Xavier Guichet Direction Géosciences, IFPEN Réunion Transferts de technologies entre les filières du sous-sol

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1 MODÉLISATION NUMÉRIQUE DES BASSINS SÉDIMENTAIRES, AVANTAGES ET APPLICATIONS D UNE RECONSTRUCTION DYNAMIQUE Xavier Guichet Direction Géosciences, IFPEN Réunion Transferts de technologies entre les filières du sous-sol 1

2 SOMMAIRE Modélisation des bassins sédimentaires Objectifs / Principes TemisFlow : un outil reconnu pour l exploration du sous-sol Facteurs clé et enjeux pour la géothermie profonde Température, débit Modélisation des flux de chaleur et de la température Modélisation du régime de pression Modélisation de la qualité des fluides de bassin Application possible, conclusion I F P E N

3 MODÉLISATION DES BASSINS SÉDIMENTAIRES Objectif : reconstruire l histoire géologique de la température, de la pression, de la nature des fluides par calculs numériques (échelles spatiales 100 km x 100 km, temporelles plusieurs millions d années) Calcul direct Construction du modèle au présent 0Ma Les résultats des calculs donnent accès à une information régionale en fonction du temps Re-construction des géométries dans le passé Temperature ( C) I F P E N 34Ma 86Ma 118Ma

4 LOGICIEL TEMISFLOW : UN LOGICIEL POUR L INDUSTRIE PÉTROLIÈRE UTILISÉ PAR LES «GEOSCIENCES» Résultat de plusieurs décennies de développement et d études Équipes de Géoscience et de Mathématiques Appliquées travaillent conjointement Interface conviviale pour la construction des cas Calculs 1D, multi-1d, 2D, 3D Outils de visualisations des résultats souples et adaptés aux problématiques géosciences I F P E N

5 GÉOTHERMIE PROFONDE: FACTEURS-CLÉS ET ENJEUX Facteurs-clés et enjeux d un projet de géothermie profonde Température Débit Principe P = r c Q (Ti - To) PE = puissance électrique = a P a = a(ti) Besoin de modèles pour l exploration (échelles bassin / permis, 100s km 2 ) : Comprendre la distribution spatiale des températures, en particulier ce qui a généré l existence d anomalies thermiques Compréhension des écoulements régionaux Evaluer les risques liés aux gaz acides par exemple Objectif de l exploration : délimiter et caractériser les structures favorables (thermicité et circulations) I F P E N

6 APPORTS DE LA MODÉLISATION DE BASSIN L évolution géologique (calcul 3-D) détermine : les distributions régionales de flux de chaleur les directions et vitesses d écoulement Il est possible de préciser : l existence de zones en surpression l influence, sur le champ de pression régional : des failles de certaines réactions minérales (déshydratation des smectites) les anomalies régionales du champ de contraintes Nature des fluides de bassin Gaz acides H 2 S, CO I F P E N

7 ORIGINE DES ANOMALIES THERMIQUES DANS LES BASSINS SÉDIMENTAIRES Structure de la croûte et chaleur d origine profonde (manteau / intrusions) Zones de rifting, la durée de la relaxation thermique est de l ordre de 50 Ma Présence de roches présentant de fortes productions de chaleur radiogénique (notamment : les granites du socle) Présence de failles / couloirs de fracturation permettant la circulation des fluides chauds Contrastes de conductivité thermique entre roches différentes (notamment : présence d évaporites) Anisotropie de conductivité thermique dans les dépôts sédimentaires Phénomènes de convection dans d épaisses couches suffisamment perméables L ensemble de ces phénomènes peut être traité avec le logiciel TemisFlow I F P E N

8 TEMISFLOW : CALCUL DE LA TEMPERATURE La chaleur est transportée par conduction et par convection Différents types de conditions aux limites peuvent être spécifiés Possibilité de prendre en compte l évolution lithosphérique (notion de rifting) Une bibliothèque de lithologies est proposée intégrant conductivité thermique, une capacité calorifique évoluant en fonction de la porosité. La production radiogénique de chaleur dans les roches est prise en compte Des schémas numériques robustes, précis et parallélisés permettent de traiter des cas 3D réalistes I F P E N (simulations réalisées sur le supercalculateur IFPEN de 110 Tflops, 6048 coeurs)

9 EXEMPLE : CALCUL DES FLUX DE CHALEUR AVEC DESCRIPTION DE LA LITHOSPHÈRE Exemple de la marge ibérique 30 km calcul de la structure thermique actuelle La relaxation thermique dure d environ 110 Ma à environ 40 Ma I F P E N

10 ECOULEMENTS RÉGIONAUX : CALCUL DE LA SURPRESSION DANS UN EXEMPLE FAILLÉ EN CONTEXTE EXTENSIF Calcul de la surpression dans le delta du Niger, lien entre les failles et les compartiments de pression Détermination sur cas complexe de (en plus de la température) Ecoulement le long des failles Surpressions Contraintes in-situ Carte de fracturation naturelle I F P E N MPa R&D en cours calcul géomécanique 3D via un couplage avec Code Aster Utile en géothermie pour Localiser les anomalies thermiques Le forage/risques associés à la production Caractériser les écoulements en production Caractériser le comportement des fractures naturelles

11 RÉGIME DE PRESSION ET ÉVOLUTION MINÉRALOGIQUE DÉSHYDRATATION DES SMECTITES DANS LE BASSIN DES LLANOS (COLOMBIE) La déshydratation des smectites (argiles hydratées) est une réaction contrôlée essentiellement par la température Pour des températures supérieures à 100 C, les smectites libèrent de l eau qui: Modifie la distribution régionale de la salinité des réservoirs Influence le régime régional de pressions Gonzales-Penagos et al. (2016) I F P E N

12 EVALUER LES RISQUES LIÉS AUX GAZ ACIDES : ECOULEMENTS POLYPHASIQUES AVEC FLUIDES ACIDES Exemple de génération d H 2 S dans les réservoir d âge Dévonien en Alberta (Canada) Production d H 2 S par réduction thermique des sulfates H 2 S Dissous en kg/m 2 R&D en cours H 2 S Total en kg/m 2 H 2 S Gazeux en kg/m I F P E N

13 CONCLUSION IFPEN a un important savoir-faire dans le domaine de l E&P pétrolière. Les outils logiciels d IFPEN bénéficient d une recherche active et sont validés sur des cas réels à travers des partenariats avec l industrie. Ces outils logiciels, adaptés de façon appropriée, pourraient également servir dans des contextes différents tels que le stockage souterrain de fluides/énergie ou l exploration, l évaluation et le pilotage de projets de géothermie profonde Stockage de CO2 (Projet Ultimate CO2 (BRGM- IFPEN)) Echelle régionale : Modélisation de bassin, champs de T, P et de salinité Echelle du réservoir : transport diphasique avec raffinement de maillage adaptatif (AMR) L exploitation durable de ressources géothermiques profondes repose précisément sur les mêmes aptitudes à coupler des aspects thermiques, hydrauliques, géomécaniques et géochimiques à différentes échelles Exploration : échelle du bassin / permis Production : échelle du réservoir (écoulements PumaFlow, interactions eaux-roches CooresFlow) I F P E N

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