CA2085617A1 - Procede de traitement pour l'obtention d'une section somme a offsets nuls - Google Patents

Abstract

2085617 9218883 PCTABS00160 Procédé de traitement d'enregistrements sismiques pour l'obtention à l'aide d'un macro-modèle de vitesses sismiques d'une section à offsets nuls améliorée, en particulier en présence de structures géologiques complexes et/ou de variations latérales rapides des vitesses.

Description

WO92~18883 PCT/FR92/00257 20~17 PROCEDE DE TRAITEMENT POUR L'OBTENTION
D'UNE SECTION SOMME A OFFSETS NULS
_ Pour connaitre la structure géométrique des couches géologiques du sous-sol, il est usuel, en exploration pétrolière, d'étudier la propagation dans le sous-sol d'ondes acoustiques émises en surface par des émetteurs situés en des points dits "point de tir". Les ondes se propagent dans le sous-sol, sont ensuite réfléchies par les réflecteurs que constituent les différentes limites de couches, et sont ainsi renvoyées vers la surface où elles provoquent des vibrations du sol en fonction du temps qui sont enregistrées sur des récepteurs situés en des points dits "point de réception". On associe à chacun des enregistrements la position d'un point milieu situé au milieu du segment joignant le point de tir et le point de réception associés à l'enregistrement. Le dispositif d'acquisition est tel que plusieurs enregistrements différents peuvent être associés à un même point milieu et que les différents points miliéux, en général à équidistance les uns des autres, s'alignent suivant une ligne dite profil sismigue.
Classiquement, chacun des enregistrements de la collection d'enregistrements associés à un même point milieu, dite "collection point milieu" (CMP), est trait~e pour corriger d'une part les effets d'obliquité du trajet euivi par l'onde acoustique en fonction de la distance entre le point de tir et le point de r~ceptlon, et d'autre part ramener l'enregistrement à une origine des temps donnée. Les corrections dynamiques destinées ~ corriger les effets d'obliquité des trajets acoustigues sont fonction de vitesses de propagation dites "vitesses de sommation" et permettent théoriquement de simuler l'enregistrement que l'on aurait obtenu si le point de tir et le point de réception avait ét~
situés au point milieu. La sommation des enregistrements de chacune des collections après corrections permet d'obtenir des enregistrements somme dits traces-somme dont la juxtaposition suivant les coordonnées croissantes ou , WO92/1~3 PCT/FR92/00257 -

2 a~5 S 17 2 décroissantes des points milieux constitue la "section sismique somme" que l'on peut assimiler à une image déformée du sous-sol à deux dimensions -le temps selon la verticale et une distance selon l'horizontale. On applique en général après la sommation un autre traitement appelé "migration après sommation" destiné à replacer les événements sismiques dans leur position réelle de sorte que chaque trace représente l'image acoustique de la verticale du point milieu associé en fonction de la profondeur.
Devant une section somme classique, le géophysicien le plus souvent suppose a priori que la section représente effectivement une section à offsets nuls, c'est-à-dire comportant des enregistrements associés à une distance émission-r~ception (offset) nulle. Ceci toutefois n'est strictement vrai que si les temps de trajet associés à un même réflecteur sont hyperboliques. Dans de nombreux cas, en particulier en présence de structure complexe ou de fortes variations laterales de vitesses, cette supposition est fausse et la migration après sommation appliquée a une telle section donnera une image fausse du sous-sol.
Un des buts de l'invention est l'obtention d'une veritable section à offsets nuls grâce à laquelle le geophysicien pourra etablir une image du sous-sol la plus exacte possible.
On connaIt diff~rents moyens d'ameliorer la section sismique somme suivant le problème qui se pose. Dans le cas d'ev~nements pentes qui interfèrent, chacun étant associe ~
une vitesse de sommation differente, on sait par exemple que llapplication d'un traitement communément appelé NMO ~Normal Move Out), destin~ ~ corriger les effets de non hyperbolicité
en fonction de l'offset, suivi d'une migration partielle avant sommation communement appelee DMO (Dip Move Out), destinee ~ corriger les effets de pendage, appliques aux ; enregistrements el~mentaires de chaque collection, est efficace. Dans le cas de variations latérales rapides de vitesses, le problème peut en partie être résolu grâce à
l'application de corrections statiques compensant leurs effets (prestack layer replacement).
. .
: - ~ .

