Procédé de détermination de la position d'un détecteur disposé au fond de la mer
La présente invention concerne les techniques d'exploration du sous-sol, en particulier un procédé de détermination de la position d'un détecteur disposé sous la mer, notamment sur la surface du fond marin.
Il est connu, notamment dans l'exploration pétrolière, de produire des images sismiques à partir de séries de mesures géophysiques effectuées depuis la surface d'un sous-sol. Dans la technique de la sismique, ces mesures impliquent l'émission dans le sous-sol d'une onde et la mesure d'un signal comportant diverses réflexions de l'onde sur les structures géologiques rencontrées. Ces structures sont typiquement des surfaces séparant des matériaux distincts ou des failles. Les images sismiques sont des représentations du sous-sol à deux ou trois dimensions, la dimension verticale correspondant soit aux temps de propagation des ondes sismiques, soit aux profondeurs. Elles sont obtenues par des techniques connues sous l'appellation de "migration" qui utilisent un modèle de vitesse estimée fournissant une cartographie de la vitesse de propagation des ondes sismiques dans les roches constituant la zone explorée. Ce modèle de vitesse est utilisé pour estimer les positions des réflecteurs du sous-sol à partir des enregistrements sismiques. Bien entendu, les images sismiques ainsi produites, ainsi que les modèles de vitesse sous-jacents, présentent certaines distorsions car ce ne sont que des estimations dérivées d'un nombre nécessairement limité de mesures. 2958413 -2 Dans le cas d'exploration de sous-sol sous marin, des détecteurs sont généralement placés au fond de la mer sur le sous-sol à explorer. Des ondes sismiques sont émises à partir de la surface de la mer. Ces ondes se propagent 5 dans l'eau et pénètrent le sous-sol. Les détecteurs placés au fond de l'eau sur la surface du sous-sol vont détecter l'arrivée de l'onde sismique directe ainsi que les ondes réfléchies par le sous-sol. Afin de suivre l'évolution d'un réservoir pétrolier 10 d'un sous-sol, il est possible de réaliser une première image sismique du sous-sol à un temps donné puis de réaliser une deuxième image sismique du même sous-sol après un certain temps. En particulier, pour suivre les changements en 15 teneur en hydrocarbure d'un réservoir exploité en production, il peut être intéressant de suivre l'évolution de l'image sismique du sous-sol dans le temps. Afin de pouvoir comparer deux images sismiques d'un même sous-sol, il est important de savoir positionner le 20 plus précisément possible chaque détecteur placé sur la surface dudit sous-sol. Les détecteurs sont généralement positionnés au fond de l'eau par plusieurs centaines de mètres de profondeur au moyen d'un robot dirigé à la surface (ROV ou 25 « Remote Operated Vehicle »). Cependant, les contraintes de déploiement opérationnel combinées avec la précision des systèmes de positionnement acoustique embarqués sur ces robots, qui exigent un temps de stabilisation et de calibration élevé, conduisent de façon courante à un 30 positionnement imprécis du récepteur par rapport à la position planifiée. Généralement, la position du détecteur n'est connue qu'avec une précision de l'ordre de 10 mètres. 2958413 -3 Dans le contexte de campagne de mesures répétées dans le temps, cela implique une incertitude de 20 m sur la position du détecteur, ce qui réduit considérablement la répétitivité des mesures.
