Tesi sul tema "Puits – Géologie"

La corrélation entre les différents puits disponibles des unités stratigraphiques identifiées correspond à l'une des premières étapes de la construction d'un modèle de sous-sol. Les horizons stratigraphiques construits définissent, de part leur géométrie et leur topologie, l'architecture stratigraphique du sous-sol guidant simulations géostatistiques des propriétés réservoirs et des faciès. Cependant, la faible qualité et/ou quantité des données disponibles ainsi que la complexité de la mise en oeuvre des concepts sédimentologiques utilisés pour construire un modèle de corrélation rendent cette étape incertaine. Afin de gérer et d'échantillonner ces incertitudes, une méthode stochastique de corrélation stratigraphique est proposée. Cette méthode se base sur le développement de règles de corrélation, assises sur des concepts sédimentologiques ainsi que sur les connaissances a priori de la zone étudiée. Cette méthodologie est appliquée à la corrélation de séquences stratigraphiques de la de marge carbonatée, d'âge Crétacé Supérieur, du bassin Sud-Provençale. Dans cette optique, deux règles de corrélations, basées sur la cohérence des paléoangles et sur une représentation de la paléotopographie construite a priori sont définies. L'étude de la répartition des faciès dans les différents modèles de corrélations générés indique que les incertitudes sur les corrélations stratigraphiques conduisent à envisager plusieurs scenarios de compartimentation de réservoir. Une étude liant corrélations stratigraphiques, simulations d'écoulement et géophysique est menée sur le champ de gaz de Malampaya. Dans ce cas, des unités diagénétiques sont corrélées afin de construire différents modèles statiques et dynamiques de ce réservoir. Cette étude permet de montrer un fort contrôle stratigraphique sur la répartition de l'écoulement alors que l'imagerie séismique semble moins affectée. L'étude de dépôts fluviaux deltaïques au niveau du bassin de la mer du Nord sert de base au développement de règles de corrélations intégrant des informations issues de l'imagerie séismique. Ces nouvelles règles de corrélations permettent de mieux contraindre le problème de corrélations stratigraphique lorsque les sédiments enregistrés au niveau des puits montrent une forte cyclicité. La magnétostratigraphie est une autre source d'information permettant d'étudier l'histoire du remplissage et de la déformation de bassins sédimentaires. Le développement de règles dédiées à cette discipline, et l'utilisation de celles-ci sur des séries sédimentaires himalayennes, permet d'appréhender les incertitudes sur l'âge des sédiments ainsi que sur les paléo-taux d'accumulation de sédiments
Stratigraphic correlation consists in linking boundaries of correlative units between wells or outcrops over a given study area, and is therefore one of the first steps of the characterization of the subsurface geometry, supporting geostatistical modeling of static reservoir properties. However, this early step is subject to uncertainties, since stratigraphic well correlation is constrained only by sparse observations (wells and outcrops), low resolution information coming from geophysics, regional knowledge and geological concepts. The Dynamic Time Warping (DTW) algorithm serves as a base for the development of a generic method stochastically performing stratigraphic correlation between units identified on available wells. The proposed method relies on the definition of correlation rules that are applied using the available data and some regional knowledge, according to the way stratigraphic units are defined. An application to the Cretaceous southern Provence carbonate basin has been performed using correlation rules based on paleo-angles and the theoretical architecture of the depositional environment. The computation of vertical proportions of facies on numerous models generated from the stochastic correlations of sequence stratigraphic units indicates that the uncertainties on the stratigraphic correlation impact the compartmentalization of the modeled reservoirs. The impact of stratigraphic correlation uncertainties on fluid flow behavior is assessed through the example of the Malampaya diagenetic carbonate reservoir. Diagenetic units are correlated on the basis of their wireline log signature and diagenetic types. Different models are generated from the stochastic well correlations, and the corresponding water saturation profiles are computed. They show different displacement patterns, indicating a stratigraphic control of the dynamic property, which contrasts with the synthetic seismic model constructed from the corresponding geomodel. Magnetostratigraphic correlation is another way to study sedimentary basin deposition and deformation history. Adapting the DTW algorithm to magnetostratigraphic data, we generate dating models of Himalayan deposits, for which conflicting interpretations are proposed in the literature. This allows managing the associated accumulation rates uncertainties

La corrélation entre les différents puits disponibles des unités stratigraphiques identifiées correspond à l'une des premières étapes de la construction d'un modèle de sous-sol. Les horizons stratigraphiques construits définissent, de part leur géométrie et leur topologie, l'architecture stratigraphique du sous-sol guidant simulations géostatistiques des propriétés réservoirs et des faciès. Cependant, la faible qualité et/ou quantité des données disponibles ainsi que la complexité de la mise en oeuvre des concepts sédimentologiques utilisés pour construire un modèle de corrélation rendent cette étape incertaine. Afin de gérer et d'échantillonner ces incertitudes, une méthode stochastique de corrélation stratigraphique est proposée. Cette méthode se base sur le développement de règles de corrélation, assises sur des concepts sédimentologiques ainsi que sur les connaissances a priori de la zone étudiée. Cette méthodologie est appliquée à la corrélation de séquences stratigraphiques de la de marge carbonatée, d'âge Crétacé Supérieur, du bassin Sud-Provençale. Dans cette optique, deux règles de corrélations, basées sur la cohérence des paléoangles et sur une représentation de la paléotopographie construite a priori sont définies. L'étude de la répartition des faciès dans les différents modèles de corrélations générés indique que les incertitudes sur les corrélations stratigraphiques conduisent à envisager plusieurs scenarios de compartimentation de réservoir. Une étude liant corrélations stratigraphiques, simulations d'écoulement et géophysique est menée sur le champ de gaz de Malampaya. Dans ce cas, des unités diagénétiques sont corrélées afin de construire différents modèles statiques et dynamiques de ce réservoir. Cette étude permet de montrer un fort contrôle stratigraphique sur la répartition de l'écoulement alors que l'imagerie séismique semble moins affectée. L'étude de dépôts fluviaux deltaïques au niveau du bassin de la mer du Nord sert de base au développement de règles de corrélations intégrant des informations issues de l'imagerie séismique. Ces nouvelles règles de corrélations permettent de mieux contraindre le problème de corrélations stratigraphique lorsque les sédiments enregistrés au niveau des puits montrent une forte cyclicité. La magnétostratigraphie est une autre source d'information permettant d'étudier l'histoire du remplissage et de la déformation de bassins sédimentaires. Le développement de règles dédiées à cette discipline, et l'utilisation de celles-ci sur des séries sédimentaires himalayennes, permet d'appréhender les incertitudes sur l'âge des sédiments ainsi que sur les paléo-taux d'accumulation de sédiments
Stratigraphic correlation consists in linking boundaries of correlative units between wells or outcrops over a given study area, and is therefore one of the first steps of the characterization of the subsurface geometry, supporting geostatistical modeling of static reservoir properties. However, this early step is subject to uncertainties, since stratigraphic well correlation is constrained only by sparse observations (wells and outcrops), low resolution information coming from geophysics, regional knowledge and geological concepts. The Dynamic Time Warping (DTW) algorithm serves as a base for the development of a generic method stochastically performing stratigraphic correlation between units identified on available wells. The proposed method relies on the definition of correlation rules that are applied using the available data and some regional knowledge, according to the way stratigraphic units are defined. An application to the Cretaceous southern Provence carbonate basin has been performed using correlation rules based on paleo-angles and the theoretical architecture of the depositional environment. The computation of vertical proportions of facies on numerous models generated from the stochastic correlations of sequence stratigraphic units indicates that the uncertainties on the stratigraphic correlation impact the compartmentalization of the modeled reservoirs. The impact of stratigraphic correlation uncertainties on fluid flow behavior is assessed through the example of the Malampaya diagenetic carbonate reservoir. Diagenetic units are correlated on the basis of their wireline log signature and diagenetic types. Different models are generated from the stochastic well correlations, and the corresponding water saturation profiles are computed. They show different displacement patterns, indicating a stratigraphic control of the dynamic property, which contrasts with the synthetic seismic model constructed from the corresponding geomodel. Magnetostratigraphic correlation is another way to study sedimentary basin deposition and deformation history. Adapting the DTW algorithm to magnetostratigraphic data, we generate dating models of Himalayan deposits, for which conflicting interpretations are proposed in the literature. This allows managing the associated accumulation rates uncertainties

On propose des procedures pour reconstituer et interpreter le regime thermique des bassins sedimentaires, a partir d'estimations de la conductivite thermique et de la temperature des formations. Ces parametres sont deduits de l'analyse de donnees de puits d'exploration petroliere: diagraphies, carottes, deblais de forages et temperatures. Les procedures sont appliquees a trois bassins. Dans la premiere partie, la conductivite des formations est estimee a trois echelles significatives: 1) a l'echelle de l'electrofacies diagraphique; 2) a l'echelle de la formation a chaque forage et; 3) pour chaque formation a l'echelle du bassin. Dans la seconde partie, apres extraction des erreurs systematiques associees a l'histoire du forage, le champ de temperature est estime par inversion stochastique des temperatures et des epaisseurs des formations, en prenant en compte les correlations laterales entre gradients thermiques. Dans la troisieme partie, une methode d'analyse des modes de transfert de chaleur, basee sur l'inversion simultanee des conductivites et des temperatures, est developpee. La prise en compte de la physique des transferts de chaleur permet: i) de considerer des correlations laterales et verticales entre les gradients thermiques et; ii) de distinguer entre transferts conductifs et convectifs

