D'abord quelques définitions:

Une surface géologique correspond à un événement géologique polarisé ou non. La règle de syntaxe suppose que la surface a un âge ponctuel unique.

Un événement géologique, polarisé ou non, correspond à la création d'une surface polarisée (interface géologique) ou non polarisée (faille, contact anormal). L'illustration de ces surfaces est donnée dans les figures 3 et 4.

Un bloc géologique est un volume élémentaire connexe, limité par un ensemble de surfaces géologiques polarisées ou non.

Une formation géologique est un ensemble de volumes de la roche créés dans l'intervalle de temps entre deux évènements polarisés particuliers. Elle est constituée d'un ensemble de blocs géologiques, contigus ou non, ayant les mêmes propriétés. Autrement dit, une formation géologique est un ensemble de blocs géologiques ayant tous les mêmes propriétés.

Une scène géologique 3D est constituée d'un assemblage de pièces volumiques contiguës semblables à l'assemblage des pièces d'un puzzle en 2D. Ces pièces volumiques sont les éléments volumiques unitaires de la scène.

Les interfaces géologiques définissent des limites de formations géologiques qui peuvent être composées d'un ou plusieurs volumes unitaires.

"Le SEG est une structure de données arborescente particulière qui tient compte des règles de syntaxe géologique. Il permet de décrire la structure d'une scène géologique et l'enchaînement chronologique des évènements. Le SEG est un graphe orienté acyclique ayant des propriétés bien particulières". 

Un graphe peut être défini comme étant une relation entre un ensemble fini de sommets (S) et des paires de nœuds (A) : G = (S, A), avec S l'ensemble des nœuds du graphe et A l'ensemble des arêtes (arcs). Un graphe peut être orienté, dans ce cas, les deux sommets d'une paire sont ordonnés. Par contre, si deux sommets de S, reliés entre eux par un arc de A sont adjacents, le graphe est dit on orienté.

INTRODUCTION

Messieurs  et dames bonjour, je vous remercie d’être ici présents. Comme vous le savez, la fin du DESS est ponctuée par cette cérémonie solennelle de soutenance. Mon stage s’est déroulé à l’IFP au sein de la division informatique scientifique et mathématiques appliquées (la DISMA) sous l’encadrement des messieurs Michel Perrin, Jean François Rainaud et sous l’étroite collaboration de Sébastien Schneider et Xavier Skapin.

L’IFP est un centre de recherche et de développement industriel, de formation et d’information dans les domaines du pétrole, du gaz et des moteurs. Ses activités couvrent l’ensemble de la chaîne des hydrocarbures : exploration, production, raffinage, pétrochimie, moteurs et utilisation des produits pétroliers.

Cet organisme s'intéresse à la modélisation géologique 3D pour répondre aux besoins des compagnies pétrolières en matière d'exploration des réservoirs d'hydrocarbures. C'est ainsi  qu'il s'est engagé, avec le Centre de Géologie de l’Ingénieur (CGI) de l'Ecole des Mines de Paris, les Universités de Poitiers et de Strasbourg, à la mise en place du projet "Pilote Géologique 3D" dans l'environnement RML (Reservoir Modeling Line), environnement spécifique de modélisation de réservoirs développé par l’entreprise filiale Beicip-Franlab.

Le but de "mon travail consistait à tester le fonctionnement du prototype du Pilote Géologique 3D sur des cas réels : données tomographiques du simulateur analogique de l'IFP qu nous verrons plus tard. Cela consistait plus spécifiquement à tester l'interface utilisateur afin d'être en mesure d'améliorer la convivialité de l'outil" en vue d'obtenir un modèle 3D géologiquement et topologiquement cohérent et aisément révisable au gré de l’interprétateur.

