Brevet FR2748120A1 — publié le 19971031

Méthode d'analyse des enregistrements obtenus en sismique réflexion pour, notamment, la caractérisation des variations lithologiques des roches du sous-sol et/ou du fluide contenu dans les pores desdites roches La présente invention concerne une méthode d'analyse des enregistrements obtenus en sismique réflexion pour, notamment, la caractérisation des variations lithologiques des roches du sous-sol et/ou de la nature du fluide contenu dans les pores desdites roches. En effet, les amplitudes des ondes sismiques réfléchies sont représentatives des variations de propriété élastique ou mécanique des roches du sous-sol rencontrées lors de la propagation de ces ondes, ces caractéristiques mécaniques dépendant, à leur tour, de la nature lithologique et/ou du fluide de ces roches ; la mesure des amplitudes peut donc permettre de caractériser les propriétés des roches. On sait que l'amplitude des signaux sismiques varie également avec le déport (offset en anglais) c'est-à-dire la distance séparant un émetteur d'un récepteur. En outre, il est admis que cette variation d'amplitude, lorsqu'afférant au même interface séparant deux couches géologiques, est importante à connaître pour la détermination exacte des lithologies et des fluides. Cette forme de variation est communément désignée par l'acronyme AVO (Amplitude Variation with Offset). I1 est couramment admis que les milieux consolidés, tels que les roches, permettent la propagation de deux types d'ondes sismiques : les ondes de compression (ondes P) et les ondes de cisaillement (ondes S). Généralement, seules les ondes P sont enregistrées lors de la mise en oeuvre de la méthode sismique réflexion. La théorie et l'expérience pratique montrent que les amplitudes de ces ondes P dépendent des masses volumiques (densités) et des résistances de la roche à la compression et au cisaillement. Ces deux derniers paramètres, descriptifs du comportement mécanique des roches, peuvent être également exprimes en fonction des vitesses de propagation de chacun de ces types d'ondes sismiques. Plus précisément, la théorie permettant de rendre compte de l'amplitude d'une onde P réfléchie sur une interface en fonction de son indice et des propriétés de deux milieux consolidés situés de par et d'autre de l'interface en présence, à été développée par ZOEPPRITZ. Malheureusement, il est vite apparu que la complexité des équations était un obstacle à la compréhension des phénomènes quelles représentent. C'est la raison pour laquelle divers auteurs ont cherché à simplifier les équations de ZOEPPRITZ pour obtenir une relation utilisable en pratique et exprimant la réflectivité R(O) de l'onde P en fonction de son angle d'incidence 0. En 1985 SHUEY (Geophysics vol. 50, n 4, avril 1985, pages 609-614) a proposé une telle équation simplifiée qui a pour expression mathématique: R(O) = R(O) + G sin2 O (1) dans laquelle - R(0)représente la réflectivité à incidence nulle (c'est-à-dire selon la perpendiculaire à l'interface). Elle est aussi notée Ro ou encore Rp. Ro est appelé intercept. - G représente le gradient ou la pente de l'évolution, en fonction de sin#, de la réflectivité R(O). SHUEY a également donné les relations entre ces deux paramètres décrivant la dépendance angulaire de R(O) et les caractéristiques mécaniques du milieu consolidé. Ces relations entre les deux attributs Ro et G avec les contrastes entre les paramètres élastiques sont données par les formules suivantes G = A0R0+ (3) (la)2 dans lesquelles p désigne la masse volumique, Vp est la vitesse de l'onde P, Vs est la vitesse de l'onde S, , appelé coefficient de Poisson, s'exprime en fonction du rapport des vitesses Vp/Vs par la relation La différence entre la mesure de la propriété "X" du milieu sousjacent et celle du milieu sus-jacent à l'interface considérée est noté AX. Dans l'équation (3), a désigne la moyenne des coefficients de Poisson de part et d'autre de l'interface. Dans l'équation (3), le terme Ao est un coefficient dépendant de plusieurs paramètres, mais dont l'expression se simplifie en -1 lorsque C vaut 0,33. Cependant, d'autres simplifications, utilisées par divers auteurs, expriment le gradient en fonction des réflectivités des ondes P et S, notées respectivement Rp et Rs. Si on considère que le gradient G peut être mesuré soit au puits