Imagerie sous le sel :
une acquisition WATS au design optimisé

Pour imager ses cibles subsalifères dans l’offshore profond de l’Afrique de l’Ouest, Total a réalisé une gigantesque acquisition sismique, dite Wide-azimuth towed-streamer (WATS). En amont, ses expertises, ses outils de pointe et ses ressources en calcul haute performance lui ont permis d’en optimiser le design, assurant le meilleur compromis coût/bénéfice.

Améliorer l’imagerie sous le sel

Les clés d’une exploration à fort potentiel

Imager les géologies les plus complexes, en particulier en présence de corps de sel, représente l’un des défis les plus difficiles de la géophysique. Dans de tels contextes, les dispositifs conventionnels d’acquisition sismique offshore de type Narrow Azimuth Towed Streamer (NATS) sont inadaptés.

Expert_enricoZamboni_FR
Enrico Zamboni

Exploration

Leurs données, acquises selon une même direction (ou azimut), ne permettent pas de construire des images fiables du sous-sol. Nous nous sommes alors dirigés vers des acquisitions sismiques de nouvelle génération, de type Wide-Azimuth towed-streamer (WATS). Éclairant un même point du sous-sol selon différents azimuts, elles améliorent considérablement l’illumination sous le sel et permettent ainsi d’obtenir une image plus fidèle à la réalité géologique.

 

C’est ce schéma innovant que nous avons choisi de mettre en œuvre sur le Bloc 32 de l’offshore profond angolais, qui est l’un des plus difficiles à imager au monde en raison d’une géologie très structurée par d’importants corps de sel. Notre objectif était double : apprécier des réservoirs turbiditiques subsalifères déjà découverts mais insuffisamment imagés par nos deux précédentes NATS (2000 et 2007) et poursuivre notre exploration du bloc. Il s’agissait de couvrir une surface de 1 500 km2 pour réaliser ainsi l’une des deux plus grandes acquisitions propriétaires WATS au monde.

 

En raison des moyens navals mobilisés, une WATS représente un investissement considérable, 5 à 10 fois plus élevé qu’une NATS. Au regard de cette réalité économique et budgétaire, il était donc primordial d’optimiser le design à mettre en œuvre, en concevant le schéma qui permettrait de minimiser le coût de l’acquisition, tout en garantissant, bien sûr, l’atteinte de nos objectifs d’imagerie. Ce fut tout l’enjeu de l’étude de faisabilité réalisée en 2012-2013.

Une simulation complète, de l’acquisition des données jusqu’à l’imagerie

Une étude de faisabilité consiste à simuler l’intégralité de la chaîne géophysique, de l’acquisition de données synthétiques jusqu’à la construction des images sismiques, pour chaque design testé. Elle repose sur l’intégration d’expertises géophysiques et géologiques avancées, des outils d’imagerie de pointe et d’énormes ressources de calcul, telles que celles de Pangea, le supercalculateur de Total.

 

Nous avons débuté par la construction d’un modèle acoustique aussi réaliste que possible, comprenant un cube 3D de vitesse (des ondes sismiques) et un cube 3D de densité (du sous-sol). Le champ de vitesse intégrait toutes les informations relatives à la complexité géologique de la zone à imager. Le cube de densité modélisait, quant à lui, les niveaux stratigraphiques régionaux. Des structures géologiques 3D (tels que des chenaux) étaient insérées dans les niveaux cibles de l’acquisition pour évaluer la capacité des designs à les illuminer.

Modèles (densité en haut, vitesse en bas) utilisés pour modéliser les différentes configurations d’acquisition.

 : Ce modèle a servi de base pour les deux étapes suivantes répétées pour chaque schéma d’acquisition simulé

  • le modelling : l’acquisition est simulée en modélisant la propagation des ondes sismiques dans le modèle entre chaque point de tir et chaque récepteur ;
  • la migration : les données synthétiques obtenues sont migrées pour construire les images sismiques qui, comparées au modèle (parfaitement connu), permettent d’évaluer la performance du design testé.

Nos ressources de calcul haute performance (HPC) nous ont permis d’utiliser des outils de modélisation basés directement sur l’équation des ondes de type Reverse Time Migration (RTM), fruit de notre R&D en imagerie profondeur. Plus coûteux en efforts de calcul, mais plus fiables que les outils basés sur les tracés de rayon, ils permettent en effet de mieux appréhender l’hétérogénéité structurale et de produire des images de qualité supérieure dans les zones de forte complexité géologique.

Une économie de 25 millions de dollars

Le premier design envisagé était le même que celui de l’acquisition WATS single azimuth (acquise dans une seule direction), tirée en 2009 par Total sur une autre zone du Bloc 32.

Mais pour atteindre nos objectifs d’imagerie, la grande complexité de la zone cible nous aurait obligés à densifier le schéma. Cela aurait eu un impact sur la durée de l’acquisition et bien sûr sur son coût (estimé à 188 millions USD).

Pour optimiser ce design initial, nous avons donc simulé une quinzaine de scénarios avec différents paramètres d’acquisition : dispositif d’enregistrement, offset (distance entre sources et récepteurs) minimum et maximum, directions d’acquisition, densité des points de tir, etc.

Notre choix s’est finalement porté sur un schéma d’acquisition selon deux azimuts perpendiculaires (Bi-azimuth), mettant en jeu deux bateaux sources et un bateau streamer remorquant 12 streamers de 8 000 m de long, espacés de 100 m ! Son avantage décisif ? Une "grille" d’acquisition moins dense mais selon deux azimuts, qui générait une économie d’environ 25 millions de dollars tout en améliorant fortement l’imagerie de nos cibles.

 

De gauche à droite et de haut en bas : anciennes données NATS, données synthétiques du schéma d’acquisition virtuel recommandé, modèle de densité et résultats de l'acquisition effective. À noter la correspondance claire entre données modélisées et réelles et l’amélioration significative par rapport aux données NATS.

In fine, les images du Bloc 32 construites à partir des données acquises par la campagne B-WATS tirée en 2013-2014 se sont avérées similaires aux images synthétiques de notre étude de faisabilité, prouvant la fiabilité de ce savoir-faire de pointe et notre capacité à réaliser les progrès indispensables à l’amélioration de l’imagerie sous le sel.

PROJET

Incahuasi

PUBLICATION

Using AVO to evaluate a thin pay: a Norwegian case study