Archives de l’étiquette : Réservoir

Nov 08

Info INSU: Pourquoi trouve-t-on des roches très poreuses à plus de 3,5 km de profondeur

Pourquoi des réservoirs d’hydrocarbures sont-ils présents à de grandes profondeurs alors que les lois d’enfouissement prédisent une réduction drastique de la porosité ? C’est la question à laquelle des chercheurs de Géosciences Paris Sud (GEOPS, CNRS / Université PARIS-SUD) et de la société ENGIE ont répondu, au moins en partie, en réalisant une étude pétrographique et minéralogique de roches prélevées au large de la côte nord-ouest de l’Australie lors de compagnes de forages profonds. Ils ont également ainsi montré que les formations sableuses déposées dans des estuaires, et maintenant très enfouies, sont des cibles de choix pour la prospection pétrolière.
@INSU-CNRS

Retrouvez l’intégralité de l’article sur le site de l’INSU

Graphical Abstract

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A – Reconstruction de l’estuaire permien (il y a 270 Ma), localisé alors à 200 km au large de l’Australie. B – Observation au microscope électronique à balayage des agrégats de précurseurs argileux et des tapissages de chlorite ferreuse.

Source :

Saïag, J., Brigaud, B., Portier, E., Desaubliaux, G., Bucherie, A., Miska, S., Pagel, M., 2016. Sedimentological control on the diagenesis and reservoir quality of tidal sandstones of the Upper Cape Hay Formation (Permian, Bonaparte Basin, Australia). Marine and Petroleum Geology. 77, 597-624

Voir en ligne : site web INSU

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Mai 19

[Offre de Thèse] Origine et prédiction spatio-temporelle des tapissages argileux dans les réservoirs silicoclastiques

Préambule – Ce sujet de thèse intitulé « Origine et prédiction spatio-temporelle des tapissages argileux dans les réservoirs silicoclastiques – Apports de la comparaison entre des réservoirs anciens (Dévonien à Jurassique) et d’analogues actuels (Bassin d’Arcachon et Estuaire de la Gironde) » vise à mettre en parallèle (1) des observations et caractérisations sédimentologiques de dépôts quaternaires avec (2) des observations et analyses d’échantillons de subsurface afin de mieux comprendre l’origine du développement des tapissages argileux dans les grès. Il s’agira également de tester le degré de relation entre ce processus physico-chimique et le développement de réservoirs ou la préservation de qualités réservoirs. Ce projet s’insère dans un programme de recherche et développement (R&D) en géologie sédimentaire intitulé CLAYCOAT « CLAY COATing in shallow marine clastic deposits to improve reservoir quality prediction ». CLAYCOAT est un programme national financé par ENGIE associant les Universités Paris-Sud, de Poitiers, l’Institut Polytechnique de Bordeaux et ENGIE.
logosthèse

Encadrement :

Directeur de thèse : Benjamin Brigaud (Université Paris-Sud)

co-directeur de thèse : Eric Portier (ENGIE)

co-encadrants : Raphaël Bourillot (Institut Polytechnique de Bordeaux), Hugues Féniès (Institut Polytechnique de Bordeaux), Patricia Patrier (Université de Poitiers)

Lieu : Orsay, avec une série de mission de terrain à prévoir (région bordelaise), Poitiers, Angleterre, Hollande.

Ecole Doctorale : SMEMaG – Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux, géosciences

Unité de recherche de rattachement : Géosciences Paris Sud (GEOPS) UMR CNRS/UPS 8148

Mots clés : réservoirs, silicoclastiques, sédimentologie, pétrographie, diagenèse, argiles,

Profil candidat : Le candidat devra posséder de solides bases en sédimentologie et en pétrographie sédimentaire mais tout bon candidat est encouragé à candidater. Le candidat devra montrer des motivations aussi bien pour le travail de terrain que de laboratoire, et devra donc avoir un goût prononcé pour un travail de caractérisation sédimentologique à différentes échelles d’observation. Le doctorant devra être prêt à apprendre l’utilisation d’outils variés (du carottier aux outils de caractérisations cristallochimique et microstructurale, notamment pour l’étude des argiles). Des qualités d’autonomie et d’organisation (notamment préparer les missions de terrain et gérer les nombreuses données) sont attendues tout comme de bonnes capacités rédactionnelles, de rigueur, d’observation, de communication ainsi que la maîtrise de l’anglais scientifique.