Cette thèse propose une méthodologie d’inversion séquentielle pour calibrer des modèles de réservoirs hétérogènes à partir de données de test de puits. La conception de cette méthodologie est effectuée sur le site expérimental hydrogéologique d’un aquifère carbonaté karstique et fracturé situé près de Poitiers en France. La méthodologie comprend deux étapes successives, en premier lieu l’inversion des propriétés pétrophysiques des faciès, puis la déformation graduelle de la distribution de faciès. La méthode de déformation graduelle, appliquée globalement puis localement, améliore ainsi la distribution des faciès en conservant leurs propriétés pétrophysiques précédemment calibrées. La capacité du modèle résultant à prédire les réponses des puits nous amène à considérer la déformation graduelle comme une méthode efficace pour trouver une réalisation géostatistique de faciès. Des variantes de mise en œuvre de la méthodologie ont été étudiées, en modifiant l’ordre de la séquence de calibration. L’efficacité numérique de la méthodologie sont également évaluées en changeant le nombre de paramètres de déformation graduelle. Finalement, la possibilité d’améliorer encore l’ajustement aux données de champ est explorée au moyen d’approches alternatives de modélisation des écoulements. Alors que l’adoption d’un modèle double milieu ne modifie pas beaucoup les pressions simulées, une modélisation plus précise des corps conducteurs au moyen d’une grille raffinée améliore la prévision des réponses des puits aux temps courts. Finalement, la déformation graduelle d’un modèle objet de corps conducteurs serait également adaptée à ces cas réservoir hétérogène karstique et/ou fracturé
This thesis proposes a sequential inversion methodology for calibrating highly-heterogeneous reservoir models on well test data. The design and the application of that methodology are performed on an experimental hydro-geological site settled on a karstic and fractured limestone aquifer located near to Poitiers, France. The methodology involves two successive steps that are: first, the inversion of facies petrophysical properties; second, the gradual deformation of the facies distribution. By proceeding this way, the gradual deformation method, applied both globally and locally, improves the distribution of facies while keeping the previously optimised petrophysical properties. The fairly good capability on the resulting model to predict well responses allows to consider the gradual deformation as an efficient and robust method to find a facies geo-statistical realization matching at best flow data constraints. Alternative implementation of the sequence above are studied, by simply changing the schedule of the calibration steps. Efficiency and numerical performances of the methodology are also assessed by changing the number of gradual deformation parameters. Finally, it is investigated on the possibility to improve calibration by means of alternative flow modelling approaches. Whereas the adoption of a dual-medium model does not change significantly the simulated pressures, a more accurate modelling of conductive bodies by using a refined grid improves the prediction of short-time well responses. Further works could tentatively address the gradual deformation of object-based models for mimicking flow features of karstic and/or fractured heterogeneous reservoirs

Ce travail axe sur trois aspects differents a pour objectif principal: l'analyse de la structure crustale a partir des donnees gravimetriques, l'etude des mecanismes de formation du bassin mesozoique et son evolution par rapport au contexte geodynamique de la region, la determination et l'analyse de l'etat thermique actuel et ses implications geodynamiques possibles. Ainsi, une carte gravimetrique synthetique et homogene a ete etablie pour l'ensemble de l'algerie. On y identifie les differents domaines structuraux majeurs qui portent l'empreinte de la structuration panafricaine de la croute au moins jusqu'a l'atlas saharien au nord, et qui ont subi l'influence des episodes tectoniques ulterieurs. Une importante et nouvelle zone de suture panafricaine a ete proposee. Ceci vient appuyer l'hypothese de la formation de la chaine panafricaine par accolement successif. L'etude de la subsidence du ne saharien aboutit a un schema d'evolution complexe de ce bassin au cours du mesozoique. Des mecanismes simples sont invoques et leur interaction rend l'analyse plus difficile. La determination du flux de chaleur permet d'etablir une cartographie de ce parametre pour l'ensemble de l'algerie. Elle met en evidence l'existence d'une importante anomalie thermique dans les bassins au nord du hoggar. Des evidences geophysiques et petrologiques permettent d'associer cette anomalie thermique a l'existence d'un manteau superieur anormal sous les bassins sahariens

Ces travaux visent a la comprehension des ecoulements et du transport en aquiferes discontinus heterogenes a l'aide de diagraphies de debits realisees lors d'essais de puits. Ont ete developpes : une methode d'analyse des effets de skin non-lineaires apparaissant a partir d'un debit critique ; une generalisation des methodes d'estimation des conductivites hydrauliques et une methode d'estimation des emmagasinements specifiques et des conductivites hydrauliques, prenant en compte l'heterogeneite des effets de skin ; un modele de puits en milieu discontinu integrant l'augmentation du volume turbulent avec le debit, et l'heterogeneite des effets de skin non-lineaires, en termes de turbulence dans les discontinuites interceptees ; une methode de majoration de l'impact de l'effet de capacite de puits sur les estimations des parametres, ainsi qu'une methode d'estimation des conductivites hydrauliques prenant en compte cet effet. Deux debitmetres de forage ont ete construits, utilisant une sonde electromagnetique, placee dans un obturateur annulaire qui canalise l'ecoulement, permettant un calibrage rigoureux en laboratoire et la mesure d'ecoulements verticaux inferieurs a 0. 18 l/mn, en forages de diametre 94 mm minimum. En cas de blocage en forage un systeme permet d'extraire la sonde. L'obturateur peut etre adapte au diametre du forage et a la gamme de debits ou pertes de charge desirees. Les methodes ont ete appliquees en forages penetrant l'aquifere karstique du lez (herault). Les zones conductrices ont ete sujettes a des effets de skin non-lineaires pouvant apparaitre a tres faible debit (0. 1 l/mn) ; la consideration de leur heterogeneite a mene a une estimation coherente des conductivites hydrauliques. A l'exception d'une zone, les comportements non-lineaires ont pu etre interpretes en termes de turbulence en discontinuites, d'ouvertures uniques equivalentes comprises entre 0. 2 et 1. 4 mm ; l'importance des rugosites relatives signifie une tortuosite des chemins d'ecoulement.

La région de l’Outaouais (13760 km²), au Québec, connait une forte croissance démographique et les eaux souterraines sont davantage sollicitées. La perméabilité du socle rocheux, essentiellement cristallin, est contrôlée par des fractures entrecroisées et donc hétérogène. Pour identifier des zones-cibles de forage, nous avons confronté des données de capacité spécifique du Système d’Information Hydrogéologique du Québec, validés à l’aide d’essais de pompage réalisés par l’Université Laval, avec des caractéristiques du roc, parmi lesquelles la lithologie, l’épaisseur de roc exploitée par les puits et la présence de linéaments. Il apparait que la texture et la minéralogie des roches ont une influence sur le développement de fractures perméables. On constate aussi que ces fractures se raréfient en profondeur et qu’il n’est donc pas toujours opportun de forer des puits à des profondeurs importantes (< 80 m). En revanche, aucune corrélation entre la présence de linéaments et le rendement des captage situés à proximité n’a pu être observée.
The Outaouais Region (13760 km²) is one of the most rapidly growing communities in Quebec, and where groundwater is increasingly being relied upon as a water supply. The permeability of the mostly crystalline bedrock is controlled by interconnected fractures and then heterogeneous. In order to identify target areas for installing new pumping wells, specific capacity data from the SIH database, which were validated using pumping tests carried out by Université Laval, were compared with rock characteristics including lithology, thickness of rock exploited by each well and proximity to lineaments. The texture and mineralogy of the rock seemed to have an important influence on the development of permeable fractures. We also found that the fracture density decreases with depth and therefore it is not always profitable to drill to deeper depths (> 80 m) to try to increase productivity. In contrast, proximity to lineaments didn’t seem to have any impact on the productivity of wells.

