FR2843805A1 - Methode et dispositif d'acquisition pour l'exploration sismique d'une formation geologique par des recepteurs permanents implantes au fond de la mer - Google Patents

Abstract

- Méthode et dispositif pour l'exploration sismique d'une formation géologique submergée par des capteurs permanents implantés au fond de la mer connectables par intermittence à des stations actives d'acquisition de données amenées à proximité.- Au fond de la masse d'eau, à des emplacements bien déterminées, sont déposées des stations permanentes de réception (1) comprenant un socle pesant pourvu de logements pour des capteurs sismiques (géophones (6), hydrophone (7)) destinés à recevoir des signaux acoustiques ou sismiques émanant de la formation sous-jacente. Quand des sessions de collecte des signaux reçus par les capteurs sont programmées, on vient déposer au fond de la masse d'eau, des stations actives d'acquisition (11) que l'on connecte aux différentes stations permanentes de réception (1). On enregistre alors les signaux captés, le temps nécessaire pour réaliser au moins une session d'acquisition et d'enregistrement des signaux acoustiques ou sismiques reçus par les stations passives, en réponse à l'émission d'ondes sismiques par une ou plusieurs sources sismiques. Ensuite, on récupère en surface les stations d'acquisition mobiles (11) et on transfère les enregistrements effectués par chacune d'elles, à un laboratoire central de collecte.- Applications par exemple à la surveillance sismique périodique d'un gisement souterrain ou d'un site de stockage.

Description

La présente invention concerne un dispositif d'acquisition de données

sismiques à capteurs permanents implantés au fond de la mer connectables par intermittence à des stations

d'acquisition de données.

Etat de la technique L'acquisition de données sismiques au fond de la mer est une méthodologie offrant d'importants avantages et de plus grandes possibilités pour obtenir des données sismiques

multi-composantes de très haute qualité à des cots raisonnables.

Les objectifs principaux de la sismique au fond de la mer dans des zones de l'offshore 10 profond et ultra profond sont: - la caractérisation plus fine des réservoirs par l'acquisition du champ d'ondes complet (4C) permettant de diminuer les risques de forage; et - le monitoring des réservoirs pour détecter des variations dans un gisement par des

acquisitions sismiques répétées dans le temps (4D).

L'emplacement des récepteurs sismiques sur le fond de la mer permet d'éliminer les

multiples dus à la couche d'eau et, comme le bruit ambiant est plus faible, d'augmenter l'amplitude de signal ce qui résulte dans l'amélioration de l'imagerie sismique.

L'enregistrement des ondes S et des ondes P permet d'obtenir des informations structurelles ou mécaniques supplémentaires concernant la lithologie, les fluides, les fractures et facilite 20 également l'imagerie de structures complexes et en présence de gaz.

Le but de la sismique répétitive est de détecter des variations dans les gisements (réservoirs) souterrains dues à la production des hydrocarbures. Pour cela, il est nécessaire de réaliser des mesures sismiques répétées et étalées dans le temps. Les différences entre deux mesures représentent les variations qui ont eu lieu dans le réservoir. La précision des mesures 25 et leur répétitivité doivent être garanties. Pour cela il faut que les conditions des mesures soient strictement identiques entre deux campagnes qui sont généralement étalées de plusieurs mois. Les paramètres clés sont le positionnement, l'orientation et le couplage des capteurs. Il faut que l'amplitude des mesures inhérente aux erreurs liées à ces paramètres et au bruit d à l'instrumentation soit significativement inférieure au signal reflétant les changements du réservoir. Les jeux de données multi-composantes 4D existants ne permettent

pas la quantification des différences avec précision.

L'activité dans le domaine de l'exploration sismique de zones souterraines immergées sous une épaisse couche d'eau profonde variant entre quelque 300 m et 1500 m (dite en offshore profond) et même au-delà (offshore ultra profond), est en plein essor. La taille moyenne des champs pétroliers que l'on va exploiter à l'avenir augmente considérablement avec la profondeur d'eau. Comme les cots de mise en production, de la production elle-même 10 ainsi que les risques associés sont d'autant plus élevés que la profondeur d'immersion augmente, il est d'autant plus important d'optimiser la production. Ceci nécessite de nouvelles technologies en exploration aussi bien qu'en production capables de réduire les incertitudes et

de produire plus rapidement à des cots acceptables.

Les méthodes sismiques sont en évolution constante. Cependant, malgré l'amélioration 15 des résultats, leur cot est encore considéré comme étant trop élevé par les pétroliers, pour être appliquées systématiquement. La prospection sismique multi-composantes (3C/4C) et la sismique dite répétitive (4D) sont aujourd'hui clairement identifiées comme étant les technologies ayant le plus fort potentiel d'expansion et qu'elles vont se rapprocher au point qu'il sera possible de gérer les réservoirs souterrains en utilisant les informations 20 supplémentaires disponibles et de les combiner avec les données issues de l'instrumentation dans le puits. Le défi consiste à mettre à la disposition du marché un dispositif d'exploration sismique à détecteurs localisés au fond de la mer à un cot raisonnable, tout en tenant compte de la plus-value qu'apportent de tels dispositifs en termes de richesse d'information et d'avantages logistiques. Le dispositif d'exploration le plus approprié doit satisfaire aux 25 exigences de la prospection sismique pour la caractérisation des réservoirs aussi bien que pour leur surveillance (monitoring) en cours d'exploitation, notamment en offshore profond, tout

en étant fiable, performant et économique.

