Présentation de Maxime Catinat intitulée: « NMR contribution in sub-horizontal well for porosity-permeability heterogeneity characterization in limestones: implications for 3D reservoir prediction and flow simulation in a world class geothermal aquifer » le 18/02/2021 à 19h00.
Hadrien Thomas et Perrine Mas ont également présenté leur travaux lors d’une session Poster virtuelle.
Retrouvez la présentation flash de Maxime Catinat, qui explique les objectifs de sa thèse et quelques 1er résultats.
Retrouvez la présentation flash de Hadrien Thomas, qui explique les objectifs d’une partie de sa thèse et quelques résultats sur le réservoir géothermique.
Une acquisition par drone équipé d’un appareil photo haute résolution (12 Mpix) géoréférencée, associée avec les techniques de photogrammétrie, a permis de réaliser une modélisation 3D virtuelle d’un affleurement de roches calcaires avec une précision centimétrique. Celui-ci est ainsi rapidement « transportable » au laboratoire et permet de localiser les échantillons prélevés, la levée de logs supplémentaires, une cartographique complète et la corrélation des faciès observés sur le terrain. Des données complémentaires peuvent être extraites telles que des mesures de fractures ou de pendages (exemple ici). À titre d’exemple, les calcaires du Bathonien de la carrière de Massangis (Bourgogne) ont été investigués avec cette technique. La carrière couvre une superficie de 0,4 km2 et a longtemps été considérée comme un analogue à l’affleurement du réservoir géothermique de l’Oolithe Blanche, réservoir situé à environ 1500 m de profondeur en région parisienne.
Dans le cas de cette étude, le modèle de la carrière de Massangis représente un bon analogue pour représenter un réservoir microporeux et/ou dominé par une porosité secondaire associée à la dédolomitisation. Les espaces poreux rhomboédriques de type moldique associés à la dédolomitisation sont bien exprimés au sein de très grandes dunes sous-marines de 15 à 20 m de hauteur. La photogrammétrie par drone combinée à l’utilisation du Géomodeleur Petrel® est utilisée pour créer un modèle géologique qui reproduit fidèlement l’architecture des faciès observés dans la carrière. La photogrammétrie par drone peut être combinée avec des travaux de terrain pour décrire et localiser les faciès et ainsi contraindre la distribution spatiale des propriétés pétrophysiques. Elle permet également de contraindre les formes des corps réservoir dans une grille fine (XYZ = 1 m x 1 m x 0.5 m) pour des modèles géologiques statiques plus réalistes. Cette méthodologie rapide va aider à fournir des modèles pétrophysiques 3D, de l’échelle micrométrique (pore) à kilométrique, à partir d’analogue d’affleurement pour les réservoirs géothermiques.
Contribution of drone photogrammetry to 3D outcrop modeling of facies, porosity, and permeability heterogeneities in carbonate reservoirs (Paris Basin, Middle Jurassic) – Marine Petroleum Geology, 104772
Thomas, H., Brigaud, B., Blaise, T., Saint-Bezar, B., Zordan, E., Zeyen, H., Andrieu, S., Vincent, B., Chirol, H., Portier, E., Mouche, E.
Retrouvez les 2 présentations effectuées lors de la journée scientifique du Groupe Français d’étude du Jurassique le 10 décembre 2020.
