Brevet FR2983299A1 — publié le 20130531

Le domaine de l'invention se situe dans la gestion de sites de production d'hydrocarbures ou de stockage de CO,. Dans le cadre de procédés de récupération assistée d'hydrocarbures par injection de CO, (E0R-0O2), et de stockage géologique de CO, (CCS), des 5 méthodes de surveillance de l'émissivité de CO, à l'aplomb, dans le voisinage, des réservoirs sont nécessaires pour la gestion de la sécurité de ces sites. La difficulté de la surveillance provient de faire la part des choses entre l'émissivité naturelle de CO, à l'aplomb des réservoirs géologiques, et les fuites de CO, dues aux opérations de récupération assistée comprenant l'injection de 10 CO, ou du stockage de CO,. On connaît des méthodes géochimiques de surface qui permettent de différencier la provenance du CO,, notamment par des mesures de la composition isotopique 513C qui peut distinguer l'origine de ces différents flux de CO,. 15 Ainsi, la présente invention concerne une méthode d'identification de l'origine d'un flux CO, mesuré en surface du sol, caractérisée en ce que l'on mesure au cours du temps, conjointement les quantités volumiques de CO2, 02 et N2, on détermine une relation entre le volume de CO, et le rapport N2/02, et 20 on identifie un flux de CO, d'origine profonde lorsque le volume de CO, devient sensiblement indépendant du rapport N2/02. Selon la méthode d'identification, on peut effectuer des mesures en surface, à l'aplomb ou proche de l'aplomb d'un réservoir géologique contenant du CO' 25 On peut effectuer des mesures de CO,, 02 et N2 avant les opérations d'injection de CO, dans ledit réservoir. On peut déterminer en outre une relation entre les rapports CO2/02 et N2/02. La méthode d'identification peut être utilisée pour identifier une fuite 30 éventuelle de CO, lors d'opération de récupération assistée d'hydrocarbures par injection de CO,. La méthode d'identification peut aussi être utilisée pour identifier une fuite éventuelle de CO, lors d'opération de stockage de CO, dans le sous-sol. La méthode d'identification pour identifier une fuite éventuelle de CO, 5 peut être utilisée sans avoir recours à un état de référence ou "baseline". L'invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, comprenant des exemples nullement limitatifs, illustrés par les figures ci-après annexées, parmi 10 lesquelles : - la figure 1 montre des données compositionnelles des gaz du sol en CO, par rapport à 02, pour un site non émissif (naturellement parlant) (carrés) et un site connu émissif (naturellement parlant, CO, mantellique) (ronds), 15 - la figure 2 montre des données compositionnelles des gaz du sol en CO, par rapport à N2/02, pour le même site non émissif (naturellement parlant) (carrés) et le même site connu émissif (naturellement parlant, CO, mantellique) (ronds), - la figure 3 montre l'enveloppe des valeurs N2/02 à +/- deux fois 20 l'écart type des données de CO2, - la figure 4 montre l'enveloppe des valeurs 1\12/02 à +/- deux fois l'écart type des données de CO2/02. Les méthodes géochimiques de surface ont fait l'objet de développement 25 au département de géochimie de la demanderesse. Au travers d'études de terrain sur des sites dits émissifs et des sites non-émissifs, on a pu mettre en évidence des différences systématiques de comportement de la composition des gaz au niveau du sol, plus particulièrement dans le mélange ternaire N2, 02, CO,. Selon l'invention, ces différences systématiques sont exploitées et 30 permettent de réaliser une différentiation entre un flux de CO, d'origine 2 983 2 99 3 pédologique, et un flux de CO, d'origine profonde et ce, par la simple mesure combinée de teneurs au niveau du sol de CO' de N2 et 02. Relations entre le N2 1'02 et le CO2 sur les sites émissifs et non-émissifs Le CO, d'origine biologique produit dans les sols nécessite la présence d'une source de carbone, et d'une source d'oxygène. Les sources de carbone dans les sols sont souvent celles de la matière organique végétale en décomposition, alors que l'oxygène est celui de l'air. La productivité en CO, d'un sol est donc corrélée à la teneur en matière organique bio-disponible, et en dioxygène. On en déduit qu'il doit exister une relation entre la teneur en CO, et la teneur en 02 dans le gaz du sol, relation traduite par une corrélation de pente négative, que l'on désignera par "anticorrélation". Cette "anticorrélation biologique" est aussi doublée d'une "anticorrélation physique", liée à la dilution des gaz dérivés de l'atmosphère présents dans le sol par le CO2 produit in situ. Ce schéma théorique est bien visible dans la nature, notamment si on trace un graphique des données de composition des gaz du sol mesurée à moins d'un mètre de profondeur, sur deux sites dont on