Brevet FR2958412A1 — publié le 20111007

Procédé de détermination de la position relative de deux détecteurs au fond de la mer. La présente invention concerne les techniques d'exploration du sous-sol, en particulier un procédé de détermination de la position relative de deux détecteurs disposés sous la mer, notamment sur la surface du fond marin. Il est connu, notamment dans l'exploration pétrolière, de produire des images sismiques à partir de séries de mesures géophysiques effectuées depuis la surface d'un sous-sol. Dans la technique de la sismique, ces mesures impliquent l'émission dans le sous-sol d'une onde et la mesure d'un signal comportant diverses réflexions de l'onde sur les structures géologiques rencontrées. Ces structures sont typiquement des surfaces séparant des matériaux distincts ou des failles. Les images sismiques sont des représentations du sous-sol à deux ou trois dimensions, la dimension verticale correspondant soit aux temps de propagation des ondes sismiques, soit aux profondeurs. Elles sont obtenues par des techniques qui utilisent un modèle de vitesse estimée fournissant une cartographie de la vitesse de propagation des ondes sismiques dans les roches constituant la zone explorée. Ce modèle de vitesse est utilisé pour estimer les positions des réflecteurs du sous-sol à partir des enregistrements sismiques. Bien entendu, les images sismiques ainsi produites, ainsi que les modèles de vitesse sous-jacents, présentent certaines distorsions car ce ne sont que des estimations dérivées d'un nombre nécessairement limité de mesures. 2958412 -2 Dans le cas d'exploration du sous-sol sous marin, des détecteurs d'ondes sismiques peuvent être placés au fond de la mer sur le sous-sol à explorer. Des ondes sismiques sont émises à partir de la surface de la mer. Ces 5 ondes se propagent dans l'eau et pénètrent le sous-sol. Les détecteurs placés au fond de l'eau sur la surface du sous-sol vont détecter l'arrivée de l'onde sismique directe ainsi que les ondes réfléchies par le sous-sol. Afin de suivre l'évolution d'un réservoir pétrolier 10 d'un sous-sol, il est possible de réaliser une première image sismique du sous-sol à un temps donné puis de réaliser une deuxième image sismique du même sous-sol après un certain temps. En particulier pour suivre les changements en 15 teneur en hydrocarbure d'un réservoir exploité en production, il peut être intéressant de suivre l'évolution de l'image sismique du sous-sol dans le temps. Afin de pouvoir comparer deux images sismiques d'un même sous-sol prises à des temps différents, il est 20 important de savoir repositionner le plus précisément possible chaque détecteur placé sur la surface dudit sous-sol. Les détecteurs sont généralement positionnés au fond de l'eau par plusieurs centaines de mètres de 25 profondeur au moyen d'un robot dirigé à la surface (ROV ou « Remote Operated Vehicle »). Cependant, les contraintes de déploiement opérationnel combinées avec la précision des systèmes de positionnement acoustique embarqués sur ces robots, qui exigent un temps de stabilisation et de 30 calibration élevés, conduisent de façon courante à un positionnement imprécis du récepteur par rapport à la position planifiée. 2958412 -3 Généralement, la position du détecteur n'est connue qu'avec une précision de l'ordre de 10 mètres. Dans le contexte de campagne de mesures répétées dans le temps, cela implique une incertitude de 20 m sur la 5 position du détecteur, ce qui réduit considérablement la répétitivité des mesures. Afin de comparer les données obtenues lors de campagnes de mesure espacées dans le temps, il est important de pouvoir déterminer les différences de 10 positions entre les détecteurs positionnés lors d'une première campagne de mesures et les détecteurs positionnés lors d'une deuxième campagne de mesures. Il existe donc un besoin pour un moyen permettant de déterminer la position relative de deux détecteurs 15 placés sous la mer, notamment au fond de l'eau. Il est suffisant que cette méthode permette la détermination de la position dans un plan, car il est connu que les détecteurs sont placés sur la surface du fond marin. L'invention propose ainsi, un procédé de 20 détermination de la position relative d'un premier détecteur R1 et d'un deuxième détecteur R2 disposés sous la mer, comprenant les étapes suivantes : émission de N ondes à partir d'un premier ensemble de N points d'émission, 25 enregistrement pour chaque point d'émission dudit premier ensemble du temps de propagation de ladite onde entre ledit point d'émission et le premier détecteur R1, émission de Q ondes à partir d'un deuxième ensemble 30 de Q points d'émission, enregistrement pour chaque point d'émission dudit deuxième ensemble du temps de propagation de ladite onde entre ledit point d'émission et le deuxième -4 détecteur R2, détermination de la position relative des deux détecteurs R1 et R2 au moyen de l'équation suivante : û.