Résumé : La qualité des réservoirs est l’un des facteurs « risque » pour l’exploration d’hydrocarbures ou pour le développement futur de la géothermie dans les hydro-systèmes silicoclastiques. En effet, les propriétés de porosité et perméabilité contrôlent en grande partie la qualité de ces réservoirs. Ces vingt dernières années, les travaux sur la diagenèse des grès montrent que la présence de tapissages argileux -notamment chloritiques- entourant les grains détritiques de quartz (ou grain coatings) est associée à des réservoirs à fortes perméabilités (Ehrenberg, 1993, Bloch et al., 2002, Worden and Morad, 2003, Dowey, 2012). Ces tapissages inhibent notamment la précipitation de ciment de quartz au cours de la diagenèse d’enfouissement, et préservent ainsi les fortes porosités (>20%) et perméabilités (>100mD) même à des profondeurs très importantes (>3500 m). Leur extension à l’échelle du pore est déterminante sur la porosité. Des tapissages continus inhibent complètement la cimentation de quartz tandis que des tapissages discontinus laissent de l’espace permettant la nucléation de surcroissances. Une des hypothèses est que ces tapissages argileux se mettent en place précocement dans une partie des sables se déposant dans divers environnements comme les estuaires, les deltas, les plaines fluviatiles ou les dunes éoliennes.

Les réservoirs localisés dans des formations estuariennes (ex. en Mer du Nord) incluent d’abondants faciès à tapissages argileux qui forment souvent d’excellents réservoirs d’hydrocarbures. Dans ces formations détritiques, même si le lien entre présence de tapissage argileux et bonne perméabilité est maintenant bien admise, il existe beaucoup d’incertitudes sur leur variabilité spatiale, ce qui limite la prédiction des qualités réservoir. L’origine de ce(s) facteur(s) de contrôle fait actuellement l’objet de débats dans la communauté scientifique. En effet, les données de sub-surface montrent que ces tapissages argileux ont une répartition très hétérogène, même dans un cadre sédimentologique bien contraint (barres sableuses tidales), et leur présence est difficilement prédictible. Les conditions de dépôt de ces argiles: position dans l’estuaire, chimie de l’eau, timing, rôle des tapis microbiens et des macro organismes (e.g. Haile et al., 2015) sont très peu connues. Afin d’améliorer la productivité des réservoirs à hydrocarbures ou d’assurer la disponibilité de la ressource géothermique de manière durable, ce projet vise à mieux définir l’origine, la nature et la localisation spatio-temporelle des tapissages argileux dans un cadre sédimentologique et stratigraphique bien défini.

L’approche adoptée sera de comparer des réservoirs anciens (produits ou explorés par ENGIE : Mer du Nord, Australie, Algérie) avec un analogue actuel (bassin d’Arcachon et estuaire de la Gironde) en répondant, par exemple, aux questions suivantes sur l’origine des tapissages argileux:

  • Quelle est leur minéralogie ?
  • Sont-ils associés à un hydrodynamisme spécifique dans l’estuaire?
  • Quels sont les paramètres physico-chimiques (température, turbidité, salinité, pH, potentiel RedOx…) qui contrôlent la floculation de l’argile autour des grains détritiques et dans quel faciès et quels corps sédimentaires sont-ils produits de manière maximale?
  • Quel est le rôle des tapis microbiens dans la formation des tapissages argileux ?
  • Les tapissages sont-ils systématiquement associés à de bonnes qualités réservoirs?
  • Quel est le lien entre l’apparition ou la présence des tapissages argileux, stratigraphie séquentielle et environnement de dépôt?

Ce type d’étude semble être un prérequis pour toute amélioration dans la prédiction de la qualité des réservoirs, et pourrait donc augmenter considérablement la fiabilité de la modélisation 3D de ces réservoirs.

Thématique: Les argiles tapissant les grains de quartz dans les grès sont reconnus comme étant un des facteurs clef contrôlant la qualité des réservoirs silicoclastiques. Il semble que l’environnement de dépôt joue un rôle primordial sur leur présence mais ce lien reste à démontrer et préciser, comme caractériser le lieu exact de leur formation dans l’estuaire. Comme leur présence ou absence conditionne le type de processus physico-chimique se développant pendant l’enfouissement et donc régissent l’évolution des propriétés pétrophysiques des bassins, il est important d’améliorer la compréhension de leur genèse précoce. Le projet s’attachera à mettre en parallèle (1) des observations et caractérisations sédimentologiques de dépôts quaternaires avec (2) des observations et analyses d’échantillons de subsurface afin de mieux comprendre l’origine du développement des tapissages argileux dans les grès. Il s’agira également de tester le degré de relation entre ce processus physico-chimique et le développement de réservoirs ou la préservation de qualités réservoirs.

