Le document traite de la géologie des hydrocarbures, en soulignant les éléments essentiels et les processus d'un système pétrolier nécessaires à l'accumulation d'hydrocarbures. Il définit les étapes d'identification d'un système pétrolier et l'importance d'une nomenclature précise pour évaluer le potentiel pétrolier. Enfin, il aborde la cartographie géographique, stratigraphique et temporelle des systèmes pétroliers pour mieux comprendre leur formation et leur évolution.

1. COURS
LES SYSTEMES PETROLIERS
Master Professionnel
GENIE PETROLIER
M.P.G.P.1
Faculté des Sciences de Sfax,
Département des Sciences de la Terre
Hassène AFFOURI
2014-2015

2. GEOLOGIE DES
HYDROCARBURES?
 La géologie du pétrole ou des HC est un terme utilisé
pour désigner l'ensemble des disciplines géologiques
qui sont appliquées spécifiquement à la recherche
d'hydrocarbures (exploration pétrolière). Elle porte
principalement sur l'évaluation des sept éléments clés
dans les bassins sédimentaires:
 Origine
 Réservoir
 Couverture
 Pièges
 Timing
 Maturation
 Migration

3. Investigation Pétrolière
Bassin Sédimentaire (B.S)
 Système Pétrolier (S.P)
 Play
 Prospect
 “Découverte”?

4. Play
Système Pétrolier
Bassin Sédimentaire
Découverte
Prospect

5. Stratégie de l’Exploration
Pétrolière
 1. Analyse Globale du Bassin Sédimentaire: Études
Complètes+Nouvelles Licences
 2. Développement des Concepts de Play
 3. Définir les zones d’Exploration de Play
 4. Évaluation des Prospects : inventaire
 5. Identifier les Prospects à forer
(Proposition)
6. Exécuter des Forages d’Exploration

6. DEFINITION
 Un système pétrolier est un système géologique qui
englobe les roches mères et tout ce qui peut être en
relation avec les hydrocarbures. Il inclut toutes les
structures et processus géologiques essentiels à une
éventuelle accumulation d'hydrocarbures
(traduction de : Leslie B. Magoon and Wallace G. Dow,
AAPG Memoir 60).
 L’analyse d’un système pétrolier – Petroleum Systems
Approach -– peut ainsi être qualifiée de rigoureuse, de
structurée et d´analyse intégrée de toutes les données
G&G disponibles, en relation avec le potentiel pétrolier
d´un « prospect » ou d´un « play ».

7.  Système Pétrolier
 Système naturel englobant des éléments essentiels
interdépendants et processus formant l’unité fonctionnelle à
l’origine d’accumulations d’hydrocarbures.
 Les éléments essentiels incluent
 une roche mère (Source Rock)
 une roche réservoir (Reservoir Rock)
 une roche couverture (Seal Rock)
 un recouvrement (Overburden)
 Les processus sont
 Formation de piège (Trap formation)
 Formation, migration et accumulation d’hydrocarbures
Ces éléments essentiels et processus doivent apparaître simultanément dans
le temps et dans l’espace de manière à ce que la matière organique
contenue dans la roche mère soit convertie en une accumulation
d’hydrocarbures.

8. Elements
Roche mère
Chemins de Migration
Roche Réservoir
Roche Couverture
Piège
Génération
Migration
Accumulation
Préservation
Processes
Systèmes Pétroliers “Petroleum Systems”

10. Identification du Système
Pétrolier
 Introduction
 Avant son investigation un Système Pétrolier doit être
identifier en admettant qu’il existe et il est présent.
 Identification du Système Pétrolier
 A fin d’identifier un SP, l’explorateur doit trouver une
accumulation de Pétrole. Quelque soit la quantité,
peu importe aussi faible, est synonyme d’un système
pétrolier. Un suintement d’huiles de surface (Oil
Seep) ou de gaz, des indices d’huiles et de gaz dans
les forages, ou des accumulations d’huiles ou gaz
prouvent la présence d’un SP.

12. Pod of Active
Source Rock
Reservoirs

13. Procédures: Identification du
Système Pétrolier
 Le Tableau suivant résume les étapes à
suivre dans l’identification d’un système
pétrolier.

14. Procédures
ETAPE Procédure
 1 Trouver quelques indications de la présence de pétrole
 2 Déterminer la grandeur du système pétrolier en
suivant la série d’étapes suivantes:
 a Groupes d’accumulations pétrolières génétiquement en relation
en utilisant des caractéristiques géochimiques et des paramètres
stratigraphiques.
 b Identification de la source par l’utilisation des corrélations Huiles-
Roches mères.
 c Localisation de la zone générale où la roche mère est active
(mature, Pod of active SR) génétiquement responsable des
accumulations pétrolières
 d Tracer un tableau des accumulations pour déterminer:
 La quantité des HC dans le SP,
 La Roche réservoir qui contient la grande quantité.
 3 Nomenclature du Système Pétrolier

15. Nomenclature du Système Pétrolier
 Une désignation unique ou Nom est importante
pour l’identification d’une personne, une localité,
un item ou une idée.
 Étant Géologues, nous donnons des noms aux
roches, aux fossiles, aux formations litho-
stratigraphiques, aux évènements tectoniques et aux
bassins…
 Un nom spécifique d’un SP le différencie des
autres systèmes pétroliers et des autres noms
géologiques.

