Les roches mères pétrolièresRéunion spécialisée de la SGF

MODÉLISATION THERMIQUE DES RÉSERVOIRS PÉTROLIERS :

CALIBRATION THERMO-CINÉTIQUE DE LA

GENÈSE DES HYDROCARBURES

Luis MARTINEZ

CNRS - Université de Strasbourg, UMR 7516 – IPGS,

EOST, 1 rue Blessig, 67084 Strasbourg cedex, France

luis.martinez(@)unistra.fr

27-27 novembre 2015

CNRS UMR7516

Institut de Physique du Globe de Strasbourg

Equipe :

Dynamique de la Lithosphère et des Bassins Sédimentaires

Evolution géochimique des réservoirs pétroliers

Les roches mères pétrolières, réunion de la SGF, 27 novembre 2015CNRS UMR7516

Michel Cathelineau, 2007

Ces dernières années, des avances considérables ont été réalisées

en modélisation numérique des bassins sédimentaires, en particulier sur

la simulation de la subsidence en considérant l’érosion et le back-

stripping.

D’un point de vue pétrolier c’est l’évolution du flux de chaleur avec le

temps et sa calibration pendant la subsidence qui ont permis de

reconstituer les étapes diagénétiques des kérogènes (Omodeo-Salé et

al. 2015a).

Dans le cas de la modélisation thermique des réservoirs pétroliers, la

calibration est essentielle et deux paramètres sont souvent utilisés : le

premier est pétrographique (%PRV, Martinez 1989, 2008) et le

deuxième est un paramètre géochimique de la pyrolyse Rock-Eval

(Tmax, Martinez 1993, Amir et al., 2008).

Les roches mères pétrolières, réunion de la SGF, 27 novembre 2015

Les roches mères pétrolières, réunion de la SGF, 27 novembre 2015

Le %PRV est utilisé fréquemment pour définir les étapes diagénétiques de la

transformation thermique des kérogènes (diagenèse, catagenèse, métagenèse),

par contre le Tmax est utilisé souvent pour définir les potentiels des fenêtres à

huile et à gaz.

En réalité ces deux paramètres sont complémentaires et nécessaires à la

calibration des modèles numériques des réservoirs pétroliers.

Ils permettent en particulier de définir les énergies d’activation nécessaires

aux réactions chimiques de la simulation cinétique (de type Arrhenius) de la

transformation du kérogène en hydrocarbures.

Pour cela il est nécessaire d’avoir le potentiel pétroligène initial du kérogèneimmature.

Atelier scientifique Géo-ressources, 30 septembre 2015, laboratoire ISTerre

Immature

300°C

170°C

320°C

DC29bbC30

bbC31

abC31

bbC30

bbC31R

S

RS

abC31

DC29

bbC30

bbC31

abC32

MA

TU

RIT

E C

RO

ISS

AN

TE

ki

Eai, Ai

KEROGENE

C1C2-C5C6-C14C14+

CRAQUAGE PRIMAIRE

Modèle GENOIL

ko,Eao,Ao H2O

CO2

Courbes S1+S2 Pyrolyse Rock-Eval

20

0

23

6

27

2

30

8

34

4

38

0

41

6

45

2

48

8

52

4

56

0

Température (°C)

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

S1

+S

2

S1+S2_0,51

S1+S2_0,65

S1+S2_0,77

S1+S2_1,16

S1+S2_1,35

S1+S2_1,50

dX/dt=A.exp(-Ea/T).X

Loi d'Arrhénius

17

21

X

X=CH3, C2H5

C3H7, C4H9, C5H11

Cinétique de l'évolution thermique

des biomarqueurs en pyrolyse confinée

Cinétique Rock-Eval des HC

kz

Eaz, Az

COKE DES HC

C1C2-C5

C6-C14

+

CRAQUAGE SECONDAIRE

kj

Eaj, Aj

COKE DES HCC1

C2-C5C14+

Modèle CRAKOIL

Vitrinite Inertinite

Liptinite

Liptinite

300°C

kj

Eaj, Aj

ISOMERISATION

DEGRADATION

PRODUCTION

Modèle de

transformation

des biomarqueurs

Atelier scientifique Géo-ressources, 30 septembre 2015, laboratoire ISTerre

Démarche classique

Démarche classique = 3 vitesses (même Ao et énergies d’activation)

Petroleum Generation

Gross hydrocarbon (bulk petroleum) formation rates (milligram per gram coal and per degree) from

open-system pyrolysis of an Indonesian coal sample as a function of temperature at heating rates

of 0.1, 0.7 and 5 Kmin-1. From: SCHENK et al. (1997)

Démarche classique = 3 vitesses (même Ao et énergies d’activation)

Oil & Gas Generation with Age and Depth

Oil Gener

Gas

1D basin modeling – transformation ratio

Démarche classique = 3 vitesses (même Ao et énergies d’activation)

Dans cette étude nous proposons une nouvelle méthodologie pour

réaliser la calibration cinétique de la formation des hydrocarbures sur

plusieurs exemples de réservoirs pétroliers.

