Brevet FR2861469A1 — publié le 20050429

DOMAINE GENERAL L'invention concerne les techniques de traitement de données sismiques acquises au moyen de capteurs multicomposantes. Cette invention est en particulier applicable à l'acquisition au moyen de câbles disposés sur le fond de la mer (techniques dites OBC ou Océan Bottom Cable selon la terminologie anglo-saxonne généralement utilisée). Il a récemment été proposé des géophones multicomposantes capables de travailler dans n'importe quelle position, notamment dans le fond de la mer. Cette technologie de sonde toute-inclinaison ( omnitilt selon la terminologie anglaise) a permis de nouveaux câbles simplifiés (les cardans mécaniques ne sont plus nécessaires) et permet des acquisitions avec une meilleure largeur de bande sismique. Toutefois, l'étape d'acquisition ne permet pas de fournir l'orientation réelle des géophones du câble, alors que cette information est indispensable pour permettre de traiter les données. L'invention propose quant à elle un traitement qui est destiné à être mis en #uvre sur les données brutes et qui permet la réorientation et le calibrage (destiné à convertir en une réponse commune de phase et d'amplitude les mesures des divers géophones). ETAT DE LA TECHNIQUE Il a déjà été proposé des techniques consistant à isoler du signal les données qui correspondent à la première arrivée sur le capteur et à déterminer à partir de ces données un filtre destiné à être appliqué aux données brutes de façon à les corriger et obtenir ainsi les composantes du signal sur les axes attendus. Une proposition à cet effet a été décrite dans l'article : Horizontal vector infidelity correction by général linear transformation" - Joe Dellinger et al. - SEG - 9-14 Septembre 2001. Toutefois, cette technique n'est pas nécessairement optimale puisque le mécanisme de couplage qui intervient au niveau du géophone n'est pas le même pour les ondes qui correspondent à une première arrivée sur le capteur et pour les ondes réfléchies ou converties par les horizons sismiques. PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention propose quant à elle une autre approche qui emploie la fenêtre réelle de données pour reconstruire numériquement des géophones orientés selon les axes voulus. Implicitement, cette approche compense les erreurs qui ne sont pas liées aux géophones eux-mêmes, mais qui sont dues au fait que le couplage entre le géophone et les ondes à enregistrer est différent selon que l'on a à faire à un mouvement de vibrations vertical plutôt qu'à un mouvement horizontal (ce du fait de la pesanteur). Dans le cas d'un câble, le couplage est en outre différent selon que le mouvement de vibrations est dans le sens du câble ou transversal. Par ailleurs, puisque des fenêtres plus profondes sont sujettes à un rapport S/N (signal sur bruit) plus faible, des traitements mettant en #uvre des sommations de traces sont en outre utilisés. L'invention propose ainsi, selon un premier aspect, un procédé de traitement de données sismiques acquises au moyen d'un capteur à au moins trois composantes géophone, caractérisé en ce qu'on détermine des estimateurs qui sont des combinaisons de ces composantes permettant d'isoler les différentes données selon qu'elles correspondent à une propagation avec réflexion ou avec conversion et en ce que, pour déterminer une reconstruction de capteur, on détermine les opérateurs à appliquer aux différentes composantes du capteur de façon à minimiser l'écart entre des données de référence et des données obtenues en appliquant les estimateurs à la reconstruction de capteur, les opérateurs ainsi déterminés