FR2739457A1 - Methode de selection de la direction d'un canal de forage par rapport aux plans de fractures geologiques, et son application a la prospection petroliere - Google Patents
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Abstract
L 'invention a pour objet une méthode pour définir l'orientation géographique des axes principaux d'un milieu birefringent pour son utilisation dans la sélection de la direction de déviation d'un canal de forage horizontal par rapport à l'amorce d'un plan de fracture lithologique. Cette méthode est caractérisée en ce qu'elle comprend: - l'émission d'une onde de compression respectivement à partir d'un premier et d'un deuxième emplacement de source, et la détection dans des stations réceptrices respectives et le long d'azimuts perpendiculaires, des composantes de signal sismique représentatives de l'énergie lente et rapide de l'onde de cisaillement convertie, pour la première station l'onde réfléchie à partir d'un point de conversion en profondeur associé à un interface acoustique au-dessous d'un milieu birefringent, et pour la deuxième station l'onde réfléchie à partir du dit point de conversion en profondeur, - la programmation d'un ordinateur numérique pour formater les dites composantes de signal en une matrice 2x2, la dite matrice comprenant des composantes en diagonale et hors-diagonale. - l'application, à l'aide du dit ordinateur, d'un opérateur de rotation à quatre termes à la dite matrice, pour minimiser le contenu en énergie des composantes hors-diagonale de la dite matrice pour définir l'orientation des axes de polarisation principaux du dit milieu birefrinqent, comme amorce du plan de fracture, et - la déviation d'un canal de forage perpendiculaire à amorce ainsi définie.
Description
L'invention a pour objet une méthode d'exploration géophysique mettant en
oeuvre des ondes de cisaillement converties réfléchies dérivées d'une source superficielle d'onde de compression. Dans un environnement lithologique multicouches, l'angle de polarisation d'une couche cible est déterminé en supprimant les effets de biréfringence des couches surmontantes. L'exploration sismique est principalement réalisée pour procurer une information pétrophysique relative aux formations terrestres dans le but d'optimiser l'emplacement et la configuration des canals de forage utilisés dans la récupération des produits hydrocarbonés. Le canal de forage est configuré pour maximiser le drainage du fluide depuis les poches et les fissures des roches poreuses environnantes. En présence d'une fissuration verticale, le canal de forage peut être dévié d'une orientation substantiellement verticale à une orientation substantiellement horizontale. L'approche de l'exploration sismique spécifique à utiliser dans une zone intéressante est de préférence prévue pour afficher les conditions géologiques
particulières y existantes, comme cela sera expliqué plus loin.
Dans l'art de l'exploration sismique, une source sismique, à la surface ou près de surface du sol, émet une onde acoustique qui iradie
vers le bas en ébranlant les milieux élastiques comprenant les couches rocheuses au-
dessous de la surface. Le champ ondulatoire sismique est réfléchi à partir d'interfaces d'impédance acoustique respectives entre les couches, en un front d'onde qui se propage vers le haut jusqu'à un réseau de récepteurs sismiques déployés sur ou près de la surface du sol, et décalés de la source d'un intervalle spatial donné. Les récepteurs détectent les mouvements mécaniques du sol (ou les variations de pression dans les opérations marines) dus à l'onde sismique réfléchie et convertissent les mouvements détectés en
amplitudes d'un signal électrique en fonction du temps de propagation de la réflexion.
Les signaux électriques avec leur échelle de temps sont de préférence stockés et traités dans un ordinateur programmé pour fournir un modèle de l'altitude et de la structure des
formations en profondeur.
Les études sismiques peuvent être bi-
dimensionnelles dans quel cas une source, ou pluralité de sources, ébranle des réseaux linéaires de récepteurs le long d'une seule ligne d'étude (ou de prospection). Dans les opérations tri-dimensionnelles, les sources et les récepteurs sont distribués spatialement
selon une configuration en grille régulière, sur plusieurs kilomètres carré.
La source et les récepteurs peuvent être conçus pour réagir aux ondes de compression (P) ou de cisaillement (S). Des ondes P sont des ondes longitudinales qui se propagent avec un mouvement de particules perpendiculaire aux fronts d'onde, suivant des vagues alternées de compression et de décompression. Les récepteurs d'ondes P réagissent aux mouvements verticaux des particules par rapport à
la surface du sol.
