WO2011124813A2 - Procédé de détermination de la position d'un détecteur disposé au fond de la mer - Google Patents

Procédé de détermination de la position d'un détecteur disposé au fond de la mer Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to subsurface exploration techniques, in particular a method for determining the position of a detector placed under the sea, in particular on the surface of the seabed.
  • Seismic images are representations of the basement with two or three dimensions, the vertical dimension corresponding either to the propagation times of the seismic waves, or to the depths. They are obtained by techniques known as "migration" which use an estimated velocity model providing a mapping of the propagation velocity of the seismic waves in the rocks constituting the explored area. This velocity model is used to estimate the positions of subsurface reflectors from seismic recordings.
  • the seismic images thus produced, as well as the underlying velocity models present certain distortions because they are only estimates derived from a necessarily limited number of measurements.
  • detectors are usually placed at the bottom of the sea on the subsoil to be explored. Seismic waves are emitted from the surface of the sea. These waves propagate in the water and penetrate the subsoil. The detectors placed at the bottom of the water on the surface of the subsoil will detect the arrival of the direct seismic wave as well as the waves reflected by the subsoil.
  • the detectors are generally positioned at the bottom of the water several hundred meters deep by means of a ROV (Remote Operated Vehicle).
  • ROV Remote Operated Vehicle
  • the position of the detector is known with a precision of the order of 10 meters. In the context of repeated measurement campaigns over time, this implies a 20 m uncertainty in the position of the detector, which considerably reduces the repeatability of the measurements.
  • the precision of such a method is based on the joint knowledge of the bathymetry and the speed of propagation of the seismic wave in the water. This speed of propagation can vary substantially, in particular depending on the temperature of the water and its salinity.
  • the measurement of the bathymetry is generally done using acoustic means, themselves dependent on the speed of the water and other parameters. Thus, the accuracy of the triangulation method will vary significantly from one measurement campaign to another.
  • the invention thus proposes a method for determining the position of a detector placed under the sea, comprising the following steps:
  • the method according to the invention makes it possible to determine the position of the detector completely independently of the speed of propagation of the wave in the water and the bathymetry.
  • a method according to the invention may further comprise one or more of the optional features below, considered individually or according to all possible combinations:
  • the method for determining the circle passing closer to the Mi points is chosen from one of the following methods:
  • the position of the detector is the isobarycentre of P centers circles previously determined
  • the P time intervals ⁇ are determined so that, with respect to the detector, the maximum azimuthal angular difference between two consecutive points Mi whose propagation times are included in said time interval is less than or equal to 120 °; and the wave emitted from each emission point is a pressure wave.
  • the invention also relates to a method for determining the positions of a set of detectors disposed under the sea, wherein the position of each detector is determined by a method according to the invention using the same emission points.
  • the invention also relates to a method for mapping an underwater subsurface comprising the following steps:
  • the invention also relates to a method for monitoring the evolution over time of an underwater subsoil, characterized in that the mapping method according to the invention is repeated at least two different times and that compare the maps obtained.
  • FIG. 1 illustrates the various steps of a method according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 illustrates the sampling of the sea surface at N emission points
  • FIG. 3 illustrates the determination of the circle which passes closer to the Mi points among the N whose propagation time is within a defined time interval.
  • the method according to the invention can be part of a method for mapping an underwater subsurface.
  • the subsoil is sampled at K measurement points.
  • the area to be mapped can for example be substantially square and have a dimension of 5km side.
  • Underwater subsurface sampling can consist of positioning measurement points about 200 meters apart.
  • a seismic wave detector is positioned on each measurement point.
  • Each detector is positioned by means of a robot directed from the surface. As indicated above, in the operational context it is generally difficult and expensive to accurately determine the position of the detector when the detector is placed with a remotely operated robot.
  • a method for determining the position of a detector placed under the sea may comprise:
  • a recording step S3 of the propagation times corresponding to each emission point a step of determining time intervals S4, a step of determining a circle S5, and
  • the surface of the sea is sampled at N emission points. At each emission point, a wave is emitted and the propagation time of said wave is recorded between the emission point and the detector whose position is to be accurately determined.
  • a boat travels the surface of the sea near the devices by emitting seismic waves regularly.
  • the coordinates of each emission point are determined from the known coordinates of the boat at the time of the shot.
  • the propagation time of the seismic wave between the emission point and each detector whose position is to be accurately determined is recorded.
  • P time intervals ⁇ are determined, with P ⁇ 1 such that for each time interval ⁇ there are Mi points. of emission, Mi ⁇ 3 for l ⁇ i ⁇ P, among the N points of emission whose propagation times are within said time interval.
  • the time interval is determined so that there are at least 3 transmission points whose propagation times are between ⁇ , ⁇ and ⁇ , 2 , and that the maximum azimuthal angle difference between two consecutive points of this set of points and the assumed position of the receiver is less than or equal to 120 °.
  • the time interval ⁇ can be determined so that there is a number of emission points whose propagation time is between ⁇ and 2 greater than or equal to 3 and less than or equal to 200, for example less than or equal to 100.
  • the circle that passes closer to the Mi points whose propagation time is in the time interval [ ⁇ , 2 ] is determined.
  • the method for determining the circle passing closer to the Mi points is chosen from one of the following methods:
  • the generalized least squares method or the weighted least squares method.
  • the invention is not limited to the methods below, any method known to those skilled in the art can be used to determine the circle closest to the Mi points.
  • the ordinary least squares method consists in considering that the circle which passes as close as possible to the Mi points is that which minimizes the quadratic sum of the differences between the points Mi and the said circle.
  • the sampling of the sea surface in emission points can be sufficiently dense to linearize the determination equations of the circle passing as close as possible to the Mi emission points.
  • the method according to the invention is easy to implement.
  • the position of the detector is determined as being on the seabed, vertically to the position of the center of the circle passing closer to the Mi emission points whose propagation times are between ⁇ , ⁇ and ⁇ , 2 ⁇
  • a plurality of time intervals and circles are determined.
  • the position of the detector is determined to be the center of gravity of the centers of the circles, for example the isobarycenter of the centers of the circles.
  • isobarycenter is understood to mean the centroid of the centers of the circles determined by assigning the same weight to each center.
  • a person skilled in the art can choose to assign different weights to the centers of the circles, for example according to the number of points used to determine each circle. or the residue resulting from the minimization of the quadratic sum for each circle.

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Abstract

Procédé de détermination de la position d'un détecteur disposé au fond de la mer Procédé de détermination de la position d'un détecteur disposé sous la mer, comprenant les étapes suivantes : émission de N ondes à partir de N points d'émission, enregistrement du temps de propagation de ladite onde entre chaque point d'émission et le détecteur, détermination de P intervalles de temps Ti, avec P≥1 tels que, pour chaque intervalle de temps Ti, il existe Mi points d'émission, Mi ≥3 pour 1≤ i ≤P, dont les temps de propagation soient compris dans ledit intervalle de temps, détermination pour chaque intervalle de temps Ti du cercle qui passe au plus près des Mi points dont le temps de propagation est compris dans ledit intervalle de temps, détermination de la position du détecteur comme étant le barycentre des P centres des cercles déterminés précédemment.

Description

Procédé de détermination de la position d'un détecteur disposé au fond de la mer
La présente invention concerne les techniques d'exploration du sous-sol, en particulier un procédé de détermination de la position d'un détecteur disposé sous la mer, notamment sur la surface du fond marin.
Il est connu, notamment dans l'exploration pétrolière, de produire des images sismiques à partir de séries de mesures géophysiques effectuées depuis la surface d'un sous-sol. Dans la technique de la sismique, ces mesures impliquent l'émission dans le sous-sol d'une onde et la mesure d'un signal comportant diverses réflexions de l'onde sur les structures géologiques rencontrées. Ces structures sont typiquement des surfaces séparant des matériaux distincts ou des failles.
Les images sismiques sont des représentations du sous-sol à deux ou trois dimensions, la dimension verticale correspondant soit aux temps de propagation des ondes sismiques, soit aux profondeurs. Elles sont obtenues par des techniques connues sous l'appellation de "migration" qui utilisent un modèle de vitesse estimée fournissant une cartographie de la vitesse de propagation des ondes sismiques dans les roches constituant la zone explorée. Ce modèle de vitesse est utilisé pour estimer les positions des réflecteurs du sous-sol à partir des enregistrements sismiques. Bien entendu, les images sismiques ainsi produites, ainsi que les modèles de vitesse sous-j acents, présentent certaines distorsions car ce ne sont que des estimations dérivées d'un nombre nécessairement limité de mesures . Dans le cas d'exploration de sous-sol sous marin, des détecteurs sont généralement placés au fond de la mer sur le sous-sol à explorer. Des ondes sismiques sont émises à partir de la surface de la mer. Ces ondes se propagent dans l'eau et pénètrent le sous-sol. Les détecteurs placés au fond de l'eau sur la surface du sous-sol vont détecter l'arrivée de l'onde sismique directe ainsi que les ondes réfléchies par le sous-sol.
Afin de suivre l'évolution d'un réservoir pétrolier d'un sous-sol, il est possible de réaliser une première image sismique du sous-sol à un temps donné puis de réaliser une deuxième image sismique du même sous-sol après un certain temps .
En particulier, pour suivre les changements en teneur en hydrocarbure d'un réservoir exploité en production, il peut être intéressant de suivre l'évolution de l'image sismique du sous-sol dans le temps.
Afin de pouvoir comparer deux images sismiques d'un même sous-sol, il est important de savoir positionner le plus précisément possible chaque détecteur placé sur la surface dudit sous-sol.
Les détecteurs sont généralement positionnés au fond de l'eau par plusieurs centaines de mètres de profondeur au moyen d'un robot dirigé à la surface (ROV ou « Remote Operated Vehicle ») . Cependant, les contraintes de déploiement opérationnel combinées avec la précision des systèmes de positionnement acoustique embarqués sur ces robots, qui exigent un temps de stabilisation et de calibration élevé, conduisent de façon courante à un positionnement imprécis du récepteur par rapport à la position planifiée.
Généralement, la position du détecteur n'est connue qu'avec une précision de l'ordre de 10 mètres. Dans le contexte de campagne de mesures répétées dans le temps, cela implique une incertitude de 20 m sur la position du détecteur, ce qui réduit considérablement la répétitivité des mesures.
Il est envisageable de déterminer la position d'un détecteur par triangulation. Trois ondes sismiques sont émises de trois points de la surface et la distance entre le détecteur et les coordonnées de chaque point d'émission est calculée à partir du temps de parcours de l'onde sismique .
La précision d'une telle méthode repose sur la connaissance conjointe de la bathymétrie et de la vitesse de propagation de l'onde sismique dans l'eau. Cette vitesse de propagation peut varier sensiblement, en particulier en fonction de la température de l'eau et de sa salinité. D'autre part, la mesure de la bathymétrie se fait généralement à l'aide de moyens acoustiques, eux-mêmes dépendants de la vitesse de l'eau et d'autres paramètres. Ainsi, la précision de la méthode de triangulation variera sensiblement d'une campagne de mesure à l'autre.
Il existe donc un besoin pour un moyen permettant de positionner plus précisément des détecteurs placés au fond de l'eau, ne reposant ni sur la connaissance de la vitesse de propagation des ondes dans l'eau ni de la bathymétrie. Il est suffisant que cette méthode permette la détermination de la position dans un plan, car il est connu que le détecteur est placé sur la surface du fond marin.