On connaît des méthodes de prospection sismique de type dit OBC o l'on utilise un câble ou flte sismique (streamer) posé sur le fond de la mer. Des récepteurs sismiques tels que des géophones montés sur cardans pour assurer une orientation correcte, ou des hydrophones sont disposés tout le long de cette partie et se trouvent couplés avec le fond. Les 5 récepteurs sont reliés par des lignes intérieures à la flte, à un équipement d'acquisition sur un bateau en surface. Plusieurs câbles peuvent être posés en parallèle formant un dispositif sismique 3D. De telles fltes sont utilisées couramment jusqu'à des profondeurs de quelque 500 m et même dans certains cas jusqu'à des profondeurs de plus de 1000 m. Les fltes sont remorquées en immersion dans le cadre d'opérations de prospection sismique ou bien 10 installées à demeure de façon permanente dans le cadre d'une surveillance à long terme

(sismique dite 4D). Un deuxième bateau est utilisé pour le déplacement de la source sismique.

A moins d'enfouir les câbles dans les sédiments, le couplage des capteurs avec le fond de la mer n'est pas optimal et malgré un nombre important de capteurs, les données sismiques

acquises sont de qualité moyenne.

Des dispositifs de ce type sont décrits par exemple dans les brevets US 4 870 625, WO

99/23510, 98/07050 ou 97/13167.

I est connu également pour des recherches océanographiques notamment pour des études de la structure et de la sismicité de la marge continentale, de descendre jusqu'au fond de l'eau des stations d'acquisition (de type dit OBS) constituées chacune d'un boîtier étanche 20 contenant des récepteurs sismiques, hydrophone et géophones, etc., ainsi que l'électronique associée, permettant d'enregistrer en continu le signal sismique de basse fréquence et de stocker les informations dans une mémoire de masse. Le couplage des capteurs dans la sédimentation est satisfaisant dans le cas o le module comportant les géophones se trouve à l'extérieur de la station. La récupération des données acquises est réalisée après la remontée 25 de l'équipement du fond à la surface. Un dispositif de largage activé par une commande acoustique du bateau en surface, permet la déconnexion d'un lest et puis la remontée de l'équipement d'acquisition à la surface et des dispositifs de signalisation tels qu'un drapeau et un voyant lumineux permettent sa localisation en mer. Après chaque utilisation, une station est re- conditionné avant nouvelle immersion. La majorité de ces stations opèrent à des profondeurs pouvant aller jusqu'à 6000 m. Le nombre de stations déployées pour une mission scientifique est relativement faible et la distance entre les stations peut aller de quelques 5 centaines de mètres à des centaines de kilomètres. La durée d'enregistrement, pouvant aller d'une semaine à plusieurs mois, est conditionnée par la capacité de stockage des données et de

l'autonomie de la batterie d'alimentation.

Des dispositifs de ce type sont décrits par exemple dans les brevets US 4, 422,164,

4,692,906 ou 5,189,642.

Il est également connu d'implanter au fond de l'eau des unités d'acquisition de données

sismiques de façon à améliorer le couplage des capteurs avec la formation sous-jacente.

L'implantation peut être effectuée en utilisant un robot sous-marin ou bien en larguant depuis la surface des unités d'acquisition suffisamment profilées pour s'implanter directement dans le fond par l'effet de la gravité. Ces unités d'acquisition de signaux sismiques 15 comprennent une partie profilée ou flèche pourvue d'un logement pour au moins un récepteur sismique (un géophone 3C et un hydrophone par exemple), des inclinomètres pour mesurer leur orientation, un compas et un module de collecte de données sismiques reçues, et aussi des moyens de positionnement de chaque unité d'acquisition au fond (télémétrie acoustique) ainsi que des moyens de récupération en surface des données sismiques collectées. La 20 récupération de ces unités en fin d'opération est également réalisée à l'aide du robot. Un

dispositif de ce type est donné pour travailler à des profondeurs d'eau jusqu'à 1500 m.

Des dispositifs d'acquisition implantables sont décrits par exemple dans la demande de

brevet français 00/16536, ou les brevets FR 2 738 642 et US 4,134,097.

Par le brevet FR 2 774 775 du demandeur,, on connaît également une méthode 25 d'exploration sismique d'un gisement sous-marin dans laquelle on descend jusqu'au fond de l'eau une ou plusieurs unités d'émission sismique comprenant une ou plusieurs sources sismiques associées à des moyens d'alimentation en énergie, chacune des ces unités étant reliée à la surface par un ombilical multifonctions. des récepteurs sismiques peuvent

également être couplés avec la surface du fond.

Les dispositifs d'acquisition en immersion qu'ils soient mobiles ou couplés avec le fond 5 de la masse d'eau, sont généralement associés à des moyens de positionnement acoustique.

Par télémétrie acoustique, on repère la position relative des dispositifs par rapport à plusieurs bouées de surface qui sont pourvues de moyens de repérage par rapport à des satellites (Dispositif de positionnement GPS). Des dispositifs de repérage combinant télémétrie acoustique et positionnement par satellite sont décrits par exemple dans les brevets US 10 5,119,341 et 5,579,285.