Les ondes de cisaillement sont polarisées parallèlement aux fronts d'onde et sont classifiées comme ondes SH et comme ondes
SV pour des milieux isotropes. Dans le contexte de cette description, le mouvement des
particules, pour des ondes SH, est horizontal dans un plan qui est transversal par rapport à la ligne du profil. Le mouvement des particules, pour des ondes SV, est dans un plan vertical qui est perpendiculaire au mouvement des particules SH et parallèle à la ligne du profil. Les ondes de cisaillement ne peuvent pas se propager dans un fluide parce que les fluides ne présentent pas de résistance au cisaillement. Certains milieux sont biréfringents aux ondes-S en raison du fait qu'ils sont anisotropes. C'est-à-dire que l'énergie acoustique se divise en rayons ordinaires et extraordinaires caractérisés par des vitesses de propagation différentes, tels qu'ondes rapides (Sf) et ondes lentes (Ss) au cours du transit à travers le milieu et avec des directions de polarisation différentes de
celles des ondes pures SH ou SV.
Les sources d'onde-P ébranlent le sol le long de trajectoires substantiellement verticales par rapport à la surface du sol. Les sources d'onde-S sont polarisées pour ébranler le sol de façon horizontale. Deux telles sources d'onde S, polarisées orthogonalement, peuvent être utilisées au même emplacement, ou une seule source peut être utilisée pour dans premier générer des ondes SH, puis pour,
dans un deuxième tempsaprès rotation physique de 90 , générer des ondes SV.
L'exploration en onde-P comprend l'exploitation des études sismiques. Mais des études spéciales, qui nécessitent l'exploration supplémentaire des caractéristiques anisotropes des formations rocheuses sélectionnées dues à des tensions et à des fissurations, peuvent être entreprises en combinant la technologie d'onde-P et d'onde-S en une seule mise en oeuvre d'étude. Toutefois, la réalisation d'une telle étude combinée nécessiterait l'utilisation de trois sources séparées, à savoir des sources d'onde-P, d'onde-SH et d'onde-SV, à chaque emplacement de source, et des récepteurs multicomposantes qui incorporent à la fois des unités de récepteurs sismiques d'onde-S et d'onde-P à chaque station réceptrice. La nécessité de
trois sources séparées triple les coûts d'étude de façon prohibitive.
Il est connu qu'un front d'onde de compression, arrivant sur un interface d'impédance acoustique, génére non seulement une onde réfléchie et une onde réfractée-P mais aussi une onde de cisaillement convertie (PS) réfléchie se propageant vers le haut. Ainsi, une seule source d'ondes-P en combinaison avec un réseau de récepteurs multicomposantes, pourrait être employée de façon économique pour une étude combinée onde-P, onde-S, utilisant des ondes de cisaillement converties PS (compression/cisaillement) à la place des ondes de
cisaillement pures SS (cisaillement/cisaillement).
Dans le brevet US. 4.736.349, délivré le 5 avril 1988, NEAL R. GOINS enseigne une méthode pour obtenir des données d'ondes de cisaillement à partir de traces d'ondes de compression rassemblées en un point commun de profondeur, corrigées pour l'angularité et la propagation sphérique utilisant des variations d'amplitude des ondes de compression rassemblées en un point conmme fonction du décalage source-récepteur. Cela est possible parce que l'amplitude des composantes d'énergie d'onde de cisaillement réfléchie incorporée varie en fonction de l'angle d'incidence. A l'incidence verticale, le coefficient de réflexion des ondes de
cisaillement est proche de zéro, augmentant avec un maximum dans la plage de 30 -
. Les ondes-P d'autre part ne sont pas autant affectées. Ces données peuvent être utilisées pour générer des sections sismiques d'onde de pseudo-cisaillement. Ainsi, bien que GOINS utilise une source d'onde-P et des données d'amplitude de l'onde de cisaillement dérivée de celle- ci, il n'utilise pas explicitement les ondes de cisaillement converties. GAROTTA et GRANGER, dans un article intitulé "Acquisition and Processing of 3C X 3D Data using converted Waves", publié dans "Abstracts for the 58th Annual SEG International Meeting, 1988, pages 995 à 997', utilisent la rotation d'un récepteur bi-composantes, transversale et radiale, et un algorithme démultiplicateur angulairement dépendant, suivi par une corrélation croisée entre les données qui se propagent dans des directions orthogonales, pour déterminer les angles otpimaux de rotation. La méthode devient instable lorsque le composant transversal est petit. La méthode ne combine pas de façon explicite l'énergie polarisée dans différentes directions aux points communs de conversion, et par conséquent elle est seulement sensible aux coordonnés de l'onde de cisaillement principale superficielle MALLICK et FRAZER,. dans un article intitulé "Reflection transmission coefficients and azimuthal anisotropy in marine seismic studies ", publié dans "Geophysical Journal Int, (1991) V105, pages 241-252", enseigne une méthode dans laquelle un sismomètre (OBS) à deux composantes est mis en place au fond de l'océan. Un canon de surface est mis à feu à des intervalles espacés le long de deux lignes d'étude séparées à angles droits l'une de l'autre pour générer des réflexions converties P en S aux interfaces acoustiques et des composantes xl, x 11, Yl, Yl d'un signal d'onde de cisaillement converti au fond de l'eau. Ils appliquent ensuite un opérateur de rotation ALFORD (pivotement) (à expliquer dessous) aux composantes du signal pour définir la direction azimutale de la biréfringence, par exemple l'amorce d'un plan de fracture. La méthode applique le même angle de rotation pour à la fois les orientations du récepteur et de la source et par conséquent n'est sensible qu'aux
directions d'anisotropie du fond de l'eau.
