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QU’EST-CE QU’UNE ROCHE-MÈRE PÉTROLIÈRE? Raymond MICHELS L’IDEE CONDITIONNE L’ACTION MODELE DE GISEMENT Modèle théorique qui décrit - la nature des éléments - la géométrie - Les mécanismes de formation d’un gisement de ressources minérales ou énergétiques ROCHE-MÈRE PÉTROLIÈRE Ressource hydrocarbonée: Pétrole, gaz GEOCHIMIE C, H, O associés en structures moléculaires hydrocarbonées Elles ne font pas partie des minéraux constitutifs du manteau ou de la croûte terrestre Carbonates CO2 H2O Roches sédimentaires Charbon Pecopteris (Senftenbergia) plumosa Carbonifère, Westphalien, Sarre CO2 + H2O Les êtres vivants Photosynthèse Structures hydrocarbonées C, H, O, N La vie est la principale source de molécules hydrocarbonées Productivité primaire océanique Bloom phytoplanctonique MODIS Productivité primaire océanique La répartition est fortement contrainte par la géométrie des masses continentales. From Degens and Mopper, 1976; after Koblentz-Mishke et al., 1970 Accumulation de carbone organique dans les sédiments des marges continentales Il faut protéger la matière organique de la dégradation en l’incorporant dans les sédiments STRUCTURATION DE LA COLONNE D’EAU DANS UNE ZONE D’UPWELLING Louks and Ruppel (2007) Modèle d’environnement de dépôt pour la Formation Barnett shale (Mississippien) Recyclage A l’interface eau-sédiment… Environnement aérobie O2=0 Environnement anaérobie Des sédiments à grain fin Préservation O2=0 D’après Huc (1995) Exemple d’anoxie de grande ampleur: l’Océan Atlantique du Crétacé Aptien 125-112 Ma Albien 112-99 Ma Paleomap Project www.scotese.com Certaines périodes de l’histoire de la Terre sont propices à la préservation de la matière organique Exshaw Shale Wooford Shale Domanik Shale Marcellus Shale Orminston & Oglesby (1995) Les sédiments riches en matière organique du Dévonien ROCHES (MARINES) A GRAIN FIN: ARGILES, ARGILITES (BLACK-SHALES) CARBONATES Toarcian shale, Jurassic, France Woodford shale, Devonian, USA Woodford shale, Devonian, USA DES FORMATIONS FORTEMENT HETEROGENES Mineralogy Silicate mud Carbonate mud Louks and Ruppel (2007) Lower Barnett Shale A L’ECHELLE DES GRAINS DES FORMATIONS FORTEMENT HETEROGENES A L’ECHELLE DES GRAINS Kimmeridge shale Jurassic, UK MEB/MET Alum shale Sw 100 µm Microscopie optique transmission Tomographie X : images 3D Géoressources (2013) MATIERE ORGANIQUE HETEROGENE 350 %C28 Domaine proximal 400 STERANES 450 500 500 550 550 Lacune F 600 600 SIM Plancton Marin ouvert %C27 Estuaire ou baie Plantes sup. %C29 650 650 SIM 700 Contexte confiné 700 750 800 750 Influence marine Influence continentale Domaine distal QU’EST-CE QU’UNE ROCHE-MÈRE PÉTROLIÈRE? MATIERE ORGANIQUE KEROGENE Le diagramme de Van Krevelen Chimie des kérogènes Botryococcus Lac Victoria Rapport atomique H/C 2,0 Plancton Lacs Plancton Plateformes continentales 1,5 1,0 Plantes Supérieures Fluvio-lacustre à Delta 0,5 0 0,05 0,10 0,15 0,20 Rapport atomique O/C 0,25 0,30 Le diagramme de Van Krevelen Chimie des kérogènes Botryococcus Lac Victoria Rapport atomique H/C 2,0 Plancton Lacs