L'invention propose ainsi, un procédé de détermination de la position d'un détecteur disposé sous la mer, comprenant les étapes suivantes :
émission de N ondes à partir de N points d'émission, enregistrement pour chaque point d'émission du temps de propagation de ladite onde entre ledit point d'émission et du détecteur,
détermination de P intervalles de temps ΊΊ, avec P≥l tels que, pour chaque intervalle de temps ΊΊ, il existe Mi points d'émission, Mi≥3 pour l≤i≤P, parmi les N points d'émission dont les temps de propagation soient compris dans ledit intervalle de temps, détermination pour chaque intervalle de temps ΊΊ du cercle qui passe au plus près des Mi points dont le temps de propagation est compris dans ledit intervalle de temps,
détermination de la position du détecteur comme étant sur le fond de la mer, à la verticale du barycentre des P centres des cercles déterminés précédemment. Avantageusement, le procédé selon l'invention permet de déterminer la position du détecteur de façon totalement indépendante de la vitesse de propagation de l'onde dans l'eau et de la bathymétrie.
Un procédé selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons possibles :
la méthode pour déterminer le cercle passant au plus près des Mi points est choisie parmi l'une des méthodes suivantes :
• la méthode des moindres carrés ordinaires,
• la méthode des moindres carrés généralisés, ou
• la méthode des moindres carrés pondérés ;
la position du détecteur est 1 ' isobarycentre des P centres des cercles déterminés précédemment ;
on détermine les P intervalles de temps ΊΊ de façon à ce que, par rapport au détecteur, l'écart angulaire azimutal maximum entre deux points consécutifs Mi dont les temps de propagation sont compris dans ledit intervalle de temps soit inférieur ou égal à 120°; et l'onde émise à partir de chaque point d'émission est une onde de pression.
L' invention concerne également un procédé de détermination des positions d'un ensemble de détecteurs disposés sous la mer, dans lequel la position de chaque détecteur est déterminée par un procédé selon l'invention en utilisant les mêmes points d'émission.
L' invention se rapporte également à un procédé de cartographie d'un sous-sol sous-marin comprenant les étapes suivantes :
échantillonnage de la surface du sous-sol à cartographier en K points de mesure,
disposition d'un ou plusieurs détecteurs d'onde aux environs de chaque point de mesure,
détermination de la position de chaque détecteur au moyen d'un procédé selon l'invention,
enregistrement pour chaque détecteur de l'onde émise à partir de chaque point d'émission et des ondes réfléchies par le sous-sol.
L' invention concerne également un procédé de suivi de l'évolution dans le temps d'un sous-sol sous marin, caractérisé en ce qu'on répète le procédé de cartographie selon l'invention à au moins deux temps différents et qu'on compare les cartographies obtenues.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
la figure 1 illustre les différentes étapes d'un procédé selon un mode de réalisation de l'invention, la figure 2 illustre l'échantillonnage de la surface de la mer en N points d'émission, et la figure 3 illustre la détermination du cercle qui passe au plus près des Mi points parmi les N dont le temps de propagation est compris dans un intervalle de temps défini.
Pour des raisons de clarté, les différents éléments représentés sur les figures ne sont pas nécessairement à
1 ' échelle .
Selon un mode de réalisation, le procédé selon l'invention peut s'inscrire dans un procédé de cartographie d'un sous-sol sous-marin.
Dans le cadre d'un procédé de cartographie d'un sous-sol sous-marin, le sous-sol est échantillonné en K points de mesure.
La zone à cartographier peut par exemple être sensiblement carrée et présenter une dimension de 5km de coté. L'échantillonnage du sous-sol sous-marin peut consister à positionner des points de mesure à environ 200 mètres de distance les uns des autres.
L'homme du métier peut adapter les distances entres les points de mesure en fonction d'objectifs opérationnels prédéfinis .