C’est quoi la modélisation géologique 3D? C’est quoi le pilote géologique 3D, en quoi il est différent des modeleurs existants quelles sont les améliorations en cours de développement ? Ce sont ces diverses questions auxquelles nous allons tenter d’apporter des réponses dans les parties suivantes : en I nous évoquerons(Les outils de la modélisation utilisés lors du stage : Pilote Géologique 3D et la RML, le Labelisateur et le Pilote Géologique 3D) en II (nous développerons les règles de syntaxe géologique indispensables à la modélisation géologique), en III (nous allons procéder à la construction des modèles et leur interprétation, pour cela nous énoncerons les diverses étapes pour construire efficacement un modèle et son interprétation par le PG3D) en fin la partie IV nous servira de conclusion.

En effet, d’une manière générale,"la modélisation est essentiellement la représentation simplifiée et plus ou moins formalisée d’un processus dans ce cas, on parlera d’un modèle dynamique ou d’un système auquel cas on parlera d’un modèle statique". Par ailleurs, "la modélisation géologique consiste à intégrer et à représenter, dans un environnement informatique 3D, les éléments ou les évènements géologiques d'une région (formation, failles, faciès sédimentaires, écoulement, déformation) ainsi que les propriétés qui leur sont attachées (perméabilité, fracturation, concentration)".

C’est quoi le prototype du Pilote Géologique 3D ? c’est un modeleur destiné à améliorer les modalités d’utilisation et les performances des modeleurs géologiques 3D existants utilisés dans les compagnies pétrolières. En fait, il s’agit de répondre aux besoins sollicités par le géologue sur l’interprétation d’un modèle dont la construction s’effectuera de façon automatique. 

I.                   Outils de modélisation géologique 3D utilisés lors du stage

A. Le Pilote Géologique 3D et RML

Le Pilote Géologique 3D intègre la chaîne RML qui est une plate-forme de développement composée essentiellement de 4 logiciels destinés à la modélisation et simulation de réservoirs. Elle permet de construire rapidement un modèle structural réaliste, de connecter et d’importer les bases de données, d’effectuer des mises à jour des modèles.

En effet, le Pilote Géologique 3D peut échanger des données avec le modeleur surfacique GeoSurf qui peut aussi échanger des données d’une part avec le logiciel de simulation de grilles géologiques GeoSim [en utilisant les résultats du logiciel Heresim (logiciel d’assignation des propriétés géostatistiques pour la caractérisation des réservoirs)] et d’autre part avec le logiciel de construction intuitive des grilles réservoirs SimGrid (selon la structure géologique et stratigraphique). Ces deux logiciels GeoSim et SimGrid échangent aussi les données avec le logiciel de mise à jour des modèles et qui permet aussi des échanges et communications des données entre partenaires. Toutes ces données sont visualiser grâce à SimView RML.
 

B.   Labelisateur et Pilote Géologique 3D

Le premier élément du Pilote Géologique 3D est le Labelisateur dont le père fondateur est Sébastien Schneider ici présent. Dans cette chaîne, le Labelisateur va générer un SEG (schéma d’évolution géologique qui est une structure de données arborescente particulière qui tient compte des règles de syntaxe géologique que nous énumérons plus tard, ce SEG directement lisible par le Pilote Géologique et exportable vers le répertoire de surfaces permet de décrire la structure d’une scène géologique. Le Labelisateur peut également associer les liens à l’événement créé ce qui lui permet d’alimenter un répertoire de surfaces. Si les surfaces (horizons ou failles) existent déjà, le Pilote géologique peut alors les extraire et produire un modèle interprété, si les surfaces n’existent pas, le Labelisateur dispose d’une fonction d’échantillonnage de points sur les interfaces, c’est la fonction picking, on obtient indirectement des représentations sous forme de nuage de point ou courbes polygonales pour la construction des surface via le GeoSurf qui va les exporter vers le Pilote Géologique pour interprétation du modèle.

Deux jeux de données issues des images tomographiques du simulateur analogique de l’IFP sont susceptibles de tester la robustesse du Pilote Géologique 3D et nous avons quelques coupes :

-   Du modèle en extension associant sédimentation et fracturation et .

- Du modèle en compression associant la fracturation des couches horizontales faiblement comprimées.

La construction d’un modèle se fait selon la manière dont le géologue appréhende la scène géologique et cette construction s’effectue en plusieurs étapes. C’est ainsi que de ce modèle brute, on obtient cette interprétation où on retrouve une série sédimentaire et un réseau de failles de premier, de second et de troisième ordre.

