Brevet FR2890177A1 — publié le 20070302

Procédé et système d'acquisition de données sismiques La présente invention concerne un procédé d'acquisition de données sismiques au moyen de sources produisant des ondes sismiques selon une séquence de tir de type "sweep", de durée déterminée et de fréquence variable. L'invention concerne aussi un système d'acquisition de données sismiques comprenant de telles sources. Dans le domaine de l'industrie pétrolière et gazière notamment, on utilise couramment des méthodes de prospection géophysique pour la recherche et l'évaluation de dépôts d'hydrocarbures souterrains. A cet égard, on connaît bien des systèmes d'acquisition de données sismiques comportant une pluralité de récepteurs sismiques, tels que des géophones, placés au contact du sol et disposés de manière à couvrir une zone du sous-sol à explorer et une pluralité de sources de vibration disposées au voisinage des récepteurs et aptes à émettre des vibrations qui se réfléchissent sur les interfaces entre strates géologiques. Les sources de vibrations émettent un signal sismique appelé "sweep", appliqué à la surface du sol. Ce signal est une vibration sinusoïdale d'une durée généralement comprise entre 2 et 20 secondes, dont typiquement la fréquence augmente ou diminue de façon continue et monotone sur une gamme de fréquences donnée. Un ensemble de sweeps émis par une ou plusieurs sources en des points très voisins les uns des autres est appelé un Point Vibré ou PV. En général, un PV comprend entre 1 et 6 sweeps, fait appel à 1 à 5 vibrateurs, et recouvre une surface inférieure à 60 X 60 m2. Les ondes sismiques réfléchies sont transformées en signaux électriques par les récepteurs répartis sur une distance de plusieurs kilomètres et transmis, soit par des câbles électriques, soit par voie hertzienne, à une station centrale, généralement un camion-laboratoire comprenant des moyens d'enregistrement et des moyens de traitement desdits signaux pour former les sismogrammes qui seront utilisés pour générer l'image sismique du sous-sol. Le traitement le plus courant consiste en la corrélation des signaux enregistrés par le sweep émis. Cette opération se traduit par la compression de ce signal de plusieurs secondes en un signal d'autant plus court que la plage de fréquences est large. Une méthode particulière d'acquisition de données sismiques dite slipsweep telle que décrite dans la publication Wams, J. and Rozemond J. (1998), "Recent Developments in 3-D acquisition using vibroseis in Oman", Leading Edge 17 n 8, pp 1053-1063 par exemple, a été mise au point afin d'augmenter le nombre de sweeps par unité de temps. Cette méthode permet de générer des points vibrés par des sources vibrosismiques multiples avec une fréquence dont la limite est égale à l'inverse du temps d'écoute des récepteurs. La méthode consiste à émettre un nouveau sweep avec une nouvelle source sans attendre la fin du précédent. L'intervalle entre les émissions de vibrations successives est appelé le slip time et doit être au moins égal au temps pendant lequel on écoute les réflexions éventuelles. La méthode est habituellement mise en oeuvre de la façon suivante. En plus du "slip time" et du nombre de sources indépendantes, on définit la longueur maximale du "mother record" en fonction de la mémoire disponible du système d'enregistrement et des paramètres d'enregistrements. Lorsqu'une source est prête à émettre des vibrations, elle en informe la station centrale par radio. Celle-ci détermine si la source peut être autorisée à vibrer en fonction du temps de démarrage du dernier sweep émis, de l'état des autres sources et du temps restant avant la fin d'un mother record. Le cas échéant, la station centrale transmet, par radio, l'ordre de tir à la source et le sweep est émis à un instant précis connu de l'horloge interne de la source ainsi que de l'horloge interne du système d'enregistrement. La connaissance des temps d'émission permet le recalage en temps des enregistrements après corrélation. La précision de ce recalage dépend de la précision des horloges de la source et du système d'enregistrement ainsi que du système de transmission radio. On observera que, à l'approche de la fin d'un "mother record", les moyens d'enregistrement n'autorisent aucune source à émettre des vibrations afin de ne pas tronquer de point de tir. En même temps que les signaux sismiques transmis par les récepteurs, ou à l'issue de chaque sweep, les moyens d'enregistrement reçoivent, par