et alors il est appelé GT ou gradient vrai, soit sur la sismique c'est-à-dire à partir d'une section sismique et, dans ce cas, il est désigné comme étant GM ou gradient mesuré, l'équation (3) permet d'obtenir l'expression de GT. GT = Rp - 2 Rs (5) Avec L'analyse AVO nécessite un traitement des enregistrements sismiques dit en amplitude préservée de manière à compenser tous les phénomènes indésirables affectant les amplitudes des signaux enregistrés et à ramener ces amplitudes à des réflectivités. La séquence de traitement en amplitude préservée est bien connue des spécialistes et ne sera donc pas décrite. Moyennant l'estimation, pour chaque enregistrement sismique (ou trace) et chaque temps de propagation, de la valeur de l'incidence pour le déport considéré, l'analyse AVO pourra être effectuée le long des profils sismiques en traitant successivement toute collection de traces présentant le même point milieu commun (PMC). Le résultat d'une telle analyse conduit à former deux sections sismiques rassemblant les valeurs d'intercept (Ro) et celles du gradient calculées à chaque point milieu et chaque temps sismique échantillonné. Les équations (3) ou (5) pourront, par exemple, être utilisées pour poursuivre l'analyse AVO et interpréter les sections produites en terme de lithologie et/ou nature de fluide. Par ailleurs et en première approximation, certains artifices ou biais de calcul du gradient AVO, liés au pré-traitement des collections de traces et/ou à la procédure d'estimation du passage déport à angle 0, permettent d'admettre que le gradient mesuré GM est donné par la formule GM = aGT + QRP (6) L'estimation proprement dite des attributs Ro et G de l'AVO est réalisée par ajustement d'une droite à tous les échantillons temps et pour toutes les collections point milieu. Cet ajustement correspondant à la minimisation des écarts entre les amplitudes observées et celles données par la droite d'optimisation, peut se faire au sens de la somme des valeurs absolues (norme L1) ou bien, cas général, au sens de la somme des carrés de ces écarts (norme L2), ce dernier cas général étant en fait une régression linéaire des amplitudes observées aux différents déports, en fonction des carrés des sinus des incidences qui leur sont associés. En plus de la détermination de la lithologie d'un milieu, les attributs de l'AVO sont également utilisés pour la recherche de comportements "anormaux" que l'on désigne plus généralement par le terme anomalie. Lorsqu'on effectue de simples mesures scalaires, il est d'usage de qualifier d'anomalie les mesures les moins probables compte-tenu de la répartition des valeurs prises par un ensemble d'une population qui, dans l'exemple le plus courant, est constitué par des points. Il peut donc être décidé de considérer anormales, par exemple et par convention, les 5 % de valeurs trop fortes ou trop faibles. Si la distribution des valeurs se trouve être proche d'une distribution gaussienne, les tables statistiques permettent de savoir qu'il faut alors repérer les valeurs mesurées au-delà de + deux écarts types. La distribution statistique des mesures fournit donc une référence à partir de laquelle le caractère "anomalie" peut être défini de manière objective. De la même manière, en présence d'un ensemble de mesures comportant deux paramètres, comme un couple intercept Ro et gradient G, la distribution statistique de ces deux variables peut servir de référence pour caractériser les couples "anormaux". La représentation des mesures sous la forme d'un diagramme d'axes intercept Ro ou Rp et gradient G, dit diagramme croisé Ro-G (cross-plot Ro-G en anglais) est particulièrement intéressante. La société SPT (SIMON PETROLEUM TECHNOLOGY) a proposé un procédé d'analyse AVO pour la détermination d'un comportement lithologique en utilisant un diagramme croisé Ro-G dans lequel est défini un axe à partir duquel les anomalies seront calculées. Un inconvénient majeur de cette méthode réside dans le fait que ledit axe est instable car il dépend de certains choix du traitement utilisé et il est sensible au bruit sismique. De plus, I'interprétation du comportement qui en est faite suppose que la variation moyenne du rapport de Poisson [Aa/(l-a)2] est égal à zéro et surtout le procédé est restrictif (terme Ao de l'équation de SHUEY (3) constant). Enfin, ce procédé ne prend pas