Dans la réalité, l'alignement d'une ligne d'étude (ou de prospection) par rapport à un plan de fracture ou à l'axe d'anisotropie théorique d'une formation n'est pas connu a priori. R.M. ALFORD, in" SEG Expanded Abstracts, 56th Annual Meeting of the Society of Exploration Geophysicists, Pages 476 à 479", qui est incorporé ici par référence, propose des opérateurs mathématiques de rotation qui
peuvent être appliqués aux données d'onde de cisaillement PS multisource, multi-
composantes, pour aligner le système de coordonnées d'observation avec le système de coordonnée naturelles de la terre. Comme développé par ALFORD, une rotation à quatre composantes est appliquée pour propager verticalement des ondes-S dans un sol l-D en un point médian donné commun. Ces composantes consistent en des signaux de source d'onde-S longitudinaux, détectés par les récepteurs longitudinaux et transversaux, et des signaux de source transversaux détectés par les deux mêmes récepteurs longitudinaux et transversaux. Cela procure une matrice 2x2 de données d'onde-S à quatre composantes en fonction du temps. Les deux éléments diagonaux de la matrice sont les signaux de source d'onde-S longitudinaux détectés par le récepteur horizontal longitudinal, et les signaux de source transversaux détectés par le récepteur horizontal transversal. Les éléments hors diagonale de la matrice 2x2 sont les signaux de source d'onde S longitudinaux détectés par le récepteur transversal et les signaux de source d'onde-S transversal détectés par le récepteur horizontal longitudinal. Les sources polarisées de façon orthogonale et les récepteurs sont pivotes mathématiquement de façon itérative par incréments angulaires. A la convergence, lorsqu'ils sont alignés avec le système de coordonnées terrestre choisi, les composantes en diagonale de la matrice contiendront l'énergie théorique d'onde-S et les éléments hors diagonale contiendront peu ou pas d'onde-S cohérente. Les enseignements de ce document sont limités aux données du champ ondulatoire d'onde de cisaillement symétriques SS et ne procurent d'information de polarisation que sur des couches près
de la surface.
L'objet des études d'onde de cisaillement est d'apprendre quelque chose sur l'axe de polarisation théorique d'une formation cible. En présence de matière anisotrope au-dessus de la formation cible, la rotation axiale de la surface perçue présentera une distorsion; elle reflétera l'alignement axial de la couche anisotrope la plus haute. DONALD F. WINTERSTEIN, dans le brevet US 5.060.203 délivré le 22 octobre 1991, enseigne une méthode pour soustraire l'influence des
couches supérieures en vue de prévoir les régimes de tension en profondeur.
WINTERSTEIN analyse et soustrait les variations de polarisation des ondes-S fractionnées en fonction de la profondeur, en utilisant l'onde directe descendante dans des données de profil sismiques vertical (VSP) d'onde-S 4-composantes. Son approche indclu une application des opérateurs de rotation d'ALFORD pour minimiser l'énergie sur les composantes hors diagonale au niveau le plus superficiel. Le décalage de temps observé entre deux ondes-S principales sur les composantes en diagonale est soustrait en décalant dans le temps l'onde-S lente pour l'aligner avec l'onde-S rapide. Ce décalage de temps correspond à la suppression du retard de la source et est ainsi appliqué à deux des quatre composantes sismiques et soustrait de façon effective l'anisotropie azimutale rendant ainsi isotrope la matière comprise entre la source et le milieu superficiel. Le procédé peut être appliqué aux couches additionnelles si nécessaire. Le procédé est en premier lieu applicable aux opérations VSP utilisant des ondes de cisaillement pour lesquelles il existe une trajectoire unidirectionnelle entre une source de surface et un récepteur au fond d'un puits (ou l'inverse en raison du principe de réciprocité). Il n'enseigne pas l'application de la méthode aux ondes de cisaillement converties rassemblées le long des lignes de prospection conventionnelles en surface ou des
opérations à trois-dimensions (3-D).