radio, des informations de contrôle de la qualité transmis par chaque source telles que l'amplitude et la phase de la force appliquée au sol. La méthode décrite ci-dessus en relation avec la technique slip-sweep présente des inconvénients. Elle induit une perte de temps à la fin de chaque volée de points de tir. Elle nécessite l'utilisation d'une bande de fréquence pour la transmission des informations en provenance de chaque source de vibrations, et limite le nombre de sources qui peuvent être déployées simultanément. Elle entraîne un arrêt de l'enregistrement lorsqu'un problème survient dans la transmission des informations entre les sources de vibrations et les moyens d'enregistrement. L'invention se propose de remédier à ces inconvénients. A cet effet, il est proposé un procédé d'acquisition de données sismiques concernant une zone du sous-sol à la surface de laquelle sont déployés une pluralité de récepteurs d'ondes sismiques en contact avec le sol, un dispositif pour enregistrer les signaux produits par les récepteurs, et une pluralité de sources de vibrations programmées pour parcourir des trajets respectifs déterminés comprenant chacun une succession de positions de tir stationnaires, les dites sources étant propres à produire, lorsqu'elles sont en position de tir, des vibrations sismiques selon une séquence de tir de type sweep, de durée déterminée et de fréquence variable, caractérisé par le fait que l'on synchronise les horloges des sources et du dispositif d'enregistrement, on autorise les tirs de chacune des sources selon une série d'instants de tir tk,n déterminée, k étant un numéro d'ordre pour une source donnée et n un numéro d'ordre de source, compris entre 1 et le nombre de sources Ns, et on enregistre les signaux produits par les récepteurs en continu. Si une source de vibrations n'est pas en mesure de produire des vibrations à un des instants de tir de sa série, par exemple parce qu'elle n'a pas encore atteint une position de tir, elle n'émet des vibrations qu'à compter de l'instant de tir suivant, à condition qu'elle soit parvenue à la dite position de tir et soit en état de produire des vibrations. Les instants de tir tk,1..., tk,n, ...tk,Ns prévus pour les différentes sources peuvent être espacés de façon régulière. En variante, les instants de tir tk,1 tk,n, ...tk,Ns peuvent être espacés selon une séquence pseudo-aléatoire. De plus, il est possible de prévoir que la série d'instants de tir est modifiable en cours d'enregistrement. Selon un autre aspect, l'invention a pour objet un système d'acquisition de données sismiques comprenant une pluralité de récepteurs d'ondes sismiques destinés à être placés en contact avec le sol, un dispositif pour enregistrer les signaux produits par les récepteurs, et une pluralité de sources de vibrations programmées pour parcourir des trajets respectifs déterminés comprenant chacun une succession de positions de tir stationnaires, les dites sources étant propres à produire, lorsqu'elles sont en position de tir, des vibrations sismiques selon une séquence de tir de type sweep, de durée déterminée et de fréquence variable, caractérisé par le fait que chaque source comprend un moyen de synchronisation d'horloge et un dispositif d'enregistrement dans lequel est mémorisée une série d'instants de tir tk,n, k étant un numéro d'ordre et n le numéro d'ordre de la source considérée, compris entre 1 et le nombre de sources Ns. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique du système d'acquisition de données sismiques conforme à l'invention. En référence à la figure 1, le système d'acquisition de données conforme à l'invention comporte un réseau de récepteurs 1 disposés au-dessus de la zone du sous-sol à explorer et en contact avec la surface du sol, un nombre Ns de sources vibrosismiques 2 disposées au voisinage desdits récepteurs 1 et des moyens d'enregistrement 3 reliés au réseau de récepteurs 1 et positionnés dans un camion-station 4. Chaque source 2 peut être composée d'un nombre variable de vibrateurs, compris typiquement entre 1 et 5. Chaque source occupe au cours de l'acquisition une série de positions de tir successives et parcourt ainsi un trajet préétabli. Chaque source 2 comprend un dispositif d'enregistrement autonome 5 dans lequel est mémorisée une série d'instants de tir tk,n définis à partir d'un temps-origine To, n étant un numéro d'ordre attribué à ladite source, compris entre 1 et le nombre de sources Ns, et k prenant les valeurs entières 