APRED 2023 - Projet PR3DICT : PRédiction 3D des hétérogénéItés de réservoirs pour la Caractérisation des ressources géoThermiques
Programme : Appel à projets de recherche - Énergie Durable : production, gestion et utilisation efficaces
Mots-clés : Energie
Contexte : Les objectifs fixés dans le cadre du plan d’action pour la géothermie, présenté le 2 février 2023 par la Ministre de la Transition Energétique, visent à une augmentation de 40% du nombre de projets de géothermie profonde lancés d’ici 2030. Cet accroissement est attendu en particulier pour le développement de la part de production de chaleur grâce à la récupération de l’énergie géothermique profonde pour l’alimentation de réseaux de chaleur, pour les processus industriels ou encore pour des usages agricoles. Les principaux leviers qui existent pour atteindre ces objectifs portent sur l’amélioration de la connaissance des ressources géothermiques présentent dans le sous-sol du territoire métropolitain et par extension la définition de méthodologie permettant de réduire les risques géologiques et financiers des projets à développer. La localisation et l’extension des aquifères dans lesquels des ressources géothermiques pourraient être valorisées sont relativement bien connues à grande échelle ou à l’échelle des bassins sédimentaires français, en particulier dans les bassins où des développements de projets sont attendus à court ou moyen termes. En revanche, l’estimation des propriétés de réservoirs telles que la porosité, la perméabilité ou la connectivité entre les corps réservoirs et ainsi la productivité et l’injectivité des formations à l’échelle plus locale restent aujourd’hui les plus grandes sources d’incertitudes. En règle générale, les données utilisées pour la caractérisation du réservoir correspondent à des lignes de sismique 2D traitées pour obtenir une information structurale, mais également à l’analyse des données de forages pétroliers ou géothermiques dans le voisinage d’un projet. La profession dispose en effet d’assez peu de données sismiques de haute résolution ou 3D, étant donné les coûts importants que représente ce type d’acquisition. Bien que les données de sismique 2D ne permettent pas toujours d’évaluer et de caractériser avec une confiance suffisante la variabilité spatiale des propriétés des réservoirs ciblés, ces jeux de données constituent une base pour l’exploration des ressources géothermiques dont les maitres d’œuvre doivent s’accommoder. L’enjeux du projet PR3DICT est double : dimensionner dans un contexte de réservoir carbonaté l’implantation et le volume de données nécessaires à la caractérisation de la ressource géothermale, avec en ligne de mire l’optimisation de programmes d’exploration ; développer une méthodologie de prédiction des hétérogénéités spatiales des propriétés des réservoirs à partir de l’intégration d’une densité de données géoscientifiques limitée, composées de lignes sismiques 2D et de forages. Ces méthodologies seront développées à partir d’un apprentissage mené sur des jeux de données les plus complets possibles et où de la sismique 3D est disponible. Ainsi, cette approche permettra de produire des modèles statiques et dynamiques du réservoir ayant une capacité de prédiction supérieure aux méthodes actuellement mises en œuvre par la profession. Le cas d’application choisi pour cette étude est le Dogger du Bassin parisien, où il existe différents types de jeux de données, soit très complets avec des informations de sismiques 3D récentes (issues du projet européen de recherche PilotSTRATEGY) et production de fluides géothermiques, soit plus représentatifs des zones d’exploration avec une densité plus réduite de lignes sismiques 2D et de forages profonds.
