Dossier : L'exploration des gisements de pétrole et de gaz

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Décryptages

La localisation d'un possible gisement d'hydrocarbures

Pour localiser un gisement 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 de réflexion, qui analyse des ondes envoyées en profondeur, a évolué vers toujours plus de  précision, notamment grâce aux immenses progrès de l’informatique.

Un bateau sismique tire des micros ultrasensibles sur le permis de Diaba, au large du Gabon © DUFOUR MARCO - TOTAL

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 localiser ces futurs gisementsUn gisement est une accumulation de matière première (pétrole, gaz, charbon, uranium, minerai métallique, substance utile…)..., qu’on appelle des « prospectsLes prospects sont des gisements potentiels d'hydrocarbures... ». Ceux qui pouvaient être détectés par une observation directe de la surface terrestre ont pour la plupart été forés dans la première moitié du XXe 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.
 


L’exploration des sous-sols au moyen de la sismique de réflexionLa sismique de réflexion est une sorte d’échographie du sous-sol...

Il faut donc avoir recours à une technique spécifique, la « sismique de réflexion », inventée dans les années 30 et améliorée au fil des années. Une opération d’acquisition de données se déroule de la façon suivante :

  • On envoie d'abord des ondes sismiques de nature vibratoire dans le sous-sol, générées par des camions-vibreurs, depuis lesquels on laisse tomber régulièrement au sol une masse très lourde, ou par le déclenchement d’une explosion ou encore, en mer, par un « canon à air ».
  • Chaque fois que les vibrations effectuées en surface rencontrent une couche rocheuse, une partie du train d’ondes est réfléchie, comme sur un miroir, jusqu’à la surface tandis qu’une autre partie est réfractée et continue sa progression vers de nouvelles couches 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, on enregistre les retours successifs de ces ondes en surface. En mer, l'enregistrement sismique se fait à partir d'un bateau entraînant derrière lui un chapelet de récepteurs flottants appelés hydrophones. L'opération est plus facile car il n'y a aucun obstacle naturel : on peut ainsi placer et déplacer sans entraves les émetteurs et les récepteurs d'ondes.

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 différents trains d’ondes 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 de réflexion.

  • En mesurant les temps de retour et en émettant des hypothèses plus ou moins assurées 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, avec ses déformations où les couches sont susceptibles de former des pièges à hydrocarburesLes hydrocarbures sont des composés chimiques dont les molécules sont constituées d'atomes de carbone et d'hydrogène....
  • 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 permet parfois de détecter directement les hydrocarbures présents dans les couches géologiques.
  • Quand un gisement est en production, on utilise parfois la méthode de la sismique 4D qui fait intervenir la quatrième dimension, le temps. Celle-ci consiste à effectuer plusieurs enregistrements successifs en 3D sur le gisement, à quelques mois d’intervalle. En comparant ces enregistrements, on suit l'évolution du gisement pendant son exploitation.

Les difficultés d’interprétation

Toutefois, l'imagerie sismique est imparfaite et jamais fiable à 100 %.

La 4D est une imagerie en 3D ajoutant la dimension du temps

Des terrains de consistance molle ou hétérogène, très souvent situés en surface, génèrent des altérations du train d’ondes à son origine qu'il est difficile de corriger. Plus grande est la profondeur, plus les ondes réfléchies par les couches géologiques s'affaiblissent. Dans les zones peu forées, les vitesses de propagation sont mal connues et les hypothèses que l’on fait ne sont pas vérifiées. Enfin, dans les régions qui ont été affectées par de forts mouvements de compression de l’écorce terrestre et qui présentent un sous-sol chaotique, la technique de la sismique de réflexion reste relativement impuissante.

Il en résulte parfois des calculs erronés qui peuvent produire des images ne correspondant pas à la réalité, sortes de « mirages », et des erreurs dans les cartes représentant les profondeurs. Seul le forageUn forage consiste à creuser un trou dans le sous-sol grâce à une machine adaptée... peut confirmer ou non une découverte.

Voir la suite des opérations d’exploration.