Etapes de l’exploration pétrolière

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EXPLORATION PETROLIERE

Etapes de l’exploration pétrolière

L’exploration pétrolière consiste à repérer du mieux possible les endroits du sous-sol contenant potentiellement du pétrole afin d’éviter tous forages inutiles. Plusieurs étapes doivent être effectuées avant d’arriver à la décision de faire un forage de production. A Madagascar ces étapes sont représentées dans la figure 6. En général on peut les regrouper en trois : étude géologique, étude géophysique et vérification des hypothèses.

Généralités sur l’exploration pétrolière

Etude géologique

Les géologues doivent tout d’abord s’intéresser aux bassins sédimentaires dans lesquels le pétrole et le gaz ont pu se former. Il y a de nombreux bassins sédimentaires à la surface de la Terre : on en trouve en mer, mais également sur les continents, dans des zones autrefois recouvertes par la mer. Dès lors que les géologues ont repéré une zone exploitable, ils s’interrogent quant à la configuration du sous-sol et des types de roches présentes : ils vont alors tenter de dresser une carte géologique du sous-sol. Pour ce faire, ils utilisent des photographies aériennes et des images satellites puis vont sur le terrain examiner les affleurements. Ces derniers peuvent en effet renseigner sur la structure en profondeur. Ces observations s’accompagnent d’analyses géochimiques d’échantillons de roche prélevés qui permettent de déterminer l’âge et la nature des sédiments afin de cerner les zones les plus prometteuses (Kauffmann, et al., 2010).
Après avoir repéré un terrain favorable depuis la surface, il faut maintenant voir si la structure du sous-sol l’est aussi. C’est alors au tour des géophysiciens de faire des études pour savoir la structure du sous-sol.

Etude géophysique

Dans cette étape l’objectif est de donner le maximum d’informations pour que les forages soient entrepris ensuite avec le maximum de chance de succès. Il s’agit essentiellement d’accumuler des données sismiques riches en informations, grâce à une sorte d' »échographie » du sous-sol ou « sismique réflexion ». Ces données sont obtenues à l’aide de vibreurs pneumatiques (ou autres) qui génèrent de mini-ébranlements du sous-sol. Les signaux recueillis en surface sont traités par de puissants logiciels de calcul qui reconstituent l’image du sous-sol. On parvient alors à construire une image en temps et à deux dimensions (2D) de la profondeur des couches géologiques.
Afin d’obtenir une image plus précise et plus fiable du sous-sol, on emploie la technique de la sismique 3D qui est plus chère, mais beaucoup plus efficace que la 2D. Elle permet même souvent de repérer directement les hydrocarbures dans les couches géologiques. Les récepteurs sont placés en nappes afin de construire une image du sous-sol en volume (en trois dimensions).

Vérification des hypothèses

A la fin des études sur une zone, les géologues et les géophysiciens ont réalisé la carte géologique, ont établi l’imagerie 2D et 3D du sous-sol, et ont défini un certain nombre de prospects. Pour chaque prospect, ils ont calculé une fourchette de réserves potentielles (celles-ci ne peuvent pas êtres calculées précisément) de pétrole et de gaz. Les réserves représentent la part de l’accumulation que l’on va pouvoir extraire et ramener à la surface pour l’exploiter.
Un forage à titre exploratoire est réalisé pour la détermination précise de la forme des réservoirs ainsi que la nature des fluides qu’ils contiennent en analysant les diagraphies du puits. Avant d’implanter les installations de forage très coûteuses, il faut d’abord déterminer l’endroit idéal où s’effectuera le forage. Pour ce faire, les installations sont implantées en fonction de la topographie du terrain et des précieuses informations recueillies lors de l’exploration. Dans le cas du forage vertical terrestre, les installations se situent directement au-dessus du gisement, à la verticale de l’épaisseur maximale de la poche supposée contenir des hydrocarbures.

Méthode de sismique réflexion

D’autres méthodes géophysiques comme la méthode électrique, la méthode magnétique et la méthode gravimétrique sont d’autres techniques complémentaires à la sismique, qui permettent de trouver et délimiter le bassin sédimentaire pétrolier. Dans le cadre de notre travail nous ne nous étendrons pas sur ces techniques mais seulement sur la méthode de sismique réflexion qui permet de déterminer la géométrie du sous-sol.

