FR2965066A1

FR2965066A1 - Procede d'estimation de parametres elastiques par inversion de mesures sismiques 4d

Info

Publication number: FR2965066A1
Application number: FR1057508A
Authority: FR
Inventors: Pierre Thore; Christian Hubans
Original assignee: Total SE
Current assignee: TotalEnergies Onetech SAS
Priority date: 2010-09-20
Filing date: 2010-09-20
Publication date: 2012-03-23
Anticipated expiration: 2030-09-20
Also published as: US9377549B2; GB2497226B; US20130176822A1; WO2012038647A1; NO20130516A1; NO346122B1; GB2497226A; GB201303338D0; FR2965066B1; CA2810697A1

Abstract

Des paramètres élastiques comprenant la densité, la vitesse de propagation des ondes de pression et/ou de cisaillement dans des couches perméables situées dans une région du sous-sol maillée suivant un réseau de positions horizontales sont estimés par inversion de données sismiques 4D. On obtient d'abord une estimation des variations des paramètres élastiques en une ou plusieurs positions de départ du réseau, pouvant être localisées sur des puits forés dans la région considérée. Ensuite, un algorithme de propagation est utilisé pour réaliser l'inversion des données 4D de proche en proche à partir des positions de départ. L'inversion prend en compte les variations de paramètres précédemment estimées. Une variation spatiale de la profondeur et/ou de l'épaisseur des couches perméables considérées peut aussi être prise en compte. La propagation se base sur des positions successivement sélectionnées comme fournissant des valeurs optimales d'une fonction coût évaluée pour inverser les données 4D.

Description

PROCEDE D'ESTIMATION DE PARAMETRES ELASTIQUES PAR INVERSION DE MESURES SISMIQUES 4D pool] La présente invention concerne les méthodes géophysiques employées pour estimer des paramètres du sous-sol notamment dans le cadre de l'exploration et de la production d'hydrocarbures. [0002] Elle concerne plus particulièrement les techniques dites de sismique 4D. Dans ces techniques, on dispose de premiers enregistrements sismiques, obtenus dans un premier temps lors d'une campagne de mesures "de base" ("base survey"), par exemple avant la mise en production d'un réservoir d'hydrocarbures, et on procède à une campagne ultérieure de mesures ("monitor survey"), par exemple après quelques années d'exploitation du réservoir, pour obtenir des seconds enregistrements sismiques. Les enregistrements sismiques (ou traces sismiques) base et monitor sont comparés pour estimer des variations de paramètres physiques des couches géologiques dans la zone explorée. [0003] Les paramètres dont les variations sont ainsi estimées peuvent comprendre la densité p, la vitesse Vp de propagation des ondes de pression (ondes P) et la vitesse Vs de propagation des ondes de cisaillement (ondes S) dans les milieux formant les différentes couches géologiques de la zone explorée. On fait souvent référence aux impédances sismiques dans chaque milieu, lp = p x Vp et IS = p x Vs, qui gouvernent la propagation des ondes P et S dans les couches. Du fait des changements liés à l'exploitation pétrolière, par exemple le remplacement d'huile par de l'eau ou du gaz, les paramètres p, Vp, Vs sont modifiés dans certaines couches. Il en résulte des changements d'amplitude dans les enregistrements sismiques, ainsi que des décalages temporels des traces sismiques enregistrées. L'analyse comparative des enregistrements comprend une inversion pour estimer les variations des paramètres afin de se faire une idée des niveaux de saturation dans les couches exploitées. [00041 Une méthode d'inversion utilisable pour analyser les décalages 2965066 -2- temporels dans les traces sismiques base et monitor (dépendant des variations de vitesses de propagation) en même temps que les changements d'amplitude (dépendant des variations d'impédances) est décrite dans EP 1 865 340 Al. [0005] Une technique de sismique 3D, c'est-à-dire basée sur une seule 5 campagne de mesures, prenant en compte des mesures faites dans des puits ("well log") est décrite dans le brevet US 5,798,982. qui mentionne aussi une extension de la technique à la sismique 4D par comparaison de blocs sismiques inversés [0006] Un autre procédé d'analyse de données sismiques 4D, décrit dans 10 WO 2008/140655 Al, utilise une inversion à base de modèle ("model-based") au niveau d'un ou plusieurs puits où des logs ont été enregistrés. Le document ne décrit pas la méthode d'inversion ni la manière de paramétrer le modèle. Les résultats de l'inversion sont ensuite étendus en s'éloignant du puits, par une méthode statistique. Un calcul de corrélation est effectué pour ramener le 15 repère de temps des enregistrements monitor sur celui des enregistrements base. Avec le modèle utilisé, la méthode cherche à estimer directement des variations de niveaux de saturation et des variations de pression dans les couches géologiques. [0007] L'invention vise à enrichir les techniques de sismique 4D, 20 notamment en leur faisant prendre en compte des contraintes géologiques et dynamiques. [0008] Il est proposé un procédé d'estimation de paramètres élastiques d'une région du sous-sol suivant un réseau de positions horizontales, comprenant: 25 (a) mesurer, en un premier temps, des traces sismiques base associées auxdites positions horizontales; (b) mesurer, en un deuxième temps, des traces sismiques monitor associées auxdites positions horizontales et correspondant aux traces sismiques base; 30 (c) obtenir une estimation des variations de paramètres élastiques entre le premier et le deuxième temps dans des couches perméables du sous- 2965066 -3- sol en au moins une position de départ du réseau, les paramètres élastiques incluant la densité et la vitesse de propagation des ondes de pression dans chacune desdites couches perméables; (d) déterminer une frontière constituée des positions du réseau qui sont 5 adjacentes à une position de départ; (e) estimer, en chaque position de la frontière, les variations des paramètres élastiques dans les couches perméables et/ou les profondeurs et/ou épaisseurs desdites couches perméables par minimisation d'une fonction coût dérivée d'un modèle de propagation 10 d'ondes sismiques rendant compte de l'évolution entre les traces sismiques base et monitor associées à ladite position de la frontière, la minimisation prenant en compte les variations estimées à la position de départ adjacente, et marquer chaque position de la frontière comme ayant été