Plancton Plateformes continentales 1,5 1,0 Plantes Supérieures Fluvio-lacustre à Delta 0,5 0 0,05 0,10 0,15 0,20 Rapport atomique O/C 0,25 0,30 Le diagramme de Van Krevelen Chimie des kérogènes Botryococcus Lac Victoria Rapport atomique H/C 2,0 Plancton Lacs Plancton Plateformes continentales 1,5 1,0 Plantes Supérieures Fluvio-lacustre à Delta 0,5 Maturation thermique 0 0,05 0,10 0,15 0,20 Rapport atomique O/C 0,25 0,30 Le diagramme de Van Krevelen Chimie des kérogènes Botryococcus Lac Victoria Rapport atomique H/C 2,0 Plancton Lacs Plancton Plateformes continentales 1,5 1,0 Plantes Supérieures Fluvio-lacustre à Delta CO2 + H2O 0,5 Pétrole + gaz Gaz 0 0,05 0,10 0,15 0,20 Rapport atomique O/C 0,25 0,30 Indicateurs de maturité thermique… …de paléotempératures… Matière organique 22S/(22S+22R) C31 Homohopanes Réflectance de la vitrinite Traces de fission apatites (Barbarand, 2012) 20 µm 10 µm Inclusions fluides ….et de surpression 5 TIME (million years) 0 4 12 23 PRESSURE (bar) 26 2 3 1 TEMPERATURE (°C) LA MATURATION THERMIQUE MODIFIE PROFONDEMMENT LA ROCHE-MERE %R0=0,5 Wooford shale Oklahoma, USA FRACTURATION EXPULSION %R0=1,0 CIRCULATION FLUIDES Modification des quantités et qualités de fluides Bourdet & Pironon (2008) gas TOTAL OIL YIELD (wt% of initial shale) 20 µm oil gas brine Michels et al. (1995) CO2 brine Modification de la porosité du kérogène Modica & Lapierre (2012) PCH4 dans le forage (mbar) QUANTIFIER LES RÉSERVES Lois de comportement EXPULSION EFFICIENCY Experimentation Michels et al. (1995) 0 3.0 2.0 1.0 CCH4 = 0,34 mg/L 90 Pironon et al. (2008) 140 190 240 290 340 Nb de jours après forage Mesure in situ dans forage → Modèle (Diffusion + advection) → Estimation des teneurs ROCHE-MÈRE PÉTROLIÈRE Gaz et Huile de « schiste » L’IDEE CONDITIONNE L’ACTION SYSTÈME PETROLIER Piège Réservoir + couverture Migration Roche-mère potentielle ROCHE-MÈRE ACTIVE D’après Magoon & Dow, 1994 CONCEPT GEOLOGIQUE ROCHE MERE ACTIVE Huile + gaz Gaz GISEMENTS CONVENTIONNELS Pressurisé: production spontanée Réservoir: volume poreux Géométrie: Réserve Ghawar reservoir GISEMENTS NON CONVENTIONNELS « Gaz et huile de roche-mère » Pas de production spontanée Clay Porosité très faible de géométrie complexe Perméabilité très faible Comment évaluer une géométrie? Une réserve? Smoky River, Alberta, Canada Fracturation hydraulique: ouverture du réseau de fractures m dm cm mm Total.com µm CONCLUSIONS Les roches-mères actives ne sont pas des objets géologiques nouveaux Leurs propriétés sont toutefois mal connues (géométrie, pétro-physique, réserve) Les modes d’exploitation et de gestion sont à optimiser, inventer CONCLUSIONS Quelques verrous de recherche en géologie L’architecture sédimentaire (environnements de dépôt) : nature des variations des faciès minéraux et organique Histoire diagénétique: comment l’enfouissement conditionne les propriétés pétro-physiques Histoire thermique: qualification, quantification et répartition de la ressource Modèle de réservoir (ressource): « sweet spots » Modèle spatialisé de comportement mécanique: Fracturation Chaque roche-mère est unique