en compte les artefacts de traitement. Des auteurs, R.S. SPRATT, N.R. GOINS et T.J. FITCH agissant pour le compte des sociétés DIASONICS, MOBIL OIL Corporation et MOBIL EXPLORATION and PRODUCTION ont divulgué une étude sur les pseudo-ondes de cisaillement qui fait appel au procédé AVO et ce, afin de connaître les propriétés du sous-sol exploré et/ou à explorer. Dans cette étude, un axe déterminé à partir du nuage de points est utilisé pour calibrer certains effets de traitement en déterminant le terme ss de l'équation (6). De plus, les propriétés du nuage de points ne sont pas exploitées pour mettre en évidence les réponses anormales telles que définies précédemment. Bien entendu, les mêmes inconvénients liés au choix de l'axe du nuage de points sont également présents dans cette étude de l'art antérieur. La présente invention a pour but de proposer une méthode d'analyse de données sismique réflexion pour, d'une part, la mise en lumière objective des comportements AVO significativement anormaux et, d'autre part, pour la détermination des variations lithologiques et/ou de contenu fluide d'un milieu, qui ne présentent pas les inconvénients de l'art antérieur qui, il faut le rappeler, sont toujours spécifiques d'un contexte pétrophysique donné. Un objet de la présente invention est une méthode d'analyse du type indiqué ci-dessus, dans laquelle on -constitue des collections de traces sismiques en point milieu commun (PMC) et en amplitude préservée à partir de traces sismiques enregistrées le long de points d'acquisition -détermine pour chaque collection de traces en PMC et pour des temps (t) prédéterminés (I) une valeur Ro (t) à déport nul dite d'intercept, représentative de l'amplitude des réflexions sismiques sous incidence normale le long d'un profil d'acquisition, et (II) une valeur G(t) dite de gradient définie par la relation simplifiée de SHUEY : R = Ro + G sin2 0, où R représente l'amplitude des réflexions sismiques en fonction du déport et O représente l'angle O d'incidence sur le réflecteur, angle variant avec le déport - représente les couples Ro (t) et G (t) dans le diagramme croisé intercept-gradient suivant deux axes et pour l'ensemble des points milieux le long dudit profil d'acquisition, de manière à obtenir un nuage de points dont chacun correspond à un point milieu et à un temps donnés, caractérisée en ce qu'elle consiste en outre à - échantillonner l'axe de l'intercept R,, - déterminer pour chaque échantillon d'intercept Ro une valeur moyenne GMS du gradient, la plus probable statistiquement, des points du nuage situés dans ledit échantillon de façon qu'à chaque valeur de Ro corresponde une valeur GMS et définir un point moyen de coordonnées (Ro, GMS), - relier les divers points moyens ainsi définis pour constituer une ligne de référence, - sélectionner des points issus des mesures Ro, G en tout point et à tout temps du profil et pour chaque point ainsi sélectionné, qui correspond à un ensemble point milieu-temps donné, déterminer un attribut A, qui est représentatif de la distance comptée parallèlement à l'axe G entre ledit point sélectionné et ladite ligne de référence. La méthode selon l'invention qui est basée sur la référence statistique d'un comportement AVO d'ensemble, permet une analyse objective, systématique et semi-quantitative des deux attributs. Un autre avantage est que la méthode selon l'invention permet de s'affranchir de la corrélation intrinsèque entre contrastes d'impédance et contrastes de coefficient de Poisson pour ne retenir que les écarts les plus significatifs. Selon une autre caractéristique de l'invention, on représente les attributs A dans un diagramme (X, t) où X est l'abscisse des points milieu communs le long du profil d'acquisition choisi et t est le temps. Selon une autre caractéristique de l'invention, pour chaque point milieu PMC on prend une seule valeur de temps prédéterminée qui correspond à un temps pointé associé à un réflecteur donné sur une section sismique obtenue à partir des collections de traces PMC. Selon une autre caractéristique de l'invention, pour chaque point milieu PMC, les temps prédéterminés sont dans une fenêtre temps donnée encadrant une ou plusieurs réflexions données sur une section sismique obtenue à partir des collections de traces en PMC. Selon une autre caractéristique de l'invention, pour