Description : L’évaluation précise des propriétés des réservoirs géothermiques telles que la porosité, la perméabilité ainsi que la productivité et l’injectivité nécessiterait l’acquisition de nombreuses données géoscientifiques en puits et de surface. Cependant les données disponibles pour la géothermie sont le plus souvent incomplètes et peu denses, notamment peu de données en 3D. Il est donc nécessaire, pour réduire l’aléa géologique, de mieux pouvoir prédire les propriétés des réservoirs géothermiques dans l’espace et ce à partir de données éparses et incomplètes Le projet PR3DICT ambitionne de répondre à ce besoin en proposant une méthodologie basée sur les techniques de l’exploration pétrolière pour prédire l’hétérogénéité spatiale des propriétés des corps poreux et perméables des réservoirs géothermiques, avec un cas d’application sur le Dogger du Bassin Parisien où les données sont majoritairement 2D (sismique). Dans un premier temps l’interprétation quantitative des données de sismique réflexion 3D acquises dans le cadre du projet H2020 PilotSTRATEGY dans la brie nangissienne permettra, pour la première fois, de quantifier et d’évaluer la variabilité spatiale des propriétés pétrophysiques du réservoir du Dogger. L’analyse de la géométrie des différents corps/faciès qui peuvent être extraits de ce cube sismique permettra de construire un abaque de la géométrie des corps poreux et perméables du Dogger. Des modèles de réservoirs seront ensuite créés par des méthodes stochastiques ou prédictives sur la base de ces informations et en utilisant comme contrainte des profils 2D extraits du cube sismique ainsi que des données de puits. Ces modèles géostatistiques, générés pour différents degrés d’espacement et d’orientation des données utilisées comme contraintes, seront comparés au modèle référence issu du cube sismique 3D. L’erreur de prédiction des propriétés du réservoir par rapport à ce modèle de référence sera ainsi calculée en fonction de la configuration de la donnée géophysique disponible et permettra d’établir les limites de l’approche prédictive. Dans un deuxième temps, la méthodologie sera appliquée sur le secteur du nord-est parisien, sujet de l’étude MINERGIES (convention ADEME-BRGM). Ici, à partir de l’interprétation quantitative des profils sismiques 2D et des seules données de puits, un modèle statique fin 3D du réservoir sera créé et confronté aux données dynamiques issues des puits. Pour cela, un modèle dynamique sera construit à partir du modèle statique et des corrélations entre les propriétés dynamiques et sismiques, tout en prenant en compte le changement d’échelle des propriétés dynamiques. Les simulations thermo-hydrodynamiques ensuite réalisées seront comparées aux chroniques d’exploitation et aux résultats des simulations effectuées avec d’autres modèles (notamment issues du projet ANR UPGEO) pour évaluer la valeur ajoutée de la méthodologie proposée sur la prédictivité des modèles dynamiques et leur capacité à reproduire le comportement des réservoirs. Dans un dernier temps, les limites des méthodologies utilisées et développées seront évaluées et des pistes d’améliorations, comme l’apport d’autres méthodes géophysiques innovantes, en complément des données existantes seront proposées, ainsi que des recommandations méthodologiques pour une généralisation à d’autres cibles géothermiques dans des bassins sédimentaires.
Objectifs et résultats attendus : L’objectif majeur du projet PR3DICT est de répondre à ce besoin en proposant une méthodologie pour prédire l’hétérogénéité spatiale des propriétés des corps poreux et perméables du Dogger. Pour cela, le projet étudiera dans un premier temps un jeu de données complet comprenant de la sismiques 3D acquise dans le sud-est de Paris dans le cadre du projet PilotSTRATEGY, ainsi que des diagraphies. En utilisant les techniques modernes d’imagerie sismique et d’interprétation quantitative, il est proposé d’extraire au moyen de méthodes de seuillage les corps poreux (géobodies) dont les caractéristiques géométriques et topologiques seront évaluées. Dans un second temps, le projet évaluera la densité de données nécessaire pour prédire avec suffisamment de précision ces hétérogénéités, en utilisant les informations géostatistiques extraites du cube 3D, des profils de lignes 2D et des données de puits. Cette phase permettra d’évaluer les incertitudes et erreurs en fonction du volume et type de données disponibles. Dans une troisième partie, le projet cherchera à améliorer le saut d’échelle entre les données ponctuelles (1D) statiques et dynamiques acquises dans les puits et sur des carottes et la sismique (2D/3D). Cette étape est clé car elle permet de relier l’impédance sismique et les propriétés dynamiques du réservoir. Des modélisations permettront d’évaluer la pertinence des modèles. La quatrième partie proposera des axes d’améliorations des méthodes et données utilisées et l’apport d’autres technologies pour mieux contraindre la caractérisation par la géophysique aux moyens d’études synthétiques. Le projet PR3DICT combinera donc différentes techniques, sismiques, géostatistiques de mise à l’echelle (upscaling) et de simulation de réservoir. Les verrous scientifiques levés permettront de réaliser une caractérisation robuste de la ressource en chaleur du soussol. Le projet permettra aussi d’évaluer la stratégie d’acquisition de données et le volume de données nécessaires à une phase d’exploration puis d’exploitation de la ressource géothermique permettant cette caractérisation. L’approche pluridisciplinaire proposée par ce projet est unique et préfigure tout particulièrement la transposition des approches pétrolières à la géothermie.
Bénéficiaire : BRGM
Localisation : Orléans, Centre-Val de Loire, FRANCE
Début : 01/11/2023 — Durée : 36 mois
Budget total : 649477.31 € — Aide ADEME : 313859.03 €
Statut : Suivi du projet