NMR contribution in sub-horizontal well for porosity-permeability heterogeneity characterization in limestones: implications for 3D reservoir prediction and flow simulation in a world class geothermal aquifer
Maxime Catinat1,2 Benjamin Brigaud1, Miklos Antics2
1Université Paris-Saclay, GEOPS, CNRS, 91405 Orsay, France
2GEOFLUID, 165 Rue de la belle étoile, 95700 Roissy CDG, France
3IFP Energies Nouvelles, 1-4 Avenue de bois préau, 92852 Rueil-Malmaison, France
4BRGM, 3 Avenue Claude Guillemin, 45100 Orléans
5Université Paris-Saclay, CNRS, CEA, UVSQ, Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, 91191, Gif-sur-Yvette, France
With around 50 heating networks today operating, the aera around Paris is the European region which concentrates the most heating network production units in terms of deep geothermal energy. In France, the energy-climate strategy plans to produce 6.4TWh in 2023, compared to 1.5TWh produced in 2016 [1]. Despite an exceptional geothermal potential, the current average development rate of 70MWh/year will not allow this objective to be achieved, it would be necessary to reach a rate of 6 to 10 times higher. The optimization of the use of deep geothermal energy is a major challenge for France, and in Ile-de-France, which has a population of nearly 12 million inhabitants. This project aims to reconstruct and simulate heat flows in the Paris Basin using an innovative methodology (1) to characterize, predict and model the properties of reservoirs (facies, porosity, permeability) and (2) simulate future circulations and predict the performance at a given location (sedimentary basin) on its geothermal potential. This study focuses on a high density area of well infrastructures around Cachan, (8 doublets, 1 triplet in 56 km2). A new sub-horizontal doublet concept has been recently (2017) drilled at Cachan to enhance heat exchange in medium to low permeability formations [2]. Nuclear Magnetic Resonance (NMR T2) logs have been recorded in the sub-horizontal well (GCAH2) providing information on pore size distribution or permeability. We integrated all logging data (gamma ray, density, resistivity, sonic, NRM T2) of the 19 wells in the area and 120 thin section observations from cuttings to derive a combined electrofacies-sedimentary facies description. A total of 10 facies is grouped into 5 facies associations coded in all the 19 wells according to depths and 10 3rd order stratigraphic sequences are recognized. The cell size of the 3D grid was set to 50 m x 50 m for the XY dimensions. The Z-size depends on the thickness of the sub-zones, averaging 5 m. The resulting 3D grid is composed of a total of nearly 800 000 cells. After upscaled, facies and stratigraphic surfaces are used to create a reliable model using the “Truncated Gaussian With Trends” algorithm. The petrophysical distribution “Gaussian Random Function Simulation” is used to populate the entire grid with properties, included 2000 NMR data, considering each facies independently. The best reservoir is mainly located in the shoal deposits oolitic grainstones with average porosity of 12.5% and permeability of 100 mD. Finally, hydrodynamic and thermal simulations have been performed using Pumaflow to give information on the potential risk of interference between the doublets in the area and advices are given in the well trajectory to optimize the connectivity and the lifetime of the system. NMR data, especially permeability, allow to greater improve the simulations, defining time probabilities of thermal breakthrough in an area of high density wells.
Référence
[1] Ministère de la Transition écologique et solidaire, Stratégie Française pour l’énergie et le climat, Programmation pluriannuelle de l’énergie. 2019.
[2] Wielemaker, E. Cavalleri, C., Dahlhaus, L., Reynaldos A., Sosio,G., Ungemach, P., Antics, M., Davaux, M., 2020. Delineating the geothermal structure and flow properties in a sub-horizontal well with the use of wireline and LWD data in a multiphysics approach. SPWLA 61st Annual Logging Symposium
Contribution de la photogrammétrie par drone à la modélisation 3D des hétérogénéités des réservoirs carbonatés (carrière de Massangis, Bassin de Paris)
Hadrien Thomas1, Benjamin Brigaud1, Hermann Zeyen1, Bertrand Saint-Bezar1, Thomas Blaise1, Elodie Zordan2, Simon Andrieu3, Benoît Vincent4, Eric Portier5, Emmanuel Mouche6, Hugo Chirol1
1Université Paris-Saclay, CNRS, GEOPS, 91405, Orsay, France
2Schlumberger, Software Integrated Solutions, Le Palatin 1, 1, Cours du Triangle, 92 936, La Défense, Cedex, France
3BRGM, 3 Avenue Claude Guillemin, BP 36009, 45060, Orléans, France
4Cambridge Carbonate Ltd., 1 rue de Varoux, 21120, Marey-sur-Tille, France
5CV Associés Engineering, 7 Chemin de la Marouette, 64100, Bayonne, France
6Université Paris-Saclay, CNRS, CEA, UVSQ, Laboratoire des sciences du Climat et de l’environnement, 91191, Gif-sur-Yvette, France