Obtention des sections sismiques

La sismique réflexion est un outil de prospection du sous-sol basé sur l’enregistrement d’ondes sismiques émises artificiellement depuis la surface et réfléchies en profondeur sur les interfaces séparant des milieux d’impédance acoustique différente. L’impédance est définie comme le produit de la masse volumique des sédiments et la vitesse des ondes acoustiques. Les interfaces peuvent être des limites de strates sédimentaires, un contact sédiments/basalte, un contact pétrole/eau ou un contact eau/sédiments (Verney, 2009). Les résumés de l’acquisition sismique en onshore et offshore sont illustrés respectivement dans la figure 7 et figure 8.
En sismique onshore
A partir d’une explosion ou d’une masse tombant sur le sol, on émet des ondes dans le sol. Lorsque les ondes rencontrent une interface, une partie se réfléchissentt et repartent vers la surface. Une autre partie d’eentre elles se réfracte, continuant à aller plus profondément, jusqu’à rencontrer une secondde interface. Le processus se répète ainsi de suite. Un récepteur appelé géophone enregistre le temps de propagation (temps double ou two way time) de l’onde de la surface terrestre jusqu’aux différentes couches sédimentaires et dont la vitesse de propagation correspondant y sont différentes.
En sismique offshore
En mer, l’enregistremeent sismique se fait à partir d’un bateau traînant derrière lui un chapelet de récepteurs flottantts, les hydrophones. La technique de base resste la même que sur terre à une différence près : les sources utilisées pour émettre les ondes sont différentes. En général, on utilise des canons à air qui déchargent brusquement dans l’eau de l’air comprimé à haute pression pour provoquerr une onde sismique.
Dans le cas pratique, on répète plusieurs fois (le tir et l’enregistrement) et suivant une ligne préalablement définie. Le long de ce profil, on peut tracer le fond marin, la position des formations du sommet à la base. Un enregistrement en un point donné de la réponse dû aux réflexions d’une onde sismique sur les contrastes d’impédance successifs (points miroirs) qu’elle rencontre en s’enfonçant verticalement dans le sous-sol est appelé une trace. Après traitement des données la représentation graphique des traces issues des tirs successifs donne le profil sismique. La figure 9 résume cette obtention du profil sismique.

Traitements des données

Cette étape consiste à faire un traitement de signal afin de voir les résultats sous forme de section. Une fois acquis sous forme analogique, le signal est filtré, numérisé puis enregistré sur un disque dur afin de pouvoir être traité puis analysé.

Filtrage

Après avoir été mesuré par les géophones ou hydrophones, le signal est filtré afin d’éliminer une partie des bruits parasites.

Numérisation

Les géophones ou hydrophones enregistrent l’onde réfléchie sous forme analogique. Pour en faciliter le traitement et le stockage, le signal doit être numérisé. La numérisation nécessite l’utilisation d’un convertisseur analogique numérique (CAN).

Déconvolution

Le signal réfléchi effectivement reçu est considéré comme la convolution du signal émis et de la réponse impulsionnelle de la terre. On effectuera une opération inverse de la convolution pour ramener l’onde de sortie à l’idéal et afin d’extraire une partie du bruit.

Réarrangement par point miroir

Avec la méthode d’enregistrement à la couverture multiple, chaque point miroir peut être enregistré plusieurs fois par des traces différentes. Donc cette étape concerne à regrouper toutes les traces ayant le même point miroir.

Sommation des traces

Une fois les traces regroupées, il faut corriger le décalage qu’elles ont entre elles en raison des différences d’éloignement par rapport à la source. Une fois cet écart corrigé, tous les traces peuvent être sommées.

Interprétation des sections sismiques

Interfaces sédimentaires

Dans le domaine de la géologie pétrolière, les interfaces sédimentaires sont généralement désignées comme des horizons. Ces surfaces séparent des couches sédimentaires, qui sont regroupées, à plus grande échelle, en unités stratigraphiques. Les horizons sont souvent horizontaux ou faiblement inclinés. Leur forme peut être plane ou plus ou moins intensément plissée. Du fait de leur plus ou moins grande horizontalité, ils sont dans la plupart des cas de bons réflecteurs des ondes acoustiques. Pour cette raison, ils sont donc généralement identifiables de manière aisée sur les images sismiques (Verney, 2009).
Un horizon peut être continu sur l’ensemble de sa surface. A l’inverse, du fait des accidents tectoniques qui l’affectent, il peut éventuellement être découpé en plusieurs morceaux. Les horizons sont généralement disposés parallèlement les uns aux autres mais sous l’effet de divers facteurs liés aux particularités des environnements de dépôt ou à la tectonique locale, il arrive que cette propriété ne soit pas respectée. Conscients que la terminaison des interfaces sédimentaires renseigne sur le mode de dépôt des strates et éventuellement sur les événements ultérieurs qui les ont affectées, Catuneanu, 2002 a caractérisé les différents types de terminaisons que peut posséder un horizon. Ce travail de Catuneanu est représenté dans la figure 11.

CONTEXTE GEOLOGIQUE DE MADAGASCAR

La formation du basin sédimentaire de Mahajanga est liée à la séparation de Madagascar du supercontinent Gondwana. Ainsi avant d’étudier ce bassin ce chapitre va résumer le contexte géologique de Madagascar.