Pour atteindre ces objectifs il est nécessaire de travailler le signal du

spectre du pic S2 Rock-Eval.

Nous avons d’abord fait la calibration de l’évolution du flux de chaleur

avec le temps, en considérant l’évolution du %PRV avec la profondeur à

l’actuel (Martinez, 2008).

Ensuite nous avons modifié les paramètres cinétiques du kérogène de

la roche mère sur l’équation d’Arrhenius. Pour cela nous avons utilisé un

seul spectre du pic S2 Rock-Eval afin de suivre en modélisation l’évolution

du Tmax actuelle avec la profondeur (Omodeo-Salé et al. 2015).

Les roches mères pétrolières, réunion de la SGF, 27 novembre 2015

OMODEO-SALE Silvia, Thèse UCM, 2014

Les roches mères pétrolières, réunion de la SGF, 27 novembre 2015CNRS UMR7516

Nouvelle méthodologie :

Ao calculé par analyse thermique de la subsidence

Simulation à 3 vitesses de chauffe, paramètre Ao de

trois échantillons calculé par le maximum des énergies

d’activation.

Démarche classique

Simulation parfaite mais avec

plusieurs résultats possibles

Démarche

Simulation avec 3 vitesses de

chauffe (trois spectres), avec la

même distribution des énergies

d’activation et paramètre Ao

Simulation parfaite, mais même

résultats avec une autre

paramètre Ao et d’autres

vitesses de chauffe.

Résultats

Conclusion

Evaluation du paramètre Ao par modélisation du Tmax en considérant :

1) La vitesse de subsidence

2) L’évolution du flux de chaleur avec le temps

3) Le taux de transformation du kérogène (Max. Enérg. Activation)

Deconvolution de 1 seul spectre Rock- Eval => Modélisation SpectraCin

Courbes ind.

Courbes

accumules

Nouvelle démarche => SpectraCin

Tmax

CNRS UMR7516

Martinez et al. 1989

Courbes ind.

Courbes accum.

Forage de

Balazuc

1200 m

Forage de

Morte-Mérie

2 érosions 1 érosion

Faille de UZER

RESULTATS :

Exemple => Programme GPF

CNRS UMR7516

Equivalent de flux de chaleur fourni par les fluides de la faille

à la matière organique de Balazuc

Morte Mérie

Modélisation du flux de chaleur par le %PRV

CNRS UMR7516

Les roches mères pétrolières, réunion de la SGF, 27 novembre 2015

Modélisation du %PRV et Tmax

CNRS UMR7516

Les roches mères pétrolières, réunion de la SGF, 27 novembre 2015

OMODEO-SALE Silvia, Thèse UCM, 2014

RESULTATS (autres exemples)

TOC original variable de 1.5% a 17,8% en fonction de l’importance de la

préservation y la production des HC.

Kérogène initial min. = 81*3.95/100 = 3.2Kg/TnRoche

Kérogène initial moyen = 714*1.52/100 = 10.8kg/TnRoche

Kérogène initial max.= 695*17.82/100 =123.8Kg/TnRoche

Les roches mères pétrolières, réunion de la SGF, 27 novembre 2015

OMODEO-SALE Silvia, Thèse UCM, 2014

CNRS UMR7516

(ce travail en modélisation)

Les roches mères pétrolières, réunion de la SGF, 27 novembre 2015

RESULTATS :

Le puits de Geronville, France

Modélisation du %PRV et Tmax

CNRS UMR7516

Bassin d'avant arc d'Arauco

- Marge active chilienne

- Subduction plaque Nazca sous plaque Amérique du sud (66 mm/an)

- Bassin Onshore et Offshore (intérêt pour la zone Onshore)

- Intérêt pour le gaz de charbon (CBM: Coalbed methane)

RESULTATS (autres exemples)

CNRS UMR7516

CNRS UMR7516

RESULTATS : Le puits d’Penhue-1

Les roches mères pétrolières, réunion de la SGF, 27 novembre 2015

Modélisation du %PRV et Tmax

CNRS UMR7516

CONCLUSION

Cette démarche (modélisation SpectraCin) permet de

définir avec une meilleure précision la chronologie du

fonctionnement des roches mères du système pétrolier étudié.

Merci !

Equipe :

Dynamique de la Lithosphère et des Bassins Sédimentaires

Evolution géochimique des réservoirs pétroliers

Les roches mères pétrolières, réunion de la SGF, 27 novembre 2015CNRS UMR7516