1, 2, etc jusqu'à la fin de l'acquisition Selon un exemple de réalisation, la série d'instants de tir tk,1..., tk,n, tk,Ns d'ordre k des différentes sources est composée d'instants régulièrement espacés. Une autre possibilité consiste à espacer les instants de tir tk,1..., tk, n, ...tk,Ns d'ordre k des différentes sources de façon irrégulière, selon une séquence pseudo-aléatoire préétablie. De façon appropriée, les instants de tir successifs tk,n d'une source donnée d'ordre n sont espacés de façon régulière, conformément à l'expression: tk,n = To + (n + k. Ns)IT n et k ayant les définitions cidessus et IT étant un intervalle de temps prédéterminé. Dans l'hypothèse où une source 2 d'ordre n n'est pas en mesure d'effectuer un tir à un instant tk,n de sa série, par exemple parce qu'elle n'a pas atteint sa position de tir suivante, elle n'émettra des vibrations qu'à compter de l'instant suivant tk+1,n de sa séquence d'émission, à condition bien entendu qu'elle soit en mesure d'effectuer un tir à cet instant. Chaque source comprend des moyens pour fournir les données caractéristiques de chaque tir: coordonnées spatiales de la source et instant effectif de début de tir, lesquelles données sont enregistrées dans le dispositif 5 et seront utilisées en combinaison avec les signaux sismiques produits par les récepteurs 1 et enregistrés par les moyens 3 pour produire des sismogrammes. Chaque source comprend aussi des moyens pour fournir des informations de contrôle qualité telles que l'amplitude et la phase de la force appliquée au cours d'un tir, également enregistrées dans le dispositif 5. Chaque source comprend également un moyen de synchronisation de son horloge interne. Cela peut être réalisé par synchronisation sur une horloge externe comme par exemple celle de la constellation GPS, ou par l'enregistrement, sur le dispositif d'enregistrement 5, d'un signal de référence comme par exemple le signal horaire émis par les satellites de la constellation GPS. Les moyens d'enregistrement 3 sont aptes à enregistrer en continu les signaux des vibrations réfléchies par la zone du sous-sol à explorer, mesurés et transmis par les récepteurs de vibrations 1. Lesdits moyens d'enregistrement 3 comprennent, tout comme les sources 2, un moyen de synchronisation permettant soit la synchronisation de leur horloge interne sur une horloge externe comme par exemple celle de la constellation GPS soit l'enregistrement du signal temps émis par les satellites de la constellation GPS. En outre, il est approprié de prévoir dans le camion-station 4 des moyens pour corréler les signaux enregistrés en continu par les moyens 3 avec le signal sweep des sources afin d'obtenir les signaux propres à chaque tir et en déduire pour chaque tir un instant de début de tir et une position de tir, lesquels sont enregistrés dans les moyens d'enregistrement 3. De plus, le système comporte des moyens de gestion de l'acquisition 6 positionnés dans un camion-station 7. Le cas échéant, les moyens 6 peuvent être placés dans le même camion-station que celui qui reçoit les moyens d'enregistrement 3. Les moyens de gestion de l'acquisition 6 sont reliés par une liaison radio aux sources 2 et peuvent leur transmettre un ordre d'arrêt de l'émission des vibrations. Cette liaison radio peut aussi être utilisée si l'on souhaite transmettre aux moyens de gestion de l'acquisition 6, peu de temps après chaque tir, les données caractéristiques des tirs enregistrées dans les dispositifs 5 des sources. La liaison radio sert aussi aux communications avec le camion-station 4 portant les moyens d'enregistrement. Les informations concernant les instants et positions des tirs, tirées de la corrélation des signaux reçus avec le sweep appliqué aux sources, peuvent ainsi être communiquées aux moyens de gestion 6 pour comparaison avec les informations communiquées par les sources 2. On notera que dans l'exemple de réalisation décrit, la transmission de données par liaison radio est minimale et ne joue pas un rôle critique dans le déroulement de l'acquisition. Une seule fréquence suffit pour la transmission des données entre toutes les sources 2 et les moyens de gestion de l'acquisition 6, et la même fréquence peut servir pour les communications vocales. Cela est un facteur majeur d'efficacité et de fiabilité opérationnelle. En outre, grâce au fait que la commande des sources n'est pas centralisée, le nombre de sources n'est pas limité. On peut ainsi déployer un plus grand nombre de sources que