(SIS2 ûR1Rz) t1 ù tz = V avec 12 le vecteur reliant la position d'un premier point d'émission S1 choisi parmi le premier ensemble de N points d'émission et d'un deuxième point d'émission S2 choisi parmi le deuxième ensemble de Q points d'émission, R1R2 le vecteur reliant la position du premier détecteur R1 et la position du deuxième détecteur R2, u, le vecteur unitaire orienté du centre du segment formé par les deux détecteurs R1 et R2 vers le centre du segment formé par les deux points d'émission S1 et S2, t1 le temps de propagation de l'onde du premier point d'émission S1 vers le premier détecteur R1, tz le temps de propagation de l'onde du deuxième point d'émission S2 vers le deuxième détecteur R2, et V la vitesse de propagation de l'onde dans la mer. Avantageusement, le procédé selon l'invention permet de déterminer les positions relatives d'au moins deux détecteurs placés sur la surface du fond marin, que ces détecteurs soient placés en même temps sur la surface du fond marin ou à des temps différents. Ainsi, le procédé selon l'invention peut être utilisé pour évaluer la répétitivité entre au moins deux campagnes de mesures. En outre, le procédé selon l'invention peut être utilisé pour évaluer la position d'au moins un détecteur placé sur la surface d'un fond marin par rapport à un autre détecteur de - 5 référence dont la position sur la surface du fond marin est connue avec une grande précision. Un procédé selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons possibles : le premier ensemble de N points d'émission et le deuxième ensemble de Q points d'émission sont identiques, le premier point d'émission S1 et le deuxième point d'émission S2 sont confondus, le premier détecteur R1 et le deuxième détecteur R2 sont disposés sous la mer à des temps différents, l'onde émise à partir de chaque point d'émission est une onde de pression, et le procédé comprend en outre préalablement à l'étape où l'on détermine la position relative des deux détecteurs R1 et R2 les étapes suivantes de détermination de la position d'au moins un des détecteurs R1 ou R2: • détermination de P intervalles de temps Ti, avec P?1 tels que, pour chaque intervalle de temps Ti, il existe Mi points d'émission, Mi?3 pour 1 L'invention concerne également un procédé de suivi de l'évolution dans le temps d'un sous-sol sous marin, où l'on répète le procédé de cartographie selon l'invention à au moins deux temps différents et qu'on compare les cartographies obtenues. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 illustre les différentes étapes d'un procédé selon un mode de réalisation de l'invention, la figure 2 illustre l'échantillonnage de la surface de la mer en N points d'émission, et la figure 3 illustre la détermination de la position relative d'un premier détecteur et d'un deuxième détecteur selon l'invention. Pour des raisons de clarté, les différents éléments représentés sur les figures ne sont pas nécessairement à l'échelle. Comme représenté à la figure 1, un procédé de détermination de la position relative d'un premier détecteur R1 et d'un deuxième détecteur R2 disposés sous la mer, selon l'invention peut comprendre : une étape d'émission El de N ondes à partir d'un premier ensemble de N points d'émission, une étape d'enregistrement E2 pour chaque point d'émission dudit premier ensemble du temps de propagation de ladite onde entre ledit point d'émission et le premier détecteur R1, 2958412 -8 une étape d'émission E3 de Q ondes à partir d'un deuxième ensemble de Q points d'émission, une étape d'enregistrement E4 pour chaque point d'émission dudit deuxième ensemble du temps de 5 propagation de ladite onde entre ledit point d'émission et le deuxième détecteur R2, et une étape de détermination E5 de la position relative des deux détecteurs R1 et R2. Selon un mode de réalisation, le procédé selon 10 l'invention peut s'inscrire dans un procédé de suivi de l'évolution d'un sous-sol sous-marin. Dans le cadre d'un procédé de suivi de l'évolution d'un sous-sol sous-marin, le sous-sol est échantillonné en K points de mesure. 15 La zone à cartographier peut par exemple être sensiblement carrée et présenter une dimension de 5km de coté. L'échantillonnage du sous-sol sous-marin peut consister à positionner des points de mesure à environ 200 mètres de distance les uns des autres. 