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Détecter le pétrole sans forage

La rédaction
Le Graal de tout géophysicien pétrolier ? Forer du premier coup au coeur d'un réservoir d'hydrocarbures. Pour réaliser ce rêve, les prospecteurs ont développé des méthodes électromagnétiques, alliant mesures de précision et traitements numériques sophistiqués. Les chances de succès frôlent désormais les 90 %. Impensable il y a encore une dizaine d'années !

La prospection offshore représente plus d'un tiers du marché de l'exploration pétrolière mondiale et ne cesse de croître. La méthode dite « sismique réflexion » est l'une de ses principales activités. Cette technique de « prospection indirecte », qui passe par l'analyse de la propagation d'ondes sismiques dans le sol, permet de découvrir des « pièges », c'est-à-dire des structures géologiques susceptibles de contenir des hydrocarbures, tels les anticlinaux. Pour affirmer la présence de pétrole ou de gaz, il est ensuite nécessaire de forer et d'effectuer des mesures en fond de puits (diagraphies). Ces opérations représentent près de 80 % du coût global d'une campagne d'exploration, car quatre forages sur cinq sont en réalité secs, et donc non amortissables. Pendant près d'un siècle, l'exploration pétrolière s'est appuyée sur cette prospection indirecte des hydrocarbures.

C'est pourquoi la « prospection directe », qui permet de déceler la présence d'hydrocarbures sans avoir recours aux forages, a toujours suscité un intérêt très compréhensible qui s'est souvent traduit au cours du temps par des débats houleux et passionnés, pas toujours objectifs. Un débat amplifié par le fait que le point commun à ces techniques directes fut le recours systématique à l'emploi plus ou moins à bon escient d'ondes électromagnétiques, voire radioélectriques, dont l'interprétation pour la détection et la localisation des gisements de pétrole sortait très souvent du cadre de la physique « démontrée ».

1. FORER DIRECTEMENT AU BON ENDROIT

Cette idée de détecter directement le pétrole sans avoir recours aux forages exploratoires n'est pas à proprement parler nouvelle. Cependant, c'est seulement dans les années 2000 que de véritables avancées techniques reposant sur des concepts physiques bien établis ont pu voir le jour, permettant de proposer un indice de présence d'hydrocarbures fiable.

Après dix années d'exploitation et plus de 500 opérations, les méthodes électromagnétiques marines utilisées en complément de la sismique présentent un taux record de découverte de près de 90 % et semblent aujourd'hui bouleverser la donne en matière de recherche pétrolière offshore, en limitant ainsi considérablement les risques liés à l'exploration. En général, on peut qualifier ces méthodes de prospection électromagnétiques spécifiques du sous-sol marin d'électrographies de fond de mer, en réponse à la nomenclature anglo-saxonne très générique de seabed logging (SBL). Elles peuvent être à source contrôlée (marine controlled source electromagnetic) ou à source naturelle (marine magnetotellurics). De manière plus restrictive, on peut aussi utiliser cette terminologie pour toute représentation graphique des variations d'une propriété électromagnétique du sous-sol marin et plus particulièrement celles de la conductivité électrique.

2. ÉVALUER LA CONDUCTIVITÉ ÉLECTRIQUE DU SOUS-SOL MARIN

Des propriétés physiques des roches, la conductivité électrique est de loin celle qui présente la plus grande variabilité. Elle est de plus la seule qui permet de fournir des informations précises sur la nature pétrographique des roches (faciès et lithologie), et elle a été d'ailleurs largement utilisée dans le domaine des diagraphies. En fond d'océan, les sédiments marins imprégnés d'eau de mer présentent une conductivité (~ 0,03 siemens par mètre S/m) contrastant avec celle de la roche réservoir plus résistante (~ 0,003 S/m).

Malheureusement, les variations spatiales des conductivités électriques représentatives du sous-sol marin ne sont pas directement accessibles à la mesure. En revanche, les enregistrements en fond de mer des champs électromagnétiques (électrique, E et magnétique, H) générés à distance par des sources naturelles ou artificielles et modifiés localement peuvent en donner précisément la distribution, si tant est que l'on puisse mesurer simultanément par des dispositifs séparés leurs composantes vectorielles (Fig. 1). Il devient alors possible de détecter et de localiser latéralement des anomalies de conductivité, ce qui est impossible par exemple avec les méthodes à courant stationnaire, qui ne permettent qu'une exploration verticale.

La présence de courants électriques variables dans un milieu géologique quelconque crée plus ou moins des courants secondaires produits par les flux magnétiques primaires, en vertu de la loi de Faraday et du théorème d'Ampère. Ces courants secondaires, également désignés sous le nom de courants de Foucault, s'opposent au courant primaire qui les a engendrés d'autant plus fortement que la fréquence d'émission et la conductivité électrique des milieux traversés sont élevées (Fig. 2).

Ceci a pour conséquence d'une part de limiter la profondeur d'investigation de la méthode par « effet de peau » et d'autre part d'atténuer de manière différenciée les champs électromagnétiques dans un milieu géologique hétérogène[…]

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