5 Il est envisageable de déterminer la position d'un détecteur par triangulation. Trois ondes sismiques sont émises de trois points de la surface et la distance entre le détecteur et les coordonnées de chaque point d'émission est calculée à partir du temps de parcours de l'onde 10 sismique. La précision d'une telle méthode repose sur la connaissance conjointe de la bathymétrie et de la vitesse de propagation de l'onde sismique dans l'eau. Cette vitesse de propagation peut varier sensiblement, en particulier en 15 fonction de la température de l'eau et de sa salinité. D'autre part, la mesure de la bathymétrie se fait généralement à l'aide de moyens acoustiques, eux-mêmes dépendants de la vitesse de l'eau et d'autres paramètres. Ainsi, la précision de la méthode de triangulation variera 20 sensiblement d'une campagne de mesure à l'autre. Il existe donc un besoin pour un moyen permettant de positionner plus précisément des détecteurs placés au fond de l'eau, ne reposant ni sur la connaissance de la vitesse de propagation des ondes dans l'eau ni de la 25 bathymétrie. Il est suffisant que cette méthode permette la détermination de la position dans un plan, car il est connu que le détecteur est placé sur la surface du fond marin. L'invention propose ainsi, un procédé de détermination de la position d'un détecteur disposé sous la 30 mer, comprenant les étapes suivantes : émission de N ondes à partir de N points d'émission, enregistrement pour chaque point d'émission du temps de propagation de ladite onde entre ledit point - 4 d'émission et du détecteur, détermination de P intervalles de temps Ti, avec P?1 tels que, pour chaque intervalle de temps Ti, il existe Mi points d'émission, Mi?3 pour 1<-i<-P, parmi les N points d'émission dont les temps de propagation soient compris dans ledit intervalle de temps, détermination pour chaque intervalle de temps Ti du cercle qui passe au plus près des Mi points dont le temps de propagation est compris dans ledit intervalle de temps, détermination de la position du détecteur comme étant sur le fond de la mer, à la verticale du barycentre des P centres des cercles déterminés précédemment. Avantageusement, le procédé selon l'invention permet de déterminer la position du détecteur de façon totalement indépendante de la vitesse de propagation de l'onde dans l'eau et de la bathymétrie. Un procédé selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons possibles : la méthode pour déterminer le cercle passant au plus près des Mi points est choisie parmi l'une des méthodes suivantes . • la méthode des moindres carrés ordinaires, • la méthode des moindres carrés généralisés, ou • la méthode des moindres carrés pondérés ; la position du détecteur est l'isobarycentre des P centres des cercles déterminés précédemment ; on détermine les P intervalles de temps Ti de façon à ce que, par rapport au détecteur, l'écart angulaire azimutal maximum entre deux points consécutifs Mi dont les temps de propagation sont compris dans ledit 2958413 -5 intervalle de temps soit inférieur ou égal à 120°; et l'onde émise à partir de chaque point d'émission est une onde de pression. L'invention concerne également un procédé de 5 détermination des positions d'un ensemble de détecteurs disposés sous la mer, dans lequel la position de chaque détecteur est déterminée par un procédé selon l'invention en utilisant les mêmes points d'émission. L'invention se rapporte également à un procédé de 10 cartographie d'un sous-sol sous-marin comprenant les étapes suivantes . échantillonnage de la surface du sous-sol à cartographier en K points de mesure, disposition d'un ou plusieurs détecteurs d'onde aux 15 environs de chaque point de mesure, détermination de la position de chaque détecteur au moyen d'un procédé selon l'invention, enregistrement pour chaque détecteur de l'onde émise à partir de chaque point d'émission et des ondes 20 réfléchies par le sous-sol. L'invention concerne également un procédé de suivi de l'évolution dans le temps d'un sous-sol sous marin, caractérisé en ce qu'on répète le procédé de cartographie selon l'invention à au moins deux temps différents et qu'on 25 compare les cartographies obtenues. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : 30 - la figure 1 illustre les différentes étapes d'un procédé selon un mode de réalisation de l'invention, la figure 2 illustre l'échantillonnage de la surface de la mer en N points d'émission, et 2958413 -6 la figure 3 illustre la détermination du cercle qui passe au plus près des Mi points parmi les N dont le temps de propagation est compris dans un intervalle de temps défini.
5 Pour des raisons de clarté, les différents éléments représentés sur les figures ne sont pas nécessairement à l'échelle. Selon un mode de réalisation, le procédé selon l'invention peut s'inscrire dans un procédé de cartographie 10 d'un sous-sol sous-marin. Dans le cadre d'un procédé de cartographie d'un sous-sol sous-marin, le sous-sol est échantillonné en K points de mesure. La zone à cartographier peut par exemple être 15 sensiblement carrée et présenter une dimension de 5km de coté. L'échantillonnage du sous-sol sous-marin peut consister à positionner des points de mesure à environ 200 mètres de distance les uns des autres. L'homme du métier peut adapter les distances entres 20 les points de mesure en fonction d'objectifs opérationnels prédéfinis. On positionne sur chaque point de mesure un détecteur d'onde sismique. Chaque détecteur est positionné au moyen d'un robot dirigé à partir de la surface. Comme 25 indiqué précédemment, dans le contexte opérationnel il est généralement difficile et coûteux de déterminer avec précision la position du détecteur lorsque ce dernier est placé avec un robot dirigé à distance. Afin d'augmenter la fiabilité et d'assurer une 30 répétitivité des mesures, il est important de pouvoir déterminer le plus précisément possible la position de chaque détecteur placé aux environs de chaque point de mesure. 