QU’EST CE QU’UNE - cnrs.fr · PETROLIER Migration Roche-mère potentielle ROCHE-MÈRE ACTIVE...

Raymond MICHELS

QU’EST-CE QU’UNE

ROCHE-MÈRE PÉTROLIÈRE?

L’IDEE CONDITIONNE

L’ACTION

MODELE DE

GISEMENT

Modèle théorique

qui décrit

- la nature des éléments

- la géométrie

- Les mécanismes de formation

d’un gisement

de ressources minérales

ou énergétiques

ROCHE-MÈRE PÉTROLIÈRE

Ressource hydrocarbonée:

Pétrole, gaz

C, H, O associés en structures

moléculaires hydrocarbonées

GEOCHIMIE

Elles ne font pas partie des minéraux constitutifs du manteau ou de la croûte terrestre

Carbonates

CO2

H2O

Roches sédimentaires

Charbon

Pecopteris (Senftenbergia) plumosa

Carbonifère, Westphalien, Sarre

Les êtres vivants

Photosynthèse

CO2 + H2O

Structures

hydrocarbonées

C, H, O, N

Productivité

primaire océanique

La vie est la

principale source de

molécules

hydrocarbonées

Bloom phytoplanctonique

MODIS

Productivité primaire océanique

La répartition est fortement contrainte par la

géométrie des masses continentales.

From Degens and Mopper, 1976; after Koblentz-Mishke et al., 1970

Accumulation de carbone organique

dans les sédiments des marges continentales

Il faut protéger la matière organique

de la dégradation en l’incorporant dans les sédiments

STRUCTURATION DE LA COLONNE D’EAU

DANS UNE ZONE D’UPWELLING

Modèle d’environnement de dépôt

pour la Formation Barnett shale (Mississippien)

Louks and Ruppel (2007)

A l’interface

eau-sédiment… R

ecycla

ge

P

rés

erv

atio

n

D’après Huc (1995)

O2=0

Environnement aérobie

O2=0

Environnement anaérobie

Des

sédiments à

grain fin

Exemple d’anoxie de grande ampleur:

l’Océan Atlantique du Crétacé

Albien 112-99 Ma Aptien 125-112 Ma

Paleomap Project

www.scotese.com

Certaines

périodes de

l’histoire de la

Terre sont

propices à la

préservation

de la matière

organique

Marcellus

Shale Wooford

Shale

Domanik

Shale Exshaw

Shale

Les sédiments riches en matière organique

du Dévonien

Orminston & Oglesby (1995)

ROCHES (MARINES) A GRAIN FIN:

ARGILES, ARGILITES (BLACK-SHALES)

CARBONATES

Woodford shale,

Devonian, USA

Woodford shale,

Devonian, USA

Toarcian shale,

Jurassic, France

Lo

wer

Barn

ett

Sh

ale

Silicate mud

Carbonate mud

Mineralogy DES FORMATIONS FORTEMENT

HETEROGENES

A L’ECHELLE DES GRAINS

Louks and Ruppel (2007)

Kimmeridge shale

Jurassic, UK

100 µm

Microscopie optique transmission

MEB/MET

Alum shale

Sw

DES FORMATIONS FORTEMENT

HETEROGENES

A L’ECHELLE DES GRAINS

Tomographie X : images 3D

Géoressources (2013)

%C27 %C29

%C28

Plantes sup.

Estuaire ou baie

Marin ouvert

Plancton

SIM

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

500

550

600

650

700

750

F

Lacune

SIM

Domaine proximal

Influence

continentale

Contexte

confiné

Influence marine

STERANES

MATIERE ORGANIQUE HETEROGENE

Domaine distal

QU’EST-CE QU’UNE

ROCHE-MÈRE PÉTROLIÈRE?