Par la demande de brevet FR 2001/16.652 du demandeur, on connaît un autre dispositif d'acquisition de données sismiques multi-composantes utilisable dans le cadre de missions de prospection sismique active ou pour de la détection à long terme d'événements microsismiques générés par des évolutions naturelles dans le sous-sol (écoute passive). Il 15 comporte une station centrale de commande et d'acquisition, une pluralité de stations d'acquisition sismique de fond adaptées à descendre par l'effet de la gravité jusqu'au fond de la masse d'eau et à y pénétrer de façon à coupler les récepteurs sismiques avec la formation souterraine, et plusieurs bouées relais adaptées à flotter à la surface de l'eau et comprenant chacune des moyens de positionnement par satellite de type GPS par exemple, et des moyens 20 de transmission par radio et par ondes acoustiques permettant de positionner les stations de fond et de relayer les échanges entre elles et la station centrale de commande et d'enregistrement. La méthode et le dispositif selon l'invention La méthode d'exploration sismique d'une formation géologique submergée, selon 25 l'invention comporte: - la dépose permanente au fond de la masse d'eau à des emplacements déterminés d'un ensemble de stations passives de réception et le repérage de leurs positions respectives par rapport à des positions connues en surface, - la dépose par intermittence au fond de la masse d'eau au voisinage des stations 5 passives de réception, d'au moins une station active adaptée à acquérir et enregistrer des signaux reçus par un ensemble de capteurs couplés par l'intermédiaire des stations passives avec la formation sous-jacente, le temps nécessaire pour réaliser au moins une session d'acquisition et d'enregistrement des dits signaux; et

- le transfert des données accumulées par chaque station d'acquisition mobile à un 10 laboratoire central de collecte.

Suivant un mode de mise en oeuvre, l'ensemble de capteurs comporte des capteurs

sismiques installés à demeure dans les stations passives et couplés par elles avec la formation sous-jacente et de préférence des instruments de mesure de l'orientation des capteurs sismiques relativement à la formation sous-jacente, que l'on associe aux stations passives pour 15 la durée d'au moins une des dites sessions.

Suivant un mode de mise en oeuvre, l'ensemble de capteurs (comportant des capteurs

sismiques et de préférence des instruments de mesure de l'orientation des capteurs sismiques relativement à la formation sous-jacente) est connecté en permanence aux stations actives et il est couplé par intermittence avec la formation sous-jacente par l'intermédiaire des stations 20 passives pour la durée d'au moins une des dites sessions.

Suivant un autre mode de mise en oeuvre, chaque station active est adaptée à acquérir et

enregistrer des signaux reçus par des capteurs associés à plusieurs stations passives.

Suivant un autre mode de mise en oeuvre, le transfert de données accumulées par chaque

station d'acquisition mobile à un laboratoire central de collecte est effectué par récupération 25 en surface des stations d'acquisition mobiles.

Suivant un autre mode de mise en ceuvre, le transfert de données accumulées par chaque station d'acquisition mobile à un laboratoire central de collecte est effectué par câbles de transmission. Suivant un autre mode de mise en oeuvre, la dépose et la récupération des dites stations passives et actives est effectuée au moyen d'engins sous-marins. Suivant un mode de réalisation, le dispositif d'exploration sismique d'une formation géologique submergée selon l'invention comporte un ensemble de stations passives de réception comprenant chacune un socle adapté à reposer en permanence sur le fond de la masse d'eau, pourvu de logements pour des capteurs sismiques et un connecteur électrique 10 multipoints relié par des conducteurs électriques aux différents capteurs, une pluralité de stations actives connectables aux stations passives de réception, chacune d'elles comprenant un ensemble électronique adapté à l'acquisition et la mémorisation de signaux produits par les capteurs, des moyens d'alimentation électrique et au moins un connecteur électrique multipoints permettant la connexion par un câble multi-lignes de l'ensemble électronique 15 d'acquisition et de mémorisation avec le connecteur électrique associé à chaque station passive. De préférence, le dispositif comporte des instruments de mesure de l'orientation des

capteurs sismiques par rapport à la formation sous-jacente.

Suivant un autre mode de réalisation, le dispositif comporte un ensemble de stations passives de réception comprenant chacune un' socle adapté à reposer en permanence sur le 20 fond de la masse d'eau et à coupler des capteurs avec la formation sous-jacente, une pluralité de stations actives connectables aux stations passives de réception, le temps nécessaire pour réaliser au moins une session d'acquisition et d'enregistrement de signaux produits par les capteurs, chacune d'elles comprenant un ensemble électronique adapté à l'acquisition et la mémorisation des dits signaux et des moyens d'alimentation électrique, le socle étant pourvu 25 d'une cavité pour recevoir les dits capteurs, lesquels sont connectés en permanence avec l'ensemble électronique par un câble multi-lignes. Les capteurs sont par exemple inclus dans un bloc amovible contenant des capteurs sismiques et des instruments de mesure (tels qu'un compas et un inclinomètre) de l'orientation des capteurs sismiques par rapport à la formation sous-jacente, ce bloc étant placé dans une cavité adaptée du socle et couplé avec lui suivant

une orientation angulaire définie.