Un objectif important des études sismiques en onde de cisaillement est de déterminer l'amorce des plans de fracture verticaux d'une surface en profondeur, c'est-à-dire la formation terrestre cible. Dans les régions productrices de pétrole, les canais de forage horizontaux sont perçés déviés pour s'étendre perpendiculairement à l'amorce des plans de fracture, pour maximiser ainsi la
récupération du fluide hydrocarboné.
On a besoin d'une méthode économique énergique
pour mesurer l'orientation de l'axe théorique d'une formation cible se canalvant au-
dessous d'un milieu birefringent, en utilisant une source d'onde-P pour générer des
ondes de cisaillement converties.
Une méthode d'exploration sismique est proposée consistant en l'émission d'un champ d'onde de compression à partir d'une source sismique positionnée en un premier emplacement. Une première station réceptrice est établie à distance de la source suivant un premier azimut. Un premier récepteur multicomposantes détecte des première et seconde composantes de signal, représentatives des composantes rapides et lentes de l'énergie de l'onde de cisaillement convertie réfléchie à partir d'un point de conversion qui se situe sur un interface acoustique au-dessous d'une formation birefringente. Un second champ d'onde de compression est émis à partir d'un second emplacement de source. Un second récepteur multicomposantes détecte les troisième et quatrième composantes de signal qui sont représentatives des composantes rapide et lente de l'énergie d'onde de cisaillement convertie réfléchie à partir du point de conversion en profondeur. Les première, seconde, troisième et quatrième composantes de signal sont formées dans une matrice 2x2. Un opérateur de rotation à quatre-composantes qui minimise l'énergie des composantes hors diagonale de la matrice est appliqué aux quatre membres de la matrice pour définir l'angle de polarisation principal des composantes de l'onde de cisaillement. L'information ainsi recueillie est utilisée pour guider l'orientation de la
déviation d'un canal de forage.
Selon un aspect de cette invention, le retard est mesuré entre les composantes rapide et lente en diagonale de l'onde de cisaillement, de la matrice pivotée. Un déplacement statique est appliqué à l'une des composantes pour compenser le retard et rendre de cette façon virtuellement isotrope le milieu
birefringent surmontant. L'interface est ensuite reproduite par image.
Selon un autre aspect de l'invention, la représentation imagéet des interfaces acoustiques, successivemen plus profonds est répétée vers le bas en rendant séquentiellement isotropes des milieux birefringents plus profonds. Les nouvelles dispositions qui semblent être caractéristiques de l'invention, à la fois pour l'organisation et les méthodes d'opération,
avec leur objectifs et avantages, seront mieux comprises à partir de la description
détaillée qui suit et des dessins dans lesquels l'invention est illustrée à titre d'exemple dans le seul but d'illustrer et de la décrire, mais non de la limiter: La figure I illustre les trajectoires possibles des ondes de cisaillement converties, comparées aux ondes de compression; La figure 2 fournit la définition des termes utilisés; La figure 3 est une vue simplifiée d'une méthode de l'invention; La figure 4 illustre la géométrie de la rotation des coordonnées; La figure 5 illustre la configuration d'un canal de
forage dévié par rapport à l'amorce des plans de fracture de formation verticale.