traitée; 15 (f) retirer de la frontière toute position où la fonction coût minimisée dépasse une valeur limite; (g) sélectionner au moins une position de propagation dans la frontière, où la fonction coût minimisée présente au sein de la frontière une valeur minimale, puis retirer la position de propagation sélectionnée de 20 la frontière; (h) ajouter à la frontière chaque position du réseau non marquée comme traitée et adjacente à une position de propagation sélectionnée à l'étape (g) précédente; (i) estimer, en chaque position ajoutée à la frontière à l'étape (h) 25 précédente, les variations des paramètres élastiques dans les couches perméables et/ou les profondeurs et/ou épaisseurs desdites couches perméables par minimisation de la fonction coût dérivée du modèle de propagation d'ondes sismiques rendant compte de l'évolution entre les traces sismiques base et monitor associées à ladite position ajoutée à 30 la frontière, la minimisation prenant en compte les variations estimées à la position de propagation sélectionnée, et marquer chaque position ajoutée à la frontière à l'étape (h) précédente comme ayant été traitée; 2965066 -4- (j) retirer de la frontière toute position ajoutée à l'étape (h) précédente où la fonction coût minimisée dépasse la valeur limite; et (k) répéter à partir de l'étape (g) s'il reste dans la frontière au moins une position adjacente à une position du réseau non marquée comme 5 traitée [0009] La technique utilise un a priori géologique-dynamique pour estimer les paramètres 4D à l'échelle réservoir. Cette estimation est effectuée le long d'une direction prédéfinie, en général verticale. Aux positions de départ, il peut s'agir de la direction d'un puits foré dans la zone étudiée ou, dans certaines 10 réalisations, d'une direction choisie arbitrairement sans avoir à être localisée sur un puits. Partant d'une ou plusieurs positions de départ de ce type, le processus d'inversion 4D est propagé de proche en proche en supposant implicitement qu'existe une relative continuité des paramètres estimés entre les positions adjacentes du réseau. À chaque itération, la "meilleure" position de 15 la frontière est sélectionnée pour poursuivre la propagation et l'inversion aux nouvelles positions adjacentes est effectuée en tenant compte des valeurs trouvées pour cette "meilleure" position. Si l'inversion par minimisation de la fonction coût procure un résultat médiocre, la propagation est stoppée, ce qui traduit probablement une perte de continuité des paramètres. 20 polo] Il est possible, à chaque itération, de sélectionner pour la propagation plusieurs positions du réseau considérées comme les meilleures au sens de la fonction coût minimisée. Ceci permet l'accélérer les traitements, notamment lorsque plusieurs calculateurs sont mis en oeuvre en parallèle pour réaliser les inversions 4D. 25 [0011] Lorsque les vitesses de propagation qu'il s'agit d'estimer se limitent à la vitesse de propagation des ondes de pression Vp, les traces sismiques base et monitor peuvent être mesurées en envoyant des ondes sismiques sous incidence normale vers les couches sous-jacentes et en recueillant les ondes sismiques réfléchies par des interfaces entre lesdites couches. La méthode 30 peut aussi s'étendre à l'estimation des vitesses de propagation des ondes de cisaillement dans les couches perméables, les traces sismiques base et 2965066 -5- monitor étant alors mesurées en envoyant des ondes sismiques sous incidence non normale vers les couches sous-jacentes et en recueillant les ondes sismiques réfléchies par les interfaces entre lesdites couches. Les paramètres élastiques dont on teste les variations peuvent aussi inclure la position, le long 5 de ladite direction, d'au moins une interface délimitant l'une desdites couches perméables. [0012] Dans un mode de réalisation du procédé, plusieurs hypothèses de variation des paramètres élastiques dans les couches perméables et/ou de profondeurs et/ou d'épaisseurs de ces couches perméables sont définies en 10 une position de la frontière à partir des variations estimées à la position de départ ou de propagation adjacente à cette position de la frontière. La minimisation de la fonction coût à l'étape (e) ou (i) d'estimation, en cette position de la frontière, des variations des paramètres élastiques dans les couches perméables et/ou des profondeurs et/ou des épaisseurs desdites 15 couches perméables peut alors comprendre, pour chacune des hypothèses: - estimer une perturbation en amplitude de la trace sismique base mesurée associée à ladite position de la frontière par suite de la variation des paramètres élastiques et des changements de profondeurs etlou d'épaisseurs conformes à ladite hypothèse; 20 - calculer une pseudo-trace sismique en combinant l'une des traces sismiques mesurées associées à la position de la frontière avec la perturbation en amplitude estimée; et - comparer, sur une même échelle de temps, l'autre des traces sismiques mesurées associées à la position de la frontière à la 25 pseudo-trace sismique calculée pour évaluer la fonction coût. La variation des paramètres élastiques et/ou les profondeurs et/ou les épaisseurs des couches perméables peuvent alors être estimées conformément à une hypothèse pour laquelle la fonction coût évaluée est minimale. 30 [0013] En particulier, la perturbation en amplitude peut être estimée en fonction de variations d'impédance dans les couches perméables, déduites de 2965066 -6- l'hypothèse de variation des paramètres élastiques, et d'une ondelette représentative d'un signal sismique incident. [0014] Lorsque la trace sismique mesurée combinée avec la perturbation en amplitude estimée pour le calcul de la pseudo-trace sismique est 5 typiquement la trace sismique monitor mesurée, la combinaison peut comprendre: - modifier l'échelle de temps de la trace sismique monitor mesurée pour tenir compte de la variation de vitesse de propagation des ondes sismiques conforme à l'hypothèse de variation de paramètres élastiques; 10 et - soustraire la perturbation en amplitude estimée de la trace sismique monitor mesurée modifiée. [0015] Aux positions de départ du réseau, les variations de paramètres élastiques sont typiquement prises en compte dans des couches perméables le 15 long d'un puits foré dans le sous-sol. Les couches perméables peuvent être positionnées le long de la direction de forage du puits, à partir de mesures (logs) effectuées dans le puits. Une autre possibilité, si le puits est en exploitation, est de définir les positions des couches perméables le long du puits à partir de positions de percements réalisés dans un tubage du puits. 