KEROGENE MATIERE ORGANIQUE

Rap

po

rt a

tom

iqu

e H

/C

2,0

1,5

1,0

0,5

0

Lac Victoria

Botryococcus

Rapport atomique O/C

0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30

Le diagramme de

Van Krevelen Chimie des

kérogènes

Plancton

Lacs

Plancton

Plateformes

continentales

Plantes Supérieures

Fluvio-lacustre à Delta

Rap

po

rt a

tom

iqu

e H

/C

2,0

1,5

1,0

0,5

0

Lac Victoria

Botryococcus

Rapport atomique O/C

0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30

Le diagramme de

Van Krevelen

Plancton

Lacs

Plancton

Plateformes

continentales

Plantes Supérieures

Fluvio-lacustre à Delta

Chimie des

kérogènes

Rap

po

rt a

tom

iqu

e H

/C

2,0

1,5

1,0

0,5

0

Lac Victoria

Botryococcus

Rapport atomique O/C

0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30

Le diagramme de

Van Krevelen

Plancton

Lacs

Plancton

Plateformes

continentales

Plantes Supérieures

Fluvio-lacustre à Delta

Chimie des

kérogènes

Maturation

thermique

Rap

po

rt a

tom

iqu

e H

/C

2,0

1,5

1,0

0,5

0

Lac Victoria

Botryococcus

Rapport atomique O/C

0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30

Le diagramme de

Van Krevelen

Pétrole

+ gaz

Gaz

CO2 + H2O

Plancton

Lacs

Plancton

Plateformes

continentales

Plantes Supérieures

Fluvio-lacustre à Delta

Chimie des

kérogènes

Indicateurs de maturité thermique…

22S/(22S+22R)

C31 Homohopanes

Réflectance

de la vitrinite

Matière organique

Traces de fission apatites (Barbarand, 2012)

Inclusions fluides

…de paléotempératures…

20 µm

10 µm

….et de surpression

PR

ES

SU

RE

(b

ar)

TEMPERATURE (°C)

26

23

12

5 4 0

2

3

TIME

(million years)

1

LA MATURATION THERMIQUE MODIFIE

PROFONDEMMENT LA ROCHE-MERE

FRACTURATION

EXPULSION

CIRCULATION FLUIDES

Wooford shale

Oklahoma, USA

%R0=0,5

%R0=1,0

Modification de la porosité du kérogène

T

OTAL O

IL Y

IELD

(wt%

of

initial sh

ale)

Modification des quantités et qualités de fluides

Modica & Lapierre (2012)

Michels et al. (1995)

20 µm oil

gas

Bourdet & Pironon (2008)

brine

CO2

brine

gas

EX

PU

LS

ION

EF

FIC

IEN

CY

Michels et al. (1995)

QUANTIFIER LES RÉSERVES Lois de comportement

Experimentation

3.0

2.0

1.0

90 140 190 240 290 340

Nb de jours après forage

PC

H4

da

ns

le

fo

rag

e (

mb

ar)

CCH4 = 0,34 mg/L

0

Mesure in situ dans forage → Modèle (Diffusion + advection) → Estimation des teneurs

Pironon et al. (2008)

ROCHE-MÈRE

PÉTROLIÈRE

Gaz et Huile de « schiste »

L’IDEE CONDITIONNE

L’ACTION

Réservoir + couverture

Piège

SYSTÈME PETROLIER

Migration

Roche-mère

potentielle

ROCHE-MÈRE

ACTIVE

D’après Magoon & Dow, 1994

ROCHE MERE

ACTIVE

CONCEPT GEOLOGIQUE

Huile + gaz

Gaz

GISEMENTS CONVENTIONNELS

Réservoir: volume poreux

Pressurisé: production spontanée

Géométrie: Réserve

Ghawar reservoir

GISEMENTS NON CONVENTIONNELS « Gaz et huile de roche-mère »

Pas de production spontanée

Porosité très faible de géométrie complexe Perméabilité très faible

Comment évaluer une géométrie? Une réserve?

Clay

Smoky River, Alberta, Canada

Fracturation hydraulique:

ouverture du réseau de fractures

Total.com µm

mm

cm

dm

m

CONCLUSIONS

Les roches-mères actives ne sont pas des objets

géologiques nouveaux

Leurs propriétés sont toutefois mal connues

(géométrie, pétro-physique, réserve)

Les modes d’exploitation et de gestion

sont à optimiser, inventer

CONCLUSIONS

Quelques verrous de recherche en géologie

L’architecture sédimentaire (environnements de dépôt) : nature

des variations des faciès minéraux et organique

Histoire diagénétique: comment l’enfouissement conditionne les

propriétés pétro-physiques

Histoire thermique: qualification, quantification et répartition de la

ressource

Modèle de réservoir (ressource): « sweet spots »

Modèle spatialisé de comportement mécanique: Fracturation

Chaque roche-mère est unique