La figure I illustre les principes fondamentaux de la propagation de champ ondulatoire par conversion de mode. Un champ d'onde de compression rayonnant à partir d'une source 10 se propage le long de la trajectoire 12 en pointillés d'o il est réfléchi à partir d'un interface acoustique 13 en un point d'incidence 14, d'o il se propage le long de la trajectoire 15 jusqu'à un récepteur multicomposantes 16. Le point d'incidence 14 se canalve au point médian entre la source 10 et le récepteur 16 pour une couche horizontale. Le point d'incidence 14 peut procurer un point commun profond (CDP) pour les réseaux de sources et de récepteurs disposés de façon symétrique par rapport au point 14 sur la surface 18. Les trajectoires symétriques représentées par la trajectoire en pointillés s'appliquent à une source d'onde-P travaillant avec un récepteur d'onde-P, ou à une source d'onde-S polarisée travaillant avec un récepteur d'onde de cisaillement polarisé adapté. Comme il est bien connu, une onde-P se propageant le long de la trajectoire 19, arrivant sur un interface acoustique tel que 13 peut subir une conversion de mode en onde PS polarisée dans deux directions orthogonales telles que les ondes Sf et Ss. Les ondes de cisaillement converties sont réfléchies à partir de l'interface 13, non au point médian 14, mais à partir d'un point de conversion 20 le long
de la trajectoire 22, pour être décelées par un récepteur multicomposantes 16 à trois-
composantes. Le point de conversion 20 est décalé du point médian 14 en direction du récepteur selon le rapport de vitesse de l'onde-P/onde-S Ainsi, le décalage horizontal Xc entre l'emplacement de la source 10 et le point de conversion 20 est approximativement de: Xc = X/[ 1 (Ts Vs2)/(TpVp2)] (1) o Ts, Tp, Vs, Vp sont respectivement les temps de déplacementsur la trajectoire à deux voies de l'onde-P et de l'onde-S, et les vitesses rms d'onde-S et d'onde-P à l'interface acoustique concerné. Dans le traitement de données utilisant des données d'onde de cisaillement converties (PS), le concept de CDP (point de profondeur commun) tel qu'appliqué aux données d'onde-P est remplacé par le terme
CCP (point de conversion commun) pour des données d'onde-PS.
La figure 2 propose des définitions de terminologie utilisées ici. Un élément de la proche surface est désigné par 24 sur lequel a été disposée la direction de la ligne progressive d'étude 26. Comme expliqué auparavant, les ondes-P sont polarisées avec un mouvement de matière susbtantiellement aligné avec la direction de propagation. Une source d'onde-P telle que 10 excite un mouvement de particule substantiellement vertical comme indiqué par la flèche 11. Un récepteur multicomposantes 16 réagit aux ondes-P ascendantes le long du vecteur 21, aux ondes de cisaillement converties longitudinales le long de 23 et aux ondes de cisaillement converties transversales comme indiqué par 25
Comme expliqué ci-dessus, un récepteur multi-
composantes comprend une unité de capteur qui réagit à l'énergie de cisaillement
transversale, et une unité de capteur qui réagit à l'énergie de cisaillement longitudinale.
A supposer que les axes réactifs d'un récepteur multi-composantes soient alignés exactement sur les axes de polarisation de l'onde d'entrée, chaque unité de capteur ne détecterait qu'un seul composant de l'onde de cisaillement d'énergie sismique. L'unité de capteur hors de l'axe recevrait une énergie substantiellement nulle. Mais ce serait vraiement un hazard que la condition ci-dessus existe réellement. En général, chaque onde de cisaillement contribue à une partie vectorielle de chaque unité de capteur en
termes d'amplitude et de polarisation angulaires.
Les milieux terrestres stratifiés, en particulier les formations fracturées verticalement, peuvent être anisotropes de façon azimutale et donc birefringents aux ondes de cisaillement, en créant des ruptures temporelles d'onde-S. La composante d'onde-S rapide est polarisée parallèlement à l'amorce de plan de fracture. On souhaite réduire l'orientation de l'axe de polarisation de telle sorte qu'on puisse dévier un canal de forage dans une direction, de préférence perpendiculaire à
l'amorce, qui soit optimale pour la récupération des ressources naturelles.
En reférence à la Figure 3 représentant une portion verticale de la terre, une onde de compression rayonne à partir d'un premier emplacement de source 28 d'une surface 30. En une première station réceptrice 32, des première et seconde composantes de signal d'énergie d'onde de cisaillement convertie, réfléchie à partir d'un point de conversion 33, sont détectées par un ou plusieurs récepteurs multicomposantes, respectivement longitudinale et transversale. Le point de conversion 33 est associé à un interface acoustique 34. Le volume entre la surface 30 et l'interface acoustique 34 est occupe par un milieu birefringent anisotrope indiqué de façon symbolique par 35. La station réceptrice 32 est espacée de l'emplacement de
source 28 suivant un premier azimut 36.
Une onde de compression est émise à partir d'un second emplacement de source 38. Après réflexion à partir du point de conversion 33, des troisième et quatrième composantes d'énergie d'onde de cisaillement convertie sont détectées respectivement par un ou plusieurs récepteurs multicomposantes, longitudinale et transversale, d'une seconde station réceptrice 40 qui est espacée de
l'emplacement de source 38 le long d'un second azimut 42.
