WO2012010790A2 - Procede d'estimation de parametres elastiques par inversion de mesures sismiques 4d - Google Patents

Procede d'estimation de parametres elastiques par inversion de mesures sismiques 4d Download PDF

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    • G01V2210/6242—Elastic parameters, e.g. Young, Lamé or Poisson

Definitions

  • the present invention relates to geophysical methods used to estimate parameters of the subsoil especially in the context of exploration and production of hydrocarbons.
  • first seismic recordings are obtained, initially obtained during a "base survey", for example before the production of a hydrocarbon reservoir, and a "monitor survey” is carried out, for example after a few years of reservoir operation, to obtain second seismic recordings.
  • the seismic recordings (or seismic traces) base and monitor are compared to estimate variations of physical parameters of the geological layers in the explored area.
  • the parameters whose variations are thus estimated may include the density p, the velocity V P of propagation of the pressure waves (P waves) and the velocity V s of propagation of the shear waves (S waves) in the mediums forming the different geological layers of the explored area.
  • P waves pressure waves
  • S waves shear waves
  • lp p ⁇ V P
  • l ⁇ ⁇ ⁇ Vs
  • the comparative analysis of the records includes an inversion to estimate the variations of the parameters in order to get an idea of the saturation levels in the exploited layers.
  • a reversal method that can be used to analyze offsets temporal measurements in the base and monitor seismic traces (depending on the variations in propagation velocities) at the same time as the amplitude changes (depending on the variations in impedances) is described in EP 1 865 340 A1.
  • Another method for analyzing 4D seismic data uses a model-based inversion at one or more wells where logs have been recorded. .
  • the document does not describe the inversion method nor how to parameterize the model.
  • the results of the inversion are then extended away from the well by a statistical method.
  • a correlation calculation is performed to reduce the time mark of the monitor recordings to that of the base records.
  • the method seeks to directly estimate changes in saturation levels and pressure variations in the geological layers.
  • the invention aims to enrich the 4D seismic techniques, in particular by taking them into account geological and dynamic constraints.
  • a method for estimating elastic parameters of a subsoil region comprising:
  • the technique uses a priori geological-dynamic to estimate the 4D parameters at the reservoir scale. This estimate is made along a predefined direction, usually vertical. It may be the direction of a well drilled in the study area or, in some embodiments, a direction chosen arbitrarily without having to be located on a well.
  • the base and monitor seismic traces can be measured by sending seismic waves at normal incidence to layers succeeding one another along said direction and collecting the seismic waves reflected by interfaces between said layers.
  • the method can also be extended to the estimation of shear wave propagation velocities in the permeable layers, while the base and monitor seismic traces are then measured by sending non-normal incidence seismic waves to successive layers along the said direction and collecting the seismic waves reflected by the interfaces between said layers.
  • the elastic parameters whose variations are tested may also include the position, along said direction, of at least one interface delimiting one of said permeable layers.
  • the elastic parameter variations are taken into account in permeable layers along a well drilled in the subsoil.
  • the permeable layers are typically positioned along said direction, which is then the drilling direction of the well, from measurements (logs) made in the well.
  • Another possibility, if the well is in operation, is to define the positions of the permeable layers along the well from perforation positions made in a casing of the well.
  • a reservoir grid is constructed by a geomodelling technique based on structural information derived from seismic records and wells. This grid is filled with the physical properties of the rocks, including permeability and porosity, calibrated on the well data.
  • the reservoir grid can be used to provide the geological a priori exploited in the 4D inversion.
  • the positions of the permeable layers along the aforementioned direction are then defined from the reservoir grid. It should be noted that this makes it possible to implement the method at a well, the values of elastic parameters whose variations are tested being those located along the well in the reservoir grid, but also in the absence of wells. . In the latter case, the permeable layers where the elastic parameters are estimated are those that meet said direction in the reservoir grid. If the resolution of the reservoir grid is too fine, it is possible to aggregate several layers thereof in a single permeable layer taken into account in the 4D inversion.
  • a simulated base seismic trace is computed from a wavelet representative of an incident seismic signal and the values of the elastic parameters measured at the well in the first
  • a simulated monitor seismic trace is calculated from said wavelet and the values of the well-level elastic parameters obtained for the second time, and the difference between the measured seismic trace and the measured base seismic trace is compared. difference between the simulated monitor seismic trace and the simulated base seismic trace.
  • the Variation hypothesis considered as having an optimal capacity, is used for the estimation of the elastic parameters in the second time (monitor).
  • an amplitude disturbance of the measured base seismic trace is estimated as a result of a passage of the elastic parameters at the well of the values measured in the first time to the values obtained for the second time, it is calculated a seismic pseudo-trace by combining one of the measured seismic traces with the estimated amplitude disturbance, and comparing the other one of the seismic traces measured with the calculated seismic pseudo-trace on the same time scale. The result of the comparison can then be used to decide on the estimation of the elastic parameters.
  • the estimate of the amplitude disturbance can use the logs recorded before putting the well into operation (base time). It then comprises the calculation of a simulated base seismic trace from a wavelet representative of an incident seismic signal and the values of the elastic parameters measured at the level of the well in the first step, the calculation of a simulated seismic monitor trace. from said wavelet and values of the elastic parameters at the well obtained for the second time, the simulated base and simulated seismic traces being calculated with the same depth-time conversion law, and a subtraction between the simulated base seismic trace and the simulated monitor seismic trace to obtain the estimated amplitude perturbation.
  • Another approach can be adopted with or without the presence of a well. It consists of estimating an amplitude disturbance of the measured base seismic trace as a result of the variation of the elastic parameters, calculating a seismic pseudo-trace by combining one of the measured seismic traces with the estimated amplitude perturbation, and comparing, on the same time scale, the other seismic traces measured at the calculated seismic pseudo-trace.
