Découvrir des hydrocarbures cachés : utiliser la technologie d’imagerie sismique pour cartographier les formations loin sous la surface de la terre

Il y a près de 50 ans, ExxonMobil a lancé une technologie appelée imagerie sismique 3D, qui utilise des ondes sonores pour former des images tridimensionnelles des formations géologiques. Ces images sont devenues la norme du secteur pour comprendre la géologie de la sous-surface et trouver des gisements de pétrole et de gaz.

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Découvrir des hydrocarbures cachés : utiliser la technologie d’imagerie sismique pour cartographier les formations loin sous la surface de la terre

Depuis ces expériences précoces, ExxonMobil est un leader dans le développement et l’application des technologies nécessaires pour acquérir, traiter et interpréter les données sismiques 3D.

Collecte de données sismiques

ExxonMobil développe activement des technologies et applique une expérience mondiale pour améliorer la qualité des données sismiques recueillies sur le terrain, avec un impact minimal sur l’environnement.  Les avancées récentes permettent l’acquisition de fréquences plus larges d’ondes sonores, ce qui permet à nos géoscientifiques et ingénieurs de disposer d’informations supplémentaires sur les propriétés du sous-sol.  En outre, ExxonMobil a récemment élargi sa nouvelle application de multiples méthodes de sources sismiques simultanées en environnements offshore, réduisant ainsi le temps, le coût et l’impact environnemental de l’acquisition des données.

Imagerie avancée

Nos algorithmes propriétaires et brevetés, associés aux investissements dans des superordinateurs réalisent la tâche informatique massive d’analyse des données sismiques tout en les rendant accessibles aux équipes ExxonMobil qui gèrent les actifs d’exploration, de développement et de production dans le temps pour prendre les décisions commerciales les plus efficaces. Notre logiciel de modélisation de vitesse 3D exclusif permet aux interprètes de données de construire des modèles détaillés, ce qui améliore notre capacité à visualiser avec précision les structures complexes du sous-sol. De plus, les avancées récentes dans l’inversion de champ d’ondes complet nous fournissent des informations sur le sous-sol plus précises que celles disponibles précédemment.

Inversion de champ d’ondes complet (FWI)

L’inversion de champ d’onde complet (FWI) fait partie intégrante de nos efforts d’exploration et de développement et une partie exclusive de notre suite de capacités sismiques connues sous le nom d’EMprise.  Combiné avec la technologie de supercalcul, la FWI fournit à nos géoscientifiques une vision inégalée des structures géologiques du sous-sol et des caractéristiques physiques des roches.

Par le passé, l’industrie n’utilisait qu’une partie des données enregistrées dans les études sismiques 3D en raison de la complexité élevée des ondes sismiques et de la quantité de données. Maintenant, la FWI nous permet de mieux exploiter toutes les données d’une étude sismique pour produire des images haute définition du sous-sol. Plus précisément, la FWI nous permet de cartographier plus précisément les structures géologiques et de déterminer avec plus de certitude si la roche peut contenir des hydrocarbures. Ce faisant, nous pouvons aider à rendre les ressources pétrolières et gazières plus faciles à identifier et à cibler dans les programmes d’exploration, de développement et de production.  Pour les champs où ExxonMobil produit actuellement du pétrole et du gaz, la FWI est appliqué à des études sismiques en accéléré ou en 4-D pour aider à cartographier les hydrocarbures restants. Ces capacités peuvent rendre le développement des ressources et la production plus efficaces, moins coûteux et plus écologiques grâce à un forage optimisé.

Photo — Avec la technologie FWI, il est possible de voir et de disséquer les propriétés physiques très subtiles des roches et de localiser plus précisément les réservoirs de pétrole et de gaz. La différence entre l’analyse des résultats de FWI et les données sismiques traitées de manière conventionnelle serait similaire à l’évaluation des caractéristiques physiques du Mona Lisa. Auparavant, il n’était possible de voir que les contours de base. Mais grâce à ces avancées technologiques, les caractéristiques physiques de son visage et de ses vêtements sont plus vives et plus détaillées, ce qui représente plus fidèlement la réalité.

Le processus d’inversion de champ d’onde complet commence par un modèle géologique des propriétés des roches du sous-sol. Les données sismiques synthétiques générées par ordinateur dérivées du modèle sont ensuite comparées aux données sismiques de terrain réelles. Les différences entre les deux sont utilisées pour mettre à jour le modèle afin de refléter plus précisément la réalité. Ce processus est répété jusqu’à ce qu’il y ait une correspondance entre les données synthétiques et réelles. La simulation doit incorporer un degré élevé de réalisme, représentant correctement la géométrie d’acquisition sismique et la physique régissant la propagation des ondes sismiques dans le sous-sol.

