constante dans la tranche de terrain parcouru par le transducteur placé dans le puits. Avantageusement, dans ce cas, le coefficient de proportionnalité constant des vitesses des deux transducteurs est égal au rapport entre l'abcisse la plus proche du puits du transducteur placé en surface et la profondeur f correspondante du transducteur placé dans le puits. Dans un exemple typique, la profondeur f est égale à la profondeur du puits. Lorsque cette vitesse de propagation des ondes sismiques n'est pas constante, selon une variante de réalisation du procédé selon l'invention, la vitesse de déplacement du transducteur en surface n'est pas constante. Suivant cette variante, le rapport entre les déplacements du transducteur en surface et les déplacements du transducteur dans le puits varie en fonction de la profondeur du transducteur dans le puits et est calculé de telle sorte que pour une surface réfléchissante sensiblement horizontale située à une profondeur f, les ondes émises par la source arrivent sur ladite surface suivant un angle d'incidence sensiblement constant. En outre, selon l'invention, il y a avantage que le transducteur en surface corresponde à la source et le transducteur dans le puits corresponde au capteur. En effet, à la surface du sol les conditions de réception sont le plus souvent mauvaises dues aux conditions de climat et d'environnement, ce qui peut ajouter un bruit conséquent au signal réfléchi. Bien entendu, il faut préciser que lorsque la source émettrice en surface est constituée par des explosifs, celle-ci s'autodétruit à chaque tir et suivant le procédé selon l'invention, on ajuste alors les positions desdits explosifs en fonction de la position du capteur dans le puits, ce qui revient à déplacer la source simultanément au capteur dans le puits. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. - La figure 1, précédemment décrite, illustre l'état de la technique. - La figure 2 représente un diagramme de trajectoires des ondes sismiques dans le sol par le procédé selon l'invention. - La figure 3a est un tableau de résultat comparatif entre la méthode classique de la figure 1 et le procédé de la figure 2, pour une interface réfléchissante située à 1200 mètres. - La figure 3b est un tableau de résultat comparatif entre la méthode classique de la figure 1 et le procédé de la figure 2, pour une interface réfléchissante située à 1600 mètres. - La figure 3c est un tableau de résultat comparatif entre la méthode classique de la figure 1 et le procédé de la figure 2, pour une interface réfléchissante située à 2000 mètres. - La figure 4 est un diagramme représentant le temps de parcours des ondes émises et réfléchies pour des positions différentes du capteur dans le cas du procédé de la figure 2 et dans le cas de la méthode classique de la figure 1. En référence à la figure 2, on a représenté une modélisation d'un mode de réalisation du procédé selon l'invention. Ce procédé est un procédé d'acquisition de données sismiques autour d'un puits d'axe vertical, au moyen d'une source émettant des ondes sismiques dans le sol suivant des directions de propagation sensiblement obliques par rapport à l'axe du puits, et d'un capteur destiné à recevoir les ondes sismiques réfléchies sur des surfaces réfléchissantes situées à des interfaces de couches différentes du sous-sol. Dans l'exemple de la figure 2, on considère que la surface du sol est représentée par tous les points de l'axe des abcisses X-X' de coordonnées (x,o) et que le puits s'étend le long de l'axe des ordonnées Y-Y', à partir de la surface où x=o,y=o, jusqu'à une profondeur égale à y=1600 mètres. En outre, on considère trois surfaces réfléchissantes s'étendant parallèlement à l'axe X-X' et situées par exemple à des ordonnées ou profondeurs respectivement égales à 1200, 1600 et 2000 mètres. Comme on peut le voir sur la figure 2, selon le procédé on déplace la source S en surface suivant l'axe X-X' en direction de la flèche f, entre les positions d'abcisses xl = 400 mètres et x2 = 800 mètres éloignées du puits, et on déplace simultanément le capteur C parallèlement à l'axe Y-Y' en direction de la flèche g, à partir du fond du puits où yl = 1600 mètres jusqu'à la surface où y2 = 0 mètre. I1 convien,t de préciser qu'ici la vitesse de propagation des ondes sismiques dans le sous-sol étant supposée constante, les vitesses respectives de la source S et du capteur C sont constantes et que le coefficient de proportionnalité est égale à 4. Plus précisément, on déplace les deux transducteurs S et C de telle sorte que lorsque le capteur est au