20 [0016] Pour un puits en exploitation, il est courant d'avoir à disposition une grille réservoir servant aux ingénieurs réservoir pour prévoir la production. Une grille réservoir est construite par une technique de géomodélisation à partir d'informations structurales dérivées des enregistrements sismiques et des puits. Cette grille est remplie avec les propriétés physiques des roches, 25 notamment la perméabilité et la porosité, calibrées sur les données de puits. Typiquement, un certain nombre de puits sont forés dans la zone mise en exploitation, et les données issues des logs sont interpolées entre puits pour établir une première grille qui est ensuite affinée à l'aide des enregistrements sismiques. Dans le contexte de la présente invention, la grille réservoir peut 30 être utilisée pour fournir l'a priori géologique exploité dans l'inversion 4D. Cet a priori géologique est fourni à proximité du puits mais aussi en s'éloignant de celui-ci pour faciliter le processus de propagation de la méthode d'inversion. Par ailleurs, les valeurs de profondeurs et/ou d'épaisseurs des couches perméables, qui sont déterminées par la propagation de l'inversion des données 4D dans certaines réalisations du procédé, permettent d'affiner la géométrie de la grille réservoir. [0017] L'étape (c) d'obtention d'une estimation des variations de paramètres élastiques entre le premier et le deuxième temps dans des couches perméables du sous-sol en une position de départ donnée par la position d'un puits peut comprendre: - faire des hypothèses de variation des paramètres élastiques dans des couches perméables de positions prédéfinies le long du puits entre le premier et le deuxième temps; - évaluer numériquement une capacité de chaque hypothèse de variation de paramètres élastiques à rendre compte d'une évolution entre les traces sismiques base et monitor mesurées associées à ladite position de départ; - estimer la variation des paramètres élastiques conformément à une hypothèse ayant une capacité évaluée optimale. [0018] Une façon d'évaluer numériquement la capacité d'une hypothèse de variation de paramètres élastiques à rendre compte de l'évolution entre les traces sismiques base et monitor mesurées associées à la position de départ donnée par la position d'un puits consiste à: - calculer une trace sismique base simulée à partir d'une ondelette représentative d'un signal sismique incident et de valeurs des paramètres élastiques mesurées au niveau du puits dans le premier temps; - obtenir des valeurs des paramètres élastiques au niveau du puits pour le deuxième temps à partir des valeurs mesurées au niveau du puits dans le premier temps et de l'hypothèse de variation; - calculer une trace sismique monitor simulée à partir de rondelette et des valeurs des paramètres élastiques au niveau du puits obtenues pour le deuxième temps; et 2965066 -8- - comparer la différence entre les traces sismiques base et monitor mesurées associées à la position de départ à la différence entre les traces sismiques base et monitor mesurées simulées. [00191 Une autre façon d'évaluer cette capacité consiste à: 5 obtenir des valeurs des paramètres élastiques au niveau du puits pour le deuxième temps à partir de valeurs des paramètres élastiques mesurées au niveau du puits dans le premier temps et de l'hypothèse de variation; - estimer une perturbation en amplitude de la trace sismique base mesurée par suite d'un passage des paramètres élastiques au niveau du 10 puits des valeurs mesurées dans le premier temps aux valeurs obtenues pour le deuxième temps; - calculer une pseudo-trace sismique en combinant l'une des traces sismiques mesurées associées à la position de départ avec la perturbation en amplitude estimée; et 15 comparer, sur une même échelle de temps, l'autre des traces sismiques mesurées associées à la position de départ à la pseudo-trace sismique calculée. [00201 Pour estimer la perturbation en amplitude, une possibilité est de: - calculer une trace sismique base simulée à partir d'une ondelette 20 représentative d'un signal sismique incident et des valeurs des paramètres élastiques mesurées au niveau du puits (10) dans le premier temps; - calculer une trace sismique monitor simulée à partir de ladite ondelette et des valeurs des paramètres élastiques au niveau du puits obtenues pour 25 le deuxième temps, les traces sismiques base et monitor simulées étant calculées avec une même loi de conversion profondeur-temps; et - soustraire la trace sismique base simulée de la trace sismique monitor simulée pour obtenir la perturbation en amplitude estimée. [00211 D'autres particularités et avantages de la présente invention 30 apparaîtront dans la description ci-après d'un exemple de réalisation non limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : 2965066 -9- - la figure 1 est un schéma illustrant un mode de mesures sismiques à proximité d'un puits; - la figure 2 est un diagramme illustrant la synthèse d'une trace sismique à partir de mesures effectuées dans un puits (logs); 5 la figure 3 est un diagramme illustrant l'évolution d'une trace sismique base vers une trace sismique monitor en fonction d'une hypothèse de variation de la densité et de la vitesse de propagation des ondes de pression dans des couches perméables le long du puits; - la figure 4 est un diagramme illustrant un premier mode de réalisation du 10 procédé d'estimation de paramètres élastiques au niveau d'un puits; - les figures 5 et 6 sont des diagrammes illustrant deux autres modes de réalisation du procédé; - la figure 7 est un schéma illustrant un autre mode d'acquisition d'une trace sismique exploitable dans une réalisation du procédé; 15 - les figures 8A et 8B sont des schémas d'un exemple de maillage d'une zone étudiée du sous-sol, illustrant un mode de réalisation du procédé selon l'invention à deux degrés d'avancement; - la figure 9 est un organigramme de ce procédé, montrant les étapes de traitement exécutées par un ordinateur programmé pour sa mise en 20 oeuvre. [00221 La figure 1 illustre une zone d'exploitation pétrolière où un puits 10 a été foré. Ce puits 10 traverse des couches, représentées très schématiquement sur la figure 1, ayant des paramètres élastiques variables. [00231 Avant la