Influence de la stratigraphie séquentielle et de la diagenèse sur la modélisation 3D des réservoirs carbonatés : implication pour le développement de la géothermie dans le Bassin de Paris - Géosciences Paris Saclay Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Influence of sequence stratigraphy and diagenesis on the modelling of 3D reservoir carbonates : implications for the development of geothermal energy in the Paris Basin

Influence de la stratigraphie séquentielle et de la diagenèse sur la modélisation 3D des réservoirs carbonatés : implication pour le développement de la géothermie dans le Bassin de Paris

Hadrien Thomas

Résumé

Abstract: France, like many countries, is facing the need to reduce the carbon dioxide production related to the energy consumption, particularly for heating. The Paris Basin is densely populated in the Île-de-France region and has interesting potential reservoirs for low-enthalpy geothermal energy exploiting geothermal waters between 300 m and 2500 m depth, for district heating. The carbonate formations of the Middle Jurassic located between 1200 m and 1800 m are a main target. However, the high density of wells exploiting this reservoir and the recent failure of a well near Evry show that there is a non-negligible and unquantified risk of low water flow or interference between geothermal doublets in urban areas with a high density of infrastructures. This geological risk constitutes an obstacle to the future development of geothermal energy in Île-de-France. Optimizing the use of geothermal energy requires an increased knowledge of the heterogeneity of the reservoir in terms of porosity/permeability or reservoir connectivity. The objective of the thesis is to build a detailed 3D geological model of sedimentological, diagenetic and petrophysical heterogeneities integrating all available well data and allowing to reduce geological risk. A database of logging and petrophysical data from 168 wells was compiled. This database was supplemented with 129 m of core samples and 191 thin sections. The result is a high-resolution 3D model (12.2 million cells of 100 m x 100 m sides and 3.7 m height, proposing the spatial distribution of facies, porosity and permeability. Thin section studies show that diagenesis plays an important role in the heterogeneity of porosity, in particular the development or not of blocking calcite, or dolomitization and dissolution phenomena. An outcrop analogue provided a better understanding of the distribution of facies in a well constrained sequence stratigraphy framework (3rd order sequences). The use of a drone to photograph a quarry in the Yonne (sub-kilometer scale) coupled with photogrammetric modelling enabled work on a digital outcrop, analogous to the geothermal reservoir. From this digital outcrop, a methodology was developed to work on a geomodeller, and thus to better understand the distribution of facies and petrophysical properties at a finer scale. The 3D modelling of the reservoir in a part of Île-de-France and of an outcrop analogue allows to better predict and understand the distribution of the reservoir properties and to de-risk future operations (such as Grigny near Evry).
Résumé : La France fait face, comme de nombreux pays, à la nécessité de décarboner l'énergie qu'elle consomme, notamment la chaleur. Le Bassin de Paris a une forte densité de population dans la région de l'Ile-de-France et dispose de réservoirs intéressants pour la géothermie de basse énergie exploitant l'eau géothermale entre 300 m et 2500 m de profondeur, pour une utilisation directe de chaleur. Les formations carbonatées du Jurassique moyen situées entre 1200 m et 1800 m constituent une cible principale. Cependant, la densité importante de puits exploitant ce réservoir et l'échec récent d'un puits vers Evry montre qu'il existe un risque non négligeable et non quantifié, de faible débit d'eau ou encore d'interférence entre doublets géothermiques dans des zones urbaines à forte densité d'infrastructures. Ce risque géologique constitue un obstacle au développement futur de la géothermie en Ile-de-France. L'optimisation de l'utilisation de la géothermie nécessite une connaissance accrue de l'hétérogénéité du réservoir en termes de porosité/perméabilité ou de connectivité du réservoir. L'objectif de la thèse est de construire un modèle géologique 3D détaillé des hétérogénéités sédimentologiques, diagenétiques et pétrophysiques intégrant toutes les données de puits disponibles et permettant de réduire le risque géologique. Une base de données numérique rassemblant les données diagraphiques et pétrophysiques de 168 puits a été constituée sur un géomodelleur. Cette base de données a été complétée par l'observation de 129 m de carottes et 191 lames minces. Il en résulte une modélisation 3D à haute résolution (12,2 millions de cellules de 100 m x 100 m de côté et 3,7 m en verticale), proposant la répartition spatiale des faciès, porosité et perméabilité. L'étude de lames minces montre que la diagénèse joue un rôle important sur l'hétérogénéité des porosités, en particulier le développement ou non de calcite de blocage, ou encore des phénomènes de dolomitisation et de sa dissolution. Un analogue à l'affleurement a permis de mieux comprendre la répartition des faciès dans un cadre de stratigraphie séquentielle bien contraint (séquences de 3ème ordre). L'utilisation de drone pour photographier une carrière (échelle infra-kilométrique) couplée à la modélisation photogrammétrique a permis de travailler sur un affleurement numérique dans l'Yonne, analogue au réservoir géothermique. A partir de cet affleurement numérique, une méthodologie a été développée afin de le travailler sur un géomodelleur, et ainsi de mieux comprendre la répartition des faciès et des propriétés pétrophysiques à une plus fine échelle. La modélisation 3D du réservoir dans une partie de l'Ile-de-France et d'un analogue à l'affleurement permet de mieux prédire et comprendre la répartition des propriétés du réservoir et de dé-risquer les futurs opérations (comme celle de Grigny vers Evry).
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  • HAL Id : tel-04090080 , version 1

Citer

Hadrien Thomas. Influence de la stratigraphie séquentielle et de la diagenèse sur la modélisation 3D des réservoirs carbonatés : implication pour le développement de la géothermie dans le Bassin de Paris. Géologie appliquée. Université Paris-Saclay, 2022. Français. ⟨NNT : 2022UPASJ017⟩. ⟨tel-04090080⟩
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