une distribution gaussienne des points de nuage centrés sur la ligne de référence, l'attribut A est exprimé en fonction des écarts-types et corrélation des paramètres décrivant complètement ladite distribution gaussienne. Selon une autre caractéristique de l'invention, on compare l'attribut A à au moins une valeur de seuil prédéterminée, de manière à déterminer des zones à comportement Ro,G anormal. Selon une autre caractéristique de l'invention, on estime, à partir de données de puits concernant le même milieu, la réponse théorique du milieu en termes de Ro et G en tenant compte de la forme de l'ondelette sismique, on détermine un autre nuage de points caractérisé par sa propre distribution statistique dite distribution de calibration, puis on effectue une calibration des points de mesure sismique en faisant coïncider sa distribution dite de référence à celle de calibration de manière à déterminer une nouvelle valeur de gradient G calibrée susceptible d'être utilisée notamment pour le calcul des variations relatives du coefficient de Poisson C dans le milieu considéré. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description de la mise en oeuvre de la méthode selon l'invention, ainsi que des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une représentation schématique des diverses étapes pour réaliser un diagramme croisé intercept-gradient, - la figure 2 est une représentation schématique à plus grande échelle d'un diagramme intercept-gradient sur lequel est représenté l'axe de référence de la présente invention. A l'aide d'un ensemble d'émetteurs-récepteurs, des ondes sont émises dans le milieu à explorer qui, après réflexion sur des réflecteurs suivant des angles d'incidence qui doivent rester inférieurs à 30 pour que les équations rappelées en préambule trouvent application, sont reçues et enregistrées par les récepteurs-enregistreurs habituellement utilisés en sismique réflexion. Ainsi que cela est connu, les enregistrements sous forme de traces des ondes réfléchies sont, après correction(s) éventuelle(s), et traitement en amplitude préservée, groupés de manière à constituer des collections en point milieu commun. L'axe des abscisses représente les déports ou offsets des points milieux et l'axe des ordonnées les temps. Une telle collection de traces est représentée schématiquement sur la partie gauche de la figure 1, une telle étape constituant ce qu'on appelle le pré-traitement. Chaque trace T1 à T5 présente à divers temps tl, t2.. ..t5 des pics d'amplitude qui peuvent être dirigés dans la même direction à gauche, comme c'est le cas par exemple des pics au temps tl, à droite comme pour ceux aux temps t2, t4 ou t5, ou dans des directions opposées comme pour ceux au temps t4. Dans une autre étape, on réalise des diagrammes amplitude en fonction du sinus carré de l'angle d'incidence exprimé en degrés. Sur la figure 1, on n'a représenté que trois diagrammes D1 à D3 et on a considéré comme positives les arches des traces dirigées vers la droite, par exemple les arches des traces au temps t1, et négatives les arches des traces dirigées en sens inverse comme par exemple les arches au temps t2 des traces constituant la collection points-milieu. Sur le diagramme D1, on voit qu'au temps tl l'amplitude diminue lorsque le déport augmente tout en restant positive (droite D11) alors qu'au temps t2 l'amplitude tend vers 0 avec le déport (droite D1. Le diagramme D2 concerne l'amplitude au temps t3 et le diagramme D3 concerne les amplitudes aux temps t4 (droite D31) et t5(droite D3. Le changement de signe des amplitudes au temps t4 induit une droite D31 qui intersecte l'axe des angles. Les réponses intercept Ro et gradient G obtenues à partir des diagrammes tels que D1 à D3 et/ou de la collection de traces en point milieu permettent de réaliser le diagramme croisé intercept-gradient C représenté sur la partie droite de la figure 1. Sur ce diagramme croisé C, on a représenté cinq points caractéristiques P1 à Ps respectivement aux temps tl, t2, t3, t4, t5, les autres points P s'inscrivant dans le nuage de points E. Les points P1 et P2 sont considérés comme normaux car situés également dans le nuage de points E et correspondent à une décroissance de l'énergie en fonction du déport. Le point P3 qui est situé en dehors du nuage de points E correspond à une diminution de