La construction d’un modèle se fait selon la manière dont le géologue appréhende la scène géologique et cette construction s’effectue en plusieurs étapes. C’est ainsi que de ce modèle brute, on obtient cette interprétation où on retrouve une série sédimentaire et un réseau de failles de premier, de second et de troisième ordre.

II.  Règles de syntaxe géologique

Mais la construction d’un modèle géologique s’effectue dans le respect scrupuleux des règles de syntaxe géologique formulées par Monsieur Michel Perrin ici présent. Ces règles permettent non seulement de décrire les objets géologiques et les relations qu’ils peuvent entretenir, mais aussi dans un souci de correspondance avec les techniques informatiques de modélisation d’objets géologiques. Ces règles permettent de distinguer les surfaces polarisées ayant deux faces distinctes dont l’une est tournée vers le récent et l’autre tournée vers l’ancien. Parmi ces surfaces, nous avons les strates, les intrusifs et les filons.

Ensuite, ces règles nous permettent de distinguer les surfaces non polarisée dont les deux faces sont équivalentes, l’une et l’autre tournée vers l’ancien, les failles et les contacts anormaux appartiennent à ce type de surfaces.

Ces règles impliquent aussi qu’une surface polarisée ait un âge ponctuel et que la faille n’ait joué qu’une seule fois au cours du temps.

On distingue une représentation conventionnelle de ces deux types de relation.

Nous avons ainsi, la relation chronologique (plus ancien que ou plus jeune que) et structurale (s’arrête sur). Ceci nous permet de distinguer les relations recoupant recoupée entre deux surfaces, nous avons ainsi un onlap (surface jeune s’arrête sur une plus ancienne) et une discordance dans le cas contraire, c’est à dire une surface ancienne s’arrête sur une plus jeune).

Ces règles de syntaxe géologique sont indispensables à l’interprétation cohérente du modèle.

III.    Modèle géologiques et interprétation

Comme je le disais précédemment, la construction du modèle débute par l’introduction des données, étape souvent très laborieuse et fastidieuse, c’est pour cela que le Labelisateur a été mis en place.

A.    Etapes de construction d’un modèle géologique

1.  Le Labelisateur

Ce logiciel contient 4 options principales dont les détails sont dans le manuel d’utilisation en annexe de mon rapport de stage (: l’option File permet de créer un nouvel SEG, de charger un SEG existant, de sauver le SEG sous un nom, de sauver le SEG courant de l’exporter vers le Pilote ou de quitter le Labelisateur ; l’option Edit permet d’insérer un événement polarisé ou non ; l’option View permet de visualiser l’ensemble des événements de la scène géologique tandis que l’option Help permet de solliciter de l’aide lors de l’exécution des diverses opérations).

C’est grâce à ces diverses options que nous avons construit les SEG des deux modèles. Un SEG est considéré comme un graphe et le graphe est défini comme une relation entre un ensemble fini de nœuds et d’arêtes ou d’arcs.

La construction d’un graphe commence d’abord par l’insertion d’un nœud (événement géologique polarisé ou non polarisé).

Avec ces différentes fenêtres, on peut délimiter l’événement(interfaces supérieures et inférieures), donner un type d’interfaces pour les évènements polarisés (discordant concordant, onlap ou discordant et onlap et pour les événement non polarisés, on ajoute les relations structurales (s’arrête sur ou recoupe).

L’option essentielle ayant d’ailleurs donner le nom au logiciel est la labelisation de l’événement.

Cette labelisation peut être manuelle, dans ce cas, l’utilisateur attribue librement un nom à l’événement ou automatique dans ce cas le nommage des événement de même rang s’effectue automatiquement.

Une autre option importante du Labelisateur est l’association des liens du nœud avec une représentation géométrique. Le gestionnaire des liens le Binding Manager permet de lier une surface existante ou d’effectuer un échantillonnage de points (le picking). C’est cette dernière option que nous avons régulièrement sollicitée.