3 2~5~17 Dans l'un et l'autre cas, les traitements appliqués consistent à réviser l'estimation faite au départ de la vitesse de sommation. Les traitements toutefois ont des limites. Le DMO peut, par exemple, dans certains cas, provoquer l'accroissement de l'amplitude des multiples qui sont des événements parasites d'une section sismique. Les corrections statiques en vue de compenser les variations latérales de vitesses sont délicates à appliquer (dans le cas de structure complexej dès que le nombre de tranches de vitesses est supérieur à un.
L'une et l'autre de ces techniques ne doivent être utilisées que si elle permettent l'amélioration de la section somme.
Le procédé selon l'invention permet d'obtenir une section sismique somme à offsets nuls applicable indifféremment aux cas de structures complexes ou de variations rapides des vitesses latérales, sans les inconv~nients des traitements précités.
Le procédé selon l'invention pour l'obtention d'une section sismique somme à offsets nul~s, du type consistant à
sommer les enregistrements de collection point milieu enregistrés le long d'un meme profil entre eux est caractérisé en ce que :
- on d~termine ~ partir d'une section somme de base un macro-modèle des vitesses d'intervalles associé au profil traité, en fonction de la profondeur, - on calcule à partir de ce macro-mod~le les temps de tra~et pour chacun des enregistrements de chacune des collections et chacun des réflecteurs du macro-modèle, - on calcu~e entre les indicatrices définies par les temps de trajet calculés à l'étape précédente autant d'indicatrices interpolées qu'il y a d'échantillons sur la trace somme, - on effectue la sommation des enregistrements pour chacune des collections le long des indicatrices définies a l'étape précédente.
Préférentiellement, les temps de trajets seront calculés à l'aide d'un programme de lancé de rayons par continuation (par exemple selon Keller et Perruzzi).
W O 92/18883 PC~r/FR92/00257 -2 0 ~
Préférentiellement encore, la détermination du macro-modèle s'effectuera par analyse de cohérence sur la base d'une dizaine de réflecteurs significatifs en terme de vitesses, définis, sur la première section somme de base classique, par un interprétateur.
L'analyse de cohérence est un outil efficace pour l'examen des vitesses d'intervalle comprises entre deux réflecteurs sismiques. Elle consiste à produire un modèle du sous-sol qui maximise une semblance calculée sur les io collections de traces. Pour plus de détails, on se réfèrera à
1'article de E. LANDA et al "A method for determination of velocity and depth from seismic reflection data" dans la revue géophysical Prospecting" n~ 36 p. 223 à 243 en 1988, que l'on intégrera à la présente description.
Il pourra être nécessaire de prendre en compte des réflecteurs intermédiaires tels que l'écart temps entre deux réflecteurs pointés successifs ne soit pas supérieur à 500 ms. On appliquera alors à ces réflecteurs une migration par rayon des réflecteurs temps de façon à compléter le macro-modèle vitesses.
Avantageusement on réitèrera le procédé en prenant la section resultant de la sommation obtenue après application du procédé comme section somme de base.
Avantageusement, on appliquera à la section somme à
offsets nuls selon l'invention une migration profondeur après sommation. L'image obtenue est alors plus proche de la réalité que l'image obtenue en appliquant la même migration profondeur à la section somme cla88ique.
La combinaison de l'analyse de cohérence suivie de la sommation selon l'invention et d'une migration appliquée à
ladite sommation permet d'obtenir une image très similaire ~
celle que l'on obtiendrait en appliquant une migration profondeur avant sommation, beaucoup plus lourde à mettre en oeuvre, et constitue ainsi un outil efficace pour r~soudre le problème de l'inversion structurale dans de nombreux cas.
Un autre intérêt de l'invention est qu'elle permet la validation du macro-modèle des vitesses. La connaissance des vitesses est particulièrement importante pour le traitement WO92/1~3 PCT/FW2/00257 2~8~617 des données sismiques et pour l'interprétation. on obtient en général un tel modèle en convèrtissant en vitesses d'intervalles les temps de trajet supposés à offset nul relevés sur une section somme classique interpretee à 1'aide S d'un premier champ de ~vitesses obtenu par analyses de vitesses de sommation (NMO), et ce en utilisant la formule de DIX. Cette méthode demande pour être fiable une bonne connaissance des vitesses RMS (root mean square). Or les vitesses de sommation utilisées peuvent différer de manière significative des vitesses RMS surtout si les temps de trajet ne sont pas hyperboliques.
