FR3047338A1

FR3047338A1 -

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Publication number: FR3047338A1
Application number: FR1650864A
Authority: FR
Inventors: Frantz Maerten; Laurent Maerten
Original assignee: Services Petroliers Schlumberger SA
Current assignee: Services Petroliers Schlumberger SA
Priority date: 2016-02-03
Filing date: 2016-02-03
Publication date: 2017-08-04
Also published as: WO2017136208A1; US11415724B2; EP3411560A4; EP3411560A1; US20180372911A1

Abstract

Procédé de prédiction d'un attribut de contrainte d'un volume souterrain comportant la simulation d'un modèle de contrainte en champ éloigné linéairement indépendant, d'un modèle de pression de discontinuité, et d'un modèle de dérive de pression de discontinuité pour le volume souterrain. Une valeur de contrainte, une dérive de pression de discontinuité au niveau d'une surface de la Terre, une valeur de déformation, une valeur de déplacement, ou une combinaison de celles-ci est calculée pour des points de données dans le volume souterrain sur la base d'une superposition du modèle de contrainte en champ éloigné linéairement indépendant, du modèle de pression de discontinuité, et du modèle de dérive de pression de discontinuité. L'attribut de contrainte du volume souterrain est prédit, sur la base de la valeur de contrainte calculée, la dérive de pression de discontinuité calculée à la surface de la Terre, la valeur de déformation calculée, la valeur de déplacement calculée, ou la combinaison de celles-ci.

Description

MODELISATION EN PUITS UTILISANT LA PRESSION ET LA CONTRAINTE REGIONALE INVERSEES État antérieur de la technique [01] Une faille peut être considérée comme une discontinuité de surface tridimensionnelle complexe finie dans un volume de terre ou de roche. Les fractures, tels que les joints, les veines, les dykes, les couches de dissolution sous pression à stylolithes etc., peuvent être propagées intentionnellement, pour augmenter la perméabilité dans les formations telles que de schiste, dans lesquelles l'optimisation du nombre, du placement et de la taille des fractures dans la formation augmente le rendement des ressources comme le gaz de schiste.

[02] Dans la mécanique des milieux continus, une contrainte peut être considérée comme une mesure des forces internes qui agissent au sein d'un volume. Une telle contrainte peut être définie comme une mesure de la force moyenne par unité de surface au niveau d'une surface dans le volume sur lequel agissent les forces internes. Les forces internes sont parfois produites entre les particules dans le volume en réaction aux forces externes appliquées sur le volume.

[03] On peut comprendre l'origine et l'évolution des failles ainsi que l'historique tectonique des régions faillées en associant l'orientation de la faille, le sens des glissements, les données géologiques et géodésiques à l'état de contrainte dans la croûte terrestre. Dans les problèmes inverses conventionnels, les directions des contraintes principales distantes et un rapport de leurs grandeurs sont contraints en analysant des données de champ sur les orientations des failles et les directions des glissements à partir d'artéfacts tels que les striations sur les surfaces de faille exposées.

[04] Les procédés conventionnels d'inversion des contraintes, utilisant les striations et/ou le rejet mesurés sur les failles, reposent essentiellement sur les hypothèses que le champ de contraintes est uniforme dans la masse rocheuse renfermant les failles (en supposant l'absence de champ de contraintes perturbées), et que le rejet sur les failles a la même direction et le même sens que la contrainte en champ éloigné résolue sur le plan de faille. Toutefois, il a été montré que les directions des rejets sont affectées par : anisotropie de conformité de faille causée par une géométrie de ligne de rejet nul irrégulière, anisotropie de frottement de faille (ondulations de surface) ; hétérogénéité de la rigidité de la roche hôte ; et perturbation du champ de contraintes locales essentiellement en raison d'interactions mécaniques de failles adjacentes. Les interactions mécaniques dues à une géométrie de failles complexes dans les milieux hétérogènes peuvent être prises en compte lors de l'exécution de l'inversion des contraintes. Dans ce cas, la détermination des paramètres d'une telle paléocontrainte (et de la pression de fluide à l'intérieur des surfaces de faille) en présence de multiples failles interagissantes est effectuée en exécutant de nombreuses simulations, lesquelles demandent une quantité formidable de temps de calcul pour ajuster les données observées. L'espace conventionnel de paramètres doit être exploré pour chaque possibilité, et pour chaque simulation, le modèle et les post-traitements sont recalculés.

[05] Avec les procédés conventionnels, les équations de mouvement sont rarement utilisées, et les perturbations du champ de contraintes locales par un rejet de faille sont ignorées. Le rôle mécanique joué par les failles dans la déformation tectonique n'est pas explicitement inclus dans de telles analyses. Ceci étant, un traitement mécanique relativement complet est appliqué pour l'inversion de paléocontrainte conventionnelle. Toutefois, les résultats pourraient être grandement améliorés si l'on pouvait utiliser de multiples types de données pour mieux contraindre l'inversion. Résumé [06] Un procédé, un support lisible par ordinateur et un système pour prédire un attribut de contraintes d'un volume souterrain sont divulgués. Le procédé comporte la simulation d'un modèle de contrainte en champ éloigné linéairement indépendant, un modèle de pression de discontinuité, et un modèle de dérive de pression de discontinuité du volume souterrain. Une valeur de contrainte, une dérive de pression de discontinuité au niveau d'une surface de la Terre (p. ex. à z=0) , une valeur de déformation, une valeur de déplacement, ou une combinaison de celles-ci est/sont calculées pour des points de données dans le volume souterrain sur la base d'une superposition du modèle de contrainte en champ éloigné linéairement indépendant, du modèle de pression de discontinuité, et desdits un ou plusieurs modèles de dérive de pression de discontinuité. L'attribut de contrainte du volume souterrain est prédit, sur la base de la valeur de contrainte calculée, la dérive de pression de discontinuité calculée à la surface de la Terre, la valeur de déformation calculée, la valeur de déplacement calculée, ou leur combinaison.

[07] Le . résumé ci-dessus est fourni afin de présenter une sélection de concepts qui sont décrits davantage ci-dessous dans la description détaillée. Ce résumé ne vise pas à identifier des caractéristiques clés ou essentielles de l'invention revendiquée, tout comme il n'est pas destiné à être utilisé comme aide à la limitation de l'étendue de l'invention revendiquée.

Brève description des dessins [08] Les dessins annexés, qui sont incorporés ici et constituent une partie de la présente spécification, illustrent des modes de réalisation des présents enseignements et avec la description, servent à expliquer les principes ' des présents enseignements. Dans les figures : [09] La figure 1 illustre un diagramme d'un système de modélisation de contraintes et de fractures illustratif, conformément à un ou plusieurs modes de réalisation divulgués.

[010] La figure 2 illustre un schéma de principe d'un environnement de calcul illustratif pour effectuer la modélisation de contraintes et de fractures en utilisant le principe de la superposition, conformément à un ou plusieurs modes de réalisation divulgués.

[011] La figure 3 illustre un schéma de principe d'un moteur de modélisation de contraintes et de fractures illustratif, conformément à un ou plusieurs modes de réalisation divulgués.

[012] Les figures 4A-4C illustrent des schémas de principe qui comparent des techniques de récupération de paléocontrainte, conformément à un ou plusieurs modes de réalisation divulgués. Plus particulièrement, la figure 4A illustre une technique qui utilise des distributions de rejet sur les failles comme entrée de données, mais qui produit des résultats instables. La figure 4B illustre une méthode de Monte-Carlo (2D), mais sans l'optimisation qui utilise le principe de la superposition. La figure 4C illustre le procédé décrit ici, y compris des techniques qui utilisent le principe de la superposition et qui réduisent formidablement la complexité du modèle.

[013] Les figures 5A-5E illustrent des diagrammes d'un procédé illustratif appliqué à des plans de fractures et de failles conjuguées utilisant des jeux de données sans informations de grandeur, conformément à un ou plusieurs modes de réalisation divulgués. Plus particulièrement, la figure 5A montre une orientation de 03 relative à une fracture ouverte (joints, veines, dykes) donnée par sa normale n en 3D. La figure 5B montre la même chose que la figure 5A, mais pour une orientation de os relative à un joint donné par sa normale projetée Π (p. ex. tracé sur affleurement). La figure 5C et la figure 5D montrent la même chose que la figure 5A et la figure 5B, mais pour une stylolithe. La figure 5E montre 1 ' orientation de 02 et οχ relativement à des plans de failles conjuguées donnés par l'un de la normale n en 3D et de l'angle de frottement interne Θ.

[014] Les figures 6A et 6B illustrent des diagrammes qui comparent l'inversion de contraintes illustratives pour des considérations de faille normale et de faille chevauchante, conformément à un ou plusieurs modes de réalisation divulgués. Plus particulièrement, l'inclinaison des deux plans de failles conjuguées est présentée pour une configuration de faille normale (figure 6A) et une configuration de faille chevauchante (figure 6B).

[015] Les figures 7A et 7B illustrent des diagrammes de fonctions de coût des inversions de contraintes de la figure 6, conformément à un ou plusieurs modes de réalisation divulgués. Plus particulièrement, la figure 7A montre la fonction de coût de la faille normale, et la figure 7B montre la fonction de coût de la faille chevauchante.

[016] La figure 8 illustre un diagramme d'un modèle de configuration illustratif montrant des points de données InSAR et une surface de faille, conformément à un ou plusieurs modes de réalisation divulgués.

[017] La figure 9 illustre un diagramme qui compare les franges d'une grille InSAR d'origine et d'une grille InSAR récupérée par un exemple de procédé de modélisation de contraintes et de fractures utilisant le principe de la superposition, conformément à un ou plusieurs modes de réalisation divulgués.

[018] La figure 10 illustre un diagramme montrant une vue de dessus et une vue en perspective frontale d'un tracé de la surface de coût pour un exemple de procédé appliqué au cas InSAR des figures 8 et 9, en indiquant la solution de coût, conformément à un ou plusieurs modes de réalisation divulgués.

[019] Les figures 11A-11D illustrent des diagrammes montrant les résultats d'un procédé illustratif appliqué à un scénario d'horizon aplani, conformément à un ou plusieurs modes de réalisation. Plus particulièrement, la figure 11A présente une configuration de modèle montrant l'horizon et la surface de faille. La figure 11B montre une comparaison du rejet incliné d'origine (gauche) et du rejet incliné récupéré (droit). La figure 11C montre une comparaison du rejet horizontal d'origine (gauche) et du rejet horizontal récupéré (droit). La figure 11D montre le déplacement vertical d'origine (à gauche) par rapport à l'horizon aplani (à gauche) et le déplacement vertical récupéré (à droite) par rapport à l'horizon aplani.

[020] La figure 12 illustre un organigramme d'un procédé illustratif de modélisation de contraintes et de fractures utilisant le principe de superposition, conformément à un ou plusieurs modes de réalisation exposés.

[021] La figure 13 illustre un organigramme d'un procédé illustratif de modélisation de contraintes et de fractures utilisant le principe de la superposition et une fonction de coût, conformément à un ou plusieurs modes de réalisation divulgués.

[022] La figure 14 illustre un modèle montrant les orientations des dykes à partir de l'inversion de la pression en utilisant un bouchon vertical, conformément à un ou plusieurs modes de réalisation divulgués.

[023] La figure 15 illustre un organigramme d'un procédé de modélisation de contraintes et de fractures utilisant le principe de la superposition, conformément à un ou plusieurs modes de réalisation divulgués.

[024] La figure 16 illustre un système informatique pour exécuter au moins une partie des procédés montrés aux figures 12, 13 et 15, conformément à un mode de réalisation.

Description détaillée [025] La description détaillée suivante se réfère aux dessins annexés. Dans la mesure du possible, les mêmes numéros de référence sont utilisés dans les dessins et la description suivante pour se référer à des parties identiques ou semblables. Bien que plusieurs modes de réalisation et caractéristique de la présente invention soient décrits ici, des modifications, adaptations et autres mises en œuvre sont possibles, sans s'écarter de l'esprit et de l'étendue de la présente invention.

