Initiation

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INITIATION GISEMENt

Copyright 2006 ENSPM Formation Industrie IFP Training

PRO00842

SOMMAIRE

5CHAPITRE 1 : introduction

51.1qu'est-ce qu'un gisement ?

51.2en quoi consistent les tudes de gisement

61.3diffrents types de gisements

9CHAPITRE 2 : TUDE DES ROCHES RSERVOIRS et DE leur contenu

92.1porosit ()

102.2permabilit (k)

102.3saturations (S)

112.4diagraphies diffres

112.4.1Gnralits

112.4.2Buts des diagraphies diffres

112.4.3Moyens utiliss

122.4.4Principales caractristiques enregistres

132.4.5Interprtation

142.4.6Testeurs de formation au cble lectrique

15CHAPITRE 3 : tude des fluides

153.1gnralits Diagrammes PV et PT

173.2les gaz

173.2.1Gnralits

173.2.2Gaz secs, gaz humides et gaz condensat rtrograde

183.2.3tude au laboratoire d'un gaz naturel

193.3les huiles

193.3.1Gnralits

203.3.2Densit

203.3.3Viscosit

21CHAPITRE 4 : essais des puits &MOUVEMENT DES FLUIDES DANS LES MILIEUX POREUX

214.1les essais de puits

234.2coulements monophasiques

244.2.1Cas d'un gisement d'huile

274.2.2Cas d'un gisement de gaz

274.3coulements polyphasiques

29CHapitre 5 ESTIMATION DES RSERVES Rcuprablespar drainage naturel

295.1Quantits d'hydrocarbures en place et leur rpartition

315.2Mcanismes de drainage naturel

325.3Cadence de production et facteurs conomiques

325.4Rserves (rcuprables) Rserves mondiales

325.4.1Dtermination des rserves

335.4.2Coefficients de compressibilit Expansion des fluides

345.4.3Taux de rcupration

345.4.4Rserves mondiales

375.5Une technique de drainage particulire : le drain horizontal

39chapitre 6 mthodes de rcupration assiste

396.1Gnralits

396.2rcupration assiste (classique)

396.2.1Injection d'eau (water flooding)

406.2.2Injection de gaz

406.2.3Cyclage du gaz (dans un gisement de gaz condensat)

416.3rcupration amliore

43chAPITRE 7 modLES DE SIMULATION DES GISEMENTS

45chAPITRE 8 exploitation d'UN GISEMENT

47annexe 1 GAZ CONDENSATION RTROGRADE

49annexe 2 Glossaire "PVT"

49a2.1terminologie "PVT"

50a2.2terminologie complmentaire "PRODUCTION"

CHAPITRE 1introduction

1.1Qu'est-ce qu'un gisement ?

C'est une opinion encore assez rpandue dans le public peu au fait des ralits ptrolires que les hydrocarbures se trouvent stocks sous terre dans de vastes cavits naturelles. Ainsi parle-t-on couramment de "poches de gaz" et imagine-t-on les "nappes de ptrole" la manire des lacs ou des mers souterraines que dcrit Jules Verne dans le "Voyage au centre de la terre".

La ralit est toute autre et un "rservoir" imprgn d'hydrocarbures ressemble dj plus un norme pain de sucre imbib de caf par exemple, et pig dans le sous-sol.

En fait un gisement est constitu d'une (ou plusieurs) roche(s) rservoir(s) contenant des hydrocarbures l'tat monophasique (huile ou gaz) ou diphasique (huile et gaz), de l'eau, et pouvant tre en communication avec une formation aquifre parfois trs tendue, le tout surmont d'une roche couverture tanche faisant pige (figure 1).

Fig. 1 Coupe verticale d'un gisement1.2En quoi consistent les tudes de gisement

Leur but essentiel est de dvelopper un gisement (nombre de puits, emplacement) et de faire des prvisions de production. Ceci ncessite un minimum de connaissances, sur le (ou les) rservoir(s), obtenues essentiellement partir de plusieurs forages dit de reconnaissance, avec des donnes fondamentales obtenues par les carottages, les diagraphies et les essais de puits, comme nous le verrons.

D'autres informations peuvent tre obtenues partir d'tudes gologiques et gophysiques fines.

Un certain nombre de mcanismes naturels concourent la production, tels que, par exemple, l'expansion des fluides eux-mmes ou l'invasion du gisement par l'eau de la formation aquifre. La rcupration des hydrocarbures en place est en outre souvent amliore par une intervention dans la roche telle que, par exemple, une injection d'eau ou de gaz.

On verra que, suivant le mode d'exploitation choisi (nombre et disposition des puits, rythme de production, fluide et dbit d'injection ainsi que moment du dbut de celle-ci), la rcupration obtenue lors de l'abandon conomique est plus ou moins importante. Il est donc ncessaire, afin de faire un choix, de pouvoir prvoir l'volution du gisement dans diffrentes hypothses. Ceci ncessite, outre la connaissance de la forme structurale, la connaissance :

des volumes de fluides en place, de leur rpartition et des possibilits d'coulement dans la roche ;

du comportement de ces fluides lors de la dcompression du gisement ;

des lois qui rgissent les coulements dans la roche soit d'un fluide seul, soit de plusieurs fluides simultanment ;

des diffrents facteurs provoquant le dplacement des fluides vers le puits et leur importance dans diffrentes hypothses de soutirage.