connaît la provenance du CO, de sous-sol : 1) un site non émissif, provenance du CO2 = pédologie, et 2) un site émissif, provenance du CO, = manteau terrestre. La figure 1 donne les mesures de CO2, en fonction de 1'02, mesurées à des périodes différentes sur le site non émissif (carrés). En traçant les données du même type obtenues sur le site émissif (ronds), une autre tendance se dessine révélant une dépendance beaucoup plus faible de la teneur en CO, à la teneur en 02, cela est montré par la droite continue qui est proche de la verticale dans le repère de la figure 1. Cette différence s'explique par la nature du CO2 sur le site émissif, dont on connaît l'origine profonde (Mantellique), dissociée de la disponibilité en 02. Ainsi, l'anti corrélation observée pour les données de ce site émissif ne reflète que l'effet "physique" de dilution. On a exprimé ces résultats d'une autre manière au travers du rapport N2/02 des gaz du sol. En effet, l'azote et l'oxygène sont présents en abondance constante dans l'air, et définissent donc un rapport "pur" du pôle air. La consommation de l'02 de l'air par l'activité biologique dans le sol impliquera un 5 fractionnement du rapport N2/027 uniquement dû à la consommation d'O' N2 n'étant pas consommé par cette activité biologique. Ainsi en représentant le CO2 en fonction du rapport N2/02, on s'affranchit du phénomène d'"anti corrélation physique" liée à la dilution. La figure 2 donne les mesures de CO, sur les deux mêmes sites (émissif et non émissif), en fonction du rapport N2/02. 10 On note donc que les mesures de CO2 de provenance profonde (site émissif) sont indépendantes du rapport N2/02. On utilise ce phénomène systématique qui se révèle toujours dans la mesure où le flux de CO, profond n'est pas accompagné par des quantités conséquentes de dioxygène. Cette méthode de discrimination d'un flux profond 15 de CO' d'un flux de CO, de surface, peut donc se transposer au domaine de la surveillance des sites industriels qui surplombent les formations géologiques profondes qui constituent des réservoirs souterrains d'hydrocarbures produits en récupération secondaire par injection de CO2 (EOR), ou dans le domaine du stockage ce CO, en sous-sol (CCS). 20 Le procédé peut être mis en oeuvre selon les étapes ci-après : 1. suivre la relation d'abondance entre le CO' 02 et N2 à une profondeur donnée dans le sol avant l'injection de CO2 dans le réservoir en profondeur, 25 2. déterminer un critère de corrélation "naturel" (CCN) et sa variabilité dans les espaces CO, versus 02 et CO, versus N2/02 pour ce point de mesure, 3. suivre la relation d'abondance entre le CO2, 02 et N2 à une profondeur donnée dans le sol au cours, et/ou après l'injection de CO2 dans le 30 réservoir en profondeur, 4. identifier le non-respect de la composition du gaz vis-à-vis du "critère de corrélation naturel" (CCN) déterminé pour le site en question. La figure 3 illustre la présente invention à partir des données 5 compositionnelles des gaz du sol pour les sites non émissif (carrés) et émissif naturellement (ronds) respectivement. Les droites/lignes continues sont des régressions des données des deux sites. Les droites/lignes en pointillé correspondent à l'enveloppe des valeurs N2/02 à plus ou moins deux fois l'écart type des données de sol dont le CO, REVENDICATIONS1) Méthode d'identification de l'origine d'un flux CO2 mesuré en surface du sol, caractérisée en ce que l'on mesure au cours du temps, conjointement les quantités volumiques de CO' 02 et N' on détermine une relation entre le volume de CO, et le rapport N2/02, et on identifie un flux de CO2 d'origine profonde lorsque le volume de CO2 devient sensiblement indépendant du rapport N2/02. 2) Méthode d'identification selon la revendication 1, dans laquelle on effectue des mesures en surface, à l'aplomb ou proche de l'aplomb d'un réservoir géologique contenant du CO2. 3) Méthode d'identification selon la revendication 2, dans laquelle on 15 effectue des mesures de CO2, 02 et N2 avant les opérations d'injection de CO, dans ledit réservoir. 4) Méthode d'identification selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle on détermine en outre une relation entre les rapports CO2/02 et N2/02. 20 5) Méthode d'identification selon l'une des revendications précédentes, pour identifier une fuite éventuelle de CO2 lors d'opération de récupération assistée d'hydrocarbures par injection de CO,. 25 6) Méthode d'identification selon l'une des revendications précédentes, pour identifier une fuite éventuelle de CO2 lors d'opération de stockage de CO2 dans le sous-sol. 7) Méthode d'identification selon l'une des revendications 5 ou 6, pour 30 identifier une fuite éventuelle de CO2 sans avoir recours à un état de référence ou "baseline".