Description générale

Madagascar se trouve dans l’Hémisphère Sud, à 400km de l’Est de l’Afrique, située entre les latitudes l2 S et 25,5 S. Elle présente une superficie d’environ 587000 km2.
Madagascar est le résultat de la fragmentation du Gondwana. Du point de vue géologique, elle est constituée de 2 entités principales :
– La première entité présente le socle cristallin précambrien d’âge supérieur à 500 millions d’années et qui affleure sur les deux – tiers de la superficie de l’île. Il est séparé en deux grandes régions par la faille majeure chevau – décrochante de Bongolava – Ranotsara.
– La deuxième entité est la formation sédimentaire qui repose sur le socle cristallin. Stratigraphiquement, les séries sédimentaires, datées du Carbonifère au Quaternaire, affleurent sur le tiers de la surface de Madagascar et occupent les zones marines jusqu’à 3000m de profondeur. Elles sont constituées de cinq bassins (figure 13). Les plus importants se trouvent en bordure de la côte Ouest, formant du Nord au Sud :
– le bassin d’Ambilobe
– le bassin de Mahajanga
– le bassin de Morondava.
Le quatrième bassin constitue le plateau continental du Sud de Madagascar, dénommé «bassin du Cap Sainte Marie». Selon la figure 13 ce bassin est comptabilisé avec celui de Morondava. Le cinquième se trouve sur la côte orientale de l’île, appelé «bassin de la côte Est» ou bassin de Tamatave.

Rift avorté

Au début du Permien, Madagascar faisait partie du supercontineent Gondwana. Au Permien supérieure, une série de rifts intracontinentaux avait développé et propagé sur le côté ouest de Madagascar. Cette série de rift a provoqué une chaîne de grabens qui inclut l’Ankitokazo, Ankara, Manandaza et Andafia (Besairie, 1972) ainsi que les grabens de Berenty et Sakaraha. Aucune séparation continentale n’a eu lieu, et les graabens devraient être considérés simplement comme une partie d’un complexe de rift intracontinental échoué. Une sédimentation limitée a eu lieu dans les demi-grabens dans le Permien et ceux-ci ont été remplis par des sédiments marrins et fluviaux (Sakoa et Sakamena inférieur)

Une extension de la croûte semble avoir continué dans le Trias inférieur avec la formation d’un complexe de rift symétrique. Un affaissement dans le graben a été accompagnée par une transgression marine, et une épaisseur de schiste a été déposée (Sakamena moyenne). Ce schiste a été remplacé par des grès deltaïques et fluviaux (Sakamena supérieure).

Ce processus a conduit au développement d’une chaîne de bassins le long de la côte Ouest de Madagascar qui sont Ambilobe, Mahajanga et Morondava. Les bassins nouvellement formés ont continué à fléchir jusqu’au Lias supérieur et une épaisse couche de grès fluviatiles a été déposée sur une large zone (Isalo).

Séparation avec l’Afrique

Au Lias Supérieure (Toarcien), une nouvelle divergence a commencé à se former à l’Ouest du rift avorté du Permien. Une vaste série de démi-grabens s’est développée et ceux-ci étaient occupés par des schistes et des grès d’âge Toarcien-Aalénien. A cette occasion, Madagascar a commencé à dériver du Nod-Ouest vers le Sud-Est. La dérive a été accompagnée par l’affaissement du bassin et une marge passive s’est développée le long de la côte Ouest de Madagascar. Le début de la phase de fléchissement est produit au début du Bajocien et elle est marquée par le dépôt de calcaire de Bemaraha. Le développement de la marge passive a continué dans le Crétacé, avec un dépôt de grès. Les schistes étant déposés à partir du Callovien.

Séparation avec l’Inde

Un renouvellement de l’activité tectonique a eu lieu dans le Crétacé supérieur. Madagascar a commencé à se séparer de l’Inde. La rupture semble avoir été le résultat d’un mouvement de cisaillement plutôt que d’un rift, car aucune marge passive n’a été développée le long de la côte Est. Cette phase de rifting est aussi marquée sur la côte occidentale par un important volcanisme intermédiaire à alcalin. Deux petits bassins sont considérés comme ayant développé à cette époque, ceux-ci étant le Cap Sainte Marie bassin et le graben d’Alaotra. La séparation de l’Inde a été accompagnée par un soulèvement progressif et un basculement vers l’Ouest de la Haute Terre Central. Une érosion généralisée semble avoir eu lieu dans les bassins sédimentaires de l’Ouest en réponse à ce soulèvement.