l'énergie en fonction du déport. Quant aux point P4 et P5 ils sont considérés comme "anormaux" car pour l'un P4, on constate une diminution plus rapide de l'énergie qui a conduit à une inversion de polarité, visible sur les réponses Ro et G, tandis que pour le point P5 on constate que l'énergie décroît moins rapidement que la normale. Sur l'ellipse E', représentant de manière synthétique la dispersion d'un nuage de points, à plus grande échelle de la figure 2, on échantillonne l'axe des intercept suivant des intervalles prédéterminées AR. Pour tous les points P qui sont situés dans chaque intervalle AR, on détermine la valeur GMS du gradient la plus probable statistiquement en appliquant une des méthodes statistiques connues. Pour l'intervalle AR1, on obtient un point P'1 dont les coordonnées sont Rloí, valeur de l'intercept pour l'intervalle AR1 considéré, et G'MSl qui est la valeur du gradient déterminée statistiquement. On recommence la même étape pour chacun des intervalles AR de l'intercept comme par exemple AR2 dont le point représentatif est P'2 de coordonnées R'o2 et G'MS2. On obtient une ligne de référence AR selon la présente invention en réunissant tous les points P' 1, P'2 P'n, des divers intervalles de l'axe des intercepts R0 ; dans le cas d'une distribution gaussienne ces points sont alignés le long d'une droite dont la direction est connue. On peut déterminer un attribut A d'un point quelconque sélectionné correspondant à un ensemble PMC donné et à un temps, par exemple le point B, en déterminant la distance du point B à la ligne de référence AR. Ainsi, pour chaque point issu des mesures Ro, G en tout point et à tout temps du profil sismique, on obtient des points Bl Bn, d'attributs Al An. Ces attributs A1 à An peuvent être représentés dans un diagramme (X, t) où X est l'abscisse du point milieu considéré le long du profil d'acquisition choisi et t est le temps. Ces attributs peuvent être représentés sous un code prédéterminé, par exemple un code couleurs. I1 est également possible de prendre, pour chaque point milieu PM, une seule valeur de temps prédéterminée, en l'occurrence celle qui correspond à un temps pointé associé à un réflecteur donné sur une section sismique obtenue à partir des collections de traces en points-milieu communs. Selon une autre caractéristique de l'invention, pour chaque point milieu commun on prend une seule valeur de temps prédéterminée qui correspond à un temps pointé associé à un réflecteur donné sur une section sismique obtenue à partir des collections de traces point-milieu communs. Par ailleurs, pour chaque point milieu, les temps prédéterminés sont dans une fenêtre temps donnée encadrant une ou plusieurs réflexions données sur une section sismique obtenue à partir des collections de traces en point milieu communs. Pour déterminer des zones à comportement anormal en termes de ROm, G, on peut comparer chaque attribut A tel que défini précédemment à une valeur de seuil prédéterminée, en référence à une méthode statistique. Grâce à la présente invention, on peut également déterminer la variation relative du coefficient de Poisson a dans le milieu considéré lorsqu'on peut disposer de mesures effectuées dans un puits foré dans ledit milieu. Pour déterminer les contrastes des coefficients élastiques, on peut reprendre les approximations de l'équation de Zoeppritz, telles que les équations (2) à (4) de SHUEY, pour des incidences O faibles et inférieures à 30 et pour de petits contrastes en propriétés élastiques, en ayant identifié les coefficients a et ss de la formule (6). Cette identification peut être effectuée en appliquant la démarche décrite plus haut aux données sismiques GM et Ro ainsi qu'à des données synthétiques tirées des mesures adaptées GT, réalisées dans le puits de forage. La mesure sismique de Ro a déjà été calibrée à l'aide des mêmes mesures de puits par toute méthode connue dans le domaine technique concerné, l'effet du bruit sismique sur GM ayant aussi été évalué. Ainsi, la connaissance des coefficients a et ss permet de calibrer sur le puits les gradients GM mesurés sur la sismique et donc de calculer Aa ou la reflectivité RS des ondes S. En pratique, on estime la réponse théorique du milieu en termes de Ro et G en tenant compte de la forme de l'onde sismique, puis on détermine un autre nuage de points qui est