L’approche FWI marque un virage important dans la façon dont les données sismiques sont actuellement utilisées pour représenter le sous-sol. L’analyse sismique standard est intensive et fastidieuse, consistant en une série d’opérations conçues pour éliminer le bruit et les signaux indésirables des données avant l’imagerie. Après l’imagerie, les propriétés du sous-sol sont estimées, mais il n’existe pas de boucle de rétroaction explicite pour comparer ces estimations avec les données de champ d’origine. En revanche, le processus FWI est largement automatisé à l’aide d’une simulation informatique pour contourner les étapes chronophages de l’approche traditionnelle.

Les algorithmes exclusifs d’ExxonMobil et les investissements dans des superordinateurs nous permettent d’augmenter la gamme de fréquences utilisées par l’inversion de champ d’onde complet afin que nous puissions créer des cartes remarquablement précises des structures du sous-sol. Dans la plupart des études FWI publiées, seule la portion de fréquence la plus basse (moins de 10 Hz) de données utilisant une physique de simulation simple est inversée, ce qui produit des modèles à faible résolution. Chez ExxonMobil, nous avons exécuté la FWI sur des études sismiques 3D utilisant des fréquences plus élevées et plus de physique de simulation, générant ainsi des modèles haute résolution et plus précis du sous-sol.

L’amélioration de la caractérisation de l’imagerie et des gisements fournie par la FWI s’est rapidement traduite par des résultats améliorés sur le terrain. Par exemple, des images sismiques haute résolution et des modèles dérivés de notre technologie FWI ont été utilisés pour cibler de manière optimale le forage et former une partie intégrale de nos activités en cours au Guyana.

L’inversion de champ d’ondes complet demeure un domaine de recherche actif chez ExxonMobil. Des progrès en calcul informatique et en algorithmes restent nécessaires lorsque nous utilisons des physiques de simulation plus complexes et que nous repoussons les limites de résolution des données sismiques. Nos investissements dans le calcul haute performance et dans la technologie d’inversion de champ d’onde entier nous ont permis d’être un leader du secteur en imagerie sismique.

 

Prédiction des caractéristiques du sous-sol

ExxonMobil utilise également des technologies sismiques pour mieux comprendre les gisements d’hydrocarbures. L’un des nombreux exemples est notre capacité à utiliser des données sismiques pour prédire la répartition des fractures naturelles, qui sont des voies importantes pour le flux du pétrole et du gaz dans les réservoirs étanches. En analysant comment les ondes sonores rebondissent sur les structures rocheuses du sous-sol, nous pouvons prédire l’intensité et l’orientation des fractures. Ces prédictions permettent d’identifier les zones d’amélioration du flux et d’optimiser la mise en place de puits, ce qui se traduit par moins de puits et un forage plus efficace.

Imagerie sismique 4D

Dans les gisements en cours de production, nous pouvons suivre les changements qui se produisent dans les gisements en sous-sols en répétant les enquêtes 3D avec le temps pour créer une image sismique en accéléré ou en 4-D. L’interprétation des données sismiques 4-D permet d’assurer une récupération optimale du pétrole et du gaz dans nos champs existants.

Pendant la production, les changements de pression du gisement, de température et de saturation du fluide peuvent entraîner des changements dans les propriétés physiques des rochers du gisement.

Les technologies sismiques accélérées développées et appliquées par ExxonMobil, incluant l’inversion de champ d’ondes en 4-D, produisent des images haute définition des changements sismiques nous permettant d’interpréter les changements dans un gisement avec plus de certitude. Intégrées aux données conventionnelles de production sur site et aux modèles de gisement, les méthodes sismiques 4-D contribuent à augmenter la productivité des actifs de production d’ExxonMobil résultant d’une prise de décisions améliorée et dérivée des données.

Photo — Dans les cartes sismiques 4D telles que celles qui proviennent d’un champ pétrolier de l’Afrique de l’Ouest, chaque région de la carte représente une zone de changement dans le gisement au cours d’une période de temps. Ici, le bleu représente le mouvement d’eau et le rouge indique une augmentation du gaz.  Savoir comment le contenu du fluide d’un gisement change pendant la production est crucial pour extraire efficacement des ressources. Dans ce cas, de l’eau est injectée dans les gisements afin de maintenir la pression, ce qui entraîne une plus grande récupération de pétrole et réduit la nécessité d’un forage supplémentaire.

ExxonMobil a appliqué la technologie sismique 4-D sur un large ensemble de zones géographiques, de paramètres géologiques et de scénarios de production, allant de la surveillance de l’eau et du balayage de gaz (voir image) dans nos puits de production en eau profonde en Angola, aux processus de récupération thermique utilisés dans le champ de pétrole lourd du lac Cold en Alberta, au Canada. Notre expérience a démontré que les méthodes sismiques 4-D peuvent améliorer notre compréhension d’un gisement en identifiant ses compartiments distincts et en cartographiant les voies de flux de fluide les plus perméables. Les données peuvent être utilisées pour localiser le pétrole et le gaz non produit, augmentant ainsi l’efficacité des puits existants et réduisant le besoin d’autres puits et de forage.

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