L~estimation des vitesses d~intervalles en géophysique peut être résolue en faisant appel soit aux méthodes d'inversion de champ total (full wave field inversion) soit aux méthodes utilisant un macro-modèle de vitesse.
D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à la description qui va suivre d'un exemple de réalisation en se référant au dessin annexé dans lequel :
- la figure 1 représente un exemple réel d'une section marine temps somm~e classiquement, - la figure 2 représente deux exemples de collection point -milieu, - la figure 3 représente la section de la figure interprétée sur laquelle on a sélectionné six réflecteurs principaux de I à VI à environ 0.1 s, 0.5 s, 0.95 s, 1.1 s et 1.67 s, (partie droite du modèle), - la $igure 4 représente le r~sultat de l'estimation du macro-modèle profondeur de vitesses sur la base de l'interprétation de la figure 3 par analyse de cohérence selon LANDA. Les valeurs des vitesses de tranche sont indiquées ~ leurs positions nodales, - la figure 5 représente la section sommée selon l'invention sur la base du macro-modèle de la figure 4, - la figure 6 représente la section de la figure 5 à laquelle on a appliqué une migration profondeur après sommation, .. .
WO92/1~3 PCT/FR92/00257 -208~rt 6 - la figure 7 représente 1'organigramme du programme mis en oeuvre sur ordinateur pour la réalisation du procédé de traitement selon l'invention, - la figure 8A représente les courbes théoriques associées au modèle représenté sur la figure 8B, permettant la détermination du coefficient A à appliquer pour l'interpolation non linéaire préféree selon l'invention, - la figure 9 représente un schéma explicatif permettant de comprendre le processus d'interpolation des indicatrices.
On a représenté sur la figure l le résultat d'une sommation classique. Il s'agit ici des résultats d'une acquisition de sismique marine s'étendant sur environ 16 kilomètres. Le pas d'échantillonnage, classique, des traces est de 4 millisecondes, la distance entre points-milieux et entre traces est de 66 mètres.
La figure 2 représente un exemple de collection d'enregistrements bruts. Chaque collection est constituée de 30 enregistrements, l'offset (distance point de tir, point de réception) minimum étant de 122 m et l'intervalle entre ~;~ 20 enregistrement étant de 66 mètres. On voit que les signaux ~' s'organisent le long de courbes d'allure hyper~olique.
Théoriquement, on considère dans le traitement ~' classique appliqué ~ ces enregistrements bruts pour l'obtention d'une section somme classique que le temps de propagation t associé à un réflecteur est lié au temps de propagation vertical To et à la distance X entre émetteur et récepteur par la relation suivante :
(l) T ~ ~ To2 + X2/V2 où V est une vitesse RMS en th~orie que 1'on approxime par la vitesse de sommation issue des analyses de vitesses. Le traitement classigue va avoir pour effet de redresser ces hyperboles pour aligner les signaux sur théoriquement la même ligne temps. La sommation aura lieu ensuite. La formule (l) n'est strictement vraie que dans le cas de réflecteurs plans et de milieu homogène. On conçoit facilement que dans tous les autres cas, les signaux après correction ne seront qu'imparfaitement alignés et que la sommation sera dégradée.
D'où l'intérêt de prendre en compte les variations latérales ':
WO92/1~3 PCT/FR92/00257 7 2~55~ 7 rapides des vitesses d'intervalle ~et/ou les variations structurales des réflecteurs surtout en cas de structures complexes a~ec forts pendages et des dispositifs d'acquisition très étalés. Le but est de déterminer pour chaque collection et chaque alignement de signaux -pour chaque réflecteurs donc- la courbe réelle définie par les temps T en fonction d'un To. Une sommation le long de ces courbes permet l'obtention d'une section à offsets nuls présentant un rapport Signal/Bruit optimal.
La détermination des temps "vrais" de propagation passe au moins par la détermination d'un macro modèle du ~ ~ sous-sol. Il existe de nombreux procédés permettant - l'obtention d'un tel modèle. Dans l'exemple décrit ici, dont on a schématisé les grandes phases de réalisation sur la figure 7, on a tout d'abord, à partir de la section somme classique de la figure l, sélectionné et pointé manuellement 6 réflecteurs majeurs numérotés de I à VI sur la figure 3.
Ces 6 réflecteurs ou horizons-temps ont été digitalisés et le résultat de la digit ont été stockés en mémoire. Le pointé