  • the amplitude perturbation can be approximated as a function of impedance variations in the permeable layers, deduced from the assumption of variation of the elastic parameters, and of a wavelet representative of an incident seismic signal.
  • the ability of an elastic parameter variation assumption to account for the evolution between the measured base seismic trace and the measured monitor seismic trace is evaluated numerically by returning the trace to the base reference frame. monitor seismic deformed according to the assumptions of variation of the elastic parameters.
  • the measured seismic trace that is combined with the estimated amplitude perturbation for the calculation of the seismic pseudo-trace is then the measured seismic trace, and the combination includes a modification of the time scale of the monitored seismic trace for take into account the variation in seismic wave propagation velocity according to the assumption of variation of elastic parameters, and the obtaining of the seismic pseudo-trace by subtracting the estimated amplitude disturbance from the modified measured seismic trace.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a mode of seismic measurements near a well
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the synthesis of a seismic trace from measurements made in a well (logs);
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the evolution of a basic seismic trace towards a seismic monitor trace as a function of a hypothesis of variation of the density and rate of propagation of the pressure waves in permeable layers along the well;
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a first embodiment of the method for estimating elastic parameters according to the invention.
  • FIGS. 5 and 6 are diagrams illustrating two other embodiments of the method
  • FIG. 7 is a diagram illustrating another mode of acquisition of an exploitable seismic trace in one embodiment of the method.
  • Figure 1 illustrates an oil field where a well 10 has been drilled. This well 10 passes through layers, represented very schematically in FIG. 1, having variable elastic parameters.
  • FIG. 2 shows an example of recording the velocity V P of propagation of the pressure waves and the density p of the rock formations as a function of the depth along the well.
  • a seismic wave source 11 is successively placed at different locations on the surface, or in the sea in the case of an offshore zone, and one or more seismic wave detectors 12 collect the seismic waves from the source 11 which have reflected on the interfaces between the geological layers encountered.
  • FIG. 1 illustrates the particular case where the source 11 and the detector 12 are placed in the immediate vicinity of the well 10 in order to record seismic waves that have propagated vertically along the well with an approximately normal incidence on the interfaces between layers. .
  • the first step consists in converting the logs V P (z), p (z) obtained as a function of the depth in the well in logs V P (t), p (t) expressed as a function of the propagation time of the waves in order to be able to to be convoluted according to (1).
  • the depth-time conversion law used for this is directly deduced from the evolution of the velocity V P along the well.
  • FIG. 4 illustrates a first way to carry out this verification.
  • the left part of FIG. 4 shows the logs V P (t) and p (t) measured as a function of the depth at the base time and converted to be expressed as a function of the propagation time, as well as several hypotheses AVp / Vp, ⁇ / ⁇ of variation of the parameters in the permeable layers 20, 30.
  • a (t) M (t) - B (t). This difference A (t) is compared to the difference
  • ⁇ ( ⁇ ) ⁇ ⁇ ( ⁇ ) - A B (t) between measured base and monitor traces. The difference
  • ⁇ ( ⁇ ) - ⁇ ( ⁇ ) is minimized according to the variation hypotheses ⁇ ⁇ / Vp, ⁇ / ⁇ in order to select the hypothesis that best accounts for the evolution of the seismic trace.
  • the optimization can consist of scanning a large number of assumptions ⁇ ⁇ / Vp, ⁇ / ⁇ and retaining the one that provides the smallest mean value of
  • Another possibility is to select a hypothesis ⁇ / ⁇ / ⁇ ⁇ / ⁇ when the time average of
  • minimization algorithms may be applied, for example genetic algorithms or simulated annealing, which do not require gradient calculation and are not trapped in local minima.
  • FIG. 5 Such an embodiment is illustrated in FIG. 5, where one sees in the left part logs V P (t), p (t) as a function of time and a hypothesis.
  • FIG. 5 also shows a base seismic trace A B (t) measured before the production of the well.
  • This pseudo-trace A ' M (t) is expressed in the time reference of the base time.
  • the time scale must be modified to reduce the pseudotrace in the time reference of the monitor time and thus obtain a second pseudo-trace A " M (t) shown in the right part of Figure 5.
  • the temporal change of scale is performed in order to compensate for the difference between the depth-time conversion law applicable to the base time (curve 15) and the depth-time conversion law applicable to the monitoring time (curve 16).
  • the optimization uses a cost function given by the difference between the measured seismic trace M (t) and the seismic pseudo-trace A " M (t) calculated from the previously described, for example the sum of the squares or the sum of the absolute values of this difference.
  • An advantageous embodiment starts from the measured seismic trace and returns it to the reference frame of the base seismic trace.
  • the cost function intervening in the optimization is then given by the difference between this pseudo-trace A " B (t) and the measured basic seismic trace A B (t).
  • FIG. 6 illustrates an alternative embodiment implementing an approximate method inspired by that of FIG. 5.
  • this method is applicable independently of a well. It is particularly applicable to search for the evolution of the parameters V P , p in geological layers whose positioning along a typically vertical direction is determined according to the reservoir grid determined for the exploitation of the zone considered.
  • the modification A (t) of the basic seismic trace expressed in the base time reference is not calculated from logs measured using formulas (2) and (3) above. It is expressed directly as a function of the impedance variation ⁇ ⁇ / ⁇ ⁇ corresponding to the assumption of variation of the propagation velocity V P and of the density p:
  • the relative amplitude variation ⁇ / ⁇ is approximatively estimated as being proportional to the relative impedance variation ⁇ ⁇ / ⁇ ⁇ , the proportionality coefficient being the amplitude of the ringlet w (t) representing the signal. incident seismic.
  • a second pseudo-trace A " M (t) is computed by time scale change to be compared with the measured seismic trace A M (t), the result of the comparison then serves as a cost function for the
  • the trace 18 represented in dotted line corresponds to the first pseudo-trace A ' M (t) computed without approximation in the manner described with reference to FIG. 5. It can be seen that the pseudo-trace approximated differs slightly from this near the edges of the permeable layers.