[026] La présente invention décrit la modélisation de contraintes et de fractures en utilisant le principe de la superposition. D'après diverses données d'entrée, telles que la géométrie des failles, et des jeux de données et mesure de données sélectionnables et facultatifs, dont le rejet de faille, les directions du rejet incliné ou des stries de faille, les mesures de contraintes, les données de fracture, les orientations des plans de failles secondaires, des données de système de positionnement global (GPS), des données de radar à ouverture synthétique interférométrique (InSAR), des données géodésiques provenant de clinomètres de surface, la télémétrie laser, etc., les systèmes et procédés décrits ici peuvent rapidement générer et/ou récupérer de nombreux types de résultats. Les systèmes et procédés décrits ici appliquent le principe de la superposition aux surfaces de failles de géométrie complexe en 2D et/ou 3D, et les failles sont, de nature, d'une dimension finie et non infinie ou semi-infinie. Les résultats sont souvent rendus en temps réel et peuvent inclure, par exemple, des paramètres de contraintes, déformations et/ou déplacements en temps réel en réponse à une interrogation d'utilisateur ou à un paramètre actualisé ; des états de contraintes distantes de multiples événements tectoniques ; une prédiction de fracturation future prévue ; la différenciation des fractures préexistantes des fractures induites ; et ainsi de suite. Les diverses données d'entrée peuvent être dérivées de données de puits de forage, d'une interprétation sismique, d'observations des champs, etc.

[027] Les systèmes et procédés décrits ci-dessous sont applicables à de nombreuses opérations de réservoir et de subsurfaces différentes, y compris les opérations d'exploration et de production de gaz naturel et d'autres hydrocarbures, le stockage de gaz naturel, la fracturation hydraulique et la stimulation matricielle pour augmenter la production d'un réservoir, la gestion des ressources d'eau y compris le développement et la protection environnementale des aquifères et autres ressources d'eau, la capture et le stockage souterrain de gaz carbonique (CO2) , et ainsi de suite.

[028] Le système peut appliquer une technique d'éléments de frontière tridimensionnelle (3D) utilisant le principe de la superposition qui s'applique à l'élasticité linéaire de milieux d'espaces complets ou de demi-espaces hétérogènes isotropes. D'après des valeurs précalculées, le système peut évaluer une fonction de coût pour générer des résultats en temps réel, tels que des paramètres de contrainte, déformation et déplacement pour n'importe quelle point dans un volume souterrain quand l'utilisateur modifie la valeur de contrainte en champ éloigné et la pression de faille. Dans une mise en œuvre, le système utilise la géométrie des failles et les données de puits de forage, y compris, p. ex. l'orientation de la fracture, des données de plans de failles secondaires, et/ou des mesures de contraintes in situ par fracture hydraulique, pour récupérer un ou plusieurs événements tectoniques et pressions de failles, ou un ou plusieurs tenseurs de contraintes représentés par un rapport de grandeurs principales et l'orientation et les pressions de failles associées. Le système peut utiliser de nombreux types différents de données géologiques tirées de l'interprétation sismique, des lectures de puits de forage et de l'observation des champs pour fournir une variété de résultats, tels qu'une propagation de fracture prédite d'après le champ de contraintes perturbées.

[029] La figure 1 montre un système de modélisation de contraintes et de fractures illustratif 100, conformément à un ou plusieurs modes de réalisation divulgués. La géométrie des failles est souvent connue (et facultativement un rejet de faille mesuré et des contraintes d'inégalité imposées telles que faille normale, faille chevauchante, etc., peuvent être connus). L'utilisateur peut avoir accès à des données de puits de forage (orientation des fractures, mesures de contraintes in situ, plans de failles secondaires), à des données géodésiques (p. ex. InSAR, GPS, et clinomètre), ainsi qu'à des horizons interprétés. Un moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102 peut récupérer l'état de contraintes distantes et le régime tectonique d'événements tectoniques pertinents et la pression de failles, ainsi que la discontinuité de déplacement sur les failles, et estimer le déplacement et les champs de déformations et contraintes perturbées n'importe où dans le système.

[030] En utilisant le principe de la superposition, le système 100 ou le moteur 102 de modélisation de contraintes et de fractures peut exécuter chacune de trois simulations linéairement indépendantes de modèles de tenseur de contraintes et d'un modèle de pression de faille en temps constant quelle que soit la complexité de chaque modèle sous-jacent. Chaque modèle n'a pas à être recalculé. Ainsi, comme indiqué ci-dessus, les applications du système 100 peuvent inclure l'interpolation des contraintes et la modélisation des fractures, la récupération d'événements tectoniques, le contrôle de qualité de failles interprétées, le calcul en temps réel de champ de contraintes et de déplacements perturbés quand l'utilisateur exécute une estimation de paramètres, une prédiction de la propagation des fractures, une différenciation des fractures préexistantes des fractures induites, et de nombreuses autres applications.

[031] La figure 2 montre le système 100 de la figure 1 dans le contexte d'un environnement informatique, dans lequel la modélisation des contraintes et fractures en utilisant le principe de la superposition peut être exécuté, conformément à un ou plusieurs modes de réalisation divulgués.

[032] Un dispositif informatique 200 met en œuvre un composant, tel que le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102. Le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102 est illustré sous forme de logiciel, mais peut être mis en œuvre sous forme de matériel ou de combinaison de matériel et d'instructions logicielles.

[033] Le dispositif informatique 200 peut être couplé de manière à communiquer avec des dispositifs de détection (et dispositifs de commande) dans un environnement réel, par exemple, un véritable volume souterrain 202, un réservoir 204, un bassin sédimentaire, un fond marin, etc., et des puits associés 206 pour la production d'une ressource pétrolière, la gestion d'une ressource d'eau ou des services de stockage de dioxyde de carbone, et ainsi de suite.

[034] Le dispositif informatique 200 peut être un ordinateur, un réseau informatique, ou un autre dispositif comportant un processeur 208, une mémoire 210, un système de stockage de données 212, et un autre matériel associé tel qu'une interface réseau 214 et un lecteur de support 216 pour lire et écrire un support de mémorisation amovible 218. Le support de mémorisation amovible 218 peut être, par exemple, un disque compact (CD) ; un disque versatile numérique/disque vidéo numérique (DVD) ; un lecteur flash, etc. Le support de mémorisation amovible 218 contient des instructions, lesquelles, à leur exécution par le dispositif informatique 200, amènent le dispositif informatique 200 à exécuter un ou plusieurs procédés décrits ici. Ainsi, le support de mémorisation amovible 218 peut inclure des instructions pour mettre en œuvre et exécuter le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102. Au moins certaines parties du moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102 peuvent être mémorisées sous forme d'instructions sur une instance donnée du support de mémorisation amovible 218, de dispositif amovible ou de dispositif de stockage de données local 212, à charger dans la mémoire 210 en vue de leur exécution par le processeur 208.

[035] Bien que le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102 soit illustré sous forme de programme résidant dans la mémoire 210, dans d'autres modes de réalisation, le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102 peut être mis en œuvre sous forme de matériel, tel qu'un circuit intégré spécifique à l'application (ASIC) ou de combinaisons de matériel et de logiciel.

[036] Le dispositif informatique 200 peut recevoir des données entrantes 220, telles que la géométrie des failles et de nombreux autres types de données, depuis de multiples sources, telles qué mesures de puits de forage 222, observations de champs 224, et interprétation sismique 226. Le dispositif informatique 200 peut recevoir de nombreux types de jeux de données 220 par l'intermédiaire de l'interface réseau 214, laquelle peut aussi recevoir des données de l'Internet 228, telles que des données GPS et des données InSAR.

[037] Le dispositif informatique 200 peut calculer et compiler des résultats de modélisation, des résultats de simulation, et des résultats de commande, et un contrôleur d'affichage 230 peut produire des images de modèles géologiques et des images et données de simulation sur un afficheur 232. Les images peuvent être une simulation 2D ou 3D 234 des résultats de contraintes et de fractures utilisant le principe de la superposition. Le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102 peut aussi générer une ou plusieurs interfaces utilisateur (UI) visuelles pour l'entrée et l'affichage des données.

[038] Le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102 peut aussi générer et/ou produire des signaux de commande destinés à être utilisés par l'intermédiaire de dispositifs de commande, p. ex. un équipement de forage et d'exploration, ou des injecteurs et vannes de commande de puits, dans une commande réelle du réservoir 204, d'un réseau de transport et de livraison, d'une installation de surface, et ainsi de suite.

[039] Ainsi, le système 100 peut inclure un dispositif informatique 200 et une unité d'affichage graphique interactive 232. Dans son ensemble, le système 100 peut constituer des simulateurs, modèles et l'exemple de moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102.

[040] La figure 3 montre le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102 de manière plus détaillée, conformément à un ou plusieurs modes de réalisation divulgués. Le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102 illustré à la figure 3 comporte un tampon de jeux de données 302 ou un accès aux jeux de données 302, un moteur d'initialisation 304, des simulateurs de modèle de contraintes 306 ou un accès aux simulateurs de modèle de contraintes 306, un sélectionneur de paramètres d'optimisation 308, un moteur d'évaluation de coût 310, et un tampon ou dispositif de sortie des résultats 312. D'autres composants, ou d'autres agencements des composants, peuvent aussi être utilisés pour permettre diverses mises en œuvre du moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102. La fonctionnalité du moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102 est décrite ci-après.

[041] La figure 4 montre divers procédés de récupération de la paléocontrainte, conformément à un ou plusieurs modes de réalisation divulgués. La figure 4A montre une technique qui utilise les distributions du rejet sur les failles comme entrée de données mais qui produit des résultats instables. La technique de la figure 4A ne peut pas augmenter les distributions du rejet avec d'autres formes d'entrée de données, telles que les données GPS, et autres. La figure 4B montre une méthode de Monte-Carlo (2D) mais sans l'optimisation utilisant le principe de la superposition. La figure 4C montre le procédé décrit ici, comportant des techniques qui utilisent le principe de la superposition et qui réduisent dramatiquement la complexité du modèle. Le procédé montré à la figure 4C peut être mis en œuvre par le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102. Par exemple, dans une mise en œuvre, le moteur d'initialisation 304, par le biais des simulateurs de modèle de contraintes 306, génère trois modèles précalculés de la contrainte en champ éloigné associée à un volume souterrain 202. Pour chacun des trois modèles, le moteur d'initialisation 304 précalcule, par exemple, des valeurs de déplacement, déformation et/ou contrainte. Le sélectionneur de paramètres d'optimisation 308 met itérativement à l'échelle les valeurs de déplacement, déformation et/ou contrainte pour chaque modèle superposé afin de minimiser un coût au niveau du moteur d'évaluation de coût 310. Les valeurs ainsi optimisées en temps réel sont utilisées pour générer des résultats particuliers 312.

[042] Dans une mise en œuvre, les trois paramètres de contrainte en champ éloigné linéairement indépendants sont : (i) l'orientation vers le nord, et (ii) & (iii) les deux grandeurs principales. Ces paramètres de contrainte en champ éloigné sont modélisés et simulés pour générer un ensemble de variables pour chacun des trois modèles simulés. Quatre variables peuvent être utilisées : le déplacement sur une faille, le champ de déplacement à n'importe quel point de données ou point d'observation, un tenseur des déformations à chaque point d'observation, et la contrainte tectonique. Le sélectionneur de paramètres d'optimisation 308 sélectionne un alpha pour chaque simulation, c.-à-d. un ensemble d'"alphas" pour les quatre modèles de contrainte simulés destinés à faire office de paramètres d'optimisation modifiables pour converger itérativement sur les valeurs de ces variables afin de minimiser une ou plusieurs fonctions de coût, qui sont décrites ci-dessous. Dans une mise en œuvre, le sélectionneur de paramètres d'optimisation 308 sélectionne les paramètres d'optimisation de manière aléatoire pour commencer la convergence des paramètres de déformation, de contrainte et de déplacement mis à l'échelle vers le coût le plus bas. Quand les paramètres mis à l'échelle (sensiblement optimisés) sont évalués pour avoir le coût le plus bas, les paramètres de déplacement, déformation et/ou contrainte mis à l'échelle peuvent être appliqués pour prédire un résultat tel qu'une nouvelle contrainte tectonique.