Le socle des stations passives comporte par exemple un couvercle rabattable adapté à peser sur le bloc amovible après son introduction dans la cavité. Chaque station passive de réception comporte aussi de préférence un répondeur

acoustique et aussi des moyens d'accrochage.

Le dispositif présente d'appréciables avantages: L'absence de câbles reliant les stations passives entre elles, est un des ses atouts. On est 10 libre de les déposer o l'on veut et chaque équipement de fond est entièrement autonome. On élimine ici grandement les risques de dysfonctionnement liés souvent à l'utilisation de câbles de liaison pour relier les géophones marins entre eux et avec un dispositif d'enregistrement se

trouvant à bord d'un bateau positionné dynamiquement.

La souplesse de la géométrie d'implantation du dispositif sismique est aussi 15 particulièrement appréciable dans des zones obstruées. Contrairement aux systèmes de réception comprenant des modules de capteurs de fond reliés par des câbles (OBC) o la distance entre les capteurs est fixe, par exemple 12,5 m ou 25 m typiquement, avec le dispositif selon l'invention, les distances entre les points de mesure ou modules ne sont pas figées. On peut avoir tout aussi bien les mêmes intertraces que les systèmes OBC, que des 20 intertraces de plusieurs centaines de mètres, convenant pour certaines applications o l'on

compense un maillage de capteurs plus lâche par une densité de tirs sismiques plus importante. L'emploi de longs câbles pour relier entre eux des capteurs aussi espacés, limitent les possibilités des systèmes de type OBC, et même peuvent rendre leur utilisation impossible.

En outre, contrairement aux systèmes de type OBC o les alignements de capteurs au 25 fond sont généralement bien rectilignes et réguliers, le dispositif selon l'invention permet une plus grande souplesse dans la disposition des modules de capteurs (dispositions pseudo aléatoires). On peut également avoir dans un même dispositif des maillages différents, selon

les zones d'intérêt du réservoir.

La répartition du dispositif selon l'invention en deux parties complémentaires est aussi avantageuse. Les stations passives permanentes sont installées à demeure sur le fond. Par 5 conséquent, la position des différents transducteurs et leur orientation dans l'espace ainsi que la qualité de leur couplage avec la formation sous-jacente sont les mêmes durant les

différentes sessions successives o on collecte leurs signaux.

Comme les stations actives peuvent être récupérées à la fin de chaque session ou série de sessions de collecte de données, le volume de batteries électriques à embarquer et la 10 capacité des mémoires à prévoir sont bien moins importants que dans les dispositifs antérieurs dont les parties actives doivent séjourner en permanence au fond. Il s'ensuit que leur

fabrication est bien moins coteuse et que leur fiabilité et longévité sont augmentées.

Par ailleurs, les stations mobiles peuvent être utilisées entre deux campagnes de mesures sur d'autres champs, ce qui permet de rentabiliser largement le cot initial de l'équipement. 15 Présentation succincte des figures Les caractéristiques et avantages de la méthode et du dispositif d'exploration sismique

selon l'invention, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après d'un

exemple non limitatif de réalisation, en se référant aux dessins annexés o: - la figure 1 montre un premier mode de mise en oeuvre du dispositif implanté sur le 20 fond de la mer comprenant des stations passives auxquelles sont reliées à des stations mobiles lors d'une campagne de mesures; - la figure 2 montre un premier mode de mise en oeuvre du dispositif o les stations passives sont connectées par grappes à des stations mobiles actives; - la figure 3 montre une variante du mode de la figure 2 o les données acquises sont transférées par des câbles de liaison à une station d'enregistrement de surface (un bateau ou bien une plate-forme pétrolière; - la figure 4 montre schématiquement un premier mode de réalisation d'une station 5 passive couplée avec le fond de l'eau, avec un compartiment pour des capteurs permanents, et connectée à une station active de collecte de données amenée à proximité par l'intermédiaire d'un câble court; - la figure 5 montre schématiquement un deuxième mode de réalisation d'une station passive adaptée accueillir un bloc amovible contenant les récepteurs sismiques et relié en 10 permanence avec une station active; - la figure 6 montre le synoptique d'une station active; et - la figure 7 montre schématiquement une prise étanche du câble reliant une station active à une station passive dans le mode de réalisation de la Fig.4, contenant des instruments

de mesure d'orientation angulaire.

Description détaillée

Le dispositif selon l'invention comporte un ensemble de stations passives 1 qui sont amenées au contact avec le fond de la masse d'eau et destinées à y rester en permanence. Ces stations sont de préférence amenées au fond par un engin sous-marin télécommandé de type ROV (non représenté), ce qui permet de les disposer suivant une configuration particulière: 20 suivant une seule ligne avec un espacement défini ou suivant plusieurs alignements parallèles ou bien encore selon une disposition irrégulière ou pseudo aléatoire. Des agencements possibles sont montrés aux Fig.l à 3. Les stations passives peuvent être implantées dès la mise en production du réservoir et sont destinées à rester en place pendant toute la durée de la surveillance du réservoir, (souvent plusieurs années). Le nombre de bases permanentes 1 et 25 leur disposition au fond de l'eau dépend essentiellement des caractéristiques de chaque zone

souterraine à explorer ou surveiller.

