CA2059507C - Methode et dispositif d'exploration du sous-sol comportant l'emission d'une suite d'impulsions sismiques - Google Patents
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Abstract
On transmet dans le sol des impulsions sismiques réparties dans le temps de façon irrégulière (suivant un code aléatoire ou pseudo-aléatoire par exemple) et on capte par un système de réception les ondes directes et celles renvoyées par les discontinuités du sous-sol. Le spectre de fréquence des signaux émis et reçus est subdivisé en plusieurs bandes et les composantes des signaux dans chacune des bandes sont réduits à des signaux élémentaires traduisant leurs changement de signe (bit de signe) et enregistrées. On procède alors pour chaque capteur du système de réception, à une corrélation des signaux élémentaires associés respectivement aux signaux émis et reçus, à une sommations des produits de corrélation associés à chaque capteur, et l'on réalise avec les sommes obtenues, des coupes sismiques très comparables à ce que l'on obtiendrait en numérisant les signaux reçus en pleine précision, comme dans les méthodes classiques. Application à la prospection en 2D ou 3D autour d'un puits en cours de forage avec un outil de forage par exemple.
Description
L'invention a pour objet une méthode et un dispositif d'exploration sismique comportant l'émission dans des formations souterraines de suites d'impulsions sismiques réparties dans le temps de façon irrégulière.
Plus particulièrement L'invention concerne une méthode et un dispositif de prospection sismique permettant de repérer la position des discontinuités du sous-sol par exemple, par une exploitation du bit de signe associé aux ondes captées après leur propagation par un système de réception et d'acquisition placé en surface ou dans un puits à la suite de l'émission d'une telle suite d'impulsions acoustiques.
La méthode et le dispositif selon l'invention conviennent en particulier pour des opérations de prospection sismique terrestre autour d'un puits en cours de forage pour restituer la position de réflecteurs souterrains, si l'on utilise un outil de forage produisant des impulsions sismiques au caurs de son avancement dans les terrains traversés, tel qu°un tricône conventionnel.
Les méthodes de prospéction sismique comportent généralement l'émission dans les formations à explorer; d'ondes sismiques sous forme de vibrations ou d'impulsions brêves, la réception des ondes qui se sont propagées dans le sous-sol part, un ensemble de réception comportant une pluralité de capteurs, l'enregistrement des ondes captées et une série de traitements destinés à améliorer la lisibilité des coupes sismiques réalisées à
partir de ces enregistrements.
Par les brevets FR 1 584 951; U5 2 933 144 et 4 207 619 ou la demande PCT W085/05696 notamment, on tonnait des méthodes où les ondes sismiques sont émises par une source progressant avec un outil
Plus particulièrement L'invention concerne une méthode et un dispositif de prospection sismique permettant de repérer la position des discontinuités du sous-sol par exemple, par une exploitation du bit de signe associé aux ondes captées après leur propagation par un système de réception et d'acquisition placé en surface ou dans un puits à la suite de l'émission d'une telle suite d'impulsions acoustiques.
La méthode et le dispositif selon l'invention conviennent en particulier pour des opérations de prospection sismique terrestre autour d'un puits en cours de forage pour restituer la position de réflecteurs souterrains, si l'on utilise un outil de forage produisant des impulsions sismiques au caurs de son avancement dans les terrains traversés, tel qu°un tricône conventionnel.
Les méthodes de prospéction sismique comportent généralement l'émission dans les formations à explorer; d'ondes sismiques sous forme de vibrations ou d'impulsions brêves, la réception des ondes qui se sont propagées dans le sous-sol part, un ensemble de réception comportant une pluralité de capteurs, l'enregistrement des ondes captées et une série de traitements destinés à améliorer la lisibilité des coupes sismiques réalisées à
partir de ces enregistrements.
Par les brevets FR 1 584 951; U5 2 933 144 et 4 207 619 ou la demande PCT W085/05696 notamment, on tonnait des méthodes où les ondes sismiques sont émises par une source progressant avec un outil
2 de forage et sont reçues par un ensemble de capteurs disposés en surface. Cette ondes peuvent être produites par le trépan de forage lui-même au contact des roches à forer ou résulter d'impacts appliqués au trépan de forage durant son avancement ou bien encore une source vibrante intercalée sur la colonne de forage.
Une méthode de traitement classique consiste (par une opération dite de cross-correlation) à corréler chaque trace sismique obtenue, dans son entier avec le signal émis également dans son entier puis, par empilement (ou stacking), à la combiner avec d'autres traces également corrélées et se rapportant à des points de réflexion communs CCDP). ' Par les brevets US 4 058 791, 4 346 461 ou 4 543 632 par exemple, on connait des applications à la prospection sismique d'un même principe général. Selon ce principe, les opérations de traitement précédentes sont effectuées à partir de signaux réduits à leurs signes par écrêtement ou "clipping". Les signaux émis sont des vibrations de Longue durée dont la fréquence varie de façon uniforme à l'intérieur d'un spectre de fréquence défini, soit de façon uniforme, soit suivant un code pseudo-aléatoire. les signaux sont émis par une source vibrante disposée à la surfàce du sol ou bien remorquée derrière un navire dans le cadre d'opérations de prospection sismique en mer. Les méthodes sismiques impliquant la sélection et le traitement du seul bit de signe sont avantageuses car on restreint considérablement le volume de données à traiter et l'on peut de ce fait multiplier le nombre de capteurs et de voies d'acquisition sismiques. Cependant, ces méthodes antérieures ne sont pleinement efficaces qu°avec des sources vibrantes particulières.
