FR2968443A1

FR2968443A1 - Procede de simulation de formation geologique d'une zone fluviale

Info

Publication number: FR2968443A1
Application number: FR1060053A
Authority: FR
Inventors: Gerard Massonnat; Francis Morandini
Original assignee: Total SE
Current assignee: TotalEnergies Onetech SAS
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2012-06-08
Also published as: BR112013013491A2; US10007741B2; RU2013130263A; WO2012072923A2; US20130262063A1; NO345728B1; AR084068A1; NO20130806A1

Abstract

Procédé de simulation de la formation géologique d'une zone fluviale comprenant : - on fournit des données d'observation de la zone fluviale, - on définit un modèle spatial de la zone fluviale comprenant une région amont (2a) et une région aval (2b), à partir des données d'observation, - on simule le déplacement de particules dans le modèle spatial en superposant : . un terme déterministe défini à partir des données d'observation, et . un terme stochastique paramétré par les données d'observation.

Description

Procédé de simulation de formation géologique d'une zone fluviale.

L'invention se rapporte au domaine de la simulation de processus géologiques pour l'étude du sous-sol. On s'intéresse particulièrement aux phénomènes de formation des zones fluviales. Les sables constituent des régions d'intérêt pour la prospection pétrolière. On cherche par conséquent à prédire 10 leur présence et leurs caractéristiques. On peut en particulier tenter de simuler le processus géologique de leur formation. Toutefois, un défi réside encore dans l'élaboration d'un modèle qui sache, tout en s'appuyant sur des données d'observation, prendre en compte 15 les spécificités des zones fluviales pour fournir un résultat exploitable pour la prospection. Selon un aspect, il est prévu un procédé de simulation de la formation géologique d'une zone fluviale comprenant . 20 on fournit des données d'observation de la zone fluviale, - on définit un modèle spatial de la zone fluviale comprenant au moins une région amont et une région aval, à partir des données d'observation, 25 on simule le déplacement de particules dans le modèle spatial en superposant : un terme déterministe défini à partir des données d'observation, et un terme stochastique paramétré au moins par 30 les données d'observation. Grâce à ces dispositions, on peut prendre en compte à la fois l'écoulement fluide des particules dans la zone, et introduire une perturbation probabiliste. Quand on parle de superposition de deux termes, on 35 comprendra que le déplacement simulé se compose comme la somme du terme déterministe et du terme stochastique. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions ci-après.

Le terme stochastique peut comprendre la superposition d'un terme méandriforme et d'une perturbation aléatoire. Ce faisant, la modélisation du chenal est rendue plus réaliste. Le terme méandriforme peut comprendre une superposition d'au moins une fonction trigonométrique. Une telle représentation est réaliste pour un terme méandriforme, et facilement paramétrable. Les données d'observation peuvent comprendre au moins l'un des types de données suivant : un gradient de vitesse d'écoulement dans la zone, des paramètres géométriques de la zone, des données issues de forage, des données issues d'imagerie, notamment d'imagerie sismique. Selon certains aspects, on peut représenter quelques phénomènes physiques propres aux chenaux, lorsqu'on simule le déplacement de particules: on peut estimer la probabilité de l'occurrence cas d'occurrence, deux particules d'une séparation d'une particule indépendantes et, en séparation ; lorsqueen deux particules procéder à une telle

indépendantes se 30 trouvent à un même emplacement, on peut estimer la d'une jonction des deux et, en cas d'occurrence, on

