Soutenance de thèse de Jean COCHARD

La caractérisation de la porosité et de la perméabilité des formations carbonatées est rendue difficile à cause des variations de faciès d’origine bio-sédimentaire et de la forte sensibilité de la calcite aux processus diagénétiques et tectoniques. Le travail présenté dans cette thèse propose de décrypter les influences respectives entre paramètres sédimentologiques, pétrophysiques, diagénétiques et déformations tectoniques. Une série carbonatée Urgonienne Provençale (Barrémien supérieur – Aptien inférieur) a été choisie comme objet d’étude parce qu’elle correspond à des réservoirs analogues à ceux présents au Moyen-Orient. Les propriétés sont étudiées sur des échantillons centimétriques (plug) provenant de forages verticaux pluridécamétriques. Cela inclut des observations depuis l’échelle centimétrique à métrique des faciès, textures, organisation stratigraphique, des mesures pétrophysiques de porosité et de perméabilité, une analyse structurale et une analyse de la cimentation sur des lames minces. Ces analyses sur les carottes provenant des forages sont comparées à celles réalisées sur deux affleurements horizontaux pluridécamétriques à hectométriques afin d’étudier la répartition latérale de ces paramètres à une échelle supérieure. Ensuite, une approche est proposée pour représenter la distribution de ces propriétés depuis l’échelle centimétrique jusqu’à celle hectométrique, représentative d’une cellule réservoir utilisée dans les modèles numériques d’écoulements. L’objectif est d’élaborer des principes de changement d’échelles pour la prédiction perméabilités et des porosités dans les roches carbonatées de l’échelle du plug à l’échelle des plateformes étudiées. Les principaux résultats de cette étude montrent une compartimentalisation verticale des propriétés qui est principalement liée aux séquences de dépôts dans un environnement subtidal. Ce contexte favorise une diagénèse précoce (cimentation), et conditionne le développement ultérieur d’une microporosité (recristallisation des cristaux de micrites). Ainsi, relativement tôt après leur dépôt, les carbonates acquièrent des propriétés physiques très contrastées qui vont influencer leur réponse aux phases géodynamiques ultérieures affectant le bassin. Les calcaires cimentés (porosité ≤ 5%, perméabilité ≤ 0.01 mD) vont être les plus sensibles aux déformations tectoniques (fractures, stylolithes) contrairement aux calcaires microporeux (porosité ≤ 25%, perméabilité ≤ 3.5 mD). Ce contraste de propriétés est décrit par un certain nombre de type rocheux ou « rock-types » afin d’intégrer les mesures de l’échelle du plug centimétrique aux observations sur carotte à l’échelle métrique jusqu’à celle des affleurements hectométriques. En conclusion, les méthodologies mises en œuvre durant ces travaux de thèse soulignent l’importance de la diagenèse précoce sur l’acquisition des propriétés actuelles des séries carbonatées. Elles démontrent aussi l’importance d’intégrer différents critères géologiques pour mieux extrapoler ces propriétés, de l’échelle matricielle à la cellule numérique.

The porosity and permeability characterization of carbonate formations is complex due to facies variations and their bio-sedimentary origin or the high sensitivity of calcite to diagenetic and tectonic processes. The studies presented in this thesis proposes to decipher the respective influences between sedimentological, petrophysical, diagenetic and tectonic deformation parameters. A Provençal Urgonian carbonate series (Upper Barremian - Lower Aptian), analogue of Middle East reservoir, has been chosen as the study object. The properties are studied on centimeter samples (plug) from 20m-long fully cored vertical boreholes. This includes observations from the centimeter to metric scale of facies, textures, stratigraphic organization, petrophysical porosity and permeability measurements, structural analysis and cementation analysis on thin sections. These cores analyses are compared to those conducted on two horizontals hectometric outcrops to study the lateral distribution of these parameters at a larger scale. An approach is proposed to represent the distribution of these properties from the centimetric to the hectometric scale, representative of a reservoir cell used in numerical flows models. The aim is to develop scaling principles for the permeabilities and porosities prediction in carbonate rocks, from the plug scale to platform scale. The main results of these studies show a vertical compartmentalization of the properties which is mainly related to the deposit sequences in a subtidal environment. This context favours early diagenesis (cementation), and conditions the subsequent development of a microporosity (recrystallization of micrite crystals). Early after their deposition, carbonates acquire very contrasting physical properties influencing their response to subsequent geodynamic phases affecting the basin. Cemented limestones (porosity ≤ 5%, permeability ≤ 0.01 mD) are the most sensitive to structural deformations (fractures, stylolites) whereas microporous limestones (porosity ≤ 25%, permeability ≤ 3.5 mD) are few affected by fracturing. This contrast of properties is described by eleven reservoir rock-types in order to integrate these measurements (centimetric plugs) and observations (metric cores) to the 20m-long vertical boreholes and horizontal outcrop (hectometric scale). In conclusion, the methodologies involved in this thesis highlight the importance of early diagenesis on the acquisition of the current properties of the carbonate series. They also demonstrate the importance to integrate the different geological factors to rightly extrapolate these properties, from the matrix scale to the numerical cell.