étant appliqués aux données acquises. On précise ici que l'on entend, dans la suite du présente texte, par géophone tout capteur de vitesse et par hydrophone tout capteur de pression. Des aspects préférés, mais non limitatifs du procédé selon le premier aspect de l'invention sont les suivants : - le capteur incluant en outre un hydrophone, les données de référence pour reconstruire un géophone vertical sont dérivées des données acquises par l'hydrophone ; - les données de référence pour reconstruire un géophone vertical sans hydrophone ou pour reconstruire des géophones horizontaux sont dérivées de l'application des estimateurs à l'un des géophones du capteur ; - l'orientation dans le plan horizontal d'une composante géophone est obtenue en minimisant l'estimateur de la réflexion transverse ; - les estimateurs sont déterminés en fonction d'un modèle de propagation isotrope ou incluant l'anisotropie azimutale. Selon un autre aspect plus général, l'invention propose un procédé de traitement de données sismiques acquises au moyen d'un capteur à au moins trois composantes géophone, caractérisé en ce qu'on détermine des estimateurs qui sont des combinaisons de ces composantes permettant d'isoler les différentes données selon qu'elles correspondent à une propagation avec réflexion ou avec conversion. Les estimateurs ainsi déterminés peuvent trouver d'autres applications que celle faisant l'objet du procédé selon le premier aspect de l'invention. DESCRIPTION DES FIGURES - la figure 1 est une représentation schématique donnant les conventions angulaires utilisées ; - les figures 2 et 3 sont des organigrammes donnant les différentes étapes du traitement respectivement dans l'un et l'autre des deux exemples de mise en oeuvre décrits. DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE MISE EN #UVRE DE L'INVENTION Premier exemple de mise en #uvre : cas d'un modèle de propagation isotrope Sous l'hypothèse d'une géologie localement 1 D (une dimension) à proximité des récepteurs, et en supposant une propagation isotrope de la terre, un géophone donné, avec une orientation cp #, mesure : m = Rppcos(\)/) 8pp, +(Rpscos(6 -cp+Rtrsvsin(6k -cpsinyrbpsk Avec : k : index pour le point de tir (allant de 1 à N) 6k : Azimut du point de tir par rapport à l'axe des abscisses Rpp : réflectivité PP #PP : Correction dynamique PP ( normal moveout ou NMO) Rps : réflectivité radiale isotrope PS Rtrsv : réflectivité transversale isotrope PS #Ps : Correction dynamique PS ( normal moveout ou NMO) Ce modèle permet l'évaluation des paramètres de réflectivité à partir de l'ensemble de traces trk par un traitement simple de comparaison des moindres carrés (en ignorant # pour commencer) dans le domaine de Fourier, menant aux équations suivantes: Quantités scalaires : SC(0)=Zk cos(9k-cp) SS(cp)=Lk sin(9k-cp) Sc2 P)=Y-k cos2(9k-cp) Ss2 P)=Y-k sin2(6k-cp) SCS(0)=Ek cos(9k-(p) sin(Ok-(P) N= Sc2+ Ss2 Quantités ondelettes : wc(cp)= Ek cos(6k-(p) 8pSk 8PPk-1 ws(cp)= Ek sin(Ok-(P) 5pSk 8PPk-1 Quantités sommations de traces dugéophone x : Svx = #k Xk 8PPk-1 Shcx( cp)= Ek COS(9k-CP) Xk 8pSk' Shsx( cp)= Ek sin(9k-cp) Xk 6psk"1 La solution de ce système linéaire donne : #iso Rpp cos(#) = W Svx + (Ses ws - Ss2 wc) Shcx + (Ses wc - Sc2 ws) Shsx AisoRps sin(#) = Kic cos(cp)+ Kis sin(cp) L3.iso Rtrsv sin(\jJ) = Kis cos(cp)- Kic sin(cp) Avec : W = Sc2 Ss2 - Scs 2 #iso = W N + Ses ws - Ss2 wc)+ ws (Ses wc - Sc2 ws) Kic = (Ses ws - Ss2 wc)Svx + (N Ss2 - wsws )Shcx + (- N Ses + ws wc )Shsx Kis = (Ses wc - Sc2 ws)Svx + (- N Ses + wc ws )Shcx + (N Sc2 - wc wc )Shsx Cette modélisation permet des évaluations en prenant en