de l'occurrence d'une disparition d'une particule et, en cas d'occurrence, 35 procéder à une telle disparition. probabilité de l'occurrence particules indépendantes en une procède à une telle jonction ; on peut estimer la probabilité Par exemple, la probabilité d'occurrence de tels évènements peut être estimée en fonction des données d'observation. En variante, lorsqu'on simule le déplacement de particules, on peut superposer également un champ de déplacement imposé par une source extérieure. On peut ainsi prendre en compte des sources extérieures telles que, par exemple, une dérive littorale. Selon un mode de réalisation, on peut définir une pluralité de zones du modèle spatial entre la région amont et la région aval, et faire différer un paramétrage du terme stochastique (en particulier, la fonction trigonométrique) dans une première zone d'un paramétrage du terme stochastique dans au moins une deuxième zone. On peut ainsi prendre en compte le fait qu'une zone fluviale peut présenter diverses régions très différentes. Par exemple, lorsqu'on définit un modèle spatial, on peut définir une ceinture chenalisante définissant une largeur et une épaisseur dans laquelle les particules sont autorisées à se déplacer. Selon un autre aspect, on prévoit un procédé de fabrication d'une installation d'extraction d'hydrocarbure comprenant la mise en oeuvre d'un tel procédé de simulation. Selon un autre aspect, on prévoit un produit programme d'ordinateur de simulation de formation géologique d'une zone fluviale, destiné à être stocké dans une mémoire d'une unité centrale, et/ou stocké sur un support mémoire destiné à coopérer avec un lecteur de ladite unité centrale et/ou téléchargé via un réseau de télécommunication, caractérisé en ce qu'il comprend des instructions pour mettre en oeuvre un tel procédé lorsqu'il est exécuté sur une machine programmable. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description 35 suivante d'une de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints. Sur les dessins : - la figure 1 est une vue schématique d'un chenal, - la figure 2a est une vue schématique de dessus 5 d'un modèle de chenal, - la figure 2b est une vue schématique en coupe de chenal, - la figure 3 est un schéma illustratif du zonage dans un chenal, 10 - la figure 4 est un schéma d'ensemble illustrant la modélisation de trajectoire de particules dans une partie de chenal, - la figure 5 est schéma illustratif similaire à celui de la figure 3 décrivant un procédé de séparation, 15 - la figure 6 est une vue similaire à la figure 3 décrivant un procédé de fusion, - la figure 7 est vue similaire à la figure 3 décrivant un procédé de disparition, - la figure 8 est une vue schématique de dessus 20 d'un modèle dans lequel on symbolise un champ de déplacement imposé par une source extérieure. Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. La figure 1 décrit schématiquement une zone 25 fluviale 1 s'étendant entre une zone amont 2a et une zone aval 2b. La zone fluviale à modéliser est considérée sur une certaine largeur 1, une certaine épaisseur e et une certaine longueur L. Epaisseur et largeur sont par exemple variables le long de cette longueur. 30 Une zone fluviale 1 comporte généralement un chenal 3 s'étendant entre la zone amont et la zone aval. Ce chenal a été formé par l'écoulement de particules au cours du temps de la zone amont à la zone aval. Par observation, il est connu qu'un chenal peut 35 présenter au moins une des configurations suivantes, celle- ci étant listée ici dans l'ordre où on les trouve généralement entre la zone amont et la zone aval : - un système enchevêtré 4a, dans lequel de nombreux petits canaux individuels se croisent et se séparent en étant interposé par de grandes plages de terre, - un système à faible sinuosité 4b, où le canal s'étend sensiblement rectiligne, - un système à méandres 4c, dans lequel les canaux présentent une forte sinuosité, - un système à anastomose 4d, présentant de nombreuses connections entre canaux, - un système deltaïque 4e, dans lequel un canal principal se divise en un nombre de canaux secondaires débouchant dans la mer, et - un système turbide 4f lié à l'interaction avec un autre écoulement, tel qu'un écoulement maritime. Comme on peut le voir, en particulier sur la figue 1, ces différents systèmes présentent des caractéristiques géométriques très différentes, et partant, les propriétés géologiques du chenal dans ces différentes zones peuvent être très diverses. On cherche en particulier à modéliser la formation géologique d'une zone fluviale telle que celle représentée sur la figure 1.

Pour cela, on définit un modèle spatial de la zone fluviale. Un tel modèle spatial peut être réalisé sous la forme d'un maillage surfacique ou volumique dans lequel chacun des éléments représente un emplacement de la zone fluviale.