d'horizons-temps et les collections points-milieux sont les données d'entrée d'un programme de calcul de macro-modèle par ~ analyse de cohérence, utilisé ici et décrits dans les ; publications cit~s plus haut, qui fournit en s4rtie les donnees du macro-modèle vitesse de la figure 4 en fonction de 2S la distance X et de la profondeur D. L'inversion de vitesses a été effectuée horizon par horizon ~ partir du pointé des temps à offset nul et avec 20 groupes de CMP par r~flecteur.
~es r~flecteurs et viteseee recherch~e eont mod~ll8~s l'aide de fonctions Spline, les inconnues ~tant l'abscisse des noeuds pour les réflecteure et les valeurs des vitesses en ces noeuds. La technique consiste ~ trouver le macro-modèle de vitesses, fonction de la profondeur, qui maximise une fonction semblance calculée pour toutes les collections CMP avant somme sur des plages de temps correspondant aux temps de trajets réels pour chaque réflecteur.
Les temps de trajet sont calculés à l'aide d'un programme de lancé de rayons par continuation (par exemple selon Keller et Peruzzi) et la fonction semblance que l'on WO92/18883 PCT/FR92/00257 _ 20~5~ 8 cher~he à maximiser est calculée sur une plage temps large de 80 millisecondes entourant la courbe des temps réel de trajet déterminés par le programme.
Sur la figure 4 les valeurs des vitesses du macro-modèle sont imprimées aux lieux des positions nodales. On aégalement représenté, sous forme de seqments verticaux apparaissant sur le tracé des réflecteurs les incertitudes sur la position profondeur des réflecteurs.
On constate que dans le cas particulier traité, seul le quatrième intervalle, entre les réflecteurs III et IV
présente une anomalie négative de vitesses dues en fait à la présence d'un réservoir à gaz.
Une fois le macro-modèle obtenu, il est la plupart du temps nécessaire pour ré~liser la somme selon l'invention de définir des réflecteurs supplémentaires compris entre les principaux réflecteurs ayant servi de base au calcul du macro-modèle vitesse. L'expérience montre qu'en effet, on a besoin de plus de réflecteur pour la sommation que pour le calcul du macro-modele vitesses. En pratique, on fera en sorte qu'il n'existe pas d'écart temps supérieur à 500 ms ' entre deux réflecteurs. Un écart-temps moyen de l'ordre de - 300 ms entre deux réflecteurs successifs semble un bon compromis.
On effestue pour cela sur la section somme classique de départ le pointé de nouveaux réflecteurs intermédiaires visibles sur la section et compris entre les réflecteurs majeurs déjà pointés, de façon que l'intervalle temps compxis entre deux réflecteurs successi~s ne ~oit pas sup~rieur ~
300 ms. Ce polnté a pour e~et d'introduire dans le modele temps des couches intermédiaires non significatives du point de vue de la vitesse. Dans le cas o~ il existe sur la 6ection une discordance, il faudra pointer cette discordance comme réflecteur.
on applique a ces réflecteurs temps intermédiaires une migration par rayons ~ partir du macro-modèle de base de façon à compléter celui-ci avec les nouveaux horizons profondeur correspondant aux réflecteurs intermédiaires.
C'est à partir d'une part de ce macro-modèle vitesse g ~Q35~17 profondeur complétés et d'autre part des collections CMP
initiales que l'on calcule la nouvelle section somme à
offsets nuls selon l'invention.
Connaissant la macro-structure (vitesses et géométrie) du sous-sol, on va, pour chacune des traces de chacune des collections point-milieu, recalculer à l'aide d'un programme de lancé de rayons les temps réels de propagation des rayons réfléchis sur successivement chacun des réflecteurs pointés en fonction des positions du point de tir et du point de réception associés à la trace. A chaque collection CMP de base, on fait correspondre une collection d'un nombre égal de traces sur laquelle apparait d'autant d'indicatrices-temps (indicatrice de référence) qu'il y a de : réflecteurs pointés sur le macro-modèle complété. On interpole ensuite entre les indicatrices définies à l'étape précédente autant d'indicatrices qu'il y a d'échantillons sur la trace somme (toutes les 4 ms en l'occurrence).
L'expérience a montré que l'interpolation linéaire entre indicatrices n'est pas la mieux adaptee dans le cas présent.
On lui a préféré en l'occurrence une interpolation non linéaire telle que (tn+tn+l) ~ n (t +t +1) ~ Tn+l = ~ T
où tn et tn+1 sont respectivement les temps connus pour l'offset nul des ne et (n+l)e indicatrices de référence, ~Tn et ~Tn+l sont respectivement les écarts-temps calculés à