20 L'homme du métier peut adapter les distances entre les points de mesure en fonction d'objectifs opérationnels prédéfinis. Lors d'une première campagne de mesure, on positionne sur chaque point de mesure un détecteur d'onde 25 sismique. Chaque détecteur est positionné au moyen d'un robot dirigé à partir de la surface. Comme indiqué précédemment, dans le contexte opérationnel, il est généralement difficile et coûteux de déterminer avec précision la position du détecteur lorsque ce dernier est 30 placé avec un robot dirigé à distance. Comme illustré sur la figure 2, selon un mode réalisation, on échantillonne la surface de la mer en N points d'émission. A chaque point d'émission, une onde est 2958412 -9 émise et l'on enregistre le temps de propagation de ladite onde entre le point d'émission et chaque détecteur. Selon un mode de réalisation, un bateau parcourt la surface de la mer à proximité des dispositifs en émettant 5 des ondes sismiques à des intervalles de temps réguliers. Les coordonnées de chaque point d'émission sont déterminées à partir des coordonnées connues du bateau au moment de l'émission des ondes sismiques, encore appelée « tir ». Pour chaque point d'émission, on enregistre le 10 temps de propagation de l'onde sismique entre le point d'émission et chaque détecteur disposé à la surface du sous-sol marin. Lors d'une deuxième campagne de mesure, on repositionne sur chaque point de mesure un détecteur d'onde 15 sismique. Chaque détecteur est repositionné au moyen d'un robot dirigé à partir de la surface. On échantillonne la surface de la mer en Q points d'émission. A chaque point d'émission, une onde est émise et l'on enregistre le temps de propagation de ladite onde 20 entre le point d'émission et chaque détecteur. Pour chaque point d'émission, on enregistre le temps de propagation de l'onde sismique entre le point d'émission et chaque détecteur disposé à la surface du sous-sol marin. 25 Afin d'évaluer la répétitivité du positionnement des détecteurs sur le sous-sol marin pour chacun des K points d'échantillonnage du sous-sol, on détermine la position relative du détecteur placé autour d'un point lors de la première campagne de mesure par rapport à la position 30 d'un détecteur placé autour de ce même point lors de la deuxième campagne de mesure. 2958412 -10- Comme illustré sur la figure 2, la détermination de la position relative de des deux détecteurs R1 et R2 est réalisée au moyen de l'équation suivante : û.(SIS2 û R1R2 ) tl ù tz = V 5 avec S1S2, le vecteur reliant la position d'un premier point d'émission S1 choisi parmi le premier ensemble de N points d'émission et d'un deuxième point d'émission S2 choisi parmi le deuxième ensemble de Q points d'émission, R1R2 le vecteur reliant la position du premier 10 détecteur R1 et la position du deuxième détecteur R2, u, le vecteur unitaire orienté du centre du segment formé par les deux détecteurs R1 et R2 vers le centre du segment formé par les deux points d'émission S1 et S2, tl le temps de propagation de l'onde du premier point 15 d'émission S1 vers le premier détecteur R1, le temps de propagation de l'onde du deuxième point d'émission S2 vers le deuxième détecteur R2, et V la vitesse de propagation de l'onde dans la mer. Selon un mode de réalisation de l'invention, il est 20 possible de déterminer les positions relatives d'au moins deux détecteurs en utilisant une fonction connue de tlùtz, ou toute autre mesure dont la connaissance permettrait de remonter à celle de de tl ùtz . Selon un mode de réalisation de l'invention, le 25 procédé selon l'invention peut être utilisé pour déterminer la position relative d'au moins deux détecteurs disposés simultanément sur la surface d'un fond marin. Dans ce cas, les premier et deuxième ensembles de points d'émission peuvent être confondus. En outre, les 30 sources S1 et S2 peuvent également être confondues. 2958412 -11- Avantageusement, cela simplifie la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Selon un mode de réalisation, le procédé selon l'invention peut s'inscrire dans un procédé de cartographie 5 d'un sous-sol sous-marin. Par exemple, on peut utiliser le procédé selon l'invention pour déterminer la position relative d'un ensemble de détecteurs positionnés sur la surface d'un sous-sol sous-marin par rapport à un détecteur de référence dont la position est connue avec une grande 10 précision. Dans le cadre d'un procédé de cartographie d'un sous-sol sous-marin, le sous-sol est échantillonné en K points de mesure. Un détecteur de référence est positionné sur la 15 surface du sous-sol sous-marin. La position du détecteur de référence est déterminée avec une grande précision. On positionne sur chaque point de mesure un détecteur d'onde sismique. Chaque détecteur est positionné au moyen d'un robot dirigé à partir de la surface. 20 La position relative de chaque détecteur par rapport au détecteur de référence est déterminée par un procédé selon l'invention. Selon un mode de réalisation de l'invention, le détecteur de référence peut être choisi parmi l'ensemble 25 des détecteurs disposés sur la surface du fond marin. Selon un mode de réalisation de l'invention, le détecteur de référence peut être fixé sur la surface du sous-sol à cartographier. La position du détecteur de référence peut être re-déterminée à chaque campagne de 30 cartographie. Avantageusement, cela permet d'estimer les mouvements au niveau du sous-sol sous-marin. 