Dans les puits pétroliers, de nombreux outils fonctionnant sur différents principes physiques sont couramment utilisés pour l’acquisition de données. Cette thèse se concentre sur les sondes de diagraphies nucléaires actives, faisant intervenir une source neutronique ou gamma. Elles sont utilisées dans l'industrie pétrolière pour caractériser la géologie des puits et ont été initialement développées pour réaliser des mesures quantitatives en conditions puits ouvert où la sonde est en contact direct avec la formation rocheuse. Une fois le puits pétrolier foré, un tube en acier est installé puis cimenté, les sondes ne sont alors plus en contact avec la formation rocheuse et les mesures sont considérées comme qualitatives en raison de la complexité de la géométrie et de l'atténuation du signal.Avec la raréfaction des ressources en hydrocarbures, le nombre de projets d’explorations diminue chaque année. Les compagnies pétrolières ont de plus en plus de puits dont il faut maintenir les capacités de production et d’autres en fin de vie qu’il faut abandonner, ce qui passe systématiquement par des mesures. La quantité de diagraphies en configuration puits tubé tend donc fortement à augmenter et il devient nécessaire d’améliorer leur interprétation.La problématique industrielle est de pouvoir caractériser de manière quantitative, dans un domaine à forte hétérogénéité radiale, l’ensemble de tous les éléments du puits (e.g. les fluides, le tubage, le ciment) et pas uniquement les paramètres du réservoir rocheux. L’approche développée dans la thèse se base sur le concept des fonctions de sensibilité des sondes diagraphiques nucléaires, qui représentent la dépendance en 3D de la mesure aux éléments du modèle et sont obtenues par simulation Monte-Carlo. Du fait du nombre important de variables, une inversion multiphysique prenant en compte l’ensemble des mesures des différentes sondes nucléaires (de porosité par diffusion neutronique, de densité par diffusion gamma, de lithologie par activation neutron-gamma) est indispensable.La première étape de la thèse a permis de comparer les codes Monte-Carlo de transport de particules GEANT4 et MCNP pour des applications de Géosciences. Les résultats montrent un très bon accord pour la physique gamma-gamma, un bon accord pour la physique neutron-neutron mais des écarts significatifs pour la physique neutron-gamma pour laquelle MCNP semble plus pertinent.La deuxième étape de la thèse a permis de valider expérimentalement les simulations Monte Carlo et de concevoir une méthode de calcul des fonctions de sensibilité numériques spécifique au domaine des puits tubés. La validation se traduit par une comparaison entre les fonctions de sensibilité expérimentales mesurées en centre d’étalonnage et les fonctions de sensibilité numériques calculées avec deux méthodes différentes, l’une basée sur des importances spatiales estimées par MCNP, l’autre sur les lieux d’interaction obtenus avec GEANT4. Les résultats montrent un bon accord expérimental entre les profils de sensibilité radial et axial mesurés et calculés, ce qui valide le concept de fonction de sensibilité avec une préférence pour la méthode des lieux d’interaction qui présente un contraste radial plus importante entre les différents constituants du puits.La troisième étape de la thèse a consisté à faire l’interprétation géologique d’une zone réservoir d’un puits tubé avec les fonctions de sensibilité. Les diagraphies neutron-gamma et de porosité prédites grâce aux fonctions de sensibilité sont comparées à celles mesurées en puits. Un modèle de terrain optimal est obtenu par itération, montrant une bonne capacité des algorithmes de prédiction à reproduire quantitativement en configuration puits tubé ce type de diagraphies à condition de choisir un étalonnage pertinent
In petroleum wells, many tools operating on different physical principles are commonly used for data acquisition. This thesis focuses on actives nuclear logging probes involving a neutron or a gamma source. They are used in the oil industry to characterize the well geology and have been initially developed to realize quantitative measurements in open hole conditions where the probe is directly in contact with the rock formation. Once the petroleum well is drilled, a steel casing is installed and cemented, the probes are then no longer in contact with the rock formation and the measurements are considered qualitative due to the complexity of the geometry and the signal attenuation.With the hydrocarbon resources rarefaction, the number of explorations projects decease each year. Petroleum companies have more and more mature wells whose production capacities must be maintained and others at the end of their life which must be abandoned. Those phases require systematically logging measurements. The quantity of logs in cased-hole configuration tends to increase a lot and it becomes necessary to improve their interpretation.The industrial problematic is to characterize quantitatively, in a filed with strong radial heterogeneity, all the components the well (e.g. the fluids, the casing, the cement) and not just the rock reservoir parameters. The approach developed in the thesis is based on the concept of sensitivity function of nuclear logging probes, which represents the 3D dependency of the measurement to the model elements and are obtained by Monte-Carlo simulation. Due to the large number of unknowns, a multiphysical inversion considering the all the measurements of the different nuclear probes (porosity by neutron diffusion, density by gamma diffusion, lithology by neutron-gamma activation) is essential.The first part of the thesis allowed to compare the Monte-Carlo particles transport codes GEANT4 and MCNP for Geosciences applications. Results show a very good agreement for the gamma-gamma physics and a good agreement for the neutron-neutron physics but significant discrepancies for the neutron-gamma physics where MCNP seems to be more relevant.The second part of the thesis allowed to experimental validate Monte-Carlo simulations and to design a sensitivity function computation method specific for the cased-hole configuration. The validation is a comparison between the experimental sensitivity functions measured in calibration center and the numerical sensitivity functions computed using two different methods, the first one based on spatial importances estimated with MCNP and the second one based on interaction locations obtained with GEANT4. The results show good experimental agreement between the measured and calculated radial and axial sensitivity profiles, which validates the concept of sensitivity function with a preference for the interaction locations method which presents greater radial contrast between the different components of the well.The third part of the thesis consisted of making the geological interpretation of a reservoir zone of a cased hole well with sensitivity functions. The neutron-gamma and porosity logs predicted using the sensitivity functions are compared to the measured logs. An optimal earth model is obtained by iteration, showing a good capacity of the fast forward modeling algorithums to quantitatively reproduce the logs in cased-hole configuration providing that a relevant calibration is apply

Les travaux réalisés s’inscrivent dans le cadre de l’étude de faisabilité d’un concept hybride couplant l’exploitation d’énergie géothermique et le stockage géologique de CO2 sous forme dissoute. Ils visent à i) quantifier et simuler l’impact hydrodynamique et géochimique de l’injection dans une roche carbonatée de la solution enrichie en CO2 et ii) déterminer le comportement des matériaux constituant le puits d’injection (ciment, casing acier) afin de s’assurer de la sécurisation de l’injection. Le développement d’un dispositif expérimental innovant appelé MIRAGES-2 a permis de reproduire à l’échelle du laboratoire l’injection "radiale" d’une solution saturée en CO2 dans un puits miniature scellé dans un échantillon de roche dans les conditions de pression et de température attendues dans le réservoir géothermique. Ce banc est composé d’un dispositif amont de solubilisation du CO2 dans l’eau de formation et d’un dispositif aval simulant l’injection dans le modèle réduit de puits. En plus des contrôles éprouvés de la pression et de la température, des outils originaux (sonde Raman HP/HT, sonde pH HP/HT, débitmètre) permettant l'acquisition in situ de données physico-chimiques au cours des expériences (concentrations des différentes espèces en solution, pH, débit) ont été intégrés et validés. Enfin, une méthode de traitement d’images acquises sur les échantillons post-expérimentaux par la technique de micro-tomographie aux rayons X a permis une reconstruction 3D de l’architecture du réseau poreux mésoscopiques. Ce protocole expérimental a alors permis le suivi de l’évolution physico-chimique : des différentes interfaces ciment/acier, ciment/réservoir ; de la région proche-puits du réservoir ; du fluide injecté. Une série de 7 expériences a été réalisée afin d’étudier les effets des durées d’injection (12h, 24h, 2.5j, 10j, 21j), de la salinité de la solution injectée et de l’orientation du puits d’injection par rapport à la stratification de la roche. Les expériences ont permis de montrer le développement et la propagation, à partir du point d’injection, d’une dissolution non-uniforme de la roche carbonatée sous forme de chemins préférentiels appelés « wormholes » et dont la densité tend à décroître globalement après le perçage de la carotte. Malgré la prédominance de ce phénomène localisé, une évolution des caractéristiques pétrophysiques de la roche dans des régions éloignées des wormholes a été observée. Suite au renouvèlement continu de la solution acidifiée, une dissolution uniforme en partie haute de puits a été mise en évidence. L’analyse de la rugosité de surface des wormholes couplée à des observations microscopiques a montré la présence de précipitations de calcite qui conduisent à la fermeture de wormholes secondaires. L’étude du vieillissement du ciment au contact de la solution réactive montre qu’il est à l’origine de déséquilibres chimiques localisés. Les valeurs de concentration en magnésium, inhibiteur de la précipitation de la calcite et principalement liées à l’altération du ciment gouvernent les états locaux de saturation de la solution interstitielle vis-à-vis de la calcite. Elles seraient donc à l’origine des précipitations observées dans un milieu pourtant principalement sous-saturé vis-à-vis de la calcite. Les expériences ont également démontré le rôle important de la salinité de la solution injectée qui permet de dissoudre jusqu’à cinq fois plus la roche encaissante qu’une solution d’eau douce. Enfin, une étude structurale multi-échelle a été menée et a établi la relation étroite entre la distribution des défauts structuraux générés par la tectonique régionale et l’orientation des réseaux de dissolution observés dans nos expériences. Ces résultats affinent l’analyse et l’évaluation des impacts et des risques environnementaux dans le contexte du projet étudié. Ils permettent de définir le rôle des discontinuités présentes dans la roche et leur contrôle sur les chemins de dissolution à l’échelle [...]
This work was conducted in the framework of the technical assessment of a novel Carbon Capture and Storage (CCS) concept integrating aqueous dissolution of CO2 and injection via a geothermal doublet. This study focuses on i) the quantification and modelling of the hydrodynamic and geochemical impact induced by the injection of a CO2-laden solution in a reservoir rock and ii) the evaluation of long term integrity of the well materials (cement, steel casing) in order to ensure a safe injection protocol. A dedicated experimental device named MIRAGES.2 was developed to mimic, at the lab scale, the continuous radial injection of a CO2-enriched solution under realistic conditions of a geological reservoir. The miniature well consists in a steel tube that is cemented to the core plug with a class G Portland cement. The test bench is divided in two parts: the first one is devoted to the CO2-solution mixing process, and the second one enables to perform the injection of the solution in the core-plug. In addition, the implementation of original in situ measurement techniques (in-situ HP/HT Raman and pH probes, flowmeter) was carried out in order to ensure optimal acquisition of physical and chemical data (pressure, temperature, pH, concentrations of different species in solution...) during the experiments. A method of image processing acquired on post-experimental samples by X-ray micro-tomography has been developed. This technique revealed the 3D architecture of the mesoscopic porous network. This experimental protocol revealed the physicochemical evolution of: the different interfaces between cement and steel, and between cement and reservoir ; the near-well region of the reservoir ; The injected fluid. A set of 7 experiments was performed. The injection duration (12 h, 24 h, 2.5 d, 10 d and 21 d), the fluid salinity and the core drilling inclination with respect to the bedding were investigated. The experiments demonstrate the non-uniform propagation of the acidic solution from the injection point in the form of preferential pathways called « wormholes ». Once a single wormhole breaks through the core-plug, all the other competing wormholes stop growing and their density tend to decrease as the solution is injected. Despite a predominant localized phenomenon, changes in petrophysical properties of the rock in regions far from the wormholes was observed. Following the continuous renewal of the acidic solution, a uniform dissolution in the upper part of the injection well was also highlighted. Roughness surface measurements coupled with microscopic observations have revealed the presence of calcite precipitation which induces the clogging of secondary wormholes. Cement ageing in contact with the reactive solution induces localized chemical imbalances. Changes in magnesium concentration, inhibitor of calcite precipitation, released during cement alteration, govern the local calcite saturation states of the interstitial solution. These phenomena could explain the observed precipitation in a medium mainly undersaturated with respect to the calcite. The experiments also demonstrated the important role of the salinity of the injected solution, which dissolves up to five times more host rock than a freshwater solution. Finally, a multi-scale structural study was carried out and established the close relationship between the distribution of structural defects generated by regional tectonics and the orientation of the dissolution networks observed in our experiments. These results refine the analysis and assessment of environmental impacts and risks in the context of the CO2 injection in a geothermal doublet. They demonstrate the discontinuities present in the rock control the dissolution paths at the reservoir scale