16. Parties du nom du système
pétrolier
La nomenclature du système pétrolier
contient différentes parties qui donnent le
nom du système hydrocarboné:
 1. La Roche Mère dans la zone mature.
 2. Le nom de la Roche Réservoir qui contient
le plus grand volume de pétrole en place
(OPIP).
 3. Le symbole qui exprime le degré de
certitude.

17. Exemple de nomenclature d’un SP
Nom de la
Roche Réservoir
Nom de la
Roche Mère
Degré de
Certitude
Phosphoria-Weber(.)

18. SP: Nomenclature
Critères de sélection du Nom de la Roche Réservoir?

19. Degré de Certitude
 Un SP peut être identifier selon trois niveaux de
certitudes:
 Prouvé
 Hypothétique
 Spéculatif.

20.  Le degré de certitude indique la confiance à
laquelle une cosse particulière de Roche Mère
mature a généré des hydrocarbures dans un
gisement.
 A la fin, dans la nomenclature du système
Pétrolier le niveau de certitude est mentionné
par :
(!) pour prouvé,
(.) pour hypothétique
(?) pour spéculatif.

21. Comment déterminer le degré de
certitude?
 Critères des Symboles du Degré de
certitude
 Prouvé: Une corrélation Positive entre Huiles-
Roche Mère ou Gaz-Roche Mère (!)
 Hypothétique: en l’absence d’une corrélation
Positive Hydrocarbures-Roche Mère:
Évidence géochimique (.)
 Spéculatif : Évidence Géologiques ou
géophysiques (?)

22. Extension Géographique,
Stratigraphique et Temporelle
 Les SP sont limités dans le temps et dans
l’espace.
 Chaque SP est peut être décrit en termes
de ses propres et uniques éléments et
processus dans le temps et dans l’espace

23. Aspects Temporels
Un SP possède trois aspects
temporels importants :
Age
Moment Critique
Temps de Préservation

24.  L’âge du système signifie le temps nécessaire
dans le processus de génération–migration–
accumulation des hydrocarbures.
 Le moment critique est le temps qui décris le
mieux la génération–migration–accumulation
des hydrocarbures dans un SP. Une carte et
une coupe tracées au moment critique montre
mieux l’extension géographique et
stratigraphique du Système.

25.  Le temps de préservation du SP vient immédiatement après
le processus de génération–migration–accumulation.
 Il se produit et s’étend jusqu’à l’actuel.
 Il est entouré de tout les changements dans l’accumulation
hydrocarbonée.
 Durant cette période la dysmigration, la dégradation
physique ou la destruction complète des hydrocarbures
peuvent avoir lieu.
 Au cours du temps de préservation, la dysmigration (mig. III)
peut accumuler des HC dans les réservoirs formés après le
système pétrolier. En absence d’une activité tectonique
significative durant la préservation les accumulations
peuvent rester dans leurs lieux de concentration initiaux.
 La dysmigration intervient seulement au cours des
plissements, fracturation, soulèvements ou érosions.
 Enfin, si toute l’accumulation est détruite au cours du temps
de préservation, la preuve de l'existence d'un système
pétrolier est absente. Un système pétrolier incomplet ou
vient tout juste de terminer n'a pas de durée de
conservation.

26. Charte des Événements d’un
SP?
 Un tableau des événements qui montre la
relation temporelle des éléments essentiels et
les processus d'un système pétrolier.
 Il montre également la durée de conservation et
le moment critique pour le système.
 Un tableau des événements est utilisé pour
confronter les temps où le processus s'est
produit avec le temps où les éléments sont
formés.

27. Charte des évènements d’un SP:
exemple
 La charte (tableau) des événements d’un SP montre l’age sur un 1er
axe et les éléments et processus essentiels sur le 2ème axe.
 Le temps nécessaire pour le processus de la génération–migration–
accumulationet le même pour l’age du système. La charte montre
aussi le temps de préservation et le moment critique du système.
 La charte des évènements est organisé selon un sens de difficulté
croissante. Par exemple, la cartographie et la datation des éléments
essentiels d'un système pétrolier sont généralement plus faciles que
la cartographie et la détermination de la durée pendant laquelle le
processus a eu lieu.
 Vue que le système s’intéresse seulement à des accumulations de
pétrole déjà en place (découvertes), il n’y a aucun doute que les
éléments et les processus ont fonctionné correctement pour faire
des champs de pétrole et de gaz. Cependant, plus tard, la charte
des événements se transforme en un tableau des risques pour
mieux évaluer un play ou un prospect.