Une acquisition par drone équipé d’un appareil photo haute résolution (12 Mpix) géoréférencée, associée avec les techniques de photogrammétrie, a permis de réaliser une modélisation 3D virtuelle d’un affleurement de roches calcaires avec une précision centimétrique. Celui-ci est ainsi rapidement « transportable » au laboratoire, et permet de localiser les échantillons prélevés, la levée de logs supplémentaires, une cartographique complète et la corrélation des faciès observés sur le terrain. Des données complémentaires peuvent être extraites telles que des mesures de fractures ou de pendages (exemple ici : https://skfb.ly/6RYGF). A titre d’exemple, les calcaires du Bathonien de la carrière de Massangis (Bourgogne) ont été investigués avec cette technique. La carrière couvre une superficie de 0,4 km2 et a longtemps été considérée comme un analogue à l’affleurement du réservoir géothermique de l’Oolithe Blanche, réservoir situé à environ 1500 m de profondeur en région parisienne. Dans notre cas d’étude, le modèle de la carrière de Massangis représente un bon analogue pour représenter un réservoir microporeux et/ou dominé par une porosité secondaire associée à la dédolomitisation. Les espaces poreux rhomboédriques de type moldique associés à la dédolomitisation sont bien exprimés au sein de très grandes dunes sous-marines de 15 à 20 m de hauteur. La photogrammétrie par drone combinée à l’utilisation du Géomodeleur Petrel® est utilisée pour créer un modèle géologique qui reproduit fidèlement l’architecture des faciès observés dans la carrière. La photogrammétrie par drone peut être combinée avec des travaux de terrain pour décrire et localiser les faciès et ainsi contraindre la distribution spatiale des propriétés pétrophysiques. Elle permet également de contraindre les formes des corps réservoir dans une grille fine (XYZ = 1 m x 1 m x 0.5 m) pour des modèles géologiques statiques plus réalistes. Cette méthodologie rapide va aider à fournir des modèles pétrophysiques 3D, de l’échelle micrométrique (pore) à kilométrique, à partir d’analogue d’affleurement pour les réservoirs géothermiques.
Dans le cadre du projet ANR UPGEO, en collaboration avec nos partenaires GEOGLUID et BRGM, les carottes du forage géothermique de Bobigny-Drancy (GBD4) ont été décrites et échantillonnées en juillet 2020, juste après l’opération de carottage (description de l’opération géothermique de Bobigny-Drancy: https://genyo.fr/). Le niveau carotté est le niveau réservoir cible du « Dogger ». Des lames minces du réservoir carbonaté seront fabriquées pour une analyse pétrographique approfondie. Des mini-carottes (ou plugs) seront utilisées pour mesurer en laboratoire des paramètres pétrophysiques tels que la porosité, la perméabilité ou la résonance magnétique nucléaire. Ces études pétrographique et pétrophysique seront un pré-requis à la modélisation fine, en 3D, de l’hétérogénéité du réservoir géothermique. Les données pourront également être mises en relation avec le forage carotté « historique » (foré au début des années 80) d’Aulnay-sous-Bois.
Description des carottes de Bobigny – juillet 2020Description des carottes de Bobigny – juillet 2020
Dans le cadre du projet ANR UPGEO, qui vise à caractériser et comprendre l’hétérogénéité des réservoirs géothermiques, une mission de terrain a été réalisée du 29 juin au 5 juillet dans les Charentes (Bassin aquitain) et en Espagne (Bassin de Tremp). Cette mission, rassemblant des sédimentologues de GEOPS/Université Paris-Saclay (Maxime Catinat, Hadrien Thomas, Benjamin Brigaud, Bertrand Saint-Bezar) de Bordeaux INP/Université de Bordeaux (Raphaël Bourillot, Hugues Féniès, Philippe Razin, Baptiste Hersant) et CVA (Eric Portier) a eu pour but de photographier par drone et échantillonner des affleurements clefs pouvant être considérés comme des analogues à des réservoirs géothermiques carbonatés et gréseux. Pour les carbonates, l’analogue choisi a été la bordure d’une plate-forme carbonatée se développant au Bathonien (165 Ma) au nord du Bassin aquitain. Pour les grès, les grès de Roda (Roda de Isabena) ont été sélectionnés et étudiés pour ses qualités d’analogue potentiel à de nombreux réservoirs gréseux estuariens. Ces sables/grès affleurent dans le sud des Pyrénées, sur la bordure nord du Bassin de Tremp, et se sont déposés dans un paléo-estuaire durant l’Yprésien (50 Ma). L’objectif a été de photographier par drone les affleurements pour restituer des modèles 3D par photogrammétrie et de lever des logs sédimentologiques, ce qui permettra de replacer précisément dans l’espace les échantillons récoltés. Après études des échantillons et des lames minces au laboratoire comme des mesures de porosités / perméabilités, granulométrique, pétrographique, l’objectif sera d’intégrer toutes ces données dans le géo-modeleur Petrel afin de simuler des écoulements (vitesse, température) ou de déplacement d’une bulle froide dans un contexte d’exploitation géothermique, en tenant compte des hétérogénéités à différentes échelle.