La méthode d'exploration sismique selon l'invention peemet l'application de ce même principe à des sources acoustiques ou Sismiques impulsionnelles. ELIe est caractérisée en ce qu'elle comporte en combinaison - l'émission d'une suite irrégulière de signaux sismiques impulsionnels;
Une méthode de traitement classique consiste (par une opération dite de cross-correlation) à corréler chaque trace sismique obtenue, dans son entier avec le signal émis également dans son entier puis, par empilement (ou stacking), à la combiner avec d'autres traces également corrélées et se rapportant à des points de réflexion communs CCDP). ' Par les brevets US 4 058 791, 4 346 461 ou 4 543 632 par exemple, on connait des applications à la prospection sismique d'un même principe général. Selon ce principe, les opérations de traitement précédentes sont effectuées à partir de signaux réduits à leurs signes par écrêtement ou "clipping". Les signaux émis sont des vibrations de Longue durée dont la fréquence varie de façon uniforme à l'intérieur d'un spectre de fréquence défini, soit de façon uniforme, soit suivant un code pseudo-aléatoire. les signaux sont émis par une source vibrante disposée à la surfàce du sol ou bien remorquée derrière un navire dans le cadre d'opérations de prospection sismique en mer. Les méthodes sismiques impliquant la sélection et le traitement du seul bit de signe sont avantageuses car on restreint considérablement le volume de données à traiter et l'on peut de ce fait multiplier le nombre de capteurs et de voies d'acquisition sismiques. Cependant, ces méthodes antérieures ne sont pleinement efficaces qu°avec des sources vibrantes particulières.
La méthode d'exploration sismique selon l'invention peemet l'application de ce même principe à des sources acoustiques ou Sismiques impulsionnelles. ELIe est caractérisée en ce qu'elle comporte en combinaison - l'émission d'une suite irrégulière de signaux sismiques impulsionnels;
3 - la réception des si.c~naux sismiques;
- le découpage du spectre de fréquence des signaux reçus et des signaux impulsionnels émis en plusieurs bandes de fréquence;
- dans chacune desd.it:es bandes ainsi formées, la réduction des signaux reçus en séquences de signaux élémentaires indicatifs de leurs signes respectifs ou bits de signe;
- dans chacune desdites bandes de fréquence également, la réduction des signaux impulsionnels émis à des séquences de signaux élémentaires indicatifs de leurs signes respectifs ou bits de signe;
- la corrélation dans chaque bande de fréquence des signaux élémentaires associés respectivement aux signaux émis et reçus; et - le filtrage des signaux résultent des corrélations effectuées dans chacune desdites bandes de fréquence par des filtres de bande passante adaptée.
La méthode peut comporter en outre la sommation après filtrage des signaux résultant des différentes corrélations effectuées. Suivant un mode de réalisation particulier on effectue avant ladite sommation une adaptation des signaux.
Suivant un mode de réalisation, l'émission irrégulière de signaux sismiques impulsionnels est réalisée par exemple au moyen d'un outil de forage au cours de son avancement dans un puits et les signaux sismiques sont reçus par des capteurs sismiques répartis de manière à
obtenir une restitution en deux ou trois dimensions de la zone explorée.
3a Les capteur:> sismiques sont disposés par exemple à la surface du sol. autour du puits foré ou bien encore dans un puits.
De préférence, suivant une autre réalisation, l'émission irrégulièrf=_ de signaux sismiques impulsionnels est réalisée au moyen d'une source disposée à la surface du sol ou à son voisinage.
De préférence, suivant une réalisation, l'émis sion irrégulière de signaux impulsionnels consiste en une suite d'impulsions à. répartition aléatoire ou pseudo aléatoire.
Le dispositif d'exploration sismique du sous-sol selon l'invention comporte une source sismique émettant des impulsions, un ~~~~rr
- le découpage du spectre de fréquence des signaux reçus et des signaux impulsionnels émis en plusieurs bandes de fréquence;
- dans chacune desd.it:es bandes ainsi formées, la réduction des signaux reçus en séquences de signaux élémentaires indicatifs de leurs signes respectifs ou bits de signe;
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- la corrélation dans chaque bande de fréquence des signaux élémentaires associés respectivement aux signaux émis et reçus; et - le filtrage des signaux résultent des corrélations effectuées dans chacune desdites bandes de fréquence par des filtres de bande passante adaptée.
La méthode peut comporter en outre la sommation après filtrage des signaux résultant des différentes corrélations effectuées. Suivant un mode de réalisation particulier on effectue avant ladite sommation une adaptation des signaux.
Suivant un mode de réalisation, l'émission irrégulière de signaux sismiques impulsionnels est réalisée par exemple au moyen d'un outil de forage au cours de son avancement dans un puits et les signaux sismiques sont reçus par des capteurs sismiques répartis de manière à
obtenir une restitution en deux ou trois dimensions de la zone explorée.
3a Les capteur:> sismiques sont disposés par exemple à la surface du sol. autour du puits foré ou bien encore dans un puits.
De préférence, suivant une autre réalisation, l'émission irrégulièrf=_ de signaux sismiques impulsionnels est réalisée au moyen d'une source disposée à la surface du sol ou à son voisinage.
De préférence, suivant une réalisation, l'émis sion irrégulière de signaux impulsionnels consiste en une suite d'impulsions à. répartition aléatoire ou pseudo aléatoire.