On dispose également de données d'observations de la zone fluviale dont on veut modéliser la formation géologique. Ces données d'observation peuvent par exemple comprendre : - la définition de l'emplacement d'une région amont 35 et d'une région aval définies sur la base de la géométrie actuelle de la zone modélisée, - un gradient de vitesse d'écoulement dans la zone fluviale, qui peut par exemple être défini sur la base d'un gradient hydraulique dans cette zone, et/ou à partir des données d'altitude des régions amont et aval, - des paramètres géométriques de la zone fluviale, telle que, par exemple, la géométrie actuelle de la surface de la zone, des discontinuités observées, - des données géologiques issues de forages 10 réalisés dans la zone, - des données géologiques issues d'imagerie, par exemple d'imagerie sismiques réalisées dans la zone,

La figure 2a représente ainsi de dessus un modèle 15 spatial d'une région de la zone fluviale, présentant un ensemble d'éléments de maillage, par exemple parallélépipédiques (des carrés en vue de dessus), dans lequel un modèle de chenal 5 a déjà été généré par simulation. La figure 2b représente une vue en coupe selon 20 la ligne B-B de la figure 2a représentant ainsi une tranche du modèle de chenal calculé 5. Comme cela est représenté sur la figure 3, en partant des données d'observations, on peut représenter une trajectoire du chenal correspondant à la direction moyenne 25 d'écoulement, s'étendant de la zone amont 2a à la zone aval 2b. Dans l'exemple simplifié représenté sur la figure 3, ce chenal présente trois des zones distinctes mentionnées ci-dessus par relation avec la figure 1, qui sont identifiées sur la figure 3 par les références 6a, 6b et 6c. Chacune 30 de ces zones peut faire l'objet d'une modélisation séparée, en respectant des contraintes de connexité à l'interface entre deux zones. La modélisation d'une de ces zones va être décrite ci-après par référence à la figure 4. On supposera par exemple qu'il s'agit ici de la 35 zone 6a. Comme cela est visible sur la fenêtre 7a de la figure 4, on définit une ceinture chenalisante 8 qui entoure la courbe moyenne d'écoulement 9 dans cette zone. La ceinture chenalisante 8 définit une largeur dans laquelle les particules sont autorisées à s'écouler, cette largeur étant éventuellement variable le long de la courbe moyenne d'écoulement (la largeur est ici représentée constante). De plus, la ceinture chenalisante peut s'étendre non seulement sur la surface, mais également sur une certaine profondeur en dessous du plan de représentation de la fenêtre 7a. La zone représentée comporte une charge hydraulique amont 10a et une charge hydraulique aval 10b. Le déplacement des particules dans le modèle spatial est simulé en superposant un terme déterministe et 15 un terme stochastique. Par exemple, on écrit : OX = AD + Alf, où . OX représente le déplacement de la particule, AD représente le terme déterministe, et 20 0lf représente le terme stochastique. Le terme déterministe est défini à partir du champ d'écoulement représenté sur la fenêtre 7a de la figure 4. Le terme stochastique est ajouté à ce terme pour définir une perturbation du terme déterministe. En 25 particulier, le terme stochastique peut être lui-même réalisé comme la superposition de deux termes. Le premier de ces termes est un terme méandriforme qui peut facilement être réalisé, du point de vue mathématique, par un ou plusieurs termes trigonométriques (sinusoïdaux) comme 30 représenté sur la fenêtre 7b de la figure 4. Sur cette fenêtre, on a représenté par la courbe 11 une période et demi d'un sinus s'étendant entre les points a et g, et d'une amplitude donnée. Les points a et g correspondent aux zones amont et aval de la zone modélisée, et le nombre 35 de périodes ainsi que l'amplitude du sinus peuvent être paramétrés indépendamment pour cette zone. On superpose au terme méandriforme une perturbation aléatoire représentée sur la fenêtre 7b par les flèches 12. Ce terme aléatoire est défini comme une perturbation de la courbe sinusoïdale 11. L'orientation et/ou l'amplitude de la perturbation peuvent être déterminées de manière aléatoire sur une pluralité de points 13 de la courbe sinusoïdale 11, par exemple équidistant entre eux, ou d'abscisse équidistante, comme représenté. La fenêtre 7c représente une trajectoire simulée 13 de particules, au sein de la ceinture chenalisante 8, obtenue à partir d'une superposition du type mentionné ci-dessus. On peut en particulier prévoir que le paramétrage (période, amplitude) de la fonction sinusoïdale soit déterminé en fonction de la zone modélisée pour la zone fluviale. Le paramétrage (fréquence, intensité) de la perturbation aléatoire peut être déterminé en fonction de la zone considérée. Ce paramétrage peut également être effectué en prenant en compte d'autres données d'observation, parmi les données d'observation mentionnées ci-dessus. Selon un aspect particulier, on peut en outre modéliser certains phénomènes survenant aux particules au 25 cours de leur écoulement. Un de ces phénomènes représenté sur la figure 5, est la séparation ou mitose. Au cours de chaque calcul de déplacement, on peut déterminer une probabilité que la particule, en l'emplacement donné, se divise.