En se repportant maintenant à la figure 4 qui représente une section horizontale de la terre, les premier et les second azimuts 36 et 42 sont représentés conceptuellement inclinés d'un angle 0, qui peut être défini en termes de coordonnées géographiques Nord et Est, par rapport à l'alignement axial des plans de fractures verticaux, indiqués par les lignes en pointillés diagonales, de la couche rocheuse 35. Un opérateur R de rotation d'ALFORD est appliqué aux première, deuxième, troisième et quatrième composantes de signal détectées S 1, S2, S3, S4, représentatives des composantes rapides et lentes de l'énergie de l'onde de cisaillement convertie, dérivées des ondes de compression rayonnant à partir des emplacements de
source 28 et 38. De préférence, l'opérateur est appliqué à chaque fenêtre d'échantillon-
temps (ou intervalle en profondeur). Il y a deux opérateurs de rotation: l'un pour les sources [Rs] et l'autre pour les récepteurs [Rr]. Les quantités sont introduites dans une matrice 2x2 de la forme S' = Rr S RsT, dans laquelle l'exposant T indique une transformation. S' peut être développé comme S'1 S'2 cos (Or) sin(Or) SI S2 cos (Os) - sin (Os) (2) S'3 S'4 -sin (Or) cos(0r) S3 S4 sin (Os) cos (Os) dans laquelle Os et Or sont les angles de rotation du récepteur et de la source, Si sont les données observées et S'j les données du système de
coordonnées pivoté.
Dans la figure 4, les angles de rotation Os et Or sont égaux. Toutefois, en général ces angles peuvent être différents, en particulier dans des études en 3-D, parce que la sus dite direction longitudinale 26 (Figure 2) n'est pas
nécessairement alignée avec les axes horizontaux des récepteurs multicomposantes.
L'effet de l'application de l'opérateur de rotation aux signaux détectés est de faire pivoter le système de coordonnées originel 36-42 pour reférencerr les signaux de données, a un nouveau système de coordonnées indiqué par
44 et aligné sur les coordonnées naturelles du milieu 35 azimutalement anisotrope.
L'expression (2) peut être résolue de façon itérative en introduisant des valeurs incrémentielles pour 0 jusqu'à ce que les termes hors diagonale S'2 et S'3 soient
minimisés.
Le procédé pour rendre isotrope ou soustraire par couche d'ondes converties, procède à partir des formations peu profondes vers les formations plus profondes. Les couches d'analyse consistent en un ou plusieurs échantillons de données. A l'intérieur de chaque couche, une rotation d'ALFORD optimale est d'abord déterminée en canalvant un angle de rotation de la source et du récepteur, qui minimise les éléments hors-diagonale des données 2x2 de l'onde de cisaillement. Ensuite, le décalage entre les composantes lente et rapide de l'onde de cisaillement convertie est déterminé, et un déplacement statique est appliqué à l'une des composantes de la source, de préférence la composante lente à titre d'exemple non limitatif. La rotation et le déplacement statique sont appliqués à toutes les données puisque des horizons plus profonds se sont également déplacés à travers la couche en cours d'analyse. Suite au décalage dans le temps et à la rotation, une condition de représentation par image est invoquée pour retenir et supprimer le coefficient de réflexion dans la couche qui vient d'être analysée. L'effet de rotation des coordonnées et du décalage de temps, est de rendre effectivement isotrope le milieu 35, c'est-à-dire que les attributs d'anisotropie sont réellement neutralisés de telle sorte que le milieu 35 apparaisse maintenant comme isotrope au passage d'un champ ondulatoire. Dans les prochaines couches successivement plus profondes, la procédure déplace vers le bas, par répétition de la rotation d'ALFORD, du décalage de temps et de la condition de représentation par image. Le résultat en est une mesure de l'orientation des axes principaux et de la grandeur de l'anisotropie azimutale à partir respectivement des
angles de la rotation d'ALFORD et du décalage de temps.
Revenant à la Figure 1, un milieu birefringent anisotrope 46 occupe le volume entre la surface 18 et l'interface acoustiquel3. Les axes anisotropes naturels du milieu 46 sont indiqués par les flèches 48 à double-têtes se croisant en indiquant les directions de polarisation des composantes d'onde-S, lente et rapide, des ondes de cisaillement converties se propageant le long de la trajectoire 22. Il est à observer que les trajectoire des deux ondes sont montrée comme étant
coïncidentes pour la simplicité. Dans la pratique, elles sont légèrement séparées.