  • the speed of propagation of the pressure waves V P and the density p are sufficient to model the propagation of the waves picked up by the detector 12.
  • the method described above is also applicable in the case where an offset exists between the source 1 1 and the detector 12 as shown in FIG. 7.
  • the impedance variation ⁇ / ⁇ occurring in the approximate method illustrated in FIG. 6 also depends on the speed of propagation of the shear waves V ⁇ via the angle ⁇ d. impact of the wave on the interface:
  • V s of propagation of the shear waves in the elastic parameters taken into account in the variation hypotheses.
  • the method thus gives access to estimates of the speed V s .
  • One possibility is to evaluate V P and p in a first step from seismic traces recorded at normal incidence (FIG. 1), and then to make hypotheses of variation of the only parameter V s to realize the optimization according to this parameter in a second step from seismic traces recorded with offset.
  • the method described above in various embodiments takes advantage of geophysical information (seismic traces) and information commonly available to reservoir engineers (the layered modeling of the subsoil). It provides a new mode of analysis of 4D seismic data to take into account information a priori on the geological and dynamic behavior of the study area.

Abstract

Conformément à la technique sismique 4D, une trace sismique base est mesurée en un premier temps dans une région du sous-sol, puis une trace sismique monitor correspondant à la trace sismique base est mesurée en un deuxième temps. Pour interpréter les mesures 4D, on fait des hypothèses de variation de paramètres élastiques dans des couches perméables de positions prédéfinies le long d'une direction entre le premier et le deuxième temps. Les paramètres élastiques incluant la densité (ρ) et la vitesse de propagation des ondes de pression (V P) dans les couches perméables. On évalue numériquement une capacité de chaque hypothèse de variation de paramètres élastiques à rendre compte d'une évolution entre la trace sismique base mesurée et la trace sismique monitor mesurée, et on estime la variation des paramètres élastiques conformément à une hypothèse de capacité optimale.

Description

PROCEDE D'ESTIMATION DE PARAMETRES ELASTIQUES
PAR INVERSION DE MESURES SISMIQUES 4P
[0001] La présente invention concerne les méthodes géophysiques employées pour estimer des paramètres du sous-sol notamment dans le cadre de l'exploration et de la production d'hydrocarbures.
[0002] Elle concerne plus particulièrement les techniques dites de sismique 4D. Dans ces techniques, on dispose de premiers enregistrements sismiques, obtenus dans un premier temps lors d'une campagne de mesures "de base" ("base survey"), par exemple avant la mise en production d'un réservoir d'hydrocarbures, et on procède à une campagne ultérieure de mesures ("monitor survey"), par exemple après quelques années d'exploitation du réservoir, pour obtenir des seconds enregistrements sismiques. Les enregistrements sismiques (ou traces sismiques) base et monitor sont comparés pour estimer des variations de paramètres physiques des couches géologiques dans la zone explorée.
[0003] Les paramètres dont les variations sont ainsi estimées peuvent comprendre la densité p, la vitesse VP de propagation des ondes de pression (ondes P) et la vitesse Vs de propagation des ondes de cisaillement (ondes S) dans les milieux formant les différentes couches géologiques de la zone explorée. On fait souvent référence aux impédances sismiques dans chaque milieu, lp = p χ VP et l§ = ρ χ Vs, qui gouvernent la propagation des ondes P et S dans les couches. Du fait des changements liés à l'exploitation pétrolière, par exemple le remplacement d'huile par de l'eau ou du gaz, les paramètres p, VP, Vs sont modifiés dans certaines couches. Il en résulte des changements d'amplitude dans les enregistrements sismiques, ainsi que des décalages temporels des traces sismiques enregistrées. L'analyse comparative des enregistrements comprend une inversion pour estimer les variations des paramètres afin de se faire une idée des niveaux de saturation dans les couches exploitées. [0004] Une méthode d'inversion utilisable pour analyser les décalages temporels dans les traces sismiques base et monitor (dépendant des variations de vitesses de propagation) en même temps que les changements d'amplitude (dépendant des variations d'impédances) est décrite dans EP 1 865 340 A1 .
[0005] Une technique de sismique 3D, c'est-à-dire basée sur une seule campagne de mesures, prenant en compte des mesures faites dans des puits ("well log") est décrite dans le brevet US 5,798,982. qui mentionne aussi une extension de la technique à la sismique 4D par comparaison de blocs sismiques inversés
[0006] Un autre procédé d'analyse de données sismiques 4D, décrit dans WO 2008/140655 A1 , utilise une inversion à base de modèle ("model-based") au niveau d'un ou plusieurs puits où des logs ont été enregistrés. Le document ne décrit pas la méthode d'inversion ni la manière de paramétrer le modèle. Les résultats de l'inversion sont ensuite étendus en s'éloignant du puits, par une méthode statistique. Un calcul de corrélation est effectué pour ramener le repère de temps des enregistrements monitor sur celui des enregistrements base. Avec le modèle utilisé, la méthode cherche à estimer directement des variations de niveaux de saturation et des variations de pression dans les couches géologiques.
[0007] L'invention vise à enrichir les techniques de sismique 4D, notamment en leur faisant prendre en compte des contraintes géologiques et dynamiques.
[0008] Il est proposé un procédé d'estimation de paramètres élastiques d'une région du sous-sol, comprenant:
- mesurer au moins une trace sismique base en un premier temps;
- mesurer, en un deuxième temps, au moins une trace sismique monitor correspondant à la trace sismique base;
- faire des hypothèses de variation de paramètres élastiques dans des couches perméables de positions prédéfinies le long d'une direction entre le premier et le deuxième temps, les paramètres élastiques incluant la densité et la vitesse de propagation des ondes de pression dans chacune desdites couches perméables; - évaluer numériquement une capacité de chaque hypothèse de variation de paramètres élastiques à rendre compte d'une évolution entre la trace sismique base mesurée et la trace sismique monitor mesurée;
- estimer la variation des paramètres élastiques conformément à une hypothèse ayant une capacité évaluée optimale.
[0009] La technique utilise un a priori géologique-dynamique pour estimer les paramètres 4D à l'échelle réservoir. Cette estimation est effectuée le long d'une direction prédéfinie, en général verticale. Il peut s'agir de la direction d'un puits foré dans la zone étudiée ou, dans certaines réalisations, d'une direction choisie arbitrairement sans avoir à être localisée sur un puits.
[0010] Lorsque les vitesses de propagation qu'il s'agit d'estimer se limitent à la vitesse de propagation des ondes de pression VP, les traces sismiques base et monitor peuvent être mesurées en envoyant des ondes sismiques sous incidence normale vers des couches se succédant le long de ladite direction et en recueillant les ondes sismiques réfléchies par des interfaces entre lesdites couches. La méthode peut aussi s'étendre à l'estimation des vitesses de propagation des ondes de cisaillement dans les couches perméables, les traces sismiques base et monitor étant alors mesurées en envoyant des ondes sismiques sous incidence non normale vers des couches se succédant le long de ladite direction et en recueillant les ondes sismiques réfléchies par les interfaces entre lesdites couches. Les paramètres élastiques dont on teste les variations peuvent aussi inclure la position, le long de ladite direction, d'au moins une interface délimitant l'une desdites couches perméables.
[0011] Dans un mode de réalisation du procédé, les variations de paramètres élastiques sont prises en compte dans des couches perméables le long d'un puits foré dans le sous-sol. Les couches perméables sont typiquement positionnées le long de ladite direction, qui est alors la direction de forage du puits, à partir de mesures (logs) effectuées dans le puits. Une autre possibilité, si le puits est en exploitation, est de définir les positions des couches perméables le long du puits à partir de positions de percements réalisés dans un tubage du puits. [0012] Pour un puits en exploitation, il est courant d'avoir à disposition une grille réservoir servant aux ingénieurs réservoir pour prévoir la production. Une grille réservoir est construite par une technique de géomodélisation à partir d'informations structurales dérivées des enregistrements sismiques et des puits. Cette grille est remplie avec les propriétés physiques des roches, notamment la perméabilité et la porosité, calibrées sur les données de puits. Typiquement, un certain nombre de puits sont forés dans la zone mise en exploitation, et les données issues des logs sont interpolées entre puits pour établir une première grille qui est ensuite affinée à l'aide des enregistrements sismiques. Dans le contexte de la présente invention, la grille réservoir peut être utilisée pour fournir l'a priori géologique exploité dans l'inversion 4D.
[0013] Les positions des couches perméables le long de la direction précitée sont alors définies à partir de la grille réservoir. Il est à noter que ceci permet de mettre en œuvre le procédé au niveau d'un puits, les valeurs de paramètres élastiques dont les variations sont testées étant celles localisées le long du puits dans la grille réservoir, mais aussi en l'absence de puits. Dans ce dernier cas, les couches perméables où les paramètres élastiques sont estimés sont celles que rencontre ladite direction dans la grille réservoir. Si la résolution de la grille réservoir est trop fine, il est possible d'agréger plusieurs couches de celle-ci dans une seule couche perméable prise en compte dans l'inversion 4D.
[0014] Un certain nombre d'approches sont possibles pour l'évaluation numérique de la capacité d'une hypothèse de variation de paramètres élastiques à rendre compte de l'évolution entre la trace sismique base mesurée et la trace sismique monitor mesurée.
[0015] Lorsque les paramètres élastiques sont estimés le long d'un puits, on peut obtenir, pour chaque hypothèse de variation, des valeurs des paramètres élastiques au niveau du puits pour le deuxième temps à partir de valeurs des paramètres élastiques mesurées au niveau du puits dans le premier temps (logs). Selon une approche, on calcule une trace sismique base simulée à partir d'une ondelette représentative d'un signal sismique incident et des valeurs des paramètres élastiques mesurées au niveau du puits dans le premier temps, on calcule une trace sismique monitor simulée à partir de ladite ondelette et des valeurs des paramètres élastiques au niveau du puits obtenues pour le deuxième temps, et on compare la différence entre la trace sismique monitor mesurée et la trace sismique base mesurée à la différence entre la trace sismique monitor simulée et la trace sismique base simulée. Si la comparaison révèle qu'une condition prédéterminée est remplie (par exemple, la différence entre les deux différences de trace est au-dessous d'un seuil, ou est la plus basse observée pour un ensemble d'hypothèses de variation testées), l'hypothèse de variation, considérée comme ayant une capacité optimale, est retenue pour l'estimation des paramètres élastiques dans le deuxième temps (monitor).
[0016] Dans une autre approche, on estime une perturbation en amplitude de la trace sismique base mesurée par suite d'un passage des paramètres élastiques au niveau du puits des valeurs mesurées dans le premier temps aux valeurs obtenues pour le deuxième temps, on calcule une pseudo-trace sismique en combinant l'une des traces sismiques mesurées avec la perturbation en amplitude estimée, et on compare, sur une même échelle de temps, l'autre des traces sismiques mesurées à la pseudo-trace sismique calculée. Le résultat de la comparaison peut alors être exploité pour décider de l'estimation des paramètres élastiques.
[0017] L'estimation de la perturbation en amplitude peut utiliser les logs enregistrés avant mise en exploitation du puits (temps base). Elle comprend alors le calcul d'une trace sismique base simulée à partir d'une ondelette représentative d'un signal sismique incident et des valeurs des paramètres élastiques mesurées au niveau du puits dans le premier temps, le calcul d'une trace sismique monitor simulée à partir de ladite ondelette et des valeurs des paramètres élastiques au niveau du puits obtenues pour le deuxième temps, les traces sismiques base et monitor simulées étant calculées avec une même loi de conversion profondeur-temps, et une soustraction entre la trace sismique base simulée et la trace sismique monitor simulée pour obtenir la perturbation en amplitude estimée.
[0018] Une autre approche encore peut être adoptée avec ou sans la présence d'un puits. Elle consiste à estimer une perturbation en amplitude de la trace sismique base mesurée par suite de la variation des paramètres élastiques, à calculer une pseudo-trace sismique en combinant l'une des traces sismiques mesurées avec la perturbation en amplitude estimée, et à comparer, sur une même échelle de temps, l'autre des traces sismiques mesurées à la pseudo-trace sismique calculée. La perturbation en amplitude peut être estimée de manière approchée en fonction de variations d'impédance dans les couches perméables, déduites de l'hypothèse de variation des paramètres élastiques, et d'une ondelette représentative d'un signal sismique incident. [0019] Dans un mode de réalisation, la capacité d'une hypothèse de variation de paramètres élastiques à rendre compte de l'évolution entre la trace sismique base mesurée et la trace sismique monitor mesurée est évaluée numériquement en ramenant dans le référentiel base la trace sismique monitor déformée en fonction des hypothèses de variation des paramètres élastiques. La trace sismique mesurée qu'on combine avec la perturbation en amplitude estimée pour le calcul de la pseudo-trace sismique est alors la trace sismique monitor mesurée, et la combinaison comprend une modification de l'échelle de temps de la trace sismique monitor mesurée pour tenir compte de la variation de vitesse de propagation des ondes sismiques conforme à l'hypothèse de variation de paramètres élastiques, et l'obtention de la pseudo-trace sismique en soustrayant la perturbation en amplitude estimée de la trace sismique monitor mesurée modifiée.
[0020] D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'un exemple de réalisation non limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est un schéma illustrant un mode de mesures sismiques à proximité d'un puits;
- la figure 2 est un diagramme illustrant la synthèse d'une trace sismique à partir de mesures effectuées dans un puits (logs);
- la figure 3 est un diagramme illustrant l'évolution d'une trace sismique base vers une trace sismique monitor en fonction d'une hypothèse de variation de la densité et de la vitesse de propagation des ondes de pression dans des couches perméables le long du puits;
- la figure 4 est un diagramme illustrant un premier mode de réalisation du procédé d'estimation de paramètres élastiques selon l'invention;
- les figures 5 et 6 sont des diagrammes illustrant deux autres modes de réalisation du procédé;
- la figure 7 est un schéma illustrant un autre mode d'acquisition d'une trace sismique exploitable dans une réalisation du procédé.
[0021] La figure 1 illustre une zone d'exploitation pétrolière où un puits 10 a été foré. Ce puits 10 traverse des couches, représentées très schématiquement sur la figure 1 , ayant des paramètres élastiques variables.
[0022] Avant la mise en place du tubage du puits, un certain nombre de mesures (logs) ont été réalisées dans celui-ci afin de connaître, avec une résolution de l'ordre de quelques dizaines de centimètres, les valeurs de différents paramètres physiques des roches traversées par le puits. Ces paramètres incluent notamment la porosité, la perméabilité, la densité et la vitesse de propagation des ondes de pression. La partie gauche de la figure 2 montre un exemple d'enregistrement de la vitesse VP de propagation des ondes de pression et de la densité p des formations rocheuses en fonction de la profondeur le long du puits.
[0023] Lors d'une campagne de mesures sismiques dans la région considérée, une source d'ondes sismiques 1 1 est successivement placée à différents endroits en surface, ou dans la mer dans le cas d'une zone offshore, et un ou plusieurs détecteurs d'ondes sismiques 12 recueillent les ondes sismiques provenant de la source 1 1 qui se sont réfléchies sur les interfaces entre les couches géologiques rencontrées. La figure 1 illustre le cas particulier où la source 1 1 et le détecteur 12 sont placés à proximité immédiate du puits 10 afin d'enregistrer des ondes sismiques qui se sont propagées verticalement le long du puits avec une incidence approximativement normale sur les interfaces entre couches.
[0024] Dans cette configuration, l'amplitude du signal sismique recueilli par le détecteur 12 est modélisable par une convolution de l'impédance sismique lp = pxVp relative aux ondes de pression avec une ondelette w(t) représentant la forme d'onde du signal émis par la source 1 1 :
Â(t) =∑p(x).VP (x).w(t - x) = lP (t) * w(t) (1 ) τ [0025] Cette modélisation est illustrée par la figure 2 où la première étape consiste à convertir les logs VP(z), p(z) obtenus en fonction de la profondeur dans le puits en logs VP(t), p(t) exprimés en fonction du temps de propagation des ondes pour pouvoir être convolués selon (1 ). La loi de conversion profondeur-temps utilisée pour cela est directement déduite de l'évolution de la vitesse VP le long du puits. La convolution de l'impédance lP = pxVP par l'ondelette W(t) permet de synthétiser une trace sismique Â(t) représentée en partie droite de la figure 2.
[0026] En général, on peut disposer du profil des paramètres VP et p le long du puits à l'aide des logs initialement effectués, c'est-à-dire dans le temps base. Mais dans le temps monitor de la sismique 4D (typiquement quelques années après le temps base), on n'accède plus à la paroi du puits pour pouvoir y mesurer les valeurs de VP et p qui ont pu évoluer en raison de l'exploitation.
[0027] Cependant, on est capable de formuler des hypothèses sur les variations AVP et Δρ des paramètres entre le temps base et le temps monitor et de tester la capacité de ces hypothèses de variation à rendre compte des modifications des traces sismiques enregistrées dans des conditions semblables au temps base et au temps monitor. Il est commode d'exprimer ces variations de paramètres de manière relative, c'est-à-dire sous la forme AVp/Vp et Δρ/ρ. [0028] En général, ce sont dans les couches perméables rencontrées le long du puits que les paramètres VP et p auront évolué de la manière la plus significative car c'est dans ces couches que l'huile extraite du sous-sol s'écoule lors de l'exploitation. Sur la partie gauche de la figure 3, on a représenté deux couches perméables 20, 30 dans lesquelles la vitesse VP et la densité p ont pu évoluer entre le temps base et le temps monitor, une hypothèse de variation AVp/Vp et Δρ/ρ étant indiquée dans ces couches (en pratique, le nombre de ces couches est bien supérieur à 2). On est alors capable de synthétiser une trace sismique base simulée ÂB(t) et une trace sismique monitor simulée
ÂM(t) :
ÂB (t) =∑P(x).VP (x).w(t - x) (2) τ
ÂM (t) =∑[ρ(τ) + Δρ(τ)].[νΡ (τ) + AVP (x)].w(t - x)
τ
=∑ p(x).VP (x).[1 + ^ (x)].[1 + ^ (x)].w(t - x) (3) [0029] Le changement de la densité p et de la vitesse VP consécutif à la production pétrolière a deux effets sur la modélisation :
- un changement dans la relation profondeur-temps utilisée pour la conversion des logs p(z) -> p(t) et VP(z) -> VP(t);
- un changement d'amplitude dû au changement d'impédance comme l'indique la formule (3) ci-dessus.
[0030] À partir de ces expressions (2) et (3), on peut vérifier si l'hypothèse de variation AVP/VP et Δρ/ρ rend bien compte de l'évolution observée entre deux traces sismiques AB(t), AM(t) successivement mesurées au temps base et au temps monitor. [0031] La figure 4 illustre une première manière de procéder à cette vérification. La partie gauche de la figure 4 montre les logs VP(t) et p(t) mesurés en fonction de la profondeur au temps base et convertis pour être exprimés en fonction du temps de propagation, ainsi que plusieurs hypothèses AVp/Vp, Δρ/ρ de variation des paramètres dans les couches perméables 20, 30.
[0032] Par le mécanisme illustré par la figure 3, on obtient des traces sismiques simulées base et monitor ÂB(t), ÂM(t), puis on calcule leur différence
AÂ(t) = ÂM(t) - ÂB(t). Cette différence AÂ(t) est comparée à la différence
ΔΑ(ΐ) = ΔΑΜ(ΐ) - AB(t) entre les traces base et monitor mesurées. La différence
ΔΑ(ΐ) - ΔΑ(ΐ) est minimisée en fonction des hypothèses de variation ΔΝ ρ/Vp, Δρ/ρ afin de sélectionner l'hypothèse qui rend compte au mieux de l'évolution de la trace sismique. L'optimisation peut consister à balayer un grand nombre d'hypothèses ΔΝ ρ/Vp, Δρ/ρ et à retenir celle qui fournit la plus petite valeur moyenne de |ΔΑ(ΐ) - ΔΑ(ΐ)| ou [ΔΑ(ΐ) - ΔΑ(ΐ)]2, ou qui minimise une autre mesure de distance entre ΔΑ(ΐ) et ΔΑ(ΐ). Une autre possibilité est de sélectionner une hypothèse ΔΝ/ρΛ/ρ Δρ/ρ dès lors que la moyenne temporelle de |ΔΑ(ΐ) - ΔΑ(ΐ)| est inférieure à un seuil prédéfini.
[0033] Divers algorithmes de minimisation peuvent être appliqués, par exemple des algorithmes génétiques ou de recuit simulé, qui ne nécessitent pas de calcul de gradients et ne se trouvent pas piégés dans des minima locaux.
[0034] La fonction coût |ΔΑ-ΔΑ| n'est pas nécessairement la meilleure pour réaliser l'optimisation dans la mesure où la trace base synthétique a souvent une allure assez différente de la trace base mesurée. En pratique, il est souvent plus approprié de transformer l'une des traces mesurées dans le référentiel de l'autre trace pour chaque hypothèse de variation avant de procéder à un calcul de distance entre ces deux traces.
[0035] Un tel mode de réalisation est illustré par la figure 5, où on voit en partie gauche des logs VP(t), p(t) en fonction du temps et une hypothèse
ΔΝ/ρΛ/ρ, Δρ/ρ de variation des paramètres dans les couches perméables 20, 30. La figure 5 montre également une trace sismique base AB(t) mesurée avant la mise en production du puits.
[0036] A partir des logs VP(z) et p(z) et des hypothèses de variation ΔΝ/ρΛ/ρ, Δρ/ρ, une trace synthétique base ÂB(t) et une trace synthétique monitor base ÂM(t) sont calculées en appliquant les formules (2) et (3) ci- dessus. Toutefois, avant d'appliquer la formule (3), on utilise la loi de conversion profondeur-temps applicable au temps base (courbe 15 sur le diagramme z, t de la figure 5) pour convertir les valeurs VP(z).[1 + ^^- (z)] ,
Vp p(z).[1 +— (z)] exprimées en fonction de la profondeur en valeurs
P VP(t).[1 + ^^-(t)] , p(t).[1 +— (t)] exprimées en fonction du temps de
VP p
propagation. La différence AÂ(t) = ÂM(t) - ÂB(t) entre les deux traces synthétiques est alors calculée dans le référentiel temporel de la base. Cette différence AÂ(t) est alors ajoutée à la trace sismique base mesurée AB(t) pour obtenir une première pseudo-trace monitor A'M(t) représentée sur la figure 5: A'M(t) = AB(t) + AÂ(t).
[0037] Cette pseudo-trace A'M(t) est exprimée dans le référentiel temporel du temps base. L'échelle de temps doit être modifiée pour ramener la pseudotrace dans le référentiel temporel du temps monitor et obtenir ainsi une deuxième pseudo-trace A"M(t) représentée en partie droite de la figure 5. Le changement d'échelle temporelle est effectué de manière à compenser la différence entre la loi de conversion profondeur-temps applicable au temps base (courbe 15) et la loi de conversion profondeur-temps applicable au temps monitor (courbe 16).
[0038] Dans le mode de réalisation de la figure 5, l'optimisation utilise une fonction coût donnée par la différence entre la trace sismique monitor mesurée AM(t) et la pseudo-trace sismique A"M(t) calculée de la manière précédemment décrite, par exemple la somme des carrés ou la somme des valeurs absolues de cette différence.
[0039] Il doit être observé qu'il existe plusieurs manières de ramener l'une des traces dans le référentiel de l'autre en tenant compte d'une hypothèse de variation des paramètres afin de réaliser l'optimisation. Un mode de réalisation avantageux part de la trace sismique monitor mesurée pour la ramener dans le référentiel de la trace sismique base. En particulier, on peut commencer par modifier l'échelle temporelle de la trace sismique monitor mesurée AM(t) pour la ramener à l'échelle applicable au temps base (compensation de la différence entre les courbes 15 et 16). Ensuite, on soustrait de la pseudo-trace obtenue la différence AÂ(t) calculée comme précédemment pour obtenir une pseudo trace A"B(t) exprimée dans le référentiel temporel associé au temps base. La fonction coût intervenant dans l'optimisation est alors donnée par la différence entre cette pseudo-trace A"B(t) et la trace sismique base mesurée AB(t).
[0040] La figure 6 illustre une variante de réalisation mettant en œuvre une méthode approchée inspirée de celle de la figure 5. Dans cette méthode approchée, il n'est pas pris en considération de log mesuré. En conséquence, cette méthode est applicable indépendamment d'un puits. Elle est notamment applicable pour rechercher l'évolution des paramètres VP, p dans des couches géologiques dont le positionnement le long d'une direction typiquement verticale est déterminé en fonction de la grille réservoir déterminée pour l'exploitation de la zone considérée.
[0041] Dans la méthode illustrée par la figure 6, la modification AÂ(t) de la trace sismique base exprimée dans le référentiel du temps base n'est pas calculée à partir de logs mesurés à l'aide des formules (2) et (3) ci-dessus. Elle est exprimée directement en fonction de la variation d'impédance ΔΙΡ/ΙΡ correspondant à l'hypothèse de variation de la vitesse de propagation VP et de la densité p:
AIP/lP « AVP/VP + Ap/p (4)
[0042] La variation relative d'amplitude ΔΑ/Α est estimée de manière approchée comme étant proportionnelle à la variation relative d'impédance ΔΙΡ/ΙΡ, le coefficient de proportionnalité étant l'amplitude de rondelette w(t) représentant le signal sismique incident.
[0043] A partir de la perturbation ΔΑ(ΐ) calculée de manière approximative, la méthode illustrée par la figure 6 poursuit en calculant une première pseudotrace monitor A'M(t) = AB(t) + ΔΑ(ΐ). Comme dans la méthode illustrée par la figure 5, une deuxième pseudo-trace A"M(t) est calculée par changement d'échelle temporelle pour être comparée à la trace sismique monitor mesurée AM(t). Le résultat de la comparaison sert alors de fonction coût pour l'optimisation. [0044] Sur la figure 6, la trace 18 représentée en pointillés correspond à la première pseudo-trace A'M(t) calculée sans approximation de la manière décrite en référence à la figure 5. On voit que la pseudo-trace approchée diffère légèrement de celle-ci auprès des bords des couches perméables.
[0045] Dans le cas où les ondes sismiques sont envoyées sous incidence normale vers les couches étudiées et sont recueillies sans décalage latéral (offset) significatif entre la source 1 1 et le détecteur 12, la vitesse de propagation des ondes de pression VP et la densité p suffisent à modéliser la propagation des ondes captées par le détecteur 12.
[0046] Le procédé décrit ci-dessus est également applicable dans le cas où un offset existe entre la source 1 1 et le détecteur 12 comme représenté sur la figure 7.
[0047] Dans ce dernier cas, la variation d'impédance ΔΙρ/Ιρ intervenant dans la méthode approchée illustrée par la figure 6 dépend également de la vitesse de propagation des ondes de cisaillement V§ par l'intermédiaire de l'angle Θ d'incidence de l'onde sur l'interface:
ΔΙρ/Ιρ = Δρ/ρ + [AVp/Vp]/cos20 - (2VS/VP)2.[2AVS/VS + Δρ/ρ].είη2θ (5)
[0048] On voit alors qu'il est possible d'inclure la vitesse Vs de propagation des ondes de cisaillement dans les paramètres élastiques pris en compte dans les hypothèses de variation. Le procédé donne donc accès à des estimations de la vitesse Vs. Une possibilité est d'évaluer VP et p dans une première étape à partir de traces sismiques enregistrées sous incidence normale (figure 1 ), et de faire ensuite des hypothèses de variation du seul paramètres Vs pour réaliser l'optimisation en fonction de ce paramètre dans une deuxième étape à partir de traces sismiques enregistrées avec offset. [0049] Le procédé décrit ci-dessus dans différents modes de réalisation tire parti d'informations géophysiques (les traces sismiques) et d'information communément disponibles aux ingénieurs réservoirs (la modélisation en couches du sous-sol). Elle procure un nouveau mode d'analyse des données sismiques 4D permettant de prendre en compte des informations a priori sur le comportement géologique et dynamique de la zone étudiée.
[0050] On comprendra que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui ont été décrits ci-dessus, de nombreuses variantes pouvant être conçues sans sortir de la portée définie par les revendications jointes.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1 . Procédé d'estimation de paramètres élastiques d'une région du sous-sol, comprenant:
- mesurer au moins une trace sismique base en un premier temps;
- mesurer, en un deuxième temps, au moins une trace sismique monitor correspondant à la trace sismique base;
- faire des hypothèses de variation de paramètres élastiques dans des couches perméables de positions prédéfinies le long d'une direction entre le premier et le deuxième temps, les paramètres élastiques incluant la densité (p) et la vitesse de propagation des ondes de pression (VP) dans chacune desdites couches perméables;
- évaluer numériquement une capacité de chaque hypothèse de variation de paramètres élastiques à rendre compte d'une évolution entre la trace sismique base mesurée et la trace sismique monitor mesurée;
- estimer la variation des paramètres élastiques conformément à une hypothèse ayant une capacité évaluée optimale.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel les traces sismiques base et monitor sont mesurées en envoyant des ondes sismiques sous incidence normale vers des couches se succédant le long de ladite direction et en recueillant les ondes sismiques réfléchies par des interfaces entre lesdites couches.
3. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel les traces sismiques base et monitor sont mesurées en envoyant des ondes sismiques sous incidence non normale vers des couches se succédant le long de ladite direction et en recueillant les ondes sismiques réfléchies par les interfaces entre lesdites couches, et dans lequel les paramètres élastiques incluent en outre la vitesse de propagation des ondes de cisaillement (Vs) dans les couches perméables le long de ladite direction.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les paramètres élastiques incluent en outre la position, le long de ladite direction, d'au moins une interface délimitant l'une desdites couches perméables.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les variations de paramètres élastiques sont prises en compte dans des couches perméables le long d'un puits (10) foré dans le sous-sol.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel les positions des couches perméables le long du puits (10) sont définies à partir de mesures effectuées dans le puits.
7. Procédé selon la revendication 5, dans lequel les positions des couches perméables le long du puits (10) sont définies à partir de positions de percements réalisés dans un tubage du puits.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel l'évaluation numérique de la capacité d'une hypothèse de variation de paramètres élastiques à rendre compte de l'évolution entre la trace sismique base mesurée et la trace sismique monitor mesurée comprend:
- calculer une trace sismique base simulée à partir d'une ondelette représentative d'un signal sismique incident et de valeurs des paramètres élastiques mesurées au niveau du puits (10) dans le premier temps;
- obtenir des valeurs des paramètres élastiques au niveau du puits pour le deuxième temps à partir des valeurs mesurées au niveau du puits dans le premier temps et de ladite hypothèse de variation;
- calculer une trace sismique monitor simulée à partir de ladite ondelette et des valeurs des paramètres élastiques au niveau du puits obtenues pour le deuxième temps; et
- comparer la différence entre la trace sismique monitor mesurée et la trace sismique base mesurée à la différence entre la trace sismique monitor simulée et la trace sismique base simulée.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel l'évaluation numérique de la capacité d'une hypothèse de variation de paramètres élastiques à rendre compte de l'évolution entre la trace sismique base mesurée et la trace sismique monitor mesurée comprend:
- obtenir des valeurs des paramètres élastiques au niveau du puits (10) pour le deuxième temps à partir de valeurs des paramètres élastiques mesurées au niveau du puits dans le premier temps et de ladite hypothèse de variation;
- estimer une perturbation en amplitude de la trace sismique base mesurée par suite d'un passage des paramètres élastiques au niveau du puits des valeurs mesurées dans le premier temps aux valeurs obtenues pour le deuxième temps;
- calculer une pseudo-trace sismique en combinant l'une des traces sismiques mesurées avec la perturbation en amplitude estimée; et - comparer, sur une même échelle de temps, l'autre des traces sismiques mesurées à la pseudo-trace sismique calculée.
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel l'estimation de la perturbation en amplitude comprend:
- calculer une trace sismique base simulée à partir d'une ondelette représentative d'un signal sismique incident et des valeurs des paramètres élastiques mesurées au niveau du puits (10) dans le premier temps;
- calculer une trace sismique monitor simulée à partir de ladite ondelette et des valeurs des paramètres élastiques au niveau du puits obtenues pour le deuxième temps, les traces sismiques base et monitor simulées étant calculées avec une même loi de conversion profondeur-temps; et
- soustraire la trace sismique base simulée de la trace sismique monitor simulée pour obtenir la perturbation en amplitude estimée.
1 1 . Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l'évaluation numérique de la capacité d'une hypothèse de variation des paramètres élastiques à rendre compte de l'évolution entre la trace sismique base mesurée et la trace sismique monitor mesurée comprend:
- estimer une perturbation en amplitude de la trace sismique base mesurée par suite de la variation des paramètres élastiques;
- calculer une pseudo-trace sismique en combinant l'une des traces sismiques mesurées avec la perturbation en amplitude estimée; et
- comparer, sur une même échelle de temps, l'autre des traces sismiques mesurées à la pseudo-trace sismique calculée.
12. Procédé selon la revendication 1 1 , dans lequel la perturbation en amplitude est estimée en fonction de variations d'impédance dans lesdites couches perméables, déduites de l'hypothèse de variation des paramètres élastiques, et d'une ondelette représentative d'un signal sismique incident.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, dans lequel la trace sismique mesurée combinée avec la perturbation en amplitude estimée pour le calcul de la pseudo-trace sismique est la trace sismique monitor mesurée, la combinaison comprenant:
- modifier l'échelle de temps de la trace sismique monitor mesurée pour tenir compte de la variation de vitesse de propagation des ondes sismiques conforme à l'hypothèse de variation de paramètres élastiques; et
- soustraire la perturbation en amplitude estimée de la trace sismique monitor mesurée modifiée.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel les positions des couches perméables le long de ladite direction sont définies à partir d'une grille réservoir.
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