2958412 -12- Selon un mode de réalisation de l'invention, la position précise susmentionnée du détecteur de référence peut être déterminée au moyen des étapes suivantes : détermination de P intervalles de temps Ti, avec P?1 5 tels que, pour chaque intervalle de temps Ti, il existe Mi points d'émission, Mi?3 pour 1 REVENDICATIONS1. Procédé de détermination de la position relative d'un premier détecteur R1 et d'un deuxième détecteur R2 disposés sous la mer, comprenant les étapes suivantes : émission de N ondes à partir d'un premier ensemble de N points d'émission, enregistrement pour chaque point d'émission dudit premier ensemble du temps de propagation de ladite onde entre ledit point d'émission et le premier détecteur R1, émission de Q ondes à partir d'un deuxième ensemble 15 de Q points d'émission, enregistrement pour chaque point d'émission dudit deuxième ensemble du temps de propagation de ladite onde entre ledit point d'émission et le deuxième détecteur R2, 20 détermination de la position relative des deux détecteurs R1 et R2 au moyen de l'équation suivante : û.(S S û R1Rz ) tl ù tz = V avec S1S2, le vecteur reliant la position d'un premier point d'émission S1 choisi parmi le premier ensemble de N 25 points d'émission et d'un deuxième point d'émission S2 choisi parmi le deuxième ensemble de Q points d'émission, R1R2 le vecteur reliant la position du premier détecteur R1 et la position du deuxième détecteur R2, u, le vecteur unitaire orienté du centre du segment 30 formé par les deux détecteurs R1 et R2 vers le centre du segment formé par les deux points d'émission S1 et S2, tl le temps de propagation de l'onde du premier point-15- d'émission S1 vers le premier détecteur R1, le temps de propagation de l'onde du deuxième point d'émission S2 vers le deuxième détecteur R2, et V la vitesse de propagation de l'onde dans la mer. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le premier ensemble de N points d'émission et le deuxième ensemble de Q points d'émission sont identiques. 10 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le premier point d'émission S1 et le deuxième point d'émission S2 sont confondus. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 précédentes, dans lequel le premier détecteur R1 et le deuxième détecteur R2 sont disposés sous la mer à des temps différents. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 20 précédentes, dans lequel l'onde émise à partir de chaque point d'émission est une onde de pression. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre préalablement à l'étape où 25 l'on détermine la position relative des deux détecteurs R1 et R2 les étapes suivantes de détermination de la position d'au moins un des détecteurs R1 ou R2: détermination de P intervalles de temps Ti, avec P?1 tels que, pour chaque intervalle de temps Ti, il 30 existe Mi points d'émission, Mi?3 pour 1 7. Procédé de détermination des positions relatives d'un ensemble de détecteurs disposés sous la mer, dans lequel la position de chaque détecteur est déterminée par un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes en utilisant un détecteur de référence dont la position est connue. 8. Procédé d'évaluation de la répétabilité de la disposition de détecteur sous la mer, comprenant les étapes 20 suivantes . échantillonnage de la surface du sous-sol à cartographier en K points de mesure, disposition d'un détecteur d'onde aux environs de chaque point mesure, 25 détermination pour chaque détecteur de l'onde émise à partir de chaque point d'émission et des ondes réfléchies par le sous-sol, caractérisé en ce que les étapes précédentes sont répétées à au moins deux temps différents et que les positions 30 relatives des détecteurs à chaque temps sont déterminées par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 2958412 - 17 - 9. Procédé de cartographie d'un sous-sol sous-marin comprenant les étapes suivantes : échantillonnage de la surface du sous-sol à cartographier en K points de mesure, 5 disposition d'un détecteur d'onde aux environs de chaque point mesure, détermination de la position absolue d'au moins un détecteur de référence, détermination de la position de chaque détecteur par 10 rapport au détecteur de référence au moyen d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, détermination pour chaque détecteur de l'onde émise à partir de chaque point d'émission et des ondes 15 réfléchies par le sous-sol. 10. Procédé de suivi de l'évolution dans le temps d'un sous-sol sous marin, caractérisé en ce qu'on répète le procédé de cartographie selon la revendication 9 à au moins deux temps différents et qu'on compare les cartographies obtenues.