Objectifs: Les objectifs de ce projet de thèse sont

(1) de déterminer la distribution spatio-temporelle de l’argile et des tapissages argileux (minéralogie, cristallochimie, propriétés texturales et microstructurales) dans des environnements sédimentaires bien contraints et dans un cadre stratigraphique bien défini.

(2) de mieux comprendre les facteurs contrôlant la formation des tapissages argileux dans les réservoirs silicoclastiques

(3) Si possible, de décrire les processus de leur formation et d’identifier les différents précurseurs minéraux à l’origine des tapissages argileux présents dans les réservoirs très enfouis

(4) corréler la présence de ces tapissages avec les qualités réservoirs

Contexte : Ce projet s’insère dans un programme de recherche et développement (R&D) en géologie sédimentaire intitulé CLAYCOAT « CLAY COATing in shallow marine clastic deposits to improve reservoir quality prediction ». CLAYCOAT est un programme national financé par ENGIE associant les Universités Paris-Sud, de Poitiers, l’Institut Polytechnique de Bordeaux et ENGIE.

Ce projet vient de démarrer au 1er janvier 2015 et se terminera en 2018. L’objectif de ce programme R&D est d’essayer d’améliorer notre compréhension sur le dépôt d’argile dans les séries sableuses estuariennes, formant de minuscules (10 micromètres) tapissages argileux autour des grains de quartz. Même minuscules, ces tapissages favorisent la conservation des bonnes porosités et perméabilités des sédiments lors de leur enfouissement, même à très grandes profondeurs (>3500m) et contribuent ainsi à former des réservoirs d’eau ou d’hydrocarbures. En revanche, les conditions de formation de ces argiles restent très peu connues (lieu dans l’estuaire, chimie de l’eau, timing…). Par analogie avec des analogues actuels, les processus en jeu déterminant la minéralogie et la distribution spatio-temporelle des tapissages argileux dans les réservoirs anciens devront être mieux appréhendés afin de prendre en compte ces paramètres dans les modèles de prédictions des qualités réservoirs.

Méthodes : Un travail important d’acquisition de données sédimentologiques (1) sur le terrain, incluant des carottages et des mesures chimiques in situ dans l’estuaire de la Gironde et dans le Bassin d’Arcachon, et (2) en carothèque (description de carottes appartenant à ENGIE, issues de forages profonds) devra être réalisé. Plusieurs méthodologies seront ensuite employées au laboratoire pour la caractérisation pétrographique et minéralogique des sédiments/roches (microscopie : microscope photonique, MEB, MET, cathodoluminescence ; minéralogie/géochimie : granulomètre laser, DRX, spectrométrie infra-rouge, microsonde ; expériences et mesures sur des microcosmes en laboratoire).

Début de la thèse : 1er octobre 2015

Date limite de candidature : 19 juin 2015

Pour candidater, envoyer un dossier PDF par email (en un seul fichier) à benjamin.brigaud@u-psud.fr ; copie à eric.portier@gdfsuezep.com ou par courrier à Benjamin Brigaud, UMR CNRS 8148 GEOPS, bât 504, Université Paris-Sud, 91405 Orsay

Pièces du dossier à transmettre :

-CV

-lettre de motivation

-relevé de note L3/M1/M2 ou équivalent école d’ingénieur. Pour le M2, envoyer les notes du 1er semestre et si possible celles du 2nd (stage)

-diplômes de Licence, Master 1, Master 2 si possible (ou relevé de note)

-lettre de recommandation

Après réception des dossiers, les candidats retenus seront convoqués à Orsay pour un entretien le 23 juin devant les responsables du projet CLAYCOAT. Les candidats auditionnés devront présenter leur parcours et leurs motivations pour travailler sur ce projet et pour la recherche en général. Un support power point peut être présenté par les candidats (recommandé). Cette présentation sera suivie d’une discussion avec les responsables du projet CLAYCOAT.

Références bibliographiques

Bloch, S., Lander, R. H. & Bonnell, L. 2002. Anomalously high porosity and permeability in deeply buried sandstone reservoirs: Origin and predictability. AAPG Bulletin, February 2002, v. 86, p. 301-328.

