Importance du couplage des capteurs distribués à fibre optique dans le cadre des VSP

Significance of Coupling of Distributed Fibre Optic Sensor Systems for Vertical Seismic Profiling

• Auteur / Autrice : Sven Schilke
• Direction : Hervé Chauris
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences et géoingénierie
• Date : Soutenance le 16/06/2017
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de géosciences (Fontainebleau, Seine et Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric L. Pellet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Chauris, James E. Martin, Arthur Hartog, Daniela Donno
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Douglas R. Schmitt, Guy Drijkoningen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Câbles à fibres optiques

Profil sismique vertical

Mots clés libres

Capteurs distribués à fibre optique

Acquisition

Profil sismique vertical

Géophysique de puits

Distributed acoustic sensing

Acquisition

Vertical seismic profiling

Borehole geophysics

Résumé

Les capteurs distribués à fibre optique (aussi nommés DAS) sont une nouvelle technologie d'acquisition sismique qui utilise des câbles traditionnels à fibre optique pour fournir une mesure de la déformation le long du câble. Ce système d'acquisition est largement utilisé dans les profils sismiques verticaux (PSV). Le couplage est un facteur clé qui a une grande influence sur la qualité des données. Alors que, pour les acquisitions PSV, les géophones sont attachés à la paroi du puits, le câble de fibre optique est soit cimenté derrière le tubage, soit attaché avec des pinces rigides au tubage ou simplement descendu dans le puits. Cette dernière stratégie de déploiement donne généralement le plus petit rapport signal sur bruit, mais est considérée comme la plus rentable en particulier pour les installations dans des puits existants. Cette thèse porte sur la problématique du couplage du DAS quand le câble est simplement descendu dans le puits. Nous développons des modèles numériques pour analyser les données réelles. L'interprétation de ces résultats nous permet de conclure qu'un contact immédiat du câble avec la paroi du puits avec une force de contact calculée est nécessaire pour fournir des bonnes conditions de couplage. Sur la base de ces résultats, nous proposons des solutions pour optimiser davantage les acquisitions avec le système DAS. Nous modifions numériquement la force de contact et les propriétés élastiques du câble DAS et démontrons comment ces modifications peuvent améliorer mais aussi détériorer la qualité des données. Enfin, nous proposons un algorithme de détection du couplage qui permet d'assurer l'acquisition de données réelles avec un rapport signal / bruit élevé.

Distributed Acoustic Sensing (DAS) is a new technology of seismic acquisition that relies on traditional fibre-optic cables to provide inline strain measurement. This acquisition system is largely used in vertical seismic profiling (VSP) surveys. Coupling is a key factor influencing data quality. While geophones and accelerometers are clamped to the borehole wall during VSP surveys, the fibre cable is either clamped and then cemented behind the casing, or attached with rigid clamps to the tubing, or loosely lowered into the borehole. The latter deployment strategy, also called wireline deployment, usually acquires the lowest level of signal but is regarded as the most cost-effective in particular for existing well installations. This PhD thesis addresses the problematic of coupling of DAS using wireline deployment. We develop numerical models that are used to analyse real data. The interpretation of these results allows us concluding that an immediate contact of the cable with the borehole wall with a computed contact force is required to provide good coupling conditions. Based on those findings, we propose solutions to further optimise DAS acquisitions. We numerically modify the contact force and the elastic properties of the DAS cable and show how these modifications can improve but also deteriorate data quality. Finally, we propose a coupling detection algorithm that is applied to real datasets and allows ensuring the acquisition of data with a high signal-to-noise ratio.