mise en place du tubage du puits, un certain nombre de 25 mesures (logs) ont été réalisées dans celui-ci afin de connaître, avec une résolution de l'ordre de quelques dizaines de centimètres, les valeurs de différents paramètres physiques des roches traversées par le puits. Ces paramètres incluent notamment la porosité, la perméabilité, la densité et la vitesse de propagation des ondes de pression. La partie gauche de la figure 2 30 montre un exemple d'enregistrement de la vitesse Vp de propagation des ondes de pression et de la densité p des formations rocheuses en fonction de -10-la profondeur le long du puits. [0024] Lors d'une campagne de mesures sismiques dans la région considérée, une source d'ondes sismiques 11 est successivement placée à différents endroits en surface, ou dans la mer dans le cas d'une zone offshore, et un ou plusieurs détecteurs d'ondes sismiques 12 recueillent les ondes sismiques provenant de la source 11 qui se sont réfléchies sur les interfaces entre les couches géologiques rencontrées. La figure 1 illustre le cas particulier où la source 11 et le détecteur 12 sont placés à proximité immédiate du puits 10 afin d'enregistrer des ondes sismiques qui se sont propagées verticalement le long du puits avec une incidence approximativement normale sur les interfaces entre couches. [0025] Dans cette configuration, l'amplitude du signal sismique recueilli par le détecteur 12 est modélisable par une convolution de l'impédance sismique Ip = pxVp relative aux ondes de pression avec une ondelette w(t) représentant la forme d'onde du signal émis par la source 11 : Â(t) p(T).Vp (ti).W(t T) = Ip (t) * W(t) (1) [0026] Cette modélisation est illustrée par la figure 2 où la première étape consiste à convertir les logs Vp(z), p(z) obtenus en fonction de la profondeur dans le puits en logs Vp(t), p(t) exprimés en fonction du temps de propagation des ondes pour pouvoir être convolués selon (1). La loi de conversion profondeur-temps utilisée pour cela est directement déduite de l'évolution de la vitesse Vp le long du puits. La convolution de l'impédance Ip = pxVp par rondelette W(t) permet de synthétiser une trace sismique Â(t) représentée en partie droite de la figure 2. [0027] En général, on peut disposer du profil des paramètres Vp et p le long du puits à l'aide des logs initialement effectués, c'est-à-dire dans le temps base. Mais dans le temps monitor de la sismique 4D (typiquement quelques années après le temps base), on n'accède plus à la paroi du puits pour pouvoir y mesurer les valeurs de Vp et p qui ont pu évoluer en raison de l'exploitation. 2965066 -11- [0028] Cependant, on est capable de formuler des hypothèses sur les variations AVp et Ap des paramètres entre le temps base et le temps monitor et de tester la capacité de ces hypothèses de variation à rendre compte des modifications des traces sismiques enregistrées dans des conditions 5 semblables au temps base et au temps monitor. Il est commode d'exprimer ces variations de paramètres de manière relative, c'est-à-dire sous la forme AVpNp et Ap/p. [0029] En général, ce sont dans les couches perméables rencontrées le long du puits que les paramètres Vp et p auront évolué de la manière la plus 10 significative car c'est dans ces couches que l'huile extraite du sous-sol s'écoule lors de l'exploitation. Sur la partie gauche de la figure 3, on a représenté deux couches perméables 20, 30 dans lesquelles la vitesse Vp et la densité p ont pu évoluer entre le temps base et le temps monitor, une hypothèse de variation AVpNp et Ap/p étant indiquée dans ces couches (en pratique, le nombre de 15 ces couches est bien supérieur à 2). On est alors capable de synthétiser une trace sismique base simulée ÂB(t) et une trace sismique monitor simulée ÂM(t) : AB (t) = p(T).Vp (T).w(t - T) (2) T AM(t) _ 1 [p(T) + Ap(T)].[Vp(T) + AVp(T)].W(t - T) T 20 T p(T).Vp (T). [1 + Pp (T)]. [1 + ~~ ("0> (t - T) (3) [0030] Le changement de la densité p et de la vitesse Vp consécutif à la production pétrolière a deux effets sur la modélisation: - un changement dans la relation profondeur-temps utilisée pour la conversion des logs p(z) - p(t) et Vp(z) Vp(t); 25 - un changement d'amplitude dû au changement d'impédance comme l'indique la formule (3) ci-dessus. -12- [0031] À partir de ces expressions (2) et (3), on peut vérifier si l'hypothèse de variation AVpNp et Ap/p rend bien compte de l'évolution observée entre deux traces sismiques AB(t), AM(t) successivement mesurées au temps base et au temps monitor. [0032] La figure 4 illustre une première manière de procéder à cette vérification. La partie gauche de la figure 4 montre les logs Vp(t) et p(t) mesurés en fonction de la profondeur au temps base et convertis pour être exprimés en fonction du temps de propagation, ainsi que plusieurs hypothèses OVpNp, Ap/p de variation des paramètres dans les couches perméables 20, 30. [0033] Par le mécanisme illustré par la figure 3, on obtient des traces sismiques simulées base et monitor ÂB(t), ÂM(t), puis on calcule leur différence AÂ(t) = ÂM(t) - ÂB(t). Cette différence AÂ(t) est comparée à la différence AA(t) _ AAM(t) - AB(t) entre les traces base et monitor mesurées. La différence AÂ(t) - AA(t) est minimisée en fonction des hypothèses de variation AVpNp, Ap/p afin de sélectionner l'hypothèse qui rend compte au mieux de l'évolution de la trace sismique. L'optimisation peut consister à balayer un grand nombre d'hypothèses AVpNp, Ap/p et à retenir celle qui fournit la plus petite valeur moyenne de IAÂ(t) - AA(t)l ou [AÂ(t) - AA(t)]2, ou qui minimise une autre mesure de distance entre AÂ(t) et zA(t). Une autre possibilité est de sélectionner une hypothèse OVpNp Ap/p dès lors que la moyenne temporelle de )AÂ(t) - AA(t)) est inférieure à un seuil prédéfini. [0034] Divers algorithmes de minimisation peuvent être appliqués, par exemple des algorithmes génétiques ou de recuit simulé, qui ne nécessitent pas de calcul de gradients et ne se trouvent pas piégés dans des minima locaux. [0035] La fonction coût IAÂ-AAI n'est pas nécessairement la meilleure pour réaliser l'optimisation dans la mesure où la trace base synthétique a souvent une allure assez différente de la trace base mesurée. En pratique, il est 2965066 -13- souvent plus approprié de transformer l'une des traces mesurées dans le référentiel de l'autre trace pour chaque hypothèse de variation avant de procéder à un calcul de distance entre ces deux traces.