Un second interface 50 se situe au-dessous de l'interface 13, séparé de lui par une formation anisotrope 52 avec des axes de polarisation naturelle 54 qui sont décalés dans le sens des aiguilles d'une montre par rapport à la direction des axes 48 de la formation 46. Une onde de compression se propageant le long de la trajectoire 56 ébranle l'interface 50 au point de conversion 58 pour générer une onde de cisaillement convertie qui atteint l'emplacement 16 du récepteur par une trajectoire 60. Dans un milieu physiquement actif, le point de conversion 58 serait déplaçé légèrement vers la gauche, mais a été montré comme
illustré pour plus de clarté.
Une partie de la trajectoire 60 traverse le milieu 46, donc l'effet anisotrope du milieu 46 se superpose sur les signaux d'onde de cisaillement provenant de l'interface plus profond 50, produisant une autre birefringence et des rotations d'onde-S. Par conséquent pour répeter vers le bas l'analyse de polarisation à des couches plus profondes telles que 52, la couche supérieure est rendue
isotrope.
L'opérateur de rotation d'ALFORD et le décalage statique de temps entre les ondes de cisaillement lentes et rapides de la couche 46, peuvent être ensuite appliqués aux signaux représentatifs des ondes de cisaillement converties provenant du point de conversion 58 pour retirer l'effet de birefringence de la couche 46 sur les signaux
provenant de la couche 52.
L'orientation de la composante d'onde rapide de chaque couche concernée peut définir l'azimut de l'amorce du plan de fracture. Par exemple, sur la figure 4, les lignes diagonales 70, alignées avec l'axe rapide d'anisotropie, pourraient définir l'azimut de l'amorce 71 rapporté aux coordonnées géographiques Nord et Est. Sur la figure 5, un canal de forage 72, prévu pour exploiter le contenu en gaz ou en pétrole d'une formation cible 74, serait dévié de façon horizontale, perpendiculairement aux plans de fracture de la formation, tels que 76,
dont l'amorce est sensiblement perpendiculaire au plan de la page.
Pour les ondes de cisaillement converties, le point de conversion comprend un emplacement de source pour l'énergie d'onde de cisaillement se propageant vers le haut. Le fait de rendre isotrope ou d'enlever la couche peut être appliqué avec succès aux ondes de cisaillement converties parce que, pour n'importe quelle couche, une source polarisée et un récepteur polarisé sont situés sur les côtés opposés du milieu considéré de façon analogue à la méthode VSP de WINTERSTEIN. Cela est aussi analogue à l'analyse optique de matière birefringente dans laquelle un analyseur peut être pivoté par rapport à un polariseur, pour compenser la rotation spécifique de l'échantillon à l'étude. Les effets des caractéristiques de polarisation des couches supérieures peuvent être définis et retirés successivement des signaux provenant d'horizons plus profonds pour permettre la répétition vers le bas de la représentation imagée. Cette méthode ne peut pas être appliquée aux données de source d'onde-S purement symétriques puisqu' à la fois la source et le récepteur sont localisés à
la surface.
Dans le mode d'opération présentement préféré, les opérations de terrain sont disposées comme sur la figure 3, bien que des réseaux entiers,
soit à deux-dimensions, soit à trois-dimensions, soient utilisées dans la pratique.
L'orientation des récepteurs multicomposantes ne nécessite pas nécessairement l'alignement avec la direction de polarisation de l'azimut source-récepteur. On peut procéder à l'analyse des données soit par pré-assemblage soit par post-assemblage, bien que l'on puisse attendre d'une analyse du pré-assemblage qu'elle soit plus exacte pour donner à la surface des solutions consistantes de polarisation et de décalage statique de temps. On peut appliquer des corrections conventionnelles assistées par ordinateur pour les parasites de surface manifestes, pour la correction d'angularité dynamique, pour la "DMO" si necessaire, et pour la divergence sphérique. Les regroupements de point de conversion commun d'onde de cisaillement convertie sont examinés et normalisés pour la variation d'amplitude comme fonction du décalage parce que, comme expliqué plus haut, l'amplitude de l'énergie de l'onde de cisaillement réfléchie est une fonction de l'angle d'incidence, telle que l'énergie soit très faible pour l'incidence verticale. Les données traitées par ordinateur sont affichées en tranches de temps sismique ou en cartes, de la façon usuelle. Les informations relatives à l'orientation géographique de l'amorce du plan de fracture ainsi fournies peuvent être ensuite utilisées pour faire
dévier de façon directionnelle un canal de forage comme expliqué auparavant.
Bien que l'invention ait été décrite avec un certain degré de spécificité à titre d'exemple mais non à titre limitatif, les hommes de l'art pourront concevoir des variantes évidentes aux exemples sus décrits, mais qui entreront dans le cadre et l'esprit de la présente invention qui n'est limitée que par les
revendications annexées.