compte les propriétés suivantes : a. Rpp ne dépend pas de #, b. |Rps|2+|Rtrsv|2 ne dépend bien entendu pas non plus de cp, c. #iso est dans la pratique rapidement stationnaire dans le temps et peut être ignoré pour le processus de calibrage/orientation, car commun à tous les géophones d'un même récepteur. Évaluations de tirs denses La plupart des acquisitions OBC sont tirées en utilisant une grille dense et régulière de source, qui permet beaucoup de simplification : Sc = Ss = 0, wc = ws=0 (symétrie des sources par rapport aux récepteurs) Scs =0 Sc2 = Ss2 = N/2 (distribution de source isotrope) Ensuite, la solution exacte peut être obtenue par l'approximation : N Rpp cos(#) = Svx N Rps sin(#) = 2 Shcx(cp) N Rtrsv sin(#) = 2 Shsx(cp) Cette approximation mène à des calculs très simples, n'impliquant pas d'ondelettes, et peut être mise en application immédiatement. Orientation des géophones Puisque le Rtrsv n'existe pas physiquement, la minimisation de l'énergie de Rtrsv mène à une équation trigonométrique qui donne l'orientation réelle cpgeo(+k #): tg(2 cpeo ) = 2 ( Kic, Kis()/(Kict2 - Kist2) t t t ((Emax-Emin)/ (Emax+Emin))1/2 donne un contrôle de la qualité de la réorientation. D'autre part, si l'on veut trouver l'orientation d'après les arrivées premières, il est possible de corriger lesdites arrivées premières pour les mettre à un même temps d'arrivée, puis de simplifier kic et kis en remplaçant les ondelettes wc et ws par les scalaires sc et ss, en considérant que les ondes enregistrées horizontalement sont en fait la projection de l'onde P radiale, présente sur tous les geophones du fait de son obliquité. Calibrage composite vertical de qéophone : Avec les géophones gi ,g2 ,g3, nous construisons un géophone composite vertical v, v = op1*g1 + op2*g2 + op3*g3 (ou comportant plus de termes similaires dans le cas où des géophones supplementaires sont présents dans le récepteur) où op1, op2 , op3 sont les filtres de longueur finie et opu*gu représente la convolution du géophone gu avec le filtre opu. tels que : E1 = IXH - XV2 =lKic(v) 12+ IKis(v) 12 L'énergie de la différence entre XH (l'hydrophone après application du fantôme geophone, ou hydrophone cross-ghost) et XV (le géophone composite vertical après application du fantôme hydrophone, ou geophone cross-ghost), (voir par exemple à cet effet la demande de brevet de la demanderesse FR 2 743 896). E2 = Rps(v)2 + Rtrsv(v}2 Energie horizontale du composite vertical, Alors E = ÀE1 + (1- #)E2 est une forme quadratique sur les coefficients des filtres et peut être réduite au minimum, donnant ainsi un système linéaire à résoudre. (# est un paramètre d'accord, 0≤À≤1, qui favorise soit un ajustement plus fort à l'hydrophone de référence soit une minimisation plus forte de l'énergie de cisaillement). Dans le cas de données terrestres, c'est a dire s'il n'y a pas d'hydrophone disponible, on peut choisir un des géophones comme référence et remplacer l'hydrophone par Rpp(gref). Calibration dans une direction arbitraire horizontale Avec g = opi*gi + op2*g2 + op3*g3 et #g une direction arbitraire, il est défini : E1 = IRps(g, cpg) - Rps (ref, #ref)#2, comme étant l'énergie de la différence entre l'évaluation du Rps du géophone composite arbitraire et l'évaluation du Rps d'un géophone de référence (en général le géophone oriente dans la direction du câble). E2 = #Rpp(g)#2 +Rtrsv(g, #g)#2 (l'énergie non radiale) E = ÀE1 + (1 - À)E2 permet la dérivation d'un géophone horizontal composite dans la direction voulue, ayant la même réponse en fréquence que le géophone de référence, et avec une contamination PP minimale. En considérant les