[043] Comme le procédé de la figure 4C utilise des valeurs précalculées superposées à partir de leurs simulations respectives, le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102 peut produire des résultats rapidement, même en temps réel. Comme on l'a indiqué ci-dessus, le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102 peut rapidement récupérer de multiples événements tectoniques responsables des conditions présentes du volume souterrain 202, peut différencier une fracturation induite d'une fracturation préexistante plus rapidement que les techniques conventionnelles, peut fournir une estimation de paramètres en temps réel au fur et à mesure que l'utilisateur modifie un paramètre de contrainte, et/ou peut prédire rapidement une fracturation.

[044] Bien que l'inversion de paléocontrainte conventionnelle puisse appliquer un scénario entièrement mécanique, le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102 constitue une amélioration par rapport aux techniques conventionnelles par le fait qu'il utilise de multiples types de données. Les jeux de données 302 à utiliser sont généralement de deux types : ceux qui fournissent des informations d'orientation (tels que fractures, plans de failles secondaires avec angle de frottement interne, et striations de faille, etc.), et ceux qui fournissent des informations de grandeur (tels que rejet de faille, données GPS, données InSAR, etc.). Conventionnellement, l'inversion de paléocontrainte a été calculée en utilisant les mesures des rejets sur les plans de failles.

[045] La technique montrée à la figure 4A exécute une opération qui se déroule en deux étapes : (i) la résolution du tenseur de contraintes distantes initial oR sur les éléments de faille qui n'ont pas de données de déplacement relatif et la résolution des déplacements relatifs inconnus (bj à la figure 4A) ; et ( ii ) l'utilisation des déplacements relatifs calculés et connus pour résoudre oR (figure 4A) . Un solveur itératif qui cycle entre les étapes (i) et (ii) jusqu'à la convergence est utilisé.

[046] La technique montrée à la figure 4B repose sur un algorithme de Monte-Carlo. Il est toutefois impossible d'utiliser cette technique car son temps de calcul est long, d'une complexité de 0(n2+p), où n et p sont respectivement un nombre d'éléments triangulaires modélisant les failles et le nombre de points de données. Pour une simulation donnée, une contrainte en champ éloigné aléatoire oR est choisie, et la discontinuité de déplacement correspondante u sur les failles est calculée. Ensuite, comme post-traitement aux points de données, et en fonction des types de mesures, les fonctions de coûts sont calculées en utilisant le champ de déplacement, de déformation ou de contrainte. Dans ce cas de figure, pour des centaines de milliers de simulations, le meilleur coût (proche de zéro) est retenu comme solution.

[047] En revanche, le procédé illustré à la figure 4A, qui peut être exécuté par le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102, étend l'invention à de nombreux autres types de données, et fournit un moteur de modélisation beaucoup plus rapide 102. Par exemple, une inversion de contrainte rapide et fiable résultante est décrite ici. Les différents types de données peuvent être pondérés et combinés ensemble. Le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102 peut rapidement récupérer les événements tectoniques et la pression de faille ainsi que la discontinuité de déplacement sur les failles en utilisant divers jeux et sources de données, puis obtenir une estimation du champ de déplacement et de déformation et contrainte perturbées n'importe où dans le milieu, en utilisant des données produites par l'interprétation sismique, les puits de forage et l'observation des champs. L'application du principe de superposition permet à un utilisateur d'exécuter très rapidement l'estimation des paramètres.

[048] Une technique numérique d'exécution des procédés est décrite ci-après. Un tenseur distant réduit utilisé pour la simulation est décrit par la suite, suivi du principe de superposition proprement dit. Une estimation de la complexité est également décrite.

[049] Dans une mise en œuvre, une formulation appliquée par le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102 peut être exécutée en utilisant IBEM3D, un successeur de POLY3D. POLY3D est décrit par F. Maerten, P. G. Resor, D. D. Pollard, et L. Maerten, Inverting for slip on three-dimensional fault surfaces using angular dislocations, Bulletin of the Seismological Society of America, 95 :1654-1665, 2005, et par A. L. Thomas, Poly3D : a three-dimensional, polygonal element, displacement discontinuity boundary element computer program with applications to fractures, faults, and cavities in the earth's crust, Master's thesis, Stanford üniversity, 1995. IBEM3D est un code d'éléments de frontière basé sur la solution analytique d'une dislocation angulaire dans un espace entier ou un demi-espace élastique homogène ou non homogène. Un solveur itératif peut être employé pour une plus grande vitesse ainsi que pour une parallélisation sur les architectures à cœurs multiples. (Voir, par exemple, F. Maerten, L. Maerten, et M. Cooke, Solving 3d boundary element problems using constrained itérative approach, Computational Geosciences, 2009). Toutefois les contraintes d'inégalités ne peuvent pas être utilisées car elles sont non linéaires et le principe de la superposition n'est pas applicable. Dans le code sélectionné, les failles sont représentées par des surfaces triangulées avec un déplacement discontinu. Les surfaces de failles tridimensionnelles peuvent de plus prêt se rapprocher de surfaces ondulées et de lignes de rejet nul ondulées sans introduire de chevauchements ou d'espaces.

[050] Des conditions de frontières mixtes peuvent être prescrites, et lorsque des conditions de frontières à tractions sont spécifiées, le moteur d'initialisation 304 résout les composantes de Burger inconnues. Après la résolution du système, il est possible de calculer n'importe où, dans l'espace entier ou le demi-espace, le déplacement, la déformation ou la contrainte aux points d'observation, dans le cadre d'un post-traitement. De manière spécifique, le champ de contrainte à n'importe quel point d'observation est donné par le champ de contrainte perturbée dû aux failles à glissement et à la contribution de la contrainte distante. En conséquence, l'obtention du champ de contrainte perturbée dû au rejets de failles ne suffit pas. De plus, l'estimation du rejet de faille à partir de l'interprétation sismique est donnée dans le sens du pendage. Rien n'est connu dans la direction azimutale, et un scénario mécanique complet est utilisé pour récupérer les composantes inconnues du vecteur de glissement qui aura un effet sur le champ de contrainte perturbée. Le changement de la contrainte en champ éloignée imposée (orientation et/ou grandeurs relatives) modifie la distribution de rejet de faille et en conséquence le champ de contrainte perturbée. En général, un code tel que IBEM3D convient bien aux calculs des vecteurs de déplacement complet sur les failles, et a été intensivement optimisé en utilisant une technique à matrice H. L'inconnu aux fins de la modélisation reste l'estimation de la contrainte en champ éloigné qui doit être imposée comme condition de frontières.

[051] Dans un mode de réalisation qui peut être mis en œuvre par le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102, un modèle composé de multiples surfaces de faille est soumis à un tenseur de contraintes en champ éloigné Or défini dans le système de coordonnées global par l'équation (1) :

(1)

En supposant une contrainte en champ éloigné subhorizontale (mais la présente méthodologie ne se limite pas à ce cas), l'équation (1) est simplifiée en l'équation (2) :

(2)

Comme l'addition d'une contrainte hydrostatique ne change pas oR, le tenseur de contraintes en champ éloigné oR peut être écrit comme dans l'équation (3) :

(3) [052] En conséquence, une définition d'une contrainte en champ éloigné avec trois inconnues est obtenue, à savoir [053] Le tenseur de contraintes en champ éloigné, tel que défini à l'équation (3) peut être calculé en utilisant deux paramètres au lieu des trois {ân,0221^12} · En utilisant la décomposition spectrale du oR réduit, l'équation (4) peut être obtenue :

(4) où, comme à l'équation (5) :

(5) le tenseur de contraintes en champ éloigné oR est la matrice de valeurs principales, et à l'équation (6) :

(6) est la matrice de rotation autour de l'axe z global (puisqu'un tenseur de contraintes sub-horizontales est supposé).

[054] En écrivant, à l'équation (7) : σ2 = kax ( 7 ) l'équation (4) prend alors la forme de l'équation (8) :

(8) [055] En omettant le paramètre de mise à l'échelle σι dû à la propriété 1 discutée ci-dessous (quand σι=δ dans la propriété 1) , oR peut être exprimé en fonction de deux paramètres δ et k, comme à l'équation (9) :

(9) [056] Ces deux paramètres sont naturellement bornés par l'équation (10) :

(10) en supposant qu'une contrainte distante uniaxiale commence à se produire quand k > 10. Pour k=l, un tenseur de contraintes hydrostatiques est trouvé, lequel n'a aucun effet sur le modèle. Par ailleurs, un tenseur de contraintes en champ éloigné lithostatiques (qui est donc fonction de la profondeur z) n'invalide pas la technique présentée, et l'équation (9) prend la forme de l'équation (11) :

(11) qui dépend linéairement de z. La définition de tenseur simplifiée donnée par l'équation (9) est utilisée dans les sections suivantes pour déterminer Θ, k), ou de manière équivalente {0^,022^12} conformément aux mesures.

[057] Même quand un espace paramétrique tridimensionnel est utilisé pour la simulation de Monte-Carlo en utilisant (Θ, k, p) , où p est la pression de faille, trois composantes sont toujours utilisées pour la contrainte en champ éloigné, spécifiées par les paramètres (ai, a2, 03, a4) . Les conversions sont données par l'expression (12) :

(12) où à l'éauation (13) :

(13) et (ai, a2, 03) sont donnés par l'équation (20) ci-après.

[058] Principe de superposition [059] Le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102 utilise le principe de superposition, un principe bien connu dans la physique de l'élasticité linéaire, pour récupérer le déplacement, la déformation et la contrainte à n'importe quel point d'observation P en utilisant les valeurs spécifiques précalculées tirées des simulations linéairement indépendantes. Le principe de superposition stipule qu'une valeur donnée f peut être déterminée par une combinaison linaire de solutions spécifiques.

[060] Dans le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102, la récupération d'une contrainte en champ éloigné implique la récupération des trois paramètres (ai, a2, 0Î3) . En conséquence, le nombre de solutions linéairement indépendantes utilisé est trois. Autrement dit, dans l'équation (14) :

(14) où (αι, a2, 03) sont des nombres réels et σ(ι) (pour i=l à 3) sont trois tenseurs de contraintes distantes linéairement indépendants. Si F est sélectionnée en tant que fonctions de Green de déformation, contrainte ou déplacement, les valeurs résultantes ε, σ, et u, à P peuvent alors être exprimées comme une combinaison de trois solutions spécifiques, comme cela est montré ci-dessous. Ainsi, les champs de déformation, contrainte et déplacement d'une charge tectonique sont une combinaison linéaire des trois solutions spécifiques, et sont donnés par l'équation (15) :

(15) [061] De la même façon, l'utilisation de (ai, a2, a3) permet de récupérer les discontinuités de déplacement sur les failles, comme à l'équation (16) :

(16) et n'importe quelle contrainte en champ éloigné est également donnée sous forme de combinaison des trois paramètres, comme à l'équation (17) :

(17) [062] Estimation de la complexité [063] Le modèle complet est souvent recalculé pour changer Or afin de déterminer les discontinuités de déplacement inconnues correspondantes. Ainsi, à n'importe quel point d'observation P, la contrainte est déterminée comme une superposition de la contrainte en champ éloigné or et du champ de contrainte perturbée dû aux éléments de glissement.