GEOOLOGIE REGIONALE DU BAASSIN DE MAAHAJANGA

Délimitation

Le bassin de Mahajanga qui est situé le long de la côte Nord-Ouest de Madagascar, occupe environ une surface de 80.000 Km2. Au Nord il est délimité par le linéament de Maromandia. Pour le Sud, cee bassin est séparé du bassin de Morondavaa par les dômes de Bekodoka et d’Ambohipaky (figure 16 ; figure 17). Le bassin de Mahajanga a une longueur d’environ 400 Km, s’étenddant le nord du Cap Saint André jusqu’à la péninsule d’Ampasindava. La largeur duu bassin est d’environ 200 Km de la limite exxtérieure du plateau continental à l’Est formant une concave sur le socle cristallin (Dresy, 2009). La figure 17 représente la limite du bassin de Mahajanga onshore..

Cadre structuurale

L’histoire du bassin estt caractérisée par deux événements rifting Karoo au cours du Permien et un événement pluss récente du Rift au Trias et du Lias. Ces évvénements, détaillés dans le chapitre précédent, ontt crées des failles au sein du bassin. En générral les failles ont un pendage NNE et NNO et moontrent un déplacement vertical allant jusqu’à 3000m. Certaines de ces failles ont été réactivées périodiquement jusqu’à l’époque Tertiaire. Des failles listriques avec des renversements se trouvent dans la séquence Tertiaire. Dans quelques cas les failles sont liés donnant une structure de « fleur » (Hiller, 2000; Lalaharisaina, et al., 1994). La figure 18 montre les positions de ces failles dans le bassin sédimentaire de Mahajanga.

Trois zones structuraless distinctes peuvent être reconnues dans le bassin : le graben d’Ankara, le horst de Marovoaay et la marge passive se produisant au nord-ouest de la « flexion Cotière » (Andriamihaja, 2004)).

Stratigraphie

Les premiers dépôts sédimentaires du bassin de Mahajanga sont datés du Karoo (Carbonifère supérieur – Trias). Les formations sédimentaires de couverture débutent généralement à l’affleurement par les grès de l’Isalo.

Formations Karoo

Le KAROO se compose de séries sédimentaires du Gondwana essentiellement continentales, interrompues par quelques intercalations marines.

Il comprend 3 groupes séparés par des discordances, comprenant de bas en haut :

Le groupe de la SAKOA du Carbonifère Supérieur au Permien Moyen Le groupe de la SAKAMENA du Permien Supérieur au Trias Moyen

Le groupe de I’ISALO du Trias Supérieur au Lias.

Le groupe de la Sakoa n’est pas représentée dans le bassin de Mahajanga. Non seulement il n’affleure pas dans le bassin mais il n’a pas été rencontré par les puits qui ont atteint le socle. La Sakamena est donc directement transgressive et discordante sur le socle.

Groupe de la Sakamena

La Sakamena est indifférenciée dans le bassin de Mahajanga. Elle n’affleure qu’à l’extrême Nord du bassin. Ses faciès sont continentaux mais parfois avec des intercalations marines plus ou moins abondantes vers le Nord-Est.

La Sakamena inférieure est caractérisée par une alternance d’argilite et de grès micacés à végétaux. Ces couches sont datées du Permien supérieur.

La Sakamena moyenne est à faciès lagunaire avec des apports terrigènes fluviatiles. Elle est constituée de schistes, d’argiles à nodules et des lits calcaires. Une des particularités de la Sakamena moyenne est de présenter des indices bitumineux, ce qui justifie l’importance de la recherche pétrolière dans cette formation.

La Sakamena supérieure est constituée de grès fins, tendres à laminations obliques et d’argilites bariolées de couleur rouge.

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Table des matières

INTRODUCTION
PARTIE I: GENERALITES SUR L’EXPLORATION PETROLIERE
CHAPITRE I: GENESE DES HYDROCARBURES
CHAPITRE II: NOTION DE SYSTEME PETROLIER
CHAPITRE III: EXPLORATION PETROLIERE
PARTIE II: BASSIN SEDIMENTAIRE DE MAHAJANGA
CHAPITRE IV: CONTEXTE GEOLOGIQUE DE MADAGASCAR
CHAPITRE V: GEOLOGIE REGIONALE DU BASSIN DE MAHAJANGA
CHAPITRE VI: ACTIVITES PETROLIERES ANTERIEURES DANS LE BASSIN DE MAHAJANGA
PARTIE III: EVALUATION DE LA POTENTIALITE PETROLIERE DE LA FORMATION KAROO
CHAPITRE VII: PRESENTATION DE L’ETUDE
CHAPITRE VIII: INTERPRETATION DES DONNEES
CHAPITRE IX: SYSTEME PETROLIER DE LA FORMATION KAROO
CHAPITRE X: DISCUSSION DES RESULTATS
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES