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Poster présenté lors du 3ème Workshop EAGE sur la sismique de puits 
(Athènes, Grèce - 20-22 Avril 2015)  >> Version anglaise

Les trois quarts des opérations commerciales de sismique de puits sont des Profils Sismiques Verticaux (PSV) à zéro–offset, enregistrés avec UNE seule source de surface placée proche de la tête de puits.

Le puits, dans lequel est placé l’outil PSV contenant le capteur de géophones 3 composantes orthogonales, est en général vertical ou peu dévié ; l’enregistrement du PSV est effectué dans l’intervalle profondeur profond en trou nu et l’intervalle supérieur adjacent équipé d’un seul tubage cimenté.

L’outil PSV est caractérisé par un bon couplage mécanique à la paroi du puits, permettant une réponse sismique isotrope du capteur géophone à trois composantes ; cependant, il n’est usuellement pas possible d’orienter les trois composantes dans un repère géographique afin d’en extraire toutes les informations géologiques et structurales désirées à l’issue d’un traitement complet des 3 composantes. De fait, la plupart du temps, seule la composante verticale (Z) de l’outil fait l’objet d’un traitement commercial.

Les auteurs du poster suggèrent d’intégrer, systématiquement aux futures générations d’outils PSV mono-niveaux et multi-niveaux, des capteurs d’orientation - du genre capteurs magnétométriques et inclinomètres accélérométriques, moins onéreux que les gyroscopes -, afin de compléter la connaissance précise de la trajectoire de puits mesurée par ailleurs pour résoudre le problème d’orientation des capteurs 3C de PSV au cours du pré-traitement des données.

Trois exemples d’orientation de s 3 composantes des VSP ont été produits récemment, permettant de démontrer comment l’intégration de dispositifs d’orientation usuels à l’intérieur d’outils de puits commerciaux de VSP peut être utilisée pour restituer les données 3C de VSP dans un repère géographique de façon fiable et rapide, au préalable d’un traitement total des 3 composantes :  

 

  1. Poster WE P9 05: VSP tool orientation using Magnetometer and Inclinometer sensors, notamment l’outil GPIT / General Purpose Inclinometer Tool  fabriqué et mis en œuvre sur les sites de forage par Schlumberger; 
         
  2. Poster PO04: Orientation of a 3-C VSP dataset acquired by integrated geophone sensor and MEMS inclinometer devices; notamment l’indicateur de génératrice haute du puits dévié  ( nommé “ HSI / High Side Indicator inclinometer “  developpé par la société Avalon Sciences Ltd , et les sondes d’orientation par magnétomètre-inclinomètre  construits par la société Applied Physics Systems (ex: Model 850HT orientation sonde).  Une illustration détaillée de l’effet des rotations successives  sur les données 3C de VSP est visible sur l’internet sur ASL website, sur le fichier intitulé  « a PDF version of the HSI guide to Orientating 3-C Geochain data using HSI devices ». un fichier de Présentation intitule “ an HSI orientation PowerPoint version “ peut être téléchargée par le lecteur désirant examiner en détail les effets successifs de chacune des rotations appliquées au stade du pré-traitement jusqu’à la représentation dans le repère géographique ( diapos 6-9).
       
  3. Poster PO01: Orientation Method for onshore 3-C geophone VSP’s recorded with a Relative Bearing sensor in partially low deviated holes.  Cette méthode d’orientation est détaillée dans la présentation intitulée  « VSP orientation using inclinometers » , montrant des exemples réels de VSP profonds , courtoisie de la société  NIOC, IRAN.
     

Un exemple de VSP traité et interprété, suite à l’utilisation complète des 3 composantes orientées, est présenté sur le poster "SEISDIP" (voir publications) . La confrontation des résultats de pendage/azimut du PSV avec ceux obtenus par l’imagerie–résistivité de la paroi de puits montre la complémentarité de ces deux types de mesures comme il est expliqué dans :  Extended Abstract SEISDIP: the “VSP dipmeter” from oriented 3 components.

Un exemple ancien de VSP complexe, intitulé  “Pre-seisdip case-study” traité en 1989, montre la solution structurale unique issue de la réponse sismique d’un 3C VSP  suite à une orientation difficile des signaux 3 composantes. Plusieurs modèles par tracé de rais et des images correspondantes de VSPCDP stack illustrent les variantes de modèle structural penté au voisinage du puits  (Modèles 1 à 4); la procédure classique d’imagerie de VSP-Offset ( O-VSP) fut initialement appliquée à la seule composante verticale du signal, selon plusieurs hypothèses de pendage des couches (Modèles 1,2,3), car l’interprétateur n’était pas certain du pendage réel des couches de la couverture sédimentaires et des couches de l’intervalle du réservoir profond à partir des images imprécises de la sismique de surface et des informations de diagraphie de puits. Afin de réduire ces incertitudes, un traitement complet des 3 composantes du VSP fut tenté par CGG  après un effort particulier d’orientation préalable des signaux 3C du VSP: ceci conduisit au résultat final unique d’imagerie selon le modèle structural penté simplifié intitulé  “Model 4”, restituant une image de type VSPCDP stack compatible avec les polarisations des réflexions 3C des réflexions sismiques P-P observées sur les données orientées 3C du VS.

Un exemple très démonstratif de la nécessité de connaitre l’orientation de l’outil VSP est  donné au travers de la campagne des VSP scientifiques enregistrée en 1993 pour étudier l’anisotropie azimutale du socle granitique du site de géothermie profonde de Soultz en Alsace: les matériels de terrain comprenaient une flotte de DEUX vibrateurs verticaux et DEUX vibrateurs horizontaux pointant dans des directions orthogonales, activés successivement pendant sur chacune des positions des DEUX outils VSP descendus et clampés simultanément dans DEUX puits déviés  voisins du site de Soultz, dans le but d’accélérer la vitesse d’acquisition des mesures de VSP. Un ordinateur de traitement muni du logiciel de traitement sismique de CGG de l’époque était également présent sur le terrain, avec un géophysicien de traitement expérimenté.  L’un au moins des vibrateurs verticaux était placé en offset du puits dans l’intention d’utiliser la polarisation d’arrivée directe, supposée linéaire, pour orienter les outils de VSP dans chacun des deux puits, et pour les QUATRE descentes d’outil VSP effectuées et enregistrées : il était en effet nécessaire d’orienter correctement  les signaux des VSP pour permettre une etude concluante de l’anisotropie du massif granitique à l’aide des signaux des VSP tires en onde-S ( cisaillement) : les résultats d’orientation des VSP 3C apres orientation selon cette procédure sont présentés dans le fichier intitulé : Soultz 1993 VSP_3C orientation matters; cela met en exergue l’échec  malheureux de l’obtention d’une orientation suffisamment précise des 3 composantes de TOUS les VSP, à cause des intenses  dédoublements de propagation sismique dans toutes les directions , engendré par la géométrie régionale constante de blocs faillés-tiltés dans le socle granitique, ce qui altère considérablement la fiabilité et le succès de toute les procédures de traitement des composantes horizontales qui suivent l’étape d’orientation des données 3C. Malgré ses approximations, la procédure de correction des sauts de rotation des Composantes horizontales de VSP  exposée dans la présentation  VSP orientation using inclinometers  fut testée avec succès par IFP sur les arrives directes à polarisation elliptique enregistrées à partir des vibrateurs horizontaux, permettant de retraiter avec bénéfice les VSP académiques de 1993, principalement les composantes horizontales des VSP- onde S , et les 3 composantes de certains VSP onde-P, même si les traitements déjà effectués donnent des résultats de réflexion sismique très intéressants et corrects sur la composante verticale peu affectée par les défauts d’orientation.
En conséquence des observations et des difficultés diverses rencontrées sur les données de la campagne 1993 des VSP de Soultz, il fut décidé d’enregistrer la campagne suivante des VSP de 2007 dans les puits très profonds et déviés de GPK3 and GPK4  avec des outils de puits VSP analogiques et Haute température ( HT), comprenant des géophones montés sur doubles cardans permettant une orientation par gravité, compte tenu que les outils VSP commerciaux du moment comprenant des géophones 3C fixes et combinés avec des inclinomètres et un magnétomètre éventuel n’étaient pas disponibles chez les sociétés de services.