l'étape précédente pour les ne et (n+l)e indicatrices pour l'offset étudié (correspondant ~ une trace de la collection), 30 ~T étant l'écart temps recherch~ ~ savoir l'~cart temps entre To~ temps multiple du pas d'échantillonnage sur la verticale à offset nul pour lequel on calcule l'indicatrice interpolée et T le temps de l'indicatrice interpolée pour l'offset étudié.
Toutes ces grandeurs sont représentées sur l'exemple non réel de la figure 9 à laquelle on pourra se référer pour mieux comprendre les opérations effectuées.
Le coefficient ~ a été déterminé empiriquement à
partir de l'étude sur modèles synthétiques tel le mod~le 2~ 10 , .
simple figurant sur la figure 8B. Les indicatrices correspondantes ont été calculées et habillées d'un si~nal Ricker 30 Hz avec un pas de 4 ms. On a ensuite cherché à
déterminer la valeur de ~ pour laquelle l'énergie le long de l'indicatrice était optimale.
On a représenté sur la figure 8A les courbes d'écart-temps fonction de ~ entre indicatrice vraie et indicatrice interpolée pour les réflecteurs R2 et R6 tel que définis sur la figure 8B. Les indicatrices associées aux réflecteurs R1 et R7 servent ici d'indicatrices de référence.
On a constaté que dans le cas où les couches présentaient verticalement une variation à peu près continue des vitesses, ~ devait être compris préférentiellement entre 1,2 et 1,3. Dans le cas de variation brutale de vitesse d'une couche à la suivante, par exemple supérieure ~ 500 ms, on préférera prendre pour ~ une valeur comprise entre 1,4 et 1,6.
Cet exemple n'est donné qu'à titre d'illustration et ne limite en rien l'invention, d'autres interpolations pouvant tout aussi bien convenir.
Le calcul des indicatrices interpolées s'effectue suivant les temps croissants.
S'il est nécessaire d'interpoler au-dessus de la première indicatrice du macro-mod~le, les calculs seront effectués sur la base d'une vitesse théorique prédéterminée constante.
Pour les temps élevés, on répètera la derni~re indicatrice calculée autant de fois que n~cessalre, ceci est justifiée par le fait que lee lndicatrices pour le6 temps élevas sont quasiment plates du fait des vitesses élevées.
Si, pour un certain offset, une des indicatrices d'ordre n ou ; d'ordre n+l est manquante, l'lnterpolation n'est pas effectuée et l'on passe aux offsets suivants puis au calcul de l'indicatrice suivante.
En fin du processus d'interpolation, on obtient, associée à chacune des collections CMP, autant d'indicatrices qu'il y aura d'echantillons sur l~ trace so~me finale.
., .
WO92/1~3 PCT/FR92/00257 ~5~1 7 L'étape suivante consiste à construire les traces somme selon l'invention. Chaque échantillon de chaque trace somme au temps To est égal à la somme des échantillons de la collection CMP dont les temps correspondant à ceux définis par l'indicatrice associée au temps To~
La valeur de l'échantillon ainsi obtenu est éventuellement normée.
On a représenté sur la figure 5 la section somme ainsi obtenue à partir de la section initiale de la figure 1 et du macro-modèle de la figure 4.
On constate sur cette section, outre un meilleur rapport signal/bruit en général, que les événements pentés qui apparaissaient sous le réflecteur VI ont disparu. On constate par contre une atténuation de l'amplitude des réflecteurs situés dans la seconde couche du modèle entre les réflecteurs I et II. Ceci est d~ à une mauvaise adaptation du modèle vitesse. Un tel procédé est assez sensible aux vitesses du macro-modèle et peut donc être un outil de validation d'un modele de vitesses. En effet, les réflecteurs appara~tront apras traitement mieux marqués si la vitesse est adaptée et moins bien marqués si la vitesse n'est pas la bonne.
C'est pourquoi, il peut être intéressant, le processus de calcul étant relativement rapide et peu coûteux par rapport à d'autres traitements effectués avant sommation, de réitérer le procédé comme indiqué sur la figure 9 en considérant la section obtenue selon le procédé (section MBS
ou "Model Based Stack") comme section de d~part.
on a represente sur la flgure 6 le r~sultat d'une migration profondeur appliquee ~ la section de la flgure 5 sur laquelle on a report~ les réflecteurs majeurs du macro-modele vitesse de la figure 4. Les résultats ainsi obtenus sont tout à fait comparables à ceux que l'on peut obtenir en effectuant une migration avant somme, beaucoup plus consommatrice de temps calcul, et meilleurs que ceux que l'on aurait obtenue en appliquant la même migration profondeur ~
la section somme classique. On observe toutefois au niveau du réflecteur VI un léger décalage entre le modèle vitesses et . , 2 0 ~ r~
le résultat de la migration. Une itération supplémentaire serait en l'occurence nécessaire pour parfaire le résultat.
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Claims (7)