fond à 1600 mètres la source se trouve à la position d'abcisse xl = 400 mètres, et à la position dTabcisse x2 = 800 mètres lorsque ledit capteur est en surface à Y2 o. Le déplacement de la source est donc de 100 mètres lorsque celui du capteur est de 400 mètres.En outre, il est intéressant de noter que le coefficient de proportionnalité des déplacements des deux transducteurs S et C a été ajusté de telle sorte qu'il soit égal au rapport entre l'abcisse de la source la plus proche du puits, ici xl = 400 mètres, et la profondeur f correspondante du capteur, ici f =y1= 1600 mètres représentant la profondeur du puits. Comme nous le verrons ultérieurement cet ajustement précité est réalisé de manière à optimiser la réflexion des ondes émises par la source sur la surface réfléchissante située à ladite profondeur f, ici Y 1 = 1600 mètres. Les tableaux des figures 3a, 3b, 3c et la figure 2 montrent que dans les conditions précitées du procédé selon l'invention, et si lton s'intéresse à cinq positions particulières du capteur dans le puits, à savoir 1600 mètres, 1200 mètres, 800 mètres, 400 mètres et 0 mètre, les résultats sont les suivants - Pour la surface réfléchissante située à 1200 mètres de profondeur, lorsque le capteur se trouve au niveau de ladite surface, il reçoit des ondes directes émises par la source et arrivant au puits où x=o, et lorsque ledit capteur se trouve successivement aux positions supérieures, il reçoit les ondes qui se réfléchissent sur ladite surface réfléchissante en trois points d'impact, le premier situé à x= 150 mètres, le deuxième à x= 280 mètres et le troisième à x= 400 mètres. En outre, les directions de propagation des ondes présentent des angles d'incidence sur ladite surface réfléchissante qui sont successivement égales à 22,5 degrés, 21 degrés, 19,5 degrés et 18 degrés. - Pour la surface réfléchissante située à y1 = 1600 mètres, les ondes émises par la source et reçues par le capteur suivent des trajectoires d'incidence obliques parallèles, présentant des angles d'incidences identiques. Cet angle d'incidence constant est égal ici à 14 degrés et plus particulièrement se définit par l'expression: x tg 0 = Ainsi, dans le cas où la vitesse de propagation des ondes est constante, on peut déterminer pour une interface donnée située à une profondeur f correspondante du capteur, en fonction de l'angle d'incidence des ondes émises souhaité, la position x correspondante de la source à la surface du sol ainsi que le coefficient de proportionnalité des déplacements de ladite source et du capteur. Par ailleurs, on notera que les ondes reçues par le capteur arrivent sur ladite surface en cinq points d'impact ou de réflexion pour les cinq positions du capteur précitées. Ces points d'impact sont régulièrement répartis tous les 100 mètres entre l'abcisse x= 0 mètre correspondant au puits et x= 400 mètres. - Pour la surface réfléchissante située à 2000 mètres de profondeur, la zone éclairée s'étend de 67 à 400 mètres du puits et les points d'impact sont répartis pratiquement de manière régulière. Les angles d'incidence des ondes émises par la source sont compris entre 9,5 et 11,5 degrés au fur et à mesure que l'on s'éloigne du puits. Les tableaux des figures 3a, 3b et 3c montrent également les résultats obtenus par la méthode classique de la figure 1, précédemment décrite, dans laquelle on considérerait les mêmes positions des surfaces réfléchissantes et les cinq positions précitées du capteur dans le puits. Une comparaison des différents résultats obtenus par les deux procédés des figures 1 et 2, permet d'établir les remarques suivantes - Dans le procédé de la figure 2, les angles d'incidence des ondes émises par la source en direction des trois surfaces réfléchissantes précitées et reçues par le capteur, présentent quelle que soit ladite surface réfléchissante considérée des valeurs inférieures ou égales aux valeurs des angles d'incidence correspondants obtenus par la méthode classique. - Avantageusement dans le procédé de la figure 2, pour chacune des trois surfaces réfléchissantes, les valeurs des angles d'incidence varient très peu en fonction de la position du capteur dans le puits, par rapport aux valeurs desdits angles obtenus par la méthode classique de la figure 1. En particulier, en ce qui concerne la surface réfléchissante située à 1600 mètres de profondeur, les angles d'incidence des ondes reçues par le capteur, sont identiques pour les cinq positions du capteur, et prennent la valeur obtenue la plus faible dans la méthode classique et égale à 14 degrés. Dans ce cas, le procédé est