[064] Pour un modèle composé de n éléments triangulaires discontinus, le calcul de l'état de contrainte au point P implique de résoudre les discontinuités de déplacement inconnues sur les éléments triangulaires (dont la complexité est 0(n2)), puis d'exécuter approximativement 350n multiplications en utilisant le procédé standard. En revanche, en utilisant le principe de superposition, les discontinuités de déplacement inconnues sur les éléments triangulaires n'ont pas à être recalculées et un nombre bien inférieur de multiplications (p. ex. 18) est exécuté par le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102. La complexité est indépendante du nombre d'éléments triangulaires dans le modèle et est constante dans le temps.

[065] Certaines applications directes des procédés vont maintenant être décrites, telles que l'évaluation en temps réel de la déformation et du champ de contrainte perturbée quand un utilisateur varie un paramètre de contrainte en champ éloigné. L'estimation de la paléocontrainte en utilisant différents jeux de données 302 est également présentée davantage ci-dessous, tout comme un procédé de récupération de multiples phases tectoniques, et une description de la manière dont l'exemple de procédé peut être utilisé pour le contrôle de qualité durant l'interprétation d'une faille.

[066] Calcul en temps réel 1067] Avant de décrire le procédé d'inversion de paléocontrainte, nous décrivons tout d'abord un autre procédé pour calculer en temps réel la discontinuité de déplacement sur les failles, et les champs de déplacement, déformation et contrainte aux points d'observation alors que l'orientation et/ou la grandeur de la contrainte en champ éloigné est modifiée.

[068] Si la contrainte tectonique oR est donnée et trois solutions indépendantes sont connues, il existe un triplet unique (ai, a2, «3) pour lequel l'équation (17) est satisfaite, et les équations (15) et (16) sont applicables.

[069] Sous forme matricielle, l'équation (17) est écrite dans le format montré à l'équation (18) :

(18) ou, sous forme compacte, comme à l'équation (19) : Ασα = aR (19) [070] Comme les trois solutions particulières ou> sont linéairement indépendantes, le système peut être inversé, ce qui donne l'équation (20) :

(20) [071] A l'équation (20), Ασ 1 est précalculé par le moteur d'initialisation 304. Etant donné une contrainte distante sélectionnée par l'utilisateur, oR, le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102 récupère les trois paramètres (ai, a2, a3) , puis le rejet de faille et les champs de déplacement, déformation et contrainte sont calculés en temps réel en utilisant les équations (16) et (15), respectivement. Pour cela, les trois solutions particulières du déplacement, de la déformation et de la contrainte sont mémorisées à l'initialisation à chaque point d'observation, ainsi que la discontinuité de déplacement sur les failles. Dans une mise en œuvre, l'exemple de moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102 permet à l'utilisateur de modifier l'orientation et la grandeur de oR, et d'afficher interactivement le champ de déformation et de contrainte perturbée associé.

[072] Inversion de la paléocontrainte au moyen des jeux de données [073] Comme on l'a vu plus haut, les principales inconnues dans une modélisation directe de l'estimation de la distribution de rejet sur les failles, et en conséquence du champ de contrainte perturbée associé, sont l'orientation et les grandeurs relatives de la contrainte en champ éloigné oR.

[074] Si les mesures de champ sont connues à certains points d'observation donnés (p. ex. déplacement, déformation et/ou contrainte, orientation des fractures, plans de failles secondaires qui se sont formés au voisinage de failles principales, etc.), il est alors possible de récupérer le triplet (ai, a2, a3) , et en conséquence de récupérer également la contrainte tectonique oR et le régime tectonique correspondant. La section suivante décrit la méthode de résolution et les fonctions de coût utilisées pour minimiser le coût de différents types de jeux de données 302.

[075] Méthode de résolution [076] L'application de la technique de Monte-Carlo permet de trouver les paramètres (ai, 02, a3) , ce qui minimise les fonctions de coût pour trois contraintes en champ éloigné indépendantes données (voir l'équation 15). Toutefois, même si (ai, a2, 03) impliquent un espace paramétrique tridimensionnel, cet espace peut être réduit à deux dimensions (à savoir, aux paramètres Θ et k) , la conversion étant donnée par l'équation (20) et (0,k). (Ooo/ σοι, Ou) -» (ai, a2, a3) , où à l'équation (21) :

(21) (pour une description détaillée, voir aussi la figure 4-3 et l'algorithme 1). En conséquence, le procédé de recherche (p. ex. la recherche de paramètres optimisés) est accéléré en réduisant l'espace paramétrique par une dimension.

[077] Un procédé d'échantillonnage simple peut être mis en œuvre en considérant un domaine rectangulaire bidimensionnel dont les axes correspondent à Θ et k. Le domaine 2D est échantillonné de manière aléatoire avec np points, et la fonction de coût associée (qui est définie dans les sections suivantes) est utilisée pour déterminer le point de coût minimum. Un affinement est alors créé autour du point sélectionné et la procédure est répétée avec un domaine plus petit. L'algorithme (1) illustre une version simplifiée de la procédure, pour laquelle aucun affinement n'existe. L'exemple de procédé d'échantillonnage présenté ici peut être grandement optimisé par diverses techniques.

ALGORITHME (1) : Estimation de la paléocontrainte

Donnée d'entrée : géométrie des failles Donnée d'entrée : jeux de données

Donnée produite : aR // la paléocontrainte estimée Initialiser : calculer 3 simulations en utilisant 3 σ'fp (l<i<3) linéairement indépendants et la géométrie des failles. Mémoriser les champs de déplacement et de contrainte résultants aux points de données, et la discontinuité de déplacement au niveau des failles, le cas échéant.

Soit c= 1 // le coût initial

Soit a = (0,0,0,) // la solution initiale (a)

Pour i = 1 à np Générer aléatoirement Générer aléatoirement k e [—10,10] // Convertir

calculer Rg en utilisant l'équation (6) calculer σΗ(β,fc) en utilisant l'équation (9) calculer a en utilisant l'équation (20) // calculer le coût correspondant d = coût(a,jeu de données) si d< c alors â = a c = d fin fin

Seconde formulation du domaine 2D Monte-Carlo [078] D'autres formulations du domaine 2D Monte-Carlo peuvent être utilisées sans s'écarter de l'étendue des revendications. Par exemple une autre formulation pouvant être utilisée est donnée ci-dessous.

[079] Dans la formulation ci-dessous, Θ est défini par une valeur entre 0 et π, plutôt qu'entre —π/2 et π/2. En outre, 6 = 0 correspond au nord et l'angle est défini dans le sens horaire.

[080] L'équation (2) ci-dessus peut être changée en l'équation (2') :

(2' ) [081] L'équation (3) ci-dessus peut être changée en l'équation (3') suivante, où Re est la matrice de rotation le long de l'axe vertical (sens horaire) avec θε[0,π], :

(3' ) [082] En utilisant la seconde formulation, la définition d'une contrainte régionale a trois inconnues, à savoir (oh — σν), (σΗ — σν), et Θ. En exprimant (2') en utilisant σι, 02 et 03 pour les trois régimes de faille d'Anderson (Anderson, 1905), factorisant avec (03-03) et introduisant le rapport de contraintes, R = (02-03)/(01-03) e[0,l], on aboutit à l'équation (22) suivante :

(22)

Rg pour un régime de faille normale

Rg pour un régime de faille de Wrench Rg pour un régime de faille chevauchante [083] En changeant R en R' comme le montre l'équation (23) ci-dessous, un paramètre de forme de contrainte unique R' est créé pour les trois régimes de faille :

pour un régime de faille normale pour un régime de faille de Wrench, pour un régime de faille chevauchante (23) [084] En omettant le facteur de mise à l'échelle (ox —o3), le tenseur de contraintes régionales en (23) est défini avec seulement deux paramètres, Θ et R' . Cette définition peut être utilisée comme montré ci-dessous pour déterminer (Θ, R' ) en fonction des données utilisées.

[085] En continuant avec la seconde formulation, l'équation (7) ci-dessus n'est pas utilisée. De plus, l'équation 10 est remplacée par l'équation suivante (10') (10')

[087] En outre les équations (13) et (21) sont remplacées par : [086] L'équation (12) devient l'équation (12') comme suit : (12' )

(13') [088] β étant un angle défini par :

[089] En outre, l'algorithme (1) peut être modifié en l'algorithme (1') suivant :

ALGORITHME (1') : Estimation de la paléocontrainte

Donnée produite : oR // la paléocontrainte estimée Initialiser : calculer 3 simulations en utilisant 3 (l<i<3) linéairement indépendants et la géométrie des failles. Mémoriser les champs de déplacement et de contrainte résultants aux points de données, et la discontinuité de déplacement aux failles, le cas échéant.

Soit c = 1 // le coût initial

Soit a = (0,0,0,) // la solution initiale (a) pour i = 1 ànp Générer aléatoirement θ ε [Ο,π] Générer aléatoirement R' E [0,3] // Convertir (0,β')εΐ2 à a G US.3 calculer oR(e,R') en utilisant l'équation (13') calculer a en utilisant l'équation (20) // calculer le coût correspondant d = co\xt(jcc,jeux de données) si d <c alors â = a c = d fin fin

[090] Bien que l'exposé ci-dessus présente une seconde formulation, d'autres formulations peuvent être utilisées sans s'écarter de l'étendue des revendications.

[091] Jeux de données [092] La particularité de ce procédé est que de nombreux types différents de jeux de données 302 peuvent être utilisés pour contraindre l'inversion. Deux groupes de données sont présentés dans les sections suivantes : le premier comporte des informations d'orientation et le second comporte des informations de déplacement et/ou de grandeurs de contraintes.

[093] Sans informations de grandeur fournies par le jeu de données [094] Pour les fractures ouvertes (p. ex. joints, veines, dykes) l'orientation de la normale au plan de fracture indique la direction de la contrainte la moins compressive en 3D (03) . De la même façon, les normales aux couches de dissolution sous pression et stylolithes indiquent la direction de la contrainte la plus compressive (σι). En utilisant les mesures des orientations des fractures, couches de dissolution sous pression, et stylolithes, le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102 peut récupérer le régime tectonique qui a généré de telles caractéristiques.

[095] A n'importe quel point d'observation P, le champ de contrainte perturbée local peut être déterminé d'un point de vue numérique en utilisant trois simulations linéairement indépendantes. La figure 5 montre des plans de fractures et de failles conjuguées, conformément à un ou plusieurs modes de réalisation divulgués. La figure 5A montre l'orientation de σ3 par rapport à une fracture ouverte (joints, veines, dykes) donnée par sa normale n en 3D. La figure 5B est identique à la figure 5A, hormis que l'orientation de σ3 est donnée par rapport à un joint donné par sa normale projetée n (p. ex. sur affleurement) . La figure 5C et la figure 5D montrent la même chose que les figures 5A et 5B mais pour une stylolithe. La figure 5E montre l'orientation de 02 et oi par rapport aux plans de failles conjuguées donnés par l'un de la normale n en 3D et de l'angle de frottement interne Θ. Le but est de déterminer le meilleur ajustement de la contrainte en champ éloigné oR, et en conséquence les paramètres (ai, a2, a3), étant donné certaines orientations de plans de fractures ouvertes pour lesquels les normales coïncident avec les directions de la contrainte la moins compressive o3p à P, ou de manière équivalente pour lesquels le plan de la fracture contient la contrainte la plus compressive (σι), comme à la figure 5A et la figure 5B.