Chacune de ces stations passives 1 comporte (Fig.4, 6) un socle ou corps mort 2 reposant par une semelle 3 avec de préférence des reliefs d'accrochage 4 pour améliorer sa stabilité et pour permettre un meilleur ancrage dans les sédiments. Ce socle est constituée d'un bloc de ciment, dont le poids est de l'ordre de 300 kg par exemple. Ses dimensions, sont 5 d'environ 1 m de diamètre et de 50 cm de haut par exemple. Ses caractéristiques sont étudiées pour permettre une bonne résistance à des courants de fond marins. Sa forme aérodynamique est également étudiée plus particulièrement pour éviter tout repêchage accidentel par les

chalutiers, par exemple.

A la base de chaque socle 2 (Fig.4), dans sa partie centrale est prévu un logement 4 10 pour un ou plusieurs géophones 5 orientés de façon fixe destinés à capter des ondes suivant plusieurs directions différentes, tels qu'un triphone. Les géophones peuvent également être remplacés par des accéléromètres du type MEMS (Micro-ElectroMechanical Systems) qui sont des capteurs d'une nouvelle génération micro-machinés dans du silice. Ces capteurs peuvent délivrer directement le signal sismique sous forme numérique. Le logement 4 prévu 15 pour les capteurs est dans la partie centrale du socle 2 o la semelle 3 comporte une saillie

profilée au mieux pour assurer un excellent couplage des géophones avec la formation sousjacente.

Un hydrophone 6 est de préférence.associé au socle 2, de façon à être en contact avec le milieu extérieur. Un répondeur acoustique (pinger) P est de préférence disposé extérieurement 20 au socle 2. Le pinger P de localisation fonctionne sur piles rechargeables lui assurant une

longue autonomie de base (au moins 18 mois de préférence). A l'extérieur du socle 2, est fixé un connecteur étanche multipoints 7 connectable sous l'eau. Il est connecté aux géophones 5 et à l'hydrophone 6. Le pinger P comporte un circuit de charge (non représenté) connecté également par des lignes au travers du socle au connecteur 7. Les piles peuvent ainsi être 25 rechargées à chaque connexion avec la station mobile, comme on le verra plus loin (cf. Fig.6).

Pour faciliter le transport de chaque station passive 1 ou sa récupération par l'engin télécommandé, même dans le cas o le socle viendrait à s'enfoncer dans des sédiments marins localement très meubles, une élingue 8 de quelque 2 m par exemple, et terminée par un anneau de levage 9, est fixée à la partie supérieure du socle. Un flotteur 10 est associé à

l'élingue 8 pour la maintenir verticale.

Le dispositif comporte aussi plusieurs stations actives (ou stations mobiles) 11 destinées 5 à être déposées par un engin télécommandé ou ROV (non représenté), au voisinage des stations permanentes, pour collecter les signaux captés par les transducteurs ou capteurs associés à chaque station passive permanente 1. Les stations actives 11 sont amenées et connectées aux stations permanentes 1 pour la durée d'une ou plusieurs sessions d'acquisition de données. Chaque station mobile 11 comporte un châssis 12 servant de lest supportant un 10 container étanche 13 résistant à une pression exercée par la couche d'eau d'immersion. Dans ce container 13, est placé un ensemble électronique d'acquisition et de mémorisation 14 d'un type connu et des batteries d'alimentation électrique 15. Une boucle d'amarrage 18 permet de

suspendre la station mobile à l'engin de manoeuvre.

Par des fils conducteurs, l'ensemble d'acquisition 14 est relié à au moins un connecteur 15 électrique multipoints de type étanche 16 placé extérieurement au container 13. En branchant un câble 17 entre les connecteurs électriques 7 et 16 respectivement de la station passive et de la station mobile, les différents transducteurs 5, 6 se trouvent connectés aux différentes voies

d'entrée de l'ensemble d'acquisition 14.

Le câble de liaison 17 est muni (Fig.5) à chaque extrémité, de connecteurs multipoints 20 étanches. Du côté de la station permanente, le connecteur 19 contient un inclinomètre 20 permettant de mesurer les angles d'inclinaison suivant deux axes ainsi que d'un compas 21 pour la mesure de l'azimut. Ces mesures permettent de corriger les enregistrements sismiques pour tenir compte de variations possibles entre deux sessions d'enregistrement dans le positionnement des capteurs. Aussi, le connecteur 19 ainsi que son réceptacle 7 sur la station 25 passive 1, sont munis de clés d'indexation 22 pour garantir une parfaite reproductibilité dans

les mesures d'orientation faites par l'inclinomètre 20 et le compas 21.

Dans le mode de réalisation de la Fig.6, le corps mort 2 implanté de façon permanente sur le fond de la mer, comporte une cavité intérieure conformée pour recevoir un bloc actif amovible 23. Dans ce bloc, sont disposés les capteurs sismiques (les géophones 5 et l'hydrophone 6) ainsi qu'un boîtier 24 contenant un dispositif de mesure de l'orientation formé 5 d'un inclinomètre mesurant l'inclinaison suivant deux axes et un compas pour la mesure de l'azimut. Le socle 2 est muni d'un couvercle 25 articulé. Il est soulevé pour dégager la cavité et permettre la mise en place du bloc amovible 23 à l'intérieur. Ce couvercle 25 est rabattu sur le bloc amovible 23 après sa mise en place et il pèse sur lui suffisamment pour assurer son couplage correct avec le socle 2. Un élément d'indexation ou de détrompage 26 est prévu qui 10 impose une certaine orientation dans le positionnement angulaire du bloc amovible 23 relativement à la cavité lorsqu'on l'y introduit. On est sr ainsi que l'orientation dans l'espace des différents géophones 5 sera le même d'une campagne de mesures à la suivante. Le bloc amovible 23 est relié de façon permanente à la station d'acquisition mobile 11 et il est ainsi récupéré avec elle après chaque campagne de mesures. Pour éviter que la cavité ne se 15 remplisse de sédiments lorsque le bloc amovible 23 en est retiré, on y place un bloc solide de même dimensions. Ce mode de réalisation des station permanentes impose l'utilisation d'une

