Utilisation de la technologie Duplex Wave Migration (DWM) et de la modélisation des données sismiques pour délimiter les chambres de distribution du processus de drainage par gravité au moyen de vapeur et réduire les émissions de CO2

Promoteur principal : TetraSeis Inc.
Lieu : Calgary (Alberta)
Contribution de l’Initiative : 1 178 625 $
Total du projet : 1 763 810 $

Contexte du projet

Dans la région des sables bitumineux de l’Athabasca, en Alberta, des dépôts de bitume se trouvent couramment dans la formation McMurray. Là où la formation McMurray affleure la surface, le bitume peut être exploité à ciel ouvert. Par contre, si la formation se trouve à une profondeur de plus de 75 mètres, il faut employer une méthode in situ à la place, soit le drainage par gravité au moyen de vapeur (DGMV). Dans les activités de DGMV, il faut forer des puits horizontaux dans lesquels de la vapeur chaude est injectée afin de faire fondre le bitume et de l’extraire. Il s’agit d’une méthode qui cause beaucoup moins de dommages à la surface que l’exploitation à ciel ouvert. Toutefois, l’intensité énergétique est beaucoup plus élevée, principalement en raison de la consommation très importante de gaz naturel pour créer de la vapeur. L’existence de données plus exactes sur les propriétés quadridimensionnelles des zones de DGMV le long des puits horizontaux d’injection et de production permettrait de réduire cette intensité énergétique.

Les méthodes sismiques quadridimensionnelles classiques employées aux fins du DGMV permettent aux exploitants de ne voir que la partie supérieure de la zone de DGMV. Puisque les zones de DGMV sont de forme allongée et irrégulière qui, une fois entièrement développée, prend la forme d’un « champignon » en coupe transversale, la vue de la partie supérieure ne permet pas d’obtenir des données exactes sur l’emplacement et les limites latérales. Compte tenu des défis auxquels s’affrontent les activités de DGMV, l’entreprise TetraSeis Inc. a proposé le projet « Utilisation de la technologie Duplex Wave Migration (DWM) et de la modélisation des données sismiques pour délimiter les chambres de distribution du processus de drainage par gravité au moyen de vapeur (DGMV) et réduire les émissions de CO2 » pour financement dans le cadre de l’Initiative écoÉNERGIE sur l’Innovation. TetraSeis a reçu 1 178 k$ pour la réalisation du projet.

Résultats

La DWM et la SDWM (Scattered Wave Duplex Wave Migration) sont des méthodes brevetées de traitement de données sismiques permettant l’imagerie de structures quasi verticales (telles que des réservoirs d’hydrocarbures) sous la surface. Une évaluation a été réalisée de la capacité de la DWM et la SDWM à générer des cartes de zones de fonte pour DGMV afin de relever les zones moins épuisées d’un réservoir. Un levé sismique de référence et un levé sismique quadridimensionnel effectués en 2009 et en 2012, respectivement, dans la zone d’étude Leismer (où des installations d’exploitation des sables bitumineux sont actives) ont servi à produire des cubes de données connexes. Les cubes de données renfermaient des images de zones de DGMV et ont servi à interpréter les limites des zones de fonte pour DGMV ainsi qu’à calculer leurs coefficients de réflexion respectifs. Le logiciel d’interprétation DWMINT de TetraSeis a permis de cartographier la température, la saturation en pétrole et la viscosité du pétrole. Il a été déterminé que l’emploi de la DWM/SDWM pour créer des cartes à haute résolution des propriétés des réservoirs qui délimitent avec exactitude l’emplacement et les limites des zones de fonte pour DGMV pourrait améliorer de 10 à 20 % l’efficience des activités d’injection de vapeur pour DGMV.

La différence entre les méthodes classiques d’imagerie sismique en 4D et la technologie du DWM est présentée schématiquement dans la figure

Figure 1. a : Vue d’en haut de la méthode classique en 4D; b : Vue latérale droite du DGMV; c : Vue latérale gauche du DGMV

Version textuelle

En ce qui a trait aux méthodes de sismique-réflexion en 4D (1a), nous ne pouvons produire l’image des caractéristiques subhorizontales que d’en haut. Par conséquent, la technologie de l’imagerie classique ne permet que de voir la partie supérieure de la zone du DGMV qui est souvent plus large que la zone de fusion réelle du DGMV, en raison de ce qui suit : 1) l’étalement des effets de la vapeur à l’interface de la roche couverture; 2) des ouvertures incomplètes de la propagation ou des déports insuffisants; 3) l’étalonnage de l’amplitude en fonction de la température. Il est à noter qu’en ce qui a trait à la cinématique de l’imagerie traditionnelle à une seule réflexion, la réflexion produite par la zone de fusion du DGMV ne remonte pas à la surface et de ce fait, le côté de la zone du DGMV est invisible dans la technologie de l’imagerie classique.