[096] En modifiant (ai, a2, a3) , l'état de contrainte à n'importe quel point d'observation P peut être calculé rapidement en utilisant the trois modèles précalculés. La fonction de coût à minimiser est donnée à l'équation (24) :

(24) où est le produit scalaire, n est la normale à un plan de fracture, et m est le nombre de points d'observation. La minimisation d'une fonction des trois paramètres est exprimée par l'équation (25) :

(25) [097] De la même façon, pour les couches de dissolution sous pression et stylolithes, la fonction de coût est définie comme à l'équation (22) en utilisant la contrainte la moins compressive o3 comme à l'équation (26) (voir la figure 5-3 et la figure 5-4) :

(26) [098] Utilisation des plans de failles secondaires [099] L' orientation des plans de failles secondaires qui se développent au voisinage de failles actives plus importantes peut être estimée en utilisant un critère de défaillance de Coulomb, défini par l'équation (27) : tan(20) = 1/μ (27) où Θ est l'angle des plans de défaillances par rapport à la contrainte compressive principale maximum σι et μ est le coefficient de frottement interne. Deux plans de défaillances conjuguées s'intersectent le long de 02 et l'orientation de la faille est influencée par l'orientation des contraintes principales et la valeur du frottement.

[0100] La fonction de coût est en conséquence définie par l'équation (28) :

(28) où σ i est la direction de la contrainte la plus compressive et 02 est la direction de la contrainte principale intermédiaire. Le premier terme droit de l'équation (26) maintient une orthogonalité entre le 02 calculé et la normale au plan de faille, tandis que le second terme garantit que l'angle entre le σι calculé et le plan de faille est proche de Θ (voir la figure 5-5). Exemple : Faille normale et faille chevauchante [0101] La figure 6 montre un exemple synthétique utilisant une faille plane inclinée comme l'un de deux plans de failles conjuguées sélectionné aléatoirement, conformément à un ou plusieurs modes de réalisation divulgués. L'inclinaison des deux plans de failles conjuguées est présentée pour une configuration de faille normale (la figure 6A) et une configuration de faille chevauchante (figure 6B) . L'azimut de rejet et l'angle de rejet de chaque plan de failles conjuguées sont utilisés pour effectuer l'inversion et l'angle de frottement interne est 0=30. La faille active principale est représentée par le plan rectangulaire incliné 602.

[0102] Initialement, le modèle est contraint par une contrainte en champ éloigné à certains points d'observation 604, où les deux plans conjugués sont calculés en utilisant an angle de frottement interne de 30 degrés. Ensuite, pour chaque point d'observation 604, l'un des plans de failles conjuguées est choisi aléatoirement et utilisé comme données d'entrée pour l'inversion de contrainte.

[0103] La figure 7 montre la fonction de coût de l'exemple synthétique de la figure 6, conformément à un ou plusieurs modes de réalisation. La figure 7A montre la fonction de coût de la faille normale, et la figure 7B montre la fonction de coût de la faille chevauchante. Dans les deux cas, les tenseurs de contraintes régionales, déplacement sur la faille, et plans de failles conjuguées prédits récupérés correspondent bien au modèle synthétique initial.

[0104] Utilisation des striations de faille [0105] Dans le cas des striations de failles, la fonction de coût est définie comme à l'équation (29) : (29)

où dg et d™ représentent respectivement le vecteur de glissement normalisé à partir d'une simulation et le vecteur de glissement mesuré.

[0106] Jeux de données contenant des informations de grandeur [0107] La grandeur des déplacements peut être utilisée pour déterminer l'orientation des contraintes et la grandeur du tenseur de contraintes distantes, plutôt que simplement le rapport de contraintes principal.

[0108] Pour cela, la procédure est semblable à celle décrite précédemment. Toutefois, étant donné les équations (15) et (16), il est évident qu'il existe un paramètre δ pour lequel la discontinuité de déplacement calculée sur les failles et les champs de déplacement, déformation et contrainte aux points d'observation sont gradués linéairement avec la contrainte en champ éloigné imposée. Autrement dit, comme à l'équation (30) :

(30) [0109] Ceci conduit à la propriété suivante : [0110] Propriété 1 : La mise à l'échelle de la contrainte en champ éloigné par δ G9Î met à l'échelle la discontinuité de déplacement sur les failles ainsi que les champs de déplacement, déformation et contrainte aux points d'observation par δ.

[OUI] En utilisant cette propriété, les mesures aux points de données sont globalement normalisées avant tout calcul et le facteur de mise à l'échelle est noté (les simulations sont aussi normalisées, mais le facteur d'échelle est sans importance). Après la résolution du système, les champs de contrainte en champ éloigné, déplacement et contrainte récupérés sont réduits par un facteur de 5m-1.

[0112] Utilisation des données GPS

[0113] Dans le cas d'un jeu de données GPS, la fonction de coût est définie à l'équation (31) :

(31) où uf est l'élévation mesurée normalisée globalement changée au point P depuis l'horizon, et Up est le changement d'élévation calculé normalisé globalement pour un ensemble de paramètres (ai, o<2, 0(3) donné. Le premier terme droit de l'équation (31) représente une minimisation de 11 angle entre les deux vecteurs de déplacement, tandis que le second e représente une minimisation de la différence de la norme.

[0114] Utilisation des données InSAR

[0115] L'utilisation d'un jeu de données InSAR donne lieu à deux possibilités. Soit les vecteurs de déplacement globaux des mesures sont calculés en utilisant le déplacement u le long de la direction de la ligne de visée du satellite S, auquel cas l'équation (32) est utilisée :

(32) et la même procédure qui est utilisée pour les jeux de données GPS (ci-dessus) est appliquée avec le üp, calculé, soit les vecteurs de déplacement calculés sont calculés le long de la ligne de visée du satellite, auquel cas l'équation (33) est utilisée :

(33) où "." est the produit scalaire. La fonction de coût est en conséquence donnée par l'équation (34) :

(34) [0116] Les figures 8, 9 et 10 présentent un exemple synthétique en utilisant un jeu de données InSAR. Plus particulièrement, la figure 8 montre une configuration de modèle montrant les points de données InSAR 802 ainsi que la surface de faille 804, La figure 9 montre une comparaison des franges de la grille InSAR d'origine 902 et de la grille InSAR récupérée 904, et la figure 10 montre un tracé de la surface de coût, en n de Θ (axe x) et k (axe y) , conformément à un ou plusieurs modes de réalisation divulgués. A gauche de la figure est présentée une vue de dessus 1002 du tracé, et à droite de la figure est présentée une vue en perspective frontale 1004 du tracé. La solution de coût minimisée 1006 dans chaque vue est marquée par un petit cercle blanc (1006).

[0117] Pour utiliser un jeu de données InSAR, un modèle direct est exécuté en utilisant un plan de faille 804 et une grille d'observation (figure 8) au niveau de la surface du demi-espace (voir la surface renfermant les points de données 802) . Une direction de satellite est sélectionnée, et pour chaque point d'observation 802, le déplacement le long de la ligne de visée du satellite est calculé. Ensuite, le procédé de modélisation de contraintes et de fractures décrit ici est appliqué en utilisant la seconde forme de la fonction de coût InSAR donnée à l'équation (34). La figure 9 compare 1'interférogramme d'origine 902 (gauche) à 1'interférogramme récupéré 904 (droit). La figure 10 montre combien la surface de coût peut être complexe, même pour un modèle synthétique simple. Dans une mise en œuvre, la surface de coût a été échantillonnée avec 500 000 points de données 802 (nombre de simulations), et a demandé 18 secondes sur un ordinateur portable moyen à processeur de 2 GHz et 2 GB de mémoire vive exécutant Linux Ubuntu version 8.10, 32 bits.

[0118] Utilisation d'un horizon aplani [0119] En utilisant le plan moyen d'un horizon sismique donné (horizon aplani), le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102 calcule d'abord le changement d'élévation de chaque point constituant l'horizon. Ensuite la fonction de coût GPS peut être utilisée, pour laquelle la composante uz est fournie, donnant l'équation (35) :

(35)

Si un pré- ou post-plissement de la zone est constaté, le plan moyen ne peut plus être utilisé comme proxy. En conséquence, une surface d'ajustement lisse et continue qui supprime les déformations de faille tout en maintenant les plis doit être construite. Ensuite, la même procédure que celle pour le plan moyen peut être utilisée pour estimer la paléocontrainte. Dans certaines circonstances et avant la définition de la surface d'ajustement continue, les bruits haute fréquence, tels que les ondulations et bosses de l'horizon d'entrée peuvent être filtrés tout en préservant les déformations naturelles.

[0120] La figure 11 montre les résultats obtenus lors de l'application d'un procédé de modélisation de contraintes et de fractures à un exemple synthétique en utilisant un horizon aplani, conformément à un ou plusieurs modes de réalisation divulgués. La figure 11A présente une configuration de modèle montrant l'horizon 1102 et la surface de faille 1104. La figure 11B montre une comparaison du rejet incliné 1106 (gauche) et du rejet incliné récupéré 1108 (droit). La figure 11C montre une comparaison du glissement horizontal d'origine 1110 (gauche) et du glissement horizontal récupéré 1112 (droit). La figure 11D montre le déplacement vertical d'origine 1114 (gauche) par rapport à l'horizon aplani (gauche) et le déplacement vertical récupéré 1116 (droit) par rapport à l'horizon aplani.

[0121] Comme le montre la figure 11, une faille conformée complexe est initialement contrainte par une contrainte en champ éloigné, et en conséquence glisse pour accepter la contrainte distante. A chaque point d'un plan d'observation entrecoupant la faille, le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102 calcule le vecteur de déplacement résultant et déforme la grille comme il convient. L'inversion se produit alors en utilisant la géométrie de la faille. Après l'aplanissement de la grille déformée, le changement d'élévation de chaque point est utilisé pour contraindre l'inversion et récupérer la contrainte en champ éloigné précédemment imposée ainsi que le glissement de faille et le champ de déplacement. La comparaison des rejets incliné (figure 11B) et rejet horizontal (figure 11C) d'origine et récupéré montre qu'ils concordent bien (même échelle). Une bonne concordance est aussi constatée pour le champ de déplacement au niveau de la grille d'observation (figure 11D) .

[0122] Utilisation d'informations de rejet incliné [0123] Quand des données de rejet incliné. sont utilisées, la fonction de coût est définie comme à l'éauation (36) :

(36) où bem est la grandeur de rejet incliné mesurée pour un élément triangulaire e, et bec est la grandeur de rejet incliné calculée.

[0124] Utilisation des informations disponibles [0125] Le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102 peut combiner les fonctions de coût précédemment décrites pour mieux contraindre l'inversion en utilisant les données disponibles (p. ex. données d'orientation de plan de faille et de fracture, données GPS, données InSAR, données d'horizon aplani, mesures de rejet incliné tirées de la réflexion sismique, striations de faille, etc.)· En outre, les données peuvent être pondérées différemment, et chaque donnée peut aussi prendre en charge un poids pour chaque coordonnée.

[0126] Multiples événements tectoniques [0127] Dans le cas de multiples événements tectoniques, il est possible d'en récupérer les principaux, p. ex. ceux dont le régime tectonique et/ou l'orientation et/ou la grandeur sont notablement différents. L'algorithme 2 ci-dessous présente une façon de déterminer différents événements à partir de l'orientation des fractures (joints, stylolithes, plans de failles conjuguées) mesurée le long des puits de forage.

[0128] Après avoir effectué une première simulation, un coût est attaché à chaque point d'observation pour montrer la fiabilité de la contrainte tectonique récupérée par rapport aux données attachées à ce point d'observation. Un coût de zéro implique une bonne fiabilité, tandis qu'une code de un signifie une fiabilité médiocre. Voir à la figure 7 un exemple de tracé du coût. En sélectionnant des points de données qui sont en dessous d'une valeur limite donnée et en exécutant une autre simulation avec ces points, il est possible d'extraire une valeur de paléocontrainte plus précise. Les points de données restants au-dessus de la valeur limite peuvent alors être utilisés pour exécuter une autre simulation avec l'état de paléocontrainte pour récupérer un autre événement tectonique. Si le graphique du nouveau coût montre des disparités, l'exemple de procédé ci-dessus est répété jusqu'à l'obtention de résultats satisfaisants. Durant la détermination des phases tectoniques, les points d'observation sont classés dans leur événement tectonique respectif. La chronologie des phases tectoniques reste toutefois indéterminée.