L’équilibrage de structures géologiques 3D est une méthode de validation d'un modèle structural par analyse de sa déformation au cours du temps. L’équilibrage étant basé sur le principe de conservation de la matière (i. E. De volumes) une approche tridimensionnelle est plus satisfaisante que les approches 2D classiquement utilisées. Toutefois, la troisième dimension génère des difficultés supplémentaires. Il faut être capable de construire le modèle initial. Nous avons utilisé GOCAD pour résoudre ce problème. L’approche discrète a base de triangles proposée dans GOCAD, permet de construire des modèles géologiques complexes. En contrepartie, il nous fallait être capable d'adapter le maillage au problème pour lequel le modèle a été réalisé. Une surface n'étant pas nécessairement dépliable, nous proposons une étude préalable des courbures afin d'obtenir des informations précieuses au dépliage tout comme pour l'étude du plissement et la détection de failles. Nous avons développé un algorithme de respect de l'aire des surfaces au cours de la déformation. Le but étant de déplier un modèle complet, nous sommes capables de combiner le respect du volume des couches avec le respect de l'aire des surfaces. Nous proposons aussi une méthode de cisaillement simple qui permet de déplier certains modèles (notamment en extension) et de faire une mise à plat rapide permettant aux sédimentologies de faire des corrélations entre puits tout en respectant le modèle structural. Enfin, un modèle pouvant être composé de plusieurs blocs délimités par des failles, l'ajustement entre blocs rigides dépliés indépendamment, que nous proposons, rétablit la cohérence du modèle. Ces méthodes permettent aux géologues de déplier des modèles complexes et de tester la validité de leurs hypothèses sur la géométrie de la structure actuelle et sur le mode de déformation

Les données de VSP multi-source/multi-offset acquises en 2007 sur le site géothermique de Soultz-sous-Forêts sont traitées et analysées. Des géophones placés dans les puits GPK3 et GPK4 entre 3 et 5 km de profondeur ont enregistré les ondes sismiques émises par deux vibrateurs placés en 24 positions de tir réparties dans un rayon de 5 km autour des puits. Après corrélation des enregistrements avec la source associée à chaque vibrateur, les différentes composantes du champ d'onde sont séparées par filtrage en vitesse apparente. La comparaison des résultats obtenus par filtrage médian ou dans le domaine FK montre des signaux similaires. Un modèle de vitesse est établi pour pouvoir calculer les temps d'arrivée. Il comporte deux couches sédimentaires sur le socle granitique et des interfaces planes pentées. Le champ d'onde descendant de forte vitesse apparente est interprété comme des réflexions sur des structures subverticales autour des puits. Leur pendage, azimut et extension latérale sont déterminés en ajustant les temps de trajet observés et calculés par tracé de rayons 3D. Les structures à pendage vers l'ouest connues par les observations en forage et la microsismicité sont retrouvées. Une structure antithétique nouvelle est déterminée. Nos résultats permettent de compléter le modèle structural de la fracturation dans le réservoir géothermique.

Dans ce travail de recherche, on aborde une étude expérimentale et numérique du comportement mécanique des roches argileuses soumis à des chargements mécaniques et à des sollicitations thermiques. L’esprit de cette étude provient de la pratique de l’exploitation des huiles lourdes avec la technique d’injection de vapeur à haute température où les roches de réservoir sont soumises à des sollicitations thermiques et hydromécaniques couplées. L’enjeu est d’étudier le comportement hydromécanique de ces matériaux soumis à des variations importantes de température afin d’évaluer la stabilité mécanique des réservoirs. L’étude expérimentale contient des modifications d'une cellule triaxiale autonome et auto compensé à haute température (250 C°) ainsi que le système de pilotage, le système de mesure et d’étalonnage de déformations. Ces modifications sont importantes pour effectuer des tests hydrostatiques, uniaxiaux et triaxiaux servaient à obtenir une base des données expérimentales, cette base caractérise l’effet thermique sur le comportement mécanique des roches argileuse.Le cadre général de la modélisation est d’abord proposé pour décrire le comportement mécanique d’argilite dans le cas isotrope. Après une analyse détaillée des données expérimentales, un modèle spécifique élastoplastique couplé à l’endommagement est élaboré pour décrire le comportement mécanique. Ensuite l’effet de la température est pris en compte. Les comparaisons entre les simulations numériques et les données expérimentales ont montré la capacité du modèle proposé pour la description du couplage hydromécanique et thermique. Afin de décrire le comportement des roches anisotrope, nous avons proposé une extension du modèle en y introduisant une formulation de tenseur de fabrique Cette formulation est exprimée en termes d'invariants couplé aux tenseurs de contraintes et d’orientation de chargement. Des essais en laboratoire sous différents chemins de sollicitations ont été modélisés, le modèle proposé semble décrire correctement les principales réponses mécaniques des matériaux
We proposed, in this work, an experimental and numerical study of mechanical behavior of shale rocks subjected to mechanical and thermal loads.In the petroleum industry, during the production of heavy oil with the technique of steam water injection at high temperature, the cap rocks are subjected to coupled thermal and hydro-mechanical solicitations. The challenge is to study the hydro-mechanical behavior of these materials subject to large variations in temperature in order to assess the mechanical stability of the reservoir. The experimental study includes the modifications in a triaxial cell in ordre to support a high temperature (250° C). These modifications are very important for hydrostatic, uniaxial and triaxial tests, all these tests are used to obtain an experimental data base characterizing the thermal effect on the mechanical behavior of shale rocks.The modeling framework is proposed at first to describe the mechanical behavior of shale rock in isotropic case. After a detailed analysis of experimental data obtained in the experimental section, a specific coupled elastoplastic-damage model has been developed to describe the mechanical behavior of these shale materials. The effect of temperature is taken into account and a comparison between numerical simulations and experimental data have shown the ability of the proposed model for the description of thermo mechanical coupling. To describe the behavior of anisotropic rocks, we have proposed an extension of the fabric tensor model to present the initial anisotropy of shale rock. This formulation is expressed in terms of invariant stress tensor coupled with loading orientation. Laboratory tests under different stress paths were modeled, the proposed model seems able to describe correctly the main mechanical responses of shale materials

La modélisation du sous-sol est un moyen de prédire la structure et la connectivité des unités stratigraphiques en honorant les observations de subsurface. Ces observations sont en général échantillonées le long de puits à grande échelle horizontale (kilomètre) mais à petite échelle verticale (mètre). Il y a deux types de données de puits : (1) les diagraphies, qui correspondent à des acquisitions géophysiques quasi-continus (échatillonage régulier) le long du puits (e.g., gamma ray, sonic, porosité neutron), et (2) les régions, qui correspondent à des propriétés réservoir discrètes définies par des profondeurs maximales et minimales le long du puits (e.g., biozones, zones structurales, faciès sédimentaires). Des marqueurs sont interprétés le long des puits et peuvent être associés pour générer un ensemble d'associations de marqueurs conformes, appelé des corrélations de puits. Ces corrélations de puits peuvent être réalisées manuellement (approche déterministe) par des experts, mais cela peut être sujet à des biais et ne garantit pas la reproductibilité. Les corrélations de puits peuvent également être générées automatiquement (approche déterministe ou probabiliste) en calculant à l'aide d'un algorithme un grand nombre de corrélations de puits conformes et en classant ces réalisations en fonction de leurs vraisemblances. La vraisemblance de ces corrélations de puits assistées par ordinateur est directement liée au principe de corrélation utilisé pour associer les marqueurs. Ces travaux de thèse introduisent deux principes de corrélation, qui tendent à reproduire la chronostratigraphie et les processus de dépôts à l'échelle de la paraséquence : (1) "un marqueur (décrit par un faciès et une distalité pris au centre d'un intervalle ayant un faciès constant et une distalité constante) ne peut pas être associé avec un autre marqueur décrit par un faciès plus profond à une position plus proximale, ou un faciès moins profond à une position plus distale", et (2) "plus la différence entre une interpolation chronostratigraphique (entre les marqueurs) et un profil de dépôt conceptuel est faible, plus la probabilité d'association des marqueurs est élevée". Ces deux principes de corrélation sont d'abord validés avec des solutions analytiques et appliqués sur des cas synthétiques. Ils ont ensuite été utilisés (1) pour prédire la connectivité des unités stratigraphiques à partir de données de puits sans connaissances solides sur les environnements de dépôt en inférant les paramètres de corrélation, ou (2) pour évaluer la probabilité d'un environnement de dépôt hypothétique en générant des réalisations stochastiques et en évaluant les incertitudes. Les methodes sont appliquées sur un système silicoclastique de dépôts deltaïques côtiers ciblant un réservoir du Jurassique Moyen dans le South Viking Graben en Mer du Nord. Ces travaux de thèse permettent (1) de définir deux principes de corrélation spécifiques définis par quelques paramètres qui peuvent être utilisés pour générer des corrélations de puits stochastiques dans les systèmes deltaïques côtiers, et (2) d'ouvrir la voie vers une combinaison simple de principes de corrélation spécifiques pour obtenir une meilleure caractérisation des systèmes deltaïques côtiers en évaluant les incertitudes
Subsurface modeling is a way to predict the structure and the connectivity of stratigraphic units by honoring subsurface observations. These observations are commonly be sampled along wells at a large and sparse horizontal scale (kilometer-scale) but at a fine vertical scale (meter-scale). There are two types of well data: (1) well logs, corresponding to quasi-continuous (regular sampling) geophysical measurements along the well path (e.g., gamma ray, sonic, neutron porosity), and (2) regions, corresponding to categorical reservoir properties and defined by their top and bottom depths along the well path (e.g., biozones, structural zones, sedimentary facies). Markers are interpreted along the well path and can be associated in order to generate a consistent set of marker associations called well correlations. These well correlations may be generated manually (deterministic approach) by experts, but this may be prone to biases and does not ensure reproducibility. Well correlations may also be generated automatically (deterministic or probabilistic approach) by computing with an algorithm a large number of consistent well correlations and by ranking these realizations according to their likelihood. The likelihood of these computer-assisted well correlations are directly linked to the principle of correlation used to associate markers. This work introduces two principles of correlation, which tend to reproduce the chronostratigraphy and the depositional processes at the parasequence scale: (1) "a marker (described by facies and distality taken at the center of an interval having a constant facies and a constant distality) cannot be associated with another marker described by a depositionally deeper facies at a more proximal position, or a depositionally shallower facies at a more distal position", and (2) "the lower the difference between a chronostratigraphic interpolation (in between markers) and a conceptual depositional profile, the higher the likelihood of the marker association". These two principles of correlation are first benchmarked with analytical solutions and applied on synthetic cases. They have then been used (1) to predict the connectivity of stratigraphic units from well data without strong knowledge on depositional environments by inferring the correlation parameters, or (2) to evaluate the likelihood of a hypothetical depositional environment by generating stochastic realizations and assessing the uncertainties. The methods are applied on a siliciclastic coastal deltaic system targeting a Middle Jurassic reservoir in the South Viking Graben in the North Sea.This work enables (1) to define two specific principles of correlation defined by a few parameters that can be used to generate stochastically well correlations within coastal deltaic systems, and (2) to open the path towards a simple combination of specific principles of correlation to obtain a better characterization of coastal deltaic systems by assessing the uncertainties