station mobile 11 pour chacune d'elles, comme le montre la Fig. 1.

Chaque ensemble électronique 14 comporte au minimum (Fig.7): - une unité 27 de contrôle et de commande à base de microprocesseur; - une horloge 28d'une très grande précision nécessaire à la datation des données que l'on synchronise sur l'heure GPS avant la mise à l'eau de chaque station active; - un module d'acquisition de données 29 (Vx, Vy, Vz correspondant aux trois composantes d'un géophone tri-axial ou triphone, et la mesure donnée par l'hydrophone P) comprenant une partie analogique d'acquisition des données sismiques (préamplificateurs, 25 filtres) et de numérisation; - un ensemble électronique de test 30 est associé à chaque module d'acquisition. I est adapté à vérifier les caractéristiques des géophones (fréquence naturelle, sensibilité, coefficient d'amortissement et résistance interne), l'impédance de l'hydrophone, la mesure des courants de fuite, la réponse RMS des capteurs par rapport à un signal calibré, la diaphonie entre voies, etc. et permet également la qualification de l'électronique d'acquisition (bruit, distorsion, etc.). Comme module d'acquisition et ensemble de test, on peut utiliser par exemple ceux décrits plus en détail dans le brevet EP 615 627 (US 5 550 787) du demandeur; 5 - un ensemble 31 de mémorisation comprenant un module 31 de stockage des données

du type microdisque ou disque dit flash, par exemple, associé à des mémoires de travail 32.

La capacité du module de stockage 31 est adaptable en fonction des opérations à effectuer.

Des méthodes de compression de données sans perte d'information bien connues des spécialistes peuvent être appliquées aux données sismiques acquises pour diminuer le volume 10 de stockage; - un dispositif 33 de liaison acoustique permettant de commander à l'ensemble électronique de test 30, des opérations de contrôle de qualité des capteurs 5, 6 et de l'acquisition sismique, suivant un programme préétabli;

- un module 34 pour l'acquisition des données d'orientation reçues de l'inclinomètre 20 15 et du compas 21 (cf. Fig.5, 7).

Par un câble tel que 17, les piles ou batteries de l'alimentation 15 peuvent être

rechargées. I en est de même pour les piles associées au transpondeur ou pinger P (Fig.4).

Pour accroître les fonctionnalités de chaque station mobile, il est possible de lui adjoindre les éléments suivants: - un module 35 de positionnement et de localisation utilisant une base acoustique de courte ou longue portée permettant de déterminer la position de l'unité; - des moyens de flottabilité et un dispositif de largage (non représentés) déclenchés par une interface de commande 36, permettant à la station mobile après sa déconnexion de la base permanente de remonter à la surface sans intervention extérieure; - un récepteur GPS 37 et un émetteur radio VHF 38 activés dès le retour en surface de la station active permettant sa localisation rapide et son repêchage; - une interface 39 pour une liaison filaire à haut débit L pour transférer après son repêchage, les données sismiques acquises par chaque station mobile à un ensemble de commande à bord du bateau sans avoir à ouvrir le container étanche 13, et aussi pour échanger avec elle de signaux de contrôle, d'initialisation et de synchronisation; et - un ensemble de capteurs non sismiques (non représentés) pouvant comprendre entre autres un capteur de pression, d'humidité, de contact, etc; - un dispositif mettant en oeuvre les éléments référencés 35 à 39, est décrit par exemple

dans la demande de brevet FR 2001/16.652 précitée.

Le mode préféré de réalisation du dispositif est celui de la Fig. 1 o les stations de fond sont autonomes. On ne sortirait pas du cadre de l'invention toutefois en utilisant quand c'est

possible des câbles de liaison comme illustré aux Fig.2, 3.

Chaque ensemble d'acquisition 14 peut ainsi comporter éventuellement un nombre de voies d'entrée suffisant pour collecter les signaux reçus par les transducteurs de plusieurs stations permanentes (cf. Fig.2). Dans ce cas, chaque station active comporte plusieurs

connecteurs étanches 16 pouvant accueillir plusieurs câbles de liaison 17.

Il est également possible de relier plusieurs ou toutes les stations permanentes par des 15 câbles C (cf. Fig.3) de sorte que la collecte des signaux sismiques reçus se fait par un ou

plusieurs stations mobiles se trouvant à bord d'un bateau ou d'une plateforme de forage.

