Rechercher les gisements d’hydrocarbures
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Pour rechercher un potentiel, les techniciens réalisent une véritable échographie du sous-sol afin d’en restituer une image en deux ou trois dimensions. Initiée dans les années 30, la sismique réflexion, qui analyse le signal reçu des ondes acoustiques émises dans le sous-sol, a évolué vers toujours plus de précision, notamment grâce aux immenses progrès de l’informatique.
© DUFOUR MARCO - TOTAL - Un bateau sismique tire des micros ultrasensibles sur le permis de Diaba, au large du Gabon
Les chercheurs et ingénieurs disposent dans la plupart des cas de données géologiques régionales qui leur permettent d’avoir une première approche sur le potentiel pétrolier et gazier de la zone étudiée. Mais ces documents ne suffisent plus pour identifier et localiser ces futurs gisements, que l’on appelle des "prospects".
Ceux qui pouvaient être détectés par une observation directe de la surface terrestre ont, pour la plupart, été forés dans la première moitié du XXème siècle. Les prospects d’aujourd’hui sont masqués par des dépôts sédimentaires récents dont les déformations de surface n’ont rien à voir avec celles du sous-sol plus profond. De plus, dans les zones sous-marines, l’observation de surface est impossible
Pour permettre l’exploration des sous-sols, à terre ou en mer, il faut avoir recours à une technique spécifique, la « sismique réfexion », inventée dans les années 30 et améliorée au fil des années.
Une opération de
se déroule de la façon suivante :
On envoie d'abord des ondes sismiques de nature vibratoire dans le sous-sol. A terre, ces ondes sismiques sont générées par des camions-vibreurs, depuis lesquels on laisse tomber régulièrement au sol une masse très lourde. En mer, les ondes sont générées par une source à air comprimé appelée également « canon à air ».
Chaque fois que les vibrations effectuées en surface rencontrent dans le sous-sol une couche rocheuse, une partie du train d’ondes est réfléchie, comme sur un miroir, et remonte jusqu’à la surface tandis qu’une autre partie est réfractée et continue sa progression vers de nouvelles couches du sous-sol plus profondes.
A chaque changement de type de roche, la vitesse de propagation du train d’ondes est modifiée et, grâce à des récepteurs très sensibles, appelés géophones à terre ou hydrophones en mer, on enregistre en surface les retours successifs de ces ondes.
A terre, l’enregistrement sismique se fait grâce à lignes de récepteurs, les géophones, qui sont déployées sur le terrain avant l’arrivée des camions-vibreurs puis ensuite récupérées par les équipes de prospection. L’opération est répétée de nombreuses fois en déplaçant à chaque fois les camions-vibreurs afin de couvrir l’ensemble de la zone à explorer.
En mer, l'enregistrement sismique se fait à partir d'un navire remorquant à la fois la source sismique et des câbles de récepteurs appelés hydrophones. La source sismique est généralement immergée à une profondeur de l’ordre de 10m et les câbles d’hydrophones eux à des profondeurs comprises entre 10 et 20m. Les opérations sont plus faciles car il n'y a généralement pas d’obstacle naturel et on peut déplacer en même temps la source émetteur et les hydrophones récepteurs.
L’opération est répétée de nombreuses fois en déplaçant à chaque fois l’émetteur des vibrations.
Des images des sous-sols en 2D, 3D et même 4D
Les différentes ondes réfléchies parvenant aux récepteurs sont extrêmement complexes. Seuls les immenses progrès de l’informatique, avec des capacités de calcul toujours plus importantes, permettent aujourd’hui le traitement des données acquises par la technique de la sismique réflexion.
- En mesurant les temps de retour et en émettant des hypothèses sur les différentes vitesses de propagation, on peut établir une série d’images à deux dimensions (2D) qui restituent des coupes géologiques du sous-sol où les pièges à hydrocarbures peuvent être identifiés à partir de l’analyse des déformations des couches du sous-sol.
- En récupérant davantage de données, on peut construire une image complète du sous-sol en trois dimensions, c'est-à-dire en volume. Cette image peut permettre de détecter directement les hydrocarbures présents dans les couches géologiques.
Quand un gisement est en production, il est important de pouvoir suivre son évolution pendant son exploitation. On va alors répéter l’acquisition de données sismique initiale et, en comparant les enregistrements, on va pouvoir détecter les changements et modifications du gisement. On appelle ce type d’acquisition « sismique 4D » car elle fait intervenir le temps comme quatrième dimension.
Les difficultés d’interprétation
Toutefois, l'imagerie sismique est imparfaite et n’est jamais fiable à 100 %.
Des terrains de consistance molle ou hétérogène, très souvent situés en surface, génèrent des modifications de la propagation des ondes dès leur émission qu'il est difficile de corriger. Plus la profondeur est importante, plus les ondes réfléchies par les couches géologiques s'affaiblissent. Dans les zones peu explorées donc avec peu de forages, les vitesses de propagation sont mal connues car définies à partir d’hypothèses non vérifiées. Enfin, dans les régions qui ont été affectées par de forts mouvements de compression de l’écorce terrestre, le sous-sol est chaotique et, dans ces conditions, la technique de sismique réflexion ne donne pas de résultats probants. Il en résulte parfois des calculs erronés produisant des images ne correspondant pas à la réalité, sortes de « mirages », et des erreurs dans la représentation des profondeurs des couches géologiques. Dans tous les cas, seul le peut confirmer ou non la présence d’un gisement d’hydrocarbures.
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