Le dveloppement choisi sera fonction des conditions technologiques et conomiques, et parfois politiques.

1.3Diffrents types de gisements

Avant d'tudier la roche-rservoir, les fluides en place et les mcanismes de rcupration, voyons quels sont les diffrents types de piges (figure 2).

Les piges peuvent tre structuraux (dme, anticlinal allong, pige sur faille, dme de sel) ou stratigraphiques (variation de facis, lentilles, biseaux, ) ou mixtes.

Le rservoir proprement dit est surmont d'une couche impermable (argile, sel massif, anhydrite, ) appele roche couverture dont la continuit empche les hydrocarbures de migrer vers la surface.

Les gisements se distinguent aussi par leur contenu : huile, huile et gaz, ou gaz, avec ou sans aquifre.

Fig. 2a Piges structuraux

Fig. 2b Piges stratigraphiquesCHAPITRE 2TUDE DES ROCHES RSERVOIRSet DE leur contenu

Au cours du forage d'un puits, il est trs important de connatre les caractristiques des couches traverses susceptibles d'tre productrices. Dans cette intention, on procde gnralement un carottage mcanique qui permet d'extraire des chantillons de roches qu'on analyse en laboratoire. Les mesures effectues ont pour but de dterminer la porosit, la permabilit et les saturations en fluides de la roche ainsi que les limites des zones intressantes. Les diagraphies diffres donnant des informations en continu reprsentent l'autre outil fondamental cet gard.

Les roches rservoirs sont essentiellement des grs (ou sables) et des carbonates: calcaires et dolomies.

2.1Porosit ()

Une roche sdimentaire est constitue de particules solides agglomres ou cimentes entre lesquelles existent des espaces, appels "pores" ou parfois "vides", constituant des canaux microscopiques (diamtre de l'ordre de quelques diximes de micron par exemple).

Soit un chantillon de roche de volume total VT comprenant un volume solide VS ;(VT-VS) reprsente le volume occup par les fluides, c'est--dire le volume de pore Vp. Sa porosit s'exprime par le rapport : = VP / VT = (VT - VS) / VTOn s'intresse particulirement la porosit utile (figure 3), c'est--dire celle qui ne tient compte que des pores qui communiquent entre eux et avec l'extrieur. Les roches rservoirs ont des porosits trs variables, gnralement comprises entre 10 et 30 %.

Les valeurs de porosit sont obtenues par des mesures sur carottes, et par les diagraphies.

Fig. 3 Milieu poreux2.2Permabilit (k)

C'est le paramtre cl pour le producteur. La permabilit caractrise l'aptitude qu' une roche laisser s'couler des fluides travers ses pores. La permabilit (k) est le coefficient de proportionnalit qui relie le dbit (Q) d'un fluide de viscosit (() qui passe travers un chantillon de roche de section (S) et de longueur (dl), la chute de pression (dP) ncessaire son passage :

(loi de Darcy pour un liquide en coulement linaire et en rgime permanent)

avec Q mesur dans les conditions de l'coulement.

On utilise en pratique le milliDarcy (mD) comme unit de mesure, les gisements exploits ayant gnralement une permabilit de 20 300 mD.

Le Darcy est la permabilit d'un milieu qui laisse passer 1 cm3 par seconde d'un fluide dont la viscosit est de 1 centipoise (viscosit de l'eau 20 C) sous l'effet d'un gradient de pression d'une atmosphre par centimtre travers une surface de 1 cm2.

1 Darcy ( 10-12 m21 milliDarcy = 10-3 Darcy

A noter que la permabilit a les dimensions d'une surface.

La permabilit d'une roche varie avec la direction considre et l'on peut distinguer les permabilits horizontale, verticale, parallle au pendage et perpendiculaire celui-ci.

Les valeurs des permabilits sont obtenues par mesures sur carottes, et aussi partir des essais de puits.

2.3Saturations (S)

Il est essentiel de connatre la nature des fluides qui occupent les pores de la roche. La saturation d'un chantillon de roche en un fluide est le rapport du volume de ce fluide dans l'chantillon au volume de pore Vp de l'chantillon.

On dfinit ainsi :

la saturation en eau

(= Sw (water))

la saturation en huile

(= So (oil))

la saturation en gaz

(= Sg (gas))

avec Se + Sh + Sg = 1

Lors de la migration des hydrocarbures le dplacement de l'eau susjacente n'a jamais t complte. En effet, la permabilit un fluide devient nulle quand la saturation en ce fluide devient trop faible : ce seuil est appel la saturation irrductible (pour le fluide considr). En consquence, il y aura toujours de l'eau dans un gisement., appele eau interstitielle. Ceci est la consquence des