[0036] Un tel mode de réalisation est illustré par la figure 5, où on voit en 5 partie gauche des Iogs Vp(t), p(t) en fonction du temps et une hypothèse AVpNp, Ap/p de variation des paramètres dans les couches perméables 20, 30. La figure 5 montre également une trace sismique base AB(t) mesurée avant la mise en production du puits.

[0037] A partir des logs Vp(z) et p(z) et des hypothèses de variation 10 AVpNp, Ap/p, une trace synthétique base ÂB(t) et une trace synthétique monitor base ÂM(t) sont calculées en appliquant les formules (2) et (3) ci-dessus. Toutefois, avant d'appliquer la formule (3), on utilise la loi de conversion profondeur-temps applicable au temps base (courbe 15 sur le diagramme z, t de la figure 5) pour convertir les valeurs Vp(z).[1 + v p (z)], p

15 p(z).[1+ AP (z)] exprimées en fonction de la profondeur en valeurs P Vp(t).[1+ AVp (t)] , p(t).[1 + OP (t)] exprimées en fonction du temps de Vp p propagation. La différence AÂ(t) = ÂM(t) - ÂB(t) entre les deux traces synthétiques est alors calculée dans le référentiel temporel de la base. Cette différence AÂ(t) est alors ajoutée à la trace sismique base mesurée AB(t) pour 20 obtenir une première pseudo-trace monitor A'M(t) représentée sur la figure 5: A'M(t) = AB(t) + AÂ(t). [0038] Cette pseudo-trace A'M(t) est exprimée dans le référentiel temporel du temps base. L'échelle de temps doit être modifiée pour ramener la pseudotrace dans le référentiel temporel du temps monitor et obtenir ainsi une 25 deuxième pseudo-trace A"M(t) représentée en partie droite de la figure 5. Le changement d'échelle temporelle est effectué de manière à compenser la différence entre la loi de conversion profondeur-temps applicable au temps 2965066 - 14 - base (courbe 15) et la loi de conversion profondeur-temps applicable au temps monitor (courbe 16). [00391 Dans le mode de réalisation de la figure 5, l'optimisation utilise une fonction coût donnée par la différence entre la trace sismique monitor mesurée 5 AM(t) et la pseudo-trace sismique A"M(t) calculée de la manière précédemment décrite, par exemple la somme des carrés ou la somme des valeurs absolues de cette différence. [0040] Il doit être observé qu'il existe plusieurs manières de ramener l'une des traces dans le référentiel de l'autre en tenant compte d'une hypothèse de 10 variation des paramètres afin de réaliser l'optimisation. Un mode de réalisation avantageux part de la trace sismique monitor mesurée pour la ramener dans le référentiel de la trace sismique base. En particulier, on peut commencer par modifier l'échelle temporelle de la trace sismique monitor mesurée AM(t) pour la ramener à l'échelle applicable au temps base (compensation de la différence 15 entre les courbes 15 et 16). Ensuite, on soustrait de la pseudo-trace obtenue la différence AÂ(t) calculée comme précédemment pour obtenir une pseudo trace A" g(t) exprimée dans le référentiel temporel associé au temps base. La fonction coût intervenant dans l'optimisation est alors donnée par la différence entre cette pseudo-trace A"B(t) et la trace sismique base mesurée AB(t). 20 [00411 La figure 6 illustre une variante de réalisation mettant en oeuvre une méthode approchée inspirée de celle de la figure 5. Dans cette méthode approchée, il n'est pas pris en considération de log mesuré. En conséquence, cette méthode est applicable indépendamment d'un puits. Elle est notamment applicable pour rechercher l'évolution des paramètres Vp, p dans des couches 25 géologiques dont le positionnement le long d'une direction typiquement verticale est déterminé en fonction de la grille réservoir déterminée pour l'exploitation de la zone considérée. [00421 Dans la méthode illustrée par la figure 6, la modification AÂ(t) de la trace sismique base exprimée dans le référentiel du temps base n'est pas calculée à partir de Iogs mesurés à l'aide des formules (2) et (3) ci-dessus. 2965066 -15- Elle est exprimée directement en fonction de la variation d'impédance Olp/Ip correspondant à l'hypothèse de variation de la vitesse de propagation Vp et de la densité p: Olp/lp OVpNp + Ap/p (4) 5 [0043] La variation relative d'amplitude AÂ/A est estimée de manière approchée comme étant proportionnelle à la variation relative d'impédance Alp/lp, le coefficient de proportionnalité étant l'amplitude de rondelette w(t) représentant le signal sismique incident. [0044] A partir de la perturbation AÂ(t) calculée de manière approximative, 10 la méthode illustrée par la figure 6 poursuit en calculant une première pseudotrace monitor A'M(t) = AB(t) + AÂ(t). Comme dans la méthode illustrée par la figure 5, une deuxième pseudo-trace A"M(t) est calculée par changement d'échelle temporelle pour être comparée à la trace sismique monitor mesurée AM(t). Le résultat de la comparaison sert alors de fonction coût pour 15 l'optimisation. [0045] Sur la figure 6, la trace 18 représentée en pointillés correspond à la première pseudo-trace A'M(t) calculée sans approximation de la manière décrite en référence à la figure 5. On voit que la pseudo-trace approchée diffère légèrement de celle-ci auprès des bords des couches perméables. 20 [0046] Dans le cas où les ondes sismiques sont envoyées sous incidence normale vers les couches étudiées et sont recueillies sans décalage latéral (offset) significatif entre la source 11 et le détecteur 12, la vitesse de propagation des ondes de pression Vp et la densité p suffisent à modéliser la propagation des ondes captées par le détecteur 12. 25 [0047] Le procédé décrit ci-dessus est également applicable dans le cas où un offset existe entre la source 11 et le détecteur 12 comme représenté sur la figure 7. [0048] Dans ce dernier cas, la variation d'impédance Alpflp intervenant 2965066 - 16 - dans la méthode approchée illustrée par la figure 6 dépend également de la vitesse de propagation des ondes de cisaillement Vs par l'intermédiaire de l'angle 0 d'incidence de l'onde sur l'interface: Alp/lp = Ap/p + [AVpNp]/cos20 - (2VSNp)2.