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Alors que la moitié de la production mondiale d’hydrocarbures provient de réservoirs carbonatés, l’exploration et surtout la production de ces réservoirs demeure complexe, en raison de leur hétérogénéité importante et difficilement prévisible. Une caractérisation optimisée et adaptée, associée à une modélisation spécifique, constitue un enjeu capital pour proposer une meilleure compréhension de ces réservoirs, de leur comportement dynamique et des productions à venir.

Combinant nos expertises en géologie et en ingénierie, nous avons développé une approche disruptive de l’utilisation des affleurements comme analogues des gisements : les analogues dynamiques. Cette approche est notamment mise en œuvre sur ALBION, un projet R&D qui permet en France d’observer in-situ l’écoulement des fluides dans un milieu rocheux similaire à celui de certains réservoirs du Moyen-Orient.

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Gérard Massonnat

Gisement

Pour des prévisions d’une plus grande fiabilité

Les réserves d’hydrocarbures du Moyen Orient sont très majoritairement (90% pour le gaz, 80% pour l’huile) présentes dans des réservoirs carbonatés, c’est-à-dire au sein de roches calcaires ou  dolomitiques. Les carbonates constituent des milieux dont l’appréciation de l’organisation est rendue complexe par l’hétérogénéité qui les caractérise. Cette hétérogénéité importante est due à plusieurs raisons, notamment la composante biologique à l’origine des calcaires, l’instabilité chimique du carbonate de calcium qui les constitue, et la déformation cassante qui les affecte plus que d’autres roches. La compréhension géologique de ces réservoirs est donc toujours un défi pour l’industrie pétrolière.

La modélisation des réservoirs est un outil indispensable pour prédire le comportement dynamique des champs, optimiser les développements, prévoir les productions à venir et l’incertitude qui y est associée. Cependant, modéliser les réservoirs carbonatés s’avère une tâche plus difficile que pour d’autres réservoirs, justement en raison de l’hétérogénéité des propriétés pétrophysiques héritée de processus géologiques complexes.  L’extrapolation des caractéristiques mesurées aux puits est bien souvent inexacte, ce qui affecte la qualité de la prédiction des comportements dynamiques et des prévisions de production.

Une meilleure valorisation des ressources présentes dans les réservoirs carbonatés nécessite donc de mieux appréhender la répartition spatiale des propriétés de stockage et d’écoulements de ces roches, en liaison avec leur histoire stratigraphique, sédimentologique, diagénétique et structurale. Identifier les liens entre cette histoire géologique et le comportement dynamique des champs en production est une clé de la construction de modèles d’une plus grande fiabilité. C’est pourquoi TOTAL s’est engagé depuis plusieurs années sur la recherche d’analogues dynamiques, gisements aux propriétés partiellement similaires, ou analogues de terrain présentant des caractéristiques comparables à celles des gisements.  

Découvrez le projet Albion au cœur du Vaucluse

Le projet Albion - Recherche & Développement - Exploration Production - Total

Des atouts d’exception

Un analogue dynamique de terrain, c’est avant tout un site permettant de répondre à des questions ciblées, par un accès direct et aisé au réservoir et aux écoulements de fluides dont il est le siège. Bien entendu, il ne s’agit pas d’écoulements d’hydrocarbures, mais des circulations d’eaux dans les nappes aquifères. Observer de visu les réservoirs en surface, et atteindre l’aquifère à de très faibles profondeurs, constituent donc deux conditions indispensables pour le choix d’un analogue dynamique. C’est le cas du plateau d’Albion, dans les Monts de Vaucluse, où affleurent majoritairement les calcaires de l’Urgonien, formation géologique de Provence âgée de quelques 125 millions d’années (Crétacé inférieur). Si cette formation a depuis longtemps été considérée comme un très bon analogue géologique de certains réservoirs carbonatés du Moyen-Orient (même âge, mêmes faciès de dépôts, paléo-environnements comparables, qualités réservoir similaires, ….), le site du plateau d’Albion a la chance de pouvoir disposer de deux objets uniques qui en font un laboratoire scientifique exceptionnel :

  • La Fontaine de Vaucluse. Unique point de sortie d'un bassin souterrain de 1 100 km², cette source, la plus importante d’Europe, trouve son émergence sous une falaise calcaire de 230 mètres de hauteur. Avec un système d’écoulements très hiérarchisé, du milieu matriciel aux fractures jusqu’aux conduits karstiques, la Fontaine de Vaucluse draine l’essentiel du réservoir urgonien. Des chroniques historiques de divers paramètres de la source sont disponibles sur plusieurs décennies. 
  • Le Laboratoire Souterrain à Bas Bruit (LSBB). Le plateau d’Albion a longtemps abrité la force de dissuasion nucléaire française. Depuis, une partie des infrastructures militaires a été reconvertie en centre de recherche interdisciplinaire. Avec notamment près de 4 km de galeries subhorizontales creusées dans ce massif calcaire, 5 forages verticaux et 3 carottes horizontales, le LSBB permet à la fois un accès sans limites aux roches du réservoir, et une observation in situ des écoulements d’eau dans les galeries.

Un continuum d’analogues dynamiques

Lancé en 2014, le projet ALBION repose sur un partenariat avec le CNRS et plusieurs universités françaises (Avignon, Grenoble, Marseille, Montpellier, Nice-Sophia-Antipolis et Pau). Partenaires dans ce projet de grande envergure scientifique, les chercheurs de TOTAL et ceux du monde académique contribuent à créer une connaissance nouvelle, à la fois multi-physiques et multi-échelles :  

  • Multi-physiques : le réservoir et les écoulements dans le milieu sont abordés au travers d’une caractérisation faisant appel à de très nombreuses disciplines : géologie sédimentaire et structurale, géochimie minérale, pétrophysique, mécanique des fluides, géomécanique, géophysique, hydrogéochimie ….
  • Multi-échelles : en dehors des galeries du LSBB et des environs de la Fontaine de Vaucluse, d’autres périmètres de travail ont été retenus ailleurs sur le plateau d’Albion. Des acquisitions y ont été réalisées, soit en forages, soit sur affleurements, soit au moyen de techniques géophysiques. Albion n’est donc pas un seul analogue dynamique, mais plutôt un continuum d’analogues dynamiques qui explore le réservoir à des échelles différentes.

La première phase du projet s’est achevée, et le projet ALBION 2.0 vient de prendre le relai  pour la période 2019-2022. Si quelques acquisitions complémentaires sont encore au programme de cette deuxième phase, l’objectif est désormais de combiner toutes les mesures acquises, de délivrer des synthèses et des règles de modélisation adaptées à cette problématique difficile. Il sera alors temps d’appliquer ces nouveaux concepts et outils à nos réservoirs du Moyen Orient.

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