Le 1er article d’UPGEO, co-écrit par Andro Mikelic, sera publié dans la revue « Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering ». Ce papier décrit l’approximation incrémentale (= discrétisée en temps) des équations de la thermoporoélasticitéfocus
Trois stagiaires vont commencer leur stage M le 1er février 2020:
A CentralSuppelec : Adrien Beguinet « Résolution des équations aux dérivées partielles appliquées, dans une géométrie générée par des diagrammes de Poisson-Voronoi » A GEOPS : Codjo Thomas Essou «Simulation numérique dans le réservoir géothermique carbonaté du Jurassique moyen du Bassin de Paris » Et Philemon Juvany « Géothermie dans les réservoirs silicoclastiques : du terrain à la modélisation » A Bordeaux : Baptiste Hersant « Etude d’un analogue de terrain d’un système sédimentaire estuarien pour la modélisation des réservoirs géothermiques», avril-juillet 2020, stage à Bordeaux INP.
La région Ile-de-France financera les travaux de GEOPS sur la géothermie et le rôle du sous-sol dans la transition énergétique avec le programme Paris Région PhD, en partenariat avec l’entreprise GEOFLUID. Ce programme sur les propriétés réservoirs du sous-sol du bassin de Paris est soutenu par le Domaine d’Intérêt Majeur (DIM) « Réseau d’Île-de-France en sciences des solides poreux » RESPORE. Ce financement a permis l’embauche d’un doctorant qui modélisera les qualités des réservoirs géothermiques du sous-sol de l’Ile-de-France (thèse de Maxime Catinat).
🎓 Grâce au programme "Paris Region #PhD", la Région @iledefrance finance, en partenariat avec des entreprises franciliennes, le recrutement de doctorants sur des thèmes prioritaires de #recherche, en lien avec la transformation #numérique. Découvrez les lauréats du programme ⤵️ pic.twitter.com/gJPpWu1b8S
En effet, la géothermie est l’une des méthodes pour réaliser la transition énergétique. La stratégie énergie-climat de l’Ile-de-France prévoit d’augmenter assez significativement à l’horizon 2030 la production de chaleur par géothermie profonde (x3,5 par rapport à 2015). Le rythme de développement actuel ne permettra pas d’atteindre cet objectif. Il faudrait atteindre un taux de 6 à 10 fois supérieur. Il existe un réel risque qu’une opération nouvelle n’obtienne pas une ressource géothermique présentant des caractéristiques de porosité/perméabilité et de température suffisantes pour assurer la rentabilité du projet pendant sa durée de vie. 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 (1) une connaissance précise de l’hétérogénéité du réservoir en termes de porosité/perméabilité ou de connectivité du réservoir et (2) des simulations numériques fiables des écoulements et flux de chaleur à +30 ans, voire +100 ans après le début de la production. Le principal objectif est de proposer une modélisation géologique 3D fiable des géométries stratigraphiques et de bien simuler l’écoulement sur la partie Est francilienne. Le projet GÉOMOD propose de se concentrer principalement sur l’étude des caractéristiques fines des deux principaux réservoirs géothermiques (calcaires du Jurassique moyen et sables du Crétacé inférieur) de la région Ile-de-France. Les résultats attendues devront permettre de proposer un outil numérique prédictif de la performance d’un lieu donné sur son potentiel géothermique en termes de porosité/perméabilité, de productivité, de température, de quantité d’énergie. Il s’agit d’être en mesure de fournir un outil d’aide à la décision pour la mise en place des futurs puits géothermiques en donnant des critères de risque à prendre en compte pour le placement du doublet.
