Géologie des hydrocarbures

Transcription

1 Université Mohamed Premier Faculté des Sciences Département des Sciences de la Terre Filière STU - S6 MC STU_S6 MC Géologie des hydrocarbures Notion de système pétrolier Dr Mohammed Et-Touhami stu_s6@yahoo.com

2 DEMONSTRATION DE LA MATURATION Sédiments à partir des montagnes adjacentes SURFACE 70 ma Temp. augmente avec la prof. MIGRATION D HYDROCARBURE 30 ma Au cours de la maturation, la température croît de façon dramatique Suffisament chaude pour cuire la roche-mère (maturation) SUBSIDENCE DE LA CROUTE

3 LE SYSTEME PETROLIER - MIGRATION HC Une fois formés par le processus de maturation, l huile et le gaz commencent à migrer en direction de la surface de la terre. Pourquoi? - Les «cuisines»de maturation sont à haute pression, alors que la surface de la terre est à basse pression. Pourquoi? - le pétrole brute et le gaz naturel ont des densités beaucoup plus faibles comparées à celles de l eau et des roches - Ils flotent en direction de la surface. Donc, s il n y a pas de barrières à l écoulement des hydrocarbures, ils vont finir par atteindre la surface de la terre où ils vont s oxyder en CO 2.

4 La migration est habituellement un processus en deux étapes: Migration primaire - expulsion du pétrole de la roche-mère vers la couche porteuse perméable (roche réservoire, habituellement un grès ou un calcaire). Migration primaire Gaz pétrole Roche-mère réservoir D après Tissot et Welte, 1984

5 Il y a plusieurs mécanismes de migration primaire, leurs efficacité et leurs cheminement varient en raison de: - l abondance variable des micropores, macropores et fractures dans les roches-mères; - les processus géologiques à l origine de la constitution d un gradient de pression Le poids lithostatique est le principal processus géologiques qui contribue à la constitution d un gradient de pression. Lors de la génération du pétrole, la transformation d'une partie du kérogène en hydrocarbures entraîne une transmission partielle de la charge géostatique de la phase solide à la phase liquide. L augmentation du volume de la matière organique en raison de la conversion solide-liquide lors de la génération d hydrocarbures fournit une source de pression interne dans la roche-mère (entre 10 et 15 % du volume initial. ----> La compaction semble fournir la force motrice de l'expulsion.

6 G E N E R A T I O N kérogène Cheminement Pression de solution dans les pores Diffusion Désorption Agrégation Ecoulement en volume Mécanismes de migration primaire du pétrole dans les roches-mères (d après Mann et al. 1991) E X P U L S I O N La migration primaire procède comme une diffusion à travers les micropores (via les mésopores) vers les macropores et les fracture. De là, une phase de produits pétroliers en vrac se développe, et se déplace le long du système de macropores et de fractures. Rappel: La désorption est la transformation inverse de l'adsorption, par laquelle les molécules adsorbées se détachent du substrat.

7 initial. Migration tertiaire - mouvement ultérieur après le piègeage Migration secondaire - écoulement du pétrole dans le réservoir et vers le piége. Le déplacement se réalise à travers des pores (vides entre les grains et les cristaux) et à travers des fractures. Migration secondaire Gaz pétrole Roche-mère réservoir D après Tissot et Welte, 1984

8 Migration secondaire Le déplacement des HCs dans le réservoir se réalise à travers des pores (vides entre les grains et les cristaux) et à travers des fractures. Les pores et les fractures doivent être connectés (perméabilité) ciment Pore (vide) Photo de lame-mince d un grès

9 LE SYSTEME PETROLIER - PIEGEAGE DES HCs Au cours de leur migration dans la couche réservoire les HCs peuvent rencontrer une barrière où ils seront «piègés» Pièges D après Tissot et Welte, 1984 Migration secondaire Gaz Pétrole Roche-mère Réservoir Pour que le piège fonctionne, il faut que la roche sus-jacente soit un scellement (ex. étanche aux fluides) Les roches du scellement sont habituellement des argilites, des calcaires ou des couches de sel.