cas #ref =0 et (pref =#/2 on peut générer par simple combinaison trigonométrique les projections radiales et transverses. Deuxième exemple de mise en #uvre : cas d'une modélisation de propagation azimutale anisotropique Soit a la direction de l'axe de propagation rapide naturelle. La modélisation de la mesure du géophone devient (en utilisant l'un ou l'autre de Rps1 et Rps2 les deux images selon les directions naturelles, ou Rps et #Rps définis par Rps1= Rps+8Rps, Rps2= Rps-#Rps): mh = Rppcos(Y) 8PPI + (Rps1cos(cp - a)cos(9h - a)+ Rps2 sincp - a)sin(9h - a))sin(\jJ )8pSk mk = Rppcos(\jJ) 8PPk + Rps cos6 - cp)+ BRps cosA + cp - 2 a))siny)psk donnant les équations normales La solution de ce système linéaire donne : #iso Rpp cos(y) = Inchange Aaniso Rps sin(#) = (Kac cos(2 a - cp) + Kas sin(2 a - cp)) sin(2 (a - cp)) Aaniso Rtrsv sin(yr) ~ (-Kac cos( cp) - Kas sin((p)) sin(2 (a - cp)) Avec : 4aniso = sin2 (2 (a - (p)) Aiso Kac = (Sc2 ws - Ses wc) Svx + (N Ses - wc ws )Shcx - (N Sc2 - wc wc )Shsx Kas = (-Ss2 wc + Ses ws) Svx + (N Ss2 - ws ws )Shcx - (N Ses - ws wc )Shsx Calibration verticale de géophone composite : La méthode isotrope reste applicable avec le changement E2=lKac(g )12+ IKas(g) 12 Calibration arbitraire horizontale ou lignes/colonnes de géophones composites L'observation de #Rps sur le champ de données permet de diagnostiquer la présence (ou non) d'une anisotropie azimutale significative. (la quantité sin2(2(a-cp)) 8Rps ne nécessite pas la connaissance de a pour son calcul). La méthode isotrope reste applicable avec les changements E2=BRps(v)2 et. E=2,(El+E2)+(l-,) E3. Dés lors que a n'est généralement pas connu, un balayage sur une gamme de #/2 est mise en oeuvre, en utilisant la valeur de a qui minimiseEmini/EO. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de données sismiques acquises au moyen d'un capteur à au moins trois composantes géophone, caractérisé en ce qu'on détermine des estimateurs qui sont des combinaisons de ces composantes permettant d'isoler les différentes données selon qu'elles correspondent à une propagation avec réflexion ou avec conversion et en ce que, pour déterminer une reconstruction de capteur, on détermine les opérateurs à appliquer aux différentes composantes du capteur de façon à minimiser l'écart entre des données de référence et des données obtenues en appliquant les estimateurs à la reconstruction de capteur, les opérateurs ainsi déterminés étant appliqués aux données acquises. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, le capteur incluant en outre un hydrophone, les données de référence pour reconstruire un géophone vertical sont dérivées des données acquises par l'hydrophone. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les données de référence pour reconstruire un géophone vertical sans hydrophone ou pour reconstruire des géophones horizontaux sont dérivées de l'application des estimateurs à l'un des géophones du capteur. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orientation dans le plan horizontal d'une composante géophone est obtenue en minimisant l'estimateur de la réflexion transverse. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les estimateurs sont déterminés en fonction d'un modèle de propagation isotrope ou incluant l'anisotropie azimutale. 6. Procédé de traitement de données sismiques acquises au moyen d'un capteur à au moins trois composantes géophone, caractérisé en ce qu'on détermine des estimateurs qui sont des combinaisons de ces composantes permettant d'isoler les différentes données selon qu'elles correspondent à une propagation avec réflexion ou avec conversion.