28. Charte des Événements d’un SP:
Exemple
From Magoon and Dow, 1994; courtesy AAPG

29. From Magoon and Dow, 1994; courtesy AAPG

30. Taille d’un SP
 La taille d'un système pétrolier comprend
le volume total de tous les hydrocarbures
récupérables provenant d'une cosse
unique de rock mère active.
 Ce volume total est utilisé pour comparer
les systèmes par rapport aux autres
systèmes pétroliers et de déterminer
l'efficacité de la production-accumulation.

31. Volume des hydrocarbures
 Les hydrocarbures découverts
comprennent les Indices, les suintements,
et les accumulations de pétrole et de gaz.
La taille d'un système pétrolier est
déterminée en utilisant un tableau comme
celui des champs dans le Système
Pétrolier Deer-Boar (.), avec des réserves
d'environ 1,2 milliards de barils (bbl).

32. Exemple
Taille Système Pétrolier Deer-Boar (.),
Réserves d'environ 1,2 milliards de barils (bbl).

33. Efficacité de la
Génération–Accumulation
 L’efficacité de la Génération-Accumulation
est le rapport (exprimé en pourcentage) du
volume total du pétrole piégés (en place)
dans le système de pétrole au volume
total de pétrole généré de la cosse de la
roche mère active.

34.  Histoire d’enfouissement
Modélisation de la maturité
thermique

35. KER = BIT + RESIDUE
à t=0
KER= Vo, BIT=0
à t>0
KER=Vo-Vt, BIT=Vt
dV/dt= k(Vo-Vt)
k=A*e[-Ea/RT]
Cinétique des réactions chimiques
Equation d’Arrhenius
R = constante des gaz parfaits (0.008314 KJ/mol0K)
T= température absolue
Ea= Énergie d’activation
A= facteur de fréquence

36. Energie d’Activation
Barker, 1996

37. Energies de Liaisons chimiques
March, 1985

38. Histoire de subsidence
Barker, 1996

39. 150 Ma 100 Ma 50 Ma 0 Ma
1
2
3
4
5 150 Ma
100 Ma
0 Ma
50 Ma
AGE en Millions d’années
PROFONDEURenKm
FORAGE
20°C
40°C
60°C
80°C
140°C
100°C
120°C C 2000m
B 500m
A 2500m

40. Le Facteur Température utilisé par Lopatin Barker, 1996
TTI (Time-Temperature Index)

41. Calcul du TTI : Time-Temperature Index
Indice Temps-Température = Facteur Température * Facteur Temps
Barker, 1996

42. Etalonnage du TTI
Waples, 1980

43. La charte de l’histoire d’enfouissement suivante montre le
moment critique et les éléments essentiels du SP fictif de
Deer-Boar(.).
(d’après Magoon and Dow, 1994; AAPG).

44. Cartographie d'un SP
Un système pétrolier est cartographié en montrant
l'étendue géographique, stratigraphique et
temporelle du système.
 Cartographie de l’extension géographique
 Cartographie de l’extension stratigraphique
 Cartographie de l’extension temporelle

45.  Cartographie de l’extension géographique
 L'étendue géographique est la zone dans laquelle
le système pétrolier est connu pour se produire.
Il est défini sur la carte par une ligne sur la
surface de la terre qui entoure la cosse de la
roche mère active ainsi que tous les indices de
pétrole connues, des suintements, et les
accumulations qui proviennent de la cosse.
L'étendue géographique est décrite pour
correspondre au moment critique. Ce terme est
semblable à étendue connue, ou extension
géographique connue.

46.  Cartographie de l’extension stratigraphique
 L’extension stratigraphique d'un système
pétrolier est la durée des unités lithologiques qui
englobe les éléments essentiels d'un système
pétrolier au sein de l'étendue géographique.
 L'étendue stratigraphique peut être affichée sur la
charte de l’histoire de l'enfouissement et de la
coupe établie au moment critique.
 L'étendue stratigraphique est en dessous de la
cosse de la roche mère active ou les découvertes
d'accumulation de pétrole dans le système, s’il
est plus profond du sommet du recouvrement.

47.  Cartographie de l’extension temporelle
 L'étendue temporelle du SP est représentée sur la
charte des événements et comprend l'âge des
éléments essentiels et les processus, la durée de
conservation, et le moment critique.
 La relation entre la formation et le remplissage
des pièges contenant les accumulations est
facilement évaluée, en confrontant ainsi le temps
pendant lequel ces événements distincts ont eu
lieu.

48. La charte de l’histoire d’enfouissement suivante montre le
moment critique et les éléments essentiels du SP
hypothétique de Deer-Boar(.).
(d’après Magoon and Dow, 1994; AAPG).

49. Charte des Événements d’un SP:
Exemple
From Magoon and Dow, 1994; courtesy AAPG