Dans un premier temps, on installe les différentes stations passives permanentes soit au moyen d'un engin de manoeuvre télécommandé depuis une installation de surface, soit à l'aide de câbles à partir du bateau, selon la profondeur d'eau du réservoir. La mise en place des 20 stations passives n'est réalisée, en principe, qu'une seule fois et par conséquent le cot

inhérent à cette opération de mouillage se repartit sur la durée d'exploitation de l'équipement.

Compte tenu des spécificités de la zone à surveiller, il est nécessaire de définir l'implantation du dispositif permanent: le nombre de récepteurs, la géométrie et les coordonnées de positionnement des points de mesure. La position de chaque emplacement de dépose est 25 connue avec précision en combinant les données de position absolue de l'installation de surface par le dispositif GPS 37 ou analogue, et les données de positionnement relatif de l'engin de manoeuvre obtenues par rapport à une base acoustique de repérage, comme déjà décrit dans la demande de brevet FR 2001/16.652. Il peut s'agir d'une base courte ou longue portée par un navire ou d'une base acoustique plus longue formée au moyen de bouées plus

espacées dans les positions sont connues avec précision.

Quand une session de collecte de données est programmée, alors commence la mise en 5 place des stations actives d'acquisition 11 au voisinage des stations permanentes 1 dont la position est connue avec précision, au moyen d'engins de manoeuvre télécommandés ou ROV ou éventuellement à l'aide de plongeurs dans les zones relativement peu profondes. Pour faciliter leur repérage durant la descente, on détecte les échos renvoyés par le répondeur

acoustique (pinger) 7 associé.

Dans le mode de réalisation de la Fig.4, une fois la station mobile déposée, l'engin télécommandé (ROV) branche le câble 17 aux connecteurs 7 pour relier les transducteurs de

chaque station passive 1 à l'ensemble d'acquisition et de mémorisation 14.

Dans le mode de réalisation de la Fig.5, l'engin télécommandé amène au fond l'ensemble du bloc amovible 23 et de la station active associée 11 reliés par un câble tel que 15 17. 1 introduit le bloc amovible 23 dans la cavité du socle 2 et rabat par dessus le couvercle

de couplage 25.

La mise sous tension de chaque station active et la synchronisation précise de son horloge sur l'heure GPS ont été réalisées avant la mise à l'eau. Dès l'interconnexion de la station mobile avec la station passive, un certain nombre de tests est effectué, notamment 20 ceux permettant de vérifier la validité des capteurs sismiques, les données de test acquise sont stockées dans par la station mobile et leurs résultats sont transmis pour contrôle immédiat par

la liaison acoustique vers la surface.

Pour minimiser la consommation électrique de chaque station mobile, le démarrage de l'acquisition sismique peut-être programmé jusqu'à l'instant du démarrage réel des mesures 25 sismiques. L'alimentation électrique de chaque station mobile peut être maintenue pendant toute la durée de la connexion avec la station passive ou bien programmée ou télécommandée

pour des périodes de temps bien déterminées. C'est utile notamment quand on prévoit de réaliser plusieurs sessions d'enregistrement rapprochées dans le temps et que l'on veut éviter d'avoir à relever les stations mobiles dans l'intervalle. Ceci permet d'accroître leur autonomie.

Pendant chaque session d'enregistrement, on réalise des cycles d'enregistrement des 5 signaux reçus par les capteurs des stations permanentes en réponse aux signaux sismiques émis par une source S remorquée derrière un bateau (Fig. 1). L'acquisition des données peut se

faire soit de façon permanente, soit pendant des temps cycles préprogrammés.

A la fin de chaque session d'enregistrement, si le laps de temps prévu avant la suivante est suffisamment grand, chaque station active 11 est récupérée et ramenée en surface. Pour 10 cela, il est nécessaire de les déconnecter des stations passives qui restent au fond jusqu'à la

session suivante (Fig.4). La déconnexion s'effectue de la même façon que la connexion, à l'aide d'un engin télécommandé ou de plongeurs. Chaque station mobile est ramenée en surface portée par un engin télécommandé o hissée au moyen d'un câble descendu depuis la surface lorsque la profondeur le permet. Dans le mode de réalisation de la Fig.6, c'est 15 l'ensemble de la station active et du bloc amovible associé 23 qui est ramené en surface.

La récupération des stations actives est plus rapide dans le cas o elles sont munies de flotteurs et d'un dispositif de largage. Une fois déconnectées des stations permanentes associées par un engin télécommandé, une commande acoustique de largage est émise depuis un navire de surface et chaque station mobile remonte automatiquement. Le récepteur GPS 37 20 et le radio émetteur à bande étroite 38 intégrés dans chaque station mobile, sont activés dès que celle-ci atteint la surface de l'eau. Leur localisation par le bateau de relevage est ainsi

grandement facilité.

Les données mémorisées sont ensuite transférées à bord du bateau dans un laboratoire central. Avant de procéder à la récupération des données, l'horloge de chaque station active 11 25 est de nouveau synchronisée avec précision sur l'heure donnée par le dispositif GPS 37 pour déterminer la dérive éventuelle dans le temps ce qui permettra de recaler les datations des

données acquises.

La récupération des données est réalisée soit par ouverture du container étanche 13, extraction des mémoires de stockage 31 (Fig.7) et le transfert des données vers le laboratoire central, soit encore de préférence par l'utilisation de la liaison à haut débit L entre la station active et le laboratoire. Un travail d'analyse comparative des enregistrements effectués à 5 différents moments peut être entrepris, permettant de repérer les changements ou

modifications qui se sont produits dans la zone sous surveillance.