caractérisé par sa propre distribution statistique dite distribution de calibration, puis on effectue une calibration des points de mesure sismiques en faisant coïncider la distribution dite de référence à celle de calibration de manière à déterminer une nouvelle valeur de gradient G calibrée susceptible d'être utilisée notamment pour le calcul des variations relatives du coefficient de Poisson a dans le milieu considéré. REVENDICATIONS 1. Méthode d'analyse de données sismiques réflexion pour notamment la détermination des variations lithologiques et/ou de contenu fluide d'un milieu, dans laquelle on -constitue des collections de traces sismiques en point milieu commun (PMC) et en amplitude préservée à partir de traces sismiques enregistrées le long de points d'acquisition détermine pour chaque collection de traces en PMC et pour des temps (t) prédéterminés (I) une valeur Ro (t) à déport nul dite d'intercept, représentative de l'amplitude des réflexions sismiques sous incidence normale le long d'un profil d'acquisition, et (II) une valeur G(t) dite de gradient définie par la relation simplifiée de SHUEY ; R = Ro + G sin2 0, où R représente l'amplitude des réflexions sismiques en fonction du déport et O représente l'angle O d'incidence sur le réflecteur, angle variant avec le déport - représente les couples Ro (t) et G (t) dans le diagramme croisé intercept-gradient suivant deux axes et pour l'ensemble des points milieux le long dudit profil d'acquisition, de manière à obtenir un nuage de points dont chacun correspond à un point milieu et à un temps donnés, caractérisée en ce qu'elle consiste en outre à - échantillonner l'axe de l'intercept Ro, - déterminer pour chaque échantillon d'intercept Ro une valeur moyenne GMS du gradient, la plus probable statistiquement, des points du nuage situés dans ledit échantillon de façon qu'à chaque valeur de Ro corresponde une valeur GMS et définir un point moyen de coordonnées (Ro, GMS), - relier les divers points moyens ainsi définis pour constituer une ligne de référence, - sélectionner des points issus des mesures Ro, G en tout point et à tout temps du profil et pour chaque point ainsi sélectionné, qui correspond à un ensemble point milieu-temps donné, déterminer un attribut A, qui est représentatif de la distance comptée parallèlement à l'axe G, entre ledit point sélectionné et ladite ligne de référence. 2. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'on représente les attributs A dans un diagramme (X, t) où X est l'abscisse des points milieu communs le long du profil d'acquisition choisi et t est le temps. 3. Méthode selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour chaque point milieu PMC on prend une seule valeur de temps prédéterminée, qui correspond à un temps pointé associé à un réflecteur donné sur une section sismique obtenue à partir des collections de traces PMC. 4. Méthode selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour chaque point milieu PMC les temps prédéterminés sont dans une fenêtre temps donnée encadrant une ou plusieurs réflexions données sur une section sismique obtenue à partir des collections de traces en PMC. 5. Méthode selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que pour une distribution gaussienne des points de nuage centrés sur la ligne de référence, l'attribut A est exprimé en fonction des écarts-types et corrélations des paramètres décrivant complètement ladite distribution gaussienne. 6. Méthode selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'on compare l'attribut A à au moins une valeur de seuil prédéterminée, de manière à déterminer des zones à comportement Ro,G anormal. 7. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'à partir de données de puits concernant le même milieu, on estime la réponse théorique du milieu en termes de Ro et G en tenant compte de la forme de l'ondelette sismique, on détermine un autre nuage de points caractérisé par sa propre distribution statistique dite distribution de calibration, puis on effectue une calibration des points de mesure sismique en faisant coïncider sa distribution dite de référence à celle de calibration de manière à déterminer une nouvelle valeur de gradient G calibrée susceptible d'être utilisée notamment pour le calcul des variations relatives du coefficient de Poisson a dans le milieu considéré.