optimisé sur ladite surface considérée. La figure 3 montre un diagramme représentant le temps de parcours des ondes directes émises par la source sur lesdites surfaces et des ondes réfléchies reçues par le capteur en fonction de la position du capteur dans le puits et de la position de la source. Sur ce diagramme on a superposé les résultats obtenus par le procédé selon l'invention (en trait plein) et ceux obtenus par la méthode classique précédemment décrite (en trait pointillé). L'analyse de ce diagramme montre que pour chacune des positions du capteur considérée, les temps de parcours des ondes directes et réfléchies dans la méthode classique sont plus longs que ceux desdites ondes directes et réfléchies dans le procédé selon l'invention. Ceci s'explique par le fait que dans la méthode classique, comme le montrent mieux les résultats des tableaux précédents, les directions de propagation des ondes émises par la source fixe et reçues par le capteur, présentent des inclinaisons ou des angles d'incidence plus grands que celles du procédé selon l'invention. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation décrite et représentée, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. Par exemple, lorsque la vitesse de propagation des ondes dans le sous-sol n'est pas constante, le déplacement de la source en surface entre deux abcisses éloignées du puits n'est pas constante. Dans ce cas, le coefficient de proportionnalité entre les déplacements de la source et du capteur, varie et est ajusté de telle sorte que pour une surface réfléchissante située à une profondeur f sur laquelle on veut optimiser la réflexion des ondes, lesdites ondes émises par la source arrivent sur la surface suivant un angle d'incidence c constant. En outre, selon une autre variante, on peut envisager de déplacer le capteur en surface et la source dans le puits. Par ailleurs, selon une variante, on peut envisager que le puits présente un axe légèrement incliné par rapport à la verticale et ne soit donc pas tout à fait perpendiculaire à la surface du sol. D'autre part, il faut noter que la relation entre la position du transducteur en surface et celle du transducteur dans le puits peut être calculée à partir d'un modèle a priori du sous-sol en utilisant des programmes de tracé de rayons connu par l'homme du métier, ce modèle étant alors établi à partir de connaissances déduites d'enregistrements du puits exécutés auparavant. REVENDICATIONS 1. Procédé d'acquisition de données sismiques autour d'un puits d'axe (Y-Y') sensiblement vertical au moyen de deux transducteurs - une source (S) émettant des ondes sismiques dans le sol suivant des directions de propagation sensiblement obliques par rapport à l'axe (Y-Y') du puits, - un capteur (C) destiné à recevoir les ondes sismiques réfléchies sur des surfaces réfléchissantes sensiblement horizontales situées à différentes profondeurs dans le sous-sol, un des deux transducteurs étant placé en surface et l'autre dans le puits, procédé caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à - déplacer le transducteur en surface, dans un plan sensiblement horizontal entre deux positions dont les abcisses (xl,x2) sont éloignées du puits, - déplacer simultanément le transducteur dans le puits, parallèlement à l'axe (Y-Y') du puits. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux transducteurs présentent des vitesses de déplacement respectives constantes dans le temps. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le coefficient de proportionnalité constant des vitesses des deux transducteurs est égal au rapport entre l'abcisse la plus proche du puits du transducteur placé en surface et la profondeur f correspondante du transducteur placé dans le puits. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la profondeur f est égale à la profondeur du puits. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de déplacement du transducteur en surface n'est pas constante. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le rapport entre les déplacements du transducteur en surface et les déplacements du transducteur dans le puits varie en fonction de la profondeur du transducteur dans le puits et est calculé de telle sorte que pour une surface réfléchissante sensiblement horizontale située à une profondeur f, les ondes émises par la source (S) arrivent sur ladite surface suivant un angle d'incidence sensiblement constant. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le transducteur en surface correspond à la source (S) et le transducteur dans le puits correspond au capteur (C).