Utilisation de capteur distribués à fibre optique pour le vertical
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Utilisation de capteur distribués à fibre optique pour le vertical
Utilisation de capteur distribués à fibre optique pour le vertical seismic profiling (VSP) dans les puits de forage et pour la calibration du modèle de vitesse Distributed fibre optic sensor for borehole vertical seismic profiling (VSP) and velocity/depth model calibration Ecole Doctorale 398 Géosciences et Ressources Naturelles Nom, label de l'unité de recherche (ainsi que l'équipe interne s'il y a lieu) : Centre de Géosciences / Équipe de Géophysique MINES ParisTech Localisation (adresse) : 35, rue Saint-Honoré 77305 Fontainebleau Cedex, France Nom du directeur de thèse et des co-encadrants : Hervé Chauris et Daniela Donno (MINES ParisTech, France) Arthur Hartog et James Martin (Schlumberger) Adresse courriel du contact scientifique : [email protected] [email protected] Argumentaire scientifique présentant les enjeux de la thèse : Le projet de cette thèse se situe dans le cadre de l’exploration géophysique dont l’objectif est de caractériser la structure interne des roches du sous-sol. Cette information est essentielle pour la recherche de réservoirs pétroliers, pour le stockage souterrain et pour l’archéologie. Une nouvelle technologie émergente pour l'enregistrement de données sismiques est le capteur distribué à fibre optique, dont le principe est d'utiliser une simple fibre optique, des types souvent déployées dans le secteur des télécommunications, comme un capteur pour mesurer les ondes sismiques à chaque mètre sur la longueur de la fibre. La simplicité de déploiement d'une fibre optique avec sa petite section transversale offre beaucoup d'opportunités pour réaliser des mesures acoustiques dans les forages. Une fibre déployée dans un puits peut détecter les signaux sismiques, générés par de sources sismiques en surface, de la surface à la profondeur maximale du puits. Ces mesures peuvent aussi révolutionner l'étalonnage du modèle de vitesse 3D, essentiel pour l'imagerie et l’inversion de données sismiques 3D et 4D. Description du projet/sujet de thèse : La physique de ce qu'est une fibre distribuée mesure est mal connue, de même que les techniques de traitement du signal pour extraire l’information qui décrit le champ d'onde sismique élastique. Le couplage de la fibre avec la paroi du puits, ainsi que la nature et la structure de la fibre optique elle-même peut également être optimisé pour fournir des mesures plus fiables. Le thésard devra étudier la physique fondamentale de la façon dont une fibre enregistre le champ d'ondes élastiques, grâce à l'utilisation de codes de modélisation par éléments finis et des expériences de laboratoire. Les techniques de traitement du signal nécessaires pour fournir des mesures de haute-fidélité seront également étudiées. L'étudiant devra déterminer les meilleurs moyens d'effectuer des mesures des données sismiques dans un puits de forage. Ces solutions seront évaluées en utilisant des expériences contrôlées sur le terrain sur des sites de test mis à disposition par le partenaire industriel. Les profils de vitesse en profondeur déterminées à partir des capteurs distribués à fibre optique seront comparés avec ceux des approches classiques. L'application des mesures des capteurs distribués à fibre optique à l'imagerie 3D des données sismiques sera également évaluée. Programme de rattachement/Financement : Ce projet est fait dans le cadre d’une collaboration partenariale avec Schlumberger. Connaissances et compétences requises : Le candidat devra avoir un master de recherche en physique, géophysique, mathématiques appliquées ou avoir fait des études d'école d’ingénieur. Le candidat doit montrer de l’enthousiasme pour les applications en traitement des données sismiques et en imagerie sismique. Des compétences solides seront requises en programmation informatique. Le candidat devra être capable d'écrire et de parler anglais avec un minimum d'aisance. Research motivations: The research context of the PhD thesis is geophysical exploration, whose aim is the study of the Earth subsurface by exploiting and analyzing the properties of seismic/elastic waves which are reflected by the subsurface in-homogeneities and recorded at the surface. The provided subsurface characterization is crucial in many fields: to find oil and gas traps, to study waste-disposal or archaeological sites. A new emerging technology for the recording of seismic data is the distributed fibre optic sensor, whose principle is to use a simple optical fibre, of the types often deployed in the telecommunications industry, as a sensor to measure the seismic elastic wavefield every metre over the entire length of the fibre. The simple deployment of a single optical fibre with its tiny cross-sectional area offers much opportunity to make acoustic measurements in boreholes where access for conventional vertical seismic profiling tools will be time consuming and very expensive. A fibre deployed in a well can detect multi-offset and azimuth signals from surface seismic sources from the surface to the deepest depth of the well. These measurements can revolutionise the calibration of the 3D velocity/depth model, essential for the accurate imaging and inversion of 3D and 4D seismic data and their conversion to true depth, (Barberan et al., 2012, Mestayer et al., 2012 and Miller et al. 2012). Project description / PhD thesis research subject: The physics of what a distributed fibre actually measures is poorly understood, as are the signal processing approaches needed to extract the most value from such systems within the context of seismic elastic wavefield sampling. The coupling of the fibre to the borehole wall and the optical nature and structure of the fibre itself can also be optimized to deliver more reliable measurements. The student will study the fundamental physics of how a fibre interacts with the environment into which it is deployed and its sensitivity to the seismic elastic wavefield, through the use of finite element modelling codes and laboratory experiments. The essential signal processing approaches needed to deliver measurements of high fidelity will also be researched. The student will determine the optimum means of making accurate measurements of the seismic elastic wavefield within a borehole. These solutions will be evaluated using controlled field experiments at test sites made available by industrial partners. The student will work on the collection, analysis and interpretation of experimental field data. The velocity/depth profiles determined from distributed fibre optic sensor will be compared with those from conventional approaches using inversion of surface seismic data and check-shot vertical seismic profiles. The application of the distributed fibre optic sensor measurements to 3D imaging of seismic data will also be evaluated. Candidate profile: Students with a strong background in physics, mathematics, numerical modelling (finite element modelling) and signal processing are encouraged to apply. The candidate should also have experience in programming.The student will contribute to and participate in laboratory and field experiments as part of their project. References: Barberan, C., Allanic, C., Avila, D., Hy-Billiot, J., Hartog, A., Frignet, B., and Lees, G., (2012), Multi-offset Seismic Acquisition Using Optical Fiber Behind Tubing, 74th EAGE Conference. Mestayer, J., Grandi Karam, S., Cox, B., Wills, P., Mateeva, A., Lopez, J., Hill, D. and Lewis, A., (2012), Distributed Acoustic Sensing for Geophysical Monitoring, 74th EAGE Conference. Miller, D., Parker, T., Kashikar, S., Todorov, M., and Bostick, T., (2012), Vertical Seismic Profiling Using a Fibre-optic Cable as a Distributed Acoustic Sensor, 74th EAGE Conference.