[2AVsNs + Ap/p].sin20 (5) 5 [0049] On voit alors qu'il est possible d'inclure la vitesse Vs de propagation des ondes de cisaillement dans les paramètres élastiques pris en compte dans les hypothèses de variation. Le procédé donne donc accès à des estimations de la vitesse Vs. Une possibilité est d'évaluer Vp et p dans une première étape à partir de traces sismiques enregistrées sous incidence normale (figure 1), et 10 de faire ensuite des hypothèses de variation du seul paramètres Vs pour réaliser l'optimisation en fonction de ce paramètre dans une deuxième étape à partir de traces sismiques enregistrées avec offset. [0050] Le procédé décrit ci-dessus dans différents modes de réalisation tire parti d'informations géophysiques (les traces sismiques) et d'information 15 communément disponibles aux ingénieurs réservoirs (la modélisation en couches du sous-sol). Elle procure un nouveau mode d'analyse des données sismiques 4D permettant de prendre en compte des informations a priori sur le comportement géologique et dynamique de la zone étudiée. [0051] Le procédé décrit ci-dessus en référence aux figures 1 à 7 dans 20 plusieurs variantes est une manière d'estimer de paramètres élastiques au niveau d'un puits ou d'une position horizontale non nécessairement matérialisée par un puits. Une position de ce type peut constituer une position de départ pour un processus suivant de propagation de l'inversion 4D. Pour cela, on utilise un réseau de positions horizontales, par exemple un réseau 25 carré comme illustré par les figures 8A-B, formant un maillage en surface de la zone étudiée du sous-sol. Une distance typique entre positions adjacentes d'un tel réseau est de l'ordre de 5 à 200 mètres. [0052] On considère qu'une trace sismique base et une trace sismique monitor ont été mesurées lors des deux campagnes de mesure successives 30 pour chaque position horizontale du réseau maillé, ce réseau étant 2965066 -17- typiquement construit en fonction des positions des sources et récepteurs lors des mesures. Pour la recherche des seuls paramètres p et Vp, les traces considérées sont à offset nul. Un offset non nul intervient dans le cas où on recherche aussi le paramètre Vs, comme discuté précédemment en référence 5 à la figure 7. [0053] Sur la figure 8A, on a fait apparaître à titre d'exemple deux positions de départ où des puits ont été forés, qui sont repérées par des points noirs sur le dessin. Ces positions de départ constituent des graines pour l'algorithme de propagation. En chacune de ces deux positions de départ du réseau, une 10 estimation des variations de paramètres élastiques p, Vp (voire Vs) dans les couches perméables sous-jacentes entre le temps base et le temps monitor est obtenue à l'étape 50 de la figure 9, par exemple selon l'une des méthodes décrites en référence aux figures 4 à 6. On observera que la propagation peut aussi partir d'une seule graine ou de plus de deux graines. 15 [0054] À l'étape suivante 51, les positions du réseau qui sont adjacentes à une position de départ sont prises en compte pour former un ensemble de positions F ci-après appelé "frontière". La frontière F correspond aux positions représentées hachurées sur la figure 8A. [0055] Puis, en chaque position de cette frontière, les variations des 20 paramètres élastiques dans les couches perméables sont estimées à l'étape 52 d'inversion 4D. L'estimation peut en outre porter sur les profondeurs et/ou épaisseurs des couches perméables aux positions horizontales considérées. Elle procède par minimisation d'une fonction coût dérivée du modèle de propagation d'ondes sismiques rendant compte de l'évolution entre les traces 25 sismiques base et monitor associées à la position considérée de la frontière. Cette fonction coût est de préférence calculée de la manière décrite précédemment en référence à la figure 6 pour une hypothèse de variation Op, AVp à laquelle on peut adjoindre des changements de positions des interfaces entre couches, c'est-à-dire des variations spatiales de profondeur et/ou 30 d'épaisseur. Elle est alors donnée par la somme des carrés ou la somme des valeurs absolues de la différence entre la trace sismique monitor mesurée -18- AM(t) à la position courante de la frontière et une pseudo-trace sismique A"M(t) déterminée à l'aide des variations d'impédances selon (4) ou (5) dans les différentes couches. [0056] La minimisation effectuée à l'étape 52 en une position de la frontière F considère des hypothèses de variation des paramètres qui sont fonction des variations estimées à la position de départ adjacente à cette position de F. On n'explore que des plages de variation restreintes autour des valeurs résultant de la minimisation qui a été opérée à l'étape 50 à la position de départ adjacente, et des changements restreints de profondeur et d'épaisseur des couches perméables par rapport aux valeurs de profondeur et d'épaisseur prises en compte ou déterminées à la position de départ adjacente. Ceci suppose une relative continuité dans les valeurs des paramètres lorsqu'on se déplace latéralement. En d'autres termes, on considère que les couches rocheuses forment des corps géologiques ("geobodies") relativement homogènes, d'étendue significative et de forme assez régulière. [0057] À l'étape 53, chaque position de la frontière F qui a été traitée à l'étape 52 précédente est marquée pour que l'inversion sismique n'y soit pas répétée ultérieurement. Les positions marquées sont celles qui ne sont pas vierges sur les figures 8A et 8B. [0055] Puis à l'étape de filtrage 54, le procédé vérifie s'il y a une ou plusieurs positions dans la frontière F où la fonction coût minimisée à l'étape 52 dépasse une valeur limite prédéfinie. Si une telle position est détectée, elle est retirée de F pour la suite des traitements. La valeur limite est de préférence choisie en fonction de la valeur qu'avait la fonction coût à la position de départ adjacente à la position considérée dans F (par exemple trois fois cette valeur), ou en fonction de la plus petite valeur qu'avait la fonction aux différentes positions de départ, le cas échéant. Les positions qui ont été enlevées de la frontière lors d'une étape de filtrage sont repérées par le symbole "x" dans l'exemple de la figure 8B. [0059] Le procédé comporte ensuite un processus itératif de propagation de la frontière pour estimer de proche en proche les paramètres aux différentes -19-positions du réseau. [0060] Dans ce processus itératif, l'étape 55 consiste à sélectionner, parmi les positions