30 De telles divisions sont visibles en 15 sur la figure 5. La probabilité de voir subvenir une division peut dépendre de la zone considérée. Sur l'exemple de la figure 5, on peut par exemple prévoir qu'aucune division ne soit possible dans la zone 6a. Dans la zone 6b, on peut prévoir 35 que des divisions soient possibles, et que, en cas de division, une particule se divise en un nombre maximal de particules filles (ici le nombre maximal de particules filles est de deux). Par ailleurs, on peut également paramétrer le nombre maximal de divisions autorisées pour une particule dans une zone donnée (au maximum deux divisions dans la zone 6b représentées sur la figure 5 dans l'exemple représenté). Un autre phénomène pouvant être modélisé est représenté sur la figure 6. Il s'agit, si deux particules sont situées à un emplacement à un même instant, de procéder à une jonction ou fusion de ces particules. Une telle fusion est visible, sur la figure 6, telle que représentée par les références 16. On notera que le processus de fusion pourra être mis en oeuvre en parallèle du processus de division représenté ci-dessus, des divisions survenant, sur l'exemple de la figure 16, au point 15. La possibilité de mettre en oeuvre un phénomène de fusion est probabilisée. Cette probabilité peut par exemple dépendre de la zone considérée. Par exemple, on peut prévoir que l'on procède systématiquement à une fusion dans la zone 6a. Dans la zone 6b, telle que représentée, on peut prévoir ne jamais mettre en oeuvre de fusion. Un autre phénomène pouvant être modélisé est représenté sur la figure 7. Il s'agit, en l'occurrence, d'un phénomène de disparition d'une particule. On peut par exemple prévoir qu'une particule va disparaître après avoir parcouru une certaine distance, ou probabiliser la possibilité de voir survenir une disparition en fonction du trajet parcouru par la particule. De telles disparitions sont visibles, référencées par la référence 17 sur la figure 7. Séparation, jonction et disparition peuvent être probabilisées en fonction de données d'observation. Un autre phénomène pouvant être modélisé est la superposition d'une autre source d'énergie à l'écoulement dans la zone fluviale. A titre d'exemple, on peut par exemple prévoir que cette autre source d'énergie soit une dérive littorale telle que représentée par la flèche 18 sur la figure 8. Ce terme peut par exemple venir s'ajouter au terme déterministe directement déterminé par le gradient hydraulique dans la zone lors du calcul du déplacement des particules. Lorsqu'on procède à la simulation, on simule le déplacement de particules dans la zone fluviale selon l'une et/ou l'autre des équations et phénomènes présentés ci-dessous. Cette simulation est par exemple mise en oeuvre sur une machine programmable, telle qu'un ordinateur, ayant stocké en mémoire un programme informatique stocké en mémoire localement ou accessible via un réseau, et programmé pour mettre en oeuvre les étapes ci-dessus. On peut mettre en oeuvre un critère de détermination de fin de simulation, par exemple basé sur le nombre de particules simulées, sur le temps de simulation, et/ou sur la ressemblance de certains résultats de la simulation avec d'observation. simulation peut permettre d'évaluer l'un et/ou paramètres suivants . la trajectoire du chenal, l'azimut des points qui composent sa des données La l'autre des trajectoire nord), (en particulier l'orientation par rapport au le rayon de courbure des trajectoires, leur terminaison, pour chaque point de la trajectoire, la distance par rapport à la base (fond) et au bord du chenal, pour chaque maille du chenal, une propriété indiquant une distance par rapport au bord le plus proche, au centre, à la base ou au toit (surface du chenal), la zonation,35 La modélisation réaliste de la formation du chenal, obtenue ci-dessus, et les paramètres ci-dessus peuvent être utiles dans le cadre de l'exploitation pétrolifère de certains emplacements du chenal. On peut par exemple prédire, sur un chenal faisant parfois plusieurs centaines de kilomètres de long, les zones susceptibles de contenir des gisements d'hydrocarbures. Si une zone est prédite comme étant particulièrement intéressante pour une telle exploitation, on peut prévoir d'y placer une installation d'exploitation et, le cas échéant, de produire des hydrocarbures à partir des résultats du procédé de simulation.