10 Il y a deux principaux types de pièges: 1) Stratigraphiques 2) Structuraux 3) Hydrodynamiques Pièges stratigraphiques du Pétrole Lentilles de grès Niveau grèseux en biseau Discordance Récif (petit récif «patch»)

11 PIEGES STRUCTURAUX PLI ANTICLINALE FAILLE DIAPIR COMBINATION PLI ET FAILLE D après Biddle et Wielchowsky (1994)

12 PIEGES HYDRODYNAMIQUES Les pièges hydrodynamiques nécessitent que les eaux souterraines soient activement en mouvement à travers le lit réservoir avec l huile et le gaz. L huile et le gaz ont des densités plus faibles que l eau et donc ils flottent. Gaz piégé Huile piégée Courant d eau

13

14 Geologie d un champs pétrolier Gaz Huile Eau Source Grès Reservoir

15 L huile est formé sous une très haute pression. La pression provoque des fractures réticulaires dans les roches susjacentes permettant la migration. Si cette migration d huile rencontre un stratum poreux, telqu un grès, elle s écoule préférentiellement à travers ce conduit. Si le conduit abouti directement à la surface, l huile s échappe, mais s il est plissé ou faillé, l huile peut être piégé. Le schéma montre la crête d un pli anticlinal. L huile collecté dans la crête et le gaz communément séparé de ce dernier forme un chapeau. L huile flotte sur l eau qui rempli l espace des pores des roches sous-jacentes. Huile Gaz Eau Source Grès Reservoir

16 L huile et le gaz s échappent du piège avec le temps à moins que les roches sus-jacentes forment un bon scellement. L argile et le sel sont de bons scellements, mais aucun scellement n est parfait. Au fur et à mesure que l huile est extraite, le gaz sus-jacent se dilate et l eau sous-jacente gagne du terrain. Cet exemple montre un anticlinal simple. La plupart des structures sont plus complexes, étant cassées par des failles ou contenant des réservoirs résiduels. Huile Gaz Eau Source Grès Reservoir

17 Trois composants sont nécessaires pour avoir un gisement d HCs: Réservoir (doit avoir une porosité et perméabilité) Généralement grès, calcaires et dolomies Scellement (doit avoir une faible porosité et pas de perméabilité) Généralement couches d argiles, calcaires, gypse ou sel Le scellement doit retarder le déplacement vertical et lateral des HCs Couverture - des couches additionnelles pour fournir la pression géostatique Couverture Scellement latéral Argilites Grès Gaz Pétrole Faille

18

19

20 RECUPERATION DU PETROLE Récupération primaire: utilise seulement l énergie du réservoir - récupère typiquement jusqu à 50% du réservoir d huile (une moyenne de ~20%) Récupération secondaire: implique l ajout d énergie au réservoir par l injection d eau pour maintenir la pression et déplace l huile récupère typiquement de 25-45% après la récupération primaire (une moyenne de ~ 30%) Récupérartion tertiaire: d autres méthodes peuvent récupérer 15 20% additionnels d huile après les récupérations primaire et secondairev

21 Distillation fractionelle Le pétrole brute est séparé en produits variés par le processus de distillation fractionelle

22 Distillation fractionelle La fraction d hydrocarbone est séparée dans la tour de distillation basée sur leurs points d ébulition

23 Refinerie de pétrole

24 Conclusion

25 Adéquation des contrôles géologiques essentiels Piège - Sellement - Timing - Fermeture du volume - Sellement - Timing Réservoir - Porosité - Perméabilité - Epaisseur des faciès réservoirs (non dépôt, changement de faciès, troncature ou failles; raiseau et grosseur adéquats) - Porosité (primaire ou secondaire, non colmatée ou cimentée) - Perméabilité & continuité Roche mère (source) - Maturation - Migration - Quantité et qualité de la MO - Maturation - Migration Préservation - qualité des HC - récupération - Présevation - Qualité des HC & concentration - Récupération

26