Dowey, P.J., Hodgson, D. M. & Worden, R. H., 2012. Pre-requisites, processes, and prediction of chlorite grain coatings in petroleum reservoirs: A review of subsurface examples, Marine and Petroleum Geology, Volume 32, Pages 63-75

Ehrenberg, S. N., 1993. Preservation of anomalously high porosity in deeply buried sandstones by grain-coating chlorite: Examples from the Norwegian continental shelf. American Association of Petroleum Geologists Bulletin, Volume 77, pp. 1260-1286.

Haile, B. G., Hellevang, H., Aagaard, P., Jahren, J., 2015. Experimental nucleation and growth of smectite and chlorite coatings on clean feldspar and quartz grain surfaces, Marine and Petroleum Geology, in press

Worden, R. H., Morad, S., 2003. Clay minerals in sandstones: controls on formation, distribution and evolution. In: Worden, R. H., Morad, S. (Eds.), Clay Mineral Cements in Sandstones. International Association of Sedimentologists, Special Publication, vol. 34, pp. 3-41.

pdfPDF de l’annonce

Institut et Universités partenaires du projet de thèse :

UP bordeaux

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Nov 18

Article – Modélisation 3D du sous-sol : de l’échelle micrométrique à celle du réservoir

i_forage_profond2L’article intitulé « Characterization and origin of permeability-porosity heterogeneity in shallow-marine carbonates : from core scale to 3D reservoir dimension (Middle Jurassic, Paris Basin, France) » par Benjamin Brigaud, Benoît Vincent, Christophe Durlet, Jean-François Deconinck, Emmanuel Jobard, Niel Pickard, Béatrice Yven et Philippe Landrein est prêt pour une publication dans la revue Marine and Petroleum Geology.

Un des défis dans le domaine des sciences de la terre est d’arriver à mieux appréhender le changement d’échelle entre la caractéristique d’un échantillon de roche observée en laboratoire, parfois jusqu’à l’échelle micrométrique et son comportement in situ, dans le sous-sol à l’échelle plurikilométrique. Ce changement d’échelle peut s’avérer particulièrement important pour comprendre, prédire et ainsi visualiser en 3D certaines ressources présentes dans le sous-sol comme l’eau, les hydrocarbures ou les métaux. Les roches sédimentaires du sous-sol, notamment carbonatées, peuvent former des réservoirs pour les ressources en eau ou en hydrocarbures, dont une forte porosité et perméabilité est un gage de qualité. Ces aquifères ou réservoirs d’hydrocarbures sont étudiés à partir de forages, donnant un aperçu très ponctuel de la qualité, par exemple 2 km de long avec un diamètre ne dépassant pas 20 cm, de l’ensemble de la roche contenant cette ressource, dont le volume total peut atteindre plusieurs milliers de kilomètres cube.

Une collaboration entre universitaires (Université Paris-Sud et Université de Bourgogne) et industriels (Cambridge Carbonate, Andra, Statoil, Captair) dirigée par Benjamin Brigaud (Géosciences Paris Sud, Université Paris-Sud/CNRS) a apporté une méthode innovante sur ce changement d’échelle en étudiant un ensemble de roches carbonatées épais de 200 m et enfouis à plus de 500 m de profondeur dans l’Est du Bassin de Paris. Cette nouvelle méthode se déroule en cinq étapes. (1) La première consiste à reconstruire précisément, par une étude des faciès sédimentaires, la géométrie de l’ensemble formant un empilement d’une dizaine de couches. (2) La deuxième étape consiste à l’analyse en laboratoire de la perméabilité (de 0,01 mDarcy à 1 Darcy), de la porosité (de 1 à 17%), du rayon de l’espace connectant deux pores entre eux (variant de 0,25 µm à 32 µm) et surtout du signal en résonance magnétique nucléaire (RMN) des roches carbonatées du site prélevées dans un forage, rendant compte de leur hétérogénéité. Sur ces mêmes échantillons, l’espace poreux a été observé à très petite échelle au MEB afin de préciser la forme des pores ou leur variation de taille (de 1 µm à 100 µm). Ces analyses de laboratoire ont permis de redéfinir les équations permettant de calculer à partir du signal RMN, la porosité ou la perméabilité des roches carbonatées. (4) Dans une quatrième étape, le signal RMN a été mesuré dans 12 puits à partir d’une sonde. Les nouvelles équations utilisées ont permis d’avoir un enregistrement continu de la porosité sur presque 2 km. (5) Un logiciel de modélisation géologique performant a été utilisé afin de propager les caractéristiques de perméabilités et porosités mesurées à partir du signal RMN entre les 12 forages dans 109 millions de cellules mesurant 150 m de longueur, 150 m de large et 5 m de hauteur. Les investigations dans les forages permettent de connaître un volume d’environ 20 m3. Ce volume réellement investigué représente 1/1000 d’une cellule du modèle, à comparer aux 109 millions qu’il faut contraindre…