2958413 -7 Comme représenté à la figure 1, un procédé de détermination de la position d'un détecteur disposé sous la mer selon l'invention peut comprendre : une étape d'échantillonnage S1 de la surface de la 5 mer en N points d'émission, une étape d'émission d'ondes S2 à partir de chaque point d'émission, une étape d'enregistrement S3 des temps de propagation correspondant à chaque point d'émission, 10 une étape de détermination d'intervalles de temps S4, une étape de détermination d'un cercle S5, et une étape de positionnement du détecteur S6. Comme illustré sur la figure 2, selon un mode réalisation, on échantillonne la surface de la mer en N 15 points d'émission. A chaque point d'émission, une onde est émise et l'on enregistre le temps de propagation de ladite onde entre le point d'émission et le détecteur dont on cherche à déterminer avec précision la position. Selon un mode de réalisation, un bateau parcourt la 20 surface de la mer à proximité des dispositifs en émettant des ondes sismiques régulièrement. Les coordonnées de chaque point d'émission sont déterminées à partir des coordonnées connues du bateau au moment du tir. Pour chaque point d'émission, on enregistre le 25 temps de propagation de l'onde sismique entre le point d'émission et chaque détecteur dont on cherche à déterminer avec précision la position. Selon un mode de réalisation de l'invention, au cours de l'étape de détermination d'intervalles de temps 30 S4, on détermine P intervalles de temps Ti, avec P?1 tel que pour chaque intervalle de temps Ti, il existe Mi points d'émission, Mi?3 pour 1<-i<-P, parmi les N points d'émission 2958413 -8 dont les temps de propagation soient compris dans ledit intervalle de temps. Selon un mode de réalisation, l'étape de détermination d'un intervalle de temps Ti= [ Ti, 1, Ti, 2 ] pour 5 un détecteur peut être réalisée en fixant un premier temps, par exemple Ti,1r et en déterminant le deuxième temps Ti, 2 de l'intervalle de sorte qu'il existe au moins 3 points d'émission dont les temps de propagation sont compris entre Ti,1 et Ti, 2 .
10 Selon un mode de réalisation de l'invention, l'intervalle de temps est déterminé de sorte qu'il existe au moins 3 points d'émission dont les temps de propagation soient compris entre Ti1 et Ti,2r et que l'écart angulaire azimutal maximum entre deux points consécutifs de cet 15 ensemble de points et la position supposée du récepteur soit inférieur ou égal à 120°. L'intervalle de temps Ti peut être déterminé de sorte qu'il existe un nombre de points d'émission dont le temps de propagation est compris entre Ti et T2 supérieur 20 ou égal à 3 et inférieur ou égal à 200, par exemple inférieur ou égal à 100. Selon un mode de réalisation de l'invention, au cours de l'étape de détermination d'un cercle S5, le cercle qui passe au plus près des Mi points dont le temps de 25 propagation est compris dans l'intervalle de temps [Ti, T2] est déterminé. La détermination de ce cercle peut se faire par toute méthode connue de l'homme du métier. Par exemple, la méthode permettant de déterminer le 30 cercle passant au plus près des Mi points est choisie parmi l'une des méthodes suivante : la méthode des moindres carrés ordinaires, la méthode des moindres carrés généralisés, ou 2958413 -9 la méthode des moindres carrés pondérés. L'invention ne se limite pas aux méthodes ci-dessous, toute méthode connue de l'homme du métier peut être utilisée pour déterminer le cercle le plus près des Mi 5 points. Au sens de l'invention, la méthode des moindres carrés ordinaires consiste à considérer que le cercle qui passe au plus près des Mi points est celui qui minimise la somme quadratique des écarts entre les points Mi et ledit 10 cercle. L'échantillonnage de la surface de la mer en points d'émission peut être suffisamment dense pour linéariser les équations de détermination du cercle passant au plus près des Mi points d'émission. Avantageusement, le procédé selon 15 l'invention est facile à mettre en oeuvre. Selon un mode de réalisation de l'invention, la position du détecteur est déterminée comme étant sur le fond de la mer, à la verticale de la position du centre du cercle passant au plus près des Mi points d'émission dont 20 les temps de propagation sont compris entre Ti 1 et Ti,2. Selon un mode de réalisation de l'invention, on détermine une pluralité d'intervalles de temps et de cercles. La position du détecteur est déterminée comme étant le barycentre des centres des cercles, par exemple 25 l'isobarycentre des centres des cercles. On entend par isobarycentre au sens de l'invention le barycentre des centres des cercles déterminés en affectant le même poids à chaque centre. Selon un mode de réalisation de l'invention, 30 l'homme du métier peut choisir d'attribuer des poids différents aux centres des cercles, par exemple en fonction du nombre de points utilisés pour déterminer chaque cercle 2958413 - 10 - ou encore du résidu issu de la minimisation de la somme quadratique pour chaque cercle. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit et doit être interprétée de façon non limitative, en 5 englobant tout mode de réalisation équivalent.