ALGORITHME (2) : Détection de multiples événements tectoniques

Donnée d'entrée : e comme seuil d'utilisateur dans [0, 1]

Donnée d'entrée : 5 = toutes les fractures de tous les puits Soit : T = 0 quand S Φ 0 faire

Simulations : calculer le coût pour chaque fracture in S

Si max(coût) < e alors

Détecter un événement tectonique aR pour les fractures dans S si T = 0 alors terminer ou bien S = T T = 0 continuer fin 5 = fractures en dessous de e T+ = fractures au dessus de e fin

[0129] Contrôle de qualité de 1'interprétation sismique [0130] Il peut être utile de disposer d'un contrôle de qualité (QC) pour interpréter les géométries de failles interprétées par interprétation sismique. Les orientations des fractures des puits de forage peuvent être utilisées pour récupérer la contrainte en champ éloigné et les discontinuités de déplacement sur les failles actives. Ensuite, le champ de déplacement calculé est utilisé pour déformer les horizons initialement aplanis. La géométrie des horizons déformés résultants peut être comparée à celles interprétées. Si certaines désadaptations sont clairement identifiées (p. ex. soulèvement interprété et subsidence calculée), il est possible que l'interprétation de la faille soit fausse. Par exemple, une faille interprétée peut pendre dans la mauvaise direction. Un horizon déplissé peut être approximé par son plan moyen comme cela est décrit ci-dessus relativement aux horizons aplanis.

[0131] La figure 12 montre un organigramme d'un procédé 1200 de modélisation de contraintes et de fractures en utilisant le principe de superposition, conformément à un ou plusieurs modes de réalisation divulgués. L'exemple de procédé 1200 peut être exécuté par un matériel ou des combinaisons de matériel et logiciel, par exemple, par l'exemple de moteur de modélisation de contraintes et de fractures.

[0132] Un ou plusieurs modèles de contrainte en champ éloigné linéairement indépendants et un ou plusieurs modèles de pression de discontinuité d'un volume souterrain peuvent être simulés, comme cela est montré en 1202.

[0133] Les valeurs de contrainte, valeurs de déformation, et/ou valeurs de déplacement des points de données dans le volume souterrain peuvent être calculées, sur la base d'une superposition desdits un ou plusieurs modèles de contrainte en champ éloigné linéairement indépendants et desdits un ou plusieurs modèles de pression de discontinuité, comme montré en 1204.

[0134] Un attribut de contrainte du volume souterrain peut être prédit de manière itérative en fonction des valeurs de contrainte, déformation, et/ou déplacement calculées, comme montré en 1206.

[0135] La figure 13 montre un organigramme d'un procédé 1300 de modélisation de contraintes et de fractures en utilisant le principe de superposition, conformément à un ou plusieurs modes de réalisation divulgués. Le procédé 1300 peut être exécuté par un matériel ou des combinaisons de matériel et logiciel, par exemple, par le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102.

[0136] Les géométries des failles pour un volume souterrain peuvent être reçues, comme montré en 1302.

[0137] Au moins un jeu de données associé au volume souterrain peut aussi être reçu, comme montré en 1304.

[0138] Un ou plusieurs (p. ex. trois) modèles de tenseur de contraintes en champ éloigné linéairement indépendants et un ou plusieurs (p. ex. un) modèles de pression de discontinuité peuvent être simulés en temps constant, comme montré en 1306. Le modèle de pression de discontinuité peut être ou inclure un modèle d'une faille, d'un dyke, d'un dôme de sel, d'une chambre magmatique, ou d'une combinaison de ceux-ci.

[0139] Une superposition des trois modèles de tenseur de contraintes en champ éloigné linéairement indépendants et des modèles de pression de discontinuité peut être calculée pour fournir des valeurs de déformation, contrainte, et/ou déplacement calculées, comme montré en 1308.

[0140] Un segment du procédé 1300 post-traitement peut commencer, lequel peut calculer de nombreux résultats en temps réel selon le principe de superposition, comme montré en 1310. Ceci peut impliquer l'inversion desdits un ou plusieurs modèles de contrainte en champ éloigné linéairement indépendants et/ou desdits un ou plusieurs modèles de pression de discontinuité.

[0141] Des paramètres d'optimisation pour chacun des modèles de tenseur de contraintes en champ éloigné linéairement indépendants et pression de faille peuvent être sélectionnés, comme montré en 1312.

[0142] Les valeurs de déformation, contrainte, et/ou déplacement calculées peuvent être mise à l'échelle par les paramètres d'optimisation, comme montré en 1314.

[0143] Un coût associé aux valeurs de déformation, contrainte, et/ou déplacement calculées mises à l'échelle peut être évalué, comme montré en 1316. Si le coût n'est pas satisfaisant, le procédé 1300 revient alors à 1312 pour sélectionner de nouveaux paramètres d'optimisation. Si le coût est satisfaisant, le procédé 1300 continue alors à 1318.

[0144] Les valeurs de déformation, contrainte, et/ou déplacement mises à l'échelle peuvent être appliquées au volume souterrain, p. ex. relativement à une interrogation sur le volume souterrain ou en réponse à un paramètre actualisé relatif au volume souterrain, comme montré en 1318.

[0144] Une interrogation et/ou un paramètre actualisé d'une ou de plusieurs failles concernant le volume souterrain peuvent être reçus, engendrant ou lançant alors la génération des résultats de post-traitement dans la section de résultats en temps réel (1310) , comme montré en 1320.

[0146] D'après la solution d'une dislocation angulaire dans un espace complet ou demi-espace élastique isotrope homogène 3D, la pression à l'intérieur des discontinuités (p. ex. failles, dykes, dômes de sel, chambres magmatiques) et le régime de contrainte régionale (p. ex. l'orientation de la contrainte horizontale principale maximum selon le nord) peuvent être inversés. Le rapport de contraintes peut être défini comme à l'équation (37) : R= (σ2-σ3) / (σι-σ3) (37) [0147] La pression peut être inversée par rapport à la contrainte de cisaillement maximum (01-03) , p. ex. la différence entre une contrainte régionale principale maximum et minimum. L'équation (38) montre la relation entre la pression réelle et la pression inversée normalisée : Ρ = Ρ/0ι-σ3) (38) où p représente la pression réelle et p la pression inversée normalisée.

[0148] Trois discontinuités dimensionnelles composant les cavités, failles, et/ou dômes de sel peuvent être discrétisées en surfaces triangulaires complexes 3D. Pour contraindre l'inversion, au moins une partie des données peut être utilisée et combinée de telle sorte que n'importe quelle orientation de fracture (p. ex. joints, stylolithes) ou ovalisation de puits de forage, données GPS ou InSAR, micoséismicité or mécanismes focaux avec ou sans informations de grandeur, clinomètres, ou assimilés. Quatre résultats de simulation préliminaires aux points de données sont utilisés pour inverser à la fois la pression et la contrainte régionale. La matrice de transformation des quatre solutions et le coefficient linéaire pour une contrainte en champ éloigné donnée est donnée par l'équation (39) :

(39) où σχχ, axy et ayy représentent les paramètres de contrainte régionale pour une simulation i e [0,3] et pour lesquels les champs de contrainte et de déplacement perturbés aux données sont calculés et mémorisés. p0 est une pression (différente de 0) et pour laquelle les champs de contrainte et de déplacement perturbés aux données sont calculés et mémorisés.

[0149] Ainsi, pour une contrainte distante et une pression de faille p données,

les coefficients a = (av a2, a3, a4}r sont calculés à partir de l'équation (39) en utilisant a = A~1aR. La contrainte, la déformation, et/ou le déplacement perturbé à un point P peuvent être donnés par la combinaison linéaire des solutions mémorisées en p en utilisant les mêmes coefficients a. Cela peut servir à trouver le meilleur a, et en conséquence à inverser à la fois la contrainte régionale et la pression en utilisant 1'équation (39) .

[0150] La figure 14 illustre un modèle 1400 montrant des orientations de dykes à partir de l'inversion de la pression à l'intérieur d'un bouchon vertical 1402, conformément à un ou plusieurs modes de réalisation divulgués. Le modèle 1400 figure dans un demi-espace sans frontière rigide. Les lignes minces 1404 représentent l'orientation prédite des dykes, et les lignes épaisses 1406 représentent l'orientation observée des dykes. Le régime de contrainte inversé donne R=0.04 dans le régime de faille normale avec Θ=Ν81Ε comme orientation. La pression inversée normalisée est 1,4. Autrement dit, la pression inversée normalisée est 1,4 fois supérieure à (σι-σ3) .

[0151] La figure 15 illustre un organigramme d'un procédé 1500 de modélisation de contraintes et de fractures en utilisant le principe de superposition, conformément à un ou plusieurs modes de réalisation divulgués. Le procédé 1500 peut inclure la simulation d'un ou de plusieurs (p. ex. trois) modèles de contrainte en champ éloigné linéairement indépendants, d'un ou de plusieurs (p. ex. un) modèles de pression de discontinuité, et d'un ou de plusieurs modèles de dérive de pression de discontinuité pour le volume souterrain, comme en 1502.

[0152] Le ou les modèles de contrainte en champ éloigné linéairement indépendants peuvent inclure des paramètres (Sxx, Sxy, Syy, Szz) d'une ou de plusieurs contraintes en champ éloigné qui sont, linéairement indépendantes. Par exemple, une solution peut inclure la sélection de la première simulation Sxx=l et de l'autre Sij=0. Pour la seconde simulation, l'utilisateur peut sélectionner Sxy=l et l'autre Sij=0. L'utilisateur peut alors sélectionner Syy=l et l'autre Sij=0. Enfin, l'utilisateur peut sélectionner Szz=l et l'autre Sij=0. Ceci peut conduire à la matrice d'identité de A. Le modèle de pression de discontinuité peut inclure la pression à l'intérieur de la discontinuité. Ceci peut être modélisé en utilisant une valeur de frontière initiale non nulle pour le troisième axe de chaque élément triangulaire, lequel est parallèle à la normale de l'élément triangulaire. Le gradient de contrainte en champ éloigné et de pression peut dépendre de la profondeur (z). Le modèle de dérive de pression de discontinuité peut être ou inclure la ou les valeurs de la pression à la profondeur z=0 (p. ex. à la surface de la Terre). Mathématiquement, il peut être représenté comme l'interception y, tandis que la pression proprement dite peut être la pente.

[0153] Lesdits un ou plusieurs modèles de contrainte en champ éloigné linéairement indépendants, un ou plusieurs modèles de pression de discontinuité, et un ou plusieurs modèles de dérive de pression de discontinuité peuvent être générés en utilisant des données capturées par des capteurs dans un puits de forage ou à la surface, comme cela est décrit de manière plus détaillée ci-dessus. Par exemple, les capteurs peuvent faire partie d'un outil de mesure pendant le forage ("MWD") ou d'un outil de diagraphie durant le forage ("LWD") dans le puits, ou les capteurs peuvent être des récepteurs sismiques positionnés à la surface.

[0154] Lesdits un ou plusieurs modèles de contrainte en champ éloigné linéairement indépendants peuvent être ou inclure trois modèles de contrainte en champ éloigné linéairement indépendants basés sur différents jeux de données, chaque jeu de données comportant des données de géométrie de faille, des données d'orientation de fracture, des données d'orientation de stylolithes, des données de plan de faille secondaire, des données de rejet de faille, des données de stries de faille, des données de système de positionnement global (GPS), des données de radar à ouverture synthétique interférométrique (InSAR), des données de télémétrie laser, des données de clinomètres, des données de déplacement d'une faille géologique, des données de grandeur de contrainte de la faille géologique, ou une combinaison de celles-ci. Le modèle de pression de discontinuité peut être ou inclure un modèle d'une faille, d'un dyke, d'un dôme de sel, d'une chambre magmatique, or d'une combinaison de ceux-ci.

