Plan A. Ressources énergétiques (partie 1) 1. Géologie des hydrocarbures 1.1 Introduction 1.2 Notion de système pétrolier 1.3 Productivité en matière organique des différents types de bassins 1.4 Maturation Migration des HC 1.4 Migration 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 1
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 pour 2 raisons: 1 les «cuisines» de maturation sont à haute pression, alors que la surface de la terre est à basse pression. 2 le pétrole brute et le gaz naturel ont des densités beaucoup plus que celles de l eau et des roches donc ils vont flottent en direction de la surface. Par conséquent, s il n y a pas de barrières à l écoulement des hydrocarbures, ils vont finir par atteindre la surface et s oxyder en CO 2. La migration est habituellement un processus en deux étapes: Migration primaire - expulsion du pétrole de la roche-mère vers la couche porteuse perméable (roche réservoir, habituellement un grès ou un calcaire). Migration primaire Gaz pétrole Roche-mère réservoir D après Tissot et Welte, 1984 2
MOTEUR DE LA MIGRATION Il existe plusieurs mécanismes de migration primaire en fonction : 1 de l abondance des micropores, macropores et fractures dans les roches-mères (porosité); 2 des processus géologiques à l origine de la constitution du gradient de pression (le principal de ces processus étant la charge lithostatique). Lors de la génération du pétrole, il se produit : 1 une transformation d'une partie du kérogène en hydrocarbures entraînant une transmission partielle de la charge lithostatique de la phase solide à la phase liquide. 2 une augmentation du volume de la matière organique en raison de la conversion solide-liquide (entre 10 et 15 % du volume initial) ce qui fournit une source de pression interne dans la roche-mère. LA COMPACTION SEMBLE DONC FOURNIR LA FORCE MOTRICE DE L'EXPULSION. 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 ü La migration primaire procède comme une diffusion à travers les micropores (via les mésopores) vers les macropores et les fractures. ü une phase de produits pétroliers en vrac se développe ainsi et va se déplacer 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. 3
Migration secondaire - écoulement du pétrole dans le réservoir et vers le piège. Le déplacement se réalise à travers des pores (vides entre les grains et les cristaux) et à travers des fractures. Migration tertiaire - mouvement ultérieur après le piègeage initial. Migration secondaire Gaz pétrole Roche-mère réservoir D après Tissot et Welte, 1984 PENDANT LA 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 (notion de perméabilité) ciment Pore (vide) Photo de lame-mince d un grès 4
Plan A. Ressources énergétiques (partie 1) 1. Géologie des hydrocarbures 1.1 Introduction 1.2 Notion de système pétrolier 1.3 Productivité en matière organique des différents types de bassins 1.4 Maturation Migration des HC 1.5 Notion de piège 1.5 Notion de piège Au cours de leur migration dans la couche réservoir les HCs peuvent rencontrer une barrière où ils seront «piégés» Pièges Scellement 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 c.àd. étanche aux fluides (imperméable) Les roches du scellement sont habituellement des argilites, des calcaires ou des couches de sel. 5
1.5 Notion de piège Il y a deux (3) principaux types de pièges: 1) Stratigraphiques 2) Structuraux 3) Hydrodynamiques 1.5.1 Pièges stratigraphiques Lentilles de grès Niveau gréseux en biseau Discordance Récif (petit récif «patch») 6
1.5.2 Pièges structuraux PLI ANTICLINALE FAILLE DIAPIR COMBINATION PLI ET FAILLE D après Biddle et Wielchowsky (1994) 1.5.3 Pièges hydrodynamiques ü Les pièges hydrodynamiques nécessitent que les eaux souterraines soient activement en mouvement à travers le lit réservoir avec l huile et le gaz. ü L huile et le gaz ont des densités plus faibles que l eau et donc ils flottent. Gaz piégé Huile piégée Courant d eau 7
Identifiez les types de pièges? Plan A. Ressources énergétiques (partie 1) 1. Géologie des hydrocarbures 1.1 Introduction 1.2 Notion de système pétrolier 1.3 Productivité en matière organique des différents types de bassins 1.4 Maturation Migration des HC 1.5 Notion de piège 1.6 Notion de champs pétrolier 1.7 Récupération des hydrocarbures 1.8 Adéquation des contrôles géologiques 1.9 Distillation fractionnelle des hydrocarbures 8
1.6 Notion de champs pétrolier Gaz Huile Eau Cet exemple montre un anticlinal simple. La plupart des structures sont plus complexes, étant cassées par des failles ou contenant des réservoirs résiduels. 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. Au fur et à mesure que l huile est extraite, le gaz sus-jacent se dilate et l eau sous-jacente gagne du terrain. Trois composants sont nécessaires pour avoir un gisement d HCs: Réservoir couches présentant une porosité et une perméabilité Généralement grès, calcaires et dolomies Scellement couchent impérméables caractérisées par une faible Généralement couches d argiles, calcaires, gypse ou sel Le scellement doit retarder le déplacement vertical et latéral des HCs Couverture des couches additionnelles pour fournir la pression géostatique Couverture HC Sc. sommital Sc. basal Scellement latéral Argilites Grès Gaz Pétrole Faille 9
1.7 Récupération des hydrocarbures 1 Récupération primaire: utilise seulement l énergie du réservoir - récupère typiquement jusqu à 50% du réservoir d huile (une moyenne de ~20%) 2 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%) 3 Récupération tertiaire: d autres méthodes peuvent récupérer 15 20% additionnels d huile après les récupérations primaire et secondaire 1.8 Adéquation des contrôles géologiques essentiels Piège - Scellement - Timing - Fermeture du volume - Scellement - Timing Réservoir - Porosité - Perméabilité - Epaisseur des faciès réservoirs (non dépôt, changement de faciès, troncature ou failles; réseau 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 - Préservation - Qualité des HC & concentration - Récupération 10
1.9 Distillation fractionnelle des hydrocarbures L objectif du raffinage est la transformation du pétrole brut en différents produits finis : carburants, combustibles, matières premières pour la pétrochimie et autres produits spécifiques (bitume, huiles lubrifiantes). Le pétrole brute est séparé en produits variés par le processus de distillation fractionnelle Obtention de produits intermédiaires par distillation : Les trois principales "coupes" pétrolières sont obtenues dans une tour de distillation : les légers (gaz, naphta et essences), les moyens (kérosène, diesel et fuel domestique) et les lourds (fuel lourd ou résidu atmosphérique). 11
Amélioration de la qualité : Cette opération consiste à éliminer, dans les différentes coupes, certains composés indésirables comme le soufre. Transformation de coupes lourdes en coupes légères : A l'aide de procédés dédiés, les produits lourds de moins en moins consommés (type fuel lourd) sont transformés en produits moyens fortement demandés (diesel et kérosène). Les unités de raffinage impliquées sont "spécifiques". Elles doivent généralement travailler à haute température et/ou forte pression pour générer des hydrocarbures plus légers, "par craquage", et améliorer leur qualité, la plupart des composés indésirables (soufre, métaux, etc.) étant plutôt concentrés dans les coupes initialement lourdes. 12
Préparation finale des produits par mélange : On obtient les produits finis par mélange des produits intermédiaires ou semi-finis. Pour faire face à cette série d'opérations, les raffineries doivent disposer d'importants volumes de stockage, d'installations de réception des produits bruts et d'expédition des produits finis. La raffinerie de Mohammedia (société la Samir) Capacité : 10 millions de tonnes par an, soit 200.000 barils par jour (source leconomiste édition N 3844 du 2012/08/09) 13
Conclusion 14