La séquestration géologique du dioxyde de carbone (CO2) et du sulfure d'hydrogène (H2S) est une solution envisagée par l'industrie pétrolière pour stocker durablement ces gaz indésirables. Elle consiste à les injecter via des puits dans des réservoirs géologiques profonds. Les puits, constitués par des tubes d'acier entourés d'une gaine de ciment, peuvent être dégradés et ainsi constituer un chemin de fuite des gaz vers la surface qui auraient des conséquences humaines et environnementales sérieuses. Diverses expérimentations en laboratoire ont simulé le vieillissement de ces deux matériaux dans des conditions de séquestration géologique. Pour ce faire, un protocole expérimental et analytique spécifique a été mis en place. La simulation numérique du vieillissement du ciment a également été abordée. Le ciment et l'acier ont été altérés au contact de diverses phases fluides à 500 bar-120°C et 500 bar-200°C : une saumure, une saumure chargée en H2S-CO2, un mélange saumure+phase supercritique à H2S-CO2 et une phase supercritique à H2S-CO2 en l'absence d'eau liquide. Dans tous ces cas, on observe deux réactions découplées : la carbonatation du ciment par le CO2 et la sulfuration de l'acier par le H2S. Il apparaît que la carbonatation est maximale et que la sulfuration est au contraire minimale au sein de la phase supercritique en l'absence d'eau liquide. Les propriétés texturales et de porosité du ciment sont peu ou pas affectées par tous les traitements à 120°C. La porosité est même réduite en présence de H2S-CO2. Par contre, à 200°C, ces propriétés sont affectées par le fait de la présence d'eau liquide dans le milieu. A cette température, seul le vieillissement du ciment au sein de la phase supercritique sans eau liquide améliore ses propriétés. Dans toutes les conditions testées, l'acier est toujours corrodé, il est donc le matériau le plus vulnérable des puits.

Dans le cadre du stockage géologique de gaz acides, il est impératif de garantir l'intégrité des matériaux sollicités afin d'assurer un confinement pérenne du fluide injecté. Le but de ce travail de thèse est d'étudier, par le biais de modélisations expérimentales, les phénomènes pouvant être responsables de la déstabilisation du système et qui peuvent conduire à des fuites du gaz stocké. Le premier modèle expérimental, appelé COTAGES a permis d'étudier les effets de la déstabilisation thermique provoquée par l'injection d'un gaz à température ambiante dans un réservoir chaud. Ce dispositif a permis de mettre en évidence un transfert de matière important depuis la zone froide (30°C) vers la zone chaude (100°C) conduisant à des modifications des propriétés pétrophysiques. Ces résultats soulignent l'importance de la température d'injection sur la conservation des propriétés d'injectivité du système. Le second modèle, appelé "Sandwich" a permis d'étudier le comportement de l?interface entre la roche couverture (argilite COX) et le ciment de puits. Les expériences batch du modèle Sandwich en présence de CO2 ont permis de mettre en évidence une fracturation de l'interface provoquée par la carbonatation précoce du ciment. Ces résultats soulignent l'importance de l'état initial de la roche couverture dans la séquestration du fluide injecté. Le troisième modèle expérimental est le modèle MIRAGES. Ce dispositif innovant permet d'injecter en continu un flux de CO2 dans un échantillon. Les résultats ont mis en évidence un colmatage partiel de la porosité inter-oolithe à proximité du puits d'injection, ainsi qu'une carbonatation du ciment sous la forme d'un assemblage calcite/aragonite
In the framework of the CO2 storage, it is crucial to ensure the integrity of the solicited materials in order to guarantee the permanent confinement of the sequestrated fluids. Using experimental simulation the purpose of this work is to study the mechanisms which could be responsible for the system destabilization and could lead CO2 leakage from the injection well. The first experimental model, called COTAGES allows studying the effects of the thermal destabilisation caused by the injection of a fluid at 25°C in a hotter reservoir (submitted to the geothermal gradient). This device allows demonstrating an important matter transfer from the cold area (30°C) toward the hot area (100°C). These results highlight the importance of the injection temperature on the injectivity properties and on the possible petrophysical evolutions of the near well. The second model, called ?Sandwich?, allow studying the behaviour of the interface between caprock (COX argillite) and well cement. Indeed, interfaces between the different rock and the well materials represent a weakness area (differential reactivity, fracturing?). Batch experiments carried out with this device in presence of CO2 show the fracturing of the interface caused by the early carbonation of the cement. The third experimental model, called MIRAGES is an innovative device which allows injecting continuously CO2 in a core sample. Samples made of Lavoux limestone and well cement reproduce the injection well at 1/20 scale. Results show a partial filling of the inter-oolithic porosity close to the injection well, and also the carbonation of the cement according to an assemblage of calcite/aragonite

Le gite aurifere de laurieras est encaisse dans une serie metamorphique anatectique constituee de paragneiss alumineux a sillimanite et d'orthogneiss ou s'intercalent de nombreux sills granitiques de puissance metrique a decametrique. L'ensemble est recoupe par des filons de lamprophyre (datation rb/sr: 293 ma) anterieurs aux structures auriferes. La mineralisation, situee sur une faille orientee n 60e a pendage moyen de 60nw, est portee par des lentilles de quartz polyphase a sulfures essentiellement precoces (pyrite et mispickel). L'analyse statistique des teneurs en or provenant des fronts d'exploitation montre que la concentration aurifere est la consequence de la superposition de deux populations d'or distinctes dont le depot est posterieur a l'essentiel de la formation de la structure aurifere. La mineralisation economique correspond essentiellement a une remobilisation tardive dont l'efficacite est fonction de la competence des facies petrographiques porteurs. La cartographie des teneurs en or dans la caisse filonienne montre que les enrichissements sont souvent guides par des directions correspondant aux principales familles de fractures secantes sur la structure. L'ensemble des depots se met en place en regime cassant