Pour ce qui est de la réflexion en duplex (b et c) il est possible de produire l’image des réflexions des limites subverticales du côté avant (rayons bleus) et du côté arrière (rayons rouges) des objets si ceux-ci sont relativement épais. En outre, le DWM doit être illuminé séparément à partir d’un côté de l’objet afin d’éviter le chevauchement des images. Les vues latérales droite et gauche sont encore utiles, et ont fourni deux volumes de données et quatre mesures de la réflexion.

La capacité de repérer directement les limites latérales de la zone de fusion du DGMV est d’une grande importance parce qu’elle permet l’interprétation directe non seulement du lieu où elles sont situées dans l’espace, mais également, en en mesurant l’amplitude, le calcul d’une estimation de la propriété du réservoir principal et de la température à chaque limite latérale. En outre, étant donné que l’onde sismique en duplex traverse la zone de fusion du DGMV et est réfléchie depuis la limite arrière de la zone de fusion du DGMV, il est possible de mesurer les effets de la désintégration de l’énergie qui s’est produite à l’intérieur de la zone. Ces mesures nous fournissent une méthode pour caractériser les conditions changeantes à l’intérieur de la zone de fusion du DGMV le long du puits horizontal. La capacité de repérer directement les limites latérales est attribuable au fait que la technologie du DWM simule une expérience sismique qui a été entreprise avec les sources sur la limite de la partie inférieure, alors que l’imagerie sismique classique ne peut repérer directement que les réflexions à partir de la partie supérieure de la zone de fusion du DGMV et les technologies de l’imagerie classique ne permettent pas de voir les limites latérales.

 

On a également évalué la capacité de la DWM/SDWM à cartographier les variations relatives dans l’intensité du colmatage des pores par le bitume. De plus, des expériences de modélisation sismique numérique ont été réalisées. Un levé sismique de référence effectué en 2009 dans la zone d’étude Leismer a servi à produire des cubes de données connexes qui renfermaient des images sismiques reflétant l’hétérogénéité du bitume dans la formation des sables bitumineux. En conclusion, il a été déterminé que malgré la capacité probable du DGMV à relever les zones de forte concentration de bitume, selon la comparaison des données sur la productivité du réservoir, il faudrait d’autres activités d’enquête, notamment des études de comparaison aux résultats de forage.

En dernier lieu, on a étudié la possibilité d’employer la DWM/SDWM pour la détection rapide de défaillance du substrat rocheux.  La perte d’intégrité dans le substrat rocheux (des fractures) pourrait permettre au pétrole lourd et à divers produits chimiques de se verser dans des aquifères d’eau douce et possiblement, de monter à la surface. Un levé sismique de référence et un levé sismique quadridimensionnel effectués en 2009 et en 2012, respectivement, dans la zone d’étude Leismer ont servi à produire des cubes de données connexes. Les cubes de données renfermaient des images sismiques du substrat rocheux des sables bitumineux et des formations au-dessus du substrat rocheux. Deux zones de changement dans les propriétés sismiques ont été relevées, en raison possiblement de l’effet de la chaleur. Par contre, aucune défaillance du substrat rocheux ni aucune trace de fracture linéaire n’en a été relevée. Ainsi, on a conclu que le substrat rocheux dans la zone d’étude avait maintenu son intégrité et a contenu avec succès les gaz et les liquides chauffés à l’intérieur du réservoir.

Avantages pour le Canada

La capacité de délimiter avec exactitude les cavités de vapeur de DGMV et de cartographier le développement des zones de fonte pourrait réduire les coûts de l’énergie ainsi que les émissions connexes de gaz à effet de serre et améliorer le ratio vapeur-pétrole (RVP) ainsi que l’efficience opérationnelle dans les sites de DGMV au Canada.

Prochaines étapes

L’entreprise TetraSeis Inc. compte promouvoir l’emploi de sa technologie de DWM/SDWM. De plus, la technologie pourrait être adaptée à l’avenir aux fins de la détection des faibles rejets de failles et de fractures qui risquent d’entraîner une rupture à la surface et la contamination du milieu environnant si elles passent inaperçues.

 
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