Le dispositif d'exploration sismique du sous-sol selon l'invention comporte une source sismique émettant des impulsions, un ~~~~rr
- 4 -système de réception sismique pour capter les ondes et un laboratoire central de commande et d'enregistrement. Il est caractérisé en ce que - la source sismique est adaptée à émettre une suite irréguli?re d'impulsions sismiques;
- le système de réception comporte un ensemble de capteurs et des premiers moyens de filtrage pour séparer en plusieurs bandes de fréquence adjacentes le spectre des signaux reçus par chaque capteur, et des premiers moyens d'écrêtage pour réduire chaque signal constitutif en un signal élémentaire indicatif de son signe à
chaque instant ou bit de signe;
- la source sismique est associée à des deuxièmes moyens de filtrage pour séparer en plusieurs bandes de fréquence adjacentes identiques à celles des premiers moyens de filtrage, le spectre des signaux émis par la source, et des deuxièmes moyens d'écrëtage pour réduire chaque signal constitutif issu des deuxièmes moyens de filtrage en un signal élémentaire indicatif de son signe à chaque instant ou bit de signe;
- le laboratoire central comprend un ensemble de traitement comportant des moyens pour corréler les signaux élémentaires respectifs issus des premiers et des deuxièmes moyens d'écrêtage, des moyens de filtrage numérique pour filtrer dans chacune desdites bandes de fréquence les signaux issus des moyens de corrélation et des moyens pour sommer séparément pour chacun des capteurs, les signaux corrélés en relation avec une même position de la source.
La source sismique est par exemple un outil de forage entrainé en rotation, et le système de réception comporte par exemple ' une pluralité de capteurs disposés au voisinage du puits en cours de forage. Ce outil de forage peut être par exemple associé à des moyens hydrauliques pour lui appliquer des contraintes verticales intermittentes.
Le systéme de réception comporté par exemple dés appareils d'acquisition reliés au laboratoire centraC par des moyens de transmission, pour collecter chacun les signaux reçus par plusieurs capteurs, chaque appareil d'acquisition étant pourvu de premiers moyens de filtrage et de premiers moyens d'écrêtage, le laboratoire central comportant des moyens d'enregistrement pour mémoriser lesdits signaux élémentaires transmis par les appareils d'a~~quisition et un calculateur pour effectuer lesdites corrélations et lesdites sommations.
Chaque appareil d'acquisition peut comporter en outre des moyens de mémorisation temporaire desdits signaux élémentaires.
De préférence, suivant un autre mode de réalisation, l'émission d'une suite aléatoire de signaux sismiques impulsionnels est réalisée au moyen d'une :source disposée à la surface. du sol ou à son voisinage.
La méthode et le dispositif selon l'invention permettant l'application à des émissions impulsionnelles du principe général de traitement impliquant la conservation et le traitement du seul bit de signe des signaux reçus, rendent donc possible des opérations de prospection sismique en =iD par exemple durant un forage avec le déploiement d'un très grand nombre de capteurs et de voies d'acquisition dans des conditions économiques favorables.
Par la méthode selon l'invention on peut produire dans des conditions avantageuses des images en 3D par exemple avec une résolution analogue à celle offerte généralement par les méthodes classiques mais dans des conditions plus avantageuses. Ceci tient au fait que l'information numérisée est trés réduite si on la compare à
celle qui est necessaire dans les méthodes classiques procèdant à une numérisation à pleine précision, du fait que le nombre de bandes de fréquence subdivisant la bande sismique est dans la pratique relativement faible.
D'autres caractéristiques et avantages de la méthode et du dispositif selon L'invention apparaitront mieux à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation décrits à titre 3 0 d'exemples non Limitatifs, en se référant aux dessins annexés où
- la Fig.1 montre de façon schématique un système d'émission-réception 5a sismique dans le cas où l'émission d'impulsions sismiques est réalisée par un outil de forage;
- la fig.2 montre un e~:emple de système de réception adapté à de la prospection sismique en 2D ou 3D;
~~~~~~'~
- la Fig.3 est un schéma synoptique du dispositif selon l'invention;
- la Fig 4 montre un schéma synoptique de L'ensemble d= traitement inclus dans le dispositif et qui procède au traitemen: ~es données réduites à leurs bits de signe; et - les Fig.S et 6 montrent deux enregistrements sismiques obtenus respectivement en appliquant la méthode d'acquisition et de traitement selon l'invention et une méthode classique u=ilisant des signaux sismiques complets mesurés en pleine précision, dans la même bande de fréquence.
1~ La méthode selon l'invention peut être mise en oeuvre par exemple autour d'un puits 1 où est descendue une source d'impulsions sismiques. Cette source peut être un outil de forage 2 fixé à la base d'une colonne 3 et capable d'émettre de telles impulsions. On utilise par exemple un trépan du type tricône entraïné en rotation (forage rotary) qui, on le vérifie, émet des impulsions suffisamment puissantes distribuées de façon aléatoire dans le temps. On peut aussi utiliser par exemple des outils de forage associés à des moyens 4 pour leur appliquer des percussions, ou encore des sources du type SOSIE
(R> telles que celles décrites dans le brevet US No. 3 483 514.
2~ De préférence la méthode est mise en oeuvre durant le forage de couches souterraines Çes plus dures, de manière à obtenir des impacts de plus grande amplitude:
Les impulsions sismiques traversent les formations géologiques environnant le puits et après réflexion et/ou réfraction sur les discontinuités du sous-sol, sont reçues en surface par un ensemble de capteurs G tels que des géophones ou dés accéléromètres.
