Les roches mères pétrolières Réunion spécialisée de la SGF

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1 Les roches mères pétrolières Réunion spécialisée de la SGF novembre 2015 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, Strasbourg cedex, France luis.martinez(@)unistra.fr CNRS UMR7516 Institut de Physique du Globe de Strasbourg

2 Equipe : Dynamique de la Lithosphère et des Bassins Sédimentaires Evolution géochimique des réservoirs pétroliers Michel Cathelineau, 2007 CNRS UMR7516 Les roches mères pétrolières, réunion de la SGF, 27 novembre 2015

3 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 backstripping. 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

4 es roches mères pétrolières, réunion de la SGF, 27 novembre 2015

5 Atelier scientifique Géo-ressources, 30 septembre 2015, laboratoire ISTerre 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 kérogène immature.

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7 Démarche classique MATURITE CROISSANTE S1+S Atelier scientifique Géo-ressources, 30 septembre 2015, laboratoire ISTerre Cinétique de l'évolution thermique des biomarqueurs en pyrolyse confinée Immature 170 C 300 C 300 C 320 C DC29 DC29 bbc30 abc31 R S S R bbc30 bbc30 abc31 bbc31 bbc31 bbc31 abc32 Courbes S1+S2 Pyrolyse Rock-Eval S1+S2_0,51 S1+S2_0,65 S1+S2_0,77 S1+S2_1,16 S1+S2_1,35 S1+S2_1,50 X=CH 3, C 2 H 5 C 3 H 7, C 4 H 9, C 5 H 11 Température ( C) X Modèle de transformation des biomarqueurs kj Eaj, Aj Cinétique Rock-Eval des HC ISOMERISATION DEGRADATION PRODUCTION Liptinite Vitrinite CRAQUAGE PRIMAIRE KEROGENE Inertinite Liptinite Loi d'arrhénius dx/dt=a.exp(-ea/t).x Modèle GENOIL ko,eao,ao ki Eai, Ai C1 C2-C5 C6-C14 C14+ + kz Eaz, Az H2O CO2 Modèle CRAKOIL CRAQUAGE SECONDAIRE kj Eaj, Aj COKE DES HC C1 C2-C5 C14+ COKE DES HC C1 C2-C5 C6-C14

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

9 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)

10 Démarche classique = 3 vitesses (même Ao et énergies d activation) 1D basin modeling transformation ratio Oil & Gas Generation with Age and Depth Oil Gener Gas

11 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

12 OMODEO-SALE Silvia, Thèse UCM, 2014 Nouvelle méthodologie : Ao calculé par analyse thermique de la subsidence CNRS UMR7516 Les roches mères pétrolières, réunion de la SGF, 27 novembre 2015

13 Démarche classique Simulation à 3 vitesses de chauffe, paramètre Ao de trois échantillons calculé par le maximum des énergies d activation.

14 Démarche Simulation avec 3 vitesses de chauffe (trois spectres), avec la même distribution des énergies d activation et paramètre Ao Résultats Simulation parfaite, mais même résultats avec une autre paramètre Ao et d autres vitesses de chauffe. Conclusion Simulation parfaite mais avec plusieurs résultats possibles

15 CNRS UMR7516 Nouvelle démarche => SpectraCin 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 Tmax

16 Courbes ind. Courbes accum. Martinez et al. 1989

17 CNRS UMR érosions 1 érosion RESULTATS : Exemple => Programme GPF 1200 m Faille de UZER Forage de Morte-Mérie Forage de Balazuc

18 CNRS UMR7516 Modélisation du flux de chaleur par le %PRV Equivalent de flux de chaleur fourni par les fluides de la faille à la matière organique de Balazuc Morte Mérie

19 Modélisation du %PRV et Tmax CNRS UMR7516 Les roches mères pétrolières, réunion de la SGF, 27 novembre 2015

20 RESULTATS (autres exemples) OMODEO-SALE Silvia, Thèse UCM, 2014 Les roches mères pétrolières, réunion de la SGF, 27 novembre 2015

21 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 OMODEO-SALE Silvia, Thèse UCM, 2014 CNRS UMR7516 Les roches mères pétrolières, réunion de la SGF, 27 novembre 2015

22 RESULTATS : Le puits de Geronville, France Modélisation du %PRV et Tmax (ce travail en modélisation) CNRS UMR7516 Les roches mères pétrolières, réunion de la SGF, 27 novembre 2015

23 CNRS UMR7516 RESULTATS (autres exemples) 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)

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25 RESULTATS : Le puits d Penhue-1 Modélisation du %PRV et Tmax CNRS UMR7516 Les roches mères pétrolières, réunion de la SGF, 27 novembre 2015

26 CNRS UMR7516 Les roches mères pétrolières, réunion de la SGF, 27 novembre 2015 Equipe : Dynamique de la Lithosphère et des Bassins Sédimentaires Evolution géochimique des réservoirs pétroliers CONCLUSION Cette démarche (modélisation SpectraCin) permet de définir avec une meilleure précision la chronologie du fonctionnement des roches mères du système pétrolier étudié. Merci!