Claims (6)
1.- Méthode pour définir l'orientation géographique des axes principaux d'un milieu birefringent pour son utilisation dans la sélection de la direction de déviation d'un canal de forage horizontal par rapport à l'amorce d'un plan de fracture lithologique, comprenant: - l'émission d'une onde de compression à partir d'un premier emplacement de source; la détection, dans une première station réceptrice espacée du dit premier emplacement de source le long d'un premier azimut, des première et seconde composantes de signal sismique représentatives de l'énergie lente et rapide de l'onde de cisaillement convertie, réfléchie à partir d'un point de conversion en profondeur associé à un interface acoustique au-dessous d'un milieu birefringent; - l'émission d'une onde de compression à partir d'un second emplacement de source; - la détection, dans une seconde station réceptrice espacée de l'emplacement du dit second emplacement de source, le long d'un second azimut substantiellement perpendiculaire au dit premier azimut, des troisième et quatrième composantes de signal représentatives de l'énergie d'onde de cisaillement convertie lente et rapide réfléchie à partir du dit point de conversion en profondeur; - la programmation d'un ordinateur numérique pour formater les dites première, seconde, troisième et quatrième composantes de signal en une matrice 2x2, la dite
matrice comprenant des composantes en diagonale et hors-diagonale.
- l'application, à l'aide du dit ordinateur, d'un opérateur de rotation à quatre termes à la dite matrice, pour minimiser le contenu en énergie des composantes hors-diagonale de la dite matrice pour définir l'orientation des axes de polarisation principaux du dit milieu birefringent, comme amorçe du plan de fracture; et - la déviation d'un canal de forage perpendiculaire à
l'amorçe ainsi-définie.
2.- Méthode selon la revendication 1, comprenant -la mesure de l'intervalle du retard entre les composantes diagonales lentes et rapides de l'onde de cisaillement, de la dite matrice - l'application d'un déplacement de temps statique à l'un des composantes de la source pour compenser le retard entre les dits ondes lentes et rapides en rendant ainsi isotrope le dit milieu birefringent; et - la représentation par image dudit interface acoustique.
3.- Méthode selon la revendication 2, comprenant: - la répétition vers le bas de la représentation par image successivement des interfaces acoustiques plus profonds en rendant isotropes
les milieux birefringents moins profonds.
4. Méthode selon la revendication 2, comprenant - la définition dans une formation cible caractérisée par des plans de fractures substantiellement verticaux, de l'orientation axiale des dits
plans de fracture en rendant isotropes les formations birefrigentes surmontantes.
5.- Méthode pour l'exploration sismique, comprenant: - l'émission d'une onde de compression à partir d'un premier emplacement de source; - la détection des première et seconde composantes de signal en une première station réceptrice espacée du dit premier emplacement de source le long d'un premier azimut, les dits premièrer et seconde composantes de signal étant représentatives de l'énergie d'onde de cisaillement convertie lente et rapide réfléchie à partir d'un point de conversion associé à un interface acoustique au-dessous d'un milieu birefringent; - l'émission d'une onde de compression à partir d'un second emplacement de source; - la détection des troisième et quatrième composantes de signal en une seconde station réceptrice espacée du dit second emplacement de source le long d'un second azimut substantiellement perpendiculaire au dit premier azimut, les dits troisième et quatrième composantes de signal étant représentatives de l'énergie d'onde de cisaillement convertie lente et rapide réfléchie à partir du dit point de conversion; - la programmation d'un ordinateur pour créer une matrice 2x2 à partir des dites premiière, seconde, troisième et quatrième composantes de signal, la dite matrice étant caractérisée par des termes en diagonale et hors- diagonale; - la programmation du dit ordinateur pour minimiser les termes hors-diagonale en appliquant un opérateur de rotation à la dite matrice pour définir le système de coordonnées naturelles des axes principaux de birefringence.; la programmation du dit ordinateur pour mesurer la différence de temps entre les ondes de cisaillement lente et rapide représentées par les termes diagonaux de la dite matrice pivotée et en appliquant un décalage de temps statique correspondant à l'une des composantes de la source pour rendre isotrope le dit milieu birefringent; et - la représentation par une image du dit interface acoustique..
6. Méthode selon la revendication 5, comprenant: la répétition vers le bas de la représentation par image des interfaces successivement plus profonds en rendant isotropes les milieux
birefringents sus-jacents.
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| Date | Code | Title | Description |
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