Brevet FR2703469A1 — publié le 19941007

PROCEDE DE DETECTION DE L'EXISTENCE D'UNE ANISOTROPIE AZIMUTALE DANS UNE COUCHE D'UN SOUS-SOL ET DE DETERMINATION DE SA DIRECTION. La présente invention a pour objet un procédé de détection de l'existence d'une anisotropie azimutale dans une couche d'un sous-sol et de détermination de sa direction. L'anisotropie azimutale d'une couche géologique peut etre due à plusieurs raisons, dont l'une est la présence de fracturations quasi-verticales dans cette couche. La connaissance de la direction de ce type de fracturation dans une formation géologique est de première importance, car elle permet, entre autre, d'effectuer une extraction optimale des hydrocarbures. Avant d'exposer 1 invention, on fera un rappel des principes et procédés actuellement mis en oeuvre pour déterminer la direction des fracturations. Le premier principe utilisé est connu sous le nom d'AVO (amplitude versus offset). Ce principe concerne l'étude de la variation des amplitudes d'une onde sismique enregistrée à la surface 10, après s entre réfléchie sur un point d'une interface 12 du sous-sol donné dit CRP, en fonction de l'angle d'incidence e de l'onde émise sur l'interface considérée, comme indiqué sur la figure 1. De façon connue en soi, es ondes sontémises par des sources sismiques ou tirs 14 et les réponses sont enregistrées par des récepteurs 16. Pour un CRP donné, l'amplitude de l'onde réfléchie est donnée par la formule de Zoeppritz simplifiée par l'équation de Shuey (1985) A (Q ) = A(O) + Gain20 (1) où e est l'angle d'incidence de l'onde enregistrée sur l'interface considérée, A (e) est l'amplitude enregistrée pour une valeur de O donnée, A(O) est une constante correspondant à l'amplitude enregistrée à l'incidence nulle et qui est directement fonction du contraste d'impédance (constante dépendant des vitesses compressives et des densités de part et d'autre de l'interface considérée), et G est une deuxième constante, appelée gradient, qui dépend essentiellement du contraste de coefficient de Poisson qui est fonction des vitesses compressive et cisaillante ou transversale de part et d'autre de l'interface considérée. La formule (1), qui est valable pour des valeurs de e inférieures à 300, montre par exemple que si G est positif, l'amplitude augmente avec l'angle d'incidence. Ainsi, l'étude des amplitudes en fonction de l'angle d'incidence pour un CRP donné, permet de calculer A(O) et G, et donc de fournir les informations sur les caractéristiques des couches géologiques de part et d'autre de l'interface considérée. Le deuxième principe utilise le fait qu'une onde sismique se propage avec une vitesse compressive Vp dans le sens de son déplacement, et avec une vitesse transversale ou cisaillante Vs dans la direction perpendiculaire à son déplacement. L'expérience et les calculs montrent que la vitesse compressive Vp est en général peu affectée par la présence de fracturations quasi-verticales dans une formation géologique. Ainsi, quelle que soit la direction source-récepteur par rapport à la direction des fractures, la vitesse de déplacement de l'onde Vp dans la formation géologique fracturée restera constante. Par contre, la vitesse transversale ou cisaillante Vs varie selon la direction ou l'azimut source-récepteur par rapport à la direction des fractures dans une formation géologique fracturée.En effet, la vitesse Vs est généralement plus rapide lorsque l'onde se déplace, dans la formation géologique fracturée, parallèlement à la direction des fractures, que lorsqu'elle se déplace perpendiculairement à la direction des fractures. Utilisant ces deux principes et supposant que lton étudie les variations de l'amplitude de l'onde enregistrée pour un CRP donné sur une interface séparant un milieu isotrope (couche supérieure), c'est-à-dire un milieu dans lequel Vp et Vs sont constantes quelle que soit la direction source-récepteur, d'un milieu présentant une anisotropie azimutable (couche inférieure) dans lequel Vp sera constant mais Vs sera variable selon la direction source-récepteur par rapport à la direction de la fracturation, il en résultera que le coefficient de Poisson de la couche supérieure sera constant quelle que soit la direction source-récepteur et que celui de la couche inférieure sera variable en fonction de l'azimut source-récepteur par rapport à la direction des fractures. En conséquence, pour une interface séparant un milieu isotrope d'un milieu présentant une anisotropie azimutale, des variations différentes de l'amplitude en fonction de l'angle d'incidence se produiront, selon l'azimut ou la direction source-récepteur par rapport à la direction des fractures. Ceci est le principe même du procédé actuel de détermination de la direction d'une anisotropie azimutale. Ce procédé est illustré par les graphes des figures 2 et 3. Etant donné que l'amplitude A varie non seulement en fonction de l'angle d'incidence et donc de la distance source-récepteur, dite