dans la pratique actuelle, par exemple 10 sources ou davantage, chaque source pouvant alors être formée d'un plus petit nombre de vibrateurs, par exemple de 1 ou 2 vibrateurs. L'invention illustrée au moyen de l'exemple décrit ci-dessus est applicable non seulement dans le cadre de la technique slip-sweep susvisée, mais plus largement dans tous les cas d'acquisition au moyen de sources vibrosismiques. On observera que, suivant le procédé conforme à l'invention, il n'y a pas de perte de temps à la fin de chaque volée de tir. De plus, les paramètres d'émission To, NS et IT peuvent être modifiés au cours de l'acquisition des données sismiques en fonction des conditions d'avancement des sources ou de conditions extérieures. Chaque modification, communiquée par radio des moyens de gestion 6 aux sources 2, est enregistrée et datée. REVENDICATIONS 1. Procédé d'acquisition de données sismiques concernant une zone du soussol à la surface de laquelle est déployée une pluralité de récepteurs d'ondes sismiques en contact avec le sol, un dispositif pour enregistrer les signaux produits par les récepteurs, et une pluralité de sources de vibrations programmées pour parcourir des trajets respectifs déterminés comprenant chacun une succession de positions de tir stationnaires, lesdites sources étant propres à produire, lorsqu'elles sont en position de tir, des vibrations sismiques selon une séquence de tir de type sweep, de durée déterminée et de fréquence variable, caractérisé par le fait que l'on synchronise les horloges des sources et du dispositif d'enregistrement, on autorise les tirs de chacune des sources selon une série d'instants de tir tk,n déterminée, k étant un numéro d'ordre pour une source donnée et n un numéro d'ordre de source, compris entre 1 et le nombre de sources Ns, et on enregistre les signaux produits par les récepteurs en continu. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les instants de tir tk,1 tk,n, ...tk,Ns prévus pour les différentes sources sont régulièrement espacés. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les instants de tir tk,1 tk,n, ...tk,Ns prévus pour les différentes sources sont espacés de façon 25 pseudo-aléatoire. 4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, dans lequel les instants de tir successifs t1,n...tk,n... prévus pour une source de numéro n sont régulièrement espacés dans le temps. 5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel les intervalles entre les dits instants sont modifiables en cours d'acquisition. 6 Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel on synchronise le dispositif d'enregistrement (3) et les sources de vibrations (2) au moyen d'une horloge externe. 7 Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel on synchronise le dispositif d'enregistrement (3) et les sources de vibrations (2) au moyen d'un même signal radio. 8. Procédé suivant la revendication 7, dans lequel le signal radio est fourni par une horloge atomique terrestre. 9. Procédé suivant la revendication 7, dans lequel le signal radio est fourni par l'horloge d'une constellation GPS. 10. Procédé suivant la revendication 9, dans lequel on émet à partir des sources et on communique au dispositif d enregistrement, à la fin de chaque sweep, le temps de début du sweep et les coordonnées de la position de la source. 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel on corrèle chaque enregistrement avec le sweep des sources, on en déduit les temps de début de tir et les coordonnées des positions de tir, et on compare ces informations avec celles communiquées à partir des sources. 12. Système d'acquisition de données sismiques comprenant une pluralité de récepteurs d'ondes sismiques destinés à être placés en contact avec le sol, un dispositif pour enregistrer les signaux produits par les récepteurs, et une pluralité de sources de vibrations programmées pour parcourir des trajets respectifs déterminés comprenant chacun une succession de positions de tir stationnaires, les dites sources étant propres à produire, lorsqu'elles sont en position de tir, des vibrations sismiques selon une séquence de tir de type sweep, de durée déterminée et de fréquence variable, caractérisé par le fait que chaque source comprend un moyen de synchronisation d'horloge et un dispositif d'enregistrement dans lequel est mémorisée une série d'instants de tir tk,n, k étant un numéro d'ordre et n le numéro d'ordre de la source considérée, compris entre 1 et le nombre de sources Ns.