[0155] Le procédé 1500 peut aussi inclure le calcul d'une valeur de contrainte, d'une dérive de pression de discontinuité à (ou près de) la surface de la Terre (p. ex. z=0), d'une valeur de déformation, d'une valeur de déplacement, ou d'une combinaison de celles-ci pour des points de données dans le volume souterrain selon une superposition desdits un ou plusieurs modèles de contrainte en champ éloigné linéairement indépendants, desdits un ou plusieurs modèles de pression de discontinuité, et desdits un ou plusieurs modèles de dérive de pression de discontinuité, comme en 1502. La dérive de pression de discontinuité peut se produire à la surface de la Terre, être mesurée à la surface de la Terre, ou les deux.

[0156] Le procédé 1500 peut aussi inclure la prédiction d'un attribut de contrainte du volume souterrain, basée sur la valeur de contrainte calculée, la dérive de pression de discontinuité calculée à la surface de la Terre, la valeur de déformation calculée, la valeur de déplacement calculée, ou la combinaison de celles-ci, comme en 1506. L'attribut de contrainte prédit peut être ou inclure une inversion de contrainte, un champ de contrainte, une valeur de contrainte en champ éloigné, une interpolation de contrainte dans un réservoir faillé complexe, un champ de contrainte perturbée, un rapport de contraintes et son orientation, un ou plusieurs événements tectoniques, une discontinuité de déplacement d'une faille, un rejet de faille, un déplacement estimé, une déformation perturbée, une distribution de rejet sur les failles, un contrôle de qualité des failles interprétées, une prédiction de fracture, une prédiction de propagation de fracture en fonction du champ de contrainte perturbée, le calcul en temps réel des champs de contrainte et déplacement perturbés sans exécuter d'estimation interactive de paramètres, ou une différenciation d'une fracture induite d'une fracture préexistante.

[0157] L'utilisateur peut utiliser l'attribut de contrainte prédit pour modifier une trajectoire d'un puits de forage et/ou planifier l'emplacement d'un nouveau puits (p. ex. pour éviter un déblocage). De plus, le poids sur un trépan forant le puits de forage peut être modifié en réponse à l'attribut de contrainte. De plus, le type ou le débit de boue pompé dans le puits peut être sélectionné ou modifié en réponse à l'attribut de contrainte.

[0158] Le procédé 1500 peut être utilisé pour inverser à la fois le gradient de pression à l'intérieur de discontinuités 3D (lesquelles peuvent représenter des failles, dykes, chambres magmatiques, dômes de sel, etc.), le gradient de régime de contrainte régionale, et la valeur de pression dérivée constante (p. ex. dérive de pression de sel : dite "Sps"). Le procédé 1500 peut étendre les procédés 1200 et 1300 au gradient de pression et de contrainte en champ éloigné (dépendant de la profondeur) et incorporer l'inversion du nouveau paramètre : Sps.

[0159] D'après la solution de dislocation angulaire dans un espace entier ou demi-espace élastique isotrope homogène 3D, il peut être possible d'inverser le gradient de pression à l'intérieur de discontinuités (p. ex. failles, dômes de sel, chambres magmatiques, etc.) et le gradient de régime de contrainte régionale (p. ex. orientation de la contrainte horizontale principale maximum au nord, et les ratios Rh = ah/av et RH=aH/av). Le paramètre SPS peut ne pas dépendre de la profondeur et correspondre plutôt à l'intersection de la fonction linéaire de gradient de pression en fonction de la profondeur avec la surface de la Terre.

[0160] Trois discontinuités dimensionnelles constituant les cavités, failles, et/ou dômes de sel peuvent être discrétisées en surfaces triangulaires 3D complexes. Pour contraindre l'inversion, plusieurs paramètres peuvent être utilisés et combinés ensemble tels que l'orientation des fractures (p. ex. joints, stylolithes, etc.), ovalisation du puits de forage, données gps ou insar, micoséismicité ou mécanismes focaux avec ou sans informations de grandeur, clinomètres, et assimilés.

[0161] Le même principe de superposition que celui utilisé ci-dessus peut être utilisé ici mais l'inversion à la fois de la pression et de la contrainte régionale peut inclure la mémorisation non pas de trois mais de six résultats de simulation préliminaires comme points de données. Dans le procédé 1500, par opposition aux un ou plusieurs autres procédés exposés ci-dessus, les discontinuités peuvent maintenant s'ouvrir ou se fermer en raison des conditions de pression aux frontières, et de ce fait le rapport de contraintes classique ne peut pas être utilisé dans cette situation.

[0162] La matrice de transformation à partir des six solutions et du coefficient linéaire pour une contrainte en champ éloigné donnée peut être donnée par l'équation (40) : [0163]

(40) où I6 représente la matrice d'identité de dimension six, Sps représente une dérive de pression de sel, Pr représente la pression à l'intérieur de discontinuités, et a représente les six coefficients linéaires.

[0164] En conséquence, a peut représenter les paramètres de la contrainte en champ éloigné.

Ainsi, pour une contrainte en champ éloigné donnée

la contrainte, la déformation ou le déplacement perturbé à un point p peut être donné par la combinaison linéaire des solutions mémorisées à p en utilisant les mêmes coefficients a. En utilisant les mêmes fonctions de coût décrites ci-dessus, il est donc possible de trouver un a plus précis et donc d'inverser à la fois pour la contrainte régionale, la pression et la dérive de pression en utilisant l'équation (40).

[0165] Pour tenir compte du gradient de contrainte en champ éloigné et du gradient de pression pour la superposition, un utilisateur peut calculer les six solutions initiales en utilisant le gradient. Le gradient de contrainte en champ éloigné est défini par : σν = Psed9z σΗ = RePsedd2 σΗ ~ RhPsedQ2

La pression et la dérive de pression sont définies par :

Rr = Psel9z Sps = Cst [0166] En normalisant par σν, les résultats peuvent inclure : σν = 1 σΗ = Rh ah — Rh Rr Psel/ Psed

Sps = Cst/av [0167] En conséquence, comme I6 est utilisé, les six solutions initiales pouvant être utilisées pour la superposition sont calculées en utilisant : 1) ai]=0r σχχ = \ζ\, Sps = 0, Pr = 0 2) σί;· = 0, Gxy = \z\, Sps = 0, Pr = 0 3) Gij = 0, ayy = |z|, Sps = 0, Pr = 0 4) σί;· = 0, σζζ = \z\, Sps = 0, Pr = 0 5 ) Oij = 0, Sps — 1, Pr = 0 6) Gij = 0, Sps = 0, Pr — \z\ [0168] La pression à l'intérieur de la discontinuité à la profondeur z peut être donnée par Pz = Sps + Pr\z\.

[0169] Conclusion et perspectives [0170] Le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102 applique la propriété de superposition propre à l'élasticité linéaire pour exécuter un calcul en temps réel des champs de contrainte et déplacement perturbés autour d'une zone faillée complexe, ainsi que la discontinuité de déplacement sur les failles. En outre, la formulation exécutée par le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102 permet une inversion rapide de la paléocontrainte en utilisant de multiples types de données tels qu'orientation des fractures, plans de failles secondaires, GPS, InSAR, rejet de faille et stries de failles. Dans une mise en œuvre, en utilisant l'orientation des fractures et/ou les plans de failles secondaires tirés des puits de forage, le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102 récupère un ou plusieurs événements tectoniques, et le tenseur de contraintes récupéré est donné par l'orientation et le rapport des grandeurs principales. Le moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102 peut être appliqué dans une vaste gamme d'applications, y compris 1'interpolation de contraintes dans un réservoir à failles complexes, la prédiction de fractures, le contrôle de qualité des failles interprétées, le calcul en temps réel de champs de contrainte et de déplacement perturbés tout en procédant à une estimation de paramètres interactive, prédiction de fractures, différenciation de fractures induites des fractures préexistantes, et ainsi de suite.

[0171] Une autre application du moteur de modélisation de contraintes et de fractures 102 est l'évaluation du champ de contrainte perturbée (et donc du ou des événements tectoniques) pour récupérer le "gaz de schiste." En raison de la basse perméabilité matricielle du schiste, les fractures sont utilisées pour assurer une perméabilité pour produire du gaz en quantités commerciales. Ceci est réalisable par fracturation hydraulique pour créer d'importantes fractures artificielles autour des puits de forage.

[0172] Dans certains modes de réalisation, les procédés de la présente invention peuvent être exécutés par un système informatique. La figure 16 illustre un exemple d'un tel système informatique 1600, conformément à certains modes de réalisation. Le système informatique 1600 peut inclure un ordinateur ou système d'ordinateur 1601A, qui peut être un système d'ordinateur individuel 1601A ou un agencement de systèmes d'ordinateurs distribués. Le système d'ordinateur 1601A comporte un ou plusieurs modules d'analyse 1602 qui sont configurés pour exécuter diverses tâches conformément à certains modes de réalisation, tels qu'un un ou plusieurs procédés divulgués ici. Pour exécuter ces diverses tâches, le module d'analyse 1602 exécute indépendamment, ou en coordination avec, un ou plusieurs processeurs 1604, qui est ou sont connectés à un ou plusieurs supports de mémorisation 1606. Le ou les processeurs 1604 sont aussi connectés à une interface réseau 1607 pour permettre au système d'ordinateur 1601A de communiquer sur un réseau de données 1609 avec un ou plusieurs systèmes d'ordinateurs et/ou systèmes informatiques supplémentaires, tels que as 1601B, 1601C, et/ou 1601D (on notera que les systèmes d'ordinateurs 1601B, 1601C et/ou 1601D peuvent partager ou non la même architecture que le système d'ordinateur 1601A, et peuvent être positionnés à différents endroits physiques, p. ex. les systèmes d'ordinateur 1601A et 1601B peuvent être situés dans une installation de traitement, en communication avec un ou plusieurs systèmes d'ordinateurs tels que 1601C et/ou 1601D situés dans un ou plusieurs centres de données, et/ou situés dans des pays ou des continents différents).

[0173] Un processeur peut inclure un microprocesseur, un microcontrôleur, un module ou sous-système de processeur, un circuit intégré programmable, un réseau rediffusé programmable, ou un autre dispositif de commande ou de calcul.

[0174] Les supports de mémorisation 1606 peuvent être mis en œuvre en tant que un ou plusieurs supports de mémorisation lisibles par ordinateur ou lisibles par machine. On notera que bien que dans l'exemple de mode de réalisation de la figure 16 les supports de mémorisation 1606 soient illustrés comme se trouvant au sein du système d'ordinateur 1601A, dans certains modes de réalisation, les supports de mémorisation 1606 peuvent être distribués dans et/ou sur de multiples enceintes internes et/ou externes du système informatique 1601A et/ou des systèmes informatiques supplémentaires. Les supports de mémorisation 1606 peuvent inclure une ou plusieurs formes différentes de mémoire dont des dispositifs de mémoire à semi-conducteur tels que les mémoires vives dynamiques ou statiques (DRAM ou SRAM), les mémoires mortes effaçables et programmables (EPROM), les mémoires mortes effaçables électriquement et programmables (EEPROM) et les mémoires flash, les disques magnétiques tels que les disques durs, disquettes et disques amovibles, d'autres supports magnétiques tels que les bandes magnétiques, les supports optiques tels que les disques compacts (CD) ou les disques vidéo numériques (DVD), les disques BLURAY®, ou d'autres types de mémoire optique, ou d'autres types de dispositifs de mémorisation. On notera que les instructions exposées ci-dessus peuvent être fournies sur un support de mémorisation lisible par ordinateur ou lisible par machine ou bien peuvent être produites sur de multiples supports de mémorisation lisibles par ordinateur ou lisibles par machine distribués dans un grand système comportant éventuellement plusieurs nœuds. Un tel ou de tels supports de mémorisation lisibles par ordinateur ou lisibles par machine est (sont) considérés faire partie d'un article (ou article de fabrication). Un article ou article de fabrication peut se référer à n'importe quel composant unique ou à de multiples composants fabriqués. Le ou les supports de mémorisation peuvent être situés soit dans la machine exécutant les instructions lisibles par machine, soit à un site distant à partir duquel les instructions lisibles par machine peuvent être téléchargées sur un réseau en vue de leur exécution.