offset, mais aussi de l'azimut de la direction source-récepteur par rapport à la direction de la fracturation, dans le cas d'une anisotropie azimutale dans le milieu sous l'interface considérée, il convient de séparer ces deux causes de variations de l'amplitude. Le procédé actuel consiste à analyser les variations de l'amplitude pour un CRP donné en fonction de l'azimut de la direction source-récepteur pour un offset donné. On notera que si les positions respectives d'un tir et du récepteur correspondant sont inversées, on obtiendra la même réponse. Il en résulte que, pour un CRP donné, l'amplitude mesurée pour un azimut de la direction sourcerécepteur X sera la même que pour un azimut de la direction source-récepteur X r X . En conséquence, les graphes montrés sur les figures 2 et 3 ont des abscisses variant de O à 1800. Un inconvénient de ce procédé réside dans le fait que dans la pratique des acquisitions actuellement mises en oeuvre, il est difficile d'obtenir un grand nombre d'informations sur les graphes représentant l'amplitude en fonction de l'azimut pour un offset donné. En conséquence, une analyse précise de ces graphes est difficile car ceuxci ne présentent qu'une petite partie de l'information disponible. Une simulation des variations d'amplitude effectuée avec des données de puits montre que, pour un offset donné, l'amplitude est maximale lorsque la direction source-récepteur est perpendiculaire à la fracturation. Il en résulte que, dans le cas illustré par la figure 2, la direction de la fracturation est orientée E-O. Par contre, la figure 3 montre que la couche géologique sous l'interface considérée ne présente pas d'anisotropie azimutale. On a tenté de remédier à ce problème en considérant non seulement les amplitudes correspondant à un offset donné, (c'est-à-dire, pour un CRP donné, les couples source-récepteur disposés sur un même cercle comme indiqué sur la figure 4), mais également les amplitudes de tous les couples source-récepteur compris dans une plage autour de l'offset considéré, c'est-à-dire dans une zone en forme de couronne située de part et d'autre dudit cercle. La conséquence de ce choix est que le graphe représentant l'amplitude en fonction de l'azimut contient beaucoup plus de points que dans le cas où on ne considérait qu'un seul offset. Par contre, l'information fournie par ce procédé est erronée, car dans ce cas de figure, non seulement les variations d'amplitude en fonction de l'azimut sont considérées, mais aussi les variations dites AVO, c'est-à-dire les variations avec l'offset. La présente invention vise à remédier aux inconvénients des procédés présentés ci-dessus et elle concerne à cet effet un procédé de détection de l'existence d'une anisotropie azimutale dans une couche d'un sous-sol, en tenant compte de l'information donnée par tous les offsets et pas seulement par ceux situés à l'intérieur d'une couronne. Le procédé selon l'invention consiste - à enregistrer les réponses des ondes sismiques qui se réfléchissent sur un point commun de réflexion donné ou CRP, choisi sur une interface, au moyen d'un système d'acquisition comprenant une pluralité de tirs et une pluralité de récepteurs sismiques disposés à différents offsets et différents azimuts par rapport au point commun milieu CMP qui correspond en première approximation audit CRP, - et à reporter sur un repère en coordonnées polaires l'image de chaque récepteur, représentée par son offset et par son azimut comptés à partir dudit CMP, les points ainsi obtenus étant marqués par un code couleur, correspondant à une gamme d d'amplitudes à laquelle appartient l'amplitude enregistrée. Si le sous-sol est isotrope, la variation des amplitudes en fonction des offsets se fait de la même façon pour tous les azimuts. On constate alors sur le repère polaire que les points marqués avec ledit code couleur sont répartis à l'intérieur d'une couronne. Par contre, si la couche sous l'interface considérée présente une anisotropie azimutale, on constate sur le repère polaire qu'une zone de même couleur ne forme plus une couronne, mais est allongée dans une direction qui peut être interprétée comme étant parallèle ou perpendiculaire à la fracturation. Toutefois, dans la plupart des cas, le nombre de points dont on dispose sur le diagramme reste encore trop faible pour que l'on puisse déceler une tendance dans la répartition des amplitudes, car avec cette façon de faire, on ne considère qu'un CRP et ses offsets associés. Comme on l'a expliqué précédemment, il est difficile, pour des raisons économiques, d'installer sur le terrain une "couverture" importante en azimuts et en offsets. L'invention a également pour objet un procédé encore plus performant que le précédent parce qu'il permet de recueillir une grande quantité d'informations, ce procédé consistant - à enregistrer sur des récepteurs sismiques les réponses relatives à un premier CMP et à reporter sur un repère en coordonnées polaires les