Ils sont disposés suivant une ligne dans le cas où l'on veut restituer un plan de profil sismique (2D> ou bien répartis en sû~face .dans le cas d'une prospection dite en 3D.
n Le système de réception sismique peut comporter par exemple un ou plusieurs câble s de transmission C1,.C2::. Cp ,(Fig:2): Chacun d'eux relie à un laboratoire central de commande et d'enregistrement
- le système de réception comporte un ensemble de capteurs et des premiers moyens de filtrage pour séparer en plusieurs bandes de fréquence adjacentes le spectre des signaux reçus par chaque capteur, et des premiers moyens d'écrêtage pour réduire chaque signal constitutif en un signal élémentaire indicatif de son signe à
chaque instant ou bit de signe;
- la source sismique est associée à des deuxièmes moyens de filtrage pour séparer en plusieurs bandes de fréquence adjacentes identiques à celles des premiers moyens de filtrage, le spectre des signaux émis par la source, et des deuxièmes moyens d'écrëtage pour réduire chaque signal constitutif issu des deuxièmes moyens de filtrage en un signal élémentaire indicatif de son signe à chaque instant ou bit de signe;
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La source sismique est par exemple un outil de forage entrainé en rotation, et le système de réception comporte par exemple ' une pluralité de capteurs disposés au voisinage du puits en cours de forage. Ce outil de forage peut être par exemple associé à des moyens hydrauliques pour lui appliquer des contraintes verticales intermittentes.
Le systéme de réception comporté par exemple dés appareils d'acquisition reliés au laboratoire centraC par des moyens de transmission, pour collecter chacun les signaux reçus par plusieurs capteurs, chaque appareil d'acquisition étant pourvu de premiers moyens de filtrage et de premiers moyens d'écrêtage, le laboratoire central comportant des moyens d'enregistrement pour mémoriser lesdits signaux élémentaires transmis par les appareils d'a~~quisition et un calculateur pour effectuer lesdites corrélations et lesdites sommations.
Chaque appareil d'acquisition peut comporter en outre des moyens de mémorisation temporaire desdits signaux élémentaires.
De préférence, suivant un autre mode de réalisation, l'émission d'une suite aléatoire de signaux sismiques impulsionnels est réalisée au moyen d'une :source disposée à la surface. du sol ou à son voisinage.
La méthode et le dispositif selon l'invention permettant l'application à des émissions impulsionnelles du principe général de traitement impliquant la conservation et le traitement du seul bit de signe des signaux reçus, rendent donc possible des opérations de prospection sismique en =iD par exemple durant un forage avec le déploiement d'un très grand nombre de capteurs et de voies d'acquisition dans des conditions économiques favorables.
Par la méthode selon l'invention on peut produire dans des conditions avantageuses des images en 3D par exemple avec une résolution analogue à celle offerte généralement par les méthodes classiques mais dans des conditions plus avantageuses. Ceci tient au fait que l'information numérisée est trés réduite si on la compare à
celle qui est necessaire dans les méthodes classiques procèdant à une numérisation à pleine précision, du fait que le nombre de bandes de fréquence subdivisant la bande sismique est dans la pratique relativement faible.
D'autres caractéristiques et avantages de la méthode et du dispositif selon L'invention apparaitront mieux à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation décrits à titre 3 0 d'exemples non Limitatifs, en se référant aux dessins annexés où
- la Fig.1 montre de façon schématique un système d'émission-réception 5a sismique dans le cas où l'émission d'impulsions sismiques est réalisée par un outil de forage;
- la fig.2 montre un e~:emple de système de réception adapté à de la prospection sismique en 2D ou 3D;
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- la Fig.3 est un schéma synoptique du dispositif selon l'invention;
- la Fig 4 montre un schéma synoptique de L'ensemble d= traitement inclus dans le dispositif et qui procède au traitemen: ~es données réduites à leurs bits de signe; et - les Fig.S et 6 montrent deux enregistrements sismiques obtenus respectivement en appliquant la méthode d'acquisition et de traitement selon l'invention et une méthode classique u=ilisant des signaux sismiques complets mesurés en pleine précision, dans la même bande de fréquence.
1~ La méthode selon l'invention peut être mise en oeuvre par exemple autour d'un puits 1 où est descendue une source d'impulsions sismiques. Cette source peut être un outil de forage 2 fixé à la base d'une colonne 3 et capable d'émettre de telles impulsions. On utilise par exemple un trépan du type tricône entraïné en rotation (forage rotary) qui, on le vérifie, émet des impulsions suffisamment puissantes distribuées de façon aléatoire dans le temps. On peut aussi utiliser par exemple des outils de forage associés à des moyens 4 pour leur appliquer des percussions, ou encore des sources du type SOSIE
(R> telles que celles décrites dans le brevet US No. 3 483 514.
2~ De préférence la méthode est mise en oeuvre durant le forage de couches souterraines Çes plus dures, de manière à obtenir des impacts de plus grande amplitude:
Les impulsions sismiques traversent les formations géologiques environnant le puits et après réflexion et/ou réfraction sur les discontinuités du sous-sol, sont reçues en surface par un ensemble de capteurs G tels que des géophones ou dés accéléromètres.