En vue de réduire à moyen terme les émissions de gaz à effet de serre d'origine anthropique, le captage-transport-stockage du dioxyde de carbone (CO2) est considéré comme une technologie prometteuse. Plusieurs sites pilotes existent déjà dans le monde. Cependant, avant de développer la technique de façon industrielle, des recherches expérimentales et numériques doivent être menées afin de garantir le succès et la pérennité d'un projet de stockage. Sur un site de stockage, les discontinuités naturelles ainsi que le(s) puits d'injection constituent des chemins préférentiels pour des fuites éventuelles. Ce travail de doctorat s'attache à l'étude des effets de la présence de dioxyde de carbone sur les géomatériaux en présence et, plus particulièrement, sur le ciment du puits d'injection. L'intégrité du puits et donc la garantie de son étanchéité est critique au niveau de la roche de couverture. Après injection et remontée du panache de dioxyde de carbone vers la roche de couverture, le ciment du puits au niveau de la zone triple (puits/réservoir/couverture) est en contact avec un fluide saturé en CO2 dissous. Un tel fluide, au pH acide, est amené à réagir avec les géomatériaux et entraîne diverses réactions de dissolution des minéraux de la matrice cimentaire ainsi que des réactions de précipitation pouvant altérer le matériau. Ce couplage fort existant entre réactions chimiques et comportement poro-mécanique du ciment du puits peut en effet induire un endommagement de la matrice cimentaire, lié aux modifications de la porosité et des caractéristiques de transport, à la dégradation des modules mécaniques, ou encore à la création de surpressions interstitielles localisées. Un modèle constitutif entièrement couplé a été développé pour simuler le comportement chimio-poromécanique du ciment en présence d'un fluide chargé de CO2. Ce modèle a été implémenté dans deux codes numériques, à savoir, un code aux volumes finis d'une part, et un code aux éléments finis, BIL, développé au Laboratoire Navier, d'autre part. La première implémentation se révèle être bien adaptée aux problèmes de transport réactif à front raide, et est utilisée dans ce mémoire pour modéliser une géométrie unidimensionnelle alliant ciment du puits et roche de couverture. La seconde méthode d'implémentation est quant à elle mieux adaptée à la modélisation du comportement poro-mécanique du ciment, mais, comme nous le verrons, nécessite des adaptations numériques a fin d'être convenable pour la modélisation de phénomènes chimiques impliquant des discontinuités. L'endommagement mécanique lié aux phénomènes chimiques est évalué d'une part via une approche micro-mécanique simplifiée, et d'autre part par une théorie de l'endommagement isotrope. En fin, en ce qui concerne la seconde approche, les résultats sont comparés à des tests expérimentaux issus de la littérature scientifique dans le contexte du stockage géologique du CO2
In order to reduce in medium-term the anthropogenic original greenhouse gas, the processes of capture-transport-storage of carbon dioxide (CO2) is considered as a promising technology. Several pilot sites already exist in the world. However, before developing the technology on an industrial scale, experimental and numerical researches have to be performed in order to ensure the success and the sustainability of a storage project. In a storage site, the natural discontinuities of the rocks and of the injection wells are normally the preferential leak paths of CO2. In this context, the present PhD research focuses particularly on the cement injection wells. The problems of the integrity of the well and thus ensuring its sealing are the critical points of the caprock.After the injection and the ascent of the CO2 plume to the caprock, the cement paste of well at the triple zone (well/ reservoir/caprock) is contacted with a fluid saturated with dissolved CO2. Because of its acidity, such a fluid is reacted with geomaterials and causes diverse reactions of dissolution of the minerals in the cementitious matrix and precipitation reactions that may affect the material. This strong coupling existing between the chemical reactions and poro-mechanical behavior of the cement well can indeed induce damage to the cementitious matrix related to the modifications of the porosity and the transport characteristics, to the degradation of mechanical modulus, or to the development of localized pore pressure.A constitutive model fully coupled has been developed to simulate the chemo-poro-mechanical behaviour of the hard cement paste of the well with the presence of a CO2-rich fluid. This model has been implemented in two numerical codes: on the one hand, a finite volume code, and on the other hand, a finite element code, BIL, developed at the Navier Laboratory. The first implementation was found to be well adapted to the problems of reactive transport with sharp front, and is used in this thesis to modeling an one-dimensional geometry by combining the cement well and the caprock. The second implementation method is best suited to modeling the poro-mechanical behavior of cement, but, as we shall see, requires numerical adaptations in order to be suitable for modeling chemical phenomenon involving discontinuities. The mechanical damage related to chemical phenomena is evaluated firstly via a simplified micro-mechanical approach, and secondly a theory of isotropic damage. Finally, the results are compared to experimental tests from the scientific literature in the context of the CO2 geosequestration

Aux marges de la Lorraine et de la Champagne, au contact des plateaux calcaires jurassiques et de la plaine argilo-sableuse crétacée se développe le karst du Barrois, un géosystème naturel en interaction permanente avec son environnement. La structure du système est marquée par un étagement des horizons karstiques et une mobilité des formes (recul de pertes et de puits, réorganisation des réseaux souterrains) en étroite liaison avec l'épaisseur, la nature et la localisation du front d'une couverture non-carbonatée. Ces structures évolutives, exo et endokarstiques, impliquent aujourd'hui la coexistence de structures fonctionnelles (actives), relictuelles (semi-actives) et héritées (inactives) traduisant une adaptabilité constante du système aux modifications des conditions externes. Le fonctionnement du système se traduit par une dualité de l'infiltration et un écoulement souterrain rapide et concentré. Les dépôts argilo-sableux de couverture constituent un aquifère perché, véritable compresse humide qui étale le flux hydrique annuel et concentrent les écoulements lors des fortes averses vers le point bas des bassins de surface : les pertes. Les crues du système sont un élément majeur d'une morphogénèse active marquée par des transports solides et dissous très importants. L'évolution du système montre que le recul des couvertures non-carbonatées, l'incision des vallées et la karstification des masses calcaires sont les trois modes d'une même évolution qui conduit à l'exhumation des plateaux calcaires. L'incision du réseau hydrographique et le décapage des couvertures sont jalonnés par des paléo-systèmes karstiques qui sont les marqueurs des paléo-niveaux de base régionaux et des paléo-extensions du front de couverture. Ces dispositions conduisent à s'interroger sur les relations entre spatial et temporel dans l'édification et l'évolution des structures karstiques et sur le rôle des couvertures non-carbonatées dans cette évolution.

Le but de ces travaux de thèse fut de tester la performance des outils géochimiques (DIC(carbone inorganique dissous), delta13C, delta18O) afin de suivre le devenir du CO2 injecté dans des réservoirs géologiques. Dans un premier temps, un protocole analytique a été mis au point afin de mesurer l'outilDIC-delta13C, par spectrométrie de masse à flux continu. Le premier site d'étude était le lac Pavin (Massif Central, France) ; ses couches d'eaux profondes isolées, renferment d'importantes quantités de CO2. Cette particularité permet de l'assimiler à un réservoir géologique stockant d'importantes quantités de CO2 d'origine biogénique et magmatique (fournit par une source sous lacustre). L'outil DIC-delta13C a permisde montrer d'une part, que la réactivité et les sources et puits de DIC étaient essentiellementgouvernés par des processus biogéochimiques (photosynthèse, oxydation de la matièreorganique, méthanotrophie, méthanogénèse) et d'autre part, de détecter un transfert de CO2entre les couches d'eaux superficielles et profondes du lac. Le second était le site expérimental du Lamont Doherty (NY, USA) composé d'un puitsde forage instrumenté. Des injections de fluide saturé en CO2 ont été réalisées au niveau d'une zone perméable, à l'interface de roches basiques et sédimentaires. Après une pèrioded'incubation, l'évolution des compositions chimiques (DIC, Ca2+, Mg2+. . . ) et isotopiques(delta13C, delta18O) des fluides extraits ont mis en évidence des processus de mélange entre le fluideinjecté et l'eau de l'aquifère ainsi que des interactions CO2-eau-roche : principalement ladissolution de calcite, et à un ordre moindre la dissolution des minéraux silicatés. De même,l'outil delta13C-DIC a mis en évidence un dégazage de CO2, in situ
The aim of this research works consisted in studying the behaviour of the carbonate system (dissolved inorganic carbon: DIC) following a CO2 injection (artificial or natural), in geological reservoirs. One part of the study consisted in improving an analytical protocol for the measurementof delta13CDIC and DIC, using a continuous flow mass spectrometer. As a first study, we have focused our attention on the Pavin Lake (Massif Central,France). Owing to its limnologic characteristics (meromictic lake) and a deep volcanic CO2contribution, it can be viewed as a natural analogue of reservoir storing important quantitiesof CO2 in the bottom part. Isotopic measurements (delta18O, delta13CDIC) allowed to better constrainthe dynamics of the lake (stratification, seasonal variations), the magnitudes of biologicalactivities (photosynthesis, organic matter decay, methane oxidation, methanogenesis), carbonsources (magmatic, methanogenetic), and the hydrological budgets (sublacustrine inputs). The second study was conducted on the Lamont-Doherty test well site (NY, USA). Itincludes an instrumental borehole which cuts through most of the section of the Palisades silland into the Newark Basin sediments. Single well push-pull tests were performed: a testsolution containing conservative tracers and a reactive tracer (CO2) was injected at apermeable depth interval located in basaltic and metasedimentary rocks. After an incubationperiod, the test solution/groundwater mixture was extracted from the hydraulically isolatedzone. Isotopic measurements (delta18O, delta13CDIC) confronted to chemical data (major elements)allowed to investigate the extent of in-situ CO2-water-rock interactions: essentially calcite dissolution and at a lesser extend silicate dissolution. . . And for one of the test, CO2 degassing

Les matériaux cimentaires sont utilisés dans l'industrie pétrolière pour la construction des puits. Le rôle principal de cette gaine de ciment est d'isoler entre elles les formations géologiques traversées par un puits pétrolier et ce, de manière permanente et pérenne. De nouveaux enjeux environnementaux pour l'industrie pétrolière (limitation des rejets de polluants hydrocarbonés, stockage géologique du CO2) impliquent une meilleure compréhension de la durabilité à long terme des matériaux utilisés pour la cimentation des puits pétroliers. Cette thèse a pour objectif principal de mieux comprendre le comportement de matériaux cimentaires soumis à la lixiviation en conditions de fond de puits et de prédire leur durabilité à long terme. Un montage expérimental a été mis au point permettant de simuler la dégradation de matériaux en température et pression, avec un renouvellement permanent du fluide agressif. Les tests de dégradation ont été effectués à 80°C-1 bar, 80°C-70 bars et 80°C-200 bars. Il a été montré lors de ces travaux que le mode de maturation de la pâte de ciment, correspondant à différentes localisations du matériau au sein d'un puits, influençait la cinétique de dégradation de la pâte de ciment durant sa lixiviation. De plus, la cinétique de dégradation des pâtes de ciments est plus élevée aux hautes pressions à cause, notamment, de différences de solubilité des minéraux. Les simulations effectuées à l'aide du code de transport réactif HYTEC ont permis de reproduire les principaux résultats expérimentaux. Cette thèse ouvre par conséquent de nouvelles perspectives de recherches sur la dégradation des matériaux cimentaires en conditions géologiques sévères.