On positionne sur chaque point de mesure un détecteur d'onde sismique. Chaque détecteur est positionné au moyen d'un robot dirigé à partir de la surface. Comme indiqué précédemment, dans le contexte opérationnel il est généralement difficile et coûteux de déterminer avec précision la position du détecteur lorsque ce dernier est placé avec un robot dirigé à distance.
Afin d'augmenter la fiabilité et d'assurer une répétitivité des mesures, il est important de pouvoir déterminer le plus précisément possible la position de chaque détecteur placé aux environs de chaque point de mesure . Comme représenté à la figure 1, un procédé de détermination de la position d'un détecteur disposé sous la mer selon l'invention peut comprendre :
une étape d'échantillonnage SI de la surface de la mer en N points d'émission,
une étape d'émission d'ondes S2 à partir de chaque point d'émission,
une étape d'enregistrement S3 des temps de propagation correspondant à chaque point d'émission, une étape de détermination d'intervalles de temps S4, une étape de détermination d'un cercle S5, et
une étape de positionnement du détecteur S6.
Comme illustré sur la figure 2, selon un mode réalisation, on échantillonne la surface de la mer en N points d'émission. A chaque point d'émission, une onde est émise et l'on enregistre le temps de propagation de ladite onde entre le point d'émission et le détecteur dont on cherche à déterminer avec précision la position.
Selon un mode de réalisation, un bateau parcourt la surface de la mer à proximité des dispositifs en émettant des ondes sismiques régulièrement. Les coordonnées de chaque point d'émission sont déterminées à partir des coordonnées connues du bateau au moment du tir.
Pour chaque point d'émission, on enregistre le temps de propagation de l'onde sismique entre le point d'émission et chaque détecteur dont on cherche à déterminer avec précision la position.
Selon un mode de réalisation de l'invention, au cours de l'étape de détermination d'intervalles de temps S4, on détermine P intervalles de temps ΊΊ, avec P≥l tel que pour chaque intervalle de temps ΊΊ, il existe Mi points d'émission, Mi≥3 pour l≤i≤P, parmi les N points d'émission dont les temps de propagation soient compris dans ledit intervalle de temps.
Selon un mode de réalisation, l'étape de détermination d'un intervalle de temps ΊΊ=[ΊΊ,ι, ΊΊ,2] pour un détecteur peut être réalisée en fixant un premier temps, par exemple ΊΊ,ι, et en déterminant le deuxième temps ΊΊ,2 de l'intervalle de sorte qu'il existe au moins 3 points d'émission dont les temps de propagation sont compris entre Ti,i et Ti,2.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'intervalle de temps est déterminé de sorte qu'il existe au moins 3 points d'émission dont les temps de propagation soient compris entre ΊΊ,ι et ΊΊ,2, et que l'écart angulaire azimutal maximum entre deux points consécutifs de cet ensemble de points et la position supposée du récepteur soit inférieur ou égal à 120°.
L' intervalle de temps ΊΊ peut être déterminé de sorte qu'il existe un nombre de points d'émission dont le temps de propagation est compris entre ΊΊ et 2 supérieur ou égal à 3 et inférieur ou égal à 200, par exemple inférieur ou égal à 100.
Selon un mode de réalisation de l'invention, au cours de l'étape de détermination d'un cercle S5, le cercle qui passe au plus près des Mi points dont le temps de propagation est compris dans l'intervalle de temps [ΊΊ, 2] est déterminé.
La détermination de ce cercle peut se faire par toute méthode connue de l'homme du métier.
Par exemple, la méthode permettant de déterminer le cercle passant au plus près des Mi points est choisie parmi l'une des méthodes suivante :
la méthode des moindres carrés ordinaires,
la méthode des moindres carrés généralisés, ou la méthode des moindres carrés pondérés.
L' invention ne se limite pas aux méthodes ci- dessous, toute méthode connue de l'homme du métier peut être utilisée pour déterminer le cercle le plus près des Mi points .