Cette calibration très fine des calculs de perméabilités à partir des signaux RMN mesurés en laboratoire et la mesure de la RMN sur 12 puits en diagraphie permettent d’observer la distribution hétérogène de la porosité et de la perméabilité depuis l’échelle ponctuelle dans les forages à celle d’un réservoir de 400 km3 modélisé en 3D.

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Avr 20

13ème Congrès français de sédimentologie : Dijon, du 14 au 16 novembre 2011

Participation à l’organisation

Plusieurs membres de l’équipe Relief et Bassin participeront à l’organisation de ce congrès:

Maurice Pagel animera 2 sessions:

4. Architecture et diagenèse des réservoirs

22. Session spéciale, Système sédimentaire multi-couches et transferts associés : apports des recherches réalisées sur le forage Andra à 2000 mètres de Montiers-sur-Saulx (Meuse)

Animateurs : Maurice Pagel (coordonnateur TAPSS 2000, GNR FORPRO et IDES), Michel Cathelineau (GNR FORPRO et G2R) et Patrick Landais (ANDRA)

Depuis 3 ans, un programme multi-organismes (ANDRA, CNRS/INSU, CNRS/PACEN, BRGM, IFP, IRSN, IRD) est dédié à l’étude du forage profond ANDRA de Montiers-sur-Saulx (Meuse). Ce programme intitulé TAPSS 2000 est centré autour des transferts actuels et passés dans une série sédimentaire aquifère-aquitard de 2000 mètres de profondeur. L’objectif de cette session est de présenter à la communauté nationale et internationale les résultats majeurs obtenus sur le forage et son environnement géologique. Les thématiques abordées concernent : (1) l’origine de la succession de couches argileuses et calcaires contrôlant le système aquifère-aquitard, avec la reconstitution des paléoenvironnements et des paléopaysages (2) les paléotempératures et les liens avec l’enfouissement et l’érosion, (3) le profil de température actuel et le régime hydrologique présent et passé, (4) les interactions eau-roches et la chronologie de la diagenèse, (5) l’orientation et la quantification de l’état de contrainte actuel et passé (6) les transferts de solutés à l’aide de différents traceurs isotopiques, (7) les transferts de gaz en s’appuyant essentiellement sur les gaz rares et (8) la biosphère profonde, la vie microbienne et sa diversité fonctionnelle.

 

Benjamin Brigaud co-organisera l’excursion E3 les 17 et 18 novembre:

Sédimentologie, Stratigraphie et Diagenèse des carbonates du Jurassique de l’Est du Bassin de Paris: influences sur le système hydrologique du secteur de Meuse/Haute-Marne (Laboratoire Andra)

Le but de cette excursion est d’illustrer l’influence des faciès, de l’architecture stratigraphique et de la diagenèse des carbonates du Jurassique sur le fonctionnement du système hydrologique du site de Meuse-Haute Marne à l’Est du Bassin de Paris. La première matinée sera consacrée à la visite d’affleurements des calcaires du Dogger en carrière afin d’illustrer les géométries, les faciès et les environnements de dépôt de ces formations calcaires. L’après midi, une présentation des activités de l’Andra, suivie d’une descente dans le laboratoire souterrain pour une explication in situ des différentes expérimentations effectuées par l’Andra seront au programme. Une sélection de forages carottés sera exposée à la carothèque dans le but de présenter les principaux faciès du Jurassique et les problématiques hydrogéologiques, ainsi que les relations faciès-pétrophysique (porosités et perméabilités). La seconde journée sera consacrée à la visite de plusieurs carrières permettant d’appréhender en 3D les architectures sédimentaires des calcaires du Jurassique supérieur, notamment influencées par la mise en place des faciès bioconstruits, et de faire le lien avec les données de forages présentées le jour précédent (horizons poreux, venues d’eau…).

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