La dynamique des courants de turbidité est fortement contrôlée par la morphologie du fond marin. Les turbidites issues de ces courants constituent des réservoirs d’hydrocarbures très importants dans les bassins sédimentaires à travers le monde. L'objectif principal de ce travail est de comprendre comment le paleorelief a contrôlé la géométrie et l'architecture des réservoirs turbiditiques, en utilisant comme zone d'étude les réservoirs du Crétacé d'un champ pétrolier du bassin de Campos (offshore du Brésil), où la tectonique a été en partie dominée par l'halocinèse. La méthodologie utilisée dans cette thèse a couplé deux approches. La première a inclus à la fois la description des séquences sédimentaires, à partir de données de sismique-réflexion et de puits, et les restaurations structurales. Six horizons régionaux et quatre unités-réservoirs ont été identifiés et cartographiés afin de construire un modèle géologique multi-2D. Ces surfaces ont ensuite été aussi restaurées. Les résultats de cette étape suggèrent que les failles liées à l'halocinèse ont contraint la paléotopographie pour le dépôt des réservoirs plus anciens et que des structures tectoniques et un canyon ont formés les contraintes paléotopographiques pour la distribution des réservoirs plus jeunes. La seconde approche a été l'analyse du rôle des paramètres des écoulements en effectuant des simulations numériques du type stratigraphique (Dionisos) et des automates cellulaires (CATS). Une surface restaurée, considérée comme référence pour le dépôt des unités-réservoirs a été utilisée comme paléotopographie pour les simulations CATS. Le modèle numérique a été contraint par les données réservoirs. Cette utilisation inédite des simulations 3D avec des automates cellulaires dans une étude de cas réel concernant des dépôts marins anciens a produit des résultats réalistes par rapport aux exemples modernes connus. Elle a également fourni des résultats plus exploitables à l'échelle de réservoir que les modèles numériques de type "stratigraphique". Ce travail met en évidence l'importance des interactions tectonique-sédimentation et de la paléotopographie pour la distribution de réservoirs turbiditiques
The dynamic of gravity-driven turbidity currents is strongly influenced by the morphology of the seafloor. The resulting turbidites constitute important hydrocarbon reservoirs in sedimentary basins throughout the world. The main objective of the present work is thus to understand the way the paleorelief controls turbidite reservoir architectures, with application in a specific study area with Cretaceous reservoirs in Campos Basin (Brazilian offshore). The tectonics in this Basin was partly controlled by halokinesis. The first approach was describing the local Cretaceous sedimentary sequence architecture, from seismic and well data, and performing structural restorations. Six regional horizons and four reservoir-scale units were identified and mapped in order to build a multi-2D geological model. Structural restorations highlighted the structural evolution and allowed the related horizon palaeotopography to be obtained. The results of this work step suggest that the halokinesis-related listric faults regulated the distribution of the basal reservoirs. Moreover, at the top of the Albian carbonates, a canyon was identified, which, in association with the tectonic structures, forms the palaeotopographic constraints for the upper reservoir geometry. The second approach was analyzing the role of flow controlling parameters by performing stratigraphic (Dionisos) and cellular automata-based (CATS) numerical simulations. The latter provided a more appropriate reservoir scale-simulation process than Dionisos. A restored surface, considered as reference for the deposition of the reservoir units, was used as the palaeotopography for CATS simulations, having as constraints the reservoir data. This pioneer use of cellular automata simulations in a real subsurface case study produced coherent results when compared with the actual reservoir distribution. This work sheds light on the importance of tectonic-sedimentation interactions and of palaeotopography for the distribution of turbidite reservoirs

L'objectif de ce travail est d'étudier la formation de l'hydrogène sulfuré (H2S) dans les aquifères utilisés pour le stockage de gaz naturel. L'étude des données de qualité gaz disponibles au global des stations nous a tout d'abord montré que la production d'H2S était marginale à l'échelle des volumes mis en jeu. Puis le développement de méthodologies analytiques et un programme d'analyse du gaz en tête de puits d'exploitation ont permis de souligner le rôle majeur tenu par la périphérie du stockage saturée en eau. Enfin une approche géochimique pluridisciplinaire - minéralogique, bactériologique, statistique, thermodynamique (calculs d'équilibres au moyen du logiciel CHIMERE) et isotopique - a identifié les acteurs de la formation d'H2S. Il s'agit de la combinaison entre, d'une part la désulfuration naturelle induite par le mélange du gaz injecté pauvre en H2S avec une eau plus ou moins chargée en H2S, et d'autre part une production d'H2S directement induite par la qualité du gaz injecté. Cette production a plusieurs origines. Il s'agit d'une acidification qui enrichit le système en H2S dissous et en H2S gazeux. Cette acidification est générée par la dissolution instantanée d'une partie du dioxyde de carbone du gaz naturel injecté (C02g), par l'oxydation possible du méthane injecté (CH4), et par la précipitation de sulfures de fer (FeS-FeS2) D'autres transformations chimiques, minimes à l'échelle du Stockage, sont aussi responsables de la production de sulfures dissous. Il s'agit de l'hydrolyse totale et rapide de l'oxysulfure de carbone (COS) injecté, de la réduction d'une part infime mais suffisante des sulfates (SO42-), par biocatalyse ou bien directement mais lentement par le méthane injecté. Il peut s'agir aussi de la lixiviation lente des sulfures de fer. On observe alors dans la bulle de gaz un gradient en sulfures dissous opposant une zone centrale pratiquement désulfurée à une périphérie sulfurée. Les soutirages de gaz ramènent une proportion croissante de gaz chargé en H2S. La production d'H2S est en partie contrôlée au niveau de la zone de soutirage par une précipitation de sulfures de fer selon la disponibilité du fer ferreux et ce contrôle est en partie responsable en début de soutirage des teneurs nulles en H2S du gaz soutiré. La consommation de sulfates est suffisamment faible pour être indécelable par l'analyse physico-chimique des eaux de stockage lorsqu'elles sont riches en sulfates. Ainsi, suite au stockage de gaz naturel acide, les eaux contenant une quantité non négligeable de sulfures (> 4 mg/l) ou de sulfates, produiront suffisamment d'H2S pour nécessiter la désulfuration du gaz destocké. Cette production peut être minimisée au moyen d'une gestion optimisée du stockage du gaz, tel que par un équilibrage du rapport volume de gaz injecté sur volume de gaz soutiré : ce rapport doit rester supérieur à 1 pour éviter le déstockage de gaz "ancien", périphérique, chargé en H2S. La production d'H2S peut dans ce cas se concrétiser à terme par une désulfuration des eaux de la zone centrale du stockage. La phase d'acidification par le C02g est suivie par un tamponnage par les carbonates solides, plus ou moins importante selon la minéralogie des stockages et qui, avec la dissolution du C02g et l'oxydation potentielle du méthane, est directement responsable d'une carbonatation générale et significative des eaux de stockage. Par ailleurs, une synthèse isotopique sur l'ensemble des stockages de gaz du Bassin de Paris a montré que les aquifères d'âges Trias supérieur et Lusitanien sont affiliés : on observe que les sulfates de l'ensemble des aquifères de stockage étudiés ont la marque isotopique d'un sulfate triasique ayant subi une bioréduction croissante. Cette bioréduction a pris place dans un système qui a permis des réhomogénéisations isotopiques à chaque étape de l'écoulement du fluide porteur du sulfate originel triasique. On a aussi mis en évidence des phénomènes de mélange entre des fluides de minéralisation plus ou moins importante dans chacun des stockages étudiés. Ce mélange est le résultat de mouvements de fluides verticaux et horizontaux induits par la respiration du stockage. Cette étude a permis de souligner l'intérêt que représente pour son exploitant le suivi de la qualité de l'eau du Stockage de gaz naturel en aquifère. Ce suivi peut être réalisé au moyen d'outils adaptés : prélèvements et analyses d'eau et de gaz, en fond ou en tête de puits; constitution et traitement de fichiers de données; utilisation des méthodes isotopiques ... . Il a aussi été réalisé, pour la première fois en France, un prélèvement bactérien dans une carotte nouvellement échantillonnée dans un niveau saturé en gaz stocké. Il s'agit de la seule technique véritablement significative pour l'étude bactérienne de tels milieux.

L'augmentation des émissions du CO2 dans l'atmosphère est un problème environnemental majeur de part son influence dans l'augmentation de l'effet de serre. La capture et le stockage du CO2 forment l'une des solutions proposées afin de limiter ces émissions. La capture du CO2 est effectuée par un système de séparation dans le gaz effluents industriels. Dans les procédés de pre-combustion, des gaz synthétiques sont purifiés de manière a réduire la concentration des gaz non combustibles comme le CO et le CO2. Des technologies comme l'absorption par un solvant, le cycle de calcium, la voie cryogénique ou le contact des gaz avec un adsorbant solide ou à travers d'une membrane sont envisagées pour accomplir cette séparation des gaz. Dans cette thèse, l'étude est effectuée pour la technique de l'adsorption des gaz sur des adsorbants solides. L'avantage de l'adsorption consiste dans la facilité de régénération des matériaux adsorbants sous modulation thermique ou de pression. Son utilisation est aussi moins polluante que d'autres techniques telles que les solvants. Dans ce travail il a été analysé les capacités d'adsorption des différents adsorbants considérés : des zéolites et des charbons activés. Des comparaisons entre ces matériaux ont été réalisées en considérant la capacité d'adsorption et le vieillissement. La deuxième évaluation des matériaux entreprise est l'analyse de leurs performances de séparation en terme de pureté et de taux de récupération des gaz séparés. La séparation a été effectuée sur deux mélanges : le premier contenant 50% de CO2 et 50% de CH4 et le deuxième mélange constitué de 20%C02 et 80% N2. Enfin, une possible application des adsorbants pour le transport en phase adsorbée de CO2 est analysée. Une évaluation technico – économique pour le transport du CO2 en phase adsorbée est réalisée. Une comparaison avec les moyens existants de transport de CO2 par la suite effectuée
In order to reduce greenhouse gases emissions, CO2 release due to human activities should be better controlled. CO2 capture by adsorption is considered as one ot the potential options. In this work, different commercialized activated carbons (AC) were evaluated as a potential adsorbent for CO2 capture by pressure modulation and were compared to commercialised zeolites. Adsorption isotherms, materials aging and gas separation were determined and evaluated. Relations between physical properties and adsorption capacities are founded. These relations were used in order to determine the adsorbent demonstrating the best adsorption regeneration capacities depending on the operating conditions applied. CO2 transportation from production places to storage locations is presently accomplished by liquid or supercritical phase, which generate large costs and emissions. This final part of this work considers the possibility to transport CO2 in adsorbed phase (with considered materials) and analyzes its cost as a function of transported quantities, transport conditions and transportation means. CO2 transport by ship in adsorbed phase on small distances was seen as being competive to ship transportation in liquid phase. The CO2 emissions generated by CO2 transport in adsorbed phase were evaluated in all cases (transportation means, distances, conditions) to be much smaller than the ones generated by liquid phase transport