Au sens de l'invention, la méthode des moindres carrés ordinaires consiste à considérer que le cercle qui passe au plus près des Mi points est celui qui minimise la somme quadratique des écarts entre les points Mi et ledit cercle .
L'échantillonnage de la surface de la mer en points d'émission peut être suffisamment dense pour linéariser les équations de détermination du cercle passant au plus près des Mi points d'émission. Avantageusement, le procédé selon l'invention est facile à mettre en œuvre.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la position du détecteur est déterminée comme étant sur le fond de la mer, à la verticale de la position du centre du cercle passant au plus près des Mi points d'émission dont les temps de propagation sont compris entre ΊΊ, ι et ΊΊ,2·
Selon un mode de réalisation de l'invention, on détermine une pluralité d' intervalles de temps et de cercles. La position du détecteur est déterminée comme étant le barycentre des centres des cercles, par exemple 1 ' isobarycentre des centres des cercles.
On entend par isobarycentre au sens de l'invention le barycentre des centres des cercles déterminés en affectant le même poids à chaque centre.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'homme du métier peut choisir d'attribuer des poids différents aux centres des cercles, par exemple en fonction du nombre de points utilisés pour déterminer chaque cercle ou encore du résidu issu de la minimisation de la somme quadratique pour chaque cercle.
L' invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit et doit être interprétée de façon non limitative, en englobant tout mode de réalisation équivalent.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de détermination de la position d'un détecteur disposé sous la mer, comprenant les étapes suivantes :
émission de N ondes à partir de N points d'émission, enregistrement pour chaque point d'émission du temps de propagation de ladite onde entre ledit point d'émission et du détecteur,
détermination de P intervalles de temps ΊΊ, avec P≥l tels que, pour chaque intervalle de temps ΊΊ, il existe Mi points d'émission, Mi≥3 pour l≤i≤P, parmi les N points d'émission dont les temps de propagation soient compris dans ledit intervalle de temps, détermination pour chaque intervalle de temps ΊΊ du cercle qui passe au plus près des Mi points dont le temps de propagation est compris dans ledit intervalle de temps,
détermination de la position du détecteur comme étant sur le fond de la mer, à la verticale du barycentre des P centres des cercles déterminés précédemment.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la méthode pour déterminer le cercle passant au plus près des Mi points est choisie parmi l'une des méthodes suivantes :
la méthode des moindres carrés ordinaires, la méthode des moindres carrés généralisés, ou la méthode des moindres carrés pondérés.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la position du détecteur est déterminée comme étant sur le fond de la mer, à la verticale de 1 ' isobarycentre des P centres des cercles déterminés précédemment.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications JJ précédentes, dans lequel on détermine les P intervalles de temps i, tel que par rapport au détecteur, l'écart angulaire azimutal maximum entre deux points consécutifs Mi dont les temps de propagation sont compris dans ledit intervalle de temps soit inférieur ou égal à 120°.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'onde émise à partir de chaque point d'émission est une onde de pression.
6. Procédé de détermination des positions d'un ensemble de détecteurs disposés sous la mer, dans lequel la position de chaque détecteur est déterminée par un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes en utilisant les mêmes points d'émission.
7. Procédé de cartographie d'un sous-sol sous-marin comprenant les étapes suivantes :
échantillonnage de la surface du sous-sol à cartographier en K points de mesure,
disposition d'un détecteur d'onde aux environs de chaque point mesure,
détermination de la position de chaque détecteur au moyen d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
détermination pour chaque détecteur de l'onde émise à partir de chaque point d'émission et des ondes réfléchies par le sous-sol.
8. Procédé de suivi de l'évolution dans le temps d'un sous- sol sous marin, caractérisé en ce qu'on répète le procédé de cartographie selon la revendication 7 à au moins deux temps différents et qu'on compare les cartographies obtenues .
PCT/FR2011/050660 2010-04-06 2011-03-25 Procédé de détermination de la position d'un détecteur disposé au fond de la mer Ceased WO2011124813A2 (fr)

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