CARACTERISATION DES RESERVOIRS CARBONATES PAR LA METHODE SISMIQUE 3D

La méthode sismique réflexion 

Les progrès continus réalisés dans les techniques et l’interprétation de la sismique en font un outil précieux pour la connaissance des réservoirs. Compte tenu de la taille et de l’épaisseur relativement réduite des réservoirs par rapport au bassin exploré, des adaptations à la sismique « classique » sont nécessaires afin d’obtenir une sismique adaptée au gisement, laquelle est en plein développement à l’heure actuelle. A. Principe de la sismique réflexion Rappelons très brièvement le principe de la sismique réflexion : des ébranlements créés à la surface (tirs à la dynamite, canons à air, vibrosismique, etc.) provoquent la création d’ondes qui se réfléchissent dans le sous-sol sur des limites de couches géologiques (marqueurs ou interfaces) ; elles remontent en surface ou elles sont enregistrées (figure 9). Le premier but de la sismique réflexion est ainsi d’obtenir une image structurale des couches géologiques. Figure 9 : principe de la sismique A l’étude structurale d’un gisement, il faut un maillage serré des enregistrements compte tenu de la taille des réservoirs et un dispositif de source et d’enregistrements adaptés également à leur profondeur. En sismique de gisement, un profil tous 500m, 250m ou même 100m s’imposent. 

Comment se passe la réflexion des ondes ?

 Soient deux horizons A1 et A2, le coefficient de réflexion R définit le rapport entre la quantité d’énergie réfléchie et la quantité d’énergie incidente (figure 10). ( ) ( ) Avec = densité du milieu, = vitesse particulaire de propagation des ondes dans ce faciès ; 18 Impédance acoustique de réflexion du milieu Ce coefficient est d’autant plus important que la différence d’impédance acoustique est élevée. D’une manière générale, plus un faciès est dense, plus il contribue à augmenter la réflexion de l’onde sismique. Figure 10 : schéma loi de la réflexion 

Notions de traces et sections sismiques

 Une section ou profil sismique correspond à l’alignement en série de plusieurs traces sismiques qui sont enregistrées par un récepteur ou un groupe de récepteurs. La trace sismique est une courbe d’aspect ondulatoire représentant les variations d’amplitude du signal réfléchi sur différents miroirs en fonction du temps. Mathématiquement, une trace sismique T (t) est définie comme étant la convolution de l’ondelette θ(t) et des coefficients de réflexion R(t) caractéristiques des réflecteurs (figure 11) T(t) = θ(t) * R(t) avec (*) = opérateur de convolution La section sismique ou la trace sismique sont dites jouées en « polarité normale » si une augmentation de l’impédance acoustique se traduit par une phase négative (creux) ; elles sont dites « inverses » dans le cas contraire. Il est donc prudent de s’assurer de la définition de la polarité qui a été utilisée lorsqu’on interprète un document sismique. 19 Figure 11 : schéma d’obtention d’une trace sismique et d’un profil sismique (S. Boyer,JeanLuc Mari, Sismique et diagraphies) 20 B. La sismique 3D C’est une sismique à trois dimensions, qui permet de remettre les réflexions à leur vraie place. Avec cette technique, les profils sont très rapprochés (équidistance de 50m par exemple) et l’interprétation est faite avec une migration à trois dimensions. Le premier intérêt des données sismiques 3D est de fournir par imagerie un volume sismique permettant l’interprétation 3D des structures et des couches sédimentaires. L’exploitation des volumes de sismique 3D ne se limite pas au stade d’interprétation mais permet aussi la construction de réels modèles numériques de terrain. Les techniques 3D ont l’inconvénient d’être couteuses (maillage + interprétation), cependant elles sont de plus en plus utilisées en offshore (environ 7000 dollars par km carré en mer). 

 La sismique marine (offshore) 