WO 92/18883 PCT/FR92/00257 REVENDICATIONS

1 - Procédé pour l'obtention d'une section sismique somme à
offsets nuls, du type consistant à sommer entre eux les enregistrements de collection point milieu enregistrés le long d'un même profil caractérisé en ce que :
- on détermine à partir d'une section somme de base un macro-modèle des vitesses d'intervalles associé au profil traité en fonction de la profondeur, - on calcule à partir de ce macro-modèle les temps de trajet réels pour chacun des enregistrements de chacune des collections et chacun des réflecteurs du macro-modèle, - on calcule entre les indicatrices définies par les temps de trajet calculés à l'étape précédente autant d'indicatrices interpolées qu'il y a d'échantillons sur la trace somme, - on effectue la sommation des enregistrements pour chacune des collections le long des indicatrices définies à l'étape précédente.

2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la détermination du macro-modèle s'effectue par analyse de cohérence sur la base de réflecteurs significatifs en terme de vitesses sélectionnés sur une première section somme par un interprétateur.

3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que les temps de trajet sont calculés à l'aide d'un programme de lancé de rayons.

4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé
en ce que on prend en compte des réflecteurs intermédiaires tels que l'écart temps entre deux réflecteurs pointés successifs ne soit pas supérieur à
500 ms et que l'on applique à ces réflecteurs une migration par rayon des réflecteurs temps de façon à
compléter le macro-modèle vitesses.

5 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé
en ce que l'interpolation appliquée pour le calcul des indicatrices associées à chaque pas de temps est telle que où tn et tn+1 sont respectivement les temps connus pour l'offset nul des ne et (n+1)e indicatrices de référence, .DELTA.Tn et .DELTA.Tn+1 sont respectivement les écarts-temps calculés à l'étape précédente pour les ne et (n+1)e indicatrices de référence pour l'offset étudié, .DELTA.T est l'écart temps recherché à savoir l'écart temps entre le temps sur la verticale à offset nul pour lequel on calcule l'indicatrice interpolée et le temps de l'indicatrice interpolée pour l'offset étudié.

6 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que on réitère le procédé en prenant la section résultant de la sommation obtenue après application du procédé comme section somme de base.

7 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que on applique à la section somme obtenue après application du procédé une migration profondeur.