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de simulation de la formation géologique d'une zone fluviale comprenant : on fournit des données d'observation de la zone fluviale, on définit un modèle spatial de la zone fluviale comprenant au moins une région amont (2a) et une région aval (2b), à partir des données d'observation, on simule le déplacement de particules dans le modèle spatial en superposant : un terme déterministe défini à partir des données d'observation, et - un terme stochastique paramétré au moins par 15 les données d'observation.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le terme stochastique comprend la superposition d'un terme méandriforme et d'une perturbation aléatoire.
3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel le 20 terme méandriforme comprend une superposition d'au moins une fonction trigonométrique.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel les données d'observation comprennent au moins l'un des types de données suivant : 25 - un gradient de vitesse d'écoulement dans la zone, - des paramètres géométriques de la zone, - des données issues de forage, - des données issues d'imagerie, notamment 30 d'imagerie sismique.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel, lorsqu'on simule le déplacement de particules : on estime la probabilité de l'occurrence d'une 35 séparation (15) d'une particule en deux particulesindépendantes et, en cas d'occurrence, on procède à une séparation.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel, lorsqu'on simule le déplacement de particules, lorsque deux particules indépendantes se trouvent à un même emplacement : - on estime la probabilité de l'occurrence d'une jonction (16) des deux particules indépendantes en une et, en cas d'occurrence, on procède à une jonction.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel, lorsqu'on simule le déplacement de particules : on estime la probabilité de l'occurrence d'une disparition (17) d'une particule et, en cas d'occurrence, 15 on procède à une disparition.
8. Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, dans lequel ladite probabilité est estimée en fonction des données d'observation.
9. Procédé selon l'une quelconque des 20 revendications 1 à 8, dans lequel, lorsqu'on simule le déplacement de particules, on superpose également un champ de déplacement (18) imposé par une source extérieure.
10.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel on définit une pluralité 25 de zones (6a, 6b, 6c) du modèle spatial entre la région amont et la région aval, et dans lequel un paramétrage du terme stochastique dans une première zone diffère d'un paramétrage du terme stochastique dans au moins une deuxième zone. 30
11.Procédé selon la revendication 3 et la revendication 10, dans lequel la fonction trigonométrique est choisie en fonction de la zone.
12.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel, lorsqu'on définit un 35 modèle spatial, on définit une ceinture chenalisante (8)définissant une largeur et une épaisseur dans laquelle les particules sont autorisées à se déplacer.
13.Procédé de fabrication d'une installation d'extraction d'hydrocarbure comprenant la mise en oeuvre d'un procédé de simulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.
14.Produit programme d'ordinateur de simulation de formation géologique d'une zone fluviale, destiné à être stocké dans une mémoire d'une unité centrale, et/ou stocké sur un support mémoire destiné à coopérer avec un lecteur de ladite unité centrale et/ou téléchargé via un réseau de télécommunication, caractérisé en ce qu'il comprend des instructions pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 lorsqu'il est exécuté sur une machine programmable.