Les interactions entre la fracturation, les circulations fluides et la chimie des fluides au sein de marges hyper-étendues sont encore peu décrites et sont pour la plupart localisées en mer, enfouies sous des sédiments post-rift. Le bassin sud Aquitain et la partie nord des Pyrénées constituent un cas d’étude approprié pour l’investigation de ces interactions dans un modèle de marge hyper-étendue avec exhumation du manteau durant le Crétacé inférieur puis inversée. Les données de terrain ont permis de décrire trois principaux sets de fractures. Ils ont été corrélés aux principaux événements de l’évolution géodynamique du bassin correspondant au rifting triasique, à l’hyper-extension datée Aptien-Cénomanien, et à la compression pyrénéenne. Les observations pétrographiques, les analyses Raman et microthermométriques sur les inclusions fluides, les données acquises par ICP-MS, et les analyses isotopiques ont permis de déterminer les chimies, les températures, les conditions rédox, les compositions des gaz, les signatures isotopiques de l’oxygène et du carbone, et les teneurs en terres rares des fluides parents pour les ciments précipités durant chaque épisode. Ces données ont permis le calage temporel des évènements diagénétiques majeurs. En particulier, la dolomie baroque et la chlorite ont précipité dans les fractures du set 2 durant l’hyper-extension correspondant au pic thermique à des températures supérieures à 300°C. La signature isotopique, la forte teneur en CO2, l’occurrence de H2S et les fortes salinités des fluides parents suggèrent la percolation de fluides mantelliques ascendants au travers des évaporites triasiques. La phase fin et post hyper-extension est caractérisée par de la bréchification hydraulique dans les formations les plus poreuses, une baisse des températures et des salinités, une baisse de la contribution mantellique dans les fluides parents, une fermeture du système diagénétique au cours de l’enfouissement et un passage à des conditions réductrices durant la précipitation du quartz, de la pyrite et de la calcite. La phase de compression pyrénéenne associée au troisième stade de fracturation a induit une réouverture du système diagénétique et favorisé le retour à des conditions oxydantes et à des infiltrations de fluides météoriques
Interactions between fracturing, fluid circulations and fluid chemistry on hyper-extended margins is still poorly described as most of them are located offshore, buried underneath post-rift sediments. The southern Aquitaine basin and the northern Pyrenees constitute an appropriate case study to investigate these interactions since a model of hyper extended margin with mantle exhumation during the Lower Cretaceous subsequently inverted was recently proposed. From a field study, we here describe three main sets of fractures (set 1 to set 3). They are correlated with main stages of the geodynamic evolution of the basin corresponding to the Liassic rifting, the Aptian-Cenomanian hyper-extension, and the Pyrenean compression. Petrographic observations, Raman and micro-thermometry analysis on fluid inclusions, ICP-MS, and isotope analysis permitted to determine chemistries, temperatures, redox conditions, gas compositions, oxygen and carbon isotopic signatures, and REE contents of parent fluids for cements precipitated during each episode. In particular saddle dolomite and chlorite precipitated in set 2 fractures during the hyper-extension corresponding to the thermal peak at temperatures higher than 300°C. The isotopic signature, the high CO2 content, the occurrence of H2S and the high salinity of parent fluids suggest ascending mantle fluids percolating across Triassic evaporites. The late and post hyper-extensional phase is characterized by hydraulic brecciation in porous formations, a decrease in temperature and salinity, a decrease in mantle contribution in parent fluids, a closing of the diagenetic system during burial and a switch to reducing conditions during the precipitation of quartz, pyrite and calcite. The Pyrenean compressive phase associated with the third fracturing stage induced a reopening of the diagenetic system and favored a return to oxidizing conditions and infiltrations of meteoric fluids

Cette thèse touche à la problématique des échanges de gaz aux interfaces entre la géosphère, la biosphère, l'hydrosphère et l'atmosphère par l'intermédiaire du monitoring géochimique des gaz appliqué aux sites de stockage géologiques du CO2. Au niveau de l'axe « Métrologie », nous avons développé une plate-forme de monitoring géochimique continu, in situ et déportée par spectrométrie FTIR/Raman pour la mesure des gaz du sol (CO2, CH4, N2, O2, H2O). Des protocoles de quantification ont été développés pour la mesure par télédétection infrarouge terrestre en mode passif du CO2, CH4, SO2, H2S dans l'atmosphère. Au niveau des axes « Monitoring » et « Modélisation », les mesures de gaz du sol à proximité du puits d'injection de Rousse (Pilote CO2 Total, Lacq/Rousse, France) sur plus de sept cycles saisonniers ont montré une anti-corrélation entre la teneur en CO2 et les variations du niveau piézométrique de la nappe. Cette relation a permis de modéliser l'enveloppe de variabilité « naturelle » de la teneur en CO2 dans le sol, qui constitue un élément clé pour la surveillance des sites de stockage. Les variations majeures de teneur en CO2 sont attribuées à des processus de dissolution/libération de CO2 par la nappe, jouant un rôle de pompe à CO2. La concentration en CO2 en surface (+1m) serait gouvernée par les variations de teneur en CO2 du sol. Les mesures par télédétection FTIR des gaz dans l'atmosphère ont permis d'établir pour la première fois une simulation expérimentale 3D des enveloppes de CO2 à l'aplomb du site d'injection. Ces résultats constituent un premier pas vers la mise en place d'un outil de surveillance des panaches gazeux dans l'atmosphère
This study is based on the problematic of gas exchanges at the interface between the geosphere, biosphere, hydrosphere and atmosphere through the geochemical monitoring of gas applied to CO2 geological storage sites. Concerning the "Metrological" aspect, we developed and implemented an in situ continuous geochemical monitoring station, based on coupling FTIR/ Raman spectrometry for measuring soil gas (O2, N2, CO2, CH4 and H2O) close to the injection wells of Rousse 1 (CCS Total pilot, Lacq-Rousse, France). We also developed protocols to identify and quantify CO2, CH4, SO2, H2S in the atmosphere (plume) by passive remote sensing FTIR. On the "Monitoring" and "Modelling" aspects, the continuous recording of soil CO2 concentration during more than 7 seasonal cycles indicate that CO2 concentration in the soil was anti-correlated with changes in piezometric level of the groundwater. This correlation was used to model the limits of natural variability of CO2 content in the soil, which is a key to CCS sites monitoring. The main fluctuations in soil CO2 content was assigned to a dissolution/release process of CO2 by the perched water table, acting as a CO2 pump. The CO2 concentration at the near surface (+ 1 m) would be governed by changes of the soil CO2 content. FITR remote sensing measurement of atmospheric gases allowed for the first time to perform an experimental 3D simulation of CO2 layers on the injection site. This type of experimental simulation is a first step for the monitoring of gases in the atmosphere

Des déblais pétroliers du puits IVCO-10 du bloc CI-02 du bassin sédimentaire de Côte d'Ivoire ont été soumis à des études géochimiques afin de déterminer leur maturation et leur potentiel pétroligène. Des études de minéralogie des argiles et des grès ont aussi été réalisées pour déterminer les phases minéralogiques présentes, la diagenèse et la maturation subies par ces shales, la composition à la source des fragments gréseux et leur milieu de dépôts. Des roches-mères maastrichtiennes et sénoniennes ayant un bon potentiel gazigène existent dans la séquence étudiée du puits IVCO-10. Ces roches-mères sont assez riches en matière organique (COTmoy = 1,35%). Le kérogène de ces roches-mères est principalement de nature amorphe et contient beaucoup de débris de plantes supérieures et quelques foraminifères. La nature du kérogène est intermédiaire entre le type II (sapropélique) et le type III (humique). La matière organique est immature au sommet et atteint le stade de la fenêtre à huile potentielle au fond du forage (séries albiennes). L'hydrocarbure produit serait essentiellement du gaz parce que le kérogène de ces roches-mères est pauvre en hydrogène (IH max = 222 mg HC par g C.org.). Le potentiel de production est bon et est d"environ 5,1 tonnes d'hydrocarbures par mètre carré. L'analyse minéralogique des argiles a permis de déterminer par diffraction aux rayons X les minéraux argileux suivants: kaolinite, interstratifiés illite-smectite, smectite, illite et chlorite. Les taux de la kaolinite, de la smectite et d'interstratification de la smectite dans les interstratifiés illite-smectite diminuent avec l'enfouissement tandis que ceux de l'illite et de la chlorite augmentent dans le même sens. La plupart des minéraux identifiés sont d'origine détritique sauf probablement l'illite et l'illite-smectite qui sont en partie d'origine diagénétique dérivant de la smectite. La maturation atteinte par ces shales à la base du puits (séries albiennes) correspond à celle du début de la fenêtre à huile. Les études sur les grès ont permis de montrer que les déblais du puits IVCO-10 sont composés de matériel provenant d'une source extrabassinale (quartzarénite, chert, métaquartzite et gneiss quartzitique) et d'une source intrabassinale (foraminifères, glauconie et carbonate). L'abondance des grains de quartz et de fragments de roches riches en quartz indique que les roches à la source ont subi une météorisation intense sous climat tropical ni humide. L'abondance de mudstones, la présence de foraminifères et de glauconie indique que le milieu de dépôt est marin calme et peu profond probablement un milieu deltaïque. Étudiante-chercheur © Macoura KONÉ Directeur de recherche Pierre COUSINEAU Co-directeùr de recherche Rudolf BERTRAND