de la frontière F, une position de propagation pour laquelle la fonction coût minimisée à l'étape 52 présente la plus petite valeur. Dans l'exemple de la figure 8B, la position de propagation sélectionnée est celle représentée par des hachures croisées. Cette position est a priori la plus fiable pour poursuivre la propagation du processus d'inversion 4D. A l'étape 55, la position sélectionnée est en outre retirée de la frontière F. Les positions ainsi retirées après avoir été sélectionnées pour la propagation sont repérées par un cercle "0" sur la figure 8B. [0061] Après l'étape 55, un test 56 est effectué pour déterminer s'il reste dans le réseau une ou plusieurs positions non marquées adjacentes à la position de propagation qui vient d'être sélectionnée. S'il reste une ou plusieurs positions de ce type, elles sont ajoutées à la frontière F à l'étape 57 (positions repérées par le symbole "+" sur la figure 8B). [0062] Après l'étape 57, le processus itératif revient à l'étape 52 pour réaliser l'inversion 4D aux positions "+" qui viennent d'être ajoutées à la frontière F. Puis les étapes 53-56 précédemment décrites s'enchaînent à nouveau, en ne marquant que les positions nouvellement ajoutées à F et en ne soumettant que ces nouvelles positions au filtrage 54. [0063] Quand le test 56 ne révèle aucune position non marquée du réseau adjacente à la position de propagation sélectionnée à l'étape 55 qui précède, il est procédé à un autre test 58 pour déterminer s'il reste des positions dans la frontière F (positions hachurées sur la figure 8B). Si F n'est pas vide, le processus revient à l'étape 55 pour sélectionner une autre position de propagation sur la frontière F. S'il n'y a plus de position dans la frontière (F = 0), le processus de propagation se termine. [0064] L'algorithme de propagation décrit ci-dessus permet de proche en proche d'évaluer les paramètres élastiques et/ou la géométrie des couches. La propagation s'effectue de manière à conserver les meilleurs résultats possibles pour l'inversion avec des perturbations limitées du modèle. La propagation 2965066 -20- s'arrête lorsque l'hypothèse de relative continuité des valeurs des paramètres n'est plus en accord avec les mesures. [0065] On comprendra que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui ont été décrits ci-dessus, de nombreuses variantes 5 pouvant être conçues sans sortir de la portée définie par les revendications jointes. [0066] Par exemple, on peut contraindre l'algorithme, lors de l'inversion 4D, à respecter des couches prédéfinies comme par exemple des couches dont les positions sont données par une grille réservoir. Cette contrainte peut être dure 10 (la géométrie de la grille est fixe et seules des variations des paramètres élastiques p, AVp et/ou AVg sont testées à l'étape 52) ou molle (on autorise une perturbation de la géométrie de la grille en jouant sur les épaisseurs et/ou profondeurs des couches). Dans ce dernier cas, la géométrie de la grille réservoir est ajustée en fonction de profondeurs et/ou épaisseurs de couches 15 estimées à l'étape 52.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé d'estimation de paramètres élastiques d'une région du sous-sol maillée suivant un réseau de positions horizontales, le procédé comprenant: (a) mesurer, en un premier temps, des traces sismiques base associées auxdites positions horizontales; (b) mesurer, en un deuxième temps, des traces sismiques monitor associées auxdites positions horizontales et correspondant aux traces sismiques base; (c) obtenir une estimation des variations de paramètres élastiques entre le premier et le deuxième temps dans des couches perméables du sous-sol en au moins une position de départ du réseau, les paramètres élastiques incluant la densité (p) et la vitesse de propagation des ondes de pression (Vp) dans chacune desdites couches perméables; (d) déterminer une frontière constituée des positions du réseau qui sont adjacentes à une position de départ; (e) estimer, en chaque position de la frontière, les variations des paramètres élastiques dans les couches perméables et/ou les profondeurs et/ou épaisseurs desdites couches perméables par minimisation d'une fonction coût dérivée d'un modèle de propagation d'ondes sismiques rendant compte de l'évolution entre les traces sismiques base et monitor associées à ladite position de la frontière, la minimisation prenant en compte les variations estimées à la position de départ adjacente, et marquer chaque position de la frontière comme ayant été traitée; (f) retirer de la frontière toute position où la fonction coût minimisée dépasse une valeur limite; (g) sélectionner au moins une position de propagation dans la frontière, où la fonction coût minimisée présente au sein de la frontière une 2965066 - 22 - valeur minimale, puis retirer la position de propagation sélectionnée de la frontière; (h) ajouter à la frontière chaque position du réseau non marquée comme traitée et adjacente à une position de propagation sélectionnée à 5 l'étape (g) précédente; (i) estimer, en chaque position ajoutée à la frontière à l'étape (h) précédente, les variations des paramètres élastiques dans les couches perméables et/ou les profondeurs et/ou épaisseurs desdites couches perméables par minimisation de la fonction coût dérivée du modèle de 10 propagation d'ondes sismiques rendant compte de l'évolution entre les traces sismiques base et monitor associées à ladite position ajoutée à la frontière, la minimisation prenant en compte les variations estimées à la position de propagation sélectionnée, et marquer chaque position ajoutée à la frontière à l'étape (h) précédente comme ayant été traitée; 15 (j) retirer de la frontière toute position ajoutée à l'étape (h) précédente où la fonction coût minimisée dépasse la valeur limite; et (k) répéter à partir de l'étape (g) s'il reste dans la frontière au moins une position adjacente à une position du réseau non marquée comme traitée 20
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les traces sismiques base et monitor sont mesurées en envoyant des ondes sismiques sous incidence normale vers des couches du sous-sol et en recueillant les ondes sismiques réfléchies par des interfaces entre lesdites couches.
