Caractériser la teneur et la répartition en carbone organique des sédiments est un enjeu majeur dans l’exploration et la production des ressources d’hydrocarbures fossiles conventionnelles et non conventionnelles. Nouvel outil géochimique d’analyse sur carottes de forage, le Laser Induced Pyrolysis System (LIPS) permet d’identifier des intervalles centimétriques riches en matières organiques dans les réservoirs carbonatés susceptibles de contenir des tarmats, ainsi que dans les gisements de schistes bitumineux et de gaz de schiste. Il s’agit là d’un système innovant de mesure quantitative automatique à haute résolution verticale.

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Stéphane Teinturier

Gisement

La mesure quantitative détaillée et la localisation précise des dépôts de COT (Carbone Organique Total) sont primordiales pour estimer et cartographier avec rigueur les réserves d’un prospect non conventionnel. La pyrolyse Rock Eval ou l’analyse LECO sont les méthodes d’étude géochimique les plus utilisées dans l’industrie. Leur potentiel se heurte à plusieurs limites. Lentes à mettre à œuvre, ces techniques reposent sur la préparation manuelle et destructive d’un nombre restreint d’échantillons de roches broyées.

Les mesures résultantes du COT ont une faible résolution verticale, généralement supérieure au mètre. Les caractéristiques des roches des intervalles intercalés ne sont donc pas prises en compte. Cette représentation de la distribution verticale de la teneur en matière organique reste insuffisante. En effet, les successions stratigraphiques comportent de nombreux intervalles de schistes minces, avec des variations parfois millimétriques, susceptibles d'être des micro-réservoirs autosuffisants.

Obtenir un logging haute résolution

D’où notre effort de R&D mené dès le début des années 2000 pour concevoir une technique de mesure plus performante. Le principe : appliquer la technologie laser à la mesure en continu de la teneur en COT sur des échantillons de carottes de forage. Une idée disruptive développée par Daniel Dessort, spécialiste en géochimie organique, qui est à l’origine de notre dispositif encore inégalé, le LIPS (Laser Induced Pyrolysis System).

 

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Innovation mondiale opérationnelle depuis 2010 au Centre Scientifique et Technique Jean Féger (CSTJF) de Pau (France), notre système est basé sur :

  • Un micro-échantillonnage par emploi d’une source laser infrarouge haute énergie de classe IV d’une puissance de 20MW/m². La pyrolyse quasi-instantanée du carbone organique permet de réaliser de très nombreux micro-prélèvements sur carotte et d’effectuer les mesures de carbone organique avec un log continu « haute résolution », d’une échelle centimétrique. Lors de l’acquisition des données (plusieurs milliers de points de mesure espacés d’un centimètre), l’impact du laser forme de minuscules cratères d'environ 1 à 3 mm de diamètre sur la surface de la carotte, n’affectant qu’un tout petit volume d’échantillon. Un premier tir laser de faible puissance nettoie la surface de la carotte des contaminants volatils. Un deuxième tir laser à haute énergie, effectué sur la même zone que le premier tir, provoque la conversion et le dégagement de la matière organique solide en composés organiques volatils (COV), de nanoparticules et de fullerènes.
  • Une détection des produits formés et collectés. Les effluents sont acheminés à travers des filtres électrostatiques retirant les poussières minérales vers un détecteur par photo-ionisation (PID) qui permet de connaître leur composition instantanément. Le PID n'est pas sensible au CO et au CO2 formés par décomposition thermique des carbonates. Par conséquent, seul le carbone organique est détecté.
  • Une analyse quantitative de la teneur en COT. Après étalonnage du signal LIPS brut obtenu, la quantification  est effectuée avec les méthodes conventionnelles.

Un outil entièrement automatique, qui gagne en précision et en rapidité

Le LIPS présente de très nombreux avantages :

  • Il permet de recueillir 100 valeurs de COT sur une carotte d’un mètre de long. La fréquence des mesures en ligne peut être augmentée jusqu’à 3 points de données de mesure par centimètre.
  • Le temps d'acquisition d’un point de mesure est d’une minute environ. L’analyse d’une carotte d’un mètre de long prend donc seulement 90 minutes pour 100 points de mesure.
  • Le fonctionnement du LIPS est entièrement automatique : la carotte défile centimètre par centimètre et l’acquisition des données est effectuée en continu par l'unité d'analyse.

 

Compact, le LIPS peut être transporté et utilisé directement dans les pays qui limitent les exportations des échantillons de carottes de forage. D’autant qu’un second dispositif est désormais opérationnel dans notre filiale du Qatar. Cette nouvelle génération de LIPS intègre un chargeur automatique des carottes et un FID (Flame Ionization Detector), dix fois plus sensible que le PID. D’autres détecteurs sont en cours de test. Ils permettront au LIPS de mesurer automatiquement davantage de composés organiques et de paramètres, comme la saturation liquide en hydrocarbures, la qualité et le type de kérogène.

Identifier les intervalles stratigraphiques centimétriques

Les diagraphies continues haute résolution avec une densité très élevée de valeurs COT obtenues via le LIPS offrent pour la première fois la possibilité :

  • d’affiner le calcul des teneurs moyennes en matière organique pour l'ensemble de la formation cible ou pour des intervalles stratigraphiques spécifiques ;
  • d’identifier des intervalles très minces riches en matières organiques, sur des échelles centimétriques ;
  • de mieux définir l’emplacement des zones cibles les plus appropriées pour le forage horizontal,
  • d’améliorer l’étalonnage d'autres données de log de puits classiques, comme les logs gamma-ray.

 

Conçue à l'origine pour mieux identifier les couches de tarmats dans les réservoirs conventionnels carbonatés du Moyen-Orient, ces fines nappes de goudron qui peuvent agir comme des barrières de perméabilité, la technique du LIPS est ensuite devenue incontournable dans le domaine du non-conventionnel. Comme par exemple en Argentine, où l’outil contribue à mieux comprendre la distribution verticale du taux de matière organique dans la formation géante de gaz de schiste de la Vaca Muerta. Et donc in fine identifier les sweet spots pour optimiser l’emplacement des futures zones de développement sur le permis d’Aguada Pichana, opéré par Total.