Ils sont disposés suivant une ligne dans le cas où l'on veut restituer un plan de profil sismique (2D> ou bien répartis en sû~face .dans le cas d'une prospection dite en 3D.
n Le système de réception sismique peut comporter par exemple un ou plusieurs câble s de transmission C1,.C2::. Cp ,(Fig:2): Chacun d'eux relie à un laboratoire central de commande et d'enregistrement
5, un ou plusieurs ensembles dé réception R1:.. 'Ri... Rn: Chacun de ces ensembles comporte par exempté plusieurs chapélets de capteurs interconnectés (strings) G1i, G2i... Gmi réunis chacun à un appareil d'acquisition de signaux Ai adapté à collecter les signaux reçus et à
les transmettre au laboratoire central 5. Une source sismique impulsionnelle S est aussi reliée au camion-laboratoire S, cette source pouvant être une source de surface comme le montre la fig.2 ou bien encore l'outil de forage déjà mentionné.
La mise en o~euvre de la méthode selon l'invention comporte le découpage du spectre de fréquence des signaux impulsionnels émis et reçus en une pluralitE= de bandes adjacentes (au moins deux), la réduction des signaux clans chaque bande de fréquence à leur seul bit de signe et la transmission au laboratoire central 5 pour enregistrement des séquences de bits de signe obtenus.
A cet effet on dispose à L'endroit le plus approprié, un ou plusieurs capteurs pour fournir des signaux représentatifs de la série d'impulsions réellement émises par la source S. Ces signaux sources ou pilotes peuvent être prélevés au voisinage de la source quand elle est en surface. Quand la source est un trépan de forage, Les signaux sources peuvent être captés au sommet du train de tiges ou bien au fond au voisinage du trépan. Dans ces cas, on peut utiliser par 2~ exemple un système de transmission tel que le TELEVIGILE décrit dans la demande de brevet français publié No. 2 656 ?47 Cou SN 636 z73).
Le signal pilote obtenu étant en l'occurrence une suite d'impulsions, et il est appliqué à plusieurs filtres passe-bande 6 à
bandes de fréquence adjacèntes F1, F2... Fk Ck étant au moins égal à
deux) recouvrant toute le spectre d'émission (Fig.3>. Les sorties respectives des filtres 6 précédents, sont connectées respectivement à
des circuits d'écrêtage du type "clipper" 7 qui produisent à Leurs sorties respectives des signaux logiques indicatifs de leur signe (bits de signe) s1, s~... sk. Ces signaux sont transférés dans un 3~ moyen de mémorisation ou d'enregistrement 8 du laboratoire central 5.
On procède de la même façon avec les signaux reçus par chacun des capteurs. Le signal g1i reçu par le capteur G1i de l'ensemble Ri (Fig.2) est appliqué après passage dans un préamplificateur PA1i, à l'entrée de plusieurs filtres complémentaires _8-passe-bande 9 dont les bandes passantes respectives F1, FZ... Fk sont identiques aux précédentes. Les différents signaux complémentaires issus des filtres, sont appliqués à d'autres écrêteurs ou "clippers"
qui produisent sur leurs sorties respectives des séquences de bits de signe g1i1, g1i2... g1ik qui sont stockés dans une mémoire locale Mi. Il en est de même pour les signaux g2i...gmi reçus par les autres capteurs G2i... Gmi respectivement. Au signal gmi produit par ce dernier par exemple, correspond les séquences de bits de signe gmi1, gmi2... gmik qui sont stockées aussi dans la mémoire locale Mi.
10 A la fin de chaque période de réception, tous les bits de signe mémorisés dans la mémoire locale Mi, sont transférés par Les différents câbles C1... Cp dans le moyen de mémorisation 8 du laboratoire central 5.
La phase de traitement des données de signe mémorisées dans le moyen de mémorisation 8 comporte notamment - la corrélation (cross-correlation) de chaqué séquence de bits de signe associée aux signaux émis dans chacune des bandes de fréquence complémentaires avec chaque séquence de bits de signe associée aux signaux reçus par chaque chaque capteur du système de réception;
- le filtrage des signaux résultant des corrélations effectuées dans ' chacune desdites bandes de fréquence par des filtres de bande passante adaptée à celles des filtres passe-bandé 6;
- la sommation après corrélation des contributions dues à un même capteur, et ceci pour chacun des capteurs du système de réception sur le terrain; et - la formation de coupes sismiques à partir des sommations précédentes.
On complota de préférence les étapes de traitement précédentes par des sommations classiques en couverture multiple (~DP) par exemple pour améliorer la lisibilité des coupes sismiques obtenues.
Les opérations de traitement pr~ëcédentes sont réalisées dans une unité de traitemént 11 incluse dans le laboratoire central 5.
Cette unité de traitement peut comporter (Fig.4) des processeurs _ g spécialisés XCOR'1... XCORI... XCORk connectés au moyen de mémorisation 8. Les séquences de bits de signe gi1... gil... gik associées aux signaux reçus par un capteur quelconque Gi du système de réception et issus de chaque batterie de filtres 6 à bandes de fréquence adjacentes F1 à Fk, sont corrélées respectivement avec les séquences correspondantes s1 à sk des signaux émis. Les sorties des processeurs spécialisés sont connectes respectivement à des filtres numériques 12 dont les bandes passantes sont adaptées à celles des filtres 6.
