Contrôles sédimentaires et diagénétiques sur les propriétés pétrophysiques des réservoirs gréseux à gaz des bassins de Sbaa, Algérie, et des Palmyrides-Sud, Syrie

• Directeur : Maurice Pagel
• Bourse Gouvernement Syrie - Collaboration GDF-Suez
• Début de thèse : octobre 2009

Devant le jury composé de :

 Maurice PAGEL Directeur de thèse Université Paris-Sud
 Jacques PIRONON Rapporteur Université de Lorraine
 Daniel BEAUFORT Rapporteur Université de Poitiers
 Ahmed Khaled AL-MALEH Examinateur Université de Damas
 Jocelyn BARBARAND Examinateur Université Paris -Sud
 Eric PORTIER Examinateur GDF

Résumé

Les propriétés pétrophysiques des réservoirs silicoclastiques sont influencées par de nombreux facteurs sédimentaires et diagénétiques. L’environnement de dépôt, la composition du matériel détritique, la granulométrie, l’histoire d’enfouissement et les paléotempératures, la chimie et enfin la nature des fluides sont considérés parmi les facteurs les plus fréquents. Les principaux phénomènes diagénétiques
affectant les réservoirs sont généralement la cimentation de quartz et les compactions mécanique et chimique. La cimentation de quartz joue un rôle sur la réduction de la porosité car elle précipite en occupant la porosité intergranulaire. Cependant, son influence sur l’évolution de la perméabilité n’est pas bien connue car la morphologie des cristaux authigènes de quartz et les contrôles responsables de cette morphologie demeurent mal connus. Des réservoirs gréseux ayant des contextes géologiques différents ont été considérés dans cette étude ; les réservoirs carbonifères d’origine deltaïque-marine du bassin des
Palmyrides-Sud (champs : Arak, Debayate-Sud et Sukhneh) en Syrie et les réservoirs cambro-ordoviciens du bassin de Sbaa (champs : Hassi Ilatou, Hassi Ilatou NE, Oued Zine Bou Hadid et Bou Hadid W) en Algérie. Ils présentent des porosités et des perméabilités extrêmement variables tant latéralement que verticalement. Ainsi, cette thèse consiste à établir l’histoire diagénétique, déterminer les contrôles sédimentaires et structuraux influençant l’évolution des phénomènes diagénétiques, caractériser l’habitus des cristaux authigènes de quartz formés autour les grains détritiques et aussi mettre en relation les différentes contrôles sédimentaires et diagénétiques sur les caractéristiques des pores et ainsi que sur la variation de la perméabilité. Dans le bassin de Sbaa, la présence des inclusions à hydrocarbures a permis de reconstruire l’histoire de la migration de gaz. Les différences majeures de l’histoire diagénétique entre le réservoir ordovicien du bassin de Sbaa et le réservoir carbonifère du bassin des Palmyrides-Sud se caractérisent par une forte cimentation de quartz composée de trois phases Q1, Q2 /et Q3, par un tapissage illitique et ainsi par une importante compaction chimique liée à certains faciès glaciaires et également une cimentation d’argiles principalement en illite dans le bassin de Sbaa mais surtout dans les champs d’Oued Zine et de Bou Hadid. A l’exception du champ de Hassi Ilatou, où une faible cimentation de quartz composée de Q1 a eu lieu. Alors que la
diagenèse des réservoirs gréseux d’origine marine du bassin des Palmyrides-Sud est représentée par une faible cimentation de quartz composée d’une seule phase Q1, une absence de compaction chimique, ainsi qu’une cimentation d’argiles dominée par le chlorite et les kaolins. Une influence du faciès sédimentaire sur la cimentation a été constatée dans le bassin de Sbaa, où le ciment de sidérite-Mg précoce et de pyrite est présent dans certains faciès de grès argileux dans les
champs d’Oeud Zine et de Bou Hadid. De plus, parmi les trois champs étudiés du bassin des Palmyrides-Sud, seul le champ d’Arak montre la présence de ciment de carbonates. Des alternances avec des calcaires ont été constatées avec le grès au Carbonifère supérieur. Le volume de dissolution des grains détritiques de quartz a tendance à augmente avec le coefficient de tri dans les faciès compactés tapissés en illite. Une corrélation inverse existe entre la perméabilité et la taille des grains quand la diagenèse est peu complexe comme dans le bassin des Palmyrides-Sud, alors que l’influence de la taille des grains est moins importante dans le bassin de Sbaa en raison de la diagenèse plus complexe. Les analyses microthermométriques des inclusions fluides situées dans les surcroissances de quartz mettent en évidence une silicification se déroulant principalement entre 100 et 160°C dans les deux bassins. D’après la reconstitution de l’histoire thermique de bassin, cet intervalle de température a été atteint entre le Viséen et la fin du Namurien dans le bassin de Sbaa et au Crétacé supérieur-Paéocène dans le bassin des Palmyrides-Sud. Les analyses isotopiques réalisées sur des minéraux authigènes carbonates et quartz dans les ciments et les fractures indiquent une eau originelle météorique et marine, progressivement réchauffée lors de l’enfouissement, et s’enrichissant au fur et à mesure en 18O dans les pores intergranulaires et des fluides évolués et chauds à l’origine des filonnets. L’habitus des cristaux authigènes de quartz et la forme de croissance observés dans les grès étudiés montrent une relation avec le nombre des phases de ciment de quartz et avec le taux du ciment. En effet, des cristaux à prisme court, tronqués par des facettes additionnelles, et des cristaux trapus caractérisent les grès cimentés par une seule phase de quartz authigène (Q1), et une fréquence importante des cristaux de quartz à multiples nucléas est constatée dans ces grès. Des cristaux à prisme développé et rarement des cristaux à prisme court caractérisent les grès contenant deux phases du ciment de quartz (Q1 et Q2). Des cristaux peu développés et limités à quelques faces par grain sont présents dans les grès cimentés par trois phases du ciment de quartz (Q1, Q2, et Q3) dans la paléozone à eau du réservoir dans le champ ODZ. Une forme de croissance en escalier est présente uniquement dans ces derniers grès. La variation des habitus est fonction de la température et de la teneur en Al3+ du fluide lors de la cristallisation. La présence des inclusions à hydrocarbures dans les auréoles de surcroissance de quartz dans la partie supérieure du réservoir ordovicien du champ de Oued Zine indique que la mise en place des hydrocarbures dans le réservoir a été contemporaine à la cimentation de quartz à des températures 100-140°C en raison de la paléostructure anticlinale dans ce champ. Un deuxième épisode de l’emplacement de gaz dans le réservoir a eu lieu suite à la fracturation hercynienne à des températures comprise entre 117-185°C qui augmente vers nord-ouest du bassin. La composition du gaz dans les inclusions monophasées (92 ± 5 mole %) est comparable à la composition actuelle du gaz dans le réservoir.