Le picking permet d’échantillonner sur une interface un ensemble de points représentatifs de la courbe. Le résultat du Binding Manager précise le type de lien : picking ou lien local.

Une fois le SEG construit, l’utilisateur peut le visualiser grâce à l’option View.

Nous y reviendrons !

Les diverses courbes peuvent être exportées vers le modeleur sous deux types de représentations : représentation sous forme de nuage de points ou représentation sous forme de lignes polygonales ou polylines. L’utilisateur précise la profondeur initiale et l’espacement entre les coupes.

2.   Le GeoSurf

Une fois les courbes exportées, elles peuvent être importées dans un modeleur, ici le GeoSurf pour la construction des surfaces.

Pour cela, nous allons sélectionner un ensemble de courbes représentatives d’un événement donné pour construire sa surface équivalente. On obtient alors les différentes surfaces de la scène géologique (horizons et failles). On obtient un modèle final non interprété. C’est ce dernier qui est exporté vers le Pilote Géologique 3D avec le SEG équivalent.

B.    Interprétation du modèle simplifié par le Pilote Géologique 3D

Au stade actuel du développement du Pilote Géologique 3D, il n’est pas encore possible d’interpréter les modèles complexes que j’ai construits. C’est pourquoi nous avons choisit le modèle simplifié précédent dans lequel on a trois horizons et 5 failles.

L’interprétation du modèle par le Pilote Géologique 3D se fait en deux phases essentielles :

1.  Le Preprocessing ou prétraitemennt

Une première phase dit preprocessing ou prétraitement encore manuel est la phase d’épaississement des failles et  de calcul les incertitudes. Ce n’est qu’à l’issue de ces deux opérations qu’intervient l’interprétation proprement dit.

2. L’interprétation proprement dit

Cette phase consiste en une extension et segmentation des horizons par les failles. On obtient ainsi un modèle géologique interprété qui montre que les surfaces sont bien recoupées.

A partir de ce modèle, on peut visualiser volumiquement bloc par bloc. C’est ce que montre l’horizon B limité par la topologie d’ensemble.

Nous constatons que le pilote Géologique 3D est capable de produire automatiquement un modèle topologiquement  et géologiquement cohérent et révisable au gré de l’utilisateur.

IV . CONCLUSION

Le processus de construction d’un modèle géologique dans l’environnement RML nécessite l’utilisation des outils assez performant. La phase laborieuse d’introduction des données est allégée par le Labelisateur outil assez robuste, stable, convivial et facile d’utilisation avec quelques améliorations à réaliser. L’interprétation automatique d’un modèle simple s’effectue assez bien par le Pilote Géologique 3D. Cependant, au stade de développement du Pilote Géologique 3D, l’interprétation les modèles complexes n’est pas encore possible, mais cette étape est imminente. En outre, la phase du prétraitement, actuellement manuelle est appelée à devenir automatique. Par ailleurs, le traitement des failles balantes n’est pas encore pris en compte. Une fois ces améliorations seront effectuées, le Pilote Géologique 3D pourra se prévaloir d’être un modeleur géologique de référence. Mais cela ne sera possible que si le géologue, principal utilisateur et informaticien travaillent cordialement.

Merci de votre attention !

 A titre de rappel, la Reservoir Modeling Line (RML) composée de 4 logiciels destinés à la modélisation des réservoirs.. Cette plate forme s’appuie essentiellement sur des librairies extérieures telles que : Siscat (pour la reconstruction des surfaces paramétriques à partir de données éparses), CAS.CADE (environnement de développement complet dédié à la conception assistée par ordinateur), Ilog Views (pour les aspects interface graphique des logiciels de la RML), Open Inventor (pour l’affichage de toutes les données géométriques 2D et 3D), V3D (pour tous les aspects de visualisation de données scientifiques : affichage et exploration des grilles structurées composées de millions de cellules). Cette liste de librairies est loin d’être exhaustive.

Cette plate-forme a l’avantage d’être portable sur différents systèmes d’exploitation et stations de travail : SunOS/Solaris, IRIX, GNU/Linux. Un portage est en cours vers le système Windows.