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les traces sismiques 25 base et monitor sont mesurées en envoyant des ondes sismiques sous incidence non normale vers des couches du sous-sol et en recueillant les ondes sismiques réfléchies par les interfaces entre lesdites couches, et dans lequel les paramètres élastiques incluent en outre la vitesse de propagation des ondes de cisaillement (Vs) dans les couches perméables le long de ladite 30 direction. 2965066 - 23 -
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel plusieurs hypothèses de variation des paramètres élastiques dans les couches perméables et/ou de profondeurs et/ou d'épaisseurs desdites couches perméables sont définies en une position de la frontière à partir des 5 variations estimées à la position de départ ou de propagation adjacente à ladite position de la frontière, et dans lequel la minimisation de la fonction coût à l'étape (e) ou (i) d'estimation, en ladite position de la frontière, des variations des paramètres élastiques dans les couches perméables et/ou des profondeurs et/ou des épaisseurs desdites couches perméables comprend: 10 - pour chacune desdites hypothèses: - estimer une perturbation en amplitude de la trace sismique base mesurée associée à ladite position de la frontière par suite de la variation des paramètres élastiques et des changements de profondeurs et/ou d'épaisseurs conformes à ladite hypothèse; 15 - calculer une pseudo-trace sismique en combinant l'une des traces sismiques mesurées associées à la position de la frontière avec la perturbation en amplitude estimée; et - comparer, sur une même échelle de temps, l'autre des traces sismiques mesurées associées à la position de la frontière à la 20 pseudo-trace sismique calculée pour évaluer la fonction coût; - estimer la variation des paramètres élastiques et/ou les profondeurs et/ou les épaisseurs desdites couches perméables conformément à une hypothèse pour laquelle la fonction coût évaluée est minimale.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la perturbation en 25 amplitude est estimée en fonction de variations d'impédance dans lesdites couches perméables, déduites de l'hypothèse de variation des paramètres élastiques, et d'une ondelette représentative d'un signal sismique incident.
6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, dans lequel la trace sismique mesurée combinée avec la perturbation en amplitude estimée pour le calcul de 2965066 - 24 - la pseudo-trace sismique est la trace sismique monitor mesurée, la combinaison comprenant: - modifier l'échelle de temps de la trace sismique monitor mesurée pour tenir compte de la variation de vitesse de propagation des ondes sismiques conforme à l'hypothèse de variation de paramètres élastiques; et - soustraire la perturbation en amplitude estimée de la trace sismique monitor mesurée modifiée.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, 1 D dans lequel au moins une position de départ du réseau est donnée par la position d'un puits (10) foré dans le sous-sol.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel l'étape (c) d'obtention d'une estimation des variations de paramètres élastiques entre le premier et le deuxième temps dans des couches perméables du sous-sol en une position de 15 départ donnée par la position d'un puits (10) comprend: - faire des hypothèses de variation des paramètres élastiques dans des couches perméables de positions prédéfinies le long du puits entre le premier et le deuxième temps; - évaluer numériquement une capacité de chaque hypothèse de variation 20 de paramètres élastiques à rendre compte d'une évolution entre les traces sismiques base et monitor mesurées associées à ladite position de départ; - estimer la variation des paramètres élastiques conformément à une hypothèse ayant une capacité évaluée optimale. 25
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel l'évaluation numérique de la capacité d'une hypothèse de variation de paramètres élastiques à rendre compte de l'évolution entre les traces sismiques base et monitor mesurées associées à la position de départ comprend: 2965066 - 25 - - calculer une trace sismique base simulée à partir d'une ondelette représentative d'un signal sismique incident et de valeurs des paramètres élastiques mesurées au niveau du puits (10) dans le premier temps; - obtenir des valeurs des paramètres élastiques au niveau du puits pour le 5 deuxième temps à partir des valeurs mesurées au niveau du puits dans le premier temps et de ladite hypothèse de variation; calculer une trace sismique monitor simulée à partir de ladite ondelette et des valeurs des paramètres élastiques au niveau du puits obtenues pour le deuxième temps; et 10 comparer la différence entre les traces sismiques base et monitor mesurées associées à la position de départ à la différence entre les traces sismiques base et monitor mesurées simulées.
10. Procédé selon la revendication 8, dans lequel l'évaluation numérique de la capacité d'une hypothèse de variation de paramètres élastiques à rendre 15 compte de l'évolution entre les traces sismiques base et monitor mesurées associées à la position de départ comprend: - obtenir des valeurs des paramètres élastiques au niveau du puits (10) pour le deuxième temps à partir de valeurs des paramètres élastiques mesurées au niveau du puits dans le premier temps et de ladite 20 hypothèse de variation; - estimer une perturbation en amplitude de ladite trace sismique base mesurée par suite d'un passage des paramètres élastiques au niveau du puits des valeurs mesurées dans le premier temps aux valeurs obtenues pour le deuxième temps; 25 - calculer une pseudo-trace sismique en combinant l'une des traces sismiques mesurées associées à la position de départ avec la perturbation en amplitude estimée; et - comparer, sur une même échelle de temps, l'autre des traces sismiques mesurées associées à la position de départ à la pseudo-trace sismique calculée. 2965066 - 26 -
11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel l'estimation de la perturbation en amplitude comprend: - calculer une trace sismique base simulée à partir d'une ondelette représentative d'un signal sismique incident et des valeurs des 5 paramètres élastiques mesurées au niveau du puits (10) dans le premier temps; calculer une trace sismique monitor simulée à partir de ladite ondelette et des valeurs des paramètres élastiques au niveau du puits obtenues pour le deuxième temps, les traces sismiques base et monitor simulées étant 10 calculées avec une même loi de conversion profondeur-temps; et - soustraire la trace sismique base simulée de la trace sismique monitor simulée pour obtenir la perturbation en amplitude estimée.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel les couches perméables sont localisées à partir d'une grille réservoir. 15
13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel la géométrie de la grille réservoir est ajustée en fonction de profondeurs et/ou épaisseurs de couches estimées à l'étape (e) ou (i).