Les opérations de mesures des VSP de la campagne 2007 à Soultz , ainsi que les résultats préliminaires et des tests de modélisation élastiques représentatifs de la réponse sismique des failles de socle , furent publiquement dans une conférence spécifique de géothermie à Soultz: « Paper EHDRA Cuenot 2007 ». puis présentés à l’automne 2007 à Paris : Presentation SAID-VSP 2007 Soultz » 
En définitive,  les signaux de VSP 3C et 4Cde Soultz 2007 sont  constamment interférés et traduisent la structure de “vitrail-3D ” des innombrables blocs faillés du socle granitique de Soultz, et réclame une approche innovante du traitement sismique des VSP et de la modélisation sismique permettant d’extraire une information de subsurface utile au géologue structural et à l’ingénieur réservoir…en dépit des hétérogénéités constatées de la propagation sismique.

Une présentation complète de la méthode et des objectifs du traitement des VSP 3 composantes orientées des VSP et de leur interprétation, en milieu de propagation homogène, est résumée dans le document suivant :  “True Amplitude 3C VSP method”. Des études de cas de VSP supplémentaires seront ajoutées prochainement, afin de familiariser  les praticiens industriels du VSP à l’acquisition de données VSP orientées ou orientables aisément au prétraitement, puis au traitement 3C permettant de restituer des informations structurales 3D autour du puits, afin de faciliter la décision d’adjoindre les équipements matériels d’orientation des outils VSP au PREALABLE des opérations de mesures sur le chantier de forage et de diagraphie. 

Un autre exemple de VSP 3C, en milieu sédimentaire comprenant plusieurs VSP enregistrés à proximité d’une faille majeure et sismiquement active, est présenté dans le rapport de stage du jeune géophysicien  Moez Amri à IFPEN :  Aigion Fault case study; 2D finite difference modeling applied to VSPs. Ce cas d’étude est focalisé sur l’explication de la propagation sismique la plus probable, à l’aplomb d’une faille normale dont le compartiment effondré ( hanging wall ) qui contient le puits présente des anomalies d’atténuation sismique majeures pour la sismique de surface. Ce travail a fait appel à de multiples modélisations par différences finies 2D élastiques et acoustiques avec le logiciel de la société Tesseral pour tenter de trouver une explication géomécanique et géométrique plausible. Les données de VSP sont celles du puits Aigion-10 en Grèce, enregistrées dans le cadre du projet européen “ DG-LAB-CORINTH”,  (EC project n° EVR1 – CT – 2000 – 40005 ).

La confrontation des résultats de VSP à d’autres types de mesures diagraphiques dans le même puits, et aux images sismiques de surface,  est illustrée à faible profondeur par les exemples géotechniques édités dans l’ouvrage en accès libre rédigés par Jean-Luc Mari and Christophe Vergniault :

>> Ouvrage complet téléchargeable : "Well seismic surveying and acoustic logging"
>> Summary
Authors: Jean-Luc Mari and Christophe Vergniault

Ce livre, comme beaucoup d’autres focalisés sur la méthode  de  VSP, illustre le large éventail d’applications des VSP mono-composante en puits quasi vertical, et explique comment utiliser les 3 composantes des VSP après orientation, une application encore sous-exploitée industriellement.
 

Contact scientifique :
Charles Naville
Direction Géosciences
charles.naville@ifpen.fr

 

Publications :