METIS : un système intégré d’acquisition géophysique pour imager efficacement et en temps réel les zones terrestres complexes et difficiles d’accès

À l’avant-garde dans le domaine de l’imagerie sismique 3D, Total porte ses efforts depuis plusieurs années sur des technologies de rupture, afin d’améliorer sans cesse la qualité des images du sous-sol. Pour résoudre les problèmes importants d’imagerie géophysique en zones complexes, Total s’est engagé dans un projet R&D intégré de géophysique et de logistique : METIS (Multiphysics Exploration Technology Integrated System). L’objectif est d’améliorer la qualité et la rapidité d’acquisition des données en développant des processus de contrôle qualité et de traitement en temps réel, tout en réduisant drastiquement les coûts et l’exposition HSE des opérations. La finalité étant de pouvoir construire pour nos interprétateurs des modèles 3D toujours plus prédictifs.

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FLORENT BERTINI

Recherche et Développement

Les zones complexes en subsurface (par exemple les zones montagneuses) représentent un défi majeur : leur imagerie sismique est particulièrement difficile et les incertitudes résultantes de la cartographie du sous-sol y sont grandes. De plus, l’accessibilité souvent limitée de ces zones rend les techniques traditionnelles d’acquisition trop coûteuses et risquées sur le plan HSE. D’où la nécessité de repenser les pratiques d’un point de vue global. À l’été 2014, nous avons donc lancé le projet METIS (Multiphysics Exploration Technology Integrated System). Avec l’objectif de développer d’ici 10 ans un système géophysique et logistique intégré pour acquérir, traiter et obtenir en temps réel une information structurale et quantitative de qualité. Cette approche innovante devrait à terme décupler la VOI (Value Of Information) des données acquises dans des environnements de surface complexes. Elle contribuera ainsi à optimiser le développement de nos champs, en obtenant de nouveaux permis d’exploration ou en relançant l’intérêt de domaines miniers abandonnés par le passé, faute de compréhension.

METIS : regarder la vidéo

Un système d'acquisition cableless repensé dans son ensemble

Qualité des données géophysiques, mais aussi délais et coûts... Les exigences liées aux zones complexes sont nombreuses. D’où la réponse holistique apportée par METIS, qui combine une utilisation innovante de la technologie DART (Downfall Air Receiver Technology) et l'usage intensif de vecteurs aériens tels que des dirigeables ou des drones. Ce nouveau mode d’acquisition consiste à couvrir le sol (carpet recording) de la zone explorée avec les capteurs géophysiques sans fil en forme de fléchette dits DART. La flotte de drones lance, en toute sécurité, jusqu’à 400 récepteurs par km². L'ensemble des traces sismiques enregistrées sont ensuite transmises en temps réel sur le terrain au centre de contrôle. Cette densité importante va ainsi contribuer à une qualité finale de haute définition.

 

METIS s’adapte à la complexité de l’ensemble des informations géologiques sur le terrain. Sans oublier l’optimisation du volet logistique, tout aussi essentiel pour garantir l’efficacité et la sécurité du déploiement. Une simulation complète du processus d’acquisition / traitement / imagerie est ainsi établie, ce qui permet d’adapter selon les besoins la densité des capteurs et la nature des mesures multiphysiques (fit for purpose). Des corrections imposées par la réalité opérationnelle peuvent être directement apportées le cas échéant sur le terrain.

Un traitement en temps réel, des délais d’exécutions plus courts

Plusieurs techniques d'imagerie sont intégrées à différentes échelles, en complément des acquisitions sismiques classiques : exploitation des données satellitaires ou aéroportées (optique, radar, LiDAR, hyperspectral), des techniques électromagnétiques et gravimétriques (pour la surface et la proche surface) voire magnéto-telluriques (pour les structures profondes). METIS est développé en partenariat avec deux entreprises américaines : Geokinetics (contracteur intégré) et Wireless Seismic (équipementier).

 

L'interprétateur est ainsi placé au cœur de l'acquisition, puisqu'il pourra évaluer localement et directement la qualité des données et l'illumination de la structure géologique. Donc intervenir en fonction des résultats pour optimiser en temps réel le schéma d’acquisition. Le délai entre le démarrage de l'acquisition et la finalisation de l'interprétation géoscience s'en trouvera considérablement raccourci, au bénéfice de l’évaluation des prospects et de la prise de décision finale. METIS vise à redonner du temps long sur les phases d’interprétation et de maturation de nos objets prospectifs : « Tempus Omnia Revelat ».

 

 

Une imagerie en zone complexe véritablement améliorée

  • Une modélisation précise de la surface est préalablement effectuée à partir de données satellitaires.
  • D’autres moyens sont ensuite mis en œuvre par voie aérienne pour mieux modéliser la proche-surface : propagation d’ondes sismiques, mais aussi LiDAR, techniques électromagnétiques et gravimétriques.
  • Le design d’acquisition de METIS utilise notamment la modélisation élastique 3D.
  • Le prototype DART de première génération pèse 700 grammes et mesure 50 centimètres. Il est sans fil et sa coque est composée de plastique en PLA biodégradable. A terme, il sera entièrement biodégradable ou non polluant (électronique, batterie…).
  • 4 000 capteurs DART peuvent être déployés dans une journée, pour un résultat déjà comparable aux capteurs conventionnels.
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La sismique verte : une application en Papouasie Nouvelle Guinée

METIS permettra également de répondre à l'impératif environnemental, en réduisant l'impact des campagnes d'acquisition sismique dans les zones complexes. Au premier rang desquelles se trouvent les ceintures de plissements / chevauchements des foothills.

Ce sera donc l’un des enjeux du mini-pilote qui sera mis en place cette année en Papouasie Nouvelle Guinée, où les acquisitions terrestres sont conditionnées par la très faible pénétrabilité d'une forêt primaire humide. Traditionnellement les ouvertures pour les acquisitions sismiques ont recours au bridging : malgré l’impact environnemental, l’imagerie de la sub-surface ainsi acquise est souvent insuffisamment précise. Avec METIS, on anticipe une réduction de l'ouverture de l'ordre de 1 pour 15 par rapport aux méthodes classiques. En attendant 2021 avec un premier pilote industriel de 100 km² sur le PRL15 (Elk Antelope).

 

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La logistique aérienne, un volet essentiel du système METIS

Dans le cadre de campagnes sismiques, des équipements lourds doivent être transportés jusqu’aux zones à explorer. Afin de développer une approche plus respectueuse de l’environnement, les chercheurs de Total se sont associés à la start-up française Flying Whales pour inventer le HA2t (Hybrid Airship 2 tons), un dirigeable multifonctionnel qui vient épauler les hélicoptères sur le plan logistique. Egalement utilisé pour l’acquisition non sismique, ce vecteur d’un genre nouveau servira aussi de relais de communication entre la zone explorée et la base.