La dernière étape nécessaire consiste au reconditionnement de chaque station active 11:

remplacement ou rechargement des batteries, réactivation du dispositif de largage, si présent, et réinitialisation des mémoires de stockage des données. La station mobile est de nouveau 10 opérationnelle.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1) Méthode d'exploration sismique d'une formation géologique submergée caractérisée en ce qu'elle comporte: - la dépose permanente au fond de la masse d'eau à des emplacements déterminés d'un ensemble de stations passives de réception (1) et le repérage de leurs positions respectives par rapport à des positions connues en surface; - la dépose par intermittence au fond de la masse d'eau au voisinage des stations passives de réception, d'au moins une station active (11) adaptée à acquérir et enregistrer des 10 signaux reçus par un ensemble de capteurs couplés par l'intermédiaire des stations passives (1) avec la formation sous-jacente, le temps nécessaire pour réaliser au moins une session d'acquisition et d'enregistrement des dits signaux - le transfert de données accumulées par chaque station d'acquisition mobile (11) à un

laboratoire central de collecte.

2) Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ensemble de capteurs comporte des capteurs sismiques (5, 6) installés à demeure dans les stations passives et

couplés par elles avec la formation sous-jacente.

3) Méthode selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'ensemble des capteurs comporte des instruments (20, 21) de mesure de l'orientation des capteurs sismiques 20 relativement à la formation sous-jacente, que l'on associe aux stations passives pour la durée

d'au moins une des dites sessions.

4) Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ensemble de capteurs est

connecté en permanence aux stations actives et il est couplé par intermittence avec la formation sous-jacente par l'intermédiaire des stations passives pour la durée d'au moins une 25 des dites sessions.

) Méthode selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'ensemble de capteurs comporte des capteurs sismiques (5, 6) et des instruments (20, 21) de mesure de l'orientation

des capteurs sismiques relativement à la formation sous-jacente.

6) Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque 5 station active est adaptée à acquérir et enregistrer des signaux reçus par des capteurs associés à plusieurs stations passives.

7) Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le

transfert de données accumulées par chaque station d'acquisition mobile (11) à un laboratoire central de collecte est effectué par récupération en surface des stations d'acquisition mobiles 10 (11).

8) Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le

transfert de données accumulées par chaque station d'acquisition mobile (11) à un laboratoire

central de collecte est effectué par cables de transmission (C).

9) Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la dépose 15 et la récupération des dites stations passives et actives est effectuée au moyen d'engins sousmarins.

) Dispositif d'exploration sismique d'une formation géologique submergée caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de stations passives de réception (1) comprenant chacune un socle (2) adapté à reposer en permanence sur le fond de la masse d'eau, pourvu de logements 20 pour des capteurs sismiques (5, 6) et un connecteur électrique multipoints (7) relié par des conducteurs électriques aux différents capteurs, une pluralité de stations actives (11) connectables aux stations passives de réception (11), chacune d'elles comprenant un ensemble électronique (14) adapté à l'acquisition et la mémorisation de signaux produits par les capteurs, des moyens (15) d'alimentation électrique et au moins un connecteur électrique 25 multipoints (16) permettant la connexion par un câble multi-lignes (17) de l'ensemble électronique d'acquisition et de mémorisation (14) avec le connecteur électrique (7) associé à

chaque station passive (1).

11) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte des instruments

(20, 21) de mesure de l'orientation des capteurs sismiques par rapport à la formation sous5 jacente.

12) Dispositif d'exploration sismique d'une formation géologique submergée, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de stations passives de réception (1) comprenant chacune un socle (2) adapté à reposer en permanence sur le fond de la masse d'eau et à coupler des capteurs avec la formation sous-jacente, une pluralité de stations actives (11) connectables 10 aux stations passives de réception (1) le temps nécessaire pour réaliser au moins une session

d'acquisition et d'enregistrement de signaux produits par les capteurs, chacune d'elles comprenant un ensemble électronique adapté à l'acquisition et la mémorisation des dits signaux (14) et des moyens (15) d'alimentation électrique, le socle (2) étant pourvu d'une cavité pour recevoir les dits capteurs, lesquels sont connectés en permanence avec l'ensemble 15 électronique par un câble multi-lignes (17).

13) Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les capteurs sont inclus

dans un bloc amovible (23) contenant des capteurs sismiques (5, 6) et des instruments de mesure (20, 21) de l'orientation des capteurs sismiques par rapport à la formation sousjacente, ce bloc étant placé dans une cavité adaptée du socle et couplé avec lui suivant une 20 orientation angulaire définie.

14) Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le socle (2) comporte un couvercle (25) rabattable adapté à peser sur le bloc amovible (23) après son introduction dans

la cavité.

) Dispositif selon l'une des revendication 10 à 14, caractérisé en ce que les 25 instruments de mesure (20, 21) comportent un compas et un inclinomètre.

16) Dispositif selon la revendication 10 à 15, caractérisé en ce que chaque station passive de réception (1) comporte un répondeur acoustique (P).

17) Dispositif selon la revendication 10 à 16, caractérisé en ce que chaque station passive de réception (1) comporte des moyens d'accrochage (9, 10).