Le projet « UPscaling and heat simulations for
improving the efficiency of deep GEOthermal energy » UPGEO, porté par
Benjamin Brigaud (GEOPS), a été sélectionné par l’ANR pour un
financement de 4 ans. Ce Programme de Recherche Collaboratif (PRC) fait
partie des projets financés dans l’appel à projets générique 2019, Axe
2.1 « Une énergie durable, propre, sûre et efficace ». Outre GEOPS
(Benjamin Brigaud, porteur du projet, Hermann Zeyen, Thomas Blaise et
Bertrand Saint-Bézar), UPGEO regroupera quatre autres laboratoires
académiques : Laboratoire de Mathématique d’Orsay (LMO), Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE), l’Institut Camille Jordan (ICJ), Géoressources et Environnement (G&E), deux établissements publics à caractère industriel et commercial (BRGM et IFPEN) et un acteur industriel du secteur de la géothermie (GEOFLUID).
Ce projet sera un des projets structurant à l’échelle nationale sur le
rôle des réservoirs du sous-sol dans la transition énergétique.
Résumé du projet
La géothermie, c’est-à-dire la mobilisation de la chaleur contenue
dans le sous-sol à très basse, basse ou haute température, est l’une
des méthodes pour réaliser la transition énergétique. La stratégie
énergie-climat de l’Ile-de-France prévoit d’augmenter assez
significativement à l’horizon 2030 la production de chaleur par
géothermie profonde (x3,5 par rapport à 2015). Le rythme de
développement actuel ne permettra pas d’atteindre cet objectif. Il
faudrait atteindre un taux de 6 à 10 fois supérieur. La nouvelle
programmation pluriannuelle de l’énergie renouvelable vient de revoir
à la baisse ces objectifs en terme de déploiement de la géothermie
profonde en France. Les retours d’expérience sur les opérations
récentes en France ont soulevé des problèmes techniques et/ou
scientifiques pour un fonctionnement efficace et durable des doublets
géothermiques, tels que le risque élevé, mais non quantifié, de
faible débit d’eau / faible épaisseur du réservoir (métrique), le
risque d’interférence entre doublets géothermiques dans les zones
urbaines à forte densité d’infrastructures ou le risque de percée
thermique précoce. Il existe un réel risque qu’une opération nouvelle
n’obtienne pas une ressource géothermique présentant des
caractéristiques de débit et de température suffisantes pour assurer
la rentabilité du projet pendant sa durée de vie. Ce risque
géologique constitue un obstacle au développement futur de la
géothermie en France et en Ile-de- France. Il est clairement établi
dans la stratégie énergie-climat de travailler à l’innovation en
proposant des solutions qui optimisent et explorent le développement de
nouvelles zones. Cette optimisation nécessite (1) une connaissance
précise de l’hétérogénéité du réservoir en termes de géométries
sédimentaires, porosité/perméabilité, connectivité du réservoir
et (2) des simulations numériques fiables des écoulements et flux de
chaleur à +30 ans, voire +100 ans après le début de la production. Le
principal objectif du projet est de réussir le changement d’échelle
entre la perméabilité mesurée en laboratoire et la connectivité
sédimentaire des corps réservoirs à l’échelle kilométrique. La
façon d’homogénéiser les coefficients efficaces comme la porosité,
la perméabilité, la déformation mécanique (tenseur de Gassman et
coefficient de Biot) ou la dispersion thermique effective par des
équations valables en tout point pour les constituants fluides et
solides constituera le défi majeur de ce projet qui nécessitera de
coupler des données et concepts géologiques et mathématiques. Un des
challenges sera d’associer deux communautés scientifiques travailllant
rarement ensemble en France : géologues et mathématiciens.
UPGEO propose de se concentrer principalement sur l’étude des
caractéristiques fines des deux principaux réservoirs géothermiques
(calcaires du Jurassique moyen et sables du Crétacé inférieur) de la
région Ile-de-France. Les résultats attendus devront permettre de
proposer un outil numérique prédictif permettant d’effectuer des
simulations thermo-hydro-mécaniques et d’évaluer la performance d’un
lieu donné sur son potentiel géothermique en termes de
porosité/perméabilité, de productivité, de température, de quantité
d’énergie. Il s’agit d’être en mesure de fournir un outil d’aide à la
décision pour la mise en place des futurs puits géothermiques en donnant
des critères de risque à prendre en compte pour le placement des futurs
doublets.