On produit l’onde sismique par air comprimé à haute pression et on recueille les échos sur des hydrophones flottants (flûtes), la couche d’eau étant considérée comme homogène. Pour passer en sismique 3D, on multiplie les flûtes et les angles de production des ondes sismiques pour permettre de construire des images du sous-sol en volume. En intégrant la dimension-temps, on peut analyser l’évolution des gisements en cours d’exploitation (4D). a. Dispositif d’acquisition des données sismiques (Sénégal offshore) La compagnie Dolphin Geophysical Group, un grand acteur des services de géophysique marine coté à la bourse d’Oslo, a décroché un contrat d’acquisition et de traitement de sismique 3D sur 7000 kilomètres carrés dans l’offshore du Sénégal. En acquisition, de grandes surfaces sont couvertes. La gamme de fréquence imposée par les objectifs de résolution (métrique dans le cas de la sismique 3D) détermine en grande partie la géométrie du dispositif d’acquisition et principalement la distance maximale entre deux récepteurs. Le système se compose des éléments suivants (figure 13): – Sources Elles sont au nombre de 2, elles génèrent les ondes sismiques et se trouvent à environ 5 à 8 m de profondeur. Ce sont des canons à air « airgun » sous forte pression (2000 psi, soit 136 atm).Leur longueur est de 15 m et leur largeur vaut 20 m (figure 12). L’appareil est constitué de deux chambres à haute pression A et B, fermées par un piston. Pendant la période de chargement, l’air à haute pression est admis dans la chambre supérieure A et passe à travers le piston creux de la chambre inférieure B. Le piston est maintenu en position basse, sa surface supérieure étant plus grande que sa surface inférieure. Pour déclencher la décharge, on envoie un signal électrique dans un solénoïde qui ouvre l’électrovanne supérieure, amenant de l’air de haute pression sur la face inférieure du piston. Le piston est alors précipité vers le haut et l’air comprimé de la chambre B s’échappe dans l’eau, provoquant l’émission sismique. Pour le réarmement, l’air est admis dans la chambre supérieure A, ramenant le piston en position basse et le cycle recommence. La durée totale 21 d’un cycle est de 10 à 15 secondes, le temps de décharge proprement dit ne durant que quelques millisecondes. Figure 12 : schéma d’un canon à air (M. Lavergne, méthodes sismiques) – Streamers ou flutes Ce sont des tuyaux flexibles longs de 7950 m capables d’enregistrer des données de l’ordre de 10 ms. Ils sont espacés d’environ 100 m (intervalle standard). Ils portent les hydrophones et sont au nombre de 10, ce chiffre pouvant aller jusqu’à 12 si cela est préférable pour l’opérateur. Les parois des flûtes sont suffisamment souples pour transmettre fidèlement la variation de pression aux hydrophones, par l’intermédiaire de l’huile. En tête de flûte, on place un tronçon supplémentaire, sans hydrophones, suffisamment élastique pour amortir le mouvement des bateaux. En queue, une bouée portant des balises permet de repérer la flute en cas de rupture accidentelle. Le long de la flûte sont disposés régulièrement des contrôleurs de profondeur lui permettant de naviguer à profondeur constante, ils sont appelés « birds ». La profondeur est contrôlée tous les 300 m. Toujours le long du streamer, sont installées des systèmes de positionnement, repérant le cap par des boussoles et transmettant l’information au navire. Ce contrôle s’effectue tous les 900 m.   – Hydrophones ou récepteurs acoustiques Un hydrophone est un transducteur électroacoustique destiné à transformer, dans les liquides, des oscillations acoustiques en oscillations électriques. Immergés entre 12 ou 15 m de profondeur, ils sont disposés à l’intérieur de la flute. Ils sont sensibles aux variations de pression dans l’eau qu’ils transforment en tension électrique (environ 1 millivolt par millibar). Ce sont des capteurs insensibles aux effets d’accélération de la flûte. Ils sont généralement conçus en compensant la pression statique, d’où une sensibilité indépendante de la profondeur à laquelle ils se trouvent. – Navires puissants de grande capacité, en l’occurrence le Polar Duchess de la compagnie Dolphin Geophysical, son rôle est de remorquer aussi bien la source que les streamers, à la vitesse de l’ordre de 4 nœuds. L’enregistrement des données-temps s’étend au maximum à 10 secondes avec un intervalle d’échantillonnage de l’ordre de 2 ms à 4 ms. Le positionnement de l’ensemble du dispositif est le point le plus critique de l’acquisition, ce positionnement devant permettre de localiser, à l’échelle de la résolution souhaitée (métrique), la source sismique et les récepteurs afin de permettre le traitement des données. Le positionnement absolu est réalisé à l’aide d’un récepteur GPS fonctionnant sur une station de référence. Il est nécessaire d’avoir la position exacte du navire à chaque point de tir (émission sismique chaque 12.5 secondes). La géométrie du dispositif, une fois déterminée, fixe la grille d’acquisition des données en termes de cellules élémentaires imagées (bins). La taille du « bin » est définie comme étant la distance source – récepteur. Les dimensions optimales de cette cellule élémentaire sont égales à la moitié de la distance entre récepteurs, cette taille étant dégradée (augmentée) si la vitesse du navire ne permet pas une cadence de tirs suffisamment rapide. Le bin théorique dans le cadre de cette campagne sismique est de 12,5 m (en inline) pour 25 m (en crossline), le tout orienté Est – Ouest. La ligne « inline » représente le sens vers lequel se déplace le navire, « crossline » correspond au sens transversal à celui-ci.