L'usage de ces filtres numériques 12 est justifié dans la pratique du fait que l'écrëtage (clipping> opéré par Les écrêteurs 10 engendre des fréquences parasites qui n'existaient pas dans le spectre des signaux reçus. Les sarties des filtres numériques 12 sont connectées aux différentes entrées d'un sommateur 13 qui filtre et ajoute toutes Les contributions. On peut utiliser par exemple un sommateur pouvant faire une pondération particulière des signaux à sommer.
L'unité de traitement 11 peut être aussi un calculateur programmable et dans ce cas, Les opérations de traitement précédentes sont réalisées par programmation du calculateur.
Les Fig. 5 et 6 témoignent de la validité de la méthode.
Elles montrent des séries de 12 traces produites chacune successivement par trois géophones G1, G2, G3 et un accéléromètre A
déplacés en une suite d'emplacements le long d'un profil sismiq~ie. A
chaque cote, on a enregistré les signaux captés en réponse à une séquence d'impulsions durant par exemple deux minutes. Le spectre de fréquence émis Cde 20 à 80 Hz par exemple) a été subdivi-sé en deux octaves : 20-40Hz et 40-80Hz. La Fig. 5 montre la coupe sismique qui a été obtenue par une méthode classique avec échantillonnage et numérisation à pleine précision généralement à 1ô dits des signaux reçus. La Fig. b montre le résultat obtenu par la méthode selon l°invention. Après subdivis9on en deux octaves (20 à 40 Hz) et (40 à
80 Hz) par exemple, écrêtage, conservation des séquences de bits de signe, corrélations et sommations comme décrit ci-dessus, on a pu réaliser un enregistrement sismique brut qui offre une très bonne ressemblance avec celle de la Fig. 5 obtenue par une méthode classique, sans avoir eu besoin pour L'obtenir, d'un appareillage d'acquisition sismique aussi complet et aussi performant que celui oue l'on emploie habituellement par les méthodes conventionnelles.
On ne sortirait pas du cadre de l'invention en utilisant un système de réception sismique avec des capteurs placés dans un puits.
les transmettre au laboratoire central 5. Une source sismique impulsionnelle S est aussi reliée au camion-laboratoire S, cette source pouvant être une source de surface comme le montre la fig.2 ou bien encore l'outil de forage déjà mentionné.
La mise en o~euvre de la méthode selon l'invention comporte le découpage du spectre de fréquence des signaux impulsionnels émis et reçus en une pluralitE= de bandes adjacentes (au moins deux), la réduction des signaux clans chaque bande de fréquence à leur seul bit de signe et la transmission au laboratoire central 5 pour enregistrement des séquences de bits de signe obtenus.
A cet effet on dispose à L'endroit le plus approprié, un ou plusieurs capteurs pour fournir des signaux représentatifs de la série d'impulsions réellement émises par la source S. Ces signaux sources ou pilotes peuvent être prélevés au voisinage de la source quand elle est en surface. Quand la source est un trépan de forage, Les signaux sources peuvent être captés au sommet du train de tiges ou bien au fond au voisinage du trépan. Dans ces cas, on peut utiliser par 2~ exemple un système de transmission tel que le TELEVIGILE décrit dans la demande de brevet français publié No. 2 656 ?47 Cou SN 636 z73).
Le signal pilote obtenu étant en l'occurrence une suite d'impulsions, et il est appliqué à plusieurs filtres passe-bande 6 à
bandes de fréquence adjacèntes F1, F2... Fk Ck étant au moins égal à
deux) recouvrant toute le spectre d'émission (Fig.3>. Les sorties respectives des filtres 6 précédents, sont connectées respectivement à
des circuits d'écrêtage du type "clipper" 7 qui produisent à Leurs sorties respectives des signaux logiques indicatifs de leur signe (bits de signe) s1, s~... sk. Ces signaux sont transférés dans un 3~ moyen de mémorisation ou d'enregistrement 8 du laboratoire central 5.
On procède de la même façon avec les signaux reçus par chacun des capteurs. Le signal g1i reçu par le capteur G1i de l'ensemble Ri (Fig.2) est appliqué après passage dans un préamplificateur PA1i, à l'entrée de plusieurs filtres complémentaires _8-passe-bande 9 dont les bandes passantes respectives F1, FZ... Fk sont identiques aux précédentes. Les différents signaux complémentaires issus des filtres, sont appliqués à d'autres écrêteurs ou "clippers"
qui produisent sur leurs sorties respectives des séquences de bits de signe g1i1, g1i2... g1ik qui sont stockés dans une mémoire locale Mi. Il en est de même pour les signaux g2i...gmi reçus par les autres capteurs G2i... Gmi respectivement. Au signal gmi produit par ce dernier par exemple, correspond les séquences de bits de signe gmi1, gmi2... gmik qui sont stockées aussi dans la mémoire locale Mi.
10 A la fin de chaque période de réception, tous les bits de signe mémorisés dans la mémoire locale Mi, sont transférés par Les différents câbles C1... Cp dans le moyen de mémorisation 8 du laboratoire central 5.
La phase de traitement des données de signe mémorisées dans le moyen de mémorisation 8 comporte notamment - la corrélation (cross-correlation) de chaqué séquence de bits de signe associée aux signaux émis dans chacune des bandes de fréquence complémentaires avec chaque séquence de bits de signe associée aux signaux reçus par chaque chaque capteur du système de réception;
- le filtrage des signaux résultant des corrélations effectuées dans ' chacune desdites bandes de fréquence par des filtres de bande passante adaptée à celles des filtres passe-bandé 6;
- la sommation après corrélation des contributions dues à un même capteur, et ceci pour chacun des capteurs du système de réception sur le terrain; et - la formation de coupes sismiques à partir des sommations précédentes.