coordonnées des récepteurs relativement audit premier CMP pris comme origine des offsets, les amplitudes étant reportées avec un codage couleur, - à utiliser de la même façon les enregistrements des réponses relatives à plusieurs CMP avoisinants, choisis autour dudit premier CMP, en mesurant les coordonnées polaires des récepteurs par rapport à l'un des CMP avoisinants, et en reportant lesdites coordonnées sur le même repère susmentionné, à partir dudit premier CMP pris comme origine, les amplitudes étant notées avec le même codage couleur que précédemment. Un mode de réalisation de l'invention sera décrit en détail en regard des dessins annexés dans lesquels La figure 5 montre une vue en plan d'une installation permettant d'expliquer le procédé selon l'invention La figure 6 montre un diagramme polaire conforme au procédé de l'invention, dans le cas où la couche géologique sous l'interface considérée est isotrope, et La figure 7 montre un diagramme polaire conforme au procédé de l'invention, dans le cas où la couche géologique sous l'interface considérée présente une anisotropie azimutale. Sur la figure 5, on a représenté un CMP sur lequel toutes les informations vont être rapportées. A l'aide d'un dispositif d'acquisition comprenant plusieurs tirs, tels que 14, et plusieurs récepteurs sismiques, tels que 16, on enregistre les amplitudes des ondes réfléchies pour plusieurs offsets et plusieurs azimuts. On considère ensuite le système de référence en coordonnées polaires représenté aux figures 6 et 7. Ce système de référence a pour origine des offsets le CMP, et comme origine des azimuts, une direction particulière choisie, par exemple la direction Nord. A titre d'exemple, on a figuré par deux cercles tous les points se trouvant respectivement à deux offsets différents. Sur ce système de référence, on place les coordonnées polaires de chaque récepteur 16 associé à un CRP donné, et chaque point ainsi obtenu est marqué par un code couleur particulier selon la valeur de l'amplitude enregistrée au récepteur. Si le nombre de points ainsi obtenus est trop petit pour pouvoir se rendre compte de la répartition des amplitudes, on répète de la même façon toutes ces opérations pour plusieurs autres CMP situés autour du CMP, par exemple en 26 à 33. Pour chacun de ces CMP avoisinants, on utilise à nouveau les amplitudes des différents récepteurs, puis on reporte sur le même système de référence, les positions desdits récepteurs en procédant comme suit - on mesure les coordonnées polaires des récepteurs par rapport à chacun desdits CMP avoisinants, - et on reporte sur ledit système de coordonnées lesdites coordonnées polaires, mais cette fois-ci à partir du CMP pris comme origine, avec le même codage couleur que précédemment. On comprend que le nombre de points que l'on peut ainsi porter sur le système de référence peut devenir important. Ainsi, grâce à la représentation polaire à trois dimensions et codée selon l'invention, qui réunit sur un même graphique l'offset, l'azimut et l'amplitude, on arrive à disposer sur un même graphique d'un nombre d'informations beaucoup plus important que dans les procédés connus présentés précédemment qui ne considèrent que les variations de l'amplitude en fonction de l'azimut, pour un offset donné. REVENDICATIONS 1- Procédé de détection de l'existence d'une anisotropie azimutale dans un sous-sol, ainsi que de détermination de sa direction, caractérisé en ce qu'il consiste - à enregistrer les réponses des ondes sismiques qui se réfléchissent sur un point commun de réflexion donné ou CRP, choisi sur une interface, au moyen d'un système d'acquisition comprenant une pluralité de tirs (14) et une pluralité de récepteurs sismiques (16) disposés à différents offsets et différents azimuts par rapport au point commun milieu CMP qui correspond audit CRP, - et à reporter sur un repère en coordonnées polaires l'image de chaque récepteur (16), représentée par son offset compté à partir dudit CMP et par son azimut, les points ainsi obtenus étant marqués par un code couleur correspondant à l'amplitude enregistrée. 2- Procédé de détection de l'existence d'une anisotropie azimutale dans un sous-sol ainsi que de détermination de sa direction, caractérisé en ce qu'il consiste - à enregistrer sur des récepteurs sismiques (16) les réponses relatives à un premier CMP et à reporter sur un repère en coordonnées polaires les coordonnées des récepteurs (16) relativement audit premier CMP pris comme origine des offsets, les amplitudes étant notées avec un codage couleur, - à utiliser de la même façon les enregistrements des réponses relatives à plusieurs CMP avoisinants (26 à 33), choisis autour dudit premier CMP, en mesurant les coordonnées polaires des récepteurs par rapport à chacun desdits CMP avoisinants, et en reportant lesdites coordonnées sur le même repère susmentionné, à partir dudit premier CMP pris comme origine, les amplitudes étant notées avec le même codage que précédemment.