[0175] Dans certains modes de réalisation, le système informatique 1600 contient un ou plusieurs modules de prédiction d'attribut de contrainte 1608. Le module de prédiction d'attribut de contrainte 1608 peut être utilisé pour exécuter au moins une partie du procédé 1200, 1300, et/ou 1500.

[0176] On comprendra que le système informatique 1600 n'est qu'un exemple de système informatique, et que le système informatique 1600 peut avoir un nombre plus important ou moins important que celui montré, peut combiner des composants supplémentaires non illustrés dans l'exemple de mode de réalisation de la figure 16, et/ou que le système informatique 1600 peut avoir une configuration ou un agencement différent des composants illustrés à la figure 16. Les divers composants illustrés à la figure 16 peuvent être mis en œuvre sous forme matérielle, logicielle ou une combinaison de matériel et de logiciel, dont un ou plusieurs circuits de traitement de signaux et/ou circuits intégrés spécifiques à l'application.

[0177] De surcroît, les étapes dans les procédés de traitement décrits ici peuvent être mises en œuvre en exécutant un ou plusieurs modules fonctionnels dans un appareil de traitement d'informations tels que des processeurs généraux ou des puces spécifiques à l'application, telles que ASIC, FPGA, PLD, ou autres dispositifs appropriés. Ces modules, combinaisons de ces modules, et/ou leurs combinaisons avec un matériel général sont tous inclus dans l'étendue de protection de 1'invention.

[0178] La description ci-dessus, aux fins de l'explication, a été décrite en référence à des modes de réalisation spécifiques. Toutefois, les exposés illustratifs ci-dessus ne visent pas être exhaustifs ou à limiter l'exposé des formes précises exposées. De nombreuses modifications et variations sont possibles à la lumière des enseignements ci-dessus. De plus, l'ordre dans lequel les éléments des procédés décrits ici sont illustrés et décrits peut être modifié et/ou deux ou plusieurs éléments peuvent se produire simultanément. Les modes de réalisation ont été choisis et décrits pour expliquer au moins certains des principes de 1''invention et ses applications pratiques, pour ainsi permettre à l'homme de métier d'utiliser les procédés et systèmes divulgués et modes de réalisation avec diverses modifications adaptées à l'usage particulier envisagé.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de prédiction d'un attribut de contrainte d'un volume souterrain, comprenant : une capture de données utilisant un capteur, le capteur faisant partie d'un outil de mesure pendant le forage ou d'un outil de diagraphie durant le forage dans un puits de forage; une simulation d'un ou de plusieurs modèles de contrainte en champ éloigné linéairement indépendants, d'un ou de plusieurs modèles de pression de discontinuité, et d'un ou de plusieurs modèles de dérive de pression de discontinuité pour le volume souterrain en utilisant les données capturées; un calcul, en utilisant un processeur, d'une valeur de contrainte, d'une dérive de pression de discontinuité au niveau d'une surface de la Terre, d'une valeur de déformation, d'une valeur de déplacement, ou d'une combinaison de celles-ci pour des points de données dans le volume souterrain sur la base d'une superposition desdits un ou plusieurs modèles de contrainte en champ éloigné linéairement indépendants, desdits un ou plusieurs modèles de pression de discontinuité, et desdits un ou plusieurs modèles de dérive de pression de discontinuité ; et une prédiction de l'attribut de contrainte du volume souterrain, sur la base de la valeur de contrainte calculée, la dérive de pression de discontinuité calculée à la surface de la Terre, la valeur de déformation calculée, la valeur de déplacement calculée, ou la combinaison de celles-ci.
2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre une inversion, au moyen du processeur, desdits un ou plusieurs modèles de contrainte en champ éloigné linéairement indépendants.
3. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre l'inversion, au moyen du processeur, desdits un ou plusieurs modèles de pression de discontinuité.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel lesdits un ou plusieurs modèles de pression de discontinuité sont inversés par rapport à une différence entre une contrainte régionale inversée principale maximum et une contrainte régionale inversée principale minimum.
5. Procédé selon la revendication 3, dans lequel un ou plusieurs modèles de pression de discontinuité sont inversés sur la base au moins en partie d'une dislocation angulaire dans un espace complet élastique isotrope tridimensionnel ou un demi-espace élastique isotrope tridimensionnel.
6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel lesdits un ou plusieurs modèles de pression de discontinuité comprennent un modèle de pression d'une faille, d'un dyke, d'une chambre magmatique, d'un dôme de sel, ou d'une combinaison de ceux-ci.
7. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre une minimisation d'une fonction de coût pour déterminer un ou plusieurs paramètres d'optimisation afin de prédire l'attribut de contrainte.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la prédiction de l'attribut de contrainte du volume souterrain comprend en outre l'application desdits un ou plusieurs paramètres d'optimisation à la valeur de contrainte calculée, la dérive de pression de discontinuité calculée à la surface de la Terre, la valeur de déformation calculée, la valeur de déplacement calculée, ou la combinaison de celles-ci.
9. Procédé selon la revendication 1, dans lequel lesdits un ou plusieurs modèles de contrainte en champ éloigné linéairement indépendants comprennent trois modèles de contrainte en champ éloigné linéairement indépendants qui reposent sur des jeux de données différents, chaque jeu de données comprenant des données de géométrie de faille, des données d'orientation de fractures, des données d'orientation de stylolithes, des données de plans de failles secondaires, des données de rejet de faille, des données de stries de faille, des données de système de positionnement global (GPS), des données de radar à ouverture synthétique interférométrique (InSAR), des données de télémétrie laser, des données de clinomètres, des données de déplacement d'une faille géologique, des données de grandeur de contrainte de la faille géologique, ou une combinaison de celles-ci.
10. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'attribut de contrainte prédit comprend une inversion de contrainte, un champ de contrainte, une valeur de contrainte en champ éloigné, une interpolation de contrainte dans un réservoir faillé complexe, un champ de contrainte perturbée, un rapport de contraintes et son orientation, un ou plusieurs événements tectoniques, une discontinuité de déplacement d'une faille, un rejet de faille, un déplacement estimé, une déformation perturbée, une distribution de rejet sur les failles, un contrôle de qualité des failles interprétées, une prédiction de fracture, une prédiction de propagation de fracture en fonction du champ de contrainte perturbée, un calcul en temps réel des champs de contrainte et déplacement perturbés tout en exécutant une estimation interactive de paramètres, ou une différenciation d'une fracture induite d'une fracture préexistante.
11. Support lisible par ordinateur sur lequel sont mémorisées des instructions qui, à leur exécution par un processeur, sont configurées pour amener le processeur à exécuter des opérations, les opérations comprenant : une simulation d'un ou de plusieurs modèles de contrainte en champ éloigné linéairement indépendants, d'un ou de plusieurs modèles de pression de discontinuité, et d'un ou de plusieurs modèles de dérive de pression de discontinuité pour le volume souterrain en utilisant des données capturées par un capteur faisant partie d'un outil de mesure pendant le forage ou d'un outil de diagraphie durant le forage dans un puits de forage; un calcul, au moyen d'un processeur, d'une valeur de contrainte, d'une dérive de pression de discontinuité a z = 0, d'une valeur de déformation, d’une valeur de déplacement, ou d'une combinaison de celles-ci pour des points de données dans le volume souterrain sur la base d'une superposition desdits un ou plusieurs modèles de contrainte en champ éloigné linéairement indépendants, desdits un ou plusieurs modèles de pression de discontinuité, et desdits un ou plusieurs modèles de dérive de pression de discontinuité ; et une prédiction de l'attribut de contrainte du volume souterrain, sur la base de la valeur de contrainte calculée, la dérive de pression de discontinuité calculée à z = 0, la valeur de déformation calculée, la valeur de déplacement calculée, ou la combinaison de celles-ci.
12. Support lisible par ordinateur selon la revendication 11, dans lequel les opérations comprennent en outre une inversion, au moyen du processeur, desdits un ou plusieurs modèles de contrainte en champ éloigné linéairement indépendants et desdits un ou plusieurs modèles de pression de discontinuité.
13. Support lisible par ordinateur selon la revendication 12, dans lequel lesdits un ou plusieurs modèles de pression de discontinuité sont inversés par rapport à une différence entre une contrainte régionale inversée principale maximum et une contrainte régionale inversée principale minimum.
14. Support lisible par ordinateur selon la revendication 12, dans lequel un ou plusieurs modèles de pression de discontinuité sont inversés sur la base au moins en partie d'une dislocation angulaire dans un espace complet élastique isotrope tridimensionnel ou un demi-espace élastique isotrope tridimensionnel.
15. Support lisible par ordinateur selon la revendication 11, dans lequel lesdits un ou plusieurs modèles de pression de discontinuité comprennent un modèle de pression d'une faille, d'un dyke, d'une chambre magmatique, d'un dôme de sel, ou d'une combinaison de ceux-ci.
16. A système informatique, comprenant : un processeur ; et un système de mémoire comprenant un ou plusieurs supports lisibles par ordinateur non transitoires sur lequel sont mémorisées des instructions qui, à leur exécution par le processeur, sont configurées pour amener le système informatique à exécuter des opérations, les opérations comprenant : une simulation d'un ou de plusieurs modèles de contrainte en champ éloigné linéairement indépendants, d'un ou de plusieurs modèles de pression de discontinuité, et d'un ou de plusieurs modèles de dérive de pression de discontinuité pour le volume souterrain en utilisant des données capturées par un capteur faisant partie d'un outil de mesure pendant le forage ou d'un outil de diagraphie durant le forage dans un puits dé forage; un calcul, au moyen d'un processeur, d'une valeur de contrainte, d'une dérive de pression de discontinuité à z = 0, d'une valeur de déformation, d'une valeur de déplacement, ou d'une combinaison de celles-ci pour des points de données dans le volume souterrain sur la base d'une superposition desdits un ou plusieurs modèles de contrainte en champ éloigné linéairement indépendants, desdits un ou plusieurs modèles de pression de discontinuité, et desdits un ou plusieurs modèles de dérive de pression de discontinuité ; et une prédiction de l'attribut de contrainte du volume souterrain, sur la base de la valeur de contrainte calculée, la dérive de pression de discontinuité calculée à z = 0, la valeur de déformation calculée, la valeur de déplacement calculée, ou la combinaison de celles-ci.
17.. Système informatique selon la revendication 16, dans lequel les opérations comprennent en outre l'inversion, au moyen du processeur, desdits un ou plusieurs modèles de contrainte en champ éloigné linéairement indépendants et desdits un ou plusieurs modèles de pression de discontinuité.
18. Système informatique selon la revendication 17, dans lequel lesdits un ou plusieurs modèles de pression de discontinuité sont inversés par rapport à une différence entre une contrainte régionale inversée principale maximum et une contrainte régionale inversée principale minimum.
19. Système informatique selon la revendication 17, dans lequel un ou plusieurs modèles de pression de discontinuité sont inversés sur la base au moins en partie d'une dislocation angulaire dans un espace complet élastique isotrope tridimensionnel ou un demi-espace élastique isotrope tridimensionnel.
20. Système informatique selon la revendication 16, dans lequel lesdits un ou plusieurs modèles de pression de discontinuité comprennent un modèle de pression d'une faille, d'un dyke, d'une chambre magmatique, d'un dôme de sel, ou d'une combinaison de ceux-ci.