On complota de préférence les étapes de traitement précédentes par des sommations classiques en couverture multiple (~DP) par exemple pour améliorer la lisibilité des coupes sismiques obtenues.
Les opérations de traitement pr~ëcédentes sont réalisées dans une unité de traitemént 11 incluse dans le laboratoire central 5.
Cette unité de traitement peut comporter (Fig.4) des processeurs _ g spécialisés XCOR'1... XCORI... XCORk connectés au moyen de mémorisation 8. Les séquences de bits de signe gi1... gil... gik associées aux signaux reçus par un capteur quelconque Gi du système de réception et issus de chaque batterie de filtres 6 à bandes de fréquence adjacentes F1 à Fk, sont corrélées respectivement avec les séquences correspondantes s1 à sk des signaux émis. Les sorties des processeurs spécialisés sont connectes respectivement à des filtres numériques 12 dont les bandes passantes sont adaptées à celles des filtres 6.
L'usage de ces filtres numériques 12 est justifié dans la pratique du fait que l'écrëtage (clipping> opéré par Les écrêteurs 10 engendre des fréquences parasites qui n'existaient pas dans le spectre des signaux reçus. Les sarties des filtres numériques 12 sont connectées aux différentes entrées d'un sommateur 13 qui filtre et ajoute toutes Les contributions. On peut utiliser par exemple un sommateur pouvant faire une pondération particulière des signaux à sommer.
L'unité de traitement 11 peut être aussi un calculateur programmable et dans ce cas, Les opérations de traitement précédentes sont réalisées par programmation du calculateur.
Les Fig. 5 et 6 témoignent de la validité de la méthode.
Elles montrent des séries de 12 traces produites chacune successivement par trois géophones G1, G2, G3 et un accéléromètre A
déplacés en une suite d'emplacements le long d'un profil sismiq~ie. A
chaque cote, on a enregistré les signaux captés en réponse à une séquence d'impulsions durant par exemple deux minutes. Le spectre de fréquence émis Cde 20 à 80 Hz par exemple) a été subdivi-sé en deux octaves : 20-40Hz et 40-80Hz. La Fig. 5 montre la coupe sismique qui a été obtenue par une méthode classique avec échantillonnage et numérisation à pleine précision généralement à 1ô dits des signaux reçus. La Fig. b montre le résultat obtenu par la méthode selon l°invention. Après subdivis9on en deux octaves (20 à 40 Hz) et (40 à
80 Hz) par exemple, écrêtage, conservation des séquences de bits de signe, corrélations et sommations comme décrit ci-dessus, on a pu réaliser un enregistrement sismique brut qui offre une très bonne ressemblance avec celle de la Fig. 5 obtenue par une méthode classique, sans avoir eu besoin pour L'obtenir, d'un appareillage d'acquisition sismique aussi complet et aussi performant que celui oue l'on emploie habituellement par les méthodes conventionnelles.
On ne sortirait pas du cadre de l'invention en utilisant un système de réception sismique avec des capteurs placés dans un puits.
Claims (13)
1) Méthode d'exploration sismique du sous-sol, caractérisée en ce qu'elle comporte en combinaison :
- l'émission d'une suite irrégulière de signaux sismiques impulsionnels;
- la réception des signaux sismiques ayant traversé les formations et les signaux sismiques qui ont été émis;
- le découpage du spectre de fréquence des signaux reçus et des signaux impulsionnels émis en plusieurs bandes de fréquence;
- dans chacune desdites bandes ainsi formées, la réduction des signaux reçus en séquences de signaux élémentaires indicatifs de leurs signes respectifs ou bits de signe;
- dans chacune desdites bandes de fréquence également, la réduction des signaux impulsionnels émis à des séquences de signaux élémentaires indicatifs de leurs signes respectifs ou bits de signe;
- la corrélation dans chaque bande de fréquence des signaux élémentaires associés respectivement aux signaux émis et reçus; et - le filtrage des signaux résultent des corrélations effectuées dans chacune desdites bandes de fréquence par des filtres de bande passante adaptée.
- l'émission d'une suite irrégulière de signaux sismiques impulsionnels;
- la réception des signaux sismiques ayant traversé les formations et les signaux sismiques qui ont été émis;
- le découpage du spectre de fréquence des signaux reçus et des signaux impulsionnels émis en plusieurs bandes de fréquence;
- dans chacune desdites bandes ainsi formées, la réduction des signaux reçus en séquences de signaux élémentaires indicatifs de leurs signes respectifs ou bits de signe;
- dans chacune desdites bandes de fréquence également, la réduction des signaux impulsionnels émis à des séquences de signaux élémentaires indicatifs de leurs signes respectifs ou bits de signe;
- la corrélation dans chaque bande de fréquence des signaux élémentaires associés respectivement aux signaux émis et reçus; et - le filtrage des signaux résultent des corrélations effectuées dans chacune desdites bandes de fréquence par des filtres de bande passante adaptée.
2) Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre la sommation après filtrage des signaux résultant des différentes corrélations effectuées.
3) Méthode selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comporte une adaptation des signaux filtrés avant ladite sommation.
4) Méthode selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'émission irrégulière de signaux sismiques impulsionnels est réalisée par un outil de foragé au cours de son avancement dans un puits et les signaux sismiques sont réçus par des capteurs sismiques répartis de manière à obtenir une restitution en deux ou trois dimensions de la zone explorée.
5) Méthode selon la revendication 4, caractérisée en ce que Les capteurs sismiques sont disposés à la surface du sol autour du puits foré.
b) Méthode selon la revendication 4, caractérisé en ce que les capteurs sismiques sont disposés dans un puits.
7) Méthode selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'émission irrégulière de signaux sismiques impulsionnels est réalisée au moyen d'une source disposée à la surface du sol ou à son voisinage.
8) Méthode selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'émission irrégulière de signaux impulsionnels consiste en une suite d'impulsions à répartition aléatoire ou pseudo-aléatoire.
9) Dispositif d'exploration sismique du sous-sol comportant une source sismique impulsionnelle, un système de réception sismique pour capter les ondes renvoyées par les discontinuités du sous-sol et un laboratoire central. de commande et d'enregistrement, caractérisé en ce que - la source sismique est adaptée à émettre une suite irrégulière d'impulsions sismiques;
- le système de réception comporte un ensemble de capteurs et des premiers moyens de filtrage pour séparer en plusieurs bandes de fréquence adjacentes le spectre des signaux reçus par chaque capteur, et des premiers moyens d'écrêtage pour réduire chaque signal constitutif en un signal élémentaire indicatif de son signe à
chaque instant ou bit de signe;
- la source sismique est associée à des deuxièmes moyens de filtrage pour séparer en plusieurs bandes de fréquence adjacentes identiques à celles des premiers moyens de filtrage, le spectre des signaux émis par la source, et des deuxièmes moyens d'écrêtage pour réduire chaque signal constitutif issu des deuxièmes moyens de filtrage en un signal élémentaire indicatif de son signe à chaque instant ou bit de signe;
- Le laboratoire central comprend un ensemble de traitement comportant des moyens pour corréler les signaux élémentaires respectifs issus des premiers et des deuxièmes moyens d'écrêtage, des moyens de filtrage numérique pour filtrer dans chacune desdites bandes de fréquence tes signaux issus des moyens de corrélation et des moyens pour sommer séparément pour chacun des capteurs, les signaux corrélés en relation avec une même position de la source.
- le système de réception comporte un ensemble de capteurs et des premiers moyens de filtrage pour séparer en plusieurs bandes de fréquence adjacentes le spectre des signaux reçus par chaque capteur, et des premiers moyens d'écrêtage pour réduire chaque signal constitutif en un signal élémentaire indicatif de son signe à
chaque instant ou bit de signe;
- la source sismique est associée à des deuxièmes moyens de filtrage pour séparer en plusieurs bandes de fréquence adjacentes identiques à celles des premiers moyens de filtrage, le spectre des signaux émis par la source, et des deuxièmes moyens d'écrêtage pour réduire chaque signal constitutif issu des deuxièmes moyens de filtrage en un signal élémentaire indicatif de son signe à chaque instant ou bit de signe;
- Le laboratoire central comprend un ensemble de traitement comportant des moyens pour corréler les signaux élémentaires respectifs issus des premiers et des deuxièmes moyens d'écrêtage, des moyens de filtrage numérique pour filtrer dans chacune desdites bandes de fréquence tes signaux issus des moyens de corrélation et des moyens pour sommer séparément pour chacun des capteurs, les signaux corrélés en relation avec une même position de la source.
10) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la source sismique est un outil de forage entraîné en rotation, et le système de réception comporte une pluralité de capteurs disposés au voisinage du puits en cours de forage.
11) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'outil de forage est associé à des moyens hydrauliques pour lui appliquer des contraintes verticales intermittentes.
12) Dispositif selon l'une des revendications 8 ou 10, caractérisé en ce que le système de réception comporte des appareils d'acquisition reliés au laboratoire central par des moyens de transmission, pour collecter chacun les signaux reçus par plusieurs capteurs, chaque appareil d'acquisition étant pourvu de premiers moyens de filtrage et de premiers moyens d'écrêtage, le laboratoire central comportant des moyens de mémorisation pour mémoriser lesdits signaux élémentaires transmis par les appareils d'acquisition et un calculateur pour effectuer lesdites corrélations et lesdites sommations.
13) Dispositif selon l'une dés revendications 9 à 12, caractérisé en ce que chaque appareil d'acquisition comporte des moyens de mémorisation temporaire desdits signaux élémentaires.
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| FR9100608A FR2671640A1 (fr) | 1991-01-16 | 1991-01-16 | Methode et dispositif d'exploration du sous-sol comportant l'emission d'une suite d'impulsions sismiques. |
| FR9100608 | 1991-01-16 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| CA2059507A1 CA2059507A1 (fr) | 1992-07-17 |
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ID=9408856
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| CA002059507A Expired - Fee Related CA2059507C (fr) | 1991-01-16 | 1992-01-16 | Methode et dispositif d'exploration du sous-sol comportant l'emission d'une suite d'impulsions sismiques |
Country Status (3)
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| US4926391A (en) * | 1986-12-30 | 1990-05-15 | Gas Research Institute, Inc. | Signal processing to enable utilization of a rig reference sensor with a drill bit seismic source |
| DE68911714T2 (de) * | 1988-03-04 | 1994-07-21 | Schlumberger